第五章 典型机床夹具设计

1、1第 二 篇主讲：陶福春主讲：陶福春机床夹具设计机床夹具设计2钻床夹具钻床夹具镗床夹具镗床夹具铣床夹具铣床夹具车床夹具车床夹具3 车床主要用于加工零件的内外圆柱面、圆车床主要用于加工零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹以及端平面等。上述表面都是围绕锥面、螺纹以及端平面等。上述表面都是围绕机床主轴的旋转轴线而成形的，因此机床主轴的旋转轴线而成形的，因此车床夹具车床夹具一般都安装在车床主轴上，加工时夹具随机床一般都安装在车床主轴上，加工时夹具随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。 4（1）心轴类）心轴类 （2）角铁式）角铁式 （3）花盘式）花盘式1、主要类型、主要类型

2、 5（1）心轴类车床夹具）心轴类车床夹具 心轴类车床夹具多用于工件以内孔作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、顶尖的车床心轴有圆柱心轴、弹簧心轴、顶尖式心轴等。式心轴等。6弹簧心轴弹簧心轴工件工件7（2）角铁式车床夹具）角铁式车床夹具1削边销；2圆柱销；3过渡盘；4夹具体；5定程基面；6导向套；7平衡块；8压板；9工件 8（3）花盘式车床夹具）花盘式车床夹具1、3、4定位套；定位套；2定位销定位销 9（1）夹具与机床的连接方式）夹具与机床的连接方式 由于加工中车床夹具随车床主轴一起回转，夹由于加

3、工中车床夹具随车床主轴一起回转，夹具与主轴的连接精度直接影响夹具的回转精度，故具与主轴的连接精度直接影响夹具的回转精度，故要求要求车床夹具与主轴二者轴线有较高的同轴度，且车床夹具与主轴二者轴线有较高的同轴度，且要连接可靠。要连接可靠。根据夹具径向尺寸的大小，夹具在机根据夹具径向尺寸的大小，夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式床主轴上的安装连接一般有两种方式 ： 夹具通过主轴锥孔与主轴连接夹具通过主轴锥孔与主轴连接 夹具通过过渡盘与机床主轴连接夹具通过过渡盘与机床主轴连接 10车床夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接11（2）定位元件的设计要点）定位元件的设计要点 加工回转面时，定位

4、元件的结构和布置必须保证加工回转面时，定位元件的结构和布置必须保证工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合。工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合。 对于同轴的轴套类和盘类工件，要求夹具定位元件工作表面的中心轴线与夹具的回转轴线重合，同轴度误差应控制在0.01mm之内； 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，则应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。12（3）夹紧装置的设计要点）夹紧装置的设计要点 夹紧机构必须产生足够的夹紧力，自锁性夹紧机构必须产生足够的夹紧力，自锁性能要良好。优先采用螺旋夹紧机构。能要良好。优先采用螺旋夹紧机

5、构。 对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起夹具变形。止引起夹具变形。13（4）车床夹具的平衡及结构要求）车床夹具的平衡及结构要求 对角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具：对角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具： 1）设计时应采用平衡装置以减少由离心力产生的振动及）设计时应采用平衡装置以减少由离心力产生的振动及主轴轴承的磨损；主轴轴承的磨损； 2）夹具结构应力求简单紧凑，轻便且安全，悬伸长度尽）夹具结构应力求简单紧凑，轻便且安全，悬伸长度尽量小，使重心靠近主轴前支承。量小，使重心靠近主轴前支承。 3）夹具的结构还应便于工件的安装、测量和切屑的顺利）夹具的

6、结构还应便于工件的安装、测量和切屑的顺利排出或清理。排出或清理。 14 铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。 铣削加工时，夹具通常随工作台一起作进给运动。15卧式铣床16立式铣床17龙门铣床18（1）直线进给式）直线进给式 （2）圆周进给式）圆周进给式 （3）靠模式）靠模式 19（1）直线进给式铣床夹具）直线进给式铣床夹具 这类这类夹具安装在铣床工作台上，加工中随工夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台一起作直线进给运动。作台一起作直线进给运动。按照在夹具上装夹工按照在夹具上装夹工件的数目，它可分为件的数目，它可分为单件夹具和多件夹具。单件夹具和多件夹具。 多

7、件夹具广泛用于成批生产或大量生产的中、多件夹具广泛用于成批生产或大量生产的中、小零件加工。它可按先后加工，平行加工，或平小零件加工。它可按先后加工，平行加工，或平行行先后加工等方式设计铣床夹具，以节省切削先后加工等方式设计铣床夹具，以节省切削的基本时间或使切削的基本时间重合。的基本时间或使切削的基本时间重合。20直线进给式铣床夹具直线进给式铣床夹具21（2）圆周进给式铣床夹具）圆周进给式铣床夹具 圆周进给式铣床夹具一般在有回转工作台的圆周进给式铣床夹具一般在有回转工作台的专用铣床上使用。专用铣床上使用。在通用铣床上使用时，应进行在通用铣床上使用时，应进行改装，增加一个回转工作台。改装，增加一个

8、回转工作台。 这种夹具结构紧凑，操作方便，在不停车的这种夹具结构紧凑，操作方便，在不停车的情况下装卸工件，机动时间与辅助时间重叠，是情况下装卸工件，机动时间与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。高效铣床夹具，使用于大批量生产。22图图6-30 圆周进给式铣床夹具圆周进给式铣床夹具23（3）靠模铣床夹具）靠模铣床夹具 带有靠模装置的铣床夹具，用于专用或通用带有靠模装置的铣床夹具，用于专用或通用铣床上加工各种成形面。铣床上加工各种成形面。靠模夹具的作用是使主靠模夹具的作用是使主进给运动和由靠模获得的辅助运动合成加工所得进给运动和由靠模获得的辅助运动合成加工所得需的仿形运动。需的仿形运动

9、。 按照主进给运动的运动方式，按照主进给运动的运动方式，靠模铣床夹具靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给可分为直线进给和圆周进给两种。两种。 24靠模铣床夹具靠模铣床夹具 （a）直线进给 （b）圆周进给 25靠模板轮廓曲线的绘制过程靠模板轮廓曲线的绘制过程 （1） 圆出工件成形面的准确外形。圆出工件成形面的准确外形。（2）从工件的加工轮廓面或回转中心作均分的平行线或）从工件的加工轮廓面或回转中心作均分的平行线或辐射线。辐射线。（3）在平行线或辐射线上以铣刀半径）在平行线或辐射线上以铣刀半径r作与工件外形轮廓作与工件外形轮廓相切的圆，得铣刀中心的运动轨迹。相切的圆，得铣刀中心的运动轨迹。 （4）

10、从铣刀中心沿各平行线或辐射线截取长度等于）从铣刀中心沿各平行线或辐射线截取长度等于k的线的线段，得到滚柱中心的运动轨迹，然后以滚柱半径段，得到滚柱中心的运动轨迹，然后以滚柱半径R作圆弧，作圆弧，再作这些圆弧的包络线，即得靠摸板的轮廓曲线。再作这些圆弧的包络线，即得靠摸板的轮廓曲线。 靠模和滚柱的材料：靠模和滚柱的材料：T8A、T10A或或20、20Cr渗碳淬硬至渗碳淬硬至5862HRC。26 定位元件：除遵循一般的设计原则外，布置时应尽量使主要支承面积大些。工件加工部位呈悬臂状态时，应采用辅助支承。（1）定位元件和夹紧装置的设计要点）定位元件和夹紧装置的设计要点夹紧装置：应保证足够的夹紧力，并

11、具有良好的自锁性能，以防止夹紧机构因振动而松夹。施力的方向和作用点要恰当，并尽量靠近加工表面，必要时设置辅助夹紧机构，以提高夹紧刚度。27（2）特殊元件设计）特殊元件设计 1）定位键）定位键 定位键安装在夹具底面的纵向槽中，一般定位键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个，用开槽圆柱头螺钉固定。使用两个，用开槽圆柱头螺钉固定。 定位键有矩形和圆形两种，常用定位键的断定位键有矩形和圆形两种，常用定位键的断面为矩形。面为矩形。 对于位置精度要求高的夹具，常不设置定位对于位置精度要求高的夹具，常不设置定位键，而用找正的方法安装夹具。键，而用找正的方法安装夹具。 28定位键定位键定位键定位键夹具体夹具

12、体29定位键（定位键（GB/T2206-91）30夹具位置的找正夹具位置的找正31（2）对刀装置）对刀装置 对刀装置由对对刀装置由对刀块和塞尺刀块和塞尺组成，用来确定夹组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。具和刀具的相对位置。 对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。32标准对刀块标准对刀块33图图6-34 对刀装置对刀装置34标准对刀塞尺标准对刀塞尺35（3）夹具体的设计）夹具体的设计 夹具体上各种装置的布置应紧凑，加工面尽可能靠近工作台面，以降低夹具的重心，一般夹具的高宽之比应限制在HB11.25范围内。 夹具体应具有足够的刚度和强度，必要时设置加强肋

13、。 夹具体上应合理地设置耳座，以便与工作台连接。 夹具体应具有足够的排屑空间，并注意切屑的流向，使清理切屑方便。 对于重型铣床夹具，在夹具体上应设置吊装孔或吊环，以便于搬运。36图图6-35 夹具体和耳座夹具体和耳座371、主要类型、主要类型 （1）固定式钻模）固定式钻模 （2）回转式钻模）回转式钻模 （3）翻转式钻模）翻转式钻模 （4）盖板式钻模）盖板式钻模 （5）滑柱式钻模）滑柱式钻模38（1）固定式钻模）固定式钻模1夹具体；夹具体；2支承板；支承板；3削边销；削边销；4圆柱销；圆柱销；5快夹螺母；快夹螺母；6快换钻套快换钻套 3940（2）回转式钻模）回转式钻模41课程设计题目一课程设计

14、题目一如图如图1所示，设计加工链子板上所示，设计加工链子板上2-22mm孔的钻床夹具。图中其他各表面均已加工完毕。孔的钻床夹具。图中其他各表面均已加工完毕。3 2 0全 部1 . 6504 0 01 4 0254 02 -2 20 . 0 42 -1 6+ 0 . 10 0 . 242课程设计题目二课程设计题目二图图2所示为盖扳简图，在钻床上钻所示为盖扳简图，在钻床上钻9-5mm孔，盖板的厚度为孔，盖板的厚度为20mm。43课程设计题目三课程设计题目三如图如图3所示，设计加工端盖上所示，设计加工端盖上66mm小孔的钻孔夹具。图中其他各表面均已加工完毕。小孔的钻孔夹具。图中其他各表面均已加工完毕

15、。44课程设计题目四课程设计题目四如图如图4所示，设计加工挡环上所示，设计加工挡环上10H7小孔的钻孔夹具。图中其他各表面均已加工完毕。小孔的钻孔夹具。图中其他各表面均已加工完毕。45（3）翻转式钻模）翻转式钻模 46（4）盖板式钻模）盖板式钻模47（5）滑柱式钻模）滑柱式钻模482、钻模的设计要点、钻模的设计要点 1）孔径大于）孔径大于10mm或加工精度较高时，宜采用固定式钻模。或加工精度较高时，宜采用固定式钻模。2）翻转式钻模适用于加工中、小型工件。）翻转式钻模适用于加工中、小型工件。3）加工分布不在同心圆周上的平行孔系，宜采用固定钻模。）加工分布不在同心圆周上的平行孔系，宜采用固定钻模。

16、4）孔的垂直度和孔距要求不高时，宜优先采用滑柱钻模。）孔的垂直度和孔距要求不高时，宜优先采用滑柱钻模。5）焊接式钻模，一般用于工件孔距公差要求不高的场合。）焊接式钻模，一般用于工件孔距公差要求不高的场合。（1）钻模类型的选择）钻模类型的选择 49（2）钻套的选择和设计）钻套的选择和设计 A. 固定钻套；固定钻套；B. 可换钻套；可换钻套；C. 快换钻套；快换钻套；D. 特殊钻套。特殊钻套。 1）钻套类型）钻套类型50标准钻套标准钻套(a)、(b) 固定钻套固定钻套 (c) 可换钻套可换钻套 (d) 快速钻套快速钻套51特殊钻套特殊钻套522）钻套的尺寸、公差及材料）钻套的尺寸、公差及材料 A、

17、钻套导向孔的基本尺寸钻套导向孔的基本尺寸一般取刀具的最大极限尺寸，一般取刀具的最大极限尺寸，采用基轴制间隙配合。采用基轴制间隙配合。B、钻套的导向高度钻套的导向高度H12.5d（其中，（其中，d为钻套孔径）。为钻套孔径）。加工精度高或被加工孔径小时取较大值，反之取较小值。加工精度高或被加工孔径小时取较大值，反之取较小值。C、排屑空间排屑空间h越大，排屑越方便，但刀具的刚度和孔的加越大，排屑越方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低，一般根据工件的材料和精度来确定。工精度都会降低，一般根据工件的材料和精度来确定。D、钻套材料钻套材料必须有很高的耐磨性。当钻套孔径必须有很高的耐磨性。当钻套孔径d2

18、6mm时，时，用用T10A钢制造；当钢制造；当d26mm时，用时，用20钢制造。钢制造。53钻套的尺寸钻套的尺寸54（3）钻模板设计）钻模板设计 A. 固定式钻模板固定式钻模板B. 铰链式钻模板铰链式钻模板C. 可卸式钻模扳可卸式钻模扳D. 悬挂式钻模扳悬挂式钻模扳 55各类钻模板各类钻模板56悬挂式钻模扳悬挂式钻模扳57设计钻模板时应注意以下几点：设计钻模板时应注意以下几点： 1）钻模板上安装钻套的孔之间及孔与定位元）钻模板上安装钻套的孔之间及孔与定位元件的位置应有足够的精度。件的位置应有足够的精度。 2）钻模板应具有足够的刚度。）钻模板应具有足够的刚度。 3）为保证加工的稳定性，悬挂式钻模

19、板导杆）为保证加工的稳定性，悬挂式钻模板导杆上的弹簧力必须足够，以使钻模板在夹具上维上的弹簧力必须足够，以使钻模板在夹具上维持足够的定位压力。持足够的定位压力。58（4）支脚设计）支脚设计 1）支脚必须有四个支脚必须有四个。 2）矩形支脚的宽度或圆柱支脚的直径矩形支脚的宽度或圆柱支脚的直径必必须大于机床工作台须大于机床工作台T形槽的宽度。形槽的宽度。 3）夹具的重心、钻削压力夹具的重心、钻削压力必须落在四个必须落在四个支脚所形成的支承面内。支脚所形成的支承面内。 4）钻套轴线钻套轴线应与支脚所形成的支承面垂应与支脚所形成的支承面垂直或平行。直或平行。 59钻床夹具的支脚钻床夹具的支脚601、镗

20、床夹具的特点和组成、镗床夹具的特点和组成2、镗模导向装置的布置方式和特点、镗模导向装置的布置方式和特点 3、镗套的选择和设计、镗套的选择和设计 4、镗杆与浮动接头、镗杆与浮动接头 611、镗床夹具的特点和组成、镗床夹具的特点和组成 镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的孔和孔系。类零件上的孔和孔系。 （1）镗床夹具的特点）镗床夹具的特点 A、设有镗套，以引导镗杆进行镗孔。、设有镗套，以引导镗杆进行镗孔。 B、可以加工出有较高精度要求的孔或孔系。、可以加工出有较高精度要求的孔或孔系。 C、可广泛用于镗床和组合机床上，也可通过使、可广泛用于镗

21、床和组合机床上，也可通过使用镗床夹具来扩大车床、摇臂钻床的加工范围。用镗床夹具来扩大车床、摇臂钻床的加工范围。 62（2）镗模的组成）镗模的组成 A、定位元件；、定位元件； B、夹紧装置；、夹紧装置； C、导向装置（镗套和镗模支架等）；、导向装置（镗套和镗模支架等）； D、镗模底座。、镗模底座。63642、镗模导向装置的布置方式和特点、镗模导向装置的布置方式和特点 （2）双支承引导）双支承引导 A、双支承前后引导、双支承前后引导B 、双支承后引导、双支承后引导 （1）单支承引导）单支承引导 A、单支承前引导、单支承前引导B、单支承后引导、单支承后引导 65（1）单支承引导）单支承引导 在镗模中

22、只布置一个位于刀具前方或后方的在镗模中只布置一个位于刀具前方或后方的导向装置引导镗杆。导向装置引导镗杆。 镗杆与机床主轴刚性连接镗杆与机床主轴刚性连接，镗杆的一端直接，镗杆的一端直接插入机床主轴的莫氏锥孔中，并通过调整使镗套插入机床主轴的莫氏锥孔中，并通过调整使镗套轴线与主轴轴线重合。轴线与主轴轴线重合。 这种方式的调整工作比较费时，且这种方式的调整工作比较费时，且机床的精机床的精度影响镗孔精度度影响镗孔精度，一般适于小孔和短孔的加工。一般适于小孔和短孔的加工。66图图6-19 单支承前引导单支承前引导67图图6-20 单支承后引导单支承后引导68（2）双支承引导）双支承引导 在镗模中布置两个

23、导向装置引导镗杆，在镗模中布置两个导向装置引导镗杆，镗镗杆和机床主轴采用浮动联接，镗孔的位置精度杆和机床主轴采用浮动联接，镗孔的位置精度主要取决于镗模支架上镗套位置的精度，而不主要取决于镗模支架上镗套位置的精度，而不受机床精度的影响。受机床精度的影响。 69图图6-21 双支承前引导双支承前引导70图图6-22 双支承前后引导双支承前后引导713、镗套的选择和设计、镗套的选择和设计 （1）镗套的结构形式）镗套的结构形式1）固定式镗套）固定式镗套2）回转式镗套）回转式镗套（2）镗套的材料及主要技术要求）镗套的材料及主要技术要求72 1） 固定式镗套固定式镗套 外形尺寸小，结构简单，导向精度外形尺寸小，结构简单，导向精度高，但镗杆在镗套内一边回转，一边作高，但镗杆在镗套内一边回转，一边作轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低速镗孔。速镗孔。73固定式镗套固定式镗套 742） 回转式镗套回转式镗套 镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而无相对转动。这种镗套只有相对移动而无相对转动。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死卡死”。因此，它适合于高速镗孔。因此，它适合于高速镗孔。 75回转式镗套回转式镗套76回转式镗套（内滚式）回转式镗套（内滚式）77图图6-