机床专用夹具及其设计方法.docx

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机床专用夹具及其设计方法

机床专用夹具及其设计方法

 机床夹具一般由定位装置、夹紧装置、夹具体及其它装置或元件所组成。

但是各类机床的加工工艺特点、夹具与机床的连接方式等不尽相同，因此夹具的具体结构和技术要求等方面也不相同。

本章在各种装置和元件设计的基础上，结合实例对几类典型的机床夹具予以分析，以了解和掌握各类机床夹具的结构特点和设计要点。

 第一节          各类机床夹具及其设计特点

一、车床夹具

车床主要用于加工零件的内、外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹以及端平面等。

根据加工特点和夹具在机床上安装的位置，将车床夹具分为两种基本类型。

（一）车床夹具的类型

1、安装在车床主轴上的夹具

这类夹具，加工时夹具随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。

2、安装在滑板或床身上的夹具

对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。

加工回转成形面的靠模属于安装在床身上的夹具。

（二）、车床专用夹具的典型结构

1、心轴类车床夹具

心轴类车床夹具多用于工件以内孔作为定位基准，加工外圆柱面的情况。

常见的车床心轴有圆柱心轴、弹簧心轴、顶尖式心轴等。

2．角铁式车床夹具

角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。

它常用于加工壳体、支座，接头类零件上的圆柱面及端面。

当被加工工件的主要定位基准是平面，被加工面的轴线对主要位基准面保持一定的位置关系（平行或成一定的角度）时，相应地夹具上的平面定位件设在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。

3、花盘式车床夹具

花盘式车床夹具的夹具体为圆盘形。

在花盘式夹具上加工的工件一般形状都较复杂，多数情况是工件的定位基准为圆柱面和与其垂直的端面。

夹具上的平面定位件与车床主轴的轴线相垂直。

4、安装在拖板上车床夹具

通过机床改装（拆去刀架，小拖板）使其固定在大拖板上，工件直运动，刀具则转动。

这种方式扩大车床用途，以车代镗，解决大尺寸工件无法安装在主轴上或转速难以提高的问题。

（三）车床夹具设计要点

1、定位装置的设计要求

在车床上加工回转面时要求工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置，必须保证这一点。

因此，对于轴套类和盘类工件，要求夹具定位元件工作表面的对称中心线与夹具的回转轴线重合。

对于壳体、接头或支座等工件，被加工的回转面轴线与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。

2、夹紧装置的设计要求

在车削过程中，由于工件和夹具随主轴旋转，除工件受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用。

此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向是变化的。

因此，夹紧机构必须产生足够的夹紧力，自锁性能要可靠。

对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起夹具变形。

3．夹具与机床主轴的连接

车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。

因此，要求夹具的回转轴线与主轴轴线应具有尽可能高的同轴度。

心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。

有的心根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式；

（1）对于径向尺寸D<140mm，或D<（2～3）d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧。

这种连接方式定心精度较高。

（2）对于径向尺寸较大的夹具。

一般通过过渡盘与车床主轴头端连接。

过渡盘的使用，使夹具省去了与特定机床的联接部分，从而增加了通用性，即通过同规格的过渡盘可用于别的机床。

同时也便于用百分表在夹具校正环或定位面上找正的办法来减少其安装误差。

因而在设计圆盘式车床夹具时，就应对定位面与校正面间的同轴度以及定位面对安装平面的垂直度误差提出严格要求。

4、总体结构设计要求

车床夹具一般是在悬臂的状态下工作，为保证加工的稳定性，夹具的结构应力求紧凑、轻便，悬伸长度要短，使重心尽可能靠近主轴。

由于加工时夹具随同主轴旋转，如果夹具的总体结构不平衡，则在离心力的作用下将造成振动，影响工件的加工精度和表面粗糙度，加剧机床主轴和轴承的磨损。

因此，车床夹具除了控制悬伸长度外，结构上还应基本平衡。

角铁式车床夹具的定位装置及其它元件总是安装在主轴轴线的一边，不平衡现象最严重，所以在确定其结构时，特别要注意对它进行平衡。

平衡的方法有两种：

设置配重块或加工减重孔。

为保证安全，夹具上的各种元件一般不允许突出夹具体圆形轮廓之外。

此外，还应注意切屑缠绕和切削液飞溅等问题，必要时应设置防护罩。

（四）车床夹具的安装误差

夹具的安装误差值与下列因素有关：

（1）夹具定位元件与本体安装基面的相互位置误差。

（2）夹具安装基面本身的制造误差以及与安装面的连接误差。

1）对于心轴。

夹具的安装误差就是心轴工作表面轴线与中心孔或者心轴锥柄轴线间的同轴度误差。

2）对于其它车床专用夹具，一般使用过渡盘与主轴轴颈连接。

当过渡盘是与夹具分离的机床附件时，产生夹具安装误差的因素是：

定位元件与夹具体止口轴线间的同轴度误差，或者相互位置尺寸误差；夹具体止口与过渡盘凸缘间的配合间隙，过渡盘定位孔与主轴轴颈间的配合间隙。

二、钻床夹具

钻床夹具：

用干各种钻床（镗床组合机床）上的夹具，又称钻模，镗模。

主要目的保证孔的精度（位置）

（一）钻床夹具的主要类型

1、固定式：

夹具与机床上位置固定不变，用于立钻，摇臂钻加工大件等

2、回转式：

用于同一圆周上的孔系加工。

它包括立轴、卧轴和斜轴回转三种基本型式。

3、移动式：

钻模移动，用于加工同一表面上的多个孔中小型工件

4、翻转式：

钻模板转动一定角度，用于加工不同表面上的孔，翻转点力，

5、盖板式：

没有夹具体，模板盖在工件上加工

6、滑柱式：

升降钻模板的通用可调夹具

（二）钻床夹具设计要点

1、钻模类型选择

钻模类型多，在设计时，要根据工件的形状、重量、加工要求和批量来选型：

（1）被钻孔径>10mm，或加工精度较高时，宜用固定钻模

（2）不同表面上的孔，总G<100N，中、小型工件，宜用翻转钻模

（3）当分布在不同心圆周上的孔系，总G<150N，宜用回转式钻模

当G>150N,宜用固定钻模，在摇臂钻加工，量大时用立钻多轴加工。

（4）垂直度与孔间距要求不高时，用滑柱式钻模。

（5）若加工大件上的小孔时，宜用盖式钻模。

2、钻套的选择与设计

（1）钻套的选择

钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件。

钻套的作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工，钻套装配在模板上，用钻套比不用钻套可减少50%以上的误差。

其结构尺寸已标准化

1）固定钻套：

配合H7/n6,H7/r6,结构简单，精度高，适用于单孔或小批生产。

2）可换钻套：

H7/g5,H7/g6，间隙配合装入衬套内，用螺钉固定

3）快换钻套：

配合H7/g5,H7/g6,结构与上述不同，不用固定螺钉便可更换。

适用于加工多，更换不同孔经的钻套。

上述钻套标准化。

4）特殊钻套：

适用于工件结构形状和被加工孔的位置特殊性，标准钻套不满足时用的钻套。

加长钻套斜面钻套小孔距钻套可定位、夹紧钻套

（2）钻套的尺寸、公差配合的选择

钻套内径基本尺寸=引导刀具的最大极限尺寸

1）钻套内径基本尺寸：

钻头、扩孔钻，铰刀是标准化定尺寸刀具，所以内径刀与刀具按基轴制选。

钻套与刀具之间按一定的间隙配合，以防刀具使用时咬孔或长使一般根据刀具精度选套孔的公差：

钻（扩孔）选F7，粗铰G7，精铰G6。

若引导的是刀具导柱部分不是切削部分，可按孔制选取：

H7/f7，,H7/g6，,H6/g5等。

2）钻套高度H：

H=（1~3）D斜孔H=（4~6）D

H过长，磨损严重

3）排屑空间：

h措钻套底部与工件表面之间的空间。

h过大要引偏，过小不能排屑.

铸铁：

S=（0.3~0.7）D小孔取小值

钢：

S=（0.7~1.5）D大孔取大值

斜孔：

S=（0~0.2）D

4）材料：

性能要求：

高硬度，耐磨

常用材料：

T10AT12ACrMn或20渗碳淬火

D≤10mmCrMn

D<25mmT10AT12AHRC58~64

D≥25mm20渗碳淬火HRC58~64

（3）钻模板的设计

1）钻模板类型

钻模板通常装配在夹具体或支架上，或与夹具上的其它元件相连接。

常见的有如下几种类型：

A固定式钻模板：

钻模板和夹具体或支架是用固定方法相连接，一般采用两个圆锥销和螺钉装配连接；对于简单的结构也可采用整体的铸造或焊接结构。

B铰链式钻模板：

当钻模板妨碍工件装卸等工作时，可用活动铰链把钻模板与夹具体相连接。

C可卸式钻模板

D悬挂式钻模板：

在立式钻床上采用多轴传动头进行平行孔系加工时，所用的钻模板就连接在传动箱上，并随机床主轴往复移动。

这种钻模板简称为悬挂式钻模板。

2）设计特点

A钻模板上安装钻套的孔之间及孔与定位元件的位置应有定够的精度

B刚性一定要好，不能太厚、太重、不承受夹具反力

C稳定性能好

（4）导向误差分析

用钻模加工时，被加工孔的位置精度主要受定位误差△D和导向误差△T的影响。

钻模上的导向装置对定位元件的位置不准确，将导致刀具位置发生变化，由此而造成的加工尺寸误差△T即为导向误差。

主要包括：

δ：

钻模板底孔轴线至定位元件的尺寸公差；

e1一快换钻套内、外圆的同轴度公差；

e2：

衬套内、外圆的同轴度公差；

X1：

快换钻套和衬套的最大配合间隙。

X2：

刀具（引导部位）与钻套的最大配合间隙。

X3：

刀具在钻套中的偏斜量，

这引些误差以随机误差变量按概率法合成：

。

  三、铣床夹具

铣床夹具：

主要指用于加工零件的平面，沟槽，花键及成形面等夹具，适用于铣床，平面磨床。

特点：

切削力大，刀齿不连续切削，易受冲击，振动，夹紧力大

1、铣床夹具的构造

定位元件，夹紧装置，对刀块，定向键（确定在机床工件台上位置）

2、铣床夹具的安装

夹具安装在工件台T形槽内，定向键为标准尺寸，

定向键尺寸要求尽力最大

3、对刀装置：

由对切块+塞尺组成

第二节              专用夹具设计全过程

一、拟定夹具的结构方案

1、明确设计要求和生产条件

（1）了解工件情况，工序要求和加工状态：

结构、材料、相关尺寸精度，前后工序关系，工序内容、

（2）了解机床刀具：

机床合格，技术参数，运动情况，安装结构刀具的结构，精度联接方式等

（3）了解生产批量

（4）了解工厂的生产条件和技术水平

（5）资料准备、收集

二、拟定结构方案

（1）定位方案：

根据加工对象的精度

（2）夹紧方案

（3）分度（转工位）方案

（4）对刀导向方案

（5）安装方式

三、夹具图设计

比例1：

1（最好）

1、总图设计步骤

先用双点划线把工件在加工位置状态时的形状在图低上依次给制定位件，夹紧装置和夹紧件，对刀或导向元件，夹具体及多连接件

2、标注尺寸

3、精度校核

4、绘制零件图

四、夹具总图设计

设计步骤与要求：

1、图纸比列：

1：

1

主视图：

取操作者正对的位置

2、设计步骤（绘图顺序）

①工件透明化（双点划线）颜色线、

②定位元件

③夹紧元件与装置

④刀具对刀、导向元件

⑤夹具体

（2）尺寸标注1）尺寸

①夹具轮廓尺寸（升降）运动范围

②定位元件上定位表面的尺寸以及各定位表面之间尺寸

③定位表面对刀、导向元件尺寸

④主要配合尺寸、定位元件与夹具体等

⑤夹具与机床的联系

2）主要元件公差与工件公差相应的大取小小取大

3）技术要求的规定

①定位件之间的相互位置

②定位件与导元件之间的相互位置要求

③对刀件与校正面间的位置（定向键）

④夹具与机床上安装的位置精度

1）编写零件明细表

2、设计要求：

（1）元件设计尽可能标准化，通用化

（2）防误操作设计

（3）运动机构要娄活，准确

（4）夹具各零部件有良好的结构工艺性

（5）便于维修和更换零件

（6）尽可能地通用化设计。

五、夹具精度校核

六、绘制零件图

出师表

两汉：

诸葛亮

　　先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

　　宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

　　侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：

愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

　　将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：

愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

　　亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。

先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。

　　臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。

先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。

后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。

　　先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。

受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明；故五月渡泸，深入不毛。

今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。

此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。

至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。

　　愿陛下托臣以讨贼兴复之效，不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。

若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎；陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。

臣不胜受恩感激。

　　今当远离，临表涕零，不知所言。