家居设计与制造教学课件PPT典型机床夹具设计.ppt

夹具设计与制造,第一章 机床夹具概论 第二章 工件在夹具中的定位 第三章 工件在夹具中的夹紧 第四章 典型机床夹具设计 第五章 专用机床夹具设计方法 第六章 现代机床夹具的发展,第四章 典型机床夹具设计,4.1 钻床夹具设计 4.2 镗床夹具设计 4.3 铣床夹具设计 4.4 车床夹具设计,4.1 钻床夹具设计,1. 钻床夹具的类型及结构特点,在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹加工时所用的夹具称为钻床夹具。钻床夹具上均设置钻模套筒（简称钻套），以保证被加工孔的位置精度。钻模套筒安装在钻模板上，因此习惯上把钻床夹具称为钻模。,根据工件的大小、形状及被加工孔的分布的不同要求，其结构形式可分为：固定式、回转式、翻转式、盖板式、滑柱式等。,1）固定式钻模,在加工工件的过程中，钻模和工件在机床上的位置固定不动。一般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。,2）回转式钻模,回转式钻模主要用于加工同一圆周上的轴向平行孔系或径向孔。其基本形式有立轴、卧轴、斜轴三种。本节仅介绍夹具本身带有回转机构的钻模。,3）翻转式钻模,这是一种无固定回转轴和分度装置的钻模，外形象一个六面体，可以根据工件上被加工孔的位置作不同方位的翻转。主要用于加工小型工件分布在不同表面上的孔。 此夹具的结构比较简单，但每次钻孔时都需找正钻套对于钻头的位置，所以辅助时间较长，而且翻转费力。因此夹具和工件一起总重量不能太重，一般以不超过10kg为宜。加工批量也不宜过大。,4）盖板式钻模,这类钻模没有夹具体。工件直接夹紧在机床工作台上。在一般情况下，钻模板上除了钻套外，还装有定位元件及夹紧装置，加工时只要将它覆盖在工件上即可。 盖板式钻模的优点是结构简单，一般多用于加工笨重机件上的小孔，但生产率不高，不适用于大批量生产。因夹具在使用时要经常搬动，故钻模重量一般不超过10kg。为了减轻重量可在盖板上合理设置加强筋而减小其厚度。,5）滑柱式钻模,这种钻模在生产中得到广泛应用，是一种标准化、通用可调夹具。按其夹紧动力可分为手动和气动两种。,2. 钻床夹具的设计要求,1）钻模类型的选择,钻模的类型很多，这主要是由于被加工孔的位置相对于定位基准来说，比较分散而且几何关系变化较多所决定的。因此设计钻模时，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。,2）钻套类型的选择,钻套是钻模上特有的元件。用来引导刀具以防止其在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度及提高工艺系统的刚度。钻套装配在钻模板或夹具体上，钻模板则以各种形式与夹具体或支架连接。按钻套的结构和使用情况，可分为以下四种类型。,(1)固定钻套,(2)可换钻套,(3)快换钻套,(4)特殊钻套,(4)特殊钻套,(4)特殊钻套,3）钻模板类型的选择,钻模板用于安装钻套，并保证钻套的正确位置。钻模板多装配在夹具体或支架上，或与夹具上其他元件相连接。常见有以下几种类型。,(1) 固定式钻模板,(2)铰链式钻模板,(3)分离式(可卸式)钻模板,(4) 悬挂式钻模板,4.2 镗床夹具设计,镗床夹具又称镗模，主要用于加工箱体，支座等零件的孔或孔系。,1. 镗床夹具的类型及结构特点,镗床夹具多由镗套引导镗孔刀具或镗杆进行镗孔，与钻模特点相似，工件上的孔或孔系的位置精度主要由镗模来保证，可以减少镗床主轴及进给系统误差的影响。由于箱体孔及孔系的精度要求较高，所以，镗模的制造精度应比钻模高。,在大批量生产中，多用于组合机床。在中、小批量生产中，多用于卧式或立式镗床。在无镗床时，也可在车床、钻床和铣床上进行镗孔加工（扩大该类机床的工艺范围）。镗床夹具的结构类型主要取决于导向支承的布置形式，分为以下几种形式：,镗套设置在刀具的前方，刀具与主轴刚性连接。主要用于加工孔径d60mm，加工长度ld的通孔。一般镗杆的导向部分直径dd，在多工步加工时，可不更换镗套，也便于加工中观察和测量。但在立镗时，切屑易落入镗套中，应设防尘措施。,（1） 单支承前导向镗模,（2） 单支承后导向镗模,镗套设置在刀具的后方，刀具与主轴刚性连接。主要用于镗削d11.25时，应使镗杆引导部分直径d小于孔径d，并且制成等直径镗杆，以便镗杆引导部分可进入加工孔，从而缩短镗套与工件之间的距离h及镗杆的悬伸长度。,（3） 双支承前后导向镗模,两个导向支承套分别布置在刀具的前后方，镗杆与机床主轴采用浮动连接。（目的是消除镗床主轴误差的影响） 该类镗模适用于加工孔径较大，孔长与孔径比ld1.5以上的通孔，或一组同轴线的孔，而且孔本身或孔间距、孔同轴度要求很高的场合。,（4） 双支承后导向镗模,两个镗套设置在刀具的后方。可适应不能使用前后双支承的情况。由于镗杆为悬臂梁，为保证其刚性，镗杆的悬伸量l1(1.55)l。镗杆与机床也采用浮动连接方式。可在箱体的一个壁上镗孔或镗不通孔。这种支承方式除具有前后单支承镗模的优点外，还便于装卸工件、刀具，刀具径向尺寸调整也便于观察和测量。,2. 镗床夹具的设计要求,设计镗模时，除合理地确定其类型并处理好工件的定位及夹紧外，还必须解决镗套、镗刀杆、支架与底座的结构设计问题。,1)镗套的选择和设计,镗套的结构和精度直接影响到被加工孔的加工精度和表面粗糙度。镗套的结构形式，根据运动形式不同，一般分为固定式和回转式两种。回转式又有滑动和滚动之分。设计时可按工件的不同加工要求和加工条件等合理选用。,外滚式镗套,外滚式镗套,内滚式镗套,4.3 铣床夹具设计,铣床夹具主要用于加工零件上的平面、键槽、缺口、花键、齿轮及直线成型面和立体成型面等。,1. 铣床夹具的类型及结构特点,铣削过程中多数情况是铣床夹具和工作台一起作送进运动，并承受较大的切削力，易引起振动现象。铣床夹具的整体结构在很大程度上取决于铣削加工的送进方式，故将铣床夹具分为直线送进式、圆周送进式和靠模夹具三种类型。,1) 直线进给式铣床夹具,在铣床夹具中，这种夹具用得最多，加工中工作台是按直线进给方式运动的。按照在夹具上安装工件的数目，可分为单件夹具和多件夹具。,多件装夹的铣床夹具,2) 圆周进给式铣夹具,多用在有回转工作台的铣床上或夹具本身具有自动转装置，送进运动是连续不断的，能在不停车的情况下装卸工件，是一种生产效率很高的加工方法，适用于较大批量的生产。,3) 铣削靠模夹具,靠模夹具是用来加工各种直线曲面或空间曲面，靠模夹具的作用是使主送进运动和由靠模获得的辅助运动形成加工所需要的仿形运动。因此按照送进运动的方式，把用于加工直线曲面的仿形夹具分为直线送进和圆周送进两种。采用靠模夹具可在一般万能铣、刨床上加工出所需要的成形面以代替价格昂贵的机床，对于中小企业来说，通过采用夹具来扩大机床工艺用途，以解决缺少特殊设备问题，具有较大的技术经济意义。,2. 铣床夹具的设计要求,铣削加工一般切削用量和切削力较大，多刀多刃连续切削，切削力的方向和大小不断变化，加工时极易产生振动。因此铣夹具的设计应着重解决以下几个方面问题。,(1) 注意工件定位的稳定性 (2) 注意夹具的可靠性 (3)注意减少夹紧工件的辅助时间 (4)注意合理选择夹紧工件的数量,1) 铣床夹具的结构特点,2) 定向键和对刀装置,定向键和对刀装置是铣床夹具的特殊元件。铣床夹具通过定向键在机床上定位，通过对刀装置决定铣刀相对于夹具定位元件限位基面的位置。,定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，并将其距离布置得尽可能远些，小型的夹具可使用一个断面为矩形的长键。通过定向键与铣床工作台丁形槽配合，使夹具上定位元件的工件表面对于工作台的送进方向具有正确的相互位置。定向键可承受部分切削力矩，以减轻夹具体与工作台连接螺栓的负荷，增强夹具在铣削加工中的稳定性。,(1)定向键,(2)对刀装置,对刀装置由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置。常用标准对刀块的结构形式与加工表面的形状有关。有圆形对刀块，用于加工平面时的对刀； 方形对刀块，在调整组合铣刀位置时对刀用；直角对刀块，用于加工两个相互垂直面或铣槽时的对刀；侧装对刀块，也用于加工两个互相垂直面或铣槽时对刀。,使用对刀块对刀时，铣刀不能与对刀块表面直接接触，而是通过塞尺来校准它们之间的相对位置，主要防止对刀块碰坏刀具和磨损刀具。操作者全凭抽动塞尺的松紧感觉来判断其位置准确程度。对刀块通常制成单独元件，用销钉和螺钉紧固在夹具体上；其位置应便于使用塞尺对刀和不妨碍工件的装卸。对刀块的工作表面与定位元件之间应有严格的尺寸精度要求和位置尺寸要求。,4.4 车床夹具设计,车床夹具多数安装在车床主轴上，少数安装在床身或拖板上。本节只介绍安装在车床主轴上的这类夹具。,1. 车床夹具的主要类型,安装在车床主轴上的车床专用夹具，加工时随机床主轴一起旋转，切削刀具作送进运动。根据其结构的不同可分为以下几种。,1）心轴式车床夹具,心轴式车床夹具多用于工件以内孔为定位基准，加工外圆柱面的情况。,(1)偏心式定心夹具,利用斜楔夹紧原理夹紧工件。加工时，在切削力的作用下，工件与滚柱间的摩擦力将滚柱挤向一侧，从而进一步夹紧工件，切削力越大，夹紧力也越大。这种机构的优点是装卸工件迅速，定心夹紧可靠，适用于定位孔经过粗加工和孔径尺寸较大工件车削加工工序。,(2)弹簧心轴夹具,(3)波纹套弹性心轴夹具,(4)碟形弹簧片定心夹具,2）弯板式车床夹具,在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件上的圆柱面及端面时，由于此类零件的结构形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而需设计专用夹具。由于这类车床夹具一般具有类似弯板形状的夹具体，故称其为弯板式车床夹具。,3）卡盘式车床夹具,卡盘式车床夹具的零件大都是回转体或对称零件，因而这类夹具的结构基本上是对称的回转时的不平衡影响较小。,(1)虎钳式卡盘 (2)自动定心卡盘 (3)四爪定心卡盘,4）花盘式车夹具,2. 车床夹具的设计要求,对于各类车床上用的夹具，尽管工件加工表面的形状和尺寸及技术要求可能相差很大，但在工件加工过程中，工件和主轴都需要一起作旋转运动，因此夹具结构形式上有很大的相似性。车床夹具设计应注意以下几方面问题：,1）正确选择夹具结构形式,设计夹具时究竟采用何种结构形式，影响的因素很多。但起决定因素的是工序的要求和零件的形状。对形状简单的工件，当定位基准和加工表面同轴时，则宜采用悬伸式心轴类自动定心夹紧装置的车床夹具；对于形状较复杂且定位基准和加工表面轴线相互垂直或成一定角度时，则宜采用花盘式车床夹具或弯板式车床夹具。,2）定位装置的设计特点,在车床上加工回转表面时，夹具上定位装置的结构和布置必须保证工件加工表面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合。对于壳体、接头或支座等工件，被加工的回转表面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来确定定位元件限位基面的位置。,3）夹紧装置的设计要求,由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动，故在加工过程中，工件除受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用，转速越高离心力越大，会降低夹紧机构产生的夹紧力此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的。因此，夹紧机构所产生的夹紧力必须足够，自销性能要好，以防止工件在加工过程中脱离定位元件的限位基面。,4）夹具与机床的联接,夹具与机床连接的精度，决定着夹具的回转精度。因此，要求夹具的回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。根据车床夹具径向尺寸的大小，其在机床主轴上的安装一般有两种方式：,（1）对于径向尺寸d小于140mm，或d(2-3)d的小型夹具，一般通过锥柄安装在车床主轴锥孔中，并用螺栓拉紧。这种联接定心方式定心精度较高，应用较为普遍。设计时应保证锥柄部分与主轴锥孔的配合精度技术指标要求。,（2）对于径向尺寸较大的夹具，一般通过过渡盘与车床主轴轴颈联接。专用夹具以其定位止口按h7/h6或h7/js6装配在过渡盘的凸缘上，然后用螺钉紧固。过渡盘与主轴配合的表面形状取决于主轴前端的结构，过渡盘常作为机床附件备用。因此设计机床夹具时，不用重新设计，而只需按过渡盘凸缘来确定专用夹具的止口尺寸。,5）车床夹具的总体结构,（1）结构要紧凑，悬伸长度要短。车床夹具的悬伸长度过大，由于夹具和工件重量作用，根据材料力学中悬伸梁受力变形特点，会加剧主轴轴承的磨损，同时引起振动，影响加工质量，因此夹具的结构应尽量紧凑，悬伸长度要短。,（2）夹具转动惯量应基本平衡。由于加工时，夹具随主轴旋转，如果夹具重心不在主轴轴线上就会产生离心力，这样不仅加剧机床主轴和轴承的磨损，而且会产生振动，影响加工质量和刀具寿命，且不安全。所以车床夹具设计时应注意