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机床专用夹具及其设计方法


机床专用夹具及其设计方法

这类夹具,加工时夹具随机床主 轴一起旋转,切削刀具作进给运动。 2、安装在滑板或床身上的夹具

机床夹具一般由定位装置、夹紧 装置、夹具体及其它装置或元件所组 成。但是各类机床的加工工艺特点、 夹具与机床的连接方式等不尽相同, 因此夹具的具体结构和技术要求等方 面也不相同。本章在各种装置和元件 设计的基础上,结合

实例对几类典型 的机床夹具予以分析,以了解和掌握 各类机床夹具的结构特点和设计要 点。 (二)、车床专用夹具的典型结构 1、心轴类车床夹具 心轴类车床夹具多用于工件以内 孔作为定位基准,加工外圆柱面的情 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滑板 上,刀具则安装在车床主轴上作旋转 运动,夹具作进给运动。 加工回转成形面的靠模属于安装 在床身上的夹具。

第一节

各类机床夹具及 其设计特点

况。常见的车床心轴有圆柱心轴、弹 簧心轴、顶尖式心轴等。 2.角铁式车床夹具 角铁式车床夹具的结构特点是具 有类似角铁的夹具体。它常用于加工 壳体、支座,接头类零件上的圆柱面 及端面。当被加工工件的主要定位基 准是平面,被加工面的轴线对主要位 基准面保持一定的位置关系(平行或

一、车床夹具 车床主要用于加工零件的内、外 圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹 以及端平面等。根据加工特点和夹具 在机床上安装的位置,将车床夹具分 为两种基本类型。 (一)车床夹具的类型 1、安装在车床主轴上的夹具

成一定的角度)时,相应地夹具上的 平面定位件设在与车床主轴轴线相平 行或成一定角度的位置上。

3、花盘式车床夹具 花盘式车床夹具的夹具体为圆盘 形。在花盘式夹具上加工的工件一般 形状都较复杂,多数情况是工件的定 位基准为圆柱面和与其垂直的端面。 夹具上的平面定位件与车床主轴的轴 线相垂直。 4、安装在拖板上车床夹具 通过机床改装(拆去刀架,小拖 板)使其固定在大拖板上,工件直运 动,刀具则转动。这种方式扩大车床 用途,以车代镗,解决大尺寸工件无 法安装在主轴上或转速难以提高的问 题。

要求时,应以夹具轴线为基准确定定 位元件工作表面的位置。 2、夹紧装置的设计要求 在车削过程中,由于工件和夹 具随主轴旋转,除工件受切削扭矩的 作用外,整个夹具还受到离心力的作 用。此外,工件定位基准的位置相对 于切削力和重力的方向是变化的。因 此,夹紧机构必须产生足够的夹紧力, 自锁性能要可靠。对于角铁式夹具, 还应注意施力方式,防止引起夹具变 形。 3.夹具与机床主轴的连接 车床夹具与机床主轴的连接精度

(三)车床夹具设计要点 1、 定位装置的设计要求 在车床上加工回转面时 要求工 件被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,必须保证这一点。因此,对于 轴套类和盘类工件,要求夹具定位元 件工作表面的对称中心线与夹具的回 转轴线重合。对于壳体、接头或支座 等工件,被加工的回转面轴线与工序 基准之间有尺寸联系或相互位置精度

对夹具的回转精度有决定性的影响。 因此,要求夹具的回转轴线与主轴轴 线应具有尽可能高的同轴度。 心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机 床主轴锥孔 配合连接,用 螺杆拉紧。有 的心根据径 向尺寸的大小,其它专用夹具在机床 主轴上的安装连接一般有两种方式; (1) 对 于径向尺寸

D<140mm,或 D<(2~3)d 的小型夹具, 一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔 中,并用螺杆拉紧。这种连接方式定 心精度较高。

及其它元件总是安装在主轴轴线的一 边,不平衡现象最严重,所以在确定 其结构时,特别要注意对它进行平衡。 平衡的方法有两种:设置配重块

(2) 对于径向尺寸较大的夹具。 一般通过过渡盘与车床主轴头端连 接。过渡盘的使用,使夹具省去了与 特定机床的联接部分,从而增加了通 用性,即通过同规格的过渡盘可用于 别的机床。同时也便于用百分表在夹 具校正环或定位面上找正的办法来减 少其安装误差。因而在设计圆盘式车 床夹具时,就应对定位面与校正面间 的同轴度以及定位面对安装平面的垂 直度误差提出严格要求。 4、总体结构设计要求 车床夹具一般是在悬臂的状态下 工作,为保证加工的稳定性,夹具的 结构应力求紧凑、轻便,悬伸长度要 短,使重心尽可能靠近主轴。 由于加工时夹具随同主轴旋转, 如果夹具的总体结构不平衡,则在离 心力的作用下将造成振动,影响工件 的加工精度和表面粗糙度,加剧机床 主轴和轴承的磨损。因此,车床夹具 除了控制悬伸长度外,结构上还应基 本平衡。角铁式车床夹具的定位装置

或加工减重孔。 为保证安全,夹具上的各种元件 一般不允许突出夹具体圆形轮廓之 外。此外,还应注意切屑缠绕和切削 液飞溅等问题,必要时应设置防护罩。 (四)车床夹具的安装误差 夹具的安装误差值与下列因素有 关: (1) 夹具定位元件与本体安装基 面的相互位置误差。 (2) 夹具安装基面本身的制造误 差以及与安装面的连接误差。 1)对于心轴。夹具的安装误差就 是心轴工作表面轴线与中心孔或者心 轴锥柄轴线间的同轴度误差。 2)对于其它车床专用夹具,一般 使用过渡盘与主轴轴颈连接。当过渡 盘是与夹具分离的机床附件时,产生 夹具安装误差的因素是:定位元件与 夹具体止口轴线间的同轴度误差,或 者相互位置尺寸误差;夹具体止口与

过渡盘凸缘间的配合间隙,过渡盘定 位孔与主轴轴颈间的配合间隙。 二、钻床夹具

钻模类型多,在设计时,要根据工 件的形状、重量、加工要求和批量 来选型: (1)被钻孔径>10mm,或加工精度

钻床夹具:用干各种钻床(镗床 组合机床)上的夹具,又称钻模,镗 模。主要目的保证孔的精度(位置) (一) 钻床夹具的主要类型 1、固定式:夹具与机床上位置固 定不变,用于立钻,摇臂钻加 工大件等 2、 回转式:用于同一圆周上的孔 系加工。它包括立轴、卧轴和斜轴回 转三种基本型式。 3、移动式:钻模移动,用于加工 同一表面上的多个孔中小型 工件 4、 翻转式:钻模板转动一定角 度,用于加工不同表面上的孔,翻转 点力, 5、盖板式:没有夹具体,模板盖 在工件上加工 6、滑柱式:升降钻模板的通用可 调夹具 (二)钻床夹具设计要点 1、钻模类型选择

较高时,宜用固定钻模 (2)不同表面上的孔,总 G<100N, 中、小型工件,宜用翻转钻模 (3)当分布在不同心圆周上的孔 系,总 G<150N,宜用回转式钻 模 当 G>150N,宜用固定钻模,在 摇臂钻加工,量大时用立钻多 轴加工。 (4)垂直度与孔间距要求不高时, 用滑柱式钻模。 (5)若加工大件上的小孔时,宜用 盖式钻模。 2、 钻套的选择与设计 (1)钻套的选择 钻套和钻模板是钻床夹具的特殊 元件。钻套的作用是确定被加工孔的 位置和引导刀具加工,钻套装配在模 板上,用钻套比不用钻套可减少 50% 以上的误 差。其结构尺寸已标准化 1)固定钻套:配合 H7/n6,H7/r6, 结构简单,精度高,适用于单孔或小 批生产。

加长钻套 小孔距钻套

斜面钻套 可定位、夹紧钻套

2)可换钻套:H7/g5,H7/g6,间 隙配合装入衬套内,用螺钉固定 3)快换钻套:配合 H7/g5,H7/g6, 结构与上述不同,不用固定螺钉便可 更换。适用于加工多,更换不同孔经 的钻套。 1) 钻套内径基本尺寸:钻头、 上述钻套标准化。 4)特殊钻套:适用于工件结构 形状和被加工孔的位置特殊 性,标准钻套不满足时用的钻 套。 扩孔钻,铰刀是标准化定尺寸刀具, 所以内径刀与刀具按基轴制选。钻套 与刀具之间按一定的间隙配合,以防 刀具使用时咬孔或长使一般根据刀具 精度选套孔的公差:钻(扩孔)选 F7, 粗铰 G7,精铰 G6。若引导的是刀具导 柱部分不是切削部分,可按孔制选取: H7/f7,,H7/g6,,H6/g5 等。 2)钻套高度 H: H=(1~3)D (4~6)D H 过长,磨损严重 斜孔 H= 钻套内径基本尺寸=引导刀具的 最大极限尺寸 (2)钻套的尺寸、公差配合的 选择

3)排屑空间:h 措钻套底部与工 件表面之间的空间。h 过大要引偏,过 小不能排屑.

钉装配连接;对于简单的结构也 可采用整体的铸造或焊接结构。 B 铰链式钻模板: 当钻模板

铸铁:S=(0.3~0.7)D 孔取小值 钢: S=(0.7~1.5) D 孔取大值 斜孔:S=(0~0.2)D 4)材料: 性能要求:高硬度,耐磨 常用材料:T10A CrMn 或 20 渗碳淬火 T12A



妨碍工件装卸等工作时,可用活 动铰链把钻模板与夹具体相连 接。

大 C 可卸式钻模板 D 悬挂式钻模板: 在立式钻 床上采用多轴传动头进行平行 孔系加工时,所用的钻模板就连 接在传动箱上,并随机床主轴往 复移动。这种钻模板简称为悬挂 式钻模板。 2)设计特点

D≤10mm D<25mm T12A HRC58~64

CrMn A 钻模板上安装钻套的孔之间及 T10A 孔与定位元件的位置应有定够的精度 B 刚性一定要好, 不能太厚、 太重、

D≥25mm 火

20 渗碳淬

不承受夹具反力 C 稳定性能好

HRC58~64

(3)钻模板的设计 (4)导向误差分析 1)钻模板类型 用钻模加工时,被加工孔的位置 钻模板通常装配在夹具体或支架 上,或与夹具上的其它元件相连接。 常见的有如下几种类型: A 固定式钻模板:钻模板和 夹具体或支架是用固定方法相 连接,一般采用两个圆锥销和螺 精度主要受定位误差△D 和导向误差△
T

的影响。钻模上的导向装置对定位元

件的位置不准确,将导致刀具位置发 生变化,由此而造成的加工尺寸误差 △T 即为导向误差。主要包括:

δ : 钻 模 板 底 孔 轴 线 至 定 位 元件的尺寸公差; e1 一快换钻套内、 外圆的同轴度公 差; e2:衬套内、外圆的同轴度公差; X1: 快换钻套和衬套的最大配合间 隙。 X2:刀具(引导部位)与钻套的最 大配合间隙。 X3:刀具在钻套中的偏斜量,
x2 ? H? ?B ? h ? ? H? 2?

课题: 机床夹具及

其设计方法

四、 教学目的:通过各类机床专 用夹具的基本特 征和设计特点 的,掌握专用机 床夹具的设计方 法,了解不同机 床的夹具结构和 类型。掌握专用

X3 ?

这引些误差以随机误差变量按 概率法合成:

2 ? T ? ? 2 ? e12 ? e2 ? x12 ? 2 x3

? ?

2



机床夹具的设计 方法。

五、 教学重点:镗床夹具,铣床 夹具的结构及设 计特点。

三、镗模设计

六、 教学难点:

(一)镗模的特点及其组成 1、特点:镗床夹具称镗模,主要用于 加工箱体类零件上的孔或孔系通 过布置镗套,可加工出较高精度要 求的孔或孔系。 与钻模相比,它

四、教学时数: 2 中实践性教学 五、习题:

学时,其 学时。

有相同之处,但箱体孔系的加工精 度一般要求较高,其本身精度比钻 模高。 2、组成 一般镗模由下述四部分组成: 1)定位装置。 2)夹紧装置。 3)导向装置(镗套和镗模支架等)

六、教学后记:

4)镗模底座。

加工孔的直径 D。这样,镗杆导向部分 进人孔内,可以缩短距离 h,减小镗杆 (二 ) 镗 模 导 向 装置的布置方式和特点: 1、单面导向式: (1) 单面前导式:镗模支架布置 在刀具前方,镗杆与主轴刚性联接。 适用于加工: D>60mm, L<D 的通孔, 便于测量与观测。 一般情况下 h=(0.5~1)D,h 不小 于 20mm,H=(1.5~3)d (2) 单面后导式:支架布置在刀 具后方,镗杆与主轴刚性连接。 适用于 D<60mm 通孔成盲孔。 1) 加工孔距精度高和孔的长度 L <D 时如图所示, 镗杆导向部分的直径 d 可大于所加工孔的直径 D。这样,镗 杆的刚性好,加工精度较高。 2)加工 L>D 的长孔时,如图所 示,镗杆导向部分的直径 d 应小于所 h 值的大小应根据更换刀具、 装卸 和测量工件及排屑是否方便来考虑。 在卧式螳床上镗孔时, 一般取 h=60~ 100mm。在立式镗床上镗孔时,一般与 钻模情况相似。镗套高度 H=(1.5~ 3)d,或按最大悬伸量选取,即取 H>h 十 L。 (3)单面双导向:工件一侧装 两个支架,镗杆与机床浮动连接,所 镗孔的位置精度主要取决于镗模支架 上镗套位置的准确度,而不受机床工 作精度的影响,因此两镗套必须严格 同轴。 的悬伸量,保证镗杆具有一定的刚度, 以免镗杆变形或产生振动,影响加工 精度。

为了保证导向精度,在设计时, 导向长度 L>(0.5~5)l;镗套高度 H1= H2=(1~2)d。为保证镗杆刚度,镗杆的 悬伸量 Ll<5d。 2.双面导向式 (1) 双面单导向:支架分布在 工件两侧 1、镗套的结构与尺寸: 双面单导:镗杆与主轴浮动连 接,支架分布在工件两侧 (1)镗套的形式 回转式 结构与尺寸具体见教材或手册。 (2)镗套材料及技术要求: 1)镗套的材料: (2) 双面双导向:工件的两侧 都装有两个镗模支架。 常用 20 钢或 20Cr 钢渗碳,渗碳 深度为 0.8~1.2mm,淬火硬度为 55~ 60HRC。 也用青铜做固定式镗套,适用高 速镗孔。大直径镗套可采用铸铁 HT200。 固定式

(三)、镗套的设计与选择

一般情况下,镗套的硬度应低于 镗杆的硬度。 2)镗套的主要技术要求,一般规 定为: A 镗套内径公差为 H6 或 H7。外径 公差,粗加工采用 g6,精加工用 g5。 B 镗套内孔与外圆的同轴度: 当内 径公差为 H7 时,为 Φ0.01mm;当内径 公差为 H6 时,为 Φ0.005mm(外径≤ 85mm 时) 或 Φ0.01mm (外径≥85mm 时) 。 内孔的圆度、圆柱度允差一般为 0.01~0.002mm。 C 镗套内孔表面粗糙度值为 Ra0.8~0.4um;外圆表面粗糙度值为 Ra0.8 um。 D 镗套用衬套的内径公差: 粗加工 采用 H7,精加工采用 H6。衬套的外径 公差为 n6。 E 衬套内孔与外圆的同轴度: 当内 径公差带为 H7 时,Φ0.01mm。当内径 公差带为 H6 时, 为 Φ0.005mm(外径≤ 52mm 时)或 Φ0.01mm (外径≥52mm 时) 三、铣床夹具

铣床夹具:主要指用于加工零件的 平面,沟槽,花键及成形面等夹具, 适用于铣床,平面磨床。 特点:切削力大,刀齿不连续切削, 易受冲击,振动,夹紧力大 1、铣床夹具的构造 定位元件,夹紧装置,对刀块,定 向键(确定在机床工件台上位置) 2、铣床夹具的安装 夹具安装在工件台 T 形槽内,定向 键为标准尺寸, 定向键尺寸要求尽力最大 3、对刀装置:由对切块+塞尺组成

第二节

专用夹具设计全 过程

一、 拟定夹具的结构方案 1、明确设计要求和生产条件 (1)了解工件情况,工序要求和加 工状态:结构、材料、相关尺

寸精度,前后工序关系,工序 内容、 (2)了解机床刀具:机床合格,技 术参数,运动情况,安装结构 刀具的结构,精度联接方式等 (3)了解生产批量 (4)了解工厂的生产条件和技术水 平 (5)资料准备、收集 二、 拟定结构方案 (1)定位方案:根据加工对象的精 度

定位件,夹紧装置和夹紧件,对刀 或导向元件,夹具体及多连接件 2、标注尺寸 3、精度校核 4、绘制零件图 四、夹具总图设计 设计步骤与要求: 1、图纸比列:1:1 主视图:取操作者正对的位置 2、设计步骤 (绘图顺序)

①工件透明化(双点划线)颜色线、 (2)夹紧方案 ②定位元件 (3)分度(转工位)方案 ③夹紧元件与装置 (4)对刀导向方案 ④刀具对刀、导向元件 (5)安装方式 ⑤夹具体 三、 夹具图设计 (2)尺寸标注 比例 1:1(最好) ①夹具轮廓尺寸(升降)运动范围 1、总图设计步骤 ②定位元件上定位表面的尺寸以及各 先用双点划线把工件在加工位置 状态时的形状在图低上依次给制 定位表面之间尺寸 1)尺寸

③定位表面对刀、导向元件尺寸 ④主要配合尺寸、定位元件与夹具体 等

(6)尽可能地通用化设计。 五、夹具精度校核 六、绘制零件图

⑤夹具与机床的联系 2)主要元件公差与工件公差相应的大 取小小取大 3)技术要求的规定 ①定位件之间的相互位置 ②定位件与导元件之间的相互位置要 求 ③对刀件与校正面间的位置(定向键) ④夹具与机床上安装的位置精度 1)编写零件照细表 2、设计要求: (1)元件设计尽可能标准化,通 用化 (2)防误操作设计 (3)运动机构要娄活,准确 (4)夹具各零部件有良好的结构 工艺性 (5)便于维修和更换零件

课题: 夹 具 拆



七、 教学目的: 通过拆装典型 机床夹具, 巩固 定位的原理, 进 一步掌握机床 夹具的组成、 结 构等。

六、教学后记:

实验三 夹具拆装 与结构分析
八、 教学重点: 一、实验目的和要求
通过实验,了解各部分组成的安 装方法, 及其相互位置的确定形式, 加深对专用夹具的印象。

九、 教学难点: 二、实验内容和原理
分组拆装车、铣、钻等专用夹具 各一套, 要求正确拆下各部分装置、 零件,正确安装好各部分零件。

四、教学时数: 实践性教学 五、习题: 2

学时,其中 学时。

三、实验所用仪器及材料
1.车床、铣床、钻床、镗床专用 夹具各一套(或备用几套),工 作台四块。 2.拆装工具,各类扳手、开刀、 套筒扳手、小锤、防锈油等。

四、实验方法及步骤
1.学生分组,一般分 3-4 人为 一组。 要求先观察了解相应一套专用 夹具各部分组成及安装方式后, 确定 拆解顺序及安装次序。 2.拆解各部分零件,要求每位学 生都动手配合, 按拆解顺序在工作台 上依次排列。 3.拆解完毕后,观察夹具体上的 孔及台阶, 随后依次安装各部分零 件。最后涂上防锈油。

7、整理实验报告。

十、 对学生的要求:
1、向学生讲解分析定位、夹紧、 分度机构、对刀导向机构的工 作原理。 2、讲解拆卸的基本原则——先外 后内、先上后下。 3、要求学生仔细观察夹具的结构 组成,确定拆装的顺序。 4、要求每位学生动手拆卸夹具, 按拆解顺序把夹具零件放置 在工作台上,不要混乱。 5、观察夹具体、定位元件、分度 机构等组成零件的结构及各 表面的功能。 6、绘制夹具装配草图。


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