机械工艺学-各类机床夹具的设计方法.ppt

$5 机床夹具设计方法,机床夹具的设计方法,夹具的基本要求能稳定保证工件的加工精度;能提高机械加工的劳动生产率,降低工件的制造成本;经济性好：结构简单,操作方便,安全和省力;使用性好：便于排屑;工艺性好：有良好的结构工艺性,便于夹具的制造、装备、检验、调整和维修.设计时应在保证加工精度的前提下,综合考虑生产率、经济性和劳动条件等项因素.,机床夹具的设计方法,夹具的设计步骤1.研究原始资料,明确设计任务2.确定夹具的结构方案,绘制结构草图确定工件的定位方案、夹紧方案确定其他元件或装置的结构型式,如导向、分度装置等合理布置各元件或装置,确定夹具的总体结构，绘草图3.进行必要计算。4.审查方案，改进设计。,5绘制夹具总装配图总装配图的比例应尽量采用1:1的比例总装配图视图的选择，主视图应选面对操作者的工作位置绘制总装配图的顺序，先用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图上;视工件为透明体，再绘出定位、对刀引导、夹紧元件及其它元件或装置;其次，标注有关的尺寸、公差和技术要求；最后绘出夹具体，并填写明细表及标题栏.6.绘制夹具零件图夹具总装配图中的非标准零件均要绘制零件图,并按夹具总装配图的要求,确定各零件的尺寸、公差及技术要求.,夹具总图上的尺寸和公差,最大轮廓尺寸影响定位精度的尺寸和公差影响对刀精度的尺寸和公差影响对刀精度的尺寸和公差影响夹具制造精度的尺寸和公差其他重要尺寸和公差,夹具总图上的技术要求,四类技术要求：包括定位元件之间的定位要求、定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件与定位元件间的相互位置要求。,夹具总图上公差值的确定,直接影响工件加工精度的夹具公差 夹具公差取工件公差的1/21/5，工件产量大，精度低时，取小值；反之取大值。与工件上未注公差的加工尺寸对应的夹具公差 工件的加工尺寸未注公差时，工件公差视为ITl41T12，夹具上的相应尺寸公差按IT11IT9标注；工件上的位置要求未注公差时，工件位置公差L视为911级，夹具上相应位置公差按7 9级标注；工件上加工角度末注公差时，工件公差视为土土30土10，夹具上相应角度公差标为土10土3。,工件在夹具上加工的精度分析,影响加工精度的因素定位误差对刀误差安装误差夹具制造误差加工方法误差保证加工精度的条件,夹具的制造特点及其保证精度的方法,夹具的制造特点单件生产，制造周期短，精度高，常采用修配法。保证夹具制造精度的方法在夹具制造中常用调整法和修配法来保证精度,修配法：装配时修去制定零件上预留的修配量达到装配精度的方法,调整法：用改变可调整零件的相对位置或选用合适的调整件已达到装配精度的方法。（可动、固定）,机床夹具设计实例分析,钻床夹具镗床夹具铣床夹具车床夹具,钻床夹具设计 指导,第一部分 钻床夹具简介,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具的主要类型,钻床夹具简称钻模。钻模借助其上的钻套引导刀具和工件之间的相对位置，提高了加工精度和生产率，在成批大量生产中，已广泛采用钻模来进行加工。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具的主要类型,钻模的结构形式很多，按工件的结构形状，大小和钻模的结构特点，钻模可分为以下几种：固定式钻模这类钻模多为大型钻模，一般在立钻或摇臂钻床上使用，加工工件上较大的孔或轴线相互平行（用摇臂钻）的孔系，钻模需要固定在机床工作台。回转式钻模回转式钻模的结构形式按其转轴的位置可分为立轴式，卧轴式和斜轴式三种。这类钻模的引导元件钻套，一般是固定不动的，为了实现工件在一次安装中进行多工位加工的目的，钻模一般采用回转式分度装置。当工件上的几个被加工的孔，是轴线互相平行的轴向孔或是分布在圆柱面上的径向孔时，使用回转式钻模是很方便的，即可保证加工精度，又可以提高生产效率。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具的主要类型,翻转式钻模 这类钻模的特点就是整个工件和夹具可以一起翻转，可以用来加工同方向的平行孔系，也可以用来加工不同方向的孔。这类钻模是一种小型夹具，在操作过程中，需要用人工进行翻动，为了减轻工人的劳动强度，这类钻模的总质量最好不要超过10KG，对于稍大一些的工件用翻转钻模时，必须设计专门的托架。支柱式钻模是这类钻模的典型结构之一，他用于钻同方向上的孔系。结构特点是用四个支脚来支撑钻模。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具的主要类型,盖板式钻模 大中型工件上加工孔时，常用盖板式钻模。可将钻套直接装在钻模板上，无须夹具体，因经常搬动，有时需要把手或吊耳。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具的主要类型,滑柱式钻模 滑柱式钻模是一种标准化，规格化的通用钻模。钻模体可以通用于较大范围的不同工件。设计时，只需根据不同的加工对象设计相应的定位。夹紧元件。因此，可以简化设计工作。另外，这种钻模不需另行设计专门的夹紧装置，夹紧工件方便，迅速，适用于不同类型的各种中小型零件的孔加工，生产中，尤其是大批量生产中应用较广。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具的主要类型,移动式钻模移动式钻模用在立式钻床上，先后钻销工件同一表面上的多个孔，属于小型夹具。移动的方法有两种：一种是自由移动，另一种是定向移动，用专门设计的轨道和定程机构来控制移动的方向和距离。,固定式钻模,回转式钻模,翻转式钻模,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,钻模类型的选择在设计钻模时，首先需要根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，并考虑生产批量、工厂工艺装备的技术状况等具体条件来选择夹具的结构类型。在选择时，应注意以下几点：加工孔径大于10mm的中小型工件时，由于钻削扭矩大，宜采用固定式钻模。翻转式和自由移动式钻模适用于加工中小件，包括工件在内的总质量不宜10kg。否则，应采用具有回转式或直线分度装置的钻模。当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工件和夹具的总质量超过15kg，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱钻模，以缩短夹具的设计制造周期。如孔的垂直度公差小于0.1mm，孔距位置公差小于0.15mm时，如不采取特殊措施，一般不宜采用这类钻模。若钻模板和夹具体为焊接结构的钻模，因焊接应力 不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般只在工件孔距公差要求不高（大于0.15mm）时才采用。当工件被加工孔与定位基准的孔距公差小于0.05mm时，以采用固定式钻模和固定式侧面进行加工。在大型工件上加工位于同一平面上的孔时，为简化夹具结构，可采用盖板式钻模。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,钻套类型与设计钻套又称为导套，他的作用是确定刀具的位置和方向，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，提高刀具的刚性，防止加工过程中的振动，从而保证工件的加工质量。由此可见，钻套的选用和设计正确与否，直接影响工件的加工质量。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,钻套的种类钻套按其结构和使用情况可分为：固定钻套固定钻套分为无肩钻套和带肩钻套两种形式。这种钻套的外圆用H7/r6或H7/n6的过盈配合压入钻模板或夹具体的底孔内。可换钻套可换钻套用H7/g5或H7/g6的间隙配合压入衬套孔内，衬套外圆与钻模板底孔的配合采用H7/n6或H7/r6的过盈配合。为了防止钻套随刀具转动或被切削顶出，常用螺钉固紧。可换钻套用于大批量生产中，由于钻套外圆与衬套内孔采用间隙配合的关系，其加工精度不如固定式钻套。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,快换钻套 快换钻套更换迅速，只要将钻套逆时针转动一下，即可从钻模板中取出。他与衬套的配合采用H7/g6或H6/g5的间隙配合。适用于在一个工序中使用几种刀具（指钻，扩，铰）依次连续加工的情况。特种钻套当工件的结构形状或工序加工条件均不允许采用上述几种标准钻套时，就应视具体情况设计各种形式的特种钻套。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,钻套的设计 钻套设计主要指钻套引导部分长度H的确定；钻套底部与工件表面的距离s的确定；钻套内径的基本尺寸和公差的确定；钻套孔中心线位置尺寸和公差的确定及钻套材料和热处理的选择等。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,钻套引导部分长度H 钻套引导部分长度H由工件被加工孔的位置精度和深度，刀具的刚性和工件表面的形状等因素决定。钻套引导部分短，则引导性不好，降低引导精度；过长的话，则增加刀具与钻套之间的摩擦，加速刀具和钻套的磨损，降低使用寿命。钻套底部至工件表面间的距离S 正确选择钻套底部至工件表面间的距离S，对保证加工质量和提高生产效率均有重要意义。钻削钢料时，如果s过小，带状切削不能及时排出，因而堵塞在工件与钻套之间，当切削过多时，会将钻套顶出，划伤工件表面，甚至折断钻头。但s过大的话，会使刀具的引偏量过大，降低加工精度。钻套内径的基本尺寸和公差的确定钻套的内径与刀具间的配合间隙过大的话，直接影响工件上被加工孔的位置精度，间隙过小的话，又会加剧刀具与钻套的磨损。因此，钻套内径的基本尺寸应等于所引导刀具的最大极限尺寸。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,钻模板的设计 用以安装钻套的钻模板，按其与夹具体的连接方式的不同，可分为：固定式钻模板钻模板与钻模体作成一体；或将钻模板固定在钻模体上。因此，钻模板上的钻套相对与夹具体上的定位元件间的位置固定不变，从而使工件被加工孔的位置精度高。由于是固定式结构，对某些工件的装卸将不够方便。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,可卸式（分离式）钻模板 钻模板与夹具体分开而成为一个独立的部分，工件在夹具中每装卸一次，钻模板也跟着装卸一次。当钻模板上设有定位元件和引导元件时，能保证被加工孔的位置精度；如果定位元件和引导元件做在夹具体上，则加工精度较低。铰链式钻模板 钻模板用铰链装在夹具体上，钻模板可以绕铰链轴翻转。由于铰链轴与孔间的配合间隙（一般采用H8/h7），所以他的精度不如固定式的钻模板高。但装卸工件方便。,钻床夹具设计实例指导,钻床夹具设计要点,悬挂式钻模板钻模板通过刀导柱、弹簧与多轴传动头连接，悬挂在机床主轴上，并随机床主轴往复运动。设计钻模板时应注意以下问题：钻模板上安装钻套的孔精度（形状、尺寸和位置精度），直接与加工尺寸有关，应合理规定。如孔中心距的公差一般取工件相应公差的1/51/3。钻模板应具有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性，但也要考虑减轻重量。在实际使用中。钻模板的厚度往往根据钻套高度确定，一般在1530mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚，加强钻模板的周边和设置加强筋，以提高钻模板的刚性。,第二部分 钻床夹具设计实例分析,钻床夹具设计实例指导,研究原始资料,明确设计任务,加工零件：杠杆臂加工任务：加工杠杆臂上两个相互垂直的10mm和13mm孔。（如图所示）,钻床夹具设计实例指导,定位方案的确定,分析工件并确定定位方案根据零件的构造，最容易想到的是以22mm的孔为定位基准，这样可以避免基准不重合误差，同时可以限定可以限定四个自由度。再用一个螺母限定零件的上下窜动的自由度和用一个支撑钉限定零件沿22mm中心线转动的自由度就可以实现完全定位。,钻床夹具设计实例指导,定位元件的选择：定位销：插入22mm的孔，用来限制X,Y方向的移动和转动，共四个自由度可调支承钉：限定Z方向的转动 用一辅助支承来提高工件的安装刚度和定位的稳定性定位方法：圆柱孔定位,钻床夹具设计实例指导,钻模板类型选择,根据工件和夹具体的结构，选用固定式钻模板。固定式钻模板虽然有时装卸工件不便，但它结构简单、制造方便、定位精度高。,钻床夹具设计实例指导,钻套的选择,由于孔10mm和13mm，一次钻孔就可达到要求，因此采用固定式钻套。10mm选无肩13mm选有肩,钻床夹具设计实例指导,夹紧方案的确定,根据零件的定位方案，采用锁紧螺母和开口垫圈来实现快速锁紧夹紧机构，它与一个加工面位置靠近，增加了刚性，零件夹紧变形也小，但对于另一个加工面较远，为提高刚性，故采用辅助定位元件来固定，该设计采用了螺旋辅助支承。装配三维结构图,夹具体,选用铸造夹具体,钻床夹具设计实例指导,夹具总装配图,总装配图三维结构图,钻床夹具设计实例指导,工件加工精度分析,定位误差：绿色是杠杆臂移动到最大间隙时的位置。此时最大间隙为TD+Td+det,其中det为销和孔之间的最小间隙因此它产生的定位误差是以销的中心为圆心，最大间隙为半径的圆。,那么它在X方向的定位误差为 Dx=TD+Td+det=0.28+0.033+(0.04-0)=0.353mm,钻床夹具设计实例指导,工件加工精度分析,在Y方向的角度定位误差为Dy Dy=2arctg=2arctg(detMax/2L)=2arctg(TD+Td+det)/2L=2arctg(0.353/(2*78)=0.264mm 其中L为两孔间距,工件加工精度分析,对刀误差T：钻套导向孔尺寸为10F7和13F7；钻头尺寸为10-0.028和13-0.036；对刀误差为：T(0.028+0.036)mm=0.064mm安装误差A：A0,钻床夹具设计实例指导,结束放映回到选择页面,镗床夹具设计指导,第一部分 镗床夹具简介,镗床夹具设计实例指导,镗床夹具的设计原理和设计要点,导向支架的布置 镗模的导向支架在布置上有多种形式，可分为：单面前导向：导向支架在刀具前方，镗杆与机床主轴刚性连接。单面后导向：导向支架在刀具后方，镗杆与机床主轴刚性连接。刀杆刚性好，加工精度高。单面双导向：两个导向支架布置在工件的一侧，镗杆与机床主轴浮动连接。,镗床夹具设计实例指导,镗床夹具的设计原理和设计要点,双面单导向：导向支架分别装在工件的两侧，镗杆与机床主轴浮动连接。双面双导向：适用于专用双面镗床，效率高，在大批量生产中应用广泛。中间导向：镗杆长L镗杆直径d十倍时或者当镗杆悬伸量较大或L10d，应增加中间导向装置。在用单刃刀具镗削同一轴线上相同直径的几个孔时，镗模应设计有让刀装置,最小让刀量：镗杆最大直径：,镗床夹具设计实例指导,镗床夹具的设计原理和设计要点,镗套设计 镗套有多种类型，通常可分为固定式和回转式镗套。,镗床夹具设计实例指导,镗床夹具的设计原理和设计要点,底座的设计在设计底座时有两点需注意：底座上应有找正基面，以便于夹具的制造和安装，找正基面的平面度为0.05mm；底座上应设置供起吊用的吊环螺钉或起重螺栓。,镗床夹具的设计原理和设计要点,镗杆和浮动卡头镗杆设计主要根据所镗孔的直径D和道具截面尺寸BXB来确定镗杆直径。镗杆结构有整体式和镶条式两种。,镗床夹具设计实例指导,结束放映回到选择页面,铣床夹具设计 指导,第一部分 铣床夹具简介,铣床夹具设计实例指导,铣床夹具的主要类型,直线进给铣床夹具由于工作台按直线进给方式运动，可加工平面、直角面和各种槽等。圆周进给的铣床夹具铣床工作台做连续的回转运动，配合采用气动或液压等高效夹紧装置，生产率高，可加工平面，适用于大批量生产。,直线进给铣床夹具,圆周进给的铣床夹具,铣床夹具设计实例指导,铣床专用夹具的设计特点和要求,由于铣削过程不是连续切削，极易产生铣削振动。铣削的加工余量一般较大，铣削力也较大，且方向是变化的，因此设计时要注意：夹具要有足够的刚度和强度；夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁性要好夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，且作用点和施力方向要恰当；夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比应不大于11.25；要有足够的排屑空间。切削和冷却液能顺利排除，必要时可设计排屑孔。,铣床夹具设计实例指导,铣床专用夹具的设计特点和要求,为了调整和确定夹具相对于机床的位置及工件相对于刀具的位置，铣床夹具应设置定位键和对刀装置：定位键与工作台T型槽可用单面贴合，当定位精度要求高或是重型夹具，可在夹具体的侧面设置一个找正基面；小型夹具可只用一个长的矩形键；两定位键的距离应尽量远一些；加工没有相对位置要求的平面时，不需设置定位键，但若铣削扭矩较大时，设置定位键可减轻夹紧螺栓的负荷；对刀装置应设计在便于对刀的位置，并应在工件的切入一端。,第二部分 铣床夹具设计实例分析,铣床夹具设计实例指导,研究原始资料,明确设计任务,工件为一水泵叶轮，要求设计一副铣床夹具,用在卧式铣床上加工两条互成90的十字槽，如图所示：工件三维结构图,铣床夹具设计实例指导,定位方案的确定,确定要限制的自由度根据加工工序的尺寸,形状和位置精度要求，工件定位时需完全限制六个方向的自由度:沿X,Y,Z方向的水平运动以及轴向转动。,铣床夹具设计实例指导,确定定位方案：将加工过的叶轮底面放置在一个大的圆形定位盘上,以大平面定位,消除X,Y方向的转动自由度和Z方向的移动自由度。用一个定位销与叶轮上的孔相配合,以此消除X,Y的移动自由度。利用两块开槽的压板从两个方向卡住叶片,并将它们固定在定位盘上，这样就消除了Z方向的转动自由度.定位方法：圆柱孔定位和平面定位,铣床夹具设计实例指导,对刀方案,对刀块的选用加工槽的铣刀需要两个方向对刀，故采用直角对刀块。配合1mm的塞尺使用（1h8）对刀块的位置如图所示。,铣床夹具设计实例指导,夹紧方案的确定,选用螺旋夹紧：工件以中心孔及底面在定位销和定位盘的端面上定位,并使叶轮上的叶片与压板头部的缺口对中,旋转螺母,通过杠杆使两块压板同时夹紧工件。选用移动式弯曲压板,它的优点是可以实现快速装拆.,铣床夹具设计实例指导,分度机构的设计,分度装置的确定该工件选用一个立轴式回转分度装置,一般这样的分度采用棘轮的比较普遍,但是由于该工件的定位夹紧机构尺寸较大,采用棘轮的化比较不方便,因此应改用分度盘加定位销的分度方案,具体如下:设计一个分度盘,盘底有四段斜槽,分度盘与定位盘之间用螺钉固定在夹具体上开一沉头孔,孔中放入销套,销套与定位销配合,底部有弹簧.这样,当分度盘转动时,销始终在斜槽中运动.每转过90,销就在弹簧的作用上升至最高点,反靠夹紧.,铣床夹具设计实例指导,夹具体与定位键,为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比不大于1.25的原则确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。定位键位置如图所示。,铣床夹具设计实例指导,夹具总装配图,总装配图三维结构图 工程图夹具装配动画,铣床夹具设计实例指导,工件加工精度分析,定位误差D：由于本设计加工时,定位基准和加工基准都是中心轴,因此基准不重合误差为零 所以定位误差来自于基准位移误差 对刀误差T：对刀误差等于塞尺厚度的公差 安装误差A:因加工尺寸在两定位键之间，,铣床夹具设计实例指导,结束放映回到选择页面,车床夹具设计 指导,第一部分 车床夹具简介,车床夹具设计实例指导,车床夹具的主要类型,车床夹具有两种类型，一种是安装在主轴上的夹具，另一种是安装在车床拖板上或车身上的夹具。安装在车床主轴上的夹具，这类夹具工作时随主轴一起旋转，刀具作进给运动。根据其结构的差异又可分为以下几种：心轴类车床夹具以内孔为定位基准，外园需要加工的工件，多以心轴类车床夹具进行加工。,车床夹具设计实例指导,车床夹具的主要类型,卡盘类车床夹具用卡盘类车床夹具加工的零件，大都是回转体或对称零件，因而卡盘类车床夹具的结构基本上是对称的，回转时的不平衡影响较小。角铁式车床夹具 角铁式夹具主要使用于以下两种情况：工件的主要定位基准是平面，要求被加工表面的轴线对定位基准面保持一定地位置关系。工件定位基准虽然不是与被加工表面的轴线平行或成一定角度的平面，但由于工件外形的限制，不适宜采用卡盘式夹具。花盘式车床夹具花盘式车床夹具的基本特征式夹具体为一个大园盘形零件。在花盘式夹具上加工的工件一般形状比较复杂。工件的定位基准多数式用圆柱面与其垂直的端面，因而夹具对工件多数也是端面定位和轴向夹紧的。,花盘式车床夹具,角铁式车床夹具,车床夹具设计实例指导,车床夹具的主要类型,安装在拖板上或床身上的专用夹具对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在拖板上，刀具则安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。,车床夹具设计实例指导,机床夹具设计要点,车床夹具的主要特点式夹具与机床主轴联接，工作时由主轴带动其高速回转。因此在设计车床夹具时除了保证工件达到工序的精度要求外，还应考虑：夹具安装基面的设计夹具配重的设计要求夹紧装置的设计要求对夹具总体结构的要求,车床夹具设计实例指导,第二部分 车床夹具设计实例分析,车床夹具设计实例指导,研究原始资料,明确设计任务,如图所示，需要加工40的孔。,工件三维结构图,车床夹具设计实例指导,定位方案的确定,确定要限制的自由度根据加工工序的尺寸,形状和位置精度要求，工件定位时需限制四个方向的自由度:沿X,Y方向的水平运动以及轴向转动。,车床夹具设计实例指导,定位方案的确定,固定V形块：限制X方向的移动，Y方向的移动和转动。活动V形块：限制X方向的转动。,装配三维结构图（定位配置）,车床夹具设计实例指导,夹紧方案的确定,根据零件的定位方案，采用移动压板式螺旋夹紧机构。装配三维结构图（夹紧配置）,车床夹具设计实例指导,夹具体,车床夹具设计实例指导,过渡盘,车床夹具设计实例指导,夹具总装配图,总装配图三维图,夹具装配动画,车床夹具设计实例指导,夹具工程图,夹具工程图,工件的加工精度要求,定位误差D：因为设计基准和定位基准不重合，所以基准不符误差为0.4 mm基准位移误差为0.087mmD=0.4+0.087=.0487mm安装误差A：A=0,车床夹具设计实例指导,结束放映回到选择页面,