机床夹具设计_第五章.ppt

1、机床夹具设计,第五章,第五章 各类机床夹具的结构特点,1 钻床夹具 2 镗床夹具 3 铣床夹具 4 车床夹具 5 齿轮加工机床夹具,一、钻模主要类型,（1）固定式钻模 （2）回转式钻模 （3）翻转式钻模 （4）盖板式钻模 （5）滑柱式钻模,5-1钻床夹具,在各种钻床或组合机床上，用来钻、扩、铰各种孔所采用的装置，称为钻床夹具。 特征：装有钻套和安放钻套用的钻模板，习惯称 “钻模”。,（1）固定式钻模,1夹具体；2支承板；3削边销；4圆柱销；5快夹螺母；6快换钻套,这类钻模多用于立式钻床加工单孔、摇臂钻床和多轴钻床上加工平行孔系。 加工的孔径大于10mm，需将钻模固定，防止工作位置变化。,工作时

2、，钻模固定在钻床工作台上。,（2）回转式钻模,用于加工工件上同一圆周上的平行孔系，或加工分布在同一圆周上的径向孔系。,回转式钻模有立轴、卧轴和斜轴三种。 钻套一般固定不动。,目前除在大批量生中使用回转式钻模外，一般被机床标准回转工作台所取代。,（3）翻转式钻模,钻模没有转轴和分度装置，在使用过程中用手翻转，钻模连同工件的总重量不能太重，以免操作疲劳，小于810kg。用于加工小型工件上分布几个方向的孔 由于减少工件的装夹次数提高了工件各孔之间的位置精度,（4）盖板式钻模,没有夹具体，钻模板上除有钻套外，还有定位元件和夹紧装置。加工时，钻模板象盖子一样覆盖在工件上。,优点：结构简单轻巧，清除切屑方

3、便，适用于大而笨重的工件 不足：每次需从工件上装卸，费事，不宜用于大批量生产。,（5）滑柱式钻模,根据工件形状尺寸和工序要求,设计相应的定位夹紧和钻套，可以用于不同工件的加工。 钻模板在夹紧工件或上升到一定高度后要自锁。,是一种带升降钻模板的通用可调夹具。,与手动滑柱钻模相比，不需锁紧装置，动作快，效率高,1）孔径大于10mm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。 3）加工分布不在同心圆周上的平行孔系，宜采用固定钻模。 4）孔的垂直度和孔距要求不高时，宜优先采用滑柱钻模。,钻模类型的选择,二、钻床夹具的结构特点及其设计,钻床夹具结构特点是有钻套和钻模板。

4、(一)钻模板 钻模板是供安装钻套用的，要求具有一定的强度和刚度，防止因变形而影响钻套的位置精度和导向精度。,钻模板,A. 固定式钻模板 B. 铰链式钻模板 C. 可卸式钻模扳 D. 悬挂式钻模扳,1、固定式钻模板,这种钻模板直接固定在夹具体上而不可移动。所获得的位置精度比较高。有时装卸工件不太方便。 钻模板与夹具体连接有两种结构,2 铰链式钻模板 钻模板与夹具体为铰链连接,使用铰链式钻模板装卸工件方便，对于同一工序上钻孔后接着锪孔、攻丝的情况更适合。但铰链处有间隙，因而位置精度比固定式钻模板低。,3、可卸式钻模板,钻模板可拆卸，工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次。是为了装卸工件方便而设计的。,

5、使用这种钻模板时，装卸钻模板费时费力，且钻孔位置精度较低，故一般多用于使用其他类型钻模板不便于的场合。,4 悬挂式钻模板,悬挂式钻模板适用于大批大量生产中钻削同一方向上的平行孔系，可在立式钻床上配合多轴传动头或在组合机床上使用。,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件的位置应有足够的精度。 2）钻模板应具有足够的刚度。 3）为保证加工的稳定性，悬挂式钻模板导杆上的弹簧力必须足够，以使钻模板在夹具上维持足够的夹紧力。,（二）钻模用的支脚,1）支脚必须有四个。 2）矩形支脚的宽度或圆柱支脚的直径必须大于机床工作台T形槽的宽度。 3）夹具的重心、钻削压力必须落在四个

6、支脚所形成的支承面内。 4）钻套轴线应与支脚所形成的支承面垂直或平行，以保证孔的位置精度。,5-2镗床夹具,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。 镗床夹具的特点 1) 设有镗套，以引导镗杆进行镗孔。 2)可以加工出有较高精度要求的孔或孔系。 3)可广泛用于镗床和组合机床上，也可通过用镗床夹具来扩大车床、摇臂钻床的加工范围。 为确定镗床夹具在机床工作台上的相对位置，一般用定向键或按底座侧面的找正基面用百分表找正。,一 、镗床夹具的主要类型及实用范围,（2）双支承导向,A、双支承前后导向 B 、双支承后导向,（1）单支承导向,A、单支承前导向 B、单支承后导向,镗模的结构

7、类型，按镗套布置形式分为：单支承导向和双支承导向两类。,（一）单支承导向镗模,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。 镗杆与机床主轴刚性连接，镗杆的一端直接插入机床主轴的莫氏锥孔中，并通过调整使镗套轴线与主轴轴线重合。 这种方式的调整工作比较费时，且机床的精度影响镗孔精度，一般适于小孔和短孔的加工。,1、单支承前导向,优点： (1)镗套处于刀具的前方，加工过程中便于观察、测量特别适合于锪平面和攻丝工序。 (2)加工孔径D可以不同，但镗杆的导柱直径可统一，便于同一镗套用多种刀具 (3)镗杆上导向柱直径比镗孔小，镗套可以做得小，故能镗削孔间距小的孔系。,缺点： (1)立镗时，切屑

8、容易落入镗套中，使镗杆与镗套过早磨损或发热咬死。 (2)装卸工件时，刀具引进退出的距离较长。,镗套布置在刀具送进方向的前方,2、单支承后导向,镗套布置在刀具送进方向的后方，镗套介于工件和机床主轴之间，主要用于镗削D60mm的通孔和盲孔，镗杆与机床主轴仍为刚性连接。,L/D1时，即镗短孔时，应采用导向柱直径大于所镗孔径的结构。 其特点如下： (1)镗孔长度小，导向柱直径大，刀具悬伸长度也短，镗杆刚性好，加工精度高； (2)可利用同一尺寸的镗套，进行多工位多工步的加工。 (3)镗杆引进退出长度缩短，装卸工件和更换刀具方便； (4)立镗时无切屑落入镗套。,当所镗孔L/D1时，镗杆仍为悬臂式，采用导向

9、柱直径dD的形式，则加工这类孔时，刀具悬伸长度必然很大，降低镗杆的刚度，使壁杆易于变形或振动，从而影响加工精度。 单支承后导向，镗套上需开引刀槽,（2）双支承导向,在镗模中布置两个导向装置引导镗杆，镗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，而不受机床精度的影响。 1前后引导的双支承导向,前后引导的双支承应用较广泛。主要用于加工L/D1.5的孔，或排列在同一轴线的一组通孔，且孔本身和孔间距精度要求较高的场合。由于壁杆较长、刚度低，更换刀具不太方便。 注意以下几点： (1)若前后孔相距较远，应设置中间引导支承，提高镗杆刚度。 (2)若采用预先调整好几把单刃刀具镗

10、削同一轴线上直径相同的一组通时，镗模上应设置有让刀机构，使工件相对于镗杆能偏移或抬高一定的距离，待刀具通过以后，再复位。,如果不便采用前后引导的双支承导向时，可采用后引导的双支承导向方式。 其优点是：装卸工件方便，装卸刀具容易，加工过程中便于观察、测量。但是，由于镗杆受切削力时，呈悬臂梁状态，为提高镗杆刚度，保证导向精度，应合理设计导向长度。,2后引导的双支承导向,二、镗床夹具的结构特点及设计,镗模的组成 A、定位元件； B、夹紧装置； C、导向装置（镗套和支架）； D、镗杆 E、镗模底座。,（一）镗套的选择和设计,镗套的结构形式,1）固定式镗套 2）回转式镗套,1、 固定式镗套 在镗孔过程中

11、不随镗杆转动的镗套。 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，一边作轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低速镗孔。,无衬套不带油杯，需在镗杆上滴油润滑。,有衬套，自带注油装置镗套或镗杆上开有螺旋形或杯形油槽。其结构与钻套基本相同。,固定式镗套的优点： (1) 结构紧凑，外形尺寸小； (2)制造简单； (3)容易保证镗套的中心位置准确，从而具有较高的孔系位置精度 缺点是： (1)容易磨损； (2)当切屑落入镗套与镗杆之间时，易发热，甚至咬死。,固定式镗套,2） 回转式镗套 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。大大减轻了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适

12、合于高速镗孔。,装有滑动轴承，径向尺寸小，有较高的回转精度和抗振性能，但轴承间隙调整比较困难，不易长期保持其精度。仅在结构尺寸受到限制和转速不高的半精加工时采用,装有滚珠轴承的回转式镗套。用于卧式镗孔、其径向尺寸较大，加工精度与轴承精度及其配合状况有关，通常用于粗加工和半精加工。,装有滚锥轴承，用于立式镗孔，有较高的刚度，但回转精度较低，常用于切削负荷较重、切削厚皮不均的粗加工中。,用回转式镗套镗孔时，由于被镗孔直径一般大于镗套直径，为便于镗刀的出入，必须在回转镗套上开引刀槽，同时使刀具停止在引刀槽的方位上，且刀具进出时，不能旋转。为保证刀具停止在引刀槽的方位上，需设置定向键,带定向键的回转镗

13、套，有以下两种形式：,为尖头定向键的回转镗套。,为带弹簧钩头键的回转镗套,1) 镗套的长度,2) 镗套与镗杆以及衬套的配合,3）镗套的材料及主要技术要求,镗套的材料：可选用铸铁HT20-40，常用20钢或20Cr钢渗碳，一般情况镗套硬度低于镗杆的硬度。,镗套的主要技术要求： 1）镗套内径公差带、内孔与外圆的同轴度； 2）镗套内、外表面粗糙度值； 3）镗套用衬套的内、外径公差带； 4）衬套内孔与外圆的同轴度等,（二）镗杆的设计,（1）镗杆结构 ：整体式和镶条式。 （2）镗杆直径和轴向尺寸 （3）镗杆的材料及主要技术要求,1）镗杆的结构,当镗杆直径小于50mm时，做成整体式，并在外圆柱表面上开出直

14、槽或螺旋槽。减小接触面积和存润滑油，用于低速镗孔。,高削镗削时，为便于镗杆磨损后修理，可采用在导向部分装有镶条的结构，材料为铜，用螺钉固定。,回转镗套内开有键槽，则镗杆上装有平键。如果回转镗套内装有尖头定向键，则镗杆前端做成螺旋引导结构,镗杆装刀孔位置应根据工件尺寸确定，单刃刀头装刀孔的断面形状有圆形和方形。装刀孔可直开或斜开，斜开的装刀孔用于小直径镗杆或镗削盲孔的镗杆。 双刃镗刀块用的装刀孔，都是长方形，且只能直开。 多刀同时镗孔时，装刀孔错开布置，以免降低镗杆强度,2）镗杆直径和轴向尺寸,镗杆直径d及长度L主要是根据所镗孔的直径D及刀具截面尺寸BB来确定。镗杆直径d应尽可能大，其双导引部分

15、的L/d10为宜；而悬伸部分的L/d45，以使其有足够的刚度来保证加工精度。 d=(0.7-0.8)D,3）镗杆的材料及主要技术要求,镗杆的材料：常用20钢或20Cr钢渗碳，渗碳层深度0.8-1.2mm，硬度HRC61-63。大直径的镗杆，还可采用45钢、40Cr或65Mn HRC40-45。,镗杆的主要技术要求： 1）镗杆导向部分的直径公差，表面粗糙度； 2）镗杆导向部分直径的圆度与锥度公差； 3）镗杆的直线度公差； 4）装刀的刀孔对镗杆中心的对称度、垂直度公差以及刀孔表面粗糙度。,镗杆示例图,4）镗杆与主轴的连接,（三）支架与底座的设计,要求：有足够的强度和刚度、有较高的精度，以及精度的长

16、期稳定性。材料一般为铸铁。支架用于安装镗套和承受切削力，但不允许承受夹紧反力。,其具体尺寸，在设计时参考相关手册,镗模底坐是镗床夹具的基础件，用于连接夹具上所有零件，承受所有元件的重力和切削力。为提高其刚度，除合理选择壁厚外，还要合理布置加强筋的位置。,5.3 铣床夹具,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。,数控铣床,龙门铣床,一、铣床夹具的主要类型和适用范围,（一）直线进给式铣床夹具,这类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。按照在夹具上装夹工件的数目，它可分为单件夹具和多件夹具。,1、单件加

17、工的直线进给式铣床夹具,这类夹具多用于中小批生产或加工大型工件，或加工定位夹紧方式较特殊的中小工件。,（二）多件加工的直线进给式铣床夹具 多件加工直线进给式夹具常用于成批或大量生产中。,此夹具的优点是夹紧可靠，但操作稍为复杂。,（三）多工位加工的直线进给式铣床夹具 夹具上设有多个工位，在不同工位加工同一工件的不同表面。,多件加工直线进给式铣床夹具,多件多工位的铣削加工能充分利用机床工作台的工作行程，减少铣刀切入和切出空程时间，来提高夹具的工作效率,（四）利用机动时间装卸工件的直线进给式铣床夹具 单件铣削加工和多件多工位铣削加工的夹具均可采用气动、液压等机械传动装置来减少辅助时间和减轻体力劳动。

18、但是，从提高生产率的角度来看，最好是利用机动时间来装卸工件。,特点：生产效率高。但要防止在装卸工件时碰手，也要注意工人的劳动强度。,优点：加工过程中没有空程损失，只增加了一个很短的回转工作台的回转时间。,双工位回转夹具,优点：提高生产效率，适用于小型零件的成批生产中。,盒式铣床夹具,（二）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专用铣床上使用。在通用铣床上使用时，应进行改装，增加一个回转工作台。 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，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。,图6-30 圆周进给式铣床夹具,（三）靠模铣床夹具,带有靠模装置的铣

19、床夹具，用于专用或通用铣床上加工各种成形面。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需的仿形运动。 按照主进给运动的运动方式，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。,靠模铣床夹具,（a）直线进给 （b）圆周进给,设计靠模铣夹具的几个问题： (1) 靠模板轮廓曲线的绘制方法,（b） 绘出工件成形面的准确外形。,（c）从工件加工轮廓面或回转中心作均分的平行线或辐射线。,（d）在平行线或辐射线上以铣刀半径r作与工件外形轮廓相切的圆，得铣刀中心的运动轨迹。,（e）从铣刀中心沿各平行线或辐射线截取长度等于k的线段，得到滚柱中心的运动轨迹，然后以滚柱半径R作圆弧，再作这些圆弧的包

20、络线，即得靠摸板的轮廓曲线。,（a)选择铣刀和滚子的直径,(2) 铣刀半径和滚子半径的选择,(3) 靠模板成形表面的升角,升角过大，机构运动不灵活，甚至产生卡死现象；升角减小，可使靠模运动轻便。一般需使升角45。,靠模和滚柱的材料：T8A、T10A或20、20Cr渗碳淬硬至5862HRC。,(4) 靠模板材料及其制造精度,2、铣床夹具的设计要点,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,夹紧装置：由于铣销加工为断续切削，冲击和振动比较大，应保证足够的夹紧力，并具有良好的自锁性能，以防止夹紧机

21、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。,（2）特殊元件设计,1）定位键 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。 定位键有矩形和圆形两种，常用定位键的断面为矩形。 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。,（2）对刀装置 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹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,标准对刀塞尺,（3）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

22、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。 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。,一、车床夹具的主要类型及其设计 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。上述表面都是围绕机床主轴的旋转轴线而成形的. 因此车床夹具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，刀具作进给运动。 有些车床夹具安装在滑板或床身上,用于某些形状不规则和尺寸较大的工件，刀具安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。,5-4 车床和圆磨床夹具,（

23、1）顶尖式 （2）心轴类 （3）拨盘式 （4）中心架、跟刀架类 （5）自动定心卡盘类 （6）卡盘类（非自动定心） （7）角铁类,前五类已标准化，由机床厂作为机床附件提供,拨动顶尖,拨爪顶尖,（一）顶尖式车床夹具,（二）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。,锥堵心轴装夹,心轴装夹,弹簧心轴,（三）卡盘式车床夹具,（三）卡盘式车床夹具,1.斜楔式气动三爪卡盘,2.杠杆铰链式气动双爪卡盘,3.电动卡盘,是以电动机为动力源的定心卡盘。利用一个少齿差行星减速机构将手动三爪卡盘改为电动三爪卡盘。,（四）角铁式车床

24、夹具,此类夹具的技术条件： (1) 定位元件之间的相互位置要求。如面的垂直度，对称度等。 (2) 定位元件与回转轴线之间的尺寸精度和平行度要求。 (3) 夹具在机床主轴上安装基面的轴线与分度盘定位基面C的轴线之间的尺寸精度和平行度要求。 (4) 两分度孔的位置精度和分度盘与销轴的配合精度要求。,（四）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,（六）车床夹具设计要点,1、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，夹具与主轴的连接精度直接影响夹具的回转精度，故要求车床夹具与主轴二者轴线有较高的同轴度，且要连接可靠。根

25、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 ： 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,车床夹具与机床主轴的连接,2、定位元件的设计要点,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。,对要求同轴的轴套类和盘类工件，夹具定位元件工作表面的中心轴线与夹具的回转轴线应重合，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，应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。,3、夹紧装置的设计要点,由于夹具和工件随主轴一起回转,在工作过程中,除受切削力作用外还有离心力作用,转速起高,离心力越大,会抵消部分夹紧力.同时力的方向不断变化，因此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。 对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起