2.1　数控车削装夹操作

（1）数控车床夹具

在数控车床上，数控车床夹具用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为数控车床夹具。

机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按某一属性进行分类。

①按夹具的通用特性分类　常用的夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。它反映夹具在不同生产类型中的通用特性，因此是选择夹具的主要依据。

②按夹具动力源来分类　可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。

数控车床的通用夹具与普通车床的通用夹具相同。

（2）夹具的作用

在数控加工中，夹具的主要作用如下。

①工件的加工精度很大程度上，是由机床夹具来保证的。加工时，应提供合适的夹紧力，既要避免夹紧力过大而造成工件在切削过程中松动，又要避免因夹紧力过大而造成工件变形或损坏工件表面。

②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接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率。

③装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工精度。

④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。

⑤使用通用夹具，可以完成非轴对称，非轮盘类零件的孔、轴、槽等特征的加工，扩大了车床的使用范围。

2.1.1　工件定位装夹方案设计

在数控机床装夹前，首先要确定被加工工件在数控车床上装夹在一个确定的位置，这就需要设计工件的定位装夹方案。

（1）工件定位的原则

1）自由度的概念　一个工件，在空间有且仅有六个自由度。它在空间的位置是任意的，即它既能沿OX、OY、OZ三个坐标轴移动，称为移动自由度，分别为；又能绕OX、OY、OZ三个坐标轴转动，称为转动自由度，分别为。

2）六点定位原则　由上可知，如果要使一个工件在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，如图2-1所示，分别限制工件的六个运动自由度。如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度。

分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。

3）工件定位中的几种情况

①完全定位　完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。当工件在X、Y、Z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。

②不完全定位　根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位。如图2-2所示，矩形件只有厚度上的要求，所以只需限制三个自由度；柱形件加工外圆，根据加工要求，两个自由度可以不用约束。由此可知，工件在定位时应该限制的自由度数目应由工序的加工要求而定，不影响加工精度的自由度可以不加限制。采用不完全定位可简化定位装置，因此不完全定位在实际生产中也广泛应用。

③欠定位　根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。

④过定位　夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象称为过定位，图2-3为常见过定位。过定位会引起以下问题：工件消除或减少过定位引起的干涉，一般有两种方法，一是改变定位元件的结构，如缩小定位元件工作面的接触长度，或者减小定位元件的配合尺寸，增大配合间隙等；二是控制或者提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。

（2）基准

数控车床的基准分为零件设计基准和加工定位基准。相比数控铣床和加工中心，数控车床的基准选择要简单得多。

设计基准是设计工件时采用的基准，例如轴类零件和盘类零件的中心线。由于它们都属于回转类零件，通常设计基准都设置在回转体轴线上，将轴向设计基准设置在工件的某一端面和几何中心处。

加工定位基准，是加工中工件装夹定位时的基准。数控车床加工轴类零件和盘类零件的加工定位基准，只能选择在被加工工件的外圆表面、内圆表面或零件的端面中心孔。

测量基准，是工件的各项精度测量和检测时的基准。机械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形状精度和位置精度。尺寸精度，可以使用长度测量量具进行测量。形状精度和位置精度则要测量夹具和量具来完成。

（3）数控车床的定位基准的选择

定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工工件定位面的选择。

对于切削长度较短的轴类零件。通常采用一端外圆固定的定位方式，即用三爪自定心卡盘固定工件的外圆表面。这种定位方式对工件的悬伸长度有一定的限制，避免悬伸过长，引起工件变形，增大加工误差。

对于切削较长的轴类零件，可以采用一夹一顶的定位方式，或采用两顶尖一鸡心夹定位。在装夹方式允许的条件下，零件的轴向定位面应尽量选择几何精度较高的表面。

对于特殊零件，需要进行专用夹具设计。其定位基准的选择，要视情况而定，因地制宜，活学活用。

（4）常用定位方式和定位元件

常见定位元件有以平面定位的元件、以圆孔定位的元件、以圆锥孔定位的元件、以外圆面定位的元件及以组合表面定位的元件。具体元件及对应所限制的自由度，如表2-1所示。

2.1.2　通用夹具装夹及操作

通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的夹具，例如车床上的三爪定心卡盘、四爪单动卡盘、弹簧卡套和通用心轴等。下面将对通用夹具进行较全面的了解。

（1）圆周定位夹具

在数控车削加工中，粗加工、半精加工的精度要求不高时，可利用工件或毛坯的外圆表面定位。常见的圆周定位夹具有三爪自定心卡盘、软爪、四爪单动卡盘、心轴和卡盘加顶尖。

1）三爪自定心卡盘　三爪自定心卡盘是数控车床中最常用的通用夹具，如图2-4所示。三爪自定心卡盘的最大优点在于可以实现自动定心，无需花费很多时间去找正。它的夹持范围大，但是定心精度不高，夹紧力也没有四爪单动卡盘大，不适合零件同轴度较高时的二次装夹。

三爪自定心卡盘的组成如图2-4（a）所示。夹紧时，用扳手插入小锥齿轮2的方孔1中并转动，小锥齿轮2带动大锥齿轮3转动，大锥齿轮3背面的平面螺纹4与卡爪5背面的螺纹啮合。当平面螺纹转动时，就带动3个卡爪同时做向心或离心运动。

三爪卡盘有正爪和反爪之分。正爪用于装夹外径较小和内径较大的工件；反爪用于装夹外径较大的工件。

三爪卡盘安装的注意事项如下。

①在精加工时，虽然可以自定心，但为保证同轴度仍需要找正。

②在加工较长工件时，必须使用后顶尖，以防止由于刚性不足引起晃动。

③为防止夹伤工件，装夹已加工表面时应垫铜皮。

④夹紧力的作用点应尽量靠近工件被加工表面，这样可使切削力对该作用点的力矩减小，工件的振动也可以减小。

⑤找正时主轴应放在空挡位置，以使卡盘转动轻便。

2）软爪　用于加工较高同轴度要求的工件或进行工件的二次装夹。

软爪的可以多次切削加工的特点，能够弥补通常三爪自定心卡盘，硬度较高，很难用常规刀具进行切削问题。

在加工软爪时，应在与使用时相同的夹紧状态下进行切削，以避免加工过程中松动和反向间隙而引起定心误差。同时，当工件以外圆定位时，软爪的圆弧直径应与装夹工件的直径基本相同或稍大0.06～0.1mm，并车出一个台阶，使工件能够正确定位。当软爪内径过大或过小，都会影响夹紧与工件表面质量。

在车削软爪或每次装卸零件时，应注意固定使用同一扳手方孔，夹紧力也要均匀一致，改用其他扳手方孔或改变夹紧力的大小，都会改变卡盘平面螺纹的移动量，从而影响装夹后的定位精度。

3）心轴与弹簧心轴　当工件利用已加工过的孔作为定位基准时，可采用心轴装夹。这种装夹方法可以保证工件内、外表面的同轴度，适用于批量生产。心轴的种类很多，常见的有圆柱心轴、小锥度心轴，但这类心轴的定心精度不高。弹簧心轴如图2-5所示，它既能定心又能夹紧，是一种定心夹紧装置。其最大特点是直径方向上膨胀较大，可达1.5～5mm。

4）四爪单动卡盘　加工精度要求不高、偏心距较小、零件长度较短的工件时，可采用四爪单动卡盘进行装夹。如图2-6所示，四爪单动卡盘的四个卡爪是各自独立移动的，故可以装夹各种矩形、不规则形状的工件，通过调整工件夹持部位在车床主轴上的位置，使工件加工表面的回转中心与车床主轴的回转中心重合。由于四爪单动卡盘的找正繁琐复杂，故一般用于单件、小批量生产。四爪单动卡盘的卡爪也有正爪和反爪两种形式。

5）卡盘加顶尖　在加工较重工件时，一般采用一爪一顶尖的方式装夹，如图2-7所示。为防止工件由于切削力的作用而产生的轴向位移，必须在卡盘内装一限位支撑，或者利用工件的台阶面进行限位。这种装夹方法比较安全可靠，能够承受较大的轴向切削力，安装刚度好，轴向定位准确，故在数控车削中应用较多。

（2）中心孔定位夹具

中心孔定心装夹的一些注意点如下。

①在顶尖间加工轴类工件时，车削前要调整尾座顶尖轴线与车床主轴轴线重合。

②在两顶尖间加工细长轴时，应使用跟刀架或中心架。在加工过程中要注意调整顶尖的顶紧力，死顶尖和中心架应注意润滑。

③使用尾座时，套筒应尽量伸出短些，以减小振动。

1）两顶尖拨盘　顶尖分为前顶尖和后顶尖。其作用是进行工件的定心，并承受工件的重量和切削力。其优点为定心正确可靠，安装方便，主要用于精度要求较高的零件加工。

前顶尖的结构有两种，一种结构是插入主轴锥孔内；另一种结构是夹在卡盘上。

后顶尖插入尾座套筒，其结构也有两种。一种是固定顶尖（死顶尖），另一种是回转顶尖（活顶尖）。普通顶尖刚性好，定心准确，但与工件中心孔之间因产生滑动摩擦而发热过多，容易将中心孔或顶尖“烧坏”，因此，尾架上是死顶尖，则轴的右中心孔应涂上黄油，以减小摩擦，死顶尖适用于低速加工精度要求较高的工件；回转顶尖将顶尖与工件中心孔之间的滑动摩擦改成顶尖内部轴承的滚动摩擦，能在很高的转速下正常地工作，但回转顶尖存在一定的装配积累误差，以及当滚动轴承磨损后，会使顶尖产生径向摆动，从而降低了加工精度，故一般用于轴的粗车或半精车。

两顶尖装夹工件时安装为：先使用对分夹或鸡心夹夹紧工件一端圆周，再将拨杆旋入三爪自定心卡盘，并使拨杆伸向对分夹或鸡心夹的端面。鸡心夹装夹如图2-8所示。

安装前后顶尖前，必须将顶尖锥柄和锥孔擦拭干净。拆除后顶尖，通过摇动车床尾座手轮，使车床尾座套筒收回，利用丝杠的前端将后顶尖顶出。

2）中心孔的加工　中心孔是轴类零件在顶尖上安装的常用定位基准。

在加工中心孔时，保证中心孔的形状应正确，表面粗糙度应适当。中心孔的60°锥孔与顶尖上的60°锥面相配合，应保证两者配合贴切，并可存储少量润滑油（黄油）。

中心孔有A、B、R三种类型，常用的中心孔为A型和B型。

A型中心孔只有60°的锥孔，如图2-9所示。对于精度一般的轴类零件，由于中心孔不需要重复使用，可选用A型中心孔。

B型中心孔外端的120°锥面又称保护锥面，用以保护60°锥孔的外缘不被碰坏，如图2-10所示。对于精度要求高，工序较多或需多次使用中心孔的轴类零件，应选用B型中心孔。

A型和B型中心孔，分别用相应的中心钻，在车床或专用机床上加工。加工中心孔之前应先将轴的端面车平，中心钻的轴向进给缓慢、均匀，适当加注切削液并及时清除切屑，防止中心钻折断。

（3）数控车床的装夹校正

数控车床常用的装夹校正是指在数控车床进行工件的装夹时，必须将工件表面的回转中心轴线，即工件坐标系的Z轴，校正到与数控车床的主轴中心轴线重合。

数控车床找正的校正方法与普通车床相同，一般采用打表找正，通过调整卡爪，使工件坐标系的Z轴与数控车床的主轴回转中心线重合。

对于单件的偏心工件在安装时常采用装夹校正。使用三爪自定心卡盘装夹较长工件时，由于远离三爪卡盘的工件端可能与车床轴心不重合，故必须进行装夹校正。