第六章 机床夹具及其设计方法

第六章机床夹具及其设计方法6.1概述1机床夹具的原理在机械加工过程中，为了保证加工精度，必须固定工件，使工件相对于机床或刀具占有确定位置，以完成工件的加工和检验。2机床夹具的作用夹具是机械制造厂里的一种工艺装备，在机械制造过程中广泛采用大量夹具机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。1）保证加工精度用专用夹具安装工件，能迅速准确地保证工件位置正确不受工人操作水平等因素的影响，不同批次零件基本达到相同精度，保证加工精度稳定可靠。（2）提高生产效率采用机床夹具工件定位和夹紧迅速可靠，既可减少划线找正等辅助工时，又提高工件加工时的刚度，还可选用较大切削用量，从而提高了劳动生产率。（3）改善劳动条件采用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气动-液动等夹紧装置时可减轻工人的劳动强度，同时保证安全生产。（4）降低生产成本在成批生产中使用夹具，生产效率高，对工人技术要求低，可相对降低生产成本，批量越大，生产成本降低越显著。（5）扩大工艺范围单件小批量生产时，零件品种多数量少，又不可能为了满足所有的加工要求而购置相应的机床，采用夹具就可以扩大机床的加工范围。3机床夹具的分类1、按夹具的通用特性分类（1）通用夹具。通用夹具是指结构，尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具。（2）专用夹具。专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。（3）可调夹具。可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。（4）成组夹具。成组夹具是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。（5）组合夹具。组合夹具是一种模块化的夹具（6）自动线夹具。自动线夹具一般分为两种：一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。2、按夹具使用的机床分类这是专用夹具设计所用的分类方法。车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具等。3、按夹具动力源来分类按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。4机床夹具的组成1）定位支承元件定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。2）夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确位置。3、对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置，如图6-3所示的钻套1和钻模板2组成导向装置，确定了钻头轴心线相对定位元件的正确位置。4、连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。5、其他装置或元件6、夹具体夹具体是夹具的基本骨架，用来配置安装各夹具元件使之组成一整体。上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。6.2车床夹具1车床夹具的分类（1）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。（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。车床夹具按使用范围，可分为通用车夹具、专用车夹具和组合夹具三类。2、车床夹具的设计要点（1）车床夹具总体结构因为整个车床夹具随机床主轴一起回转，所以要求它结构紧凑轮廓尺寸尽可能小，重量要尺量轻，重心尽可能靠近回转轴线，以减小惯性力和回转力矩。（2）夹具与机床的联接车床夹具与机床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端的结构及夹具的体积和精度要求。6.3铣床夹具1、铣床夹具的分类铣床夹具按使用范围，可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合夹具三类 。按工件在铣床上加工运动特点，可分为直线进给夹具、圆周进给夹具、沿曲线进给夹具（如仿形装置）三类。还可按自动化程度和夹紧力来源不同（如气动、电动、液动）以及装夹工件数量的多少（如单件、双件、多件等）进行分类，其中，最常用的分类方法是按通用、专用和组合进行分类。2、典型铣床专用夹具结构1）铣削键槽用的简易专用夹具如图6-6所示，该夹具用于铣削工件4上的半封闭键槽，2）加工壳体的铣床夹具如图6-7所示，为加工壳体侧面棱边所用的铣床夹具，工件以端面、大孔和小孔作定位基准，定位元件为支承板2和安装在其上的大圆柱销6和菱形销10。3、铣床夹具的设计要点（1）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；夹具通过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T形槽中，再用T形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如图6-9所示，（2）铣床夹具的对刀装置。铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。如图6-10所示是对刀装置的使用简图，常用的塞尺有平塞尺和圆柱塞尺两种。其形状如图6-11所示。（3）由于铣削时的切削力大，振动也大，夹具体要有足够的强度和刚性，还应尽可能降低夹具的重心提高夹具的稳定性。6.4钻床夹具1、钻模的类型及典型结构为保证被加工孔的定位基准和各孔之间的尺寸精度和位置精度，提高劳动生产率，实际生产中经常用钻套引导刀具进行加工。一般外套和钻模板构成，根据被加工孔的分布和钻模板的特点，钻模一般分为固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等几种类型。（1）固定式钻模。在使用过程中，钻模和工件在机床上的位置固定不动，常用于在立式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。图6-12所示为固定式钻模，工件以其端面和键槽与钻模上的定位法兰3及键相接触而定位。转动螺母9使螺杆11向右移动时，通过钩形开口垫圈1将工件夹紧。松开螺母9，螺杆2在弹簧的作用下向左移，钩形开口垫圈1松开并绕螺钉摆下即可卸下工件。（2）回转式钻模。回转式钻模钻模体可按一定的分度要求绕某一固定轴转动。主要用于加工同一圆周上的平行孔系或分布在圆周上的径向孔。（3）移动式钻模。移动式钻模常用于单轴立式钻床，先后钻削工件同一表面上的多个孔。一般工件和被加工孔的孔径都不大，属小型夹具。图6-14所示为移动式钻模，（4）翻转式钻模。翻转式钻模整个夹具可以带动工件一起翻转，加工中、小型工件分布在不同表面的孔系，甚至可加工定位基准面上的孔。图6-15所示（5）盖板式钻模。这类钻模常用于加工大型工件上的小孔，钻模本身是一块钻模板，上面装有导向定位装置、夹紧元件和钻套，加工时将其覆盖在工件上即可。如图6-16所示，图6-17滑柱式钻模2、钻模设计要点（1）钻模的选择钻模类型多，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）钻套钻套是引导刀具的元件，用以保证被加工孔的正确位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。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。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。钻套与工件之间一般应留有排屑间隙，此间隙不宜过大，以免影响导向作用。铸铁：h=（0.3~0.7）d小孔取小值；钢：h=(0.7~1.5)d大孔取大值；斜孔：h=（0~0.2）d。6.5镗床夹具镗床夹具主要用来加工箱体、支座等零件上的精密孔或孔系，通常称为镗模。镗模一般由定位元件、夹紧装置、导引元件（镗套）夹具体（镗模支架和镗模底座）4个部分组成。图6-19所示为加工磨床尾架孔用的镗模。6.6专用夹具设计方法夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率