数控夹具的作用与要求详解

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：使用夹具的作用之一就是保证工件加工表面的尺寸与位置精度。总的来说，数控机床对数控夹具的要求有以下四点。空间要求由于数控机床能一次安装工件而加工多个表面，因此数控夹具也应能在空间上满足各刀具均有可能接近所有待加工表面的要求。

1.数控夹具的组成

数控机床夹具按其作用和功能通常可由定位元件、夹紧装置、安装连接元件和夹具体等几个部分组成。

（1）定位元件用于确定工件在夹具中的位置，使工件在加工时相对刀具及运动轨迹有一个正确的位置。定位元件是夹具的主要功能元件之一，其定位精度将直接影响工件的加工精度。常用的定位元件有V形块、定位销、定位块等。定位装置是由定位元件及其组合而构成的，用于确定工件在夹具中的正确位置。图2-20中的圆柱销11、菱形销10等都是定位元件。

（2）夹紧装置夹紧装置也是夹具的主要功能元件之一，用于保持工件在夹具中的既定位置，使工件不致因加工时受到切削力、重力、离心力、振动等外力而改变原定的位置。它通常包括夹紧元件（如压板、压块）、增力装置（如杠杆、螺旋、偏心轮）和动力源（如气缸、液压缸）等组成部分。图2-20中的压板2、螺母3和7，垫圈4和5，螺栓6及弹簧8等元件组成的装置就是夹紧装置。

（3）安装连接元件用于确定夹具在机床上的位置，从而保证工件与机床之间的正确加工位置。

图2-20 连杆铣槽夹具结构

1—夹具体2—压板 3，7—螺母 4，5—垫圈 6—螺栓 8—弹簧 9—定位键 10—菱形销 11—圆柱销

（4）夹具体夹具体是夹具的基础件，用来连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体，以保证夹具的精度和刚度。

（5）其他元件或装置根据加工需要，有些夹具上还可有定位件、操作件和分度装置，以及标准化连接元件等。

2.数控夹具的分类

（1）机床夹具的作用

1）易于保证工件的加工精度。使用夹具的作用之一就是保证工件加工表面的尺寸与位置精度。如在摇臂钻床上使用钻夹具加工平行孔系时，位置精度可达到0.10～0.20mm，而按划线找正法加工时，位置精度仅能控制在0.4～1.0mm。同时由于受操作者技术的影响，同批生产零件的质量也不稳定。因此在成批生产中使用夹具就显得非常必要。

2）使用夹具可改变和扩大原机床的功能，实现“一机多用”。例如，在车床的床鞍上或摇臂钻床的工作台上装上镗模，就可以进行箱体或支架类零件的镗孔加工，用以代替镗床加工；在刨床上加装夹具后可代替拉床进行拉削加工。

3）使用夹具后，不仅省去划线找正等辅助时间，而且有时还可采用高效率的多件、多位、机动夹紧装置，缩短辅助时间，从而大大提高生产率。

4）用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气动、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。

5）在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显地降低生产成本。但在单件生产中，使用夹具的生产成本仍较高。

（2）机床夹具的分类机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他机床夹具等。按驱动夹具工作的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具和自夹紧夹具等。按其通用化程度，一般可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具以及组合夹具等。

1）通用夹具的结构、尺寸已规格化，且具有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可用于装夹不同的工件。如自定心卡盘、单动卡盘、机用虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等，一般已作为通用机床的附件，由专业厂生产。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。其缺点是定位与夹紧费时，生产率较低，故主要适用于单件小批量的生产。

2）专用夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计和制造的。因为不需考虑其通用性，所以夹具可设计得结构紧凑、操作方便。由于这类夹具设计与制造周期较长，产品变更后无法利用，因此适用于大批量生产。

3）成组可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的，它是在加工某种工件后，经过调整或更换个别定位元件和夹紧元件，即可加工另外一种工件的夹具。它按成组原理设计，用于加工形状相似和尺寸相近的一组工件，故在多品种，中、小批生产中使用有较好的经济效果。

4）组合夹具是一种由一套标准元件组装而成的夹具。这种夹具用后可拆卸存放，当重新组装时又可循环重复使用。由于组合夹具的标准元件可以预先制造备存，还具有多次反复使用和组装迅速等特点，所以在单件，中、小批生产，数控加工和新产品试制中特别适用。

3.数控夹具的要求

数控机床是先进的高精度、高效率、高自动化程度的加工设备。除了机床本身的结构特点要求控制运动和动作准确、迅速外，还要求工件的定位和夹紧装置也能够适应数控机床的要求，也就是要求数控机床上的工件的定位和夹紧装置具有高精度、高效率和高自动化程度。只有这样，数控机床才能够最大限度地发挥其加工效率高的自动化特点。总的来说，数控机床对数控夹具的要求有以下四点。

（1）精度和刚度的要求因为数控机床具有连续多型面自动加工的特点，所以对数控机床夹具的精度和刚度的要求也同样比一般机床要高，这样可以减小工件在夹具上的定位和夹紧误差以及粗加工中的变形误差。

（2）定位要求工件相对夹具一般应完全定位，且工件的基准相对于机床坐标原点应有严格的确定位置，以满足能在数控机床坐标系统中实现工件与刀具相对运动的要求。同时，夹具在机床上也应完全定位，夹具上的每个定位面相对数控机床的坐标原点均应有精确的坐标尺寸，以满足数控加工中简化定位和安装的要求。

（3）空间要求由于数控机床能一次安装工件而加工多个表面，因此数控夹具也应能在空间上满足各刀具均有可能接近所有待加工表面的要求。此外，由于支承夹具的托板具有移动、上托、下沉和旋转等动作，夹具还应能保证不与机床有关部分有空间干涉。有些定位块可设计成在工件夹紧后可以卸去，以满足前后左右各个面的加工需要。

（4）快速重调要求数控加工可通过快速更换程序而变换加工对象。为了不花费过多的更换工装件的辅助时间，减少贵重设备因等待而闲置的时间，要求夹具在更换加工工件中具有快速重调或更换定位、夹紧元件的功能，如采用高效的机械传动机构等。此外，由于在数控加工中因多表面加工而单件加工时间增长，夹具结构若能满足机动时间内在机床工作区外也能进行工件更换，则会极大地减少机床停机时间。

数控夹具的作用与要求详解

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