加工中心零件如何裝夾與定位
(1)確定零件夾具
在加工中心上,夾具的任務(wù)不僅是夾緊工件,而且還要以各個方向的定位面為參考基準(zhǔn),確定工件編程的零點。在加工中心上加工的零件一般都比較復(fù)雜。零件在一次裝夾中,既要粗銑、粗鏜,又要精銑、精鏜,需要多種多樣的刀具,這就要求夾具既能承受大切削力,又要滿足定位精度要求。而加工中心的自動換刀(ATC)功能又決定了在加工中不能使用支架、位置檢測及對刀元件。加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結(jié)構(gòu)緊湊,簡單,夾緊動作迅速、準(zhǔn)確,盡量減少輔助時間,操作方便、省力、安全,而且要保證足夠的剛性,還要能靈活多變。
在加工中心機床上,要想合理應(yīng)用好夾具,首先要對加工中心的加工特點有比較深刻的理解和掌握,同時還要考慮如下因素:
①加工零件的精度;
②批量大小;
③制造周期;
④制造成本。
根據(jù)加工中心機床特點和加工需要,目前常用的夾具結(jié)構(gòu)類型有專用夾具、組合夾具;可調(diào)整夾具和成組夾具。在選擇時要綜合考慮各種因素,選擇最經(jīng)濟、最合理的夾具形式。
1)組合夾具
組合夾具是由一套結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,尺寸已經(jīng)規(guī)格化的通用組合元件構(gòu)成。可以按工件的加工需要組成各種功用的夾具。組合夾具有槽系組合夾具和孔系組合夾具。如圖5-7為一孔系組合夾具。
組合夾具的基本特點是滿足三化:標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化,具有組合性,可調(diào)性,模擬性,柔性,應(yīng)急性和經(jīng)濟性,使用壽命長,能適應(yīng)產(chǎn)品加工中的周期短、成本低等要求,比較適合加工中心應(yīng)用。在加工中心上應(yīng)用組合夾具,有下列優(yōu)點:
①節(jié)約夾具的設(shè)計制造工時;②縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期;③節(jié)約鋼材和降低成本;④提高企業(yè)工藝裝備系數(shù)。
但是,由于組合夾具是由各種通用標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成的,各元件間相互配合的環(huán)節(jié)較多,夾具精度、剛性仍比不上專用夾具,尤其是元件連結(jié)的接合面剛度,對加工精度影響較大。通常,采用組合夾具時其尺寸加工精度只能達(dá)到IT8~I(xiàn)T9級,這就使得組合夾具在應(yīng)用范圍上受到一定限制。此外,使用組合夾具首次投資大(當(dāng)然,采取租賃方式會節(jié)省一筆投資),總體顯得笨重,還有排屑不便等不足。對中、小批量,單件(如新產(chǎn)品試制等)或加工精度要求不十分嚴(yán)格的零件,在加工中心上加工時,應(yīng)盡可能選擇組合夾具。
2)專用夾具
對于工廠的主導(dǎo)產(chǎn)品,批量較大,且輪番上場加工,精度要求較高的關(guān)鍵性零件,在加工中心上加工時,選用專用夾具是非常必要的。
專用夾具是根據(jù)某一零件的結(jié)構(gòu)特點專門設(shè)計的夾具,具有結(jié)構(gòu)合理,剛性強,裝夾穩(wěn)定可靠,操作方便,提高安裝精度及裝夾速度等優(yōu)點。選用這種夾具,一批工件加工后尺寸比較穩(wěn)定,互換性也較好,可大大提高生產(chǎn)率。但是,專用夾具所固有的只能為一種零件的加工所專用的狹隘性,與產(chǎn)品品種不斷變型更新的形勢不相適應(yīng),特別是專用夾具的設(shè)計和制造周期長,花費的勞動量較大,加工簡單零件顯然不太經(jīng)濟。
3)可調(diào)整夾具
可調(diào)整夾具能有效地克服以上兩種夾具的不足,既能滿足加工精度,又有一定的柔性,是一種很有發(fā)展前途的新穎的機床夾具結(jié)構(gòu)形式。加工中心為它開辟了廣闊的道路。
可調(diào)整夾具與組合夾具有很大的相似之處,所不同的是它具有一系列整體剛性好的夾具體。在夾具體上,設(shè)置有可定位、夾壓等多功能的T型槽及臺階式光孔、螺孔,配制有多種夾緊定位元件。可調(diào)整夾具擴大了夾具的使用范圍,只要配制通用夾具元件,即可實現(xiàn)快速調(diào)整。其剛性好的特點,能良好地保證加工精度,它不僅適用于多品種、中小批量生產(chǎn),而且在少品種、大批量生產(chǎn)中也會體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。
4)成組夾具
成組夾具是隨成組加工工藝的發(fā)展而出現(xiàn)的。使用成組夾具的基礎(chǔ)是對零件的分類(即編碼系統(tǒng)中的零件族)。通過工藝分析,把形狀相似、尺寸相近的各種零件進行分組,編制成組工藝,然后把定位、夾緊和加工方法相同的或相似的零件集中起來,統(tǒng)籌考慮夾具的設(shè)計方案。對結(jié)構(gòu)外形相似的零件,采用成組夾具,具有經(jīng)濟、夾緊精度高等特點。
總之,加工中心上零件夾具的選擇要根據(jù)零件精度等級,零件結(jié)構(gòu)特點,產(chǎn)品批量及機床精度等情況綜合考慮。在此,推薦選擇順序:優(yōu)先考慮組合夾具,其次考慮可調(diào)整夾具,最后考慮專用夾具、成組夾具。當(dāng)然,還可使用三爪卡盤、虎鉗等大家熟悉的通用夾具。
(2)夾緊與安裝
即使用剛度較高的機床進行加工,如果加工的工件及其夾具沒有足夠的剛性,也會出現(xiàn)自激振動或尺寸偏差,因此,在考慮夾緊方案時,應(yīng)注意工件的穩(wěn)定性。不合理的裝夾也有同樣的后果,它會在裝夾過程中使剛性不好的工件發(fā)生變形。
在考慮夾緊方案時,夾緊力應(yīng)力求靠近主要支承點上,或在支承點所組成的三角內(nèi),并力求靠近切削部位及剛性好的地方,盡量不要在被加工孔的上方。同時,考慮各個夾緊部件不要與加工部位和所用刀具發(fā)生干涉。
夾具在機床上的安裝誤差和工件在夾具中的定位、安裝誤差對加工精度將產(chǎn)生直接影響。即使在程序零點與工件本身的基準(zhǔn)點相符合的場合,也要求工件對機床坐標(biāo)軸線上的角度進行準(zhǔn)確地調(diào)整。如果編程零點不是根據(jù)工件本身,而是按著夾具的基準(zhǔn)來測量,則在編制工藝文件時,根據(jù)零件的加工精度對裝夾提出特殊要求。夾具中工件定位面的任何磨損以及任何污穢都會引起加工誤差,因此,操作者在裝夾工件時一定要將污物擦干凈,并按工藝文件上的要求找正定位面,使其在一定的精度范圍內(nèi)。
夾具必須保證最小的夾緊變形。零件在粗加工時,切削力大,需要夾緊力大,但又不能把零件夾壓變形,因此,必須慎重選擇夾具的支承點、定位點和夾緊點。壓板的夾緊點要盡量接近支承點,避免把夾緊力加在零件無支承的區(qū)域。如采用這些措施仍不能控制零件變形,只能將粗、精加工工序分開,或者粗加工程序僅編制粗加工過程,在粗加工后編一任選停止指令,操作者松開壓板,放松夾具,使零件消除變形后,再繼續(xù)進行精加工。
(3)確定零件在機床工作臺上的******位置
在臥式加工中心上加工零件時,由于要進行多工位加工,就要考慮零件(包括夾具)在機床工作臺上的******位置,該位置是在技術(shù)準(zhǔn)備過程中考慮機床行程,各種干涉情況,優(yōu)化匹配各部位刀具長度而確定的。如果考慮不周,將會造成機床超程,更換刀具,影響加工精度或重新進入試切階段而造成浪廢工時等不良后果,也增大了出現(xiàn)廢品的可能性。
加工中心具有的自動換刀(ATC)功能決定了其******的弱點為刀具懸臂式加工,在加工過程中不能使用鏜模、支架等。因此,在進行多工位零件的加工時,應(yīng)綜合計算各工位的各加工表面到機床主軸端面的距離以選擇******的刀具長度,提高工藝系統(tǒng)的剛性,從而保證加工精度。
在加工中心上,夾具的任務(wù)不僅是夾緊工件,而且還要以各個方向的定位面為參考基準(zhǔn),確定工件編程的零點。在加工中心上加工的零件一般都比較復(fù)雜。零件在一次裝夾中,既要粗銑、粗鏜,又要精銑、精鏜,需要多種多樣的刀具,這就要求夾具既能承受大切削力,又要滿足定位精度要求。而加工中心的自動換刀(ATC)功能又決定了在加工中不能使用支架、位置檢測及對刀元件。加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結(jié)構(gòu)緊湊,簡單,夾緊動作迅速、準(zhǔn)確,盡量減少輔助時間,操作方便、省力、安全,而且要保證足夠的剛性,還要能靈活多變。
在加工中心機床上,要想合理應(yīng)用好夾具,首先要對加工中心的加工特點有比較深刻的理解和掌握,同時還要考慮如下因素:
①加工零件的精度;
②批量大小;
③制造周期;
④制造成本。
根據(jù)加工中心機床特點和加工需要,目前常用的夾具結(jié)構(gòu)類型有專用夾具、組合夾具;可調(diào)整夾具和成組夾具。在選擇時要綜合考慮各種因素,選擇最經(jīng)濟、最合理的夾具形式。
1)組合夾具
組合夾具是由一套結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,尺寸已經(jīng)規(guī)格化的通用組合元件構(gòu)成。可以按工件的加工需要組成各種功用的夾具。組合夾具有槽系組合夾具和孔系組合夾具。如圖5-7為一孔系組合夾具。
組合夾具的基本特點是滿足三化:標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化,具有組合性,可調(diào)性,模擬性,柔性,應(yīng)急性和經(jīng)濟性,使用壽命長,能適應(yīng)產(chǎn)品加工中的周期短、成本低等要求,比較適合加工中心應(yīng)用。在加工中心上應(yīng)用組合夾具,有下列優(yōu)點:
①節(jié)約夾具的設(shè)計制造工時;②縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期;③節(jié)約鋼材和降低成本;④提高企業(yè)工藝裝備系數(shù)。
但是,由于組合夾具是由各種通用標(biāo)準(zhǔn)元件組合而成的,各元件間相互配合的環(huán)節(jié)較多,夾具精度、剛性仍比不上專用夾具,尤其是元件連結(jié)的接合面剛度,對加工精度影響較大。通常,采用組合夾具時其尺寸加工精度只能達(dá)到IT8~I(xiàn)T9級,這就使得組合夾具在應(yīng)用范圍上受到一定限制。此外,使用組合夾具首次投資大(當(dāng)然,采取租賃方式會節(jié)省一筆投資),總體顯得笨重,還有排屑不便等不足。對中、小批量,單件(如新產(chǎn)品試制等)或加工精度要求不十分嚴(yán)格的零件,在加工中心上加工時,應(yīng)盡可能選擇組合夾具。
2)專用夾具
對于工廠的主導(dǎo)產(chǎn)品,批量較大,且輪番上場加工,精度要求較高的關(guān)鍵性零件,在加工中心上加工時,選用專用夾具是非常必要的。
專用夾具是根據(jù)某一零件的結(jié)構(gòu)特點專門設(shè)計的夾具,具有結(jié)構(gòu)合理,剛性強,裝夾穩(wěn)定可靠,操作方便,提高安裝精度及裝夾速度等優(yōu)點。選用這種夾具,一批工件加工后尺寸比較穩(wěn)定,互換性也較好,可大大提高生產(chǎn)率。但是,專用夾具所固有的只能為一種零件的加工所專用的狹隘性,與產(chǎn)品品種不斷變型更新的形勢不相適應(yīng),特別是專用夾具的設(shè)計和制造周期長,花費的勞動量較大,加工簡單零件顯然不太經(jīng)濟。
3)可調(diào)整夾具
可調(diào)整夾具能有效地克服以上兩種夾具的不足,既能滿足加工精度,又有一定的柔性,是一種很有發(fā)展前途的新穎的機床夾具結(jié)構(gòu)形式。加工中心為它開辟了廣闊的道路。
可調(diào)整夾具與組合夾具有很大的相似之處,所不同的是它具有一系列整體剛性好的夾具體。在夾具體上,設(shè)置有可定位、夾壓等多功能的T型槽及臺階式光孔、螺孔,配制有多種夾緊定位元件。可調(diào)整夾具擴大了夾具的使用范圍,只要配制通用夾具元件,即可實現(xiàn)快速調(diào)整。其剛性好的特點,能良好地保證加工精度,它不僅適用于多品種、中小批量生產(chǎn),而且在少品種、大批量生產(chǎn)中也會體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。
4)成組夾具
成組夾具是隨成組加工工藝的發(fā)展而出現(xiàn)的。使用成組夾具的基礎(chǔ)是對零件的分類(即編碼系統(tǒng)中的零件族)。通過工藝分析,把形狀相似、尺寸相近的各種零件進行分組,編制成組工藝,然后把定位、夾緊和加工方法相同的或相似的零件集中起來,統(tǒng)籌考慮夾具的設(shè)計方案。對結(jié)構(gòu)外形相似的零件,采用成組夾具,具有經(jīng)濟、夾緊精度高等特點。
總之,加工中心上零件夾具的選擇要根據(jù)零件精度等級,零件結(jié)構(gòu)特點,產(chǎn)品批量及機床精度等情況綜合考慮。在此,推薦選擇順序:優(yōu)先考慮組合夾具,其次考慮可調(diào)整夾具,最后考慮專用夾具、成組夾具。當(dāng)然,還可使用三爪卡盤、虎鉗等大家熟悉的通用夾具。
(2)夾緊與安裝
即使用剛度較高的機床進行加工,如果加工的工件及其夾具沒有足夠的剛性,也會出現(xiàn)自激振動或尺寸偏差,因此,在考慮夾緊方案時,應(yīng)注意工件的穩(wěn)定性。不合理的裝夾也有同樣的后果,它會在裝夾過程中使剛性不好的工件發(fā)生變形。
在考慮夾緊方案時,夾緊力應(yīng)力求靠近主要支承點上,或在支承點所組成的三角內(nèi),并力求靠近切削部位及剛性好的地方,盡量不要在被加工孔的上方。同時,考慮各個夾緊部件不要與加工部位和所用刀具發(fā)生干涉。
夾具在機床上的安裝誤差和工件在夾具中的定位、安裝誤差對加工精度將產(chǎn)生直接影響。即使在程序零點與工件本身的基準(zhǔn)點相符合的場合,也要求工件對機床坐標(biāo)軸線上的角度進行準(zhǔn)確地調(diào)整。如果編程零點不是根據(jù)工件本身,而是按著夾具的基準(zhǔn)來測量,則在編制工藝文件時,根據(jù)零件的加工精度對裝夾提出特殊要求。夾具中工件定位面的任何磨損以及任何污穢都會引起加工誤差,因此,操作者在裝夾工件時一定要將污物擦干凈,并按工藝文件上的要求找正定位面,使其在一定的精度范圍內(nèi)。
夾具必須保證最小的夾緊變形。零件在粗加工時,切削力大,需要夾緊力大,但又不能把零件夾壓變形,因此,必須慎重選擇夾具的支承點、定位點和夾緊點。壓板的夾緊點要盡量接近支承點,避免把夾緊力加在零件無支承的區(qū)域。如采用這些措施仍不能控制零件變形,只能將粗、精加工工序分開,或者粗加工程序僅編制粗加工過程,在粗加工后編一任選停止指令,操作者松開壓板,放松夾具,使零件消除變形后,再繼續(xù)進行精加工。
(3)確定零件在機床工作臺上的******位置
在臥式加工中心上加工零件時,由于要進行多工位加工,就要考慮零件(包括夾具)在機床工作臺上的******位置,該位置是在技術(shù)準(zhǔn)備過程中考慮機床行程,各種干涉情況,優(yōu)化匹配各部位刀具長度而確定的。如果考慮不周,將會造成機床超程,更換刀具,影響加工精度或重新進入試切階段而造成浪廢工時等不良后果,也增大了出現(xiàn)廢品的可能性。
加工中心具有的自動換刀(ATC)功能決定了其******的弱點為刀具懸臂式加工,在加工過程中不能使用鏜模、支架等。因此,在進行多工位零件的加工時,應(yīng)綜合計算各工位的各加工表面到機床主軸端面的距離以選擇******的刀具長度,提高工藝系統(tǒng)的剛性,從而保證加工精度。
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