第四章 机床夹具原理与设计 2.pdf

工件定位之后 在切削加工之前 必须用夹紧装 置将其夹紧 以保证工件在加工过程中 在切削力 重力 惯性力等的作用下不产生位移或振动 影响 加工质量 甚至使加工无法顺利进行 因此 作为 夹具重要组成部分的夹紧装置的合理选用与设计至 关重要 夹紧装置也是机床夹具的重要组成部分 对夹具的使用性能和制造成本等有很大的影响 第四节 工件在夹具中的夹紧第四节 工件在夹具中的夹紧 一 夹紧装置的组成及基本要求 2 中间传力机构 中间传力机构 是将力源装置产生的力以一定的大小和方向传递给夹紧元 件的机构 中间传力机构在传递力的过程中起着改变力的大小 方向 作用 点和自锁的作用 手动夹紧必须有自锁功能 以防在加工过程中工件产生松 动而影响加工 甚至造成事故 如图中的连杆2 3 夹紧元件 夹紧元件 是夹紧装置的最终执行元件 即夹紧件 它与工件直接接 触 把工件夹紧 如图中的压板1 如图5 24所示的夹具 其夹紧装置就是由液压缸4 力源装置 压板1 夹紧元件 和连杆2 中间传力机构 所组成的 图 夹紧装置的组成图 夹紧装置的组成 1 压板 2 连杆 3 活塞杆 4 液压缸 5 活塞 1 夹紧装置的组成夹紧装置的组成 夹紧装置的结构形式很多 但就其组 成来说 一般夹紧装置都是由力源装 置 力源装 置 中间传力机构和夹紧装置中间传力机构和夹紧装置三大部 分组成 1 力源装置 力源装置 提供原始作用力的装置 称为力源装置 常用的力源装置有液 压装置 气动装置 电磁装置 电动 装置 真空装置等 以操作者的人力 为力源时 称为手动夹紧 没有专门 的力源装置 如图中的液压缸4 2 对夹紧装置的基本要求2 对夹紧装置的基本要求 1 加紧过程可靠 1 加紧过程可靠应保证夹紧不破坏工件在夹具定位元件 上所获得的正确位置 2 夹紧力大小适当 2 夹紧力大小适当夹紧后的工件变形和表面压伤程度必 须在加工精度的允许范围内 还要保证工件在加工过程中不 移动 不转动 不振动 3 结构工艺性好 3 结构工艺性好夹紧装置的复杂程度与自动化程度应与 生产纲领相适应 在保证生产率的前提下 结构应力求简单 紧凑 便于制造和维修 4 使用性好 4 使用性好夹紧动作迅速 操作方便 安全省力 1 夹紧力方向的确定 二 夹紧力的确定 1 夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面 如图所示 在直角支座上镗孔 工件被镗孔与A面垂直 故应以A面为主要定 位基准面 在确定夹紧力方向时 应使夹紧力朝向A面 即主要定位基准 面 以保证孔与A面的垂直度 反之 若朝向B面 当工件A B两面有垂直 度误差时 就无法实现以主要定位基准面定位 影响所镗孔与A面垂直度要求 图4 40 夹紧力方向示意图 2 夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小 可使夹具机构轻便 紧凑 工件变形小 对手动夹紧可减轻工人劳动 强度 理想的夹紧力方向与重力 切削力方向一致 图4 31 夹紧力方向与夹紧力大小的关系 3 夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小 图4 32 套筒夹紧 2 夹紧力作用点的确定 1 夹紧力的作用点应落在支承元件或 几个支承元件形成的稳定受力区域内 图4 33 夹紧力作用点应在支承面内 a 不合理b 合理 不合理 合理 2 夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位 3 夹紧力作用点应尽可能靠近加工面 3 夹紧力的大小 夹紧力的大小可根据切削力 工件重力的大小 方向 和相互位置关系具体计算 为安全起见 计算出的夹紧力 应乘以安全系数K 故实际夹紧力一般比理论计算值大2 3 倍 进行夹紧力计算时 通常将夹具和工件看作一刚性系 统 以简化计算 根据工件在切削力 夹紧力 重型工件 要考虑重力 高速时要考虑惯性力 作用下处于静力平 衡 列出静力平衡方程式 即可算出理论夹紧力 一般来说 手动夹紧时不必算出夹紧力的确切值 只有机 动夹紧时 才进行夹紧力计算 以便决定动力部件 如气 缸 液压缸直径等 的尺寸 三 典型夹紧机构 常用的夹紧装置常用的夹紧装置 夹具中常用的夹紧装置有楔块 螺旋 偏心轮等 它们都是根据斜面夹紧原理夹紧工件 下面分别介绍各种夹紧装置的结构 夹紧力的计算和它们的特性 1 斜楔夹紧 楔块夹紧装置见图 主要用于增大夹紧力或改变夹紧力方向 楔块夹紧常与杠杆 压 板 螺旋等组合使用 特点 特点 1 有增力作用 有增力作用 2 夹紧行程小 夹紧行程小 3 结构简单 但操作不方便 结构简单 但操作不方便 547326 a c 图6 36 楔块夹紧装置 1 楔块 2 楔座 3 销 4 压板 5 弹簧 6 柱塞 7 螺钉 1 tan tan F F 12 P Q 式中 楔块升角 通常取6 10 因工件 夹具体与楔块的摩擦系数一般取f 0 1 0 15 故相应的摩擦 角为 1和 2为5 45 8 30 1 楔块夹紧受力的计算楔块夹紧受力的计算 楔块夹紧的受力分析见图 楔块在原始力FP 工件给楔块的作用力FQ 即夹紧力 夹具体给楔块的作用力FR作用下 处于平衡状态 当工件 被夹紧时 FP FQ FR三力合成 计算出楔块对工件所产生的夹紧力FQ 为 2 楔块的自锁条件楔块的自锁条件 当原始力FP撤除后 楔块在摩擦力的作用下仍然不会松 开工件的现象称为自锁 楔块在力FQ FR作用下平衡 此时 摩擦力的方向与楔块松开的趋势相反 如图 b 所示自锁的条 件应该是 21 若 1 2 5 7 f 0 1 0 15 则 10 14 为安全起见一般取5 7 或更小些 3 传力系数传力系数 夹紧力与原始力之比称传力系数 以iP表示则有 12 tantan 1 F F P Q p i 从公式可以看出 楔块的升角 越小 iP就越大 当原始 力P一定时 越小则夹紧力FQ就越大 但同时楔面的工作长 度加大致使结构不紧凑 夹紧速度变慢 因此楔块夹紧装置 常用在工件尺寸公差较小的机动夹紧装置中 4 楔块的尺寸及材料楔块的尺寸及材料 升角 确定后 其工作长度应满足夹紧要求 其厚度应 保证热处理时不变形 小头厚度应大于5mm为宜 楔块材料一般用20钢或20Cr 渗碳厚度0 8 1 2mm 热 处理硬度HRC56 62 工作表面粗糙度值Ra为1 6 m 2 螺旋夹紧 1 2 3 4 5 6 a b a b 图6 39 标准浮动压块 图6 38 螺旋夹紧装置 1 夹紧手柄 2 螺纹衬套 3 防转螺钉 4 夹具体 5 浮动压块 6 工件 螺旋夹紧装置是从楔块 夹紧装置转化而来的 相当于把楔块绕在圆柱 体上 转动螺旋时即可 夹紧工件 图6 38为单 螺旋夹紧机构 图6 39 为两种标准压块结构 特点 1 夹紧结构简单 夹紧可靠 在夹具中得到广泛应用 2 夹紧力比斜楔夹紧力大 螺旋夹紧行程不受限制 所以在手动夹 紧中应用极广 3 螺旋夹紧动作慢 辅助时间长 效率低 在实际生产中 有许多 快速螺旋夹紧机构 螺旋压板组合夹紧比单螺旋夹紧应用更为普遍 特点 1 夹紧结构简单 夹紧可靠 在夹具中得到广泛应用 2 夹紧力比斜楔夹紧力大 螺旋夹紧行程不受限制 所以在手动夹 紧中应用极广 3 螺旋夹紧动作慢 辅助时间长 效率低 在实际生产中 有许多 快速螺旋夹紧机构 螺旋压板组合夹紧比单螺旋夹紧应用更为普遍 图6 40 螺旋夹紧力计算 P 1x R1y F1 R1 R 2 1 螺母 R1x L F2 P r1 r中 F2 Q1 Q R 1 螺杆夹紧力计算螺杆夹紧力计算 如图6 40所示 工 件处于夹紧状态时 根 据力的平衡 力矩的平 衡可算得夹紧力Q 211 tantan rr PL Q 中 式中 螺旋升角 一般为 2 4 1 螺母与螺杆间的摩擦角 2 工件与螺杆头部 或压块 间的摩擦角 r中 螺旋中径的一半 r1 摩擦力矩计算半径 其数值与螺杆头部或压块的 形状有关 2 螺旋夹紧的自锁性能和传力系数螺旋夹紧的自锁性能和传力系数 楔块夹紧装置的自锁条件为 11 5 17 而螺旋 夹紧装置的螺旋升角 a 2 4 很小 故自锁性能好 传力系数为 49 6 tantan 211 rr L P Q ip 中 因为螺旋升角小于楔块升角 而L大于r中和r1 所以螺旋 夹紧装置的传力系数远比楔块夹紧装置的大 由于螺旋夹紧装置结构简单 制造容易 夹紧行程大 传 力系数大 自锁性能好 所以广泛用于手动夹紧 但夹紧缓 慢 效率低 3 螺旋与压板的组合夹紧装置螺旋与压板的组合夹紧装置 为了在工件最合适的位置和方向上进行夹紧 生产中经常采用图6 42 的结构 在图6 42 a b c 三种装置中 若要求对工件产生的夹紧力Q 相同 那么所需要施加的原始力P的大小和方向是不同的 图6 43 d 为钩 形螺旋压板 它使夹具结构紧凑 且已规格化 选用时可查 夹具设计手 册 Q P l L P lL P L l K 1 7 2 3 4 5 6 图6 42 螺 旋 压 板 组 合 夹 紧 装 置 1 基 座 2 钩 形 压 板 3 夹 紧 螺 母 4 双 头 柱 5 弹 簧 6 固 定 螺 钉 7 骑 缝 螺 钉 Q Q 而为了减少夹压的辅助时间和提高生产率 采用多位或多件夹紧装 置 为了减少夹压的辅助时间和提高生产率 采用多位或多件夹紧装 置 如图6 43 多件夹紧的共同特点是 用一个原始力对数个点或数 个工件同时进行夹紧 为了避免工件因尺寸或形状误差而出现夹紧不 牢或破坏夹紧机构的现象 在压块两边各连接摆动压板 可以摆动来 补偿各自夹压的两个工件的直径尺寸公差 1 2 3 4 5 6 8 9 10 7 12 图6 43 多 位 及 多 件 夹 紧 装 置 a 1 活 节 螺 栓 2 球 面 带 肩 螺 钉 3 锥 形 垫 圈 4 球 头 支 承 5 铰 链 板 6 圆 柱 销 7 球 头 支 承 钉 8 弹 簧 9 转 动 压 板 10 六 角 扁 螺 母 b 1 2 摆 动 压 块 3 偏心夹紧 偏心夹紧机构是由偏心件作为夹紧元件 直 接夹紧或与其它元件组合实现对工件的夹紧 常 用的偏心件有圆偏心和偏心轴偏心两种 图4 38 偏心轮 压板夹紧机构 1 垫板2 手柄3 偏心轮 4 轴5 压板 特点 特点 由于圆偏心夹紧时的夹紧力 小 自锁性能不是很好 且夹紧 行程小 故多用于切削力小 无 振动 工件尺寸公差不大的场 合 但是圆偏心夹紧机构是一种 快速夹紧机构 由于圆偏心夹紧时的夹紧力 小 自锁性能不是很好 且夹紧 行程小 故多用于切削力小 无 振动 工件尺寸公差不大的场 合 但是圆偏心夹紧机构是一种 快速夹紧机构 1 圆偏心夹紧原理圆偏心夹紧原理 圆偏心夹紧原理见图6 45 圆偏心轮直径为D 几何中心为Ol 回转 中心为O 偏心距为e 虚线圆为基圆 其直径为D 2e 圆偏心就相当于 绕在基圆盘上的楔块 圆偏心就相当于 绕在基圆盘上的楔块 偏心轮顺时针转动时 楔块楔进基圆盘和工件中间 使工件得以夹紧 若将偏心轮的工作部分弧展开 就可得到一个具有曲线斜边的楔块 从图中看出 斜面上各点的斜率斜面上各点的斜率 即升角即升角 是变化的 而在是变化的 而在P点点 展开图为展开图为 90 的点 的点 附近变化较小附近变化较小 为使偏心轮工作稳定可靠 常取P点左右夹角为 30 45 度的一段圆弧为工作部分 也就是弧APB为60 90 D e2e m n B A P p 60 90 p n m P 2e 90 180 D 2 n m P A B X O1O O1 O C e ecos esin x x a b c 图6 45 圆偏心夹紧原理 2 圆偏心的自锁条件圆偏心的自锁条件 圆偏心x点处升角 x为 在 0 即P点升角最大 p 根据楔块自锁条件 为安全起 见 可不考虑偏心轮孔与支承轴 间的摩擦 于是可得到圆偏心的 夹紧特性为 50 6 sin2 cos2 tan eD e x 51 6 2 cot D e p 56 6 2 55 6 2 2 2 f eD fDe 或 式中 是偏心距e从水平位置转过的角度 3 圆偏心夹紧行程圆偏心夹紧行程 圆偏心转过角度 其夹紧行程为 设计夹紧行程S时 考虑工件尺寸公 差T 装卸工件必要的间隙C间 夹紧机 构的变形 磨损等行程储备量为C贮 则 59 6 sin eS 63 6 贮间 CCTS 4 圆偏心夹紧力计算圆偏心夹紧力计算 圆偏心夹紧实际上是斜楔夹紧的一种变形 假设一升角 为 的楔块 根据楔块夹紧力计算式 有 21 tantan PL Q 5 圆偏心夹紧的传力系数圆偏心夹紧的传力系数 圆偏心最大升角 p 8 13 而螺旋升角为2 4 又因 在一般情况下 r中 因此圆偏心夹紧的传力系数远小于螺 旋夹紧的传力系数 偏心轮的材料 一般可选用20钢或20Cr钢 工作表面渗 碳淬火至HRC55 60 表面粗糙度值Ra为0 8 m 21 tantan L iP 1 气动夹紧 四 夹紧动力源装置 图4 39 典型气压传动系统 1 雾化器2 减压阀3 止回阀4 换向阀 5 调速阀6 气压表7 气缸 图b为双作用气缸 活塞的双向移动均由压缩空气驱动 用于行程较大或往复均需动力 推动的情况 压缩空气进入无杆腔一侧时 活塞杆的推力Fp双推为 压缩空气作用在有杆腔一侧时 活塞杆的拉力Fp双拉为 d 活塞杆直径 m 活塞式气缸工作行程较长 且作用力的大小不受工作行程长度影响 但结构较大 制造 维修困难 寿命短 且易漏气 s 2 p Fp 4 D F 单 p 4 D F 2 p 双推 图a为单作用气缸 夹紧靠气压顶 紧 松开由弹簧推回 用于夹紧行 程较短的情况 活塞在压缩空气作 用下产生的原始推动力Fp单为 D 活塞直径 p 压缩空气 的工作压力 Pa 气 缸的机械效率 一般为0 85 0 9 Fs 弹簧力 N p 4 dD F 22 p 双推 2 液压夹紧 液压夹紧相比气动夹紧另有其本身的优点 1 工作压力高 可达5 6 5MPa 比气压高 出十余倍 故液压缸尺寸比气缸小得多 因传动 力大 通常不需增力机构 使夹具结构简单 紧 凑 2 油液不可压缩 因此夹紧刚性大 工作平 稳 夹紧可靠 3 噪声小 劳动条件好 液压压紧特别适用于重力切削或加工大型工 件时的多处夹紧 但如果机床没有液压系统时 需设置专用的夹紧液压系统 导致夹具成本提高 3 气 液压组合夹紧 图4 41 气 液压组合夹紧工作原理 1 气缸2 增压缸3 活塞4 活塞杆5 工作缸6 活塞 第五节 各类机床夹具第五节 各类机床夹具 一 车床夹具 1 车床夹具的类型与特点1 车床夹具的类型与特点 车床主要用于加工零件的内外圆柱面 圆锥面 回转成型 面 螺纹表面及端面等 根据这一加工特点和夹具在机床上安 装的位置 可将车床夹具分为以下两种基本类型 1 安装在车床主轴上的夹具 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它专用夹具 加 工时夹具随机床主轴一起旋转 刀具作进给运动 2 安装在车床床鞍上的夹具 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 车床上除使用专用夹具如车床上除使用专用夹具如顶尖顶尖 三爪自定心卡盘三爪自定心卡盘 四爪单动卡盘四爪单动卡盘 花盘花盘等通用夹具外 还使用一些专 用夹具 等通用夹具外 还使用一些专 用夹具 2 专用车床夹具的典型实例 专用车床夹具的典型实例 生产中常遇到在车床上加工壳体 支座 杠杆 接头等类零件的圆柱表面及端面的情况 这些零件 形状往往比较复杂 不能用三爪自定心卡盘等通用 夹具装夹 若使用花盘采用找正法装夹 效率很低 在批量生产这些工件时 需要设计专用车床夹具 下面介绍典型的车床夹具 实例实例1 加工内孔的角铁式专用车夹具 如图所示 工件6以两孔在圆柱定位销2和削边销1上定位 底面直接在夹 具体4的角铁平面上定位 两螺钉压板分别在两定位销孔旁把工件夹紧 导向套7用来引导加工轴孔的刀具 8是平衡块 用以消除回转时的不平衡 轴向定程基面3与圆柱定位销保持确定的轴向距离 以控制刀具的轴向 行程 该夹具以主轴外圆柱面作为安装定位基准 3 车床夹具的设计要点 车床夹具的设计要点 1 定位装置 在车床上加工回转表面时 要求工件加工面的轴线与车床主 轴的旋转轴线重合 夹具上定位装置的结构和布置须保证这 一点 2 夹紧装置 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 会影响夹紧装置产生的夹 紧效果 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 3 车床夹具与机床主轴的联接 车床夹具与机床主轴的联接精度对夹具的回转精度有决定性 的影响 4 对夹具总体结构的要求 1 结构紧凑 悬伸短 车床夹具一般是在悬臂状态下工 作 为保证加工的稳定性 夹具结构应力求紧凑 轻便 悬臂尺寸要短 使重心尽可能靠近主轴 否则应采取辅助 支承措施 2 平衡 为消除回转不平衡所引起的振动现象 结构不 对称的夹具需采取一定的平衡措施 方法有两种 一种是 在较轻的一侧加平衡块 一种是在较重的一侧加减重孔 平衡块的位置最好可以调节 3 安全 夹具上尽可能避免有尖角或突出夹具体圆形轮 廓之外的元件 必要时应加防护罩 1 直线进给式铣床夹具 这类夹具安装在作直线 进给运动的铣床工作台上 二 铣床夹具 工作原理 工件装在料仓5里 由圆柱销 12和削边销10对工件 22mm和 10mm两孔和端面定位 然后将料仓装在夹具上 利用销 12的两圆柱端11和13 及销10的 两圆柱端分别对夹具体上对应的 缺口槽8和9 最后拧紧螺母1 经 勾形压板2推动压块3前进 并使 压块上的孔4套住料仓上的圆柱销 11 继续向右移动 直至将工件 全部夹紧 2 圆周进给式铣床夹具 一般用于立式圆工作台铣床或鼓轮式铣床等 加工时 工作台作回转运动 这类夹具一般是多工位或多件夹具 3 靠模铣床夹具 在铣床上用靠模铣削工件的夹具 可用来在一般万能铣 床上加工出所需要的成形曲面 扩大了机床的工艺用途 4 铣床夹具的结构特点与要求4 铣床夹具的结构特点与要求 1 铣床夹具的结构特点 在铣削加工时 切削力比较大 并且是不连续切削 易 引起冲击和振动 所以夹紧力要求较大 以保证工件夹紧可 靠 因此铣床夹具要具有足够的强度和刚度 2 定位键 铣床夹具上一般都有定位键安装在夹具体底面的纵向 槽中 用以确定夹具在工作台上的位置 一般使用两个 其距离应尽可能布置得远些 小型夹 具也可使用一个断面为矩形的长键 图b定位键上部的宽度与夹具体底面的槽采用H7 h6或H8 h8配合 下部宽 度依据依据铣床工作台T型槽规格决定 也采用H7 h6或H8 h8配合 两个定 位键组合 起到夹具在铣床上的定向作用 切削过程中也能承受切削扭矩 从而增加了切削稳定性 3 对刀装置 在铣床夹具上一般都设计有对刀装置 借助对刀装置确定刀具相对夹 具定位元件的位置 此装置一般固定在夹具体上 对刀装置由对刀块 和塞尺组成 对刀块用来确定夹具和刀具的相对位置 使用塞尺是为了 防止对刀时碰伤刀刃和对刀块工件表面 使用时 将塞尺塞人刀具与对 刀装置之间 根据接触的松紧程度来确定刀具相对于夹具的最终位置 图a是圆形对刀块 在加工水平面内的单一平面时对刀用 图b是方形对刀块 在调整铣刀两相互垂直凹面位置对刀时用 图c是直角对刀块 在调整铣刀两相互垂直凸面位置对刀时用 图d是侧装对刀块 安装在侧面 在加工两相互垂直面或铣槽时对刀用 4 夹具的总体设计及夹具体 铣床夹具的结构形式在很大程度上取决于定位元件 夹紧装置和其它 元件的结构和布置 为使夹具结构紧凑 保证夹具在机床上安装的稳定 性 夹具体应有足够的强度和刚度 且使工件的加工表面尽可能靠近工 作台面 以降低夹具的重心 夹具体的高宽比应限制在H B 1 1 25 范围内 如图所示 此外还应合理地设置加强筋和耳座等 常见耳座结 构如图b c 所示 其结构已标准化 设计时可查阅有关资料 另外 由于铣削加工中切削时间一般较短 因而单件加工时辅助时间相对 长 故在铣床夹具设计中 需特别注意降低辅助时间 钻床夹具是在钻床上用来钻孔 扩孔 铰孔等的机床夹 具 这类夹具上装有钻模板和钻套 故习惯上称为钻模钻模 通过钻套保证钻头与工件之间正确的位置 引导刀具进行 加工 是钻模的主要特点 通过钻套保证钻头与工件之间正确的位置 引导刀具进行 加工 是钻模的主要特点 这种夹具在结构上一般都有与 定位元件有一定尺寸要求的钻套和一个安装钻套的钻模 板 通过钻套引导刀具进行精确的加工 根据被加工孔的 分布情况和钻模板的特点 有以下几种形式 三 钻床夹具 1 固定式钻模 在使用过程中 钻模的位置固定不动 用于摇 臂钻床可加工平行孔系 用于立式钻床 一般只能加工一个 孔 或在机床主轴上加装多轴传动头 实现孔系加工 图a是加工杠杆上 10mm孔的固定式钻模 该钻模可用螺栓和压板固定 于钻床工作台上 图 杠杆孔钻模图 杠杆孔钻模 1 夹具体 2 固定手柄压紧螺钉 3 钻模板 4 活动V形块5 钻套 6 开口垫 圈 7 定位销 8 辅助支承 该钻模用于同时加工形 状对称的两工件的四个 孔 工件以底面和直角缺 口定位 为使工件可靠 的与定位座4中央的长方 形凸块接触 设置了四 个浮动支承3 转动手柄 5 小齿轮6带动滑柱7及 与滑柱相连的钻模板1向 下移动 通过浮动压板2 将工件夹紧 钻模板上有四个固定 式钻套8 用以引导钻头 这种钻模操作方便 迅速 转动手柄使钻模板升降 不仅有利于装卸工 件 还可用钻模板夹紧工件 且自锁性能好 2 滑动式钻模 钻模板固定在可以上下滑动的滑柱上 并通过滑柱 与夹具体相联接 如图是手动式滑柱钻模的通用底座 升降钻模板1通过两根导柱7与 夹具体5的导孔相连 转动操纵手柄6 经斜齿轮4带动齿条轴杆3移 动 使钻模板实现升降 根据不同工件的形状和加工要求 配置相应 的定位 夹紧元件和钻套 便可组成一个滑柱式钻模 图 手动滑柱式钻模通用底座图 手动滑柱式钻模通用底座 1 升降钻模板2 锁紧螺母3 斜齿条轴杆4 斜齿轮 5 夹具体6 操纵手柄7 导柱 3 回转式钻模 钻模体可按一定的分度要求绕某一固定轴 转动 常用于加工同一圆周上的平行孔系或分布在圆周上 的径向孔 有立轴 卧轴 斜轴三种回转形式 图a 所示是立轴回转式钻模 加工 70圆周上均布的6 10孔 图回转式钻模图回转式钻模 1 夹紧螺母2 开口垫圈3 组合定位销4 定位盘 4 移动式钻模 用于单轴立式钻床 先后钻削工件同一表面 上的多个孔 一般工件和被加工孔的孔径都不大 属小型 夹具 5 翻转式钻模 整个夹具可以带动工件一起翻转 加工工件 不同表面的孔系 甚至可加工定位基准面上的孔 如图是用来加工套筒圆柱面上四个径向小孔的翻转式钻 图图5 44 翻转式钻模翻转式钻模 1 定位销 2 垫圈 3 螺母 6 盖板式钻模 这类钻模没有夹具体 常用于在大型工件上 加工多个平行小孔 一般情况下 钻模板上除了钻套外 还装有定位元件和夹紧装置 加工时只要将它覆盖在工件 上即可 图所示为加工车床溜板箱上多个小孔的盖板式钻模 它以圆柱销2 削边销3在工件两孔中定位 靠三个支承钉4支承在工件的上表面上 当钻模板较重 加工的孔又较小时 加工时可不进行夹紧 图 盖板式钻模图 盖板式钻模 1 盖板2 圆柱销 3 削边销4 支承钉 7 钻模板 钻模板 在各种形式的钻模中 钻模板和钻套是他们共有的 是区别于其他夹具 的特有元件 钻模板是供安装钻套所用 要求具有一定的强度和刚度 以防变形 而影响钻套的位置和导引精度 钻模板的结构及其在夹具上的连接形 式 取决于工件的结构形状 加工精度和生产效率等因素 常见的钻模板 按其与夹具体的联接方式的不同 可分为以下几种类型 1 固定式钻模板固定式钻模板与夹具体可做成连体式 装配式或焊接式 其结构简单 钻孔精度高 但有时装卸工件不方便 2 铰链式钻模板当钻模板妨碍工件装卸或钻孔后需攻螺纹 锪孔等时 可采用如图所示的铰链式钻模板 图 铰链式钻模板图 铰链式钻模板 1 铰链销 2 夹具体 3 铰链座4 支承钉 5 钻模板 6 菱形螺母 3 可卸式钻模板如图所示 钻模板以两孔在夹具体上的圆柱销3和削 边销4上定位 并用铰链螺栓将钻模板和工件一起夹紧 加工完一件 后 将钻模板卸下 才能装卸工件 此类钻模板装卸费时费力 钻套 的位置精度较低 故一般多在使用其它类型钻模板不便于装夹工件时 才采用 图 可卸式钻模板图 可卸式钻模板 1 钻模板 2 夹具体 3 圆柱销 4 削边销 8 钻套 钻套 1 钻套型式的选择和设计 钻套型式的选择和设计 1 钻套型式 钻套是钻模的特有元件 其作用是确定刀具与夹具的相互位 置 引导钻头 扩孔钻或铰刀 以防止加工过程中偏斜 从 而保证被加工孔的位置精度 其结构有以下四种类型 固定钻套 主要用于中小批量生产中 直接装在钻模板中 磨损后不能更换 如图所示 其中 图a 所示为无肩钻套 图b 所示为带 肩钻套 如果需用钻套台肩下端面作装配基面 或者钻模板 较薄以及需要防止钻模板上切屑等杂物进入钻套孔内时 常 采用带肩钻套 可换钻套 在大批量生产中使用 当钻套磨损后 为更换 钻套方便 常采用如图所示的可换钻套 为避免更换钻套 时钻模板磨损 钻套与钻模板之间加一衬套 并用螺钉固 定钻套 快换钻套当被加工孔需要依次进行钻 扩 铰孔或加工台阶孔 攻螺纹等多工步加工时 应采用快换钻套 以便迅速更换不同内径的 钻套 如图所示 更换钻套时 不需拧松螺钉 只要将钻套反转过一 定角度 使削边 或缺口 对准螺钉头部即可取出 特殊钻套 如果受工件的形状或加工孔位置的分布等限制不能采用上 述标准钻套时 可根据需要设计特殊结构的钻套 图5 51所示为几种 特殊钻套的结构形式 如图a 所示钻套用于加工沉孔或凹槽上的 孔 图b 所示钻套用于在斜面或圆弧面上钻孔 可防止钻头切人时 引偏或折断 图c 所示钻套用于加工多个近距离孔 图 所示钻套 是在借助钻套作为辅助夹紧时使用 由于要承受夹紧反力 钻套与衬 套用螺纹联接 而且钻套与衬套还要有一段圆柱面配合 以保证引导 孔的正确位置 9 钻套主要结构参数设计钻套主要结构参数设计 在选定了钻套结构类型之后 需要确定钻套的内孔尺寸及其它相关尺寸 钻套导向高度H见图 钻套导向高度尺寸H的大小对刀具的导向作用和 钻套与刀具之间的摩擦影响很大 H较大时 导向性能好 但刀具与钻 套之间的摩擦较大 H过小 则导向性能不良 一般情况下 取H 1 2 5 d 对于加工精度要求较高的孔或直径小 刀具刚性差的孔取较大的 值 反之 可取较小的值 钻套内孔直径尺寸 一般钻套内孔的基本尺寸应等于刀具的最大极限尺 寸 与刀具之间取基轴制间隙配合 当所加工孔的精度低于IT8级时 钻 套内孔可按F8或G7加工 加工孔精度高于IT8级时 则按H7或G6加工 图 钻套的导向尺寸及排屑间隙图 钻套的导向尺寸及排屑间隙 钻套与工件间的排屑间隙h 如上一页图所示 此间隙不宜 过大 否则会影响钻套的导向作用 但也不能太小 否则 切屑不易顺利排出 尤其是加工塑性材料时 易阻塞在工 件与钻套之间而影响正常加工 一般取h 1 3 1 D 加工铸铁和黄铜等脆性材料时 h取小值 对于钢质工 件 h取大值 孔的位置精度要求较高时 允许h取小值或 h 0 加工深孔时 要求排屑顺利 一般h不小于1 5D 在斜面上钻孔或钻斜孔时 h值应尽可能取小些 自动线夹具的种类取决于自动线的配置形式 主要有固 定夹具和随行夹具 1 固定夹具 固定夹具用于工件直接输送的生产自动线 通常要求工 件具有良好的定位和输送基面 例如箱体零件 轴承环等 此类夹具在结构应具有自动定位 夹紧及相应的安全联 锁信号装置 设计中应保证工件的输送方便 可靠与切屑的 顺利排除 第六节 现代机床夹具第六节 现代机床夹具 一 自动线夹具 为适应多品种 中小批量生产 发展了组合夹具 通用可调夹具和成组夹具 数控机床夹具 2 随行夹具 随行夹具用于工件间接输送的自动线中 主要适用于工件 形状复杂 没有合适的输送基面 或者虽有合适输送基面 但 属于易磨损的非铸材料工件 使用随行夹具可避免表面划伤与 磨损 随行夹具在自动线上的输送和返回是自动线设计的一个重要环 节 返回形式有 垂直下方返回 垂直上方返回 斜上方或斜 下方返回形式 设计随行夹具时应考虑的主要问题 1 工件在随行夹具中的夹紧方法 设计随行夹具时应考虑的主要问题 1 工件在随行夹具中的夹紧方法 随行夹具中大多采用螺旋夹紧机构夹紧工件 主要是由于 螺旋夹紧机构自锁性能好 在随行夹具的输送过程中不易 松动 为减轻劳动强度 缩短辅助时间 常选用气动或电 动夹紧 2 随行夹具在机床夹具中的夹紧方法2 随行夹具在机床夹具中的夹紧方法 随行夹具采用 一面两孔 的定位方式 常用的夹紧方 法有三种 夹紧在随行夹具底板的周边上 由上向下夹紧 在工件或随行夹具的某机构上 由下向上夹紧 3 随行夹具的定位基面和输送基面的选择3 随行夹具的定位基面和输送基面的选择 随行夹具的地面既是定位基面又是输送基面 设计时要 求随行夹具的底面的耐磨性 保证定位准确 并能长久保 持精度 4 随行夹具的精度问题4 随行夹具的精度问题 一批随行夹具要求具有严格的互换要求 5 排屑和清洗5 排屑和清洗 随行夹具在自动线上循环输送 同时带着切屑与冷却液 进入备加工位置 因而影响随行夹具的准确定位 必须采 用一定的保护措施 此外 常在自动线末端或返回输送带 上设置清洗工位 经过隧道或清洗箱进行清洗 6 随行夹具结构的通用化6 随行夹具结构的通用化 随行夹具大多采用一面两孔的统一定位方法 但是自 动线加工的对象不相同 实现随行夹具通用化比较难 可 把随行夹具分为通用底板和专用结构两部分 这样可使随 行夹具结构通用化 也使自动线的机床夹具通用化 随行 夹具的输送装置结构通用化 从而提高整个自动线的通用 化程度 组合夹具是在夹具元件高度标准化 通用化 系列化的基础上发展起 来的一种夹具 组合夹具由一套预先制造好的 具有各种形状 功用 规格和系列 尺寸的标准元件和组件组成 根据工件的加工要求 利用这些标准元 件和组件组装成各种不同夹具 组合夹具由一套预先制造好的 具有各种形状 功用 规格和系列 尺寸的标准元件和组件组成 根据工件的加工要求 利用这些标准元 件和组件组装成各种不同夹具 二 组合夹具 组合夹具的特点组合夹具的特点 1 确定采用组合夹具后 不需要设计夹具图样 只须填写组 合夹具任务单 连同产品图样 工艺规程和坯件实物送组装 室组装 组装后的夹具送车间给操作者使用 使用完后交 还 由组装室清点并拆开夹具 清洗元件 归类存放 2 组合夹具的元件要重复多次使用 但组装成某一夹具后 一般为某工件的某道工序使用 所以组合后的结构是专用 的 只能一次使用 3 组合夹具由标准元件组装而成 元件还需多次重复使用 除一些尺寸可采用调节方法保证外 其他精度都靠元件精度 组合来直接保证 不允许进行修配或补充加工 因此要求元 件的制造精度高以保证其互换性 而且还需耐磨 4 组合夹具的各元件直接采用键定位和螺栓紧固的连接 其刚性不如整 体结构好 尤其是连接处结合面间的接触刚度是一个薄弱环节 组装 时应注意提高夹具的刚度 5 组合夹具各标准元件的尺寸系列的级差是有限的 使组装成的夹具尺 寸不能像专用夹具那样紧凑 体积较为笨重 组合夹具的优点 组合夹具的优点 1 对多品种 中小批量生产 使用专用夹具不经济 对加工 要求高的关键零件 不采用夹具又难以保证加工质量 采 用组合夹具可解决这个矛盾 另外ia 对新产品试制和产 品对象经常变换的生产 采用组合夹具既能保证加工质 量 又能节约夹具费用 充分发挥组合夹具的优势 2 夹具设计 制造劳动量在整个生产准备中占有较大的比重 采用组合夹具后不需要专门设计制造夹具 节约设计和制 造夹具的工时 材料和制造费用 缩短生产准备周期 通用可调夹具 通用可调夹具 通过调节或更换在通用底座上的某些可调节 或可更换元件 以装夹不同类夹具的工件 成组夹具 成组夹具 根据成组工艺的原则 针对一组相似零件而设计 的由通用底座和可调节或可更换元件组成的夹具 两者特点 两者特点 1 结构上 两者相似 都具有通用底座固定部分和可调节 或可更换的变换部分 2 在设计时 通用可调夹具的应用对象不明确 只提出一 个大致的加工规格和范围 成组夹具使根据成组工艺 针对某一组零件的加工而设 计的 应用对象十分明确 三 通用可调夹具和成组夹具 数控机床夹具的特点是在加工时 机床 刀具 夹具和工件之 间应有严格的相对坐标位置 所以数控机床夹具在机床上应 相对数控机床的坐标原点具有严格的坐标位置 以保证所装 夹的工件处于规定的坐标位置上 数控机床夹具的特点 数控机床夹具在机床上应 相对数控机床的坐标原点具有严格的坐标位置 以保证所装 夹的工件处于规定的坐标位置上 数控机床夹具的特点 1 数控机床夹具常采用网络状的固定基础板 2 数控机床夹具的夹紧装置要求结构简单紧凑 体积小 采 用机动夹紧方式 以满足数控加工的要求 经常采用高压 10 25MPa 小流量液压夹紧系统 3 其结构的实质是通用可调夹具和组合夹具的组合和发展 其固定基础板部分和可换部分的组合是通用可调夹具组成原 理的应用 而其元件和组件高度标准化与组合化 使组合夹 具标准元件的演变和发展 四 数控机床夹具 a 分布有网络状的定位孔和紧固螺孔以便安装有关可换定 位元件和其他各类元件以适应零件的加工 当加工对象变 换品种时 只需更换相应的角铁式夹具 b 安装在数控机床工作台的转台上 四面都有网格状的定 位孔和紧固螺孔 上面可安装各类夹具的地板 当加工对 象变换时 只需转台转位 角铁支架式夹具 立方固定基础板 第七节 机床夹具设计的基本步骤第七节 机床夹具设计的基本步骤 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 3 绘制夹具总图 4 确定并标注有关尺寸和夹具技术要求 5 绘制夹具零件图 1 对机床夹具的基本要求对机床夹具的基本要求 对机床夹具的基本要求可总括为四个方面 对机床夹具的基本要求可总括为四个方面 稳定地保证工件的加工精度 提高机械加工的劳动生产率 结构简单 有良好的结构工艺性和劳动条件 应能降低工件的制造成本 考虑上述四方面要求时 应在满足加工要求的前提下 根据具体情况处理好生产率与劳动条件 生产率与经济性的 关系 解决主要矛盾 应在设计过程中深入生产实际进行调查研究 广泛征求 操作者的意见 吸收国内外有关的先进经验 在此基础上拟 出初步设计方案 经过讨论 然后定出合理的方案进行具体 设计 第七节 机床夹具设计的基本步骤第七节 机床夹具设计的基本步骤 2 夹具设计的工作步骤夹具设计的工作步骤 1 研究原始资料 明确设计任务 研究原始资料 明确设计任务 为明确设计任务 首先应分析研究工件的结构特点 材 料