数控铣床实训中零件装夹的相关研究

2018-11-29张钦

科技与创新 2018年23期

张钦

数控铣床实训中零件装夹的相关研究

张钦

（南京工程学院，江苏南京 211167）

零件装夹通过夹具对工件和机床进行可靠连接。零件装夹是否正确、可靠、方便，对工件的加工质量和效率有着直接影响。对于数控铣床实训来讲，必须保证学生熟练掌握零件装夹和对刀操作工艺，需要将其作为实训重要课程。基于零件装夹特点，制订相应的注意措施，以免由于装夹不规范而导致切削过程工件不稳定，进而出现设备故障和人身安全事故。

数控铣床；实训；零件装夹；对刀方法

数控铣床是现在应用比较广泛的一种自动加工设备，虽然设备结构和加工工艺与一般铣床差异不大，但是自动化水平更高，不仅可以提高工件加工质量和生产效率，还可以减少安全事故的产生。将对数控铣床零件装夹的研究作为数控铣床实训的重要内容，要求学生必须熟练掌握。对数控铣床实训零件装夹和对刀方法以及要求进行详细分析，为提高学生实训效果打好基础。

1 零件夹具使用现状

数控铣床零件装夹决定着工件加工效率和产品质量，因此必须将其作为重点进行研究，在实训过程中总结并讲解零件装夹方法和要点。数控铣床加工工件需要机床、夹具、工件和刀具等各部分之间相互搭配，确定工件和刀具之间的位置关系，提高被加工面的工序精度，减少加工误差。其中用于装夹工件的装置即为夹具，分为通用夹具和专用夹具两种类型，其中通用夹具可以满足装夹两种及以上工件，常见的比如三爪卡盘、四爪卡盘、通用心轴等；专用夹具则专门加工某种特定工件的某一工序面设计的夹具。在数控铣床加工工件时应用专用夹具，可以提高装夹效果，降低加工误差；但是通用夹具需要更长的制造周期，对零件加工进度影响较大，因此在保证工件可以达到设计公差标准的前提下，还是以通用夹具装夹为主，从而有效缩短试制产品制造周期。

2 不同类型工件的装夹与对刀方法

2.1 长方体工件

2.1.1 装夹方法

在对长方体工件装夹方法进行研究时，需要以工件设计图纸作为依据，明确零件编程坐标原点位置。长方体工件编程原点位于上表面中心位置，坐标系方向为工件长度，方向为工件宽度，方向为工件高度。按照以下步骤进行装夹：①数控铣床进行全面清洁，将工作台面擦拭干净，便可以将平口钳安装到工作台上；②将长方体工件装夹在平口钳上，并在工件底面放置等高垫铁，控制工件长度方向与坐标系轴方向一致，且精确调整工件加工部位最低部位超出平口钳上表面，避免对工件进行加工时刀具会与钳口产生碰触[1]；③将待加工的长方体工件夹紧，且要对坐标系轴以及工件长度方向打表平行后，将平口钳稳固于数控铣床工作台面；④按照工件设计标准，对坐标系轴和工件宽度方向进行打表，确保可以达到加工部标准；⑤基于加工标准，对长方体工件表面以及工作台进行调整，确保两者保持平行。

2.1.2 对刀方法

2.1.2.1、轴对刀

对刀作为数控铣床实训的重要内容，需要提高对此部分的重视，引导学生根据零件图纸设计要求明确工件原点位置，然后操作对刀，建立工件坐标：①基准边对刀。利用寻边器来进行对刀操作，可确定工件的左下角为基准角，保证寻边器能够正好接触到两个基准边。轴寻边时确定当前机床坐标值为，则当前基准边机床坐标值为+（表示刀具半径值），然后便可确定轴方向工件原点为=++/2（为工件长度）。轴寻边时确定当前机床坐标值，则基准边当前机床坐标值为+，然后便可确定轴方向工件原点=++/2（为工件宽度）。②分中对刀。部分工件坐标原点会设置在工件的正中间位置，需要应用分中对刀方法处理，相比其他对刀方法，操作更为简单便利。在进行轴左边寻边时，确定机床当前坐标值为0，右边寻边时确定机床当前坐标值为00；轴下面寻边时，确定机床当前坐标值为0，轴上边寻边机床当前坐标值为00[2]。由此可以确定当前工件坐标原点的机床坐标值=（0+00）/2，=（0+00）/2.

2.1.2.2轴对刀

进行轴对刀操作时，需要分析两种不同的情况，一种为轴0点处于工件上表面，另一种则为轴0点处于工件下表面，保证对刀方法操作的规范性。轴顶面对刀，以工件顶面基准图作为分析对象，利用块规或轴设定器设定当前机床坐标0，即将块规或轴设定器设置在长方体工件上表面位置，调整被测刀具可以与块规或轴设定器正好接触，可得到一个对应的数值，记为当前机床坐标0，由此可以得到工件坐标原点机床坐标值=0－（表示块规或轴设定器高度）。轴底面对刀，以工件顶面基准图作为分析对象，利用块规或轴设定器设定当前机床坐标0，即将块规或轴设定器设置在长方体工件下表面位置，调整被测刀具可以与块规或轴设定器正好接触，可得到一个对应的数值，记为当前机床坐标0，由此可以得到工件坐标原点机床坐标值=0－+（表示长方体工件实际高度）[3]。

2.2 圆柱体工件

2.2.1 装夹方法

在数控铣床实训中针对圆柱体工件的装夹方法，需要指导学生按照流程规范进行，掌握以下装夹要点：①对数控铣床进行全面清理，确保工作台不存在任何杂污，然后将平口钳安装到工作台上，并打表调整钳口方向和坐标系轴一致，最后将其锁紧；②通过等高垫铁来垫高圆柱体工件，且在攻坚一侧设置形铁，按照标准将工件装夹在平口钳上，并对工件位置进行调整，确保待加工部位最低位置高出钳口上表面，避免在工件加工时刀具与钳口产生碰撞[4]；③打表调整轴和圆柱体工件高度方向保持平行，确定无误后将工件夹紧；④基于装夹标准，再次检查工件上表面和工作台是否保持平行，并进行适当调整。

2.2.2 对刀方法

针对圆柱体工件对刀操作时，应用最多的就是分中对刀。通过寻边器对轴左边寻边时，确定数控铣床当前坐标值为0，轴右边寻边时，确定数控铣床当前坐标值为00；对轴下边寻边时，确定数控铣床当前坐标值为0，轴上边寻边时，确定数控铣床当前坐标值为00.则可以确定当前工件坐标原点的机床坐标值=（0+00）/2，=（0+00）/2.相比长方体工件，对于圆柱体的对刀，要注意在完成轴一侧后，不能移动轴方向，相应的完成轴对刀后，轴方向不得进行移动，避免影响对刀数值的准确性。另外，还可以选择与长方体工件相同的轴对刀方法，圆柱体工件对刀操作要点相同。

3 薄壁零件装夹方法分析

3.1 薄壁零件装夹特点

对比普通零件的加工，对薄壁零件加工时出现质量问题的可能性更高，尤其是装夹不当和刀具不合适等会造成零件变形，降低零件加工质量。

薄壁零件具有内外直径差距小、强度弱等特点，在加工过程中可通过三爪自定心卡盘固定，各爪点局部不稳定，很容易导致工件变形。

以往装夹过程中，需要控制各夹紧点维持平衡状态，需要保持较大的装夹接触面[5]。同时，如果刀具选择不合适，也会对最终加工效果产生不良影响，导致工件热变形，因此在实训过程中，需要学生注意薄壁零件的装夹方法选择操作，还需要重视对刀方法。

3.2 薄壁零件装夹方法

基于薄壁零件刚度低、受持力影响大等特点，在加工过程中经常会出现让刀或吃刀量不均等问题。这样在进行零件装夹时，需要选择应用开口套装夹，将原来应用的自定心卡盘三点夹紧转变为整圆抱紧，应保证内外原轴线同轴，且确定端面垂直于内孔轴线，调整两个平面相互平行。条件允许的情况下改装卡盘，基于三个卡爪来焊接大弧形软爪，增大零件的夹持面积，这样不仅可以夹紧薄壁套，还能够降低工件变形。

另外，圆盘薄壁零件的加工，对零件形位有着十分精确的要求，可以选择在花盘上进行零件装夹操作，通过螺钉来固定定位盘，控制定位盘外圆和车床主轴同轴。零件装夹过程中，对称利用压板来提高薄壁套的压紧效果，以免在一个压板完全压紧后在进行下一个压板压紧操作时，而使薄壁套因为夹紧力不均变形。