任务1-2 工件在数控车床上定位与装夹

（1）认识数控车床各种典型夹具。

（2）观察夹具的结构，认识其组成元件（定位元件、夹紧装置、夹具体等），了解夹具的功用。

（3）掌握数控车床定位与夹紧方案的确定原则。

（4）掌握数控车床典型夹具的安装及找正方法。

（1）认识数控车床各种典型夹具，观察夹具的结构，认识其组成元件，了解功用。

（2）在数控车床上使用三爪卡盘装夹工件并找正。

（3）在数控车床上使用四爪卡盘装夹工件并找正。

1.2.1 定位与夹紧方案的确定原则

工件的定位与夹紧方案确定的准确与否，直接影响到工件的加工质量，合理地选择定位基准对保证工件的尺寸精度和相互位置精度有重要的作用。一般来说，应遵循以下三点原则：

（1）力求设计基准、工艺基准和编程基准统一。

（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹中完成全部加工面的加工，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控车床的效率。

（3）避免使用需要占用数控机车机时的装夹方案，以便充分发挥数控车床的功效。

定位基准有粗基准和精基准两种。毛坯在开始加工时，均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，该基准面称为精基准。

1. 粗基准的选择

选择粗基准时，必须要满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。如图1-8所示的手轮，因为铸造时有一定的形位误差，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a基本相等，如图1-8（a）所示。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，如图1-8（b）所示。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小的部位加工不出来。如图1-9所示的台阶轴是锻件毛坯，A段余量较小，B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，如图1-10（a）、（b）、（c）所示。在车削三爪自定心卡盘法兰时，如图1-10（d）所示，一般先车好内孔和螺纹，然后把它安装在主轴上再车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。

（2）基准统一原则。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，可减小定位误差，提高加工精度，使装夹方便。例如，一般轴类工件的中心孔，在车、铣、磨等工序中，始终用中心孔作为精基准。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。

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

（4）自为基准原则。有些精加工工序要求加工余量小，为保证加工质量和提高生产率，往往就以被加工面本身作为精基面。

（5）尽可能使定位基准和测量基准重合。如图1-11（a）所示的套，A和B之间的长度公差为0.1mm，测量基准面为A。如图1-11（b）所示的心轴加工时，因为轴向定位基准是A面，这样定位基准与测量基准重合，使工件容易达到长度公差要求。如果图1-11（c）中用C面作为长度定位基准，由于C面与A面之间也有一定误差，这样就产生了间接误差，误差累计后，很难保证40 ± 0.1mm的要求。

（6）选择精度较高、形状简单和尺寸较大的表面作为精基准。这样可以减小定位误差，使定位稳固，还可使工件减少变形。如图1-12（a）所示的内圆磨具套筒，外圆长度较长，形状简单，在车削和磨削内孔时，应以外圆作为定位精基准。

车内孔和内螺纹时，应一端用软卡爪夹住，以外圆作为精基准进行加工，如图1-12（b）所示。磨削两端内孔时，把工件安装在V形夹具中，如图1-12（c）中，同样以外圆作为精基准进行加工。

1.2.2 数控车削工装夹具

数控车床主要用于加工工件的内外圆柱面、圆锥面、回转成型面、螺纹及端平面等。根据加工特点和夹具在数控车床上安装的位置，将车床夹具分为两种基本类型：一类是安装在车床主轴上的夹具，这类夹具与车床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转，除了各种卡盘、顶尖等通用夹具或其他数控车床附件外，往往根据加工的需要设计出各种心轴或其他专用夹具；另一类是安装在滑板或床身上的夹具，对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。

1. 车床夹具的概念

在车床上用来装夹工件的装置称为车床夹具。

车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的同一夹具，例如，车床上的三爪卡盘、四爪卡盘、弹簧卡套和通用心轴等；专用夹具是指专门为加工某一指定工件的某一工序而设计的夹具。

数控车床通用夹具与普通车床及专用车床的通用夹具相同。

2. 夹具的作用

夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。

选择夹具时通常先考虑选用通用夹具，这样可避免制造专用夹具。专用夹具是针对通用夹具无法装夹的某一工件或工序而设计的，下面即为专用夹具的作用。

（1）保证产品质量。被加工工件的某些加工精度是由车床夹具来保证的。夹具应能提供合适的夹紧力，既不能因为夹紧力过小导致被加工件在切削过程中松动，又不能因夹紧力过大而导致被加工工件变形或损坏工件表面。

（2）提高加工效率。夹具应能方便被加工件的装卸，例如，采用液压装置能使操作者降低劳动强度，同时节省车床辅助时间，达到提高加工效率的目的。

（3）解决车床加工中的特殊装夹问题。对于不能使用通用夹具装夹的工件通常需要设计专用夹具。

（4）扩大数控车床的使用范围。使用专用夹具可以完成非轴套和非轮盘类零件的孔、轴、槽和螺纹等的加工，可扩大数控车床的使用范围。

3. 圆周定位夹具

在数控车床加工中大多数情况是使用工件或毛坯的外圆定位，以下四种就是靠圆周来定位的夹具。

1）三爪卡盘

三爪卡盘是最常用的车床通用卡具，如图1-13所示。三爪卡盘最大的优点是可以自动定心，夹持范围大，装夹速度快，但定心精度存在误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。

三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。液压卡盘装夹迅速、方便，但夹持范围变化小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。数控车床经常采用液压卡盘，液压卡盘还特别适用于批量加工。

2）软爪

软爪是一种具有切削性能的夹爪。由于三爪卡盘定心精度不高，当加工同轴度要求高的工件二次装夹时，常常使用软爪。通常三爪卡盘为保证刚度和耐磨性要进行热处理，硬度较高，很难用常用刀具切削。

软爪也有机械式和液压式两种。软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的，加工软爪时要注意以下几方面的问题：

（1）软爪要在与使用时相同的夹紧状态下加工，以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。加工软爪内定位表面时，要在软爪尾部夹紧一适当的棒料，以消除卡盘端面螺纹的间隙，如图1-14所示。

（2）当被加工件以外圆定位时，软爪内圆直径应与工件外圆直径相同，略小更好。如图1-15所示，其目的是消除夹盘的定位间隙，增加软爪与工件的接触面积。软爪内径大于工件外径会导致软爪与工件形成三点接触，如图1-16所示，此种情况接触面积小，夹紧牢固程度差，应尽量避免。软爪内径过小，如图1-17所示，会形成六点接触，一方面会在被加工表面留下压痕，同时也使软爪接触面变形。

3）弹簧夹套

弹簧夹套定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。弹簧夹套特别适用于尺寸精度较高、表面质量较好的冷拔圆棒料，若配以自动送料器，可实现自动上料。弹簧夹套夹持工件的内孔是标准系列，并非任意直径。

4）四爪卡盘

四爪卡盘如图1-18所示，也是车床上常用的夹具，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。

四爪卡盘在装夹时应根据工件被装夹处的尺寸调整卡爪，使其相对两爪的距离略大于工件直径，并且工件被夹持部分不宜太长，一般以10～15mm为宜。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；在装夹大型、不规则工件时，应在工件与导轨面之间垫放防护木板，以防工件掉下，损坏车床表面。

四爪卡盘找正工件时：一是把主轴放在空挡位置，便于卡盘转动；二是灯光视线角度与划针尖要配合好，以减小目测误差；三是不能同时松开两只卡爪，以防工件掉下；四是工件找正后，四爪的夹紧力要基本相同，否则车削时工件容易发生位移；五是找正近卡爪处的外圆，发现有极小的误差时，不要盲目地松开卡爪，可把相对应卡爪再夹紧一点来做微量调整。

下面介绍几种四爪卡盘找正工件的方法以供参考。

（1）盘类工件的找正方法，如图1-19 所示。对于盘类工件，既要找正外圆，又要找正平面（即A点和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，如图1-19（b）所示；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，如图1-19（c）所示。

（2）轴类工件的找正方法，如图1-20 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外圆找正方法一样；而找正B点外圆时，采用铜锤或铜棒敲击。

（3）百分表、量块找正法。为保证高精度的工件达到要求，采用百分表、量块找正法是最常用，也是较佳的方法，其具体方法如下。

在粗找正结束后，把百分表按图1-21所示装夹在中溜板上，向前移动中溜板使百分表头与工件的回转轴线相垂直，用手转动卡盘至读数最大值，记下中溜板的刻度值和此时百分表的读数值；然后提起百分表头，向后移动中溜板，使百分表离开工件，退至安全位置；挂空挡，用手把卡盘转180°，向前移动中溜板，摇到原位（与上次刻度值重合），再转动卡盘到读数最大值，比较对应两点的读数值，若两点的读数值不相重合，出现了读数差，则应把其差值除以2 作为微调量进行微调；若两者读数值重合，则表明工件在这个方向上的回转中心已经与主轴的轴线相重合。应用这种方法，一般只需反复2～ 3 次就能使一对卡爪达到要求。同理可找好另一对卡爪。

用四爪单动卡盘找正偏心工件（单件或少量）比三爪自动定心卡盘方便，而且精度高，尤其是在双重偏心工件加工中更能凸显优势。一般情况下，工件的偏心距在4.5mm范围以内时，直接运用百分表按上述找正办法即可完成找正工作；而当工件的偏心距大于4.5mm时， 0～10mm百分表的量程就受到了限制。此时就得借助量块进行辅助，其找正办法与前面百分表找正方法是一致的，所不同的是需垫量块辅助找正处，即要先在工件表面垫上量块，再拉起百分表的表头使其接触，压表范围控制在1mm以内，转到最大值，记住读数值，再拉起表头，拿出量块，退出百分表，余下的操作与前面介绍的完全一样。

（4）十字线找正法。如图1-22 所示，先用手转动工件，找正 A（A1）B（B1）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：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，如图1-22（a）所示；二是针尖在下方与AB线相差距离Δ，如图1-22（b）所示，这表明划针应向上调整Δ/2，工件AB线向下调整Δ/2；三是针尖在上方与AB线相距Δ，如图1-22（c）所示，这时划针应向下调整Δ/2，AB线向上调整Δ/2；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。

划线盘高度调整好后，再找十字线时，就容易得多。工件上A（A1）和B（B1）线找平后，若在划针针尖上方，工件就往下调；反之，工件就往上调。找十字线时，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（如图1-22中A（A1）、B（B1）、C（C1）、D（D1）线）要同时找调，反复进行，全面检查，直至找正为止。

4. 中心孔定位夹具

（1）两顶尖拨盘：两顶尖定位的优点是定心正确可靠，安装方便。顶尖作用是定心、承受工件的质量和切削力。顶尖分前顶尖和后顶尖两种，前顶尖与主轴一起旋转，与主轴中心孔不产生摩擦；后顶尖插入尾座套筒。两顶尖拨盘的结构特点如表1-3所示。

工件安装时用对分夹头或鸡心夹头夹紧工件一端，拨杆伸向端面。两顶尖只对工件有定心和支撑作用，必须通过对分夹头或鸡心夹头的拨杆带动工件旋转，如图1-23所示。

利用两顶尖定位还可加工偏心工件，如图1-24所示。

（2）拨动顶尖：拨动顶尖常用的有内、外拨动顶尖和端面拨动顶尖两种，如表1-4所示。

5. 其他车削工装夹具

数控车削加工中有时会遇到一些形状复杂和不规则的零件，不能用三爪卡盘或四爪卡盘装夹，需要借助其他工装夹具，如花盘、角铁等。

（1）花盘：加工表面的回转轴线与基准面垂直、外形复杂的零件可以装夹在花盘上。如图1-25所示为用花盘装夹双孔连杆的方法。

（2）角铁：加工表面的回转轴线与基准面平行、外形复杂的工件可以装夹在角铁上。如图1-26所示为角铁的安装方法。

实训2 在数控车床上定位与装夹工件

1. 认识数控车床典型夹具

认识数控车床各种典型夹具，观察夹具的结构，认识其组成元件（定位元件、夹紧装置、夹具体等），了解夹具的功用。

2. 使用三爪卡盘装夹工件

在数控车床上使用三爪卡盘装夹工件并找正。

3. 使用四爪卡盘装夹工件

在数控车床上使用四爪卡盘装夹工件并找正。

1）百分表找正法

（1）将工件按如图1-27所示的方式装夹在四爪卡盘上，夹住即可，不要用力过大，便于及时调整。

（2）将百分表夹在百分表座支架上，表座下方吸附在车床的中溜板上。

（3）先找正工件的端面。摇动大溜板，使百分表头接近工件的端面（转动工件，以端面不碰到百分表为宜），然后轻轻地转动工件，观察工件端面，哪一点离百分表最近，则轻轻敲击工件，使其离开百分表。当工件端面的各点距离百分表比较接近一致时，将百分表轻轻地压向工件，让表针转动0.2mm。看表进行找正，直至百分表的指针变化很小为止。

（4）对工件的外圆进行找正。将百分表指向工件外圆表面，其找正的方法与端面找正基本相同，请读者在实训中体会。

（5）边找正边将工件夹紧。

2）画线找正法

（1）如图1-28方式，将工件装夹在四爪卡盘上，夹住即可，不要用力过大，便于找正时调整省力。

（2）将划针放在中溜板上，初步调好划针针尖的高度。

（3）用划针检查十字线中的一条画线，边转动卡盘，边用划针检查线是否水平。当工件上的直线达到水平时，则将划针与直线等高。

（4）然后将工件转动180°，再找水平。当达到水平后，观察划针与水平直线的高度差。

（5）调整卡盘的上、下夹爪，使划针和水平直线的高度差减半。

（6）循环用上述的方法，直到不等高的值达到要求为止。

（7）另一条正交直线的找正方法与上述相同。

4. 填写实训报告

按附录F的格式填写实训报告。

（1）数控车床定位与夹紧方案的确定原则是什么？

（2）数控车床常用的装夹方式有哪些？

（3）什么叫粗基准和精基准？试述它们的选择原则。