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1、机械制造工艺与机床夹具,第五章 机床专用夹具及其设计方法第一节 各类机床夹具及其设计特点 第二节 专用夹具设计的全过程,第一节 各类机床夹具及其设计特点,一、车床类夹具包括用于各种车床、内外圆磨床等机床上安装工件用的夹具。主要用于加工旋转表面及端面。加工表面的形成方法有两种：一种是工件围绕机床主轴轴线旋转，刀具作送进运动；另一种是对于某些不规则形状和较大尺寸的工件，可以采用刀具旋转而工件送进来完成。,车床夹具的基本类型 安装在车床主轴上的车夹具工件随主轴旋转，刀具作送进运动。心轴式车夹具 心轴宜用于以孔作定位基准的工件，由于结构简单而常有应用。 顶尖式心轴 锥柄式心轴,圆盘式车床夹具 这种夹具
2、与机床主轴头端相连接。回转轴线与机床主轴的回转轴线要求有尽可能高的同轴度。在机床主轴上的安装方式有两种：1)对于径向尺寸D小于140mm，或D小于(23)d的小型夹具，一般通过锥柄安装在车床主轴锥孔中，并用螺栓拉紧。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相连。,下图所示，工件是以孔及端面为基准在定位件上定位，用三个联动的钩形压板夹紧的。,角铁式车床夹具工件以一平面和两孔为基准在夹具倾斜的定位面和两个销子上定位，用两只钩形压板夹紧。,下图所示夹具是用来加工气门杆的端面的。由于该工件是以细的外圆柱面为基准，为了使夹具平衡，该夹具采用了在重的一侧钻平衡孔的办法。,安装在拖板上的夹
3、具必须通过机床改装（拆去刀架和横拖板）后，使其固定在订鞍上，加工时工件作直线送进运动，而刀具则安装在车床主轴上作旋转运动。扩大了车床的加工工艺范围、解决了较大尺寸工件在主轴上无法安装和工件转速难以提高的问题。,车床夹具的设计特点因为整个车夹具是随机床主轴一起回转的，所以要求它结构紧凑，轮廓尺寸尽可能小，重量轻，而且其重心尽可能靠近回转轴线，以减少惯性力和回转力矩。应有平衡措施，消除回转不平衡产生的振动现象。与主轴端连接部分有较准确的圆柱孔（或圆锥孔），其结构形式及尺寸规格，随具体使用的机床而异。为使夹具使用安全，尽可能避免带有尖角或凸出部分，必要时回转部分外面要加防护罩。,二、钻床类夹具钻床类
4、夹具是用于各种钻床和某些镗床、组合机床上的夹具，简称钻模（镗模）。 钻床夹具的构造和种类 固定模板式钻模,覆盖式钻模 覆式钻模可将钻模板“覆”在工件上或装于工件中，定位件与钻套均装在钻模板上，这时工件通常都是直接放置在机床工作台上，而钻模就利用本身定位件在工件上的定位基准面上定位。,盖式钻模盖式钻模的钻模板是个活动的盖板，安可和钻夹具本体用定位销相组合或用铰链连接。,翻转式钻模这类钻模的特点是整个夹具可以和工件一起翻转，用以加工不同方向的孔。可分为箱式、半箱式和支柱式。,回转式钻模用来加工沿圆周分布的许多 孔（或许多径向孔）。一种是利 用分度装置使工件变更工位；另 一种是每一个孔都使用一个单独
5、 的钻套，依靠这些钻套来决定刀 具对工件的位置。,滑柱式钻模结构已经通用化和规格化， 不必使用单独的夹紧装置，操作 迅速，所以在生产中使用广泛。使用这类钻模时，应注意滑 柱的配合间隙。,钻套的结构和设计 钻套的结构钻套是钻床夹具特有的元件。用来引导钻头、 扩孔钻、铰刀等孔加工刀具，加强刀具刚度，保证加工的孔和工件其它表面准确的相对位置。 固定钻套,可换钻套 快换钻套,特种钻套,钻套的设计 钻套的尺寸及公差与配合的选择 1)钻套内径的基本尺寸D应等于所引导刀具的最大极限尺寸 2)因为钻头、扩孔钻、铰刀都是标准的定尺寸刀具，所以钻套内径与刀具间的配合应按基轴制选定。 3)钻套内径与刀具之间，应保证
6、一定配合间隙，以防止刀具使用时发生卡住或咬死，一般根据所用刀具和工件的加工精度要求选取钻套孔的公差。 4)当采用标准铰刀加工H7孔时，则不必按刀具最大极限尺寸计算。 5)由于标准钻头的最大极限尺寸都是被加工孔的基本尺寸，故用标准钻头时的钻套孔，就只需要按加工孔的基本尺寸取公差为F7即可。,钻套的高度H钻套的高度H对防止刀具的偏斜有很大作用，但钻套 过长其磨损严重。这就要根据孔距精度、工件材料、孔的深度、工件表面形状和刀具刚度等因素来决定。钻套底面到工件孔端面的空隙值S钻套与工件间应留有适当空隙S，其作用主要是便于排屑，同时也可防止被加工口产生毛刺后有碍卸下工件。钻套的材料上述各种钻套都直接与刀
7、具接触，所以必须具有高的硬度和耐磨性。,镗套的结构和设计 镗套的结构选择镗床夹具多用于加工箱体零件上的孔系，镗床夹具常称为镗模。 固定式镗套,回转式镗套随镗杆一起转动，适于镗杆在较高速度条件下工件。,镗套的布置形式主要根据被加工孔的直径D以及孔长与孔径的比值L/D和精度要求而定 单面后镗套,单面前镗套,双面单镗套,单面双镗套,镗套与镗杆以及衬套的配合选择镗套与镗杆、衬套等的配合必须选择恰当，过紧容易研坏或咬死，过松则不能保证加工精度。,工艺孔的应用和钻套位置尺寸的计算工艺孔的作用在斜孔钻模斜孔车（镗）孔夹具、铣斜槽（面）夹具以及某些定位件、对刀块等元件上，为了便于加工、检验那些位置精度要求高的
8、斜孔或斜面等，而特意在夹具的某个元件上设置一个精确的圆柱孔作为基准。斜孔（面）位置尺寸的确定下页图所示，在斜孔钻模上利用工艺孔来确定钻套位置尺寸L的简图。按照几何关系即可求得钻套的位置尺寸L,工艺孔位置的选择在夹具元件或装置配图上设置工艺孔时，应考虑以下几点： 工艺孔的位置最好选在能使尺寸计算最简单的地方 工艺孔的轴线应与钻套孔的轴线、定位面相垂直或平行，以便于测量 工艺孔应设在便于加工和测量的地方工艺孔的规格和尺寸公差工艺孔尺寸一般为 、 ，表面粗糙度R。值为0.63 。,钻模的精度分析为校验钻模能否保证工件加 工孔的位置尺寸公差，还需要进 行误差分析计算，使各项误差的 总和不致超差。孔1对
9、于L1的影响有： 衬套内孔轴线至定位面距离的制造公差 快换钻套和衬套间的最大间隙 快换钻套内外圆的同轴度 衬套内外圆的同轴度 刀具与钻套的最大配合间隙 刀具在钻套中的引偏量,当被加工孔的位置尺寸公差较小时就宜采用此概率法。即同理，影响尺寸L2的误差按概论法计算为：以上分析适用于固定模板式钻模。,三、铣床类夹具铣床夹具包括用在各种铣床、平面磨床上的夹具，工件安装在夹具上随同机床工作台一起作送进运动。 铣床夹具的构造,铣床夹具的安装铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，所以在设计时就必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定向键。,如图，其结构尺寸已标准化，可参考有
10、关夹具设计手册。,铣床夹具的对刀装置铣床夹具在工作台上安装好以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。,采用塞尺的目的，是为了不使刀具与对刀块直接触，以免损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。,为简化夹具结构，工厂大多不用对刀装置，有一批工件正式加工前，对安装在夹具上的首件采用试切调整；或按前批生产时留下的样件对刀， 亦可采用百分表来校正定位元件相对于刀具的位置。,第二节 专用夹具设计的全过程,夹具设计生产过程一般可简单表示成下面框图,1、已知条件：工艺人员提出的夹具设计任务书，内容主要包含：工序加工尺寸、位置精度要求；定位基准；夹紧力作用点、方向；机床、刀具、辅具；所需夹具数量。,专用
11、夹具设计的方法步骤,第二节 专用夹具设计的全过程,一、拟定夹具的结构方案 明确设计要求和生产条件(准备阶段）专用夹具设计是以机械加工工艺规程的工序卡片上所规定的定位基准、夹紧位置和工序要求作依据的 了解工件情况、工序要求和加工状态 了解所用机床、刀具等的情况 了解生产批量和对夹具的需用情况 了解夹具制造车间的生产条件和技术现状 准备好设计夹具用的各种标准、工厂规定、典型夹具图册和相关夹具设计指导资料等。,拟定夹具的结构方案（设计阶段对比设计、画出草图,第二节 专用夹具设计的全过程,定位方案，定位误差计算 夹紧方案 对刀、导引、分度方案 典型夹具结构借鉴,确定夹具的结构方案,工件的定位方案,工件
12、的夹紧方案,变更工位的方案,对刀或导引方案,安装方式及夹具体的结构形式,对结构方案进行精度分析和估算,论证方案的可行性及科学性,对薄弱环节进行修改,用几个工位？ 如何分度？,夹具设计实例,中批生产 在X62W铣床上铣槽 其余表面均已加工,明确工件设计要求,要求设计一铣床夹具，加工连杆两端的4条槽,该零件的技术要求,槽宽 槽深,对大孔中心对称，公差未注,槽与两孔中心连线夹角4530,拟定夹具的结构方案 对工件的定位方案：选择定位方法和定位元件根据连杆铣槽的工序 尺寸、形状和位置精度要 求，工件定位时需限制六 个自由度。,工件定位方案的确定,1、需要限制哪几个自由度？,2、用哪里做定位基准？,槽深
13、：需要,需要完全定位,角度：需要,对称：需要,选端面大孔 小孔,3、如何实现？,一平面、圆柱销、削边销,对工件的夹紧方案：确定夹紧方法和夹紧装置根据工件定位方案，考虑夹紧力的作用点及方向，采用下图所示的方式较好。,夹紧 方案,夹哪里？ 指向主基准，夹端面,用什么夹？ 螺旋压板机构，不联动,用M？螺栓,变更工位的方案：决定是否采用分度装置，若采用分度装置时，要选择其结构型式在拟定该夹具结构方案时，遇到的另一个问题，就是工件每一面的两对称槽将如何进行加工，在夹具结构上如何实现。一种是采用分度装置，当加工完一对槽后，将工件和分度盘一起转过90度，再加工另一对槽。另一种方案是在夹具上装两个相差为90度
14、的菱形销，加工完一对槽后，卸下工件，将工件转过90度而套在另一个菱形销上，重新进行夹紧后再加工另一对槽。,变更工位方案,1、设分度装置结构复杂、对定、锁紧分度盘同样花时间；产量不大 2、工件重新装夹多设一个削边销，结构简单选方案2,对刀具的对刀或导引方案：确定对刀装置或刀具导引件的结构形式和布局 夹具在机床上的安装方式以及夹具体的结构型式,对刀与安装方案,采用对刀块对刀方式： 用“L”形对刀块和3mm塞尺,采用定位键导向，用T形螺栓紧固 夹具体按机床工作台尺寸设槽和耳座,工件精度要求不高， 产量不大， 经常更换产品须经常安装夹具和对刀,对结构方案进行精度分析和估算当夹具的结构方案拟定之后，应对
15、其所能达到的精度进行分析和估算。以论证能否保证工件被加工表面的位置精度要求，从而可以断定所拟方案是否合理。同时也可发现方案中的薄弱环节，以便进一步修改方案和采取某些措施。对结构方案进行精度分析和估算，要涉及到定位、夹紧、分度、引导以及夹具制造的技术要求等。,夹具总体绘制,夹具总图通常可按定位元件、夹紧装置以及夹具体等结构顺序绘制。特别应注意表达清楚定位元件、夹紧装置等与夹具体的装配关系,夹具总图绘制完毕，还应在夹具设计说明书中，就夹具的使用、维护和注意事项等给予简要的说明,画图过程,出总装工程图,出各零件工程图,二、夹具总图设计当夹具的结构方案确定之后，就可以正式绘制夹具总图。总图设计的步骤和
16、要求 总图设计的步骤先用双点划线把工件在加工位置状态的形状绘制在图纸上，然后依次制定定位、夹紧装置和夹紧件、刀具的对刀或导引件、夹具本体及各个连接件等。,对总图设计中的几点要求 在进行定位件、夹紧件、导引件等元件设计时，应行参照有关标准和图册，选用合适的标准元件或组件。 在夹具的某些机构设计中，为了操作方便和防止将工件装反，可按具体情况设置止动销、障碍销等。 执行某种运动职能的机构和部件，必须运动灵活，保证机构能够起到预期的运动要求。 夹具中各专用零部件的结构工艺性要好。 夹具的结构要便于维修和更换零部件。 适当考虑提高夹具的通用性，某些元件可设计成可调整的或可更换的。,夹具总图上尺寸的标注夹具总图上标注的五类尺寸 夹具的轮廓尺寸即夹具的长、宽、高尺寸。 定位元件上定位表面的尺寸以及各定位表面之间的尺寸。 定位表面到对刀件或刀具导引件间的位置尺寸，及导引件间的位置尺寸 主要配合尺寸。 夹具与机床的联系尺寸指夹具在机床上安装时有关的尺寸，从而确定夹具在机床上的正确位置。,
