工件在数控机床上的定位与装夹课件.pptx
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1、 3.1 工件的装夹方法与定位原理在机械加工过程中,固定工件,使之占有确定位置以接受加工或检测的装置称为机床夹具,简称夹具。第3章工件在数控机床上的定位与装夹夹具夹具工件的装夹包含两个方面的内容:定位 工件能准确地放在机床的合适位置上。使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置 夹紧 工件定位后,还需对工件压紧夹牢。使其在加工过程中不发生位置变化 第1页/共168页 基准及其分类 一、基准的分类一、基准的分类 1设计基准 基准是零件上用来确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。按其功用不同,基准可分为设计基准和工艺基准两大类。第3章 工件在数控机床上的定位与装夹毛坯设计基准是在零件图上所采
2、用的基准。它是标注设计尺寸的起点。第2页/共168页 第3章工件在数控机床上的定位与装夹(a)支承块(b)钻套如图(a)所示的零件,平面2、3的设计基准是平面1,平面5、6的设计基准是平面4,孔7的设计基准是平面l和平面4,而孔8的设计基准是孔7的中心和平面4。在零件图上不仅标注的尺寸有设计基准,而且标注的位置精度同样具有设计基准,如图(b)所示的钻套零件,轴心线OO是各外圆和内孔的设计基准,也是两项跳动误差的设计基准,端面A是端面B、C的设计基准。第3页/共168页 定位基准 在加工中用作定位的基准 工序基准 在工序图上,用来标定本工序被加工面尺寸和位置所采用的基准 第3章工件在数控机床上的
3、定位与装夹2工艺基准 分为粗基准和精基准。用作定位的表面,如果是没有经过加工的毛坯表面,称为粗基准;若是已加工过的表面,则称为精基准。工序基准应当尽量与设计基准相重合,当考虑定位或试切测量方便时也可以与定位基准或测量基准相重合 第4页/共168页 测量基准 零件测量时所采用的基准 装配基准 装配时用以确定零件在机器中位置的基准 第3章工件在数控机床上的定位与装夹第5页/共168页 第3章工件在数控机床上的定位与装夹三、基准问题的分析三、基准问题的分析基准是制定工艺的依据,必须是客观存在的。当作为基准的要素无法接触及是,通常有某些具体的表面来体现,这些表面称为基面。作为基准可以是没有面积的点线以
4、及极小的面,但是工件上代表基准的基面总是具有一定的接触面积。不仅表示尺寸关系的基准如上所述,表示位置精度的基准关系也是如此。第6页/共168页 四、定位基准的选择原则四、定位基准的选择原则 1.定位基准的选择原则第3章工件在数控机床上的定位与装夹(1)尽量选择设计基准作为定位基准;(2)定位基准与设计基准不能统一时,应严格控制定位误差保证加工精度;(3)工件需两次以上装夹加工时,所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工;(4)所选基准要保证完成尽可能多的加工内容;(5)批量加工时,零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合;(6)需要多次装夹时,基准应该前后统一。第7页/共1
5、68页 2.粗基准的选择原则 粗基准只使用一次,其他的定位基准都应该是精基准。选定粗基准面时应考虑:要能加工出精基准;工件不加工表面的形位;保证后续工序的加工余量。第3章工件在数控机床上的定位与装夹相互位置要求原则加工余量合理分配原则 重要表面原则 不重复使用原则 便于工件装夹原则 第8页/共168页 3.精基准的选择原则 第3章工件在数控机床上的定位与装夹基准重合原则 基准统一原则 自为基准原则 互为基准原则 便于装夹原则 精基准的选择原则 4.辅助基准的选择 为了便于装夹或易于实现基准统一而人为制成的一种定位基准。如中心孔。第9页/共168页工件的装夹方法工件的装夹方法 (1)(1)直接找
6、正安装 用划针、百分表等工具直接找正工件位置并加以夹紧的方法称直接找正安装法。此法生产率低,精度取决于工人的技术水平和测量工具的精度,一般只用于单件小批生产。(2)(2)划线找正安装 先用划针画出要加工表面的位置,再按划线用划针找正工件在机床上的位置并加以夹紧。一般用于批量不大,形状复杂而笨重的工件或低精度毛坯的加工。(3)(3)用夹具安装 将工件直接安装在夹具的定位元件上的方法。这种方法安装迅速方便,定位精度较高而且稳定,生产率较高,广泛用于中批生产以上的生产类型。第3章工件在数控机床上的定位与装夹第10页/共168页特点:工件在夹具中的正确定位,是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相
7、接触而实现的。因此,不再需要找正便可将工件夹紧。由于夹具预先在机床上已调整好位置,因此,工件通过夹具相对于机床也就占有了正确的位置 通过夹具上的对刀装置,保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。第3章工件在数控机床上的定位与装夹第11页/共168页 工件定位的基本原理一、六点定位原理一、六点定位原理 第3章工件在数控机床上的定位与装夹空间物体的六个自由度,如图所示:沿X、Y、Z的移动自由度绕X、Y、Z轴转动的自由度 第12页/共168页 六点定位原理:合理设置六个支承点,工件的定位基准与定位元件保持接触,消除工件的所有六个自由度,使工件在夹具中有确定的位置。第3章工件在数控机床上的定位与装夹第
8、13页/共168页 二、六点定位原理的应用二、六点定位原理的应用 完全定幻灯片 41位 不完全定位 幻灯片 42欠定位幻灯片 43 工件的六个自由度全部被限制 不需要限制六个自由度就能达到定位的要求 应该限制的自由度没有被限制的定位 第3章工件在数控机床上的定位与装夹过定位幻灯片 44 应该限制的自由度没有被限制的定位 不允许使用 过定位是否使用要看能否减少工件的变形或定位操作是否方便 第14页/共168页、过定位可能导致的后果:A、工件无法安装B、造成工件或定位元件变形、消除或减小过定位所引起干涉的方法:A、改变定位元件的结构,使定位元件重复限制自由度的部分不起定位作用。(改进图)B、合理应
9、用过定位,提高工件定位基准之间以及定位元件的工作表面之间的位置精度。(图)第15页/共168页三、定位与夹紧的关系三、定位与夹紧的关系定位时,必须使工件的定位基准紧贴在夹具定位元件上,而夹紧则使工件不离开定位元件。第16页/共168页3.2 定位方式和定位元件常见定位方式常见的定位元件及定位方式如表3-1所示。常见的定位方案概念:工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副。1工件以平面定位(1)支承钉、球头支承钉 (图 B型)、齿纹头支承钉 (图 C型)、平头支承钉 (图A型)、可调支承 (图)、自位支承(图)(2)支承板 (图)第17页/共168页第18页/共168页第19页/共168页
10、第20页/共168页2工件以圆柱孔定位定位方式的基本特点是:定位孔与定位元件之间处于配合状态,并要求确保孔中心线与夹具规定的轴线相重合。(1)圆柱销 (图)(2)圆柱心轴 (图)心轴主要用于套筒类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。(3)圆锥销 (图a、b)工件以圆柱孔在圆锥销上定位(4)小锥度心轴 第21页/共168页3工件以圆锥孔定位(1)圆锥形心轴圆锥心轴限制了工件除绕轴线转动自由度以外的其它五个自由度。(2)顶尖 即为锥孔与锥销配合。两个中心孔是定位基面,所体现的定位基准是由两个中心孔确定的中心线第22页/共168页4工件以外圆柱表面定位(1)V形架 V形架定位的最大优点是对中性好。
11、V形架可分为固定式和活动式。(2)定位套一般适用于精基准定位,常与端面联合定位。工件以外圆柱面定位,有时也可用半圆套或锥套作定位元件。第23页/共168页5.一面两孔定位最常用的就是“一面两孔”定位。一平面和一圆柱销及削边销 其它组合定位方式还有以一孔及其端面定位(齿轮加工中常用),有时还会采用V形导轨、燕尾导轨等组合成形表面作为定位基面。第24页/共168页 3.3 定位误差 定位误差的产生定位误差的产生第3章工件在数控机床上的定位与装夹定位误定位误差差 基准位移误差 因工件在夹具上定位不准而造成的加工误差。基准不重合误差 第25页/共168页1.基准位移误差 一批工件定位基准相对于定位元件
12、的位置最大变动量。第26页/共168页2.基准不重合误差基准不重合误差是由于工件定位时用的定位基准与工件的工序基准不重合而使工序基准的位置发生变动所引起的,其大小等于工序基准与定位基准间的尺寸及相对位置在加工尺寸方向上的变动量,以B表示。第27页/共168页结论:定位误差只在调整法加工一批工件的条件下,试切法加工不存在。定位误差产生的原因是定位副制造误差及其配合间隙与定位基准选择不当产生的引起的。一般情况下,定位误差由基准位移误差与基准不重合误差组成。第28页/共168页 这种由于基准位移和基准不重合导致调整法加工一批工件时的定位误差D:D=Bcosycos式中基准不重合误差B方向与工序尺寸方
13、向间的夹角;基准位移误差y方向与工序尺寸方向间的夹角。当B和y是由同一误差因素导致产生的,这时称B和y关联。当B和y关联时,如果Bcos和ycos方向相同时,合成时取“+”号;如果Bcos和ycos方向相反时,合成时取“-”号。当两者不关联时,可直接采用两者的和叠加计算定位误差。第29页/共168页定位误差的分析与计算1.工件以平面定位工件以平面定位时,其平面度误差很小,所以由定位副制造不准确而引起的定位误差可以忽略不计,所以工件以平面定位时,其定位误差主要由基准不重合所引起的,即其误差为设计基准到定位基准之间的尺寸公差。第30页/共168页2.工件以圆孔定位工件以圆柱孔在间隙配合的定位销(或
14、心轴)上定位时,定位副有单边接触和任意边接触两种情况,产生的位移误差值不同。另外,如果工序基准和定位基准不重合,还产生基准不重合误差。应根据具体情况,进行定位误差分析计算。第31页/共168页圆柱孔与心轴(或定位销)固定单边接触 孔的中心线位置的在竖直方向的最大变动量即为竖直方向工序尺寸的基准位移误差:工件孔直径D的尺寸公差;定位心轴直径d的尺寸公差。第32页/共168页圆柱孔与心轴(或定位销)任意边接触 孔中心线相对于心轴中心线可以在间隙范围内作任意方向、任意大小的位置变动。孔中心线的变动范围是以最大间隙,Xmax为直径的圆柱体。其任意方向的基准位移误差为:以上讨论时仅考虑了基准位移误差,所
15、以总的定位误差还需加上基准不重合误差。第33页/共168页3.工件以外圆定位 若不考虑V形块的制造误差,则工件轴线总是处于V形块的对称面上,这就是V形块的对中作用。因此,在水平方向上,工件定位基准不会产生基准位移误差。但在垂直方向上,由于工件定位直径尺寸的误差,将导致工件定位基准产生位置变化,其可能产生的最大位置变化量为:第34页/共168页工件在V形块上定位铣槽三种不同工序尺寸标注情况,设工件直径尺寸为,其定位误差分析如下:图a)所示工序尺寸为H1,以工件轴线为工序基准,此时工序基准与定位基准重合,=0。其定位误差仅有基准位移误差。a)b)c)第35页/共168页图b)所示工序尺寸为H2,以
16、工件上母线为工序基准,工序基准与定位基准不重合,其定位误差为基准不重合误差和基准位移误差的矢量和。因为两者均是由工件定位外圆柱面直径尺寸误差引起,所以属于关联因素,因此计算定位误差时需判断相加还是相减。其判断方法如下:当工件直径尺寸减小时,工件定位基准下移,基准位移误差使得工序尺寸H2变小;当工件定位基准位置不变时,如果工件直径尺寸减小,则工序基准(即上母线)也将下移,同样使工序尺寸H2变小,两者变化方向相同,合成时取“+”号,即:第36页/共168页图c)工序基准为工件下线时,工序尺寸为H3,工序基准与定位基准不重合,其定位误差为基准不重合误差和基准位移误差之差。第37页/共168页3.4工
17、件的夹紧夹紧装置的组成及基本要求1夹紧装置的组成 图(1)力源装置 图中1产生夹紧作用力的装置。所产生的力称为原始力(2)中间传力机构 图中2 介于力源和夹紧元件之间传递力的机构 (3)夹紧元件 图中3夹紧装置的最终执行件,与工件直接接触完成夹紧作用 第38页/共168页2对夹具装置的要求(1)夹紧时应保持工件定位后所占据的正确位置。(2)夹紧力大小要适当。(3)夹紧机构的自动化程度和复杂程度应和工件的生产规模相适应,并有良好的结构工艺性,尽可能采用标准化元件。(4)夹紧动作要迅速、可靠,且操作要方便、省力、安全。第39页/共168页夹紧力的确定夹紧力的三要素:大小、方向和作用点。1夹紧力方向
18、的确定确定原则:(1)夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面。图(2)夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小。图(3)夹紧力作用方向应使工件变形最小。图第40页/共168页2夹紧力作用点的确定、概念;选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下,确定夹紧力作用点的位置和数目。、依据原则:(1)夹紧力作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。图(2)夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位上。图(3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面,以减小切削力对工件造成的翻转力矩。工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力,以免振动和变形。图第41页/共168页3夹紧力大小的确定夹紧力大小要适当,过大了会使工件
19、变形,过小了则在加工时工件会松动,造成报废甚至发生事故。采用手动夹紧时,可凭人力来控制夹紧力的大小 当设计机动(如气动、液压、电动等)夹紧装置时,则需要计算夹紧力的大小。夹紧力三要素的确定必须全面考虑工件的结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素。第42页/共168页3.5 数控机床夹具数控机床夹具数控机床夹具的类型和特点数控机床夹具的类型和特点按使用机床的类型分类:车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具等按驱动夹具的动力源分类:手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具等按专门化程度分类:通用夹具、专用夹具、组合夹具、可调夹具还有拼装夹具和自动线夹具
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