《机械制造技术》课件1第8章

第8章专用机床夹具设计8.1车床夹具8.2铣床夹具8.3钻床夹具8.4镗床夹具8.5专用机床夹具设计方法 8.1车床夹具

车床夹具是指用于各类车床的机床夹具。车床主要用于加工内、外圆柱面，内、外圆锥面，回转成型面，螺纹表面及端面等，根据这一加工特点，这类夹具几乎都是安装在车床主轴上，工作时随车床主轴作旋转运动，因此设计这类夹具时，对夹具在车床上的安装方式、夹具的平衡、工作中的安全以及操作方便等问题，都必须予以妥善解决。8.1.1车床夹具的类型与特点

车床夹具按其结构特征，大致可分为心轴式、卡盘式、圆盘式、花盘式和角铁式车床夹具。

1.心轴式车床夹具

如图8－1所示，心轴式车床夹具适用于工件以内孔定位的情况，主要用于保证工件被加工表面与定位基准间的同轴度要求。按照与车床主轴的连接方式，心轴式车床夹具可分为顶尖式心轴和锥柄式心轴两种。前者用于加工长筒形工件，后者用于加工短套筒或盘状工件。图8－1心轴式车床夹具

(a)顶尖式心轴；(b)锥柄式心轴

2.卡盘式车床夹具

如图8－2(a)所示，卡盘式车床夹具适用于工件以外圆表面定位的情况，由于夹具的主要部分已标准化，在实际生产中，只需根据不同的工件设计与制造相应的卡爪即可（见图8－2(b))。图8－2卡盘式车床夹具

3.圆盘式车床夹具

如图8－3所示，圆盘式车床夹具适用于采用轴向夹紧的盘状或套筒工件加工，可用以保证被加工表面与定位基准间的同轴度和垂直度要求。夹具上的各元件均按对称回转格局布置。图8－3圆盘式车床夹具

4.花盘式车床夹具

如图8－4所示，花盘式车床夹具主要用于非回转体工件回转表面的加工。工件的定位基准与被加工表面之间不仅有同轴度要求，还会有平行度、垂直度等要求。这种类型的夹具可以进行单工位加工，也可以进行多工位加工。由于工件是不对称形状，因此夹具结构一般也不对称，需要进行平衡处理。图8－4龙盘式车床夹具

5.角铁式车床夹具

如图8－5所示，角铁式车床夹具主要用于工件被加工表面的轴线与定位基准平面平行或成任意角度时的加工。由于角铁式车床夹具的夹具体采用角铁状，其重量偏向一边，因此一般要进行平衡处理。图8－5角铁式车床夹具8.1.2车床夹具的设计特点和要求

1.车床夹具的安装

车床夹具一般都安装在车床主轴上，其安装的准确与否将直接影响工件被加工表面的位置精度，因此必须加以妥善解决。

车床夹具在车床主轴上的安装方式如图8－6所示。车床夹具一般都安装在车床主轴上，其安装的准确与否将直接影响工件被加工表面的位置精度，因此必须加以妥善解决。

车床夹具在车床主轴上的安装方式如图8－6所示。图8－6车床夹具的安装方式车床夹具有如下两种安装方式。

1)锥柄心轴式

锥柄心轴式安装方式是直接将夹具的锥柄心轴安装在车床主轴锥孔内，并用带螺纹的拉杆将其固定（见图8－6(a)）。

锥柄心轴式安装方式的夹具结构简单可靠、定位准确，但由于夹具工作部位处于悬臂状态，故一般只用于D＜ø140mm的小型车床夹具，并且只能在预先选定的车床上使用。

2)过渡盘式

过渡盘式安装方式是通过过渡盘（法兰盘）在车床主轴上进行安装（见图8－6(b)、(c)）。夹具使用了过渡盘进行安装，增加了其通用性，即同一夹具通过同规格的过渡盘就可以用于不同规格和型号的车床上。

为了保证夹具的安装精度，过渡盘式车床夹具在其夹具体上往往设有校正环或校正孔，以减少夹具的安装误差，也可采用定位凸台来确定夹具的位置。

过渡盘式安装方式适用于圆盘直径较大、悬伸长度较小的圆盘式、卡盘式、花盘式和角铁式等车床夹具。

2.车床夹具的平衡

由于车床夹具是在旋转状态下工作的，因此离心力的影响不容忽视，特别是形状或重量对回转中心不对称的车床夹具，必须要有相应的平衡措施，以消除回转不平衡对加工的影响。

平衡的措施一般有两种：一种是在车床夹具较轻一侧设置平衡块，为了达到良好的平衡效果，平衡块的位置和重量应该可以调节；另一种是在车床夹具较重一侧加工减重孔，设置减重孔时要注意保证车床夹具的刚性。

3.车床夹具的安全

(1)因车床夹具一般都在悬臂状态下工作，为了保证加工的稳定性，夹具的结构应力求紧凑、悬伸部分应短、重量应轻，并使重心应尽可能地靠近主轴。

(2)车床夹具的夹具体应为圆盘形状，并且所有元件均不能超出车床夹具体圆盘的最大直径，以防旋转时伤人。

(3)车床夹具在车床主轴上安装时，必须要有保险装置。锥柄心轴式车床夹具要设置螺栓拉杆，过渡盘上要安装保险爪。

(4)车床夹具上不应有松散元件，以免甩出。若有松散元件，则需在外加设防护罩，并禁止使用移动压板和少用联动夹紧装置。

(5)为防止切削力过大时剪断连接螺栓而甩出夹具，一般过渡盘与夹具体的连接部位应使用定位塞或制作安装凸台。

(6)车床夹具的夹紧机构要有良好的自锁性能。

(7)必须注意车床夹具使用时与机床和刀具的相互关系，避免发生干涉。 8.2铣床夹具

8.2.1铣床夹具的类型与特点

1.直线进给式铣床夹具

直线进给式铣床夹具在加工过程中随铣床工作台一起作直线进给运动。按一次装夹工件数目的多少，直线进给式铣床夹具又可分为单件和多件直线进给式铣床夹具。

图8－7所示为加工某航空仪表壳体零件两侧面的单件直线进给式铣床夹具。工件以一面两孔定位，采用联动压板机构夹紧工件，对刀块用以确定刀具的位置，定向键用以确定夹具在铣床工作台上的位置。图8－7单件直线进给式铣床夹具

2.圆周进给式铣床夹具

圆周进给式铣床夹具多与铣床万能转台一起使用，夹具装在转台上，通过转台使夹具作圆周进给运动。

图8－9所示为飞机起落架缓冲器上某零件外圆弧面的铣削夹具。夹具利用夹具体1上的圆柱销6与转台中心孔相配合，以确定夹具的回转中心。工件以孔和端面在夹具体1和定位销2上定位，挡销3用来承受加工过程中的转矩。图8－9铣圆弧用夹具图8－10所示为用于大批量生产的圆周进给式铣床夹具。夹具同样安装在铣床的转台上，作连续的进给运动，从而实现不停车的连续加工，使装卸工件的辅助时间与切削的机动时间重合，因此可大大提高劳动生产率，但需要特别注意工作安全和操作者的劳动强度。图8－10圆周进给式铣床夹具8.2.2铣床夹具的设计特点和要求

1.对刀装置

由于铣削加工一般多采用定距切削，为了便于调整刀具相对于工件被加工表面间的位置，铣床夹具上一般都设置有对刀装置，如图8－7所示。

对刀装置由对刀块和塞尺组成。对刀块是用来确定刀具与工件的相对位置，其形状应根据工件被加工表面的形状和加工要求来确定。塞尺的使用则是为了防止在对刀过程中，刀具直接与对刀块工作表面之间出现接触，避免损坏刀具。使用对刀装置时，将塞尺放在刀具与对刀块工作表面之间，根据接触的松紧程度来确定刀具的位置。图8－11所示是几种对刀块的应用情况。其中，图8－11(a)是平板形对刀块，用于确定刀具在一个方向的位置；图8－11(b)是直角形对刀块，用于确定刀具在两个方向的位置；图8－11(c)、(d)分别是V形和圆弧形对刀块，用于确定刀具的对称面。图8－11各种对刀块的应用塞尺分为平塞尺和圆柱塞尺两种，如图8－12所示，其尺寸规格有1mm、3mm、5mm三种。

对刀块工作表面在夹具上的位置尺寸是以夹具定位元件的定位表面或定位元件轴心线为基准来标注的。其基本尺寸取工件被加工表面的相应尺寸减去塞尺尺寸，公差取工件相应尺寸公差的1/3～1/5。图8－12塞尺的类型

2.定向键

为了保证加工精度，铣床夹具在铣床工作台上应有正确的安装位置，即使夹具的纵向与铣床工作台的纵向进给方向一致。

铣床夹具在铣床工作台上的安装方法有两种：一种方法是采用定向键与工作台上的T形槽相配合，来确定夹具在铣床工作台上的横向位置，如图8－7所示；另一种方法是在夹具体的一侧面设置找正基面，用百分表通过找正的方法来确定夹具的位置，如图8－8所示。前者安装迅速、方便，但安装误差较大。后者安装精度较高，但安装速度较慢。定向键有圆柱形和矩形两种，如图8－13(a)、(b)、(c)所示。圆柱形定向键结构简单、制造方便、安装精度高，但由于其耐磨性较差，使用磨损后会直接影响夹具的安装精度，因此实际生产中使用不多，而常用矩形定向键。矩形定向键必须成对使用，并安装在夹具体底面的纵向安装槽中，其安装距离力求最大，这样有利于提高夹具的安装精度。图8－13定向键的类型使用定向键安装铣床夹具时，影响夹具安装精度的是定向键与夹具安装槽以及工作台T形槽的配合间隙，所以定向键与T形槽的配合一般选用H9/h8，与夹具安装槽的配合则选用H7/h6或H7/r6。同时要做到两个定向键都用同一个侧面与T形槽接触，以保证其安装精度。

3.其它设计要求

(1)铣床夹具要有足够的强度和刚度。由于铣削加工过程中会产生冲击和振动，给加工带来不利的影响，因此必须注意提高夹具的强度和刚度，以减少振动。一般是通过加厚元件厚度、设置加强筋和耳座等方法来解决。

(2)尽可能降低夹具的重心。铣床夹具的结构在很大程度上取决于定位元件、夹紧装置和其它元件的结构与布置形式。为使夹具结构紧凑，保证其安装的稳定性，应使工件加工表面的位置尽可能地靠近工作台面，以降低夹具的重心，同时夹具体的高宽比应限制在1～1.25范围内。

(3)尽可能提高生产率。由于铣削加工是一种生产率较高的加工方法，因此设计铣床夹具时，应使辅助时间尽可能缩短。具体措施有采用快速联动夹紧装置、缩短工件的装卸时间等，还可采用多件加工夹具或连续加工夹具，使辅助时间与机动时间相重合等方法来实现这一要求。

(4)尽可能减轻工人的劳动强度。铣削加工时，由于所需的夹紧力较大，为了减轻工人的劳动强度和缩短夹紧工件的时间，可采用气动、液压等机动夹紧装置。

(5)应注意切屑和冷却液的有效处理，如在夹具体上制作排屑槽、排屑斜面等。

(6)应便于夹具的搬运。这一点对于大型夹具来说都应注意，如设置起重吊环或把手等。 8.3钻床夹具

8.3.1钻床夹具的类型与特点

1.固定式钻模

固定式钻模一般是在立式钻床或摇臂钻床上使用，主要用于加工工件上较大的同轴孔或轴线相互平行的孔系。在立式钻床上使用前，先通过钻模的钻套来确定夹具的位置，然后用T形螺栓或压板将其固定在钻床工作台上。

图8－14所示为固定式钻模的典型结构。工件以一面两孔定位，通过螺母和开口垫圈夹紧工件，钻模板固定在夹具体上，而夹具体则固定在钻床工作台上。图8－14固定式钻模

2.回转式钻模

回转式钻模主要用于加工同一圆周上的轴向孔系或分布在圆柱面上的径向孔系。其结构形式按回转轴的位置可分为立轴回转式、卧轴回转式和斜轴回转式三种。由于这类钻模的刀具引导元件是固定不动的，为了实现工件在一次安装中进行多工位的加工，钻模上一般采用回转式分度装置，这样既可保证加工精度，又可提高生产率。

图8－15所示为立轴回转式钻模。钻模通过中心销安装在通用立轴分度转台上，然后用螺钉紧固。工件则以一面一孔和键槽定位，通过螺母和开口垫圈夹紧。此外，在分度转台底座上安装一个铰链式钻模板。通过转台的分度完成6×ø10孔的加工。图8－15立轴回转式钻模图8－16所示为卧轴回转式钻模，该钻模用于加工工件上按一定规律分布的三圈径向孔。工件以内孔和端面，在定位心轴3的外圆和分度盘2的端面上定位，通过滚花螺母4和开口垫圈将工件夹紧。当完成一个工位上孔的加工后，松开左侧滚花螺母1并拉出分度对定销5，此时即可转动分度盘2进行分度，分度时分度盘2通过销子和螺钉带动心轴与工件一起转动。当分度盘2转到下一个分度槽时，对定销5则靠弹簧的力量插入分度槽内，随后拧紧滚花螺母1，将分度盘锁紧，以便对另一工位上的孔进行加工。图8－16卧轴回转式钻模图8－17所示为斜轴回转式钻模，该钻膜用于加工工件锥面上的60个小孔。工件以外圆、端面和一个小孔，通过夹具定位环1的内圆（ø248）及端面和菱形销2进行定位，用最上部的手柄螺母和开口垫圈对工件进行夹紧。钻模板3上有两圈钻套，其数目和位置与工件要求一致。当工件安装后，将该钻模板套入夹具转盘6上的两个定位销上（图中未画出），再用两个活节螺栓5和滚花螺母4紧固。加工完一个工位上的孔后，转动转盘6，此时工件、定位元件、夹紧元件以及钻模板一起随转盘6在底座7上转动。当工件下一个孔转到加工位置时，先用钻头对准钻套孔进行试探，钻头移动自如时即可进行加工。图8－17斜轴回转式钻模

3.翻转式钻模

翻转式钻模的特点是在使用过程中整个夹具可以和工件一起翻转，因此是一种小型夹具。它主要用于小型工件同方向平行孔系的加工，也可用于不同方向孔的加工。由于在操作过程中这类夹具需用人工进行翻动，为了减轻工人的劳动强度，夹具连同工件的总重量不能太大，一般应控制在8～10kg范围内。对于尺寸和重量较大的工件，使用翻转式钻模时，则必须设计专用的托架。

翻转式钻模按其结构特点和翻转方式的不同，可分为支柱式、托架式、箱式和半箱式等。支柱式钻模是翻转式钻模的典型结构之一，它没有夹具体，而是用钻模板来替代夹具体，并用四个支脚支承钻模板。使用时，先将钻模翻转180°，装好工件后，再翻转过来进行钻孔。为了保证四个支脚的支承面位于同一平面内，并且与钻套引导孔中心线垂直，夹具装配后，四个支脚的支承平面必须一次磨平。这种钻模可以用于同方向平行孔系的加工。

图8－18所示为某盘状零件使用的支柱式钻模。工件在钻模的中心定位销和钻模板的底平面上定位，角向位置通过活动V形块加以限制，用螺母和开口垫圈进行轴向夹紧，翻转夹具即可进行孔的加工。图8－18支柱式钻模图8－19翻转式钻模图8－20所示是某机枪协调器支座孔加工使用的翻转式钻模。工件用其外圆和端面定位，角向位置靠自身外形与夹具凸台外形一致来确定。定位时，将工件的轴放入定位元件2的内孔中，并使其外形与定位元件凸台外形一致，随后用螺母和压板进行夹紧，最后将夹具翻过来放在专用托架上进行钻孔。图8－20带托架的翻转式钻模箱式和半箱式钻模也是翻转式钻模的一种典型结构。整个夹具呈封闭或半封闭形式，只使夹具的一面、两面或三面敞开，钻套直接装在夹具体上。使用时，利用夹具体变换支承面的方法来适应工件不同方向、多工位加工的需要。此种钻模一般体积小、重量轻、结构紧凑。

图8－21所示为某套筒零件钻8个径向孔的箱式钻模。为了适应8个方向孔的加工要求，设置了专用的V形垫块1。图8－21钻8个孔的箱式钻模图8－22所示为在某小轴套零件上钻两个对称孔时使用的小型箱式钻模。为了便于装卸工件，采用了回转压板和螺钉进行夹紧，并设置了顶出器。图8－22带顶出器的箱式钻模图8－23半箱式钻模

4.覆盖式钻模

1)覆式钻模

覆式钻模是将定位元件、夹紧元件、引导元件等与钻模板连成一个整体，使用时将钻模板“覆”在工件上或装在工件中，利用本身的定位元件在工件上的定位基准面上定位。由于这种钻模免去了笨重的夹具体，简化了工件的装卸，有时甚至可以不要夹紧装置，因此结构简单。但是应用这种钻模时，工件上必须有一个与被加工孔中心线垂直或与定位表面平行的表面，以便加工时用做支承平面。这种钻模主要用于大型工件孔的加工。图8－24所示为加工某航空发动机前、后整流舱接合端面上对接孔时使用的覆式钻模。加工时，先将钻模板套在工件的外圆和端面上，用其圆周上的刻线对准工件的接合缝作角向定位（工件为两半对合的组件），然后用钩形压板夹紧。工件的另一端面则放在钻床工作台面上。钻模板的上、下两面各有一组定位表面，分别用于加工前、后整流舱的接合孔。这种用来加工两个相配零件上接合孔的协调钻模也称做镜面钻模，在航空工厂，尤其是在飞机制造厂应用是比较多的。图8－24复合镜面钻模图8－25连杆加工用覆式钻模图8－26无夹紧装置的覆式钻模

2)盖式钻模

盖式钻模的钻模板是活动式的盖板，它可以用定位销的形式在钻模体上确定其正确位置，也可以采用铰链连接的方式确定钻模板的正确位置。采用盖式钻模的目的主要是为了方便工件的装卸。这种钻模适用于以下部定位，而在上部进行钻孔的中小型零件的加工。但其结构不如覆式钻模简单，加工后孔的位置精度也不如前者高。

图8－27所示是钻模板可卸的盖式钻模。工件以外圆和端面在夹具体1上定位，钻模板5通过衬套9装在心轴11上，并用圆柱销3来确定钻模板5对夹具体1的角向位置，使各钻套孔始终对准夹具体1上的让刀孔。通过螺母8和回转开口垫圈6将钻模板5连同工件一起压紧在夹具体上。为了更可靠地保证工件被加工孔的位置精度，常在工件第一个孔加工好之后，在该孔中插入插销4，防止工件在加工过程中产生位移。图8－27钻模板可卸的盖式钻模图8－28所示是采用铰链连接钻模板的盖式钻模。工件采用一面两孔定位，用两个螺旋压板将工件夹紧。工件装好后再盖上钻模板，用螺母和活节螺栓将钻模板固定在夹具体上，即可进行孔的加工。工件两侧的孔则需要把钻模倒置后再进行加工。图8－28铰链连接钻模板的盖式钻模

5.滑柱式钻模

滑柱式钻模是一种结构已标准化和规格化的通用钻模。它由钻模体、滑柱、升/降钻模板和锁紧机构等组成。由于这种钻模只需根据不同的加工对象设计相应的定位元件，而不必另外设计单独的夹紧装置，因此可简化设计工作，操作方便、夹紧迅速，在大批量生产中应用较广。但这种钻模的精度较低，所以钻孔后的垂直度和孔距精度不太高。图8－29所示为手动滑柱式钻模的应用实例。钻模板1紧固在两根滑柱5上，并与齿条3连接在一起，齿条3与斜齿轮4啮合。工作时，通过手柄6转动斜齿轮4，使齿条3带动钻模板1上下移动，实现对工件的松开或夹紧。钻模板位置的自锁，则是通过斜齿轮啮合传动时所产生轴向分力，使齿轮轴产生轴向位移，依靠齿轮轴两端的锥体与装在钻模体上的内锥套之间产生的摩擦力来实现的。这样既保证了工件的夹紧可靠，又使工件装卸方便。图8－29滑柱式钻模8.3.2钻床夹具的设计特点和要求

1.钻套

钻套又称导套，它是钻模的特有元件。其作用是确定刀具的位置、方向和提高刀具的刚性，即引导刀具进入正确的加工位置，并防止刀具在加工过程中发生偏斜和振动。由此可见，钻套的选用和设计正确与否将直接影响工件的加工质量。

1)钻套的类型

钻套按其结构和使用情况可分为以下四种：

(1）固定钻套。图8－30(a)、(b)所示是固定钻套的两种形式，即无肩钻套和带肩钻套。固定钻套与钻模板底孔的配合均采用H7/n6或H7/r6的过盈配合。这种钻套结构简单，但磨损后不易更换，因此主要用于中小批量生产或用来加工孔距较小以及孔的位置精度要求较高的工件。

(2）可换钻套。图8－30(c)所示是可换钻套。可换钻套的外圆采用H6/g5或H7/g6的间隙配合装入衬套内孔中，衬套外圆与钻模板底孔的配合则采用H7/n6或H7/r6的过盈配合。为了防止钻套随刀具转动或被切屑顶出，采用螺钉固定钻套。可换钻套主要是在大批量生产中使用。由于钻套外圆与衬套内孔配合间隙的影响，其加工精度不如固定钻套高，但钻套磨损后更换方便。

(3）快换钻套。图8－30(d)所示是快换钻套。该种钻套更换迅速，只要将钻套逆时针转动一定角度，使其削边部位对准螺钉，即可从钻模板上的衬套中取出。但削边的位置设置应考虑刀具与钻套内孔壁间摩擦力矩的方向，以免退刀时钻套随刀具自行拔出。快换钻套广泛应用于批量生产中，特别是在一道工序中（孔的加工），需用几种刀具依次连续进行加工的情况。图8－30标准钻套

(4）特种钻套。当工件的结构形状或工序加工条件不允许采用上述标准钻套时，就应根据具体情况设计特殊结构的钻套。图8－31(a)~(f)所示为几种特种钻套的例子。图8－31特种钻套

2)钻套主要结构参数的确定

(1）钻套引导部分长度H。如图8－32所示，钻套引导部分长度H是由工件被加工孔的位置精度、被加工孔的深度、刀具的刚性和工件表面形状等因素所决定的。钻套引导部分短，会降低引导精度；钻套引导部分过长，会增加刀具与钻套之间的摩擦，使刀具和钻套的使用寿命降低。

钻套引导部分长度H一般可按经验公式选取，即H=（1～3）d。式中，系数的确定原则一般是大直径孔取小值，小直径孔取大值,也可参照表8－1选取。表8－1钻套引导部分长度H的选择

(2）排屑间隙S。如图8－32所示，钻套底面与工件表面间一般应留有排屑间隙S，这对保证加工质量和提高生产率均有其重要意义。如间隙S过小，切屑不能及时排出，当切屑积聚过多时，会将钻套顶出，划伤工件表面，甚至折断钻头。但S值过大，又会使刀具的引偏量增大，降低加工精度。图8－32钻套各部分的尺寸排屑间隙S一般按经验公式选取，即S=（0～1.5）d。式中，系数的确定原则是加工脆性材料时取小值，加工塑性材料时取大值；孔的位置精度要求较高时取小值；在圆弧面、斜面上钻孔或钻斜孔时取小值，最好为零。

(3）钻套内孔直径尺寸。钻套内孔直径的基本尺寸应等于所引导刀具的最大极限尺寸。若刀具设有引导部分，则钻套内径的基本尺寸应与刀具引导部分的基本尺寸相同。

钻套内径的尺寸公差应按基轴制间隙配合时孔的公差来确定。当被加工孔的精度低于IT8时，钻套内径公差选F8或G7；当被加工孔的精度高于IT8时，钻套内径公差选F7或G6。同时，钻套内、外圆的同轴度应不大于0.005mm。

为了便于确定钻套内径的基本尺寸，这里将麻花钻、扩孔钻和铰刀的直径公差列于表8－2~表8－4中，以供选用时参考。表8－2麻花钻的直径公差

(4）钻套中心的位置尺寸和公差的确定。钻套中心至定位元件之间和各钻套孔之间的位置尺寸取工件相应极限尺寸的平均值，其公差则取工件相应尺寸公差的1/3～1/5。

2.钻模板

用以安装钻套的钻模板，按其与夹具体的不同连接方式，可分为固定式、可卸式和铰链式三种。

1)固定式钻模板

如图8－33所示，固定式钻模板往往与夹具体做成一体，或通过销钉和螺钉将钻模板固定在夹具体上。由于该钻模板上的钻套相对于夹具体上的定位元件间的位置是固定不变的，因此可使被加工孔的位置精度提高，但也会使某些工件的装卸不方便。图8－33固定式钻模板

(a)铸成一体；(b)用螺钉和销钉联结

2)可卸式钻模板

如图8－34(a)、(b)、(c)所示，可卸式钻模板与夹具体分开而成为一个独立部分，工件在夹具中每装卸一次，钻模板也随着要装卸一次。虽然可卸式钻模板能使工件装卸方便，但由于装卸时费时费力，并且钻孔后的位置精度较低，因此一般在使用其它类型钻模板不便于装夹工件时才采用。图8－34可卸式钻模板

3)铰链式钻模板

如图8－35所示，铰链式钻模板用铰链装在夹具体上，钻模板可以绕铰链轴转动。由于铰链轴与孔之间存在配合间隙，因此它所能保证的加工精度不如固定式钻模板高，但装卸工件方便。图8－35铰链式钻模板 8.4镗床夹具

8.4.1镗床夹具的特点与类型

1.镗床夹具的特点

镗床夹具又称为镗模，是指专门用于各种镗床上加工箱体、支座等非回转体零件上的孔或孔系的机床夹具。图8－36所示为支架壳体零件加工4个孔时所用的镗床夹具。工件以底面a和侧面b作为定位基准，通过定位板10和挡销9来实现定位，然后用4个压板8进行夹紧。镗套3、4、5、6分别装在镗模架2、7上，而镗模架则用销子和螺栓固定在镗模体1上。镗模具有钻床夹具的一些特点，即也采用了引导刀具的专用元件——镗套。镗套也是按被加工孔的坐标位置安置在专用部件镗模架上。其主要任务是用来保证孔和孔系的尺寸精度、形状精度、孔距和孔的位置精度。采用镗模加工，可以不受镗床精度的影响，能够加工出具有较高精度要求的工件。图8－36支架壳体零件加工4个孔时所用的镗床夹具

2.镗床夹具的类型

镗床夹具按所使用的镗床类型可分为立式和卧式,按使用的镗模架架数可分为单支承、双支承和无支承镗模，按镗套的安放位置可分为前引导、后引导和前后引导等方式，如图8－37所示。图8－37镗模的引导方式

1)单支承前引导镗模

如图8－37(a)所示，镗模架布置在工件的外侧，镗刀杆与镗床主轴采用刚性连接。这种布置方式适用于加工孔径D＞60mm，长度小于孔径的通孔。由于镗刀杆引导部分的直径d小于被加工孔D的直径，因此不仅便于在加工过程中进行观察和测量，特别是在需要更换刀具进行多工步加工的场合，就更为方便。为了便于排屑，工件与镗模架之间的距离S不应小于20mm。其缺点是切屑容易带入镗套中，造成镗刀杆和镗套的磨损。另外，工件进行装卸时，刀具的引进和退出行程较长。

2)单支承后引导镗模

如图8－37(b)、(c)所示，镗模架布置在镗床主轴与工件之间，镗刀杆与镗床主轴采用刚性连接。这种布置方式适用于加工孔径D＜60mm的通孔或盲孔。根据工件孔长径比的大小，有两种应用情况：

(1)当l/D＜1时，如图8－37(b)所示，镗刀杆引导部分直径d可大于工件被加工孔的直径D(即d＞D),这样镗刀杆的刚性好，加工精度高。

(2)当l/D＞1时，如图8－37(c)所示，镗刀杆直径制成同一尺寸并小于工件被加工孔的直径D(即d＜D)，这样不仅能使镗刀杆进入到工件孔的已加工部位，同时也减小了镗刀悬伸长度，改善了加工工作条件。但要注意镗套上的纵向槽应便于镗刀的进退。

3)单面双支承引导镗模

如图8－37(d)所示，在工件一侧装有两个镗模架，镗刀杆与镗床主轴采用浮动连接。此时，工件被加工孔的位置精度与镗床的精度无关，完全由镗套的位置来保证。由于镗刀杆工作状态为悬臂梁，因此应使L≥(1.5～5)l,H1=H2=(1～2)d，这样利于增强镗刀杆的刚度和轴向移动时的平稳性。

4)双面单支承引导镗模

如图8－37(e)所示，镗模架分别装在工件两侧，镗刀杆与镗床主轴采用浮动连接。这种引导方式适于加工l＞1.5D的通孔或一组同轴线的孔，并且孔的位置精度和同轴度要求较高的场合。其缺点是镗刀杆过长，刀具装卸不便。当两镗套之间的距离L＞10d时，应在其中间增加辅助支承，以提高镗刀杆的刚度。

5)双面双支承引导镗模

如图8－37(f)所示，在工件的两侧各安装两个镗模架，镗刀杆与镗床主轴采用浮动连接。这种引导方式适用于精度要求高，且需要从两面进行镗孔的情况。

6)无支承镗模

当工件在高精度镗床上进行镗孔时，夹具可不设置镗套，被加工孔的精度要求完全由机床精度来保证。8.4.2镗套结构

镗套的结构形式可分为固定式和回转式镗套两种。

1.固定式镗套

图8－38所示为固定式镗套的结构形式。这种镗套的结构与钻模中的快换钻套相似，它固定在镗模架上，不能随镗刀杆一起转动。镗刀杆与镗套内孔采用间隙配合，并在镗套内孔中转动和轴向移动。图8－38固定式镗套

（a)光滑镗套；(b)带槽镗套

2.回转式镗套

图8－39所示为回转式镗套。根据镗套回转部分位置的不同安排，回转式镗套可分为外滚式和内滚式两种。图8－39(a)、(b)为外滚式镗套，图8－39(c)、(d)为内滚式镗套。外滚式镗套的回转部分装在镗模架上，镗刀杆在镗套内只作轴向移动而无相对转动。内滚式镗套的回转部分安装在镗刀杆上，成为镗刀杆的一个组成部分。图8－39回转式镗套 8.5专用机床夹具设计方法

8.5.1机床夹具设计的基本要求与步骤

1.设计的基本要求

(1)确保工件的加工质量。由于专用机床夹具是根据零件工艺规程的工序要求来设计的，因此满足工序的加工使用要求和保证工序的加工质量要求就成为机床夹具设计的基本要求，同时也是机床夹具设计的首要要求。为此，必须正确地确定定位方案和选择定位元件以及夹紧装置等。必要时，还需进行误差的分析计算，其中应包括夹具影响加工精度的其它因素。

(2)应有良好的结构工艺性。一个好的设计方案，在确保工件加工质量的前提下，其结构应尽量简单，即容易制造、装配、检验和维修。

(3)应操作方便和使用安全。在满足上述两条要求的前提下，夹具的操作应尽可能简单，即夹具在机床上应容易安装和调试，工件装卸时应方便、迅速、省力，同时还应保证使用中安全、可靠。为此，在可能的条件下，应尽量采用快速、高效机构，以提高夹具的工作效率和缩短辅助时间。

(4)应有良好的经济性。设计夹具时，除力求使夹具结构简单外，还应尽量选用标准元件。同时，兼顾夹具的再用性和使用寿命，以得到最佳的经济效果。

(5)便于排除切屑。切屑不仅会影响工件的正确定位，其热量也会引起夹具热变形，从而影响加工质量。由于切屑不易排除，不仅会增加辅助时间，影响生产率，同时也易引起事故，因此对排屑问题应引起重视。

以上基本要求中，保证工序加工质量是最重要的，在此前提下综合处理好结构工艺性、使用性、生产率及经济性的辩证统一关系。

2.设计步骤

机床夹具设计是根据工艺人员所提出的夹具设计任务书的要求来进行的，其步骤如下：

(1)设计前的准备工作。

①根据设计任务书的要求收集有关的设计资料，主要包括零件图、装配图、工艺规程、各种标准、机床说明书等，还有同类工件相同加工方法所使用的夹具结构，以及夹具制造车间的技术水平和设备情况等。②详细分析机械加工工艺规程及本工序的加工要求，如工件特点、材料、生产类型、加工精度和技术要求、加工余量、定位基准以及前后工序之间的联系等，还有本工序所使用的机床、刀具和量具情况，为机床夹具设计提供设计依据。

③了解国内外新技术、新工艺的应用，以便不断地把先进技术用于夹具制造中。

(2)确定夹具结构方案，并绘制结构草图。在分析上述各种资料的基础上，综合考虑各方面的因素，即可进行夹具总体结构方案的设计，设计时主要应解决下列问题：

①根据定位原理确定工件的定位方法、定位元件、安装方式以及定位精度。

②根据夹紧原则确定工件的夹紧方法、夹紧部位，选定夹紧机构的形式。由于夹紧机构的形式较多，应注意分析比较。必要时还需进行夹紧力的计算。

③确定刀具的引导或对刀方法，设计其相应的装置。④确定其它元件或装置的结构，如分度装置、定向键等。

⑤确定夹具体，并布置各元件和装置的位置以及连接方法。

⑥对于加工要求严格的工序，其夹具还需进行误差分析和必要的计算，以校验所确定的夹具是否能满足工序的加工精度要求。

在确定夹具结构方案时，应与有关人员进行交流后，再进行结构设计，以便达到取长补短、事半功倍的效果。通过上面的分析和选择，即可绘制出夹具设计草图。

(3)绘制夹具总装图。关于夹具总装图的绘制步骤和要求详见8.5.2节。

(4)绘制夹具零件图。夹具中所有的非标准零件都必须绘制零件图。根据已绘出的总装图即可绘制非标准零件图，零件图的绘制应符合国家标准的规定。

(5)校对零件图和总装图。在零件图和总装图绘制后，应进行全面的校对，包括主要尺寸、技术条件和误差分析，检查有无不当和遗漏之处。校对时，应注意零件图与总装图的协调、精度与表面粗糙度的协调、材料与硬度的协调、技术条件和主要尺寸的协调以及尺寸链的计算等。还有应符合国家和本企业的相关规定。8.5.2夹具总装图的绘制

图纸是工程的语言，所以夹具总装图的绘制必须表达准确、清晰。而所设想的设计意图，往往需要通过正式绘图才能加以完善，因此绘制夹具总装图时，要认真、仔细，切忌草率从事。

夹具总装图的绘制必须符合国家制图标准。图形比例尽量采用1∶1，以体现良好的直观性。当工件过大或过小时，也可选用其它常用的制图比例绘制。下面将夹具总装图的绘制程序及要求分述如下：（1）绘图前，首先按预想的夹具结构大小选取幅面，以能画下全部视图为原则，并预留出标题栏、技术条件和尺寸标注的位置。若总装图太大，则可分成几张总装图。

（2）选取投影面，通常按夹具在机床上正对操作者的面为正投影面，并以此来布置视图。视图的数目应视夹具结构的具体情况而定，以能表达清楚为原则。

（3）绘图的顺序是先用双点画线画出工件的主要部分和轮廓外形，并按透明体处理，然后依次画出定位元件、夹紧装置、引导或对刀装置以及其它元件和装置的具体结构，最后绘制夹具体。绘图时，一般主视图和其它视图应同时绘出，各视图之间应留有足够的距离，以免在最后绘制夹具体时出现干涉。（4）标注总装图上的主要尺寸、形位公差及其它技术要求。夹具总装图上所标注的内容直接关系到夹具的使用、制造、维修、装配和检验，对产品零件的加工质量有着直接的影响，因此应给于充分的重视。其具体内容如下：①主要尺寸包括：

·夹具的最大外形轮廓尺寸；

·夹具定位元件的位置尺寸与公差；

·夹具定位元件与工件的配合尺寸；

·夹具定位元件在夹具中安装时的配合尺寸；

·夹具引导元件或对刀元件的位置尺寸与公差；

·夹具引导元件与刀具的配合尺寸；

·夹具与机床的联结尺寸和配合尺寸；

·夹具上的其它主要配合尺寸。②形位公差及其它技术条件包括：

·夹具定位元件之间的位置精度要求；

·夹具定位元件与夹具安装面之间的相互位置精度要求；

·夹具定位元件与夹具引导或对刀元件之间的相互位置精度要求；

·夹具引导元件之间的相互位置精度要求；

·夹具定位元件或夹具引导元件对夹具找正面的位置精度要求；

·与保证夹具装配精度有关的技术要求；

·与检验方法有关的特殊技术要求。在夹具总装图上标注主要尺寸和技术要求时，应遵守国家标准《形状和位置公差》中的有关规定。对于标准中没有规定的项目，一般可用文字写在图纸左下方的技术条件中。

夹具的有关尺寸公差和形位公差一般取工件相应尺寸公差和形位公差的1/5～1/3，角度公差取工件相应角度公差的1/7～1/2。当工序尺寸未注公差时，夹具的公差一般取±0.1mm（或±10′）。设计时也可参阅《机床夹具设计手册》等有关资料。（5）填写标题栏和夹具零件明细表。在完成夹具总装图的绘制后，还应对夹具的所有组成零件进行编号。零件号码的编排原则应本着看图时方便查找来进行，一般是按顺时针或逆时针方向顺序标出，相同零件只编一个号，同一部件的号码最好编排成连号。编写号码时要注意图面的整齐、清洁和美观。虽然标题栏与夹具零件明细表的形式各厂不一致，但应符合各工厂的规定。8.5.3机床夹具的精度分析

1.影响因素

机床夹具是保证工件被加工表面位置精度要求的工艺装备，其影响因素归纳起来可分为3类：

1）与工件在夹具中安装有关的误差

与工件在夹具中安装有关的误差表现为工件在夹具中安装时，其实际位置相对于理论规定的位置出现了偏移。根据其产生的原因，该项误差可分为定位误差（ΔD）和夹紧误差（ΔJ）。定位误差（ΔD）又可分为基准不重合误差（ΔB）和基准位移误差（ΔY）。

(1)基准不重合误差（ΔB）。基准不重合误差是由于定位基准与工序基准不重合所引起的一种误差。它的大小由工艺规程所确定，夹具设计人员对它无法直接控制。如果要减少或消除此项误差，则可建议修改工艺规程，另选定位基准，最好是采用基准重合原则。

(2)基准位移误差（ΔY）。基准位移误差是指工件在夹具中定位时，实际定位基准相对其规定位置出现的最大可能位移量。它的大小可由夹具设计人员通过合理选择定位方法和定位元件，将其限制在规定的范围内。

(3)夹紧误差（ΔJ）。夹紧误差是指在夹紧力的作用下，因夹具和工件的变形而引起的位移。它可通过改变夹紧力的方向、作用点、分散夹紧力以及提高夹具刚度等措施加以消除。

2)与夹具在机床上的安装有关的误差（ΔA）

与夹具在机床上的安装有关的误差表现为夹具在机床上的安装位置不正确时，会使装在它上面的工件位置相对机床发生变化。造成夹具安装误差的因素有夹具安装表面本身的制造误差；夹具安装表面与定位表面之间的相对位置误差；夹具在机床上安装方法不正确所引起的误差。

夹具安装误差的数值一般很小，设计时可在夹具总装图中加以规定。规定时可采用下述方法之一加以减小。

(1)在机床上直接找正夹具的位置。

(2)定位元件在夹具组装后再加工定位元件上的工作表面。

(3)夹具在机床上安装后再加工定位元件