第2章 24 机床夹具之夹具设计

1、2022-5-25武汉理工大学机电工程学院1/562-3 2-3 机床夹具机床夹具 一、一、夹具概述夹具概述二、基准及其分类二、基准及其分类三、工件在夹具中的定位三、工件在夹具中的定位四、常见的定位方式及定位元件四、常见的定位方式及定位元件五、定位误差分析五、定位误差分析六、工件在夹具中的夹紧六、工件在夹具中的夹紧七、夹具设计七、夹具设计2022-5-25武汉理工大学机电工程学院2/56七、七、夹具设计夹具设计1 1、夹具设计的基本要求夹具设计的基本要求2 2、夹具设计的步骤夹具设计的步骤3 3、夹具设计实例夹具设计实例2022-5-25武汉理工大学机电工程学院3/561 1、夹具设计的基本要

2、求、夹具设计的基本要求q能稳定保证工件的加工精度；能稳定保证工件的加工精度；q能提高劳动生产率能提高劳动生产率, ,降低工件的制造成本；降低工件的制造成本；q结构简单结构简单, ,操作方便操作方便, ,安全和省力；安全和省力；q便于排屑；便于排屑；q有良好的结构工艺性有良好的结构工艺性, ,便于夹具的制造、装配、便于夹具的制造、装配、检验、调整和维修。检验、调整和维修。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院4/562、夹具设计的步骤第一步第一步， 明确设计要求，收集有关资料明确设计要求，收集有关资料熟悉熟悉加工零件图加工零件图，毛坯图毛坯图和和工艺规程工艺规程等文件；掌握本工序的等文件；掌

3、握本工序的加工加工技术要求技术要求。了解所用了解所用机床机床、刀具刀具、辅助工具辅助工具、检验量具检验量具的有关情况；的有关情况； 了解生产批量。了解生产批量。掌握有关掌握有关零部件标准零部件标准（国标、部标、厂标），（国标、部标、厂标），典型夹具图册典型夹具图册等。等。了解有关本了解有关本企业制造企业制造、使用夹具使用夹具情况，了解本厂制造夹具的能力情况，了解本厂制造夹具的能力与经验等。与经验等。 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院5/56第二步第二步，确定夹具结构方案，绘制结构草图，确定夹具结构方案，绘制结构草图(1) 确定工件的确定工件的定位方案定位方案，计算定位误差，确定定位装

4、置；，计算定位误差，确定定位装置；(2) 确定工件的确定工件的夹紧方案夹紧方案，计算夹紧力，确定夹紧机构形式；，计算夹紧力，确定夹紧机构形式； (3) 确定夹具确定夹具其它组成部分其它组成部分（如对刀装置、分度装置等）的结构方案；（如对刀装置、分度装置等）的结构方案；(4) 绘制绘制草图草图。确定夹具结构方案的过程中，应注意夹具的精度和经济性。确定夹具结构方案的过程中，应注意夹具的精度和经济性。 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院6/56第三步第三步，绘制夹具总装配图，绘制夹具总装配图选择视图关系，绘制夹具总装配图。选择视图关系，绘制夹具总装配图。通常主视图尽可能选取与操作者对着的位置

5、，以利于装配、检查。通常主视图尽可能选取与操作者对着的位置，以利于装配、检查。 用双点划线绘制出被加工零件的轮廓及加工、定位、夹紧表面，用网纹用双点划线绘制出被加工零件的轮廓及加工、定位、夹紧表面，用网纹线绘制出加工余量；夹紧机构应处在夹紧位置。线绘制出加工余量；夹紧机构应处在夹紧位置。标注总装配图上的尺寸和技术要求。如外形轮廓尺寸、可动部分的标注总装配图上的尺寸和技术要求。如外形轮廓尺寸、可动部分的极限位置尺寸、配合尺寸、相关尺寸、特性尺寸、联系尺寸等。极限位置尺寸、配合尺寸、相关尺寸、特性尺寸、联系尺寸等。相关尺寸相关尺寸是指在夹具上的对刀元件与定位元件之间的联系尺寸；对是指在夹具上的对刀

6、元件与定位元件之间的联系尺寸；对刀元件与对刀元件之间的联系尺寸；定位元件与定位元件之间的联系尺刀元件与对刀元件之间的联系尺寸；定位元件与定位元件之间的联系尺寸等。寸等。 特性尺寸特性尺寸是夹具设计中用来保证夹具的某项功能的尺寸，如偏心是夹具设计中用来保证夹具的某项功能的尺寸，如偏心夹紧机构的偏心距、楔块的自锁升角、削边销的销边尺寸等。夹紧机构的偏心距、楔块的自锁升角、削边销的销边尺寸等。联系尺寸联系尺寸是夹具与机床之间的联系尺寸，如夹具与车床主轴连接是夹具与机床之间的联系尺寸，如夹具与车床主轴连接的定位面尺寸、与铣床的定位面尺寸、与铣床T形槽连接的定向键尺寸等。形槽连接的定向键尺寸等。 第四步

7、第四步，编写零件序号和标准件的明细表，编写零件序号和标准件的明细表第五步第五步，绘制夹具零件图，绘制夹具零件图主要是绘制夹具上专用零件的工作图。在确定这些零件的尺寸、公主要是绘制夹具上专用零件的工作图。在确定这些零件的尺寸、公差或技术要求时，要符合夹具总图的要求。差或技术要求时，要符合夹具总图的要求。 3) 3) 绘制夹具总装配图绘制夹具总装配图q总装配图视图的选择，主视图应选面对操作者的工作位置。q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

8、。q标注有关的尺寸、公差和技术要求。4) 4) 绘制夹具零件图绘制夹具零件图 夹具总装配图中的非标准零件均要绘制零件图, 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。11th2022-5-25武汉理工大学机电工程学院10/563、机床夹具设计实例铣床夹具铣床夹具钻床夹具钻床夹具2022-5-25武汉理工大学机电工程学院11/56(1) 铣床夹具设计2022-5-25武汉理工大学机电工程学院12/56铣床夹具的主要类型 直线进给铣床夹具 可加工平面、直角面和各种槽等。 圆周进给的铣床夹具 配合采用气动或液压等高效夹紧装置，生产率高， 可加工平面，适用于大批量生产。 靠模仿形铣床夹具

9、 机床工作台的主进给运动和由靠模获得的辅助运动形成的仿形运动，采用靠模夹具可在一般万能铣床上加工出所需的成形面。机床夹具机床夹具铣轴端槽的夹具铣轴端槽的夹具2022-5-25武汉理工大学机电工程学院14/56铣床夹具的设计特点和要求 由于铣削过程不是连续切削，极易产生铣削振由于铣削过程不是连续切削，极易产生铣削振动。铣削的加工余量一般较大，铣削力也较大，且方动。铣削的加工余量一般较大，铣削力也较大，且方向是变化的，因此设计时要注意：向是变化的，因此设计时要注意：r 夹具要有足够的刚度和强度；夹具要有足够的刚度和强度；r 夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁性要好夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁

10、性要好r 夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，且作用点和夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，且作用点和施力方向要恰当；施力方向要恰当；r 夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比应不大于夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比应不大于1-1-1.251.25；r 要有足够的排屑空间。切屑和冷却液能顺利排除，必要有足够的排屑空间。切屑和冷却液能顺利排除，必要时可设计排屑孔。要时可设计排屑孔。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院15/56铣床夹具的设计特点和要求 为了调整和确定夹具相对于机床的位置及工件相为了调整和确定夹具相对于机床的位置及工件相对于刀具的位置，铣床夹具应设置定位键和对刀装置：对于刀具的

11、位置，铣床夹具应设置定位键和对刀装置：l定位键与工作台定位键与工作台T T型槽可用单面贴合，当定位精度要求高或是重型槽可用单面贴合，当定位精度要求高或是重型夹具，可在夹具体的侧面设置一个找正基面；型夹具，可在夹具体的侧面设置一个找正基面；l小型夹具可只用一个长的矩形键；小型夹具可只用一个长的矩形键；l两定位键的距离应尽量远一些；两定位键的距离应尽量远一些；l加工没有相对位置要求的平面时，不需设置定位键，但若铣削扭加工没有相对位置要求的平面时，不需设置定位键，但若铣削扭矩较大时，设置定位键可减轻夹紧螺栓的负荷；矩较大时，设置定位键可减轻夹紧螺栓的负荷；l对刀装置应设计在便于对刀的位置，并应在工件

12、的切入一端。对刀装置应设计在便于对刀的位置，并应在工件的切入一端。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院16/56连接元件连接元件2022-5-25武汉理工大学机电工程学院17/56对刀装置对刀装置2022-5-25武汉理工大学机电工程学院18/56铣床夹具设计实例2022-5-25武汉理工大学机电工程学院19/56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工件为一水泵叶轮，要求设计一副铣床夹具, ,用在卧用在卧式铣床上加工两条互成式铣床上加工两条互成9090的十字槽，如图所示的十字槽，如图所示： 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院20/56定位方案的确定确

13、定要限制的自由度l根据加工工序的尺寸根据加工工序的尺寸, ,形状和位置精度要求，工件形状和位置精度要求，工件定位时需限制五个方向的自由度定位时需限制五个方向的自由度: : 沿沿X,Y,ZX,Y,Z方向的方向的水平运动以及绕水平运动以及绕X,Y轴向转动。轴向转动。ZX 确定定位方案：l将加工过的叶轮底面放置在将加工过的叶轮底面放置在一个圆形定位盘上一个圆形定位盘上,以大平面以大平面定位定位,消除消除X,Y方向的转动自方向的转动自由度和由度和Z方方向的平动自由度向的平动自由度。l用一个定位销与叶轮上的孔用一个定位销与叶轮上的孔相配合相配合,以此消除以此消除X,Y的平动的平动自由度。自由度。定位方法

14、：定位方法：l圆柱孔定位和平面定位圆柱孔定位和平面定位2022-5-25武汉理工大学机电工程学院22/56对刀方案 对刀块的选用l加工槽的铣刀需要两个方加工槽的铣刀需要两个方向对刀，故采用直角对刀向对刀，故采用直角对刀块块。l配合配合1mm1mm的塞尺使用（的塞尺使用（1h81h8） 对刀块的位置如图所示。对刀块的位置如图所示。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院23/56夹紧方案的确定 选用螺旋夹紧：l工件以中心孔及底面在定位销工件以中心孔及底面在定位销和定位盘的端面上定位和定位盘的端面上定位, ,并使叶并使叶轮上的叶片与压板头部的缺口轮上的叶片与压板头部的缺口对中对中, ,旋转螺母旋

15、转螺母, ,通过杠杆使两通过杠杆使两块压板同时夹紧工件。块压板同时夹紧工件。l选用移动式弯曲压板选用移动式弯曲压板, ,它的优它的优点是可以实现快速装拆。点是可以实现快速装拆。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院24/56分度装置的确定 选用选用立轴式回转分度装置立轴式回转分度装置, , 由于由于工件的定位夹紧机构尺寸较大工件的定位夹紧机构尺寸较大, ,采用采用分度盘加定位销的分度方案：分度盘加定位销的分度方案：l设计一个分度盘设计一个分度盘, ,盘底有四段斜槽盘底有四段斜槽, ,分度盘与定位盘之间用螺钉固定；分度盘与定位盘之间用螺钉固定；l在夹具体上开一沉头孔在夹具体上开一沉头孔, ,

16、孔中放入销孔中放入销套套, ,销套与定位销配合销套与定位销配合, ,底部有弹簧。底部有弹簧。这样这样, ,当分度盘转动时当分度盘转动时, ,销始终在斜槽销始终在斜槽中运动中运动. .每转过每转过90, ,销就在弹簧的作销就在弹簧的作用上升至最高点用上升至最高点, ,反靠夹紧。反靠夹紧。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院25/56夹具体与定位键l为保证夹具在工作台上为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体安装稳定，应按照夹具体的高度比不大于的高度比不大于1.251.25的原的原则确定其宽度，并在两端则确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。设置耳座，以便固定。l定位键位置如图所示。定位

17、键位置如图所示。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院26/56夹具总装配图返回返回动画演示动画演示铣床夹具铣床夹具1.avi1.avi(2) 钻床夹具设计2022-5-25武汉理工大学机电工程学院28/56钻床夹具的主要类型 钻床夹具简称钻模。钻模借助其上的钻套引导刀具和工件之间的相对位置，提高加工精度和生产效率，在成批大量生产中，已广泛采用钻模来进行加工。2022-5-25武汉理工大学机电工程学院29/56钻床夹具的主要类型固定式钻模固定式钻模 钻模板与钻模体作成一体；或将钻模板固定在钻模体钻模板与钻模体作成一体；或将钻模板固定在钻模体上。这类钻模多为大型钻模，一般在立钻或摇臂钻床上使

18、上。这类钻模多为大型钻模，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。孔系，钻模需要固定在机床工作台。回转式钻模回转式钻模 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，为种。这类钻模的引导元件钻套，一般是固定不动的，为了实现工件在一次安装中进行多工位加工的目的，钻模一了实现工件在一次安装中进行多工位加工的目的，钻模一般采用回转式分度装置。般采用回转式分度装置。2022-5-25武汉理工大学机电工

19、程学院30/56钻床夹具的主要类型翻转式钻模翻转式钻模 整个工件和夹具可以一起翻转，可以用来加工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。同方向的平行孔系，也可以用来加工不同方向的孔。 一种小型夹具；一种小型夹具；在操作过程中，需要用人工进行翻动；在操作过程中，需要用人工进行翻动；钻模的总质量钻模的总质量10Kg10Kg；用于钻同方向上的孔系；用于钻同方向上的孔系；结构特点是用四个支脚来支撑钻模。结构特点是用四个支脚来支撑钻模。 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院33/56钻套类型与设计钻套类型与设计 钻套又称为导套，它的作用是确定刀具的位置

20、和钻套又称为导套，它的作用是确定刀具的位置和方向，即引导刀具进入正确的加工位置，并防止刀具方向，即引导刀具进入正确的加工位置，并防止刀具在加工过程中发生偏斜，提高刀具的刚性，防止加工在加工过程中发生偏斜，提高刀具的刚性，防止加工过程中的振动，从而保证工件的加工质量。由此可见，过程中的振动，从而保证工件的加工质量。由此可见，钻套的选用和设计正确与否，直接影响工件的加工质钻套的选用和设计正确与否，直接影响工件的加工质量。量。 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院34/56 钻套的种类l固定钻套 固定钻套分为无肩钻套和带肩钻套两种形式。这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

21、种钻套的外圆用H7/r6H7/r6或或H7/n6H7/n6的过盈配合压入钻模板的过盈配合压入钻模板或夹具体的底孔内。或夹具体的底孔内。 l可换钻套 可换钻套用可换钻套用H7/g5H7/g5或或H7/g6H7/g6的间隙配合压入衬套孔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内，衬套外圆与钻模板底孔的配合采用H7/n6H7/n6或或H7/r6H7/r6的过盈配合。为了防止钻套随刀具转动或被切削顶出，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。常用螺钉固紧。 可换钻套用于大批量生产中，由于钻套外圆与衬套可换钻套用于大批量生产中，由于钻套外圆与衬套内孔采用间隙配合的关系

22、，其加工精度不如固定式钻套。内孔采用间隙配合的关系，其加工精度不如固定式钻套。 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院35/56 钻套的种类l快换钻套 快换钻套更换迅速，只要将钻套逆时针转过一个角度，使得螺钉的头部刚好对准钻套上的缺口，然后往上一拔，即可从钻模板中取出。他与衬套的配合采用H7/g6或H6/g5的间隙配合。 适用于在一个工序中使用几种刀具（指钻，扩，铰）依次连适用于在一个工序中使用几种刀具（指钻，扩，铰）依次连续加工的情况。续加工的情况。 l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

23、况设计各种形式的特种钻套。准钻套时，就应视具体情况设计各种形式的特种钻套。 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院36/56引导元件引导元件1钻套；2衬套；3钻模板；4压紧螺钉 内径：内径：d=刀具的外径。基轴制刀具的外径。基轴制F7/h6，G6/h5。 高度：高度：H=(1.52)d（一般）（一般） H=(2.53.5)d（高精度）（高精度） 钻套与工件间的距离：钻套与工件间的距离： h=(0.30.7)d（铸铁）（铸铁） h=(0.71.5)d（钢材）（钢材）2022-5-25武汉理工大学机电工程学院39/56钻床夹具设计实例2022-5-25武汉理工大学机电工程学院40/56研究原始

24、资料,明确设计任务l加工零件：杠杆臂加工零件：杠杆臂l加工任务：加工杠加工任务：加工杠杆臂上两个相互垂杆臂上两个相互垂直 的直 的 1 0 m m 1 0 m m 和和13mm13mm孔。（如图孔。（如图所示）所示）2022-5-25武汉理工大学机电工程学院41/56定位方案的确定l分析工件并确定定位方案 根据零件的构造，最容易想到的是以根据零件的构造，最容易想到的是以22mm的孔的孔及底面为定位基准，这样可以避免基准不重合误差。及底面为定位基准，这样可以避免基准不重合误差。 用大端面限定零件三个自由度；用大端面限定零件三个自由度； 用短销限定零件二个自由度；用短销限定零件二个自由度； 用一个

25、支撑钉限定零件沿用一个支撑钉限定零件沿22mm中心线转动的中心线转动的自由度就可以实现完全定位。自由度就可以实现完全定位。 定位元件的选择： 大平面：三个自由度； 短定位销：插入22mm的孔，用来限制X,Y方向的二个移动自由度； 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2022-5-25武汉理工大学机电工程学院43/56钻模板类型选择l根据工件和夹具体的结根据工件和夹具体的结构，选用构，选用固定式钻模板固定式钻模板。l固定式钻模板虽然有时固定式钻模板虽然有时装卸工件不便，但它结装卸工件不便，但它结构简单、制造方便、定构简单、制造方便、定位精度高。位精度高。2

26、022-5-25武汉理工大学机电工程学院44/56钻套的选择l由于孔由于孔10mm和和13mm，一，一次钻孔就可达到要求，因此次钻孔就可达到要求，因此采用采用固定式钻套固定式钻套。 l10mm10mm选无肩选无肩l13mm13mm选有肩选有肩2022-5-25武汉理工大学机电工程学院45/56夹紧方案的确定l根据零件的定位方案，采用根据零件的定位方案，采用锁紧螺母和开口垫圈来实现锁紧螺母和开口垫圈来实现快速锁紧夹紧机构，它与一快速锁紧夹紧机构，它与一个加工面位置靠近，增加了个加工面位置靠近，增加了刚性，零件夹紧变形也小，刚性，零件夹紧变形也小，但对于另一个加工面较远，但对于另一个加工面较远，为

27、提高刚性，故采用辅助定为提高刚性，故采用辅助定位元件来固定，该设计采用位元件来固定，该设计采用了螺旋辅助支承。了螺旋辅助支承。 2022-5-25武汉理工大学机电工程学院46/56夹具体2022-5-25武汉理工大学机电工程学院47/56夹具总装配图返回返回2022-5-25武汉理工大学机电工程学院48/56钻床夹具设计实例钻床夹具设计实例2 加工如图加工如图3.56所示锥台零件，生产类型为成批成产，试设计钻所示锥台零件，生产类型为成批成产，试设计钻5mm的专用夹具。的专用夹具。 2.资料准备资料准备零件加工工艺零件加工工艺(1) 铸造毛坯；铸造毛坯；(2) 粗、精车大端面及孔，粗、精车大端面及孔，CA6140车床；车床；(3) 粗、精车小端面及粗、精车小端面及20mm孔，孔，CA6140车床；车床；(4) 铣平面，铣平面，X6026铣床；铣床；(5) 钻斜孔，钻斜孔，Z5125立钻。立