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工件教案

第三讲

一、备课教案

适用专业

机械设计制造及其自动化

讲次

第三讲

上课

时间

年月日节

教

学

内

容

提

纲

及

要

求

第一章数控加工中工件的装夹与定位

第六节工件的夹紧

一、夹紧装置的组成

了解夹紧装置的组成及其要求；掌握夹紧力方向和作用点的选择原则

二、对夹紧装置的要求

三、夹紧力方向和作用点的选择

第七节数控机床典型夹具简介

一、车床夹具

了解常见的车床夹具、铣床夹具的类型及其找正方法

二、铣床夹具

重

点

夹紧力方向和作用点的选择原则

教学实施手段

效果记录

课堂讲授

√

课堂讨论

√

现场示教

小结讲评

难

点

其它

教具

CAI，黑板

推

荐

参

考

书

徐宏海主编.数控加工工艺.北京:

化学工业出版社,2004

教

学

后

记

二、讲稿

第一章数控加工中工件的装夹与定位

第六节工件的夹紧

夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。

工件定位后必须通过一定的机构产生夹紧力，把工件压紧在定位元件上，使其保持准确的定位位置，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而产生位置变化和振动，以保证加工精度和安全操作。

这种产生夹紧力的机构称为夹紧装置。

（1）夹紧装置由力源装置、中间传力结构、夹紧元件与夹紧机构组成。

①力源装置力源装置是产生夹紧作用力的装置。

②中间传力结构中间传力结构是介于力源和夹紧元件之间的中间机构。

它把力源装置的夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。

③夹紧元件与夹紧机构夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作；对于手动夹紧装置来说，夹紧机构则由中间传力机构和夹紧元件所组成。

（2）夹紧装置具备的基本要求

①加紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置。

2夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形。

3操作简单方便、省力、安全。

4结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。

（3）夹紧力方向和作用点的选择

①夹紧力应朝向主要定位基准。

如图1-36（a）所示，工件被镗孔与A面有垂直度要求，因此加工时以A面为主要定位基面，夹紧力

的方向应朝向A面。

如果夹紧力改朝B面，由于工件侧面A与底面B的夹角误差，夹紧时工件的定位位置被破坏，如图1-36（b）所示，影响孔与A面的垂直度要求。

图1-36夹紧力方向示意

2夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并靠近支承元件的几何中心。

如图1-37所示，夹紧力作用在支承面之外，导致工件的倾斜和移动，破坏工件的定位。

正确位置应是图中虚线所示的位置。

3夹紧力方向应有利于减小夹紧力大小。

如图1-38所示，钻削孔A时，夹紧力

与轴向切削力

、工件重力G的方向相同，加工过程所需的夹紧力为最小。

4夹紧力的方向和作用点应施加在工件刚性较好的方向和部位。

如图1-39（a）所示，薄壁套筒工件的轴向刚性比径向刚性好，应沿轴向施加夹紧力；夹紧图1-39（b）所示薄壁箱体时，应作用于刚性较好的凸边上；箱体没有凸边时，可以将单点加紧改为三点加紧[见图1-39（c）]。

图1-37夹紧力作用点示意图1-38夹紧力与切削力、重力的关系

1-夹具；2-工件

图1-39夹紧力与工件刚性的关系

5夹紧力作用点应尽量靠近工件加工表面。

为提高工件加工刚性，防止或减少工件产生振动，应将夹紧力的作用点尽量靠近加工表面。

如图1-40所示拨叉装置时，主要夹紧力

垂直作用与主要定位基面，在靠近加工面处设辅助支承，在施加适当的辅助夹紧力

可提高工件的安装刚度。

（1）夹紧力大小的估算

图1-40夹紧力作用点靠近加工表面

夹紧力的大小，对工件安装的可靠性、工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度等由很大的关系。

加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力和工件自身重力等作用。

一般情况下加工中小工件时，切削力（矩）起决定性作用。

加工重、大型工件时，必须考虑工件重力的作用工件高速运动的条件下加工时，则不能忽略离心力或惯性力对夹紧作用的影响。

此外，切削力本身是一个动态载荷，在加工过程中也是变化的。

夹紧力的大小还与工艺系统刚度、夹紧机构的传动效率等因素有关。

因此，夹紧力大小的计算是一个很复杂的问题，一般只能做粗略估算。

为简化起见，在确定夹紧力大小时，可切削力（矩）对夹紧的影响，并假设工艺系统是刚性的，切削过程是平稳的，根据加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理求出夹紧力大小，再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力，即

（1-13）

式中

—实际所需夹紧力；

—在给定条件下，按静力平衡原理计算出的夹紧力；

—安全系数，考虑切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般取

=1.5～3。

实际应用中并非所有情况下都需要计算夹紧力，手动夹紧机构一般根据经验或类比法确定夹紧力。

若确实需要比较准确的计算夹紧力，可采用上述方法计算出夹紧力的大小。

第七节数控机床典型夹具简介

1.7.1车床夹具

（1）三爪自定心卡盘

三爪自定心卡盘时车床上最常见的自定心夹具（见图1-41）。

它夹持工件时一般不需要找正，装夹速度较快。

将其略加改进，还可以方便的装夹方料、其他形状的材料（见图1-42）；同时还可以装夹小直径的圆棒料（见图1-43）。

图1-41三爪自定心卡盘图1-42装夹方料

1-卡爪；2-卡盘体；1-带V形槽的半圆件；2-带V形槽的矩形件；

3-锥齿端面螺纹圆盘；4-小锥齿轮3、4-带其他形状的矩形件

（2）四爪单动卡盘

四爪单动卡盘如图1-44所示，是车床上最常见的夹具，它适用于装夹形状不规则或大型的工件，夹紧力较大，装夹精度较高，不受卡爪磨损的影响，但装夹不如三爪自定心卡盘方便。

装夹圆棒料时，如在四爪单动卡盘内放上一块V形架（见图1-45），装夹就快捷多了。

1四爪单动卡盘装夹操作须知

a.应根据工件被装夹处的尺寸调整卡爪，使其相对于两爪的距离略大于工件直径即可。

b.工件被夹持部分不宜太长，一般以10～15mm为宜。

c.为了防止工件表面被夹伤和找正工件时方便，装夹位置应垫0.5mm以上的铜皮。

图1-43装夹小直径的圆棒料

1-附加软六方卡爪；2-三爪自定心卡盘的卡爪；3-垫片；4-凸起定位键；5-螺栓

图1-44四爪单动卡盘图1-45V形架装夹圆棒料

1-卡爪；2-螺杆；3-卡盘体

d.在装夹大型、不规则工件时，应在工件和导轨面之间垫放防护木板，以防工件掉下，损坏机床表面。

2在四爪单动卡盘上找正工件

a.找正操作须知一是把主轴放在空挡位置，便于卡盘转动；二是不能同时松开两只卡爪，以防工件掉下；三是灯光视线角度与针尖要配合好，以减小目测误差；四是工件找正后，四爪的夹紧力要基本相同，否则车削使工件容易发生位移；五是找正近卡爪处的外圆，发现有极小的误差时，不要盲目的松开卡爪，可把相对应的卡爪再夹紧一点来作微量调整。

b.盘类工件的找正方法如图1-46所示，对于盘类工件，既要找正外圆，又要找正平面（即图中的A点、B点）。

找正A点外圆时，用移动卡爪来调整，其调整量为间隙差值的一半[见图1-46（b）]；找正B点平面时，用铜锤或铜棒敲击，其调整量等于间隙差值[见图1-46（c）]。

图1-46盘类工件找正方法

c.轴类工件的找正方法如图1-47所示，对于轴类工件通常是找正外圆A、B两点。

其方法是先找正A点外圆，再找正B点外圆。

找正A点外圆时，应调整相应的卡爪，调整方法与盘类工件找正方法一样；而找正B点外圆时，采用铜锤或铜棒敲击。

图1-47轴类零件找正

d.找十字线其方法如图1-48所示。

先用手转动工件，找正

（

）

（

）线；调整划针高度，使针尖通过AB，然后工件转过180°。

可能出现下列情况：

一是针尖仍然通过AB线,这表明针尖与主轴中心一致，且工件AB线也已经找正[见图1-48（a）]；二是针尖在下方与AB线相距

[见图1-48（b）]，这表明划针应向上调整

，工件AB线向下调整

；三是针尖在上方与AB线相距

[见图1-48（c）],这表明划针影响下调整

，AB线向上调整

。

工件这样反复调转180°进行找正，直至划针盘针尖通过AB线为止。

图1-48找十字线的方法

划线盘高度调整好后，再找十字线时，就容易多了。

工件上

（

）和

（

）线找平后，如在划针针尖上方，工件就往下调；反之，工件就往上调。

找正十字线时，要十分注意综合考虑，一般应该是先找内端线，后找外端线；两条十字线[见图1-48中

（

）

（

）、

（

）

（

）线]要同时找调，反复进行，全面检查，直至找正为止。

e.两点目测找正选择四爪单动卡盘正面的标准圆环作为找正的参考基准（见图1-49）；再把对称卡爪上第一个台阶的端点作为目测找正的辅助点，按照“两点成一线”的原理，利用枪支射击时瞄准“准星”的方法，去目测辅助点A与参考基准上的点，挂空挡，把卡盘转过180°，再与对应辅助点B与同一参照基准上的点进行比较，并按它们与同一参照基准两者距离之差的一般作为调整距离，进行调整，反复几次就能把第一次对称卡爪校好；同理，可找完别一对应卡爪。

此法经过一段时间的练习，即可在2～3min的时间内，使找正

图1-49目测找正法

精度达到0.15～0.20mm的水平。

不过这种方法还只适用于精度不高的工件或粗加工工序；而对于高精度的工件，这种方法只能作为粗找正。

f.百分表、量块找正为保证高精度的工件达到要求，采用百分表、量块找正法使较佳的方法。

（3）其他常用装夹方法（见表1-3）

（4）复杂畸形、精密工件装夹

车削过程中，主要是加工有回转表面的、比较规则的工件。

但也经常遇到一些外形复杂、不规则的异形工件。

例如图1-50所示的对开轴承座、十字孔工件、双孔连杆、环首螺栓、齿轮油泵体及偏心工件、曲轴等。

这些工件不宜用三爪、四爪卡盘装夹。

①花盘、角铁和常用附件对于一些外形复杂、不规则的异形工件，必须使用花盘、角铁或装夹在专用夹具上加工。

a.花盘（见图1-51）其材料为铸铁，用螺纹或定位孔形式直接装夹在车床主轴上。

它的工作平面与主轴轴线垂直，平面度误差小，表面粗糙度

<1.6。

平面上开有长短不等的T行槽（或通槽），用于安装螺栓紧固工件和其他附件。

为了适应大小工件的要求，花盘也有各种规格，常用的有ø250mm、ø300mm、ø420mm等。

b.角铁[见图1-52（a）]又叫弯板，是铸铁材料。

它有两个互相垂直的平面，表面粗糙度

<1.6，并有较高的垂直度精度。

c.V形架[见图（b）]V形架的工作表面是V形面，一般做成90°或120°，它的两个平面之间都有较高的形位精度，主要用作工件以圆弧面为基准定位。

d.平垫铁[见图（c）]它装在花盘或角铁上，作为工件定位的基准平面或导向平面。

e.平衡铁[见图1-52（d）]其材料一般是钢或铸铁，有时为了减小体积，也可用铅制作。

②在花盘上装夹工件加工表面与主要定位基准面要求互相垂直的复杂工件（见图1-53），可以装夹在花盘上加工。

双孔连杆的加工步骤如下。

a.检查花盘精度（见图1-51）用百分表检查花盘端面的平面度和车床主轴的垂直度。

用手转动花盘，百分表在花盘边缘的跳动量要求在0.02mm以内。

检查平面度是将百分表装在刀架上，移动中溜板，观察花盘表面凹凸情况，在半径全长上允差0.02mm，但只允许盘面之间凹。

如果达不到要求，可先把花盘卸下，清除主轴与花盘装配接触面上的赃物和毛刺，再装上检查。

若仍不符合要求，可把盘面精车一刀。

精车时注意把床鞍紧固螺钉锁紧，同时最好采用低转速、大进给、宽修光刃的车刀进行加工。

盘面车削后要求有较高的平面度，避免盘面出现大的凹凸不平，表面粗糙应达到

≤3.2.

b.在花盘上装夹工件双孔连杆及其在花盘上的装夹分别如图1-53、1-54所示。

先按划线找正连杆第一孔，并用V形架靠紧圆弧面，作为第二件工件定位基准，紧固压板螺钉，然后用手转动花盘，如果转动不碰，表明平衡恰当，即可车孔。

在装夹和加工中要注意：

花

表1-3一般工件常用的装夹方法

盘本身的形位精度比工件要求高一倍以上，才能保证工件的形位公差要求；工件的装夹基准面一定要进行精加工，保证与花盘平面贴平。

垫压板的垫铁面要平行，高度要合适，最好只垫一块；压板压工件受力点，要选实处压，不要压在空当处，压点牢靠、对称、压紧力一致，以防工件变形或工件松动发生事故；工件压紧后，要进行静平衡，根据具体情况增减平衡铁。

车床静平衡就是将主轴箱转速手柄放在空挡位置用手转动花盘，如果花盘能在任何位置上停下，就说明已平衡，否则就要重新调整平衡铁的位置或增减平衡铁的重量。

进行静平衡很重要，是保证加工质量和安全操作的重要环节；加工时切削用量不能选择过大，特别是主轴转速过高时，会因离心力过大是工件松动造成事故。

表1-3续表

加工双孔连杆第二孔时，可用图1-55所示的方法装夹工件。

先在花盘上安装一个定位柱，它的直径与第一孔具有较小间隙配合。

在调整好定位柱中心到主轴中心的距离，使其符合双孔连杆的两孔中心距。

装夹上工件，便可加工第二孔。

图1-50复杂工件的种类图1-51用百分表检查花盘平面

图1-52角铁和常用附件图1-53双孔连杆

③在角铁上装夹工件如图1-50（a）所示的对开轴承座，当工件的主要定位基准面与加工表面平行时，可以用花盘上加角铁来加工（见图1-56）。

这种加工方法，也是代替卧镗的方法。

装夹和找正的步骤如下。

a.找正角铁精度在复杂的装夹工作中，找正每一个基准面的精度是必不可少的。

加工对开轴承座，首先找正花盘的平面，达到要求后，再把角铁装在花盘合适的位置上，把百分表装在刀架上，摇动床鞍，检查角铁平面与主轴轴线的平行度。

这个平面的平行度误差要小于工件同一加工位置平行度误差的

。

如果不平行，可把角铁卸下，清除角铁结合面得赃物和毛刺，在装上去测量。

若仍不平行，也可在角铁和花盘的结合面中间垫薄纸来调整。

图1-54在花盘上装夹连杆图1-55用定位圆柱找正中心

1-连杆；2-圆形压板；3-压板；4-V形架；5-花盘1-定位柱；2-螺母；3-心轴

图1-56用百分表检查角铁平面与主轴轴线的平行度图1-57在角铁上装夹和找正轴承座

1-花盘；2-百分表；3-角铁1-平衡铁；2-轴承座；3-角铁；4-划针盘；5-压板

图1-58斜楔夹紧结构

1-斜楔；2-滑柱；3-浮动压板；4-工件

图1-59简单螺旋夹紧机构

b.装夹和找正先用压板初步压紧，再用划线盘找正轴承座中心线（见图1-57）。

找正轴承座中心时应该先根据划好的十字线找正轴承座的中心高。

找正方法是水平移动划针盘，调整划针高度，是针尖通过工件水平中心线；然后把花盘旋转180°，再用划针轻划一水平线，如果两线不重合，可把划针调整在两线中间，把工件水平线向划针高度调整。

再用以上方法直至找正好为止。

找正垂直中心线的方法类似。

十字线调整好后，再用划针找正两侧母线。

最后复查，紧固工件，装上平衡块，用手转动花盘，观察有什么地方碰撞，如果花盘平衡，旋转不碰，即可进行车削。

（5）心轴类车床夹具心轴类车床夹具，多用于工件以内孔为定位基准加工外圆柱面的情况，常见的车床心轴有圆柱心轴、弹簧心轴、顶尖式心轴等。

（6）花盘式车床夹具花盘式车床夹具的夹具体为圆盘形。

在花盘式夹具上加工的工件一般形状都较复杂，多数情况是工件的定位基准为圆柱面与其垂直的端面。

夹具上的平面定位件与车床主轴的轴线相垂直。

1.7.2铣床夹具

铣床夹具中使用最普遍的是机械夹紧机构,这类机构大多数是利用机械摩擦的原理来夹紧工件的。

斜楔夹紧是其中最基本的形式，螺旋、偏心等机构是斜楔夹紧机构的演变形式。

（1）斜楔夹紧机构

采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构，称为斜楔夹紧机构。

图1-58（a）所示为斜楔夹紧机构的应用示例，敲入斜楔1大头，使滑柱2下降，装在滑柱上的浮动压板3可同时夹紧两个工件4。

加工完后，敲斜楔1的小头，即可松开工件。

采用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小、操作不方便，因此实际生产中一般与其它机构联合使用。

图1-58（b）为斜楔与螺旋夹机构的组合形式，当拧紧螺旋时楔块向左移动，使杠杆压板转动夹紧工件；当反向转动螺旋时，楔块向右移动，杠杆压板在弹簧力的作用下松开工件。

图1-60螺旋压板夹紧机构

（2）螺旋夹紧机构

采用螺旋直接夹紧或采用螺旋与其他元件组合实现夹紧的机构，称为螺旋夹紧机构。

螺旋夹紧机构具有结构简单、夹紧力大、自锁性好和制造方便等优点，很适用于手动加紧，因而在机床夹具中得到广泛的应用。

其缺点是加紧动作较慢，因此在机动夹紧机构中应用较少。

螺旋夹紧机构分为简单螺旋夹紧机构和螺旋压板夹紧机构。

图1-61偏心夹紧机构

图1-59所示为最简单的螺旋夹紧机构。

图（a）螺栓头部直接对工件表面施加夹紧力，螺栓转动时，容易损伤工件表面或使工件转动，解决这一问题的办法是在螺栓头部套上一个摆动压块，如图1-59（b）所示，这样既能保证与工件表面有良好的接触，防止加紧时螺栓带动工件转动，还可避免螺栓头部直接与工件接触而造成压痕。

摆动压块的结构已经标准化，可根据夹紧表面来选择。

实际生产中使用较多的时如图1-60所示的螺旋压板夹紧机构。

它利用杠杆原理实现对工件的夹紧，杠杆比不同，夹紧力也不同。

其结构形式变化很多，图1-60（a）、（b）为移动压板，图1-60（c）、（d）为转动压板。

其中图1-60（d）的增力倍数最大。

（3）偏心夹紧机构

用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。

常用的偏心件有圆偏心轮[见图1-61（a）、（b）]、偏心轴[见图1-61（c）]和偏心叉[见图1-61（d）]。

偏心夹紧机构操作简单、加紧动作快，但夹紧行程和夹紧力较小，一般用于没有振动或振动较小、夹紧力要求不大的场合。