机床专用夹具及其设计方法.doc

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<(23)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=（13）D 斜孔 H=（46）DH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=（0.30.7）D 小孔取小值钢： S=(0.71.5) D 大孔取大值斜孔：S=（00.2）D 4）材料：性能要求：高硬度，耐磨 常用材料：T10A T12A CrMn 或20渗碳淬火 D10mm CrMn D<25mm T10A T12A HRC5864 D25mm 20渗碳淬火 HRC5864（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：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）工件透明化（双点划线）颜色线、定位元件夹紧元件与装置刀具对刀、导向元件夹具体（2）尺寸标注 1）尺寸夹具轮廓尺寸（升降）运动范围定位元件上定位表面的尺寸以及各定位表面之间尺寸定位表面对刀、导向元件尺寸主要配合尺寸、定位元件与夹具体等夹具与机床的联系2）主要元件公差与工件公差相应的大取小小取大3）技术要求的规定定位件之间的相互位置定位件与导元件之间的相互位置要求对刀件与校正面间的位置（定向键）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