1.4　數(shù)控車削中工件的定位與裝夾

1.4.1　車削中工件的定位

車削的零件大多數(shù)為回轉(zhuǎn)體類,由于數(shù)控車削編程和加工的特點(diǎn),通常工件徑向定位后要保證工件坐標(biāo)系Z軸與機(jī)床主軸軸線同軸,可采用通用夾具裝夾工件,如三爪自動(dòng)定心卡盤、頂尖等。

如果工件加工表面中心線與工件上某軸線有偏心(如曲軸),則必須采用偏心卡盤、偏心頂尖或?qū)Ｓ脢A具裝夾,使加工表面中心線位于機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)軸線上,這時(shí)偏心卡盤、偏心頂尖或?qū)Ｓ脢A具的定位中心線應(yīng)是工件上某軸線,定位中心線到主軸回轉(zhuǎn)中心線的距離等于加工表面中心線與工件某軸線偏心距離,這時(shí)工件坐標(biāo)系Z軸是加工表面中心線。

為了充分發(fā)揮數(shù)控車床的高速度、高精度和自動(dòng)化的特點(diǎn),必須有相應(yīng)的數(shù)控夾具與之配合。數(shù)控車床夾具除了使用通用三爪自定心卡盤、頂尖等,還常使用自動(dòng)化的液壓、電動(dòng)和氣動(dòng)卡盤與頂尖等。

1.4.2　定位基準(zhǔn)的選擇

(1)基準(zhǔn)重合原則

選用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)(工序基準(zhǔn))作為工件的定位基準(zhǔn),稱為基準(zhǔn)重合,即定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。數(shù)控加工應(yīng)使設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、編程原點(diǎn)三者統(tǒng)一,這是最優(yōu)方案。因?yàn)楫?dāng)加工面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合,且加工面與工序基準(zhǔn)不在一次安裝中同時(shí)加工出來時(shí),將產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。

(2)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則

基準(zhǔn)統(tǒng)一指在多個(gè)工序或多次安裝中,選用同一個(gè)定位基準(zhǔn)。基準(zhǔn)統(tǒng)一有利于保證工件加工的位置精度。

(3)便于裝夾原則

所選擇的定位基準(zhǔn)應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、可靠,定位、夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,敞開性好,操作方便,能加工盡可能多的表面。

(4)便于對(duì)刀原則

定位基準(zhǔn)應(yīng)便于對(duì)刀操作。如果所選定位基準(zhǔn)通過對(duì)刀建立工件坐標(biāo)系,影響對(duì)刀的方便性,有時(shí)甚至無法對(duì)刀,應(yīng)考慮重新設(shè)定工件坐標(biāo)系。

1.4.3　工件的裝夾

(1)用三爪自定心卡盤裝夾工件

三爪自定心卡盤能自動(dòng)定心,一般不需找正,裝夾工件方便、省時(shí),但夾緊力較小,所以適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型工件。三爪自定心卡盤的卡爪可采用正爪或反爪兩種安裝形式,反爪安裝用來裝夾直徑較大的工件。數(shù)控車床多采用氣動(dòng)或液動(dòng)卡盤,如圖1?11所示,通過調(diào)整液壓缸的壓力,可改變卡盤的夾緊力,以滿足夾持各種薄壁和易變形工件的特殊需要。用三爪自定心卡盤裝夾精加工表面(精基準(zhǔn)),可使用軟爪夾持工件,軟爪弧面由操作者隨機(jī)配制,可獲較高的定位精度。采用三爪自定心卡盤夾持較長(zhǎng)軸類工件時(shí)還可使用尾座頂尖支持工件(一夾一頂?shù)陌惭b方式)。為減少細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)的受力變形、提高加工精度,以及在加工帶孔軸類工件內(nèi)孔時(shí),還可使用數(shù)控自動(dòng)定心中心架。

① 裝夾工件。三爪自定心卡盤張開卡爪(張開量大于工件直徑),把工件安放在卡盤內(nèi),在加工需要的情況下盡量減少工件伸出長(zhǎng)度。裝夾工件時(shí),右手持穩(wěn)工件,使工件軸線與卡爪保持平行,腳踏卡盤開關(guān)將卡爪夾緊,如圖1?12(a)所示。

② 檢查工件的徑向跳動(dòng)。三爪自定心卡盤能自動(dòng)定心,采用毛坯面裝夾一般不必找正,但當(dāng)裝夾長(zhǎng)度較短而伸出長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),遠(yuǎn)端因重力等作用,會(huì)“下垂”,遠(yuǎn)端同軸度很差,需要找正;當(dāng)三爪自定心卡盤使用時(shí)間較長(zhǎng),已失去應(yīng)有精度,而工件的加工精度要求又較高時(shí),也需要找正。通常在離卡盤最遠(yuǎn)處的跳動(dòng)量最大,跳動(dòng)量若大于加工余量,也必須找正后再加工。找正的方法如圖1?12(b)所示,先輕夾工件,將劃針尖靠近工件軸端外圓,慢速轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤,右手移動(dòng)劃線盤,使針尖與外圓的最高點(diǎn)剛好未接觸到。然后目測(cè)外圓與劃針尖之間的間隙變化,當(dāng)出現(xiàn)最大間隙時(shí),用錘子將工件輕輕向劃針方向敲擊,要求間隙約縮小1/2。然后再重復(fù)檢查和找正,直至跳動(dòng)量小于加工余量時(shí)為止。操作熟練時(shí)可用目測(cè)法進(jìn)行找正,找正后夾緊工件。

夾持盤類零件,雖然靠近卡盤夾緊端,同心度較高,但是端面跳動(dòng)(垂直度)會(huì)很大,也需要找正。

(2)用兩頂尖間裝夾工件

對(duì)于長(zhǎng)度尺寸較大或加工部位較多的軸類工件,為保證裝夾時(shí)的裝夾精度,可用兩頂尖裝夾。兩頂尖裝夾工件方便,不需找正,裝夾精度高,但必須先在工件的兩端面鉆出中心孔。

① 所需工藝裝備

a.前頂尖。前頂尖有兩種,一種是將頂尖插入主軸錐孔內(nèi),使用時(shí)須卸下卡盤,換上撥盤來帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn),如圖1?13(a)所示,前頂尖每次安裝時(shí)都要把主軸孔和頂尖錐柄擦干凈。卸下前頂尖的方法是用一根棒料從主軸孔后稍用力頂出頂尖。另一種是在三爪自定心卡盤上夾一根帶臺(tái)階的棒料,然后把棒料車成60°頂尖,作為前頂尖,如圖1?13(b)所示。這種頂尖拆下后,再使用時(shí),必須將錐面重車一刀,以保證60°圓錐軸線與主軸旋轉(zhuǎn)軸線同軸。采用三爪自定心卡盤裝夾頂尖,卡盤還起到了撥盤帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的作用。

數(shù)控車床常用撥齒頂尖作為前頂尖,撥齒用于傳遞轉(zhuǎn)矩。撥齒頂尖結(jié)構(gòu)如圖1?14所示。殼體1可通過標(biāo)準(zhǔn)變徑套或直接與車床主軸孔連接,殼體內(nèi)裝有用于坯件定心的頂尖2,撥齒套5通過螺釘4與殼體連接,常采用此夾具加工?10~60mm直徑的軸類零件。

b.后頂尖。后頂尖也有兩種,一種是固定頂尖,如圖1?15(a)所示。使用時(shí)固定頂尖不轉(zhuǎn)動(dòng),因此與中心孔產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦,需要在工件中心孔內(nèi)加潤(rùn)滑脂,適用于低速車削加工精度要求較高的工件。另一種是回轉(zhuǎn)頂尖,如圖1?15(b)所示,在工作中回轉(zhuǎn)頂尖與工件中心孔一起轉(zhuǎn)動(dòng),適用于高速切削,在加工中廣泛使用。

后頂尖安裝前,必須把頂尖錐柄和尾座套筒的錐孔擦干凈。安裝時(shí)用力插入,使錐面緊密結(jié)合。拆卸后頂尖時(shí),可移動(dòng)尾座套筒,由絲杠前端將后頂尖頂出。

c.夾頭。夾頭分為雞心夾頭和對(duì)分夾頭,在兩頂尖裝夾時(shí)用于給工件傳遞轉(zhuǎn)矩,如圖1?16所示。

② 兩頂尖裝夾工件時(shí)注意事項(xiàng)

a.前、后頂尖的連線應(yīng)與車床主軸回轉(zhuǎn)軸線同軸,否則車出的工件會(huì)產(chǎn)生錐度誤差。

找正后頂尖:在機(jī)床上安裝兩頂尖后要檢查后頂尖是否對(duì)準(zhǔn)主軸中心,檢查方法如圖1?17所示,以前頂尖為基準(zhǔn)使后頂尖與前頂尖輕微接觸,目測(cè)后頂尖是否與前頂尖對(duì)準(zhǔn),如有偏移,要調(diào)整尾座的橫向位置找正。

b.尾座套筒在不影響車刀切削的前提下,伸出長(zhǎng)度應(yīng)盡量短些,以增加剛性、減少振動(dòng)。

c.中心孔應(yīng)形狀正確,表面粗糙度值小。軸向精確定位時(shí),中心孔倒角可加工成準(zhǔn)確的圓弧形倒角,并以該圓弧形倒角與頂尖錐面的切線為軸向定位基準(zhǔn)定位。

d.兩頂尖與中心孔的配合應(yīng)松緊合適。

③ 兩頂尖間裝夾工件的操作步驟

a.在工件一端外圓上安裝雞心夾頭,擰緊固定螺釘,如后頂尖用固定頂尖,應(yīng)在中心孔內(nèi)加潤(rùn)滑油。

b.移動(dòng)尾座,套筒盡可能伸出短些,前、后頂尖之間距離接近工件長(zhǎng)度時(shí)將尾座鎖緊。

c.裝夾工件。將有雞心夾頭一端裝在前頂尖上,手持穩(wěn)工件,移動(dòng)尾座,當(dāng)工件中心孔與后頂尖靠近時(shí),要使工件中心孔對(duì)準(zhǔn)后頂尖,使頂尖進(jìn)入中心孔將工件頂住。

d.移動(dòng)刀架,使車刀刀尖離工件端面5~10mm,如刀架碰到尾座則應(yīng)松開尾座重新調(diào)整套筒的伸出長(zhǎng)度。

e.調(diào)整工件的頂緊程度。左手轉(zhuǎn)動(dòng)工件,右手調(diào)整尾座套筒,使工件頂緊程度合適,達(dá)到既能轉(zhuǎn)動(dòng)又無軸向間隙,然后鎖緊尾座套筒。

f.鎖緊雞心夾頭的固定螺釘,如工件裝夾面是已加工表面,要在工件與螺釘間墊銅片以防夾傷表面。前頂尖用卡盤裝夾時(shí),還應(yīng)注意雞心夾頭的撥桿不可碰卡盤面。

(3)一夾一頂裝夾工件

用兩頂尖裝夾工件雖然精度高,但剛性較差。因此,車削質(zhì)量較大工件時(shí)一端用卡盤夾住,另一端用后頂尖支撐,后頂尖選用回轉(zhuǎn)頂尖,即一夾一頂裝夾。為了防止工件由于切削力的作用而產(chǎn)生軸向位移,可以在主軸孔中安裝限位裝置,如圖1?18(a)所示,也可以在工件上車一段10~15mm長(zhǎng)的臺(tái)階圓用作限位,如圖1?18(b)所示。一夾一頂裝夾工件比較安全,能承受較大的軸向切削力,安裝剛性好,軸向定位準(zhǔn)確,所以應(yīng)用比較廣泛。其操作要點(diǎn)如下。

① 在棒料工件的一端車端面、鉆中心孔。工件的總長(zhǎng)及另一端中心孔均不用車。

② 裝夾時(shí)頂尖不能過緊或過松,要求用手轉(zhuǎn)動(dòng)工件時(shí)回轉(zhuǎn)頂尖隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。然后將工件夾緊,尾座套筒鎖緊。

(4)使用中心架

① 中心架結(jié)構(gòu)。一夾一頂車外圓,調(diào)頭車端面、鉆中心孔時(shí),須使用中心架作支承,中心架結(jié)構(gòu)如圖1?19所示。圖中主體通過壓板和螺母緊固在床面上,上蓋和主體用銷子作活動(dòng)連接,在裝卸工件時(shí),上蓋可以打開和扣合,并用螺母固定。支承爪的移動(dòng)可用螺母來調(diào)整,以適應(yīng)不同直徑的工件,并用螺釘固定。

② 在中心架上車端面、鉆中心孔的方法

a.工件的裝夾。在工件已加工表面上墊銅片,用三爪自定心卡盤夾住,夾持長(zhǎng)度為15~20mm。由于工件伸出長(zhǎng)度較長(zhǎng),軸線會(huì)產(chǎn)生歪斜,應(yīng)通過找正,使工件的軸線與主軸的軸線基本一致。

b.將尾座與床鞍移向機(jī)床導(dǎo)軌的尾端。將中心架置于機(jī)床導(dǎo)軌上,調(diào)整支承爪開度,使其大于工件直徑。

c.打開上蓋,將中心架移向工件軸端處,在不影響車削的情況下盡可能支承在工件軸端,位置確定后將中心架固定。

d.對(duì)正工件軸線,調(diào)整中心架下面靠近操作者的支承爪,當(dāng)與工件靠近時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤,目測(cè)工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)外圓與支承爪間的間隙是否保持一致,如間隙忽大忽小,應(yīng)輕輕敲擊外圓,使其向間隙寬的一邊移動(dòng)直至間隙達(dá)到基本一致為止。如果工件同軸度要求較高時(shí),需用百分表找正工件的上素線和側(cè)素線。

e.開動(dòng)機(jī)床,主軸轉(zhuǎn)速為150~200r/min。在工件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),調(diào)整支承爪與工件的接觸程度,當(dāng)支承爪與工件表面相接觸時(shí),旋動(dòng)支承爪的手指會(huì)有輕微的接觸感覺,當(dāng)手指感覺到時(shí)即用緊固螺釘將支承爪緊固。然后用同樣的方法調(diào)整下面的另一支承爪。下面兩支承爪位置固定后,將中心架上蓋扣合,并用螺母緊固。最后調(diào)整上蓋上的支承爪。支承爪與工件間的接觸表面要加油潤(rùn)滑。

f.車端面至工件總長(zhǎng)尺寸。

g.工件在中心架上鉆中心孔,工件安裝如圖1?20所示。在試鉆時(shí)若發(fā)現(xiàn)工件中心不對(duì),應(yīng)松開中心架支承爪,重新調(diào)整,直至中心位置正確為止。

③ 數(shù)控自動(dòng)定心中心架。為提高加工效率數(shù)控車床常采用數(shù)控自定心中心架。數(shù)控自定心中心架外形如圖1?21(a)所示。該中心架采用自動(dòng)控制,作為機(jī)床附件提供。中心架通過安裝架與機(jī)床導(dǎo)軌相連[圖1?21(b)],工作時(shí)由主機(jī)發(fā)信號(hào),通過液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)使其夾緊或松開。其潤(rùn)滑則采用中心潤(rùn)滑系統(tǒng)。

(5)用雙三爪自定心卡盤裝夾

對(duì)于精度要求高、變形要求小的細(xì)長(zhǎng)軸類零件可采用雙主軸驅(qū)動(dòng)式數(shù)控車床加工,機(jī)床兩主軸軸線同軸、轉(zhuǎn)動(dòng)同步,零件兩端同時(shí)分別由三爪自定心卡盤裝夾并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),這樣可以減小切削加工時(shí)切削力矩引起的工件扭轉(zhuǎn)變形。