机械制造装备设计之5——机床夹具设计-哈工大(威海)黄博

机械制造装备设计 哈尔滨工业大学 威海 机器人研究所山东省现代数字化医疗装备高校重点实验室黄博 本课程主要讲述内容 机械制造装备及制造业动态机械制造装备设计方法金属切削机床设计典型部件设计工业机器人设计机床夹具设计物流系统设计机械加工生产线总体设计 机床夹具设计 夹具 在机床上对工件进行加工时 为保证加工精度和提高生产率 使工件在机床上相对刀具占有正确位置的辅助装置 对机械加工质量 工人劳动强度 生产率和生产成本有直接影响 比直接装夹和划线找正等方法更为快捷有效夹具工作的要点使工件在夹具中占有正确的位置 工件在夹具中的定位 夹具对机床有准确的相对位置 夹具相对机床的定位 定位元件的定位工作面对于夹具与机床相联接的表面之间有准确的相对位置 从而满足工件加工面对定位基准的相互位置精度要求 刀具相对定位元件的定位工作面调整到准确位置 保证刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸 对刀 定位始终可靠 需要夹紧 装夹效率 夹具设计 典型夹具看组成 夹具的组成1 定位元件用以确定工件在夹具中的位置2 夹紧装置保持工件在夹具中的既定位置加工过程中不因外力而改变位置3 对刀与导引元件预先调正夹具相对于刀具的位置4 联接元件和联接表面确定夹具在机床上的位置5 夹具体夹具的各种元件 装置联结成一个整体的基础件6 其它装置一些特殊需要而设置的装置 夹具的分类 1 按夹具的应用范围分类 1 通用夹具 指结构 尺寸已标准化 且有较大适用范围的夹具 如车床用的三爪自动定心卡盘 四爪单动卡盘 铣床用的平口钳及分度头等 2 专用夹具 针对某一工件某一工序的加工要求专门设计和制造的夹具 专用夹具适于在产品相对稳定 产量较大的场合应用 3 可调夹具 不对应特定的加工对象 适用范围宽 通过适当的调整或更换夹具上的个别元件 即可用于加工形状 尺寸和加工工艺相似的多种工件 是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具 4 组合夹具 是由一套预先制定好的各种不同形状 不同尺寸规格 具有互换性的标准元件或组件 按照一定的装配约束关系组合而成的 组合夹具常用在单件 中 小批多品种生产和数控加工中 是一种较经济的夹具 5 随行夹具 给自动化生产线专门设计的夹具 夹具的分类 夹具设计 工件在夹具中的定位 定位的概念定位 使工件占据规定的位置夹紧 使该既定位置固定下来安装 是指工件从定位到夹紧的过程首先选择与夹具定位元件接触的表面 即选择工件的定位基准 工件的定位基准一旦选定 则工件的定位方案 夹具的定位元件也就基本确定了 基准零件上用以确定其它点 线 面位置所依据的那些点 线 面 设计基准零件图上用以确定点 线 面位置的基准 定位基准零件加工 测量和装配过程中使用的基准 分为工序基准 定位基准 度量基准和装配基准 夹具设计 工件在夹具中的定位 基准 续 设计基准零件图上用以确定点 线 面位置的基准 定位基准零件加工 测量和装配过程中使用的基准 分为工序基准 定位基准 度量基准和装配基准 几点注意 作为基准的点 线 面在工件上不一定存在 而常常由基准面来体现 基准可以是没有面积的点或线 但基准面一定是有面积的 基准包含尺寸之间的联系和位置之间的关系 如平行度 垂直度等 夹具设计 定位原理 六点定位原理任何一个刚体在空间都有6个自由度 即沿 绕 三个坐标轴的移动和转动 用表示 要完全确定刚体的空间位置 就需要限制其6个自由度 六个自由度可以用夹具上按一定要求布置的六个定位支承点来限制 每个定位支承点限制一个自由度 实现工件在夹具中的位置唯一 夹具设计 定位原理 关于 六点定位 的几个问题 定位限制自由度 几 点 定位不能机械地理解成几个接触点 限制自由度应理解为 定位支承点与工件定位基准面始终保持紧贴接触 定位支承点数目原则上不应超过工件自由度数目 自由度被限制 是指工件在此方向上有确定的位置 不考虑外力的影响 注 定位和夹紧的区别 定位支承点是抽象的 通过具体定位元件来体现 工件应限制几个自由度 由工件加工技术条件来确定 夹具设计 定位状态 完全定位工件的6个自由度均被限制 称为 完全定位 不完全定位 部分定位 工件6个自由度中有1个或几个自由度未被限制 欠定位工件加工时必须限制的自由度未被完全限制 不能保证工件的正确安装 不允许 过定位 重复定位 工件某一个自由度 或某几个自由度 同时被两个 或两个以上 定位支承点限制 夹具设计 重复定位 平面定位正常三点决定一个平面 若四点则过定位粗糙平面采用四点 不合理 精基准平台 则无碍 甚至有利 夹具设计 重复定位 套筒类工件加工时 常以内孔与端面组合作为定位基准AB之间垂直度很高时 没问题形式上属于重复定位 但是定位支承点之间并末产生干涉 AB之间垂直度低 则有问题工件一旦被夹紧 就可能使工件或心轴产生变形 重复限制同一自由度的定位支承点互相产生了干涉 夹具设计 重复定位 套筒类工件加工 重复定位解决方案长心轴与小端面支承凸台组合 定位以长心轴为主 短心轴与大端面支承凸台组合 定位以大端面为主 长心轴与浮动端面组合 定位以长心轴为主 夹具设计 重复定位 连杆加工大头孔的定位情况在夹紧力的作用下 必然会造成连杆或长销l弯曲变形 降低大头孔与小头孔的位置精度定位方案的选择要点 工件形状特点导致某些方向自由度没必要限制 则可不必限制 加工特点使得某些自由度不影响加工精度 则可不必限制 保证加工要求后 限制自由度越少越好 有利于夹具结构简单 在实际加工中 对工件限制的自由度数目一般不少于三个 欠定位是不允许的 是否采用重复定位 应具体情况具体分析 有利于减小加工误差时 可采用重复定位 夹具设计 常见定位元件 定位元件的设计要求要有与工件相适应的精度 要有足够的刚度 不允许受力后发生变形 要有耐磨性 以便在使用中保持精度 一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火 硬度为58 62HRC定位方式 平面定位 圆孔定位 外圆柱定位等 平面定位 典型定位之一 利用工件上一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式 如箱体 支架 机座 板盘类零件的加工 多用平面定位 平面定位的主要形式是支承定位 所用的定位元件称为基本支承有支承钉 支承板 及平面等基本支承包括固定支承 可调支承 自位支承 夹具设计 常见定位元件 平面 支承定位固定支承支承钉支承钉与夹具体孔的配合可取H7 n6或H7 r6 如用衬套则支承钉与衬套内孔的配合可取H7 js6支承板多用于工件上已加工表面的定位 有时可用一块支承板代替两个支承钉A型结构简单 但埋头螺钉处易堆积切屑 故用于工件侧面或顶面定位B型支承板可克服这一缺点 主要用于工件的底面定位 夹具设计 常见定位元件 平面 可调支承 限制一个自由度 顶端位置可在一定高度范围内调整的支承 多用于未加工平面的定位 以调节和补偿各批毛坯尺寸的误差 一般每批毛坯调整一次 平面 自位支承 浮动支承 相当于1个定位支承位置能在定位过程中自动适应工件定位基面位置变化 多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的平面的定位 辅助支承 不起定位作用提高工件的刚度和定位稳定性 在定位支承对工件定位后才参与支承 夹具设计 常见定位元件 圆孔定位 套筒 法兰盘 拨叉等以孔作为定位基准 采用的定位元件有定位销 圆锥销 定位心轴等 定位销定位销头部应做出倒角或圆角 以便于装入工件定位孔 定位销主要用于直径小于50mm的中小孔定位一般精度 固定部分 H7r6或H7n6 工作部分g5 g6 f6 f7 圆锥销工件孔端的定位可限制工件三个自由度 夹具设计 常见定位元件 圆孔定位 定位心轴心轴定心精度高 但装卸费时 有时易损伤工件孔定位时 工件楔紧在心轴上 多用于车或磨同轴度要求高的盘类零件类型 间隙配合心轴 过盈配合心轴 小锥度心轴 弹性心轴等 芯轴一般限制的自由度为四个 过盈芯轴定位的定心精度都比较高 但工件的安装比较麻烦 所以在定心精度要求较高时一般均使用小锥度芯轴 带小轴肩的芯轴多限制一个自由度 带大轴肩的芯轴产生过定位 弹性芯轴结构最复杂 适于定心精度要求较高 生产量较大零件 实际应用中圆柱孔常与平面组合定位若为短孔 应与大平面组合 并以大平面为第一定位基准若为长孔 则与小平面组合 并以孔中心线为第一定位基准 夹具设计 常见定位元件 外圆柱面定位 轴套类零件等类型有 V形块 定位套 半圆定位座 定心装置等 V型块在V形块上定位时 工件具有自动对中作用D 标准心轴直径 即工件定位用外圆直径 mm H V形块高度 mm N V形块的开口尺寸 mm T 对标准心轴而言 V形块的标准高度 V形块两工作平面间的夹角 夹具设计 常见定位元件 外圆定位 定位套筒定位套筒内孔支承工件外圆表面定位 套筒自身定于夹具体 定位元件结构简单 但定心精度不高 当工件外圆与定位孔配合较松时 还易使工件偏斜常采用套筒内孔与端面一起定位 以减少偏斜 若工件端面较大 为避免过定位 定位孔应做短些 夹具设计 常见定位元件 外圆定位 半圆孔下半圆部分装在夹具体上 起定位作用 上半圆部分装在可卸式或铰链式盖上 起夹紧作用 适用于大型轴类工件的定位 外圆定位 定心定位以外圆柱面的中心线为定位基准 夹具定位元件与外圆柱面保持接触 将其中心线确定在要求的位置上 多属于定心夹紧机构 定心的同时 能将工件夹紧的机构 若工件尺寸一致性好 则弹性夹头速度较快 卡爪卡盘以适应尺寸范围宽的加工工件 夹具设计 工件以组合表面定位 组合表面定位实际加工过程中 工件往往是以几个表面同时定位的 之1 一面二孔定位 一个平面和两个与其垂直的孔的组合 在箱体 连杆 盖板等类零件加工中 常采用这种组合定位两圆柱销重复限制了沿 方向的移动自由度 属于过定位 工件上两孔的孔心距和夹具上两销的销心距均会有误差 相互干涉 解决途径 削边销等 夹具设计 工件以组合表面定位 组合定位之2 一个平面和两个与其垂直的外圆柱面的组合工件在垂直平面定位后 再将工件左端用圆孔或V形块定位 工件右端外圆所用的V形块须做成浮动结构 使其只能限制工件一个自由度 否则就会出现过定位 之3 一个孔和一个平行于孔中心线的平面的组合图中所示两个零件 均需以大孔及底面定位 加工两小孔 避免过定位 并保证工件要求的方案 图a零件选用图 定位方案 图b零件选用图d定位方案 夹具设计 常用定位元件 夹具设计 常用定位元件 夹具设计 常用定位元件 夹具设计 常用定位元件 夹具设计 常用定位元件 定位分析 找与工件表面接触的元件 根据零件表面形状和零件的加工要求分出定位元件和夹紧元件夹紧一般不改变零件定位状态 夹紧有施力机构或作用力符号 根据典型表面 元件类型分析各定位元件限制的自由度 夹具设计 常用定位元件 定位分析实例 夹具设计 定位误差分析 定位误差 工件的一组定位基准与夹具上相应的定位元件相接触或相配合 概念 用夹具装夹一批工件时 由于定位不准确引起该批工件某加工精度参数的误差 含尺寸 位置误差 问题1 对一批工件而言 每个工件在尺寸 形状 表面形态上都存在着在允许范围内的误差 问题2 定位元件存在制造误差 后果 使用夹具定位 采用调整法加工一批工件时的结果多种多样 问题3 定位基准和工序基准不重合 加工质量不仅取决于本道工序的加工质量 且与相关工序的质量有关问题4 便于装夹而预留的定位元件与工件之间的间隙 间隙方向的不确定将影响到工件的定位质量 夹具设计 定位误差分析 误差成因 总误差 夹具在机床上的安装和调整误差 工件在夹具中的定位误差和夹紧误差 工艺系统的弹性变形和热变形误差 机床和刀具的制造误差及磨损误差应满足 总 T T为工件被加工尺寸的公差要求 总 DW AT GC DW 定位误差 只与工件的定位有关的加工误差 它是设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量 AT 安装调整误差 包括夹具在机床上的装夹误差 机床调整误差 夹紧误差以及机床和刀具的制造误差等 GC 加工过程误差 包括工艺系统的弹性变形和热变形误差以及磨损误差等 对定位方案进行分析时 假设上述三项误差各占工件公差的1 3 有 DW T 3 夹具设计 定位误差分析 定位误差 DW的组成 1 基准不重合误差 JB工序基准与定位基准不重合而引起的工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动当设计基准的变动方向与加工尺寸的方向存在夹角时 JB等于定位基准与设计基准之间所有尺寸的公差和在加工尺寸方向上投影 方向相同时 JB等于定位基准与设计基准之间所有尺寸的公差和 加工顶面2 以底面和侧面定位 定位基准和设计基准重合 JB 0加工台阶面1 定位基准为底面3 而设计基准为顶面2 基准不重合 即使本工序刀具以底面为基准调整得绝对准确 且无其它加工误差 仍会由于上一工序加工后顶面2在H H范围内变动 导致加工尺寸A A变为A A H 基准不重合误差 JB 2 H 夹具设计 定位误差分析 定位误差 DW的组成 2 基准位置误差 JW定位元件和工件的制造误差而引起的定位基准在加工尺寸方向上的最大位置变动例 工件以圆柱孔在水平放置的心轴上定位铣键槽理想状态 左 定位副无间隙配合实际情况 右 定位副有制造误差并预留有间隙该批工件定位基准的最大位置变动量 在圆柱孔和心轴间有最大间隙时 夹具设计 定位误差分析 定位误差的合成计算基准位置误差和基准不重合误差是彼此独立存在的误差 分别求基准位置误差与基准不重合误差 根据它们的作用方向对工序尺寸产生影响的极端情况 将其合成为定位误差 矢量合成 若设计基准不在定位基面上 设计基准与定位基面为彼此独立表面 即基准不重合误差与基准位移误差无相关公共变量 DW JW JB若设计基准在定位基面上 即基准不重合误差与基准位移误差有相关的公共变量 DW JW JB 夹具设计 定位误差分析 续上图对H2尺寸 加工面到中心线 JW为定位基准线O的在加工方向的最大变动量 即O1O2所以 JB O1O2 O1C O2C对H1尺寸 加工到上母线 由于 JB 0 JW 0 DW JW JB JW O1O2 O1C O2C JB 则 DW JW JB DW Aa AO1 O1O2 aO2 定位误差随工件误差的增大而增大 与V形块夹角有关 随 增大而减小 但定位稳定性变差 一般取 90 夹具设计 定位误差分析 常见定位误差计算 平面定位工件定位面与定位元件的工作面是平面接触 二者几何位置变化一般不考虑 即 JW 0精基准平面时 确实很小 可忽略不计 粗基准平面时 有 JW 但因要求也不高 所以一般仍忽略 定位误差 DW JB联系两基准面的尺寸称为定位尺寸 定位尺寸公差就是基准不重合误差 夹具设计 定位误差分析 常见定位误差计算 内孔定位工件孔与定位心轴 或销 间隙配合 DW JB JW心轴垂直放置 按最大孔和最销轴求得孔中心线位置的变动量为 JW D d min max 最大间隙 水平放置 孔中心线的最大变动量 在铅垂方向上 即为 定 JW OO 1 2 D d min Dmax 2 dmin 2 max 2过盈配合时 垂直或水平放置 时的定位误差 JW 0 对H1尺寸 定位基准重合 JB 0 对H2尺寸 JB d 2 夹具设计 定位误差分析 常见定位误差计算 以外圆表面定位工件外圆直径有偏差时 工件轴线在V形块中心线上下偏移 工件设计基准一般有三种情况 即 设计基准分别为A B C设计基准A V形块是对中定心元件 所以 JB 0 设计基准B JB Lb K 2 DW JW JB设计基准C JB Lb K 2 DW JW JB 因方向相反 夹具设计 定位误差分析 提高工件定位精度的措施消除或减少基准不重合误差要正确选择定位基准 尽可能与工序基准重合 消除或减少基准位移误差 1 选择精度高 位置误差小的表面为定位基准 尤其是组合定位中的第一基准 位置误差要小 2 选用位置误差小的定位元件 提高定位元件间的位置精度 3 提高工件定位表面与定位元件的配合精度 减小或消除配合间隙来减小基准位移误差 定位误差分析 作业 有一批如图所示的工件 外圆 内孔和两端面均已加工合格 并保证外圆对内孔的同轴度误差在范围内 按图示的定位方案 用心轴定位 在立式铣床上用顶尖顶住心轴铣键槽 除槽宽要求外 还应保证下列要求 1 槽的轴向位置尺寸 2 槽底位置尺寸 3 槽子两侧面对外圆轴线的对称度公差试分析计算定位误差 判断定位方案的合理性 图3 28心轴定位内孔铣键槽定位误差的计算 定位误差分析 范例解答 定位误差分析 范例解答 夹具设计 夹紧 夹紧装置的组成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 夹紧机构最终夹紧工件的执行元件 即夹紧元件 以及将原始作用力或操作者的人力传递给夹紧元件的中间递力机构夹紧装置的设计要求满足加工要求 不破坏工件定位 夹紧变形在允许的范围之内效率高 迅速夹紧工艺性好 结构简单紧凑 制造维修方便 尽量采用标准件操作方便 省力 安全 夹具设计 定位误差分析 夹紧力的确定确定夹紧力就是确定夹紧力的大小 方向和作用点三个要素 1 夹紧力方向的确定 1 夹紧力方向应朝向主要定位基准面 2 夹紧力应朝向工件刚性较好的方向 使工件变形尽可能小 3 夹紧力方向应尽可能实现 三力 同向 以利于减小所需的夹紧力 2 夹紧力作用点的确定 1 夹紧力作用点应落在定位元件上或几个定位元件形成的支承区域内 2 夹紧力作用点应作用在工件刚性较好的部位上 3 夹紧力作用点应尽量靠近加工部位 3 夹紧力大小的确定大小要适当 太小难夹紧 太大将增大结构尺寸与工件变形 影响加工质量 夹具设计 典型夹紧机构 斜楔夹紧机构斜锲角度一般为6 8度 便于自锁有扩力出力装置 则可大一些优点 有扩力作用 扩力比3左右 方便地改变出力方向90度 缺点 楔角小 从而行程较长 夹具设计 典型夹紧机构 螺旋夹紧机构结构简单 夹紧可靠扩力比大 ip 80 夹紧行程不受限制夹紧动作慢 辅助时间长 效率低 夹具设计 典型夹紧机构 偏心夹紧机构偏心轮回转时半径逐渐增大 而产生夹紧力与斜楔夹紧类似 只是楔角变化 特性 夹紧力小 自锁性能差夹紧行程小夹紧动作快 效率高应用场合 切削力小 无振动 工件尺寸公差不大的场合 夹具设计 典型夹紧机构 铰链夹紧机构动作迅速 增力比大 易于改变力的方向 自锁性差 一般用于气动 液压夹紧 需仔细进行铰链 杠杆受力分析 运动分析等 考虑必要的浮动 调整环节 夹具设计 典型夹紧机构 定心夹紧机构夹紧的过程中保证圆心定位 一般来说 等速位移原理 均分工件定位面的尺寸误差均匀弹性变形原理 弹性心轴 弹性筒夹等 夹具设计 典型夹紧机构 联动夹紧机构单一力源实现多点 多向同时夹紧应用场合 工件多点同时夹紧 多个工件同时夹紧 工件先可靠定位再夹紧 先锁定辅助支承再夹紧 多件联动夹紧机构一般有平行式机构和连续式机构右下方与右上方分别是平行式与连续式 夹具设计 动力装置 动力装置气动夹紧装置夹紧力较小 0 4 0 6MPa工作压力 噪音大 有气源的则比较方便 液压夹紧6Mpa左右工作压力 紧凑有力 噪音小 常用 真空夹紧适合铝 铜等薄板及薄壳工件电磁夹紧惯性力 弹性力等 夹具设计 夹具的其他装置 导向装置 钻套 镗套等 增加钻头或镗杆的支承 以提高其刚度 确保孔的位置精度对刀装置刀具与工件加工面的位置准确调整 对定装置夹具在机床上的定位 固定 夹具设计 夹具设计步骤 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 夹紧方案和引导方案 确定其他元件或装置的结构型式 如定向键 分度装置等 合理布置各元件或装置 确定夹具体和夹具的总体结构 3 绘制夹具总装配图 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 最后绘出夹具体 并填写明细表及标题栏 标注有关的尺寸 公差和技术要求 4 绘制夹具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 夹具设计 设计过程示例 夹具设计实例 A 工件图B 设计定位装置C 设计钻套D 设计夹紧装置E 总装配图 夹具设计 车床夹具 车床夹具类型1 卡盘类车床夹具 大都是回转体或对称零件 2 角铁式车床夹具 两种情况 1 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的位置关系 2 由于工件外形的限制 必须采用半圆孔或V形块定位件 3 花盘式车床夹具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是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 4 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 夹具设计 车床夹具 车床夹具的设计要点 一般与机床主轴联接 工作时高速回转 精度之外 还应考虑 夹具的结构应力要求紧凑 轮廓小 重量轻 且重心靠近回转轴线 夹具应有平衡措施 以减小振动等不利影响 平衡块位置可调 夹紧装置除应使夹紧迅速 可靠外 还应注意夹具旋转的惯性力不应使夹紧力由较小的趋势 以防回转过程种夹紧元件松脱 夹具上的定位 夹紧元件及其他装置不应大于夹具体的直径 靠近夹紧外缘的元件 不应该有突出的棱角 必要时应加防护罩 车床夹具与主轴联接精度对夹具的回转精度有决定性的影响 因此回转轴线与车床主轴轴线要有尽可能高的同轴度 当主轴有高速转动 急刹车等情况时 夹具与主轴之间的联接应该有防松装置 在加工过程中 工件在夹具上应能用量具测量 切屑能顺利排出 夹具设计 车床夹具 实例研究原始资料 明确设计任务 40的孔 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XY轴向转动 夹具设计 车床夹具 定位方案的设计固定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 夹具设计 车床夹具 夹紧方案的设计比如 根据零件的定位方案 采用移动压板式螺旋夹紧机构 夹具设计 车床夹具 夹具体的设计及连接 形成总装图和工程图比如 采用销钉固定 轴孔连接等 该方案不够好 夹具设计 铣床夹具设计 铣床夹具类型1 直线进给铣床夹具 可加工平面 直角面和各种槽等 2 圆周进给的铣床夹具 配合高效夹紧 生产率高 可加工平面 3 靠模仿形铣床夹具 主进给运动和由靠模获得辅助运动实现仿形铣床夹具的设计要点铣削特点 一般不是连续切削 极易产生铣削振动 铣削特点 加工余量一般较大 铣削力也较大 且方向是变化的 1 夹具要有足够的刚度和强度 2 夹具要有足够的夹紧力 夹紧装置自锁性要好 3 夹具的重心应尽量低 高度与宽度之比应不大于1 1 25 4 要有足够的排屑空间 切削和冷却液能顺利排除 5 铣床夹具应设置定位键和对刀装置 6 定位键与工作台T型槽可用单面贴合 7 两定位键的距离应尽量远一些 小型夹具可只用一个长矩形键 夹具设计 铣床夹具设计 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 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 夹具设计 铣床夹具设计 定位方案 定五个位 限制六个自由度 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 夹具设计 铣床夹具设计 确定夹紧方案螺旋夹紧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 夹具设计 铣床夹具设计 分度机构选用 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 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 夹具设计 铣床夹具设计 夹具体和定位键为保证夹具在工作台上安装稳定 应按照夹具体的高度比不大于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 夹具设计 铣床夹具 装配图及工程图 夹具设计 钻床夹具 钻床夹具简称钻模 类型有 1 固定式钻模多为大型钻模 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 2 回转式钻模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 一般配合采用回转式分度装置 待加工孔是互相平行的轴向孔或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 3 翻转式钻模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 还有 覆盖式 移动式 滑柱式等 夹具设计 钻床夹具 钻套 钻套又称为导套 作用是引导并确定刀具的位置和方向 类型 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 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 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 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 夹具设计 钻床夹具 研究原始资料 明确设计任务加工零件 杠杆加工任务 加工杠杆臂上两个相互垂直的 10mm和 13mm孔 夹具设计 钻床夹具 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 定位销 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 夹具设计 钻床夹具 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 夹具设计 钻床夹具 夹紧方案设计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 夹具设计 钻床夹具 夹具体与总装图 夹具设计 镗床夹具 镗床夹具导向支架的布置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 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 双面单导向 导向支架分别装在工件两侧 镗杆与机床主轴浮动连接 双面双导向 适于专用双面镗床 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 应增加中间导向装置 适用于安装面敞开的工件 镗套设计固定式镗套 外形尺寸小 结构