零件在数控机床上的定位与装夹

董小婷

摘 要： 在数控机床上加工零件时，为保证工件的加工精度和加工质量，必须使工件位于机床上的正确位置，也就是通常所说的“定位”，然后将它固定也就是通常所说的“夹紧”。工件在机床上定位与夹紧的过程称为工件的装夹过程。

关键词： 定位基准；装夹；夹具

在工件的机械加工工艺过程中，合理的选择定位基准对保证工件的尺寸精度起着重要的作用。定位，使零件在机床或夹具中占有正确位置的过程。夹紧，工件定位后使工件紧固，使工件在加工过程中不发生位置变化。装夹，从定位到夹紧的全过程。

一、定位基准的选择

定位基准有粗基准和精基准两种。毛坯在开始加工时，都是以未加工的表面定位，这种基准面称为粗基准；用已加工后的表面作为定位基准面称为精基准。

1、粗基准的选择

选择粗基准时，必须要请足以下两个基本要求：其一，应保证所有加工表面都有足够的加工余量；其二，应保证工件加工表面和不加工表面之间具有一定的位置精度。

粗基准的选择原则如下。

（1）当加工表面与不加工表面有位置精度要求时.应选择不加工表面为粗基准。因为铸造时有一定的形位误差，所以，在第一次装夹车削时，应选择手轮内缘的不加工表面作为粗基准，加工后就能保证轮缘厚度。基本相等。

如果选择手轮外圆（加工表面）作为粗基准，加工后因铸造误差不能消除.使轮缘厚薄明显不一致，也就是说，在车削前，应该找正手轮内缘，或用三爪自定心卡盘反撑在手轮的内缘上进行车削。

（2）对所有表面都需要加工的工件，应该根据加工余量最小的表面找正，这样，不会因位置的偏移而造成余量太少的部位加工不出来。台阶轴是锻件毛坯，A段余量较小，曰段余量较大，粗车时应找正A段，再适当考虑B段的加工余量。

（3）应选用工件上强度、刚性好的表面作为粗基准，否则会产生松动或将工件夹坏。

（4）粗基准应选择平整光滑的表面，铸件装夹时应让开浇冒口部分。

（5）粗基准不能重复使用。

2、精基准的选择

（1） 基准重合原则

尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准。一般的套、齿轮坯和皮带轮，精加工时一般利用心轴以内孔作为定位基准来加工外圆及其他表面，在车削三爪自定心卡盘法兰时，一般先车好内孔和螺纹，然后把它安装在主轴上再车配安装三爪自定心卡盘的凸肩和端面。这种加工方法的定位基准和装配基准重合，容易达到装配精度的要求。

应用基准重合原则时，要具体情况具体分析。定位过程中产生的基准不重合误差，是在用夹具装夹、调整法加工一批工件时产生的。若用试切法加工，设计要求的尺寸一般可直接测量，不存在基准不重合误差问题。在带有自动测量功能的数控机床上加工时，可在工艺中安排坐标系测量检查工步，即每个零件加工前由CNC系统自动控制测量头检测设计基准并自动计算、修正坐标值，消除基准不重合误差。因此，不必遵循基准重合原则。

（2）基准统一原则

同一零件的多道工序尽可能选择同一个定位基准，称为基准统一原则。这样既可保证各加工表面间的相互位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差，而且简化了夹具的设计与制造工作，降低了成本，缩短了生产准备周期。除第一道工序外，其余加工表面尽量采用同一个精基准，因为基准统一后，可减少定位误差，提高加工精度，使装夹方便。如一般轴类工件的中心孔，在车、铣、磨等工序中，始终用它作为精基准。又如齿轮加工时，先把内孔加工好，然后始终以孔作为精基准。

基准统一和基准重合原则是选择精基准的两个重要原则。但是，生产实际中有时会遇到两者相互矛盾的情况。此时，若采用统一定位基准能够保证加工表面的尺寸精度，则应遵循基准统一原则；若不能保证尺寸精度，则应遵循基准重合原则，以免使工序尺寸的实际公差值减小，增加加工难度。

（3）互为基准、反复加工原则

比如，车床主轴支承轴颈与主轴锥孔的同轴度要求很高.常常采用互为基准、反复加工的方法来达到零件图的要求。

3、 辅助基准的选择

辅助基准是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。如轴类零件加工所用的两个中心孔，它不是零件的工作表面，只是出于工艺上的需要才专门做出的。

二、零件在数控机床上的装夹

数控机床工件的定位和夹紧是工件装夹的两个过程。为了保证数控机床工件被加工表面的技术要求，必须使工件相对刀具和机床处于一个正确的加工置。在使用夹具的情况下.就要使同一工序中的所有工件都能在夹具中占据同一正确位置，这就是工件的定位：在工件定位以后，为了保证数控机床工件在切削力作用下保持既定位置不变，需要将工件在既定位置上夹紧。因此，定位是让工件有一个正确加工位置，而夹紧是固定正确位置，二者是不同的。

1、对夹紧装置的基本要求

（1）牢夹紧后，应保证工件在加工过程中的位置不发生变化。

（2）正夹紧时，应不破坏工件的正确定位。

（3）快操作方便，安全省力，夹紧迅速。

（4）简结构简单紧凑，有足够的剐性和强度，且便于制造。

2、夹紧力和夹紧时的注意事项夹紧力的确定包括夹紧力的大小、方向和作用点三个要素。

（1）夹紧力的大小夹紧力必须保证工件在加工过程中位置不发生变化，但夹紧力也不能过大，过大会造成工件变形。夹紧力的大小可以计算，但一般用经验估算的方法获得。

（2）夹紧力的方向 一般情况下.夹紧力的方向应符合下列基本要求：

1）夹紧力的方向应尽可能垂直于工件的主要定位基準面。使夹紧稳定可靠，保证加工精度。

2）夹紧力的方向应尽可能与切削力方向一致。

（3） 数控机床夹紧力的作用点选择夹紧力的作用点时应考虑下列原则：

1）夹紧力的作用点应尽可能地落在主要定位面上，这样可保证夹紧稳定可靠。

2）夹紧力的作用点应与支承件对应，并尽可能作用在工件刚陛较好的部位。如果夹紧力作用点，工件会产生较大的变形，就有利于减小夹紧变形。尤其对一些精度要求较高的薄壁工件，特别要防止夹紧变形。如精车薄壁套的内孔时不宜用三爪自定心卡盘径向夹紧。因为夹紧力径向作用在工件的薄壁上，容易引起变形如用螺母端面来压紧工件，使夹紧力沿工件轴向分布，这样可防止内孔产生夹紧变形。

3、数控夹具的选用原则主要有以下几点：

（1）夹具结构应力求简单

由于零件在数控机床或加工中心上加工大都采用工序集中的原则，加工的部位较多，同时批量较小，零件更换周期短，因此夹具的标准化、通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大影响。对批量小的零件应优先选用组合夹具。对形状简单的单件小批量生产的零件，可选用通用夹具，如三爪卡盘、台钳等。只有对批量较大，且周期性投产，加工精度要求较高的关键工序才考虑设计专用夹具，以保证加工精度和提高装夹效率。

（2）加工部位要敞开

数控夹具在加工时，夹紧机构或其它元件不得影响进给，即夹具元件不能与刀具运动轨迹发生干涉。对有些箱体零件加工可以利用内部空间来安排夹紧机构，将其加工表面敞开。

（3）数控夹具必须保证最小的夹紧变形

工件在数控加工尤其在铣削加工时，切削力大，需要的夹紧力也大，同时还要减少工件夹紧变形。因此，必须慎重选择夹具的支撑点、定位点和夹紧点。如果采用了相应措施仍不能控制零件变形，则将粗、精加工分开处理，或者在粗、精加工时采用不同的夹紧力。

（4）数控夹具装卸应方便

由于数控机床的加工效率高，装夹工件的辅助时间对加工效率影响较大，所以要求数控夹具在使用中装卸要快捷且方便，以缩短辅助时间。可尽量采用气动、液压夹具。

（5）一次装夹应尽可能装夹多个工件，以提高加工效率。

参考文献

[1] 贾亚洲主编.金属切削机床概论.北京：机械工业出版社2010.

[2] 王爱玲.数控机床加工工艺.机械工业出版社.2006.

[5] 杨仲冈.数控设备与编程.高等教育出版社.2003.

[6] 顧京.数控机床加工程序编制.机械工业出版社.2005.