典型夹具的设计1机械制造工艺学教学课件.ppt

第六章 典型夹具的设计,主要内容：钻床夹具镗床夹具铣床夹具车床夹具其他机床夹具,第一节 钻 床 夹 具 钻床夹具习惯上称为钻模，是在钻床上用于钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹的机床夹具。,（一）固定式钻模,固定式钻模在机床上的位置一般不动，主要用于在立式钻床上加工直径较大的单孔及同轴线上的孔，或在摇臂钻床上加工轴线平行的孔系。为了提高加工精度，在立式钻床上安装钻模时，要先将主轴上的钻头伸入钻套中，以确定钻模的位置后再将夹具夹紧。,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,（二）分度式钻模,分度式钻模带有分度装置，其分度方式有两种：回转式分度和直线式分度 回转式钻模：用于加工平面上成圆周分布、轴线互相平行的孔系或分布在圆柱面上的径向孔系，工件一次安装，经夹具分度机构转位可顺序加工各孔。,（三）翻转式钻模,主要用于加工中小型工件表面上的孔，加工时，整个转模（含工件）一般用手翻转，对于稍大工件，需设计专门的托架，以便翻转夹具。,（四）盖板式钻模,盖板式钻模没有夹具体，其定位元件和夹紧元件直接安装在钻模板上。,（五）滑柱式钻模,滑柱式钻模板带有升降模板，属通用可调钻夹具，由夹具体、滑柱、升降模板和锁紧机构组成。,二、钻模的设计要点,（一）钻套形式的选择和设计1.标准钻套,标准钻套,(a)、(b)固定钻套(c)可换钻套(d)快速钻套,2.特殊钻套,由于工件的形状特殊，或者被加工孔位置的特殊性，不适合采用标准钻套，就要设计结构特殊的钻套。,3.钻套的尺寸、公差及材料,1）钻套导向孔的基本尺寸一般取刀具的最大极限尺寸，采用基轴制间隙配合。2）钻套的导向高度，一般孔距精度H1.52d（其中，d为钻套孔径）。加工精度高或被加工孔径小时H=(2.5 3.5)d,3）排屑空间h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。一般选：h=（0.7 1.5）d，容易排屑（铸铁）则时：h=（0.3 0.7）d，工件孔中心距位置精度要求高时，则h=0.4）钻套材料必须有很高的耐磨性。当钻套孔径d26mm时，用T10A钢制造；当d26mm时，用20钢制造。,1.固定式钻模板：钻模板与夹具体固定在一起。特点：结构简单，制造方便定位精度高，有时存在装卸 工件不便的情况。,2.铰链式钻模板：钻模板与夹具体铰链连接。,3.可卸式（分离式）钻模板：钻模板与夹具体做成可卸结构。工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次，适用于中小批量，钻孔后继续进行倒角、锪平、攻丝等加工。,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。,（三）钻夹具总图上的尺寸、公差和技术条件的标注 见夹具手册,(四)分度装置的设计 工件在一次装夹后,需要按一定角度或一定距离加工一组表面时，就要采用分度装置 1）固定部分 2）转动部分 3）分度对定机构 4）锁紧机构,第二节 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。,按使用机床的形式分：卧式和立式两类镗床夹具的特点 A、设有镗套，以引导镗杆进行镗孔。B、采用镗模可以加工出有较高精度要求的孔或孔系，不 受机床精度影响。C、可广泛用于镗床和组合机床上，也可通过使用镗床夹 具来扩大车床、摇臂钻床的加工范围。,镗模的组成 A、定位元件；B、夹紧装置；C、导向装置（镗套和镗模支架等）；D、镗模底座。,一、镗床夹具的典型结构形式（一）双支承镗模：以镗削车床尾座孔的镗模为例,（二）单支承镗模：单面前导向（前引导）单面后导向（后引导）,镗杆在镗模中只有一个镗套引导，镗杆与机床刚性连接，并保证镗套中心语机床轴线同轴。机床回转精度影响工件的镗孔精度。,（三）无支承镗模不设镗模支承 在刚性好、精度高的金刚镗床、坐标镗床或数控机床、加工中心上镗孔时，夹具上不设镗模支承，加工孔的尺寸和位置精度由机床保证。夹具设计只需设计定位、夹紧装置和夹具体即可。,二、镗床夹具的设计要点（一）引导支架的布置形式及其选择依据镗孔的长径比：L/D选取，有4种形式1.单面（单支承）前导向 适用于加工孔径D60mm的通孔。多工步加工时，可不更换镗套，又便于加工中的观察，特别适合于锪平面得加工。,设计的结构尺寸如下：h=（0.51）D，但必须h20mm。镗套长度H=（1.53）d。,2.单面（单支承）后导向 适用于加工盲孔或D60mm的通孔。装卸工件和更换刀具较方便。当LD时，采用a)结构，刀具导向直径d大于加工孔的直径D，刚性好，加工精度高。当LD时，采用b)结构，刀具导向直径d小于所加工孔的直径D，镗杆能进入孔内，可减少镗杆的悬伸量。,3.单面双导向（双支承后引导）：刀具后方有两个镗套。,4.双面单导向（双支承前后单引导）：适用于加工孔径较大，工件孔长径比大于1.5的通孔，或同轴线的几个短孔、有较高同轴度和中心距要求的孔系。,双面单导向结构镗杆长，刚性差，刀具装卸不便。当镗套间距L10d时，需增加中间导向装置。,固定式镗套：H1=H2=（1.52）d滑动式镗套：H1=H2=（1.53）d滚动式镗套：H1=H2=0.75d,（二）镗套的选择和设计,1.固定式镗套镗套在镗孔过程中不随镗杆一起转动。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。,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。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适合于高速镗孔。,3.镗套的材料及主要技术要求,镗套的材料：常用20钢或20Cr钢渗碳，一般情况下，镗套的硬度应低于镗杆的硬度。,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,（三）镗杆的结构设计,镗杆导引部分：整体式和镶条式。镗杆直径和轴向尺寸 镗杆的材料及主要技术要求,固定式镗套的镗杆导引部分结构,1.镗杆导引结构,a）：开有油槽的圆柱形镗杆，结构简单，刚性、强度好，但润滑差，易卡死。b）和c）：开有直槽和螺旋槽的镗杆，镗杆和镗套的接触面积小，沟槽可容 屑，不易卡 死，但刚性差。d）：镶条式镗杆，镗杆和镗套的接触面积小，容 屑量大，不易卡 死，但刚性 差。镶条磨损后，可以加垫，经修磨外圆。适合镗杆直径d50mm时。,2.镗杆直径和轴向尺寸,镗杆直径d及长度L:镗杆直径d：根据所镗孔的直径D确定。一般：d=（0.60.8）D，d应尽可能大（刚性好）双导引结构：L/d10为宜；悬伸结构：L/d45，以使其有足够的刚度来保证加工精度。,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，大直径的镗杆，还可采用45钢、40Cr钢或65Mn钢。,镗杆的主要技术要求（手册查取）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。,（四）浮动接头,（五）镗模支架的设计 镗模支架安装镗套和承受切削力，应有足够的强度和刚度。1）支架与底座应分开，一般采用铸铁材料，不宜采用焊接结构2）支架应有较大的安装基面 并设置必要的加强筋。3）支架的厚度应根据高度H的大小确定4）支架与底座需用圆柱销定位，并用螺钉坚固。5）不能在镗模支架上安装夹紧机构以免夹紧反力使镗模变形，影响镗孔精度。,第三节 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。,（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。,返回,（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。,圆周进给式铣床夹具,拨叉零件工序图,（三）机械仿形送进的靠模铣床夹具,在专用的靠模铣床上采用靠模装置加工非圆曲面。或通用铣床上，采用靠模装置，手动操作加工非圆曲面。已被数控铣彻底取代。,二、铣床夹具的设计要点,1.定位元件和夹紧装置的设计要点,定位元件：1）布置时应尽量使主要支承面积大些。2）工件加工部位呈悬臂状态时，应采用辅助支承。,夹紧装置：1）应保证足够的夹紧力，并具有良好的自锁性能，以防止夹紧机构因振动而松夹。2）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。,调铣夹具装配图,定位键,定位键（GB/T2206-91）,夹具位置的找正,精度高的或重型铣夹具可不设定位键，而在夹具体的侧面加工一窄长平面作为夹具安装时的找正基面，通过找正获得较高的定向精度。,2）对刀装置 对刀装置由对刀块和塞尺（对刀垫）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。,标准对刀块,对刀装置,夹具总图上应标明塞尺的厚度及对刀块与定位元件之间的尺寸和公差,圆形对刀块,直角对刀块,特 殊 对 刀 块,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。,铣床夹具体和耳座,第四节 车床夹具,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，切削刀具作进给运动。,一、车床夹具的典型结构形式（类型）,（一）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。,（二）角铁式车床夹具,夹具体呈角铁状的车床夹具称为角铁式车床夹具，其结构不对称，用于加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转面和端面。,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,（三）花盘类车床夹具,花盘式车床夹具的基本特征：1）夹具体为一大圆盘形零件，装夹工件一般较复杂。2）工件的定位基准多数是圆柱面和与圆柱面垂直的端面。3）夹具对工件多数是端面定位，轴向夹紧。,（三）卡盘类车床夹具,特征：1）卡盘类车床夹具用卡爪夹紧工件。2）加工的零件大多是以外圆（内孔）及端面定位的对称零件。3）多采用定心夹紧机构，结构基本是对称的，回转时不平衡影响较小。,根据不同的工件，设计制造不同的卡爪,实例06级车床夹具制作实例,二、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：1）夹具通过主轴锥孔与主轴连接2）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。,3.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，防止引起夹具变形。,4.车床夹具的平衡及结构要求,1）对角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具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；2）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。3）夹具的结构还应便于工件的安装、测量和切屑的顺利排出或清理。,返回,第五节 其他机床夹具简介,1 齿轮加工机床夹具,滚齿机床夹具 插齿机床夹具,滚齿机床夹具,插齿机床夹具,.组合夹具 根据被加工工件的加工要求，利用一整套预先制造好的，具有不同形状与不同规格尺寸的标准元件及合件组装而成的夹具。,组合夹具是按照工件的加工要求选择适用的组件和部件，以搭积木的方式组装成的各种专用夹具用过后又可方便地拆开供下次另行组装使用，组合夹具系统的应用范围很广不受工件形状的限制能组装成钻铣刨车镗等加工用的机床专用夹具，也能组装成检验装配焊接等用的夹具最适用于新产品试制和产品经常更换的单件小批生产以及临时任务。,按照夹具组件间连接定位的基准不同分为:（1）孔系组合夹具（2）槽系组合夹具,孔系组合夹具,槽系组合夹具,为了适应不同外形尺寸的工件组合夹具系统分为大型中型和小型 3个系列。每个系列的组件按照用途可分为8类。基础件如方形矩形圆形基础板和基础角铁等 用作夹具体。支承件如垫片垫板支承板支承块和伸长板 等主要用作不同高度的支承。定位件如定位销定位盘V形块和定位支承块 等用于确定组件与组件组件与工件之 间的相对位置。,