工件安装与夹具基础知识
2019/09/14 00:46:15
一、工件的安装方式
机械加工时，必须使工件在机床或夹具(Fixture)中相对刀具及其切削成形运动占有某一正确位置，称为定位。为了在加工中使工件能承受切削力，并保持其正确位置，还需把它压紧或夹牢，称为夹紧。从定位到夹紧的过程称为安装或装夹。
工件安装是否正确、可靠、迅速和方便，会影响加工质量和生产率。常用安装方法有：
1、直接安装
工件直接安装在工作台或通用夹具(Fixture)上，例如三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、电磁吸盘等。有时直接安装工件不需另行找正即可夹紧，例如利用三爪卡盘或电磁吸盘安装工件。有时直接安装需要以工件上某个表面或划线作为找正工件的基准，用划针或百分表找正后，再行夹紧，例如用四爪卡盘（见右图）或机床工作台安装工件。
这种安装方法的定位精度和工作效率，取决于找正面（或划线）的精度、找正方法、所用工具和工人技术水平。如划线找正，一般找正精度为0.2～0.5mm。由于此法安装找正费时，定位精度不易保证，生产率低，所以适用于单件小批生产及大型工件的粗加工。
2、利用专用夹具(Fixture)安装
如右图所示，工件直接安装在为其加工而专门设计和制造的夹具(Fixture)中，无需进行找正，就可迅速可靠地保证工件对机床和刀具的正确相对位置。此法操作简便，要求工人技术水平不高。但因专用夹具(Fixture)的设计、制造和维修，需要投资，所以在成批生产或大批大量生产中应用很广。
二、基准的种类与定位基准的选择
1、基准的种类
基准就是“根据”的意思。零件图样、零件或工艺文件上，必须根据一些指定的点、线或面，来确定另一些点、线或面的位置，这些作为根据的点、线或面称为基准。按照基准的不同功用，将其分为设计基准和工艺基准两大类。
（1）设计基准
设计图样上所采用的基准，称为设计基准。如右图所示轴套的轴线就是各外圆和内孔的设计基准，端面A是端面B、C的设计基准。
（2）工艺基准
在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按其用途不同，又分为装配基准、测量基准和定位基准。
1）装配基准
装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准，称为装配基准。右图轴套内孔就是装配基准。
2）测量基准
测量时所用的基准，称为测量基准。如右上图轴套内孔是检验Ф40外圆径向跳动的测量基准；表面A是检验长度L、l的测量基准。
3）定位基准
在加工中用作定位的基准，称为定位基准。右下图机体在加工4、5孔时用底面3安装在夹具(Fixture)上，底面就是定位基准。需要说明的是，工件上作为定位基准的点、线，通常是用具体表面来体现的。例如孔的轴线是用孔的表面来体现。所以，定位基准可统称为定位基面。 （返回TOP）
2、定位基准的选择
工件在加工过程中，若是以未经加工过的毛坯面作为定位基准的表面，称此种基准面为粗基准；若是已经加工过的表面，称为精基准。
（1）粗基准的选择
用作粗基准的表面应保证所有加工面都有足够的加工余量，而且各加工面对不加工面应具有一定的位置精度。其选择原则如下：
1）选择不需加工的表面作粗基准
如果零件上有几个不需加工的表面，则应选择与加工面有较高相互位置精度要求的不加工表面作粗基准，以保证零件上加工面与不加工面之间相互位置误差最小。
例如右图所示工件以不加工的外圆表面作粗基准，这样可保证各加工面与外圆表面之间有较高的同轴度或垂直度，而且可在一次安装中，加工出绝大部分需要加工的表面。
2）选择加工余量和公差最小的表面作粗基准
若零件的所有表面都需加工，这样选择可保证作为粗基准的表面加工余量均匀。例如车床床身（下图），要求导轨面耐磨性好，希望在加工时只切除一层薄而均匀的金属，使其表层保留均匀一致的金相组织和高硬度。若先选择导轨面作粗基准，加工床腿的底平面（下图a），然后以床腿的底平面为精基准去加工导轨面（下图b），就可达到此目的。
3）选择光洁、平整、面积足够大，装夹稳定的表面作粗基准
粗基准不应有浇口、冒口、飞边、毛刺和其他缺陷，否则会使定位基准不准确和夹紧不牢靠。
4）粗基准一般只能使用一次
粗基准精度低、粗糙度大，如重复使用，则定位误差大，会使加工面产生较大的位置误差。
（2）精基准的选择
在第一道工序之后，就应当使用精基准定位，其选择原则如下：
1）基准重合原则
尽可能选用设计基准作定位基准，这样可避免因定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差，容易保证加工面与其设计基准的相对位置精度。
例如加工带孔齿轮和套类零件的外圆和齿形时，是用心轴插入已加工好的孔中定位，这样可使定位基准与装配基准和设计基准重合，以提高加工精度。
2）基准统一原则
应使尽可能多的表面加工时都用一个定位基准，这样有利于保证各加工面的位置精度。此外，还可使许多工序使用的夹具(Fixture)的定位、夹紧装置相同或类似，减少了设计、制造夹具(Fixture)的时间和费用。例如加工轴类零件，很多加工面和工序都用顶尖作定位基准。又例如加工齿轮的外圆、端面和齿形时，都以内孔作精基准定位。
3）选择面积较大、精度较高、安装稳定可靠的表面作精基准
所选的精基准应使夹具(Fixture)结构简单，装夹和加工工件方便。
4）自为基准
对于某些精加工或光整加工工序，要求加工余量小而均匀时，可用被加工面本身作精基准定位。例如磨削床身导轨面，用导轨面本身（精基准）找正定位（右图），导轨面本身的位置精度应由前道工序保证。此外，如浮动镗刀镗孔、浮动铰刀铰孔、拉刀拉孔、珩磨孔、无心磨床磨外圆等，都是采用自为基准。
5）互为基准
为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准、反复加工的原则。例如主轴轴颈和锥孔的同轴度要求很高，生产中就是利用互为基准的原则反复加工完成的。
在实际生产中，精基准的选择要完全符合上述原则，有时很难做到，所以，应根据具体情况进行分析，选用最有利的精基准。