工件与刀具的安装

一、任务导入

(一) 任务描述

通过本任务学习，掌握工件与刀具安装的基本方法及工件的定位技巧。

(二) 知识目标

(1) 掌握工件与刀具的安装。

(2) 掌握常见数控车刀刀片和刀具的特点。

(三) 能力目标

掌握工件的定位。

二、知识准备

(一) 数控车床夹具

随着现代化工业的发展，金属加工中碰到的奇形怪状的产品已不足为鲜，要想加工这些产品，最大的难题就是怎样去夹持，因为加工只要有刀具、机床就可以实现，但夹持就要相对难办，故夹具在金属加工中起到了至关重要的作用。首先，一个好的夹具，必须要满足能够有效夹持，其次还要有高的夹持精度、效率、可靠性以及较长的使用寿命等。

为了充分发挥数控机床高速度、高精度和自动化的效果，还应有相应的数控夹具进行配合，夹具除了使用通用三爪自定心卡盘、四爪卡盘及大批量生产中使用便于自动控制的液压电动及气动夹具外，数控车床加工中还有多种相应的夹具，它们主要分为两大类，即用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。

1. 用于轴类工件的夹具

数控车床加工轴类工件时，坯件装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间，工件由主轴上的拨盘或拨齿顶尖带动旋转。这类夹具在粗车时可以传递足够大的转矩，以适应主轴的高速旋转车削。

用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪自定心卡盘和快速可调万能卡盘等。图1-2-1所示为三爪自定心卡盘。

图1-2-1 三爪自定心卡盘

(a) 结构; (b) 夹持棒料; (c) 反爪夹持大棒料

1) 圆柱心轴

图1-2-2所示为圆柱心轴的结构形式。图1-2-2 (a) 所示为间隙配合心轴，装卸工件较方便，但定心精度不高; 图1-2-2 (b) 所示为过盈配合心轴，由引导部分1、工作部分2和传动部分3组成，这种心轴制造简单，定心准确，不用另设夹紧装置，但装卸工件不便，易损伤工件定位孔，因此多用于定心精度要求高的精加工; 图1-2-1 (c) 所示为花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。

2) 圆锥心轴

如图1-2-3所示，工件在锥度心轴上定位，并靠工件定位圆孔与心轴限位圆锥面的弹性变形夹紧工件。

这种定位方式的定心精度高，可达φ0.01～φ0.02mm，但工件的轴向位移误差较大，适用于工件定位精度不低于IT7的精车和磨削加工，且不能用于加工端面。

3) 锥套心轴和锥堵

在空心主轴加工过程中，通常采用外圆表面和中心孔互为基准进行加工。在机加工开始时，先以支承轴颈为粗基准加工两端面和中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面。在内孔加工时，以加工后的支承轴颈为精基准。在内孔加工完成后，用如图1-2-4 (a) 所示的锥堵或如图1-2-4 (b) 所示的锥套心轴定位精加工外圆表面，保证各表面间的相互位置精度，最后以精加工后的支承轴颈定位精磨内孔。

2. 用于盘类工件的夹具

这类夹具适用于无尾座的卡盘式数控车床。用于盘类工件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。

图1-2-5所示为四爪单爪可调式卡盘，外径是一个渐开线圆，工艺要求是夹持外圆加工内孔，而且种类较多，内孔与外形的公差较小，更换工件的频率较快，对于这样的渐开线外形，用手动四爪卡盘夹持，操作起来较慢，每次装上均要校正中心; 用四爪液压卡盘夹持，由于更换频率的原因，也比较浪费时间; 而采用四爪单爪可调式卡盘既解决了装夹慢的问题，又能保证其加工精度，如图1-2-5所示。

图1-2-2 圆柱心轴

(a) 间隙配合心轴; (b) 过盈配合心轴; (c) 花键心轴

1—引导部分; 2—工作部分; 3—传动部分

图1-2-3 圆锥心轴

(a) 锥度太大; (b) 锥度合适

图1-2-4 锥套心轴和锥堵

(a) 锥堵; (b) 锥套心轴

针对大批量相同或类似工件的加工，可以采用特殊的夹持器械。尤其对于薄壁的环，使用带有6或12个直径为400～4000mm卡盘的机械传动式杠杆平衡卡盘，可以获得很好的效果 (见图1-2-6)，即在各个卡盘之间形成一种夹持量和夹持力的均衡状态，因此，即使工件的圆周存在误差，工件也可以安全且无变形地被夹持住。此外，夹具还可以通过手动和自动切换到一种纯中心的夹持方式。

图1-2-5 四爪单爪可调式卡盘

图1-2-6 快速可调卡盘

(二) 数控车床刀具

随着数控机床的发展，现在数控车床的刀具已不是普通车床所采用的“一机一刀”的模式，而是多种不同类型的刀具同时在数控车床的刀盘上 (或主轴上) 轮换使用，以达到自动换刀的目的。选择数控车削刀具通常要考虑数控车床的加工能力、工序内容及工件材料等因素。与普通车削相比，数控车削对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。数控车床常用车刀类型如下:

1. 焊接式车刀

焊接式车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上，形成一个整体。此类刀具结构简单，制造方便，刚性较好。但由于受焊接工艺的影响，使刀具的使用性能受到影响; 另外，其刀杆不能重复使用，造成刀具材料的浪费。

根据工件加工表面的形状以及用途不同，焊接式车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、切断(切槽) 刀、螺纹车刀及成形车刀等，具体如图1-2-7所示。

图1-2-7 常用焊接式车刀

1—切断刀; 2—90°左偏刀; 3—90°右偏刀; 4—弯头车刀; 5—直头车刀; 6—成形车刀;7—宽刃车刀; 8—外螺纹车刀; 9—端面车刀; 10—内螺纹车刀; 11—内沟槽车刀;12—通孔车刀; 13—盲孔车刀

2. 机械夹固式可转位车刀

机械夹固式可转位车刀是已经实现机械加工标准化、系列化的车刀。数控车床常用的机夹可转位车刀结构形式如图1-2-8所示，主要由刀杆1、刀片2、刀垫3及夹紧元件4组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。机械夹固式可转位车刀减少了换刀时间，且对刀方便，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

图1-2-8 机夹可转位车刀

1—刀杆; 2—刀片;3—刀垫; 4—夹紧元件

三、方案设计

通过工件找正，注意敲击工件的力度，工件要夹紧。安装刀具时，要注意中心高度的调整。

四、任务实施

(一) 工件的装夹

1. 工件的装夹

(1) 三爪自定心卡盘。夹持工件时一般不需要找正，若装夹不正，则令主轴低速旋转，用铜锤或铜棒敲击工件。

(2) 四爪单动卡盘。适用于装夹形状不规则或大型工件，夹紧力较大，装夹精度高，不受卡爪磨损影响，但装夹不如三爪自定心卡盘方便。

2. 工件的找正

找正前需注意: 把主轴放在空挡位置，便于转动; 不能同时松开两只卡爪，以防止工件掉下; 灯光视线角度与针尖要配合好，以减少目测误差; 工件找正后，四爪的夹紧力要基本相同，否则车削时工件容易发生移动; 找正近卡爪处的外圆，发现有极小误差时，不能盲目地松开卡爪，可把相对应的卡爪再夹紧一点来做微量调整。

(1) 轴类工件的找正。对于轴类零件的找正，找正外圆上的两个点即可。具体步骤如下: 先找正外圆上a点，再找正外圆上b点。找正a点时，应调整相应的卡爪，其调整量为间隙值的一半; 找正b点时，采用铜锤或铜棒敲击。如图1-2-9所示。

图1-2-9 轴类零件的找正

(2) 盘类零件的找正。盘类零件既要找正外圆，还要找正平面，找正平面时，用铜锤或铜棒敲击，其调整量等于间隙值。

(3) 百分表找正。车削精度较高的工件时，常采用百分表找正，如图1-2-10所示。粗找正结束后，把百分表装夹在中溜板上，向前移动中溜板，使百分表头与工件的回转轴线相垂直，用手转动卡盘至读数最大值，记下中溜板的刻度值和此时百分表的读数值; 然后提起百分表头，向后移动中溜板，使百分表离开工件，退至安全位置; 挂空挡，用手把卡盘转180°，向前移动中溜板，摇到原位 (与上次刻度值重合)，再转动卡盘到读数最大值，比较对应两点的读数值，若两点的读数值不相重合，出现了读数差，则应把其差值除以2作为微调量进行微调; 若两者读数重合，则表明工件在这个方向上的回转中心已经与主轴的轴线相重合。应用这种方法，一般只需反复2～3次就能使一对卡爪达到要求。同理可找好另一对卡爪。

图1-2-10 百分表找正

用四爪单动卡盘找正偏心工件 (单件或少量) 比三爪自定心卡盘方便，尤其是双重偏心工件，且加工精度较高。工件的偏心距在4.5mm以内时，直接用百分表找正即可; 当工件偏心距大于4.5mm时，0～10mm百分表的量程就受到了局限。可借助量块辅助，其找正方法与百分表找正方法一致，所不同的是需先在工件上找正处垫量块，再拉百分表的表头使其接触，压表范围控制在1mm以内，转到最大值，记住读数值，再拉起表头，取出量块，退出百分表，余下的操作与前面百分表找正一致。

五、任务考核 (见表1-2-1)

表1-2-1 任务考核

六、拓展练习

(1) 学生分组练习工件的装夹和找正。

(2) 学生分组练习刀具的安装和刀具识别。