2.1　數控車削裝夾操作

（1）數控車床夾具

在數控車床上，數控車床夾具用來固定加工對象，使之占有正確位置，以接受加工或檢測并保證加工要求的機床附加裝置，簡稱為數控車床夾具。

機床夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設計、制造和管理的方便，往往按某一屬性進行分類。

①按夾具的通用特性分類　常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具和自動線夾具等五大類。它反映夾具在不同生產類型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據。

②按夾具動力源來分類　可將夾具分為手動夾具和機動夾具兩大類。常用的機動夾具有氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具和離心力夾具等。

數控車床的通用夾具與普通車床的通用夾具相同。

（2）夾具的作用

在數控加工中，夾具的主要作用如下。

①工件的加工精度很大程度上，是由機床夾具來保證的。加工時，應提供合適的夾緊力，既要避免夾緊力過大而造成工件在切削過程中松動，又要避免因夾緊力過大而造成工件變形或損壞工件表面。

②工件在夾具中的正確定位，是通過工件上的定位基準面與夾具上的定位元件相接觸而實現的。因此，不再需要找正便可將工件夾緊。裝夾迅速、方便，能減輕勞動強度，顯著地減少輔助時間，提高勞動生產率。

③裝夾基本上不受工人技術水平的影響，能比較容易和穩定地保證加工精度。

④對于不能使用通用夾具裝夾的工件，通常需要設計專用夾具。

⑤使用通用夾具，可以完成非軸對稱，非輪盤類零件的孔、軸、槽等特征的加工，擴大了車床的使用范圍。

2.1.1　工件定位裝夾方案設計

在數控機床裝夾前，首先要確定被加工工件在數控車床上裝夾在一個確定的位置，這就需要設計工件的定位裝夾方案。

（1）工件定位的原則

1）自由度的概念　一個工件，在空間有且僅有六個自由度。它在空間的位置是任意的，即它既能沿OX、OY、OZ三個坐標軸移動，稱為移動自由度，分別為；又能繞OX、OY、OZ三個坐標軸轉動，稱為轉動自由度，分別為。

2）六點定位原則　由上可知，如果要使一個工件在空間有一個確定的位置，就必須設置相應的六個約束，如圖2-1所示，分別限制工件的六個運動自由度。如果工件的六個自由度都加以限制了，工件在空間的位置也就完全被確定下來了。因此，定位實質上就是限制工件的自由度。

分析工件定位時，通常是用一個支承點限制工件的一個自由度。用合理設置的六個支承點，限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是六點定位原則。

3）工件定位中的幾種情況

①完全定位　完全定位是指不重復地限制了工件的六個自由度的定位。當工件在X、Y、Z三個坐標方向均有尺寸要求或位置精度要求時，一般采用這種定位方式。

②不完全定位　根據工件的加工要求，有時并不需要限制工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。如圖2-2所示，矩形件只有厚度上的要求，所以只需限制三個自由度；柱形件加工外圓，根據加工要求，兩個自由度可以不用約束。由此可知，工件在定位時應該限制的自由度數目應由工序的加工要求而定，不影響加工精度的自由度可以不加限制。采用不完全定位可簡化定位裝置，因此不完全定位在實際生產中也廣泛應用。

③欠定位　根據工件的加工要求，應該限制的自由度沒有完全被限制的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時，決不允許有欠定位的現象產生。

④過定位　夾具上的兩個或兩個以上的定位元件重復限制同一個自由度的現象稱為過定位，圖2-3為常見過定位。過定位會引起以下問題：工件消除或減少過定位引起的干涉，一般有兩種方法，一是改變定位元件的結構，如縮小定位元件工作面的接觸長度，或者減小定位元件的配合尺寸，增大配合間隙等；二是控制或者提高工件定位基準之間以及定位元件工作表面之間的位置精度。

（2）基準

數控車床的基準分為零件設計基準和加工定位基準。相比數控銑床和加工中心，數控車床的基準選擇要簡單得多。

設計基準是設計工件時采用的基準，例如軸類零件和盤類零件的中心線。由于它們都屬于回轉類零件，通常設計基準都設置在回轉體軸線上，將軸向設計基準設置在工件的某一端面和幾何中心處。

加工定位基準，是加工中工件裝夾定位時的基準。數控車床加工軸類零件和盤類零件的加工定位基準，只能選擇在被加工工件的外圓表面、內圓表面或零件的端面中心孔。

測量基準，是工件的各項精度測量和檢測時的基準。機械加工工件的精度要求包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。尺寸精度，可以使用長度測量量具進行測量。形狀精度和位置精度則要測量夾具和量具來完成。

（3）數控車床的定位基準的選擇

定位基準的選擇包括定位方式的選擇和被加工工件定位面的選擇。

對于切削長度較短的軸類零件。通常采用一端外圓固定的定位方式，即用三爪自定心卡盤固定工件的外圓表面。這種定位方式對工件的懸伸長度有一定的限制，避免懸伸過長，引起工件變形，增大加工誤差。

對于切削較長的軸類零件，可以采用一夾一頂的定位方式，或采用兩頂尖一雞心夾定位。在裝夾方式允許的條件下，零件的軸向定位面應盡量選擇幾何精度較高的表面。

對于特殊零件，需要進行專用夾具設計。其定位基準的選擇，要視情況而定，因地制宜，活學活用。

（4）常用定位方式和定位元件

常見定位元件有以平面定位的元件、以圓孔定位的元件、以圓錐孔定位的元件、以外圓面定位的元件及以組合表面定位的元件。具體元件及對應所限制的自由度，如表2-1所示。

2.1.2　通用夾具裝夾及操作

通用夾具是指能夠裝夾兩種或兩種以上工件的夾具，例如車床上的三爪定心卡盤、四爪單動卡盤、彈簧卡套和通用心軸等。下面將對通用夾具進行較全面的了解。

（1）圓周定位夾具

在數控車削加工中，粗加工、半精加工的精度要求不高時，可利用工件或毛坯的外圓表面定位。常見的圓周定位夾具有三爪自定心卡盤、軟爪、四爪單動卡盤、心軸和卡盤加頂尖。

1）三爪自定心卡盤　三爪自定心卡盤是數控車床中最常用的通用夾具，如圖2-4所示。三爪自定心卡盤的最大優點在于可以實現自動定心，無需花費很多時間去找正。它的夾持范圍大，但是定心精度不高，夾緊力也沒有四爪單動卡盤大，不適合零件同軸度較高時的二次裝夾。

三爪自定心卡盤的組成如圖2-4（a）所示。夾緊時，用扳手插入小錐齒輪2的方孔1中并轉動，小錐齒輪2帶動大錐齒輪3轉動，大錐齒輪3背面的平面螺紋4與卡爪5背面的螺紋嚙合。當平面螺紋轉動時，就帶動3個卡爪同時做向心或離心運動。

三爪卡盤有正爪和反爪之分。正爪用于裝夾外徑較小和內徑較大的工件；反爪用于裝夾外徑較大的工件。

三爪卡盤安裝的注意事項如下。

①在精加工時，雖然可以自定心，但為保證同軸度仍需要找正。

②在加工較長工件時，必須使用后頂尖，以防止由于剛性不足引起晃動。

③為防止夾傷工件，裝夾已加工表面時應墊銅皮。

④夾緊力的作用點應盡量靠近工件被加工表面，這樣可使切削力對該作用點的力矩減小，工件的振動也可以減小。

⑤找正時主軸應放在空擋位置，以使卡盤轉動輕便。

2）軟爪　用于加工較高同軸度要求的工件或進行工件的二次裝夾。

軟爪的可以多次切削加工的特點，能夠彌補通常三爪自定心卡盤，硬度較高，很難用常規刀具進行切削問題。

在加工軟爪時，應在與使用時相同的夾緊狀態下進行切削，以避免加工過程中松動和反向間隙而引起定心誤差。同時，當工件以外圓定位時，軟爪的圓弧直徑應與裝夾工件的直徑基本相同或稍大0.06～0.1mm，并車出一個臺階，使工件能夠正確定位。當軟爪內徑過大或過小，都會影響夾緊與工件表面質量。

在車削軟爪或每次裝卸零件時，應注意固定使用同一扳手方孔，夾緊力也要均勻一致，改用其他扳手方孔或改變夾緊力的大小，都會改變卡盤平面螺紋的移動量，從而影響裝夾后的定位精度。

3）心軸與彈簧心軸　當工件利用已加工過的孔作為定位基準時，可采用心軸裝夾。這種裝夾方法可以保證工件內、外表面的同軸度，適用于批量生產。心軸的種類很多，常見的有圓柱心軸、小錐度心軸，但這類心軸的定心精度不高。彈簧心軸如圖2-5所示，它既能定心又能夾緊，是一種定心夾緊裝置。其最大特點是直徑方向上膨脹較大，可達1.5～5mm。

4）四爪單動卡盤　加工精度要求不高、偏心距較小、零件長度較短的工件時，可采用四爪單動卡盤進行裝夾。如圖2-6所示，四爪單動卡盤的四個卡爪是各自獨立移動的，故可以裝夾各種矩形、不規則形狀的工件，通過調整工件夾持部位在車床主軸上的位置，使工件加工表面的回轉中心與車床主軸的回轉中心重合。由于四爪單動卡盤的找正繁瑣復雜，故一般用于單件、小批量生產。四爪單動卡盤的卡爪也有正爪和反爪兩種形式。

5）卡盤加頂尖　在加工較重工件時，一般采用一爪一頂尖的方式裝夾，如圖2-7所示。為防止工件由于切削力的作用而產生的軸向位移，必須在卡盤內裝一限位支撐，或者利用工件的臺階面進行限位。這種裝夾方法比較安全可靠，能夠承受較大的軸向切削力，安裝剛度好，軸向定位準確，故在數控車削中應用較多。

（2）中心孔定位夾具

中心孔定心裝夾的一些注意點如下。

①在頂尖間加工軸類工件時，車削前要調整尾座頂尖軸線與車床主軸軸線重合。

②在兩頂尖間加工細長軸時，應使用跟刀架或中心架。在加工過程中要注意調整頂尖的頂緊力，死頂尖和中心架應注意潤滑。

③使用尾座時，套筒應盡量伸出短些，以減小振動。

1）兩頂尖撥盤　頂尖分為前頂尖和后頂尖。其作用是進行工件的定心，并承受工件的重量和切削力。其優點為定心正確可靠，安裝方便，主要用于精度要求較高的零件加工。

前頂尖的結構有兩種，一種結構是插入主軸錐孔內；另一種結構是夾在卡盤上。

后頂尖插入尾座套筒，其結構也有兩種。一種是固定頂尖（死頂尖），另一種是回轉頂尖（活頂尖）。普通頂尖剛性好，定心準確，但與工件中心孔之間因產生滑動摩擦而發熱過多，容易將中心孔或頂尖“燒壞”，因此，尾架上是死頂尖，則軸的右中心孔應涂上黃油，以減小摩擦，死頂尖適用于低速加工精度要求較高的工件；回轉頂尖將頂尖與工件中心孔之間的滑動摩擦改成頂尖內部軸承的滾動摩擦，能在很高的轉速下正常地工作，但回轉頂尖存在一定的裝配積累誤差，以及當滾動軸承磨損后，會使頂尖產生徑向擺動，從而降低了加工精度，故一般用于軸的粗車或半精車。

兩頂尖裝夾工件時安裝為：先使用對分夾或雞心夾夾緊工件一端圓周，再將撥桿旋入三爪自定心卡盤，并使撥桿伸向對分夾或雞心夾的端面。雞心夾裝夾如圖2-8所示。

安裝前后頂尖前，必須將頂尖錐柄和錐孔擦拭干凈。拆除后頂尖，通過搖動車床尾座手輪，使車床尾座套筒收回，利用絲杠的前端將后頂尖頂出。

2）中心孔的加工　中心孔是軸類零件在頂尖上安裝的常用定位基準。

在加工中心孔時，保證中心孔的形狀應正確，表面粗糙度應適當。中心孔的60°錐孔與頂尖上的60°錐面相配合，應保證兩者配合貼切，并可存儲少量潤滑油（黃油）。

中心孔有A、B、R三種類型，常用的中心孔為A型和B型。

A型中心孔只有60°的錐孔，如圖2-9所示。對于精度一般的軸類零件，由于中心孔不需要重復使用，可選用A型中心孔。

B型中心孔外端的120°錐面又稱保護錐面，用以保護60°錐孔的外緣不被碰壞，如圖2-10所示。對于精度要求高，工序較多或需多次使用中心孔的軸類零件，應選用B型中心孔。

A型和B型中心孔，分別用相應的中心鉆，在車床或專用機床上加工。加工中心孔之前應先將軸的端面車平，中心鉆的軸向進給緩慢、均勻，適當加注切削液并及時清除切屑，防止中心鉆折斷。

（3）數控車床的裝夾校正

數控車床常用的裝夾校正是指在數控車床進行工件的裝夾時，必須將工件表面的回轉中心軸線，即工件坐標系的Z軸，校正到與數控車床的主軸中心軸線重合。

數控車床找正的校正方法與普通車床相同，一般采用打表找正，通過調整卡爪，使工件坐標系的Z軸與數控車床的主軸回轉中心線重合。

對于單件的偏心工件在安裝時常采用裝夾校正。使用三爪自定心卡盤裝夾較長工件時，由于遠離三爪卡盤的工件端可能與車床軸心不重合，故必須進行裝夾校正。