车床夹具设计要点

,知识点,技能点,车床夹具的特点及主要类型车床夹具设计要点铣床夹具的主要类型铣床夹具设计要点钻床夹具的主要类型钻床夹具设计要点,车床夹具铣床夹具钻床夹具,在车床上用来加工工件内、外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹具多数安装在主轴上；少数安装在床鞍或床身上。 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。由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动，按进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。 钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置、夹具体等组成 。由于钻床进给运动较少，钻头结构特点，钻削加工 往往精度较低，在进行多孔加工时孔距精度难以保证，因此，钻床夹具是保证钻削精度的重要保证，钻床夹具也是所有夹具中应用最广的机床夹具。 车削加工、铣削加工和钻削加工都是最重要的金属切削加工方法，车床夹具、铣床夹具和钻床夹具在金属切削过程中起着重要的作用，学习这些夹具是十分必要的。,第一节 车床夹具,一、车床夹具的类型与特点,（1）安装在车床主轴上的夹具 这类夹具中，除了各种卡盘、花盘、顶尖等通用夹具或机床附件外，还可根据加工需要设计各种心轴或其他专用夹具。 （2）安装在车床床鞍上的夹具 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床鞍上。刀具安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。 这里主要介绍应用最为广泛的安装在车床主轴上的夹具。,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。,第一节 车床夹具,二、典型的车床专用夹具,第一节 车床夹具,1、心轴类车床夹具,心轴常用来作工件以内孔为定位基准加工圆柱面。常见的有圆柱心轴、弹簧心轴、顶尖式心轴等。,第一节 车床夹具,1）圆柱心轴,(b),第一节 车床夹具,1）圆柱心轴,(b),(c) (d)图5-1 心轴在机床上的安装形式,第一节 车床夹具,2）弹簧心轴,图（a)为前推式弹簧心轴。转动螺母1，弹簧筒夹2前移，使工件定心夹紧。这种结构不能进行轴向定位。图（b)为带强制退出的不动式弹簧心轴。转动螺母3，推动滑条4后移，使锥形拉杆5移动而将工件定心夹紧。反转螺母，滑条前移而使筒夹6松开。此处筒夹元件不动，依靠其台阶端面对工件实现轴向定位。该结构形式常用于以不通孔作为定位基准的工件。,第一节 车床夹具,2)弹簧心轴,图（c)为加工长薄壁工件用的分开式弹簧心轴。心轴体12和7分别置于车床主轴和尾座中，用尾座顶尖套顶紧时，锥套8撑开筒夹9，使工件右端定心夹紧。转动螺母11，使筒夹10移动，依靠心轴体12的30锥角将工件另一端定心夹紧。,第一节 车床夹具,工件以孔口60角定位车削外圆表面。当旋转螺母6，活动顶尖套4左移，从而使工件定心夹紧。顶尖式心轴的结构简单、夹紧可靠、操作方便，适用于加工内、外圆无同轴度要求，或只需加工外圆的套筒类零件。被加工工件的内径ds一般在32llOmm范围内，长度Ls在120780mm范围内。,3）顶尖心轴结构,第一节 车床夹具,2.角铁式车床夹具,角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。在角铁式车床夹具上加工的工件形状较复杂。它常用于加工壳体、支座、接头等类零件上的圆柱面及端面。当被加工工件的主要定位基准是平面，被加工面的轴线对主要定位基准平面保持一定的位置关系(平行或成一定的角度)时，相应地夹具上的平面定位件设置在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。如下图所示，为角铁式车床夹具的具体应用。,第一节 车床夹具,1-过渡盘；2-夹具体；3-联接块；4-销钉；5-杠杆；6-拉杆；7-定位销8-钩形压板；9-带肩螺母；10-平衡块；11-楔块；12-摆动压块,第一节 车床夹具,3.圆盘式车床夹具,圆盘式车床夹具的夹具体为圆盘形。在圆盘式夹具上加工的工件一般形状都较复杂，多数情况是工件的定位基准为与加工圆柱面垂直的端面。夹具上的平面定位件与车床主轴的轴线相垂直。如下图所示，为圆盘式车床夹具的具体应用。,1、3、4定位套；2定位销,第一节 车床夹具,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。,三、车床夹具设计要点,1.定位元件的设计要点,第一节 车床夹具,三、车床夹具设计要点,A.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。B.对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起夹具变形。,2.夹紧装置的设计要点,第一节 车床夹具,3.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 ： 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,三、车床夹具设计要点,第一节 车床夹具,三、车床夹具设计要点, 夹具以锥柄与机床主轴的锥孔连接。对于径向尺寸D140或D(23)d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧。如图 所示。这种连接方式安装误差小，定心精度较高。,锥孔联接,第一节 车床夹具,三、车床夹具设计要点,如图所示的过渡盘上，有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与主轴轴颈相配合，并用螺纹和主轴连接。为了防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度，可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。, 夹具通过过渡盘与机床主轴的轴颈连接。适用于径向尺寸较大的夹具。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。,第一节 车床夹具,三、车床夹具设计要点,对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图所示，过渡盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。,第一节 车床夹具,三、车床夹具设计要点,如图所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面只允许有0.050.1mm的间隙，用螺钉均匀拧紧后，产生弹性变形，使端面与锥面全部接触，以使定心准确、刚度好，但加工精度要求高。,主轴外锥+端面,第一节 车床夹具,三、车床夹具设计要点,对角铁式、圆盘式等结构不对称的车床夹具：A.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；B.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。C.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。,4.车床夹具的平衡及结构要求,车外圆,车端面,钻孔,车内孔,切槽,切断,车锥面,车型面,车螺纹,加工范围,数控车削的基本特征与加工范围,四、数控车床夹具,数控车削的基本特征与加工范围,数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，其加工范围较普通车削广，不仅可以进行车削还可以铣削，具体见后,基本特征,数控车削时，工件做回转运动，刀具做直线或曲线运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。其中，工件的回转运动为切削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动。两者共同组成切削成形运动,加工范围,四、数控车床夹具,1圆周定位夹具 （1）三爪自定心卡盘：（2）软爪：（3）弹簧夹套：,数控车削夹具的选择,（4）四爪单动卡盘：,2中心孔定位夹具 3复杂、异形、精密工件的装夹,四、数控车床夹具,三爪自定心卡盘装夹,两顶尖之间装夹,双三爪定心卡盘装夹,卡盘和顶尖装夹,常用装夹方式,数控车削工件的装夹,通用夹具装夹,四、数控车床夹具,卡盘,三爪卡盘,弹簧卡头,四、数控车床夹具,三爪卡盘示意图 加工软爪,a) 四爪单动卡盘 b) 四爪单动卡盘装夹工件,1-卡爪 2-螺杆 3-木板,软爪卡盘适用于已加工表面作为定位精基准，在大批量生产时进行工件的半精车与精车。,a) 普通顶尖 b) 活顶尖,两顶尖装夹工件 两顶尖车偏心轴,会 【实例1】 在角铁、花盘上装夹工件,1-连杆 2-圆形压板 3-压板 4-V形架 5-花盘,1-平衡铁 2-轴承座 3-角铁 4-划针盘 5-压板,【实例2】 薄壁工件装夹和夹具选择,薄壁工件加工分析,增加装夹接触面 应采用轴向夹紧夹具 增加工艺肋,数控车削工件的装夹,也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。,薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。,薄壁零件的装夹,第二节 铣床夹具,这是在生产中广泛使用的卧式铣床(X62W),如图为升降台铣床，它的主要特征是带有升降台。升降台可以沿着床身上的导轨上下移动，工作台安装在升降台上面，并能前后、左右移动。所以升降台铣床加工工件时很灵活，用途很广。升降台铣床可分为卧式升降台铣床和立式升降台铣床。,第二节 铣床夹具,这是在生产中广泛使用的立式铣床(X52W),第二节 铣床夹具,这就是常用的龙门铣床,它是加工大型和重型工件常用的机床,它的特点是工件不动,铣刀相对于工件运动.,第二节 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. 铣床夹具的主要类型,第二节 铣床夹具,铣床夹具按进给方式分类,直线进给式铣床夹具圆周进给式铣床夹具靠模加工式铣床夹具,一. 铣床夹具的主要类型,第二节 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一次多件安装夹具。 一次多件安装的夹具广泛用于成批生产或大量生产的中、小零件加工。它可按先后加工，平行加工，或平行先后加工等方式设计铣床夹具，以节省切削的基本时间或使切削的基本时间重合。,1.直线进给式铣床夹具特点,第二节 铣床夹具,直线进给式,如图所示为双工位直线进给铣床夹具。夹具1、2安装在双工位转台3上，当夹具1工作时，可以在夹具2上装卸工件。夹具1上的工件加工完毕，可将工作台5退出，然后将工位转台转180，这样可以对夹具2上的工件进行加工，同时在夹具1上装卸工件。,第二节 铣床夹具,第二节 铣床夹具,2.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，是一种高效铣床夹具，常用于大批量生产。,第二节 铣床夹具,2.圆周进给式铣床夹具,本零件是普通车床操纵机构中的变速拨叉。车床切削速度的变化是通过操纵手柄拨动拨叉改变传动轴上滑移齿轮的位置来实现的。不同的齿轮相互啮合，得到不同的传动比。拨叉头以25H7孔套在轴上，拨叉脚夹在双联交换齿轮的槽中，变速操纵机构通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联交换齿轮在花键轴上移动，从而实现车床的变速。,第二节 铣床夹具,如图所示为一圆周进给的铣床夹具。工件1依次装夹在沿回转工件台3圆周位置安装的夹具上，铣刀2不停地铣削，回转工作台3作连续的回转运动，将工件依次送入切削。此例是用一个铣刀头加工的。根据加工要求，也可用两个铣刀头同时进行粗、精加工。,第二节 铣床夹具,带有靠模装置的铣床夹具，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需要的仿形运动。 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。,3.靠模铣床夹具,第二节 铣床夹具,（a）直线进给 （b）圆周进给,靠模式铣床夹具,1滚柱 2靠模板 3铣刀 4工件 5铣刀滑座 6滚柱滑座 7回转台 8滑座,第二节 铣床夹具,1.定位元件和夹紧装置的设计要点,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。,夹紧装置：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脱。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,提高夹紧的可靠性。,二.铣床夹具的设计要点,铣削加工是切削力较大多刃断续切削，易引起冲击和振动，所以夹紧力要求较大，以保证工件的夹紧可靠，因此铣床夹具要有足够的强度和刚度，必要时应设置加强筋。,第二节 铣床夹具,2.特殊元件设计,定位键（GB/T2206-91）,（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。,第二节 铣床夹具,夹具体,不常见的圆柱导向柱,定位键及装配结构,第二节 铣床夹具,铣床夹具位置的找正示意图,第二节 铣床夹具,（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。,常见标准对刀块,第二节 铣床夹具,常见铣床的对刀装置,第二节 铣床夹具,标准对刀塞尺,第二节 铣床夹具,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，必要时设置加强筋。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。,（3）夹具体的设计,第二节 铣床夹具,夹具体和耳座,加工工艺分析,数控镗铣加工零件的表面不外乎平面、轮廓、曲面、孔和螺纹等，主要要考虑到所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。在数控镗铣床及加工中心上可铣削平面、平面轮廓及曲面。孔加工的方法有钻削、扩削、铰削、铣削和镗削等；螺纹的加工可采用攻螺纹、铣螺纹等方法。,数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一。主要用于各种较复杂的平面、 扩、 铰、 曲面和壳体类零件的加工 , 同时还可以进 行钻、锪、 攻螺 纹、镗孔等 加工。,三、数控镗铣床夹具,附件(回转工作台),附件(数控分度头),在数控镗铣机床上，要想合理应用好夹具，首先要对机床的加工特点有比较深刻的理解和掌握，同时还要考虑加工零件的精度、批量大小、制造周期和制造成本；根据数控镗铣特点和加工需要，目前常用的夹具类型有专用夹具、组合夹具、可调夹具和成组夹具。一般的选择顺序是单件生产中尽量用虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后选用专用夹具和成组夹具。在生产批量较大时可考虑采用多工位夹具和气动、液压夹具。在选择时要综合考虑各种因素，选择最经济的、最合理的夹具形式。,工件的装夹,数控夹具选择的一般规律,三、数控镗铣床夹具,为了简化定位与夹紧，夹具的每个定位面相对加工中心的加工原点，都应有精确的坐标尺寸；为保证零件装夹方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向一致性，应定向装夹；能经短时间的拆卸，改成适合新工件的夹具；夹具应具有尽可能少的元件和较高的刚度；夹具要尽量敞开，夹紧元件的空间位置能低则低，夹具不能和工步刀具轨迹发生干涉；保证在主轴的行程范围内使工件的加工内容全部完成；对于有交互工作台的加工中心，由于工作台的移动、上托、下托和旋转等动作，夹具设计必须防止夹具和机床的空间干涉；尽量在一次装夹中完成所有的加工内容。当非要更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏定位精度，必要时在工艺文件中说明；夹具底面与工作台的接触，夹具的底面平面度必须保证在0.010.02mm以内，表面粗糙度不大于Ra3.2um。,工件的装夹,数控夹具设计及组装时应注意的问题,三、数控镗铣床夹具,三维效果图,零件图样,工件的装夹实例1,三、数控镗铣床夹具,装夹方案1：找正法,装夹方案2：用夹具装夹,工件的装夹实例1,三、数控镗铣床夹具,工件装夹时必须使工件在机床上占有正确位置,工件装夹时找正过程,工件的装夹实例1,三、数控镗铣床夹具,工件的装夹实例2组合夹具装夹应用,工步1装夹示意图,工步2装夹示意图,工步3装夹示意图,工步1加工完成,工步2加工完成,工步3加工完成,加工中心加工工序的工步内容：工步1：粗铣表面1及槽、钻扩铰孔； 工步2：粗精铣表面2型面；工步3：精铣表面1型面。,表面1,表面1,表面2,表面2,表面1,表面1,三、数控镗铣床夹具,第三节 钻床夹具,常用钻床,台钻,立式钻床,第三节 钻床夹具,摇臂钻床,第三节 钻床夹具,一、 钻床夹具的主要类型: 我们把在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪以及螺纹攻丝等机加工所用的夹具统称为钻床夹具（俗称钻模）。钻床夹具的结构形式主要决定于工件被加工孔的分布位置情况，有的孔系是分布在同一平面上或分布在几个不同表面上或分布在同一圆周上，还有的是单孔等等。,钻床夹具分类,（1）固定式钻模 （2）回转式钻模 （3）移动式钻模 （4）翻转式钻模 （5）盖板式钻模 （6）滑柱式钻模,第三节 钻床夹具,1.固定式钻模 这种钻模在使用时被固定在钻床工作台上，主要用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。在立式钻床工作台上安装钻模时，首先用装在主轴上的钻头（精度要求较高时可用心轴）插入钻套内，以校正钻模的位置，然后将其固定。这样既可减少钻套的磨损，又可保证孔的位置精度。,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,固定式钻模夹具,第三节 钻床夹具,2.回转式钻模 回转式钻模主要用来加工围绕一定的回转轴线（立轴、卧轴或倾斜轴）分布的轴向或径向孔系以及分布在工件几个不同表面上的孔。工件在一次装夹中，靠钻模回转可依次加工各孔，因此这类钻模必须有分度装置。 回转式钻模按所采用的对定机构的类型，分为轴向分度式回转钻模和径向分度式回转钻模。,第三节 钻床夹具,第三节 钻床夹具,3.移动式钻模 这类钻模用于加工中、小型工件同一表面上的多个孔。如图所示的移动式钻模用于加工连杆大、小头上的孔。工件以端面及大、小头圆弧面作为定位基准，在定位套12、13和固定V形块2及活动V形块7上定位。夹紧时先通过手轮8 推动活动V形块7压紧工件，然后转动手轮8带动螺钉11转动，压迫钢球10，使两片半月键9向外胀开而锁紧。V形块带有斜面，使工件在夹紧分力作用下与定位套贴紧。通过移动钻模，使钻头分别在两个钻套4、5中导入，从而加工工件上的两个孔。,第三节 钻床夹具,4.翻转式钻模,主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔径小于810mm。它可以减少安装次数，提高被加工孔的位置精度。其结构较简单，加工钻模一般手工进行翻转，所以夹具及工件应小于10kg为宜。,第三节 钻床夹具,5.盖板式钻模 盖板式钻模的结构最为简单，它没有夹具体，只有一块钻模板。一般钻模板上除装有钻套外，还装有定位元件和夹紧装置。加工时，只要将它盖在工件上定位夹紧即可。盖板式钻模一般多用于加工大型工件上的小孔。因夹具在使用时经常搬动，故盖板式钻模的重量不宜超过100N。为了减轻重量，可在盖板上设置加强筋，以减小其厚度，也可用铸铝件。,第三节 钻床夹具,如图所示，为加工车床溜板箱上多个小孔的盖板式钻模。在钻模板2上不仅装有钻套，还装有定位用的圆柱销1、削边销3和支承钉4。因钻小孔，钻削力矩小，故未设置夹紧装置。,第三节 钻床夹具,6. 滑柱式钻模,滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具，这种钻模有结构简单、操作方便、动作迅速、制造周期短的优点，生产中应用较广。,第三节 钻床夹具,6. 滑柱式钻模,这种手动滑柱式钻模的机械效率较低，夹紧力不大，并且由于滑柱和导孔为间隙配合（一般为H7/f7），因此被加工孔的垂直度和孔的位置尺寸难以达到较高的精度。但是其自锁性能可靠，结构简单，操作方便，具有通用可调的优点，所以不仅广泛使用于大批量生产，而且也已推广到小批生产中。该钻模适用于中、小件的加工。,手动滑柱式钻模由夹具体1、三根滑柱2、钻模板4和传动、锁紧机构所组成。使用时只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台和钻模板上的适当位置，就可用于加工。,第三节 钻床夹具,二、钻模的设计要点,1.钻模类型的选择,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