第4章__典型钻床夹具设计

.,机床夹具设计第4章典型钻床夹具设计,南通职业大学机械工程系数控技术教研室,.,钻床夹具的类型。钻床夹具设计要点。钻模对刀误差T的计算。根据零件工序加工要求，选择钻床夹具类型。根据零件工序加工要求，确定定位方案。根据零件特点和生产类型等要求，确定夹紧方案。根据零件加工工序特点和生产类型等要求，确定导向方案。,.,4.1工作场景导入,如图4.1所示，揺臂零件在本工序中需钻14mm孔。工件材料为45钢，毛坯为锻件，中批量生产。,(1)14mm孔轴线到端面A的距离(160.10)mm。(2)14mm孔轴线到孔31H7mm孔轴线为20.25mm。(3)14mm孔对31H7孔的对称度为0.15mm。本任务设计摇臂零件钻14孔钻床夹具如图,图4.1揺臂零件工序图,.,4.2基础知识,4.2.1钻床夹具的主要类型,在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪及攻螺纹时用的夹具，称为钻床夹具，俗称钻模。钻模上均设置钻套和钻模板，用以引导刀具。钻模主要用于加工中等精度、尺寸较小的孔或孔系。使用钻模可提高孔及孔系间的位置精度，其结构简单、制造方便，因此钻模在各类机床夹具中占的比重最大。钻模的类型很多，有固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等。,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,在使用的过程中，固定式钻模在机床上的位置是固定不动的。其主要用于立式钻床上加工直径大于10mm的单孔，或在摇臂钻床上加工较大的平行孔系。,1.固定式钻模,图4.2固定式钻模,1螺钉；2转动开口垫圈3拉杆；4定位法兰；5快换钻套；6钻模板；7夹具体；8手柄；9圆偏心凸轮；10弹簧,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,加工同一圆周上的平行孔系、同一截面内径向孔系或同一直线上的等距孔系时，钻模上应设置分度装置。带有回转式分度装置的钻模称为回转式钻模。,2.回转式钻模,图4.3卧轴回转式分度钻模的结构,1夹具体；2对定销；3横销；4螺套；5手柄；6转盘；7钻套；8定位件；9滚花螺母；10开口垫圈；11转轴,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,这类钻模用于钻削中、小型工件同一表面上的多个孔。移动式钻模平面图如图4.4所示。,3.移动式钻模,图4.4移动式钻模平面图,1夹具体；2固定V形块；3钻模板；4、5钻套；6支座；7活动V形块；8手轮；9半月键；10钢球；11螺钉；12、13定位套,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,三维图如图4.5所示，用于加工连杆大、小头上的孔。,3.移动式钻模,图4.5移动式钻模三维图,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,翻转式钻模主要用于加工中、小型工件分布在不同表面上的孔。,4.翻转式钻模,图4.6翻转式钻模,l夹具体；2定位件；3削扁开口垫圈；4螺杆；5手轮；6销；7沉头螺钉,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,图4.7所示是为加工车床溜板箱上的孔系而设计的盖板式钻模。,5.盖板式钻模,图4.7盖板式钻模l盖板；2圆柱销；3削边销；4支承钉；5把手模,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。,6.滑柱式钻模,l一滑柱；2一齿条滑柱；3一夹具体；4一钻模板；5一齿轮轴；6一手柄；7一套环,图4.8滑柱式钻模的通用结构,.,4.2.1钻床夹具的主要类型,滑柱钻模的应用实例：加工杠杆类零件上的孔。,1支承；2防转定位支架；3定心夹紧套；4钻套,图4.9加工杠杆类零件的滑柱钻模,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,1.钻模类型的选择,(1)在立式钻床上加工直径小于10mm的小孔或孔系、钻模重量小于15kg时，一般采用移动式普通钻模。(2)在立式钻床上加工直径大于10mm的单孔，或在摇臂钻床上加工较大的平行孔系，或钻模重量超过15kg时，加工精度要求高时，一般采用固定式普通钻模。(3)翻转式钻模适用于加工中、小型工件，包括工件在内所产生的总重力不宜超过100N。(4)对于孔的垂直度和孔距要求不高的中、小型工件，有条件时宜优先采用滑柱钻模。(5)对于钻模板和夹具体为焊接式的钻模，因焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般在工件孔距公差要求不高(大于0.1mm)时才采用。(6)床身、箱体等大型工件上的小孔的加工一般采用盖板式钻模。,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,2.钻套保证被加工孔的位置精度提高工艺系统的刚度,1)钻套类型钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类。其中标准钻套又分为固定钻套、可换钻套和快换钻套三种，如图4.10所示。因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计钻套，此种钻套称为特殊钻套。常见的特殊钻套，如图4.11所示。,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,图4-10标准钻套,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,图4.11特殊钻套,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,2.钻套保证被加工孔的位置精度提高工艺系统的刚度,2)钻套的尺寸、公差及材料一般钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸，钻孔时其公差取F7或F8，粗铰孔时公差取G7，精铰孔时公差取G6。若被加工孔为基准孔(如H7、H9)时，钻套导向孔的基本尺寸可取被加工孔的基本尺寸，钻孔时其公差取F7或F8时，铰H7孔时取F7，铰H9孔时取E7。若刀具用圆柱部分导向(如接长扩孔钻、铰刀等)时，可采用配合。,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,钻套的高度H增大时，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧。一般取H=12.5d。排屑空间h是指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的铸铁时，常取h=(0.30.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=(0.71.5)d；工件精度要求高时，可取h=0，使切屑全部从钻套中排出。钻套的材料：当钻套孔径d26mm时，用T10A纲制造，热处理硬度为5864HRC；当钻套孔径d26mm时，用20钢制造，渗碳深度为0.81.2mm，热处理硬度为5864HRC。钻套的材料可参看“夹具手册”。,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,3.钻模板1)固定式钻模板,图4.12固定式钻模板,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,2)铰链式钻模板,图4.13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菱形销,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,3)可卸式钻模板,可卸式钻模板是指钻模板与夹具体分离，钻模板在工件上定位，并与工件一起装卸。,图4.14可卸性钻模板,1钻模板；2夹具体；3圆柱销；4菱形销,费力位置精度低,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,4)悬挂式钻模板,在立式钻床或组合机床上用多轴传动头加工平行孔系时，钻模板连接在机床主轴的传动箱上，随机床主轴上下移动，靠近或离开工件，这种结构简称为悬挂式钻模板。,图4.15悬挂式钻模板,l底座；2钻模板；3弹簧；4导向滑柱；5横梁,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,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，以保证钻套位置的准确性，但又不能设计得太厚太重。注意布置加强肋以提高钻模板的刚度。钻模板一般不应承受夹紧反力。(3)为保证加工的稳定性，悬挂式钻模板导杆上的弹簧力必须足够，以便钻模板在夹具上能够维持足够的定位压力。如果钻模板本身产生的重力超过800N，则导杆上可不装弹簧。,.,4.2.2钻床夹具的设计要点,4.钻模支脚设计,图4.16钻床夹具的支脚,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,刀具与钻套的最大配合间隙Xmax的存在会引起刀具的偏斜，将导致加工孔的偏移量X2：,图4.17钻模对刀误差,式中：B为工件厚度；H为钻套高度；h为排屑空间的高度,工件厚度大时，按X2计算对刀误差，T=X2；工件薄时，按Xmax计算对刀误差，T=Xmax。,.,4.4拓展实训,如图4.23(a)所示为托架工序简图，图4.23(b)所示为托架工件三维图。托架零件在本工序中需钻2M12mm斜孔螺纹的底孔10.1mm。工件材料为铸铝，毛坯为铸件，年产量1000件。,图4.23托架工序简图,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,加工要求：(1)210.1mm孔中心到端面A的距离为105mm。(2)210.1mm孔中心到孔33H7mm孔轴线的距离都为(88.50.15)mm。(3)210.1mm孔轴线与33H7孔轴线的夹角为2520。如何设计托架零件钻210.1mm斜孔分度式钻床夹具？(1)确定托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的类型是斜孔分度式钻床夹具。(2)分析并讨论托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的定位方案两种方案,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,方案一：,图4.24托架零件钻孔夹具定位方案,1活动V形块；2辅助支承钉,以33H7孔、A面及R18mm作定位基面,限制6个自由度,由于方案一基准完全重合，所以定位误差小，但其夹紧装置与导向装置间互相干扰，而且结构较大,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,方案二：,图4.24托架零件钻孔夹具定位方案,3斜楔辅助支承,以33H7孔、C面及R18mm作定位基面,限制6个自由度,虽然工序基准A与定位基准C不重合，但由于尺寸105mm精度不高，故影响不大；另外，此方案结构紧凑，工件装夹方便。,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,(3)托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的定位误差和对刀误差。,计算尺寸(88.50.15)mm定位误差。工件定位孔为33H7()，圆柱心轴为33g6()在尺寸88.5mm方向上的基准位移误差为Y=Xmax=(0.0250.025)mm=0.05mm,工件的定位基准C面与工序基准A面不重合，定位尺寸S=(1040.05)mm，因此B=0.1mm如图4.25(a)所示，B对尺寸88.5mm形成的误差为B=Btan=0.1tg25mm=0.047mm因此尺寸(88.50.15)mm的定位误差为D=Y+B=(0.05+0.047)mm=0.097mm,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,(4)托架零件210.1mm斜孔钻床夹具的夹紧方案。,托架零件钻210.1mm斜孔加工数量年产量为1000件，批量不大，常用手工夹紧机构。为便于快速装卸工件，采用螺钉及开口垫圈夹紧机构，属螺旋夹紧机构，如图4.26所示。,图4.26托架钻孔夹具夹紧方案,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,(5)托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的导向方案。,由于加工的两个210.1mm孔是螺纹底孔，可直接钻出；又因批量不大，故宜选用固定钻套。在工件装卸方便的情况下，尽可能选用固定式钻模板。托架零件钻孔夹具的导向方案如图4.27所示。,图4.27托架零件钻孔夹具导向方案,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,(6)托架零件210.1mm斜孔钻床夹具的分度装置。,由于两个10.1mm孔对33H7孔的对称度要求不高(未标注公差)，因此设计一般精度的分度装置即可，如图4.28所示。回转轴1与定位心轴做成一体，用销钉与分度盘3连接，在夹具体6的回转套5中回转。采用圆柱对定销2对定、锁紧螺母4锁紧。此分度装置结构简单、制造方便，能满足加工要求。,图4.28托架钻孔夹具夹分度方案,l回转轴；2圆柱对定销；3分度盘；4锁紧螺；5回转套；6夹具体,.,4.2.3钻床夹具对刀误差T的计算,(7)托