机械工艺学_各类机床夹具的设计方法

$5机床夹具设计方法机床夹具的设计方法夹具的基本要求能稳定保证工件的加工精度;能提高机械加工的劳动生产率,降低工件的制造成本;经济性好：结构简单,操作方便,安全和省力;使用性好：便于排屑;工艺性好：有良好的结构工艺性,便于夹具的制造、装备、检验、调整和维修.设计时应在保证加工精度的前提下,综合考虑生产率、经济性和劳动条件等项因素.机床夹具的设计方法夹具的设计步骤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．确定其他元件或装置的结构型式,如导向、分度装置等．合理布置各元件或装置,确定夹具的总体结构，绘草图．3.进行必要计算。4.审查方案，改进设计。5．绘制夹具总装配图总装配图的比例应尽量采用1:1的比例．总装配图视图的选择，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;其次，标注有关的尺寸、公差和技术要求；最后绘出夹具体，并填写明细表及标题栏.6.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.夹具总图上的尺寸和公差最大轮廓尺寸影响定位精度的尺寸和公差影响对刀精度的尺寸和公差影响对刀精度的尺寸和公差影响夹具制造精度的尺寸和公差其他重要尺寸和公差夹具总图上的技术要求四类技术要求：包括定位元件之间的定位要求、定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要求、导引元件与定位元件间的相互位置要求。夹具总图上公差值的确定直接影响工件加工精度的夹具公差夹具公差取工件公差的1/2~1/5，工件产量大，精度低时，取小值；反之取大值。与工件上未注公差的加工尺寸对应的夹具公差工件的加工尺寸未注公差时，工件公差视为ITl4~1T12，夹具上的相应尺寸公差按IT11~IT9标注；工件上的位置要求未注公差时，工件位置公差L视为9~11级，夹具上相应位置公差按7~9级标注；工件上加工角度末注公差时，工件公差视为土土30’~土10’，夹具上相应角度公差标为土10’~土3’。工件在夹具上加工的精度分析影响加工精度的因素定位误差对刀误差安装误差夹具制造误差加工方法误差保证加工精度的条件夹具的制造特点及其保证精度的方法夹具的制造特点单件生产，制造周期短，精度高，常采用修配法。保证夹具制造精度的方法在夹具制造中常用调整法和修配法来保证精度修配法：装配时修去制定零件上预留的修配量达到装配精度的方法调整法：用改变可调整零件的相对位置或选用合适的调整件已达到装配精度的方法。（可动、固定）机床夹具设计实例分析钻床夹具镗床夹具铣床夹具车床夹具钻床夹具设计指导第一部分钻床夹具简介钻床夹具设计实例指导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，提高了加工精度和生产率，在成批大量生产中，已广泛采用钻模来进行加工。钻床夹具设计实例指导钻床夹具的主要类型钻模的结构形式很多，按工件的结构形状，大小和钻模的结构特点，钻模可分为以下几种：固定式钻模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）的孔系，钻模需要固定在机床工作台。回转式钻模回转式钻模的结构形式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。当工件上的几个被加工的孔，是轴线互相平行的轴向孔或是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。钻床夹具设计实例指导钻床夹具的主要类型翻转式钻模这类钻模的特点就是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。支柱式钻模是这类钻模的典型结构之一，他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。钻床夹具设计实例指导钻床夹具的主要类型盖板式钻模大中型工件上加工孔时，常用盖板式钻模。可将钻套直接装在钻模板上，无须夹具体，因经常搬动，有时需要把手或吊耳。钻床夹具设计实例指导钻床夹具的主要类型滑柱式钻模滑柱式钻模是一种标准化，规格化的通用钻模。钻模体可以通用于较大范围的不同工件。设计时，只需根据不同的加工对象设计相应的定位。夹紧元件。因此，可以简化设计工作。另外，这种钻模不需另行设计专门的夹紧装置，夹紧工件方便，迅速，适用于不同类型的各种中小型零件的孔加工，生产中，尤其是大批量生产中应用较广。钻床夹具设计实例指导钻床夹具的主要类型移动式钻模移动式钻模用在立式钻床上，先后钻销工件同一表面上的多个孔，属于小型夹具。移动的方法有两种：一种是自由移动，另一种是定向移动，用专门设计的轨道和定程机构来控制移动的方向和距离。固定式钻模回转式钻模翻转式钻模钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点钻模类型的选择在设计钻模时，首先需要根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，并考虑生产批量、工厂工艺装备的技术状况等具体条件来选择夹具的结构类型。在选择时，应注意以下几点：加工孔径大于10mm的中小型工件时，由于钻削扭矩大，宜采用固定式钻模。翻转式和自由移动式钻模适用于加工中小件，包括工件在内的总质量不宜10kg。否则，应采用具有回转式或直线分度装置的钻模。当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工件和夹具的总质量超过15kg，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱钻模，以缩短夹具的设计制造周期。如孔的垂直度公差小于0.1mm，孔距位置公差小于±0.15mm时，如不采取特殊措施，一般不宜采用这类钻模。若钻模板和夹具体为焊接结构的钻模，因焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般只在工件孔距公差要求不高（大于±0.15mm）时才采用。当工件被加工孔与定位基准的孔距公差小于0.05mm时，以采用固定式钻模和固定式侧面进行加工。在大型工件上加工位于同一平面上的孔时，为简化夹具结构，可采用盖板式钻模。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点钻套类型与设计钻套又称为导套，他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，钻套的选用和设计正确与否，直接影响工件的加工质量。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点钻套的种类钻套按其结构和使用情况可分为：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。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，其加工精度不如固定式钻套。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点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。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）依次连续加工的情况。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。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点钻套的设计钻套设计主要指钻套引导部分长度H的确定；钻套底部与工件表面的距离s的确定；钻套内径的基本尺寸和公差的确定；钻套孔中心线位置尺寸和公差的确定及钻套材料和热处理的选择等。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点钻套引导部分长度H钻套引导部分长度H由工件被加工孔的位置精度和深度，刀具的刚性和工件表面的形状等因素决定。钻套引导部分短，则引导性不好，降低引导精度；过长的话，则增加刀具与钻套之间的摩擦，加速刀具和钻套的磨损，降低使用寿命。钻套底部至工件表面间的距离S正确选择钻套底部至工件表面间的距离S，对保证加工质量和提高生产效率均有重要意义。钻削钢料时，如果s过小，带状切削不能及时排出，因而堵塞在工件与钻套之间，当切削过多时，会将钻套顶出，划伤工件表面，甚至折断钻头。但s过大的话，会使刀具的引偏量过大，降低加工精度。钻套内径的基本尺寸和公差的确定钻套的内径与刀具间的配合间隙过大的话，直接影响工件上被加工孔的位置精度，间隙过小的话，又会加剧刀具与钻套的磨损。因此，钻套内径的基本尺寸应等于所引导刀具的最大极限尺寸。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点钻模板的设计用以安装钻套的钻模板，按其与夹具体的连接方式的不同，可分为：固定式钻模板钻模板与钻模体作成一体；或将钻模板固定在钻模体上。因此，钻模板上的钻套相对与夹具体上的定位元件间的位置固定不变，从而使工件被加工孔的位置精度高。由于是固定式结构，对某些工件的装卸将不够方便。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点可卸式（分离式）钻模板钻模板与夹具体分开而成为一个独立的部分，工件在夹具中每装卸一次，钻模板也跟着装卸一次。当钻模板上设有定位元件和引导元件时，能保证被加工孔的位置精度；如果定位元件和引导元件做在夹具体上，则加工精度较低。铰链式钻模板钻模板用铰链装在夹具体上，钻模板可以绕铰链轴翻转。由于铰链轴与孔间的配合间隙（一般采用H8/h7），所以他的精度不如固定式的钻模板高。但装卸工件方便。钻床夹具设计实例指导钻床夹具设计要点悬挂式钻模板钻模板通过刀导柱、弹簧与多轴传动头连接，悬挂在机床主轴上，并随机床主轴往复运动。设计钻模板时应注意以下问题：钻模板上安装钻套的孔精度（形状、尺寸和位置精度），直接与加工尺寸有关，应合理规定。如孔中心距的公差一般取工件相应公差的1/5~1/3。钻模板应具有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性，但也要考虑减轻重量。在实际使用中。钻模板的厚度往往根据钻套高度确定，一般在15~30mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚，加强钻模板的周边和设置加强筋，以提高钻模板的刚性。第二部分钻床夹具设计实例分析钻床夹具设计实例指导研究原始资料,明确设计任务加工零件：杠杆臂加工任务：加工杠杆臂上两个相互垂直的φ10mm和φ13mm孔。（如图所示）钻床夹具设计实例指导定位方案的确定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Φ22mm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Φ22mm中心线转动的自由度就可以实现完全定位。钻床夹具设计实例指导定位元件的选择：定位销：插入Φ22mm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定位方法：圆柱孔定位钻床夹具设计实例指导钻模板类型选择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。钻床夹具设计实例指导钻套的选择由于孔φ10mm和φ13mm，一次钻孔就可达到要求，因此采用固定式钻套。Φ10mm选无肩Φ13mm选有肩钻床夹具设计实例指导夹紧方案的确定根据零件的定位方案，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。装配三维结构图夹具体