第6单元 钻床夹具的设计

第6单元钻床夹具的设计6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤6.2固定式钻床夹具的设计6.3移动式钻床夹具的设计6.4回转式钻床夹具的设计6.5翻转式钻床夹具的设计6.6覆盖式钻床夹具的设计6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤6.1.1钻床夹具的类型钻床夹具的种类比较多，根据加工孔的分布情况和钻模板结构的特征，一般分为固定式夹具、移动式夹具、回转式夹具、翻转式夹具、覆盖式夹具等。在这些夹具类型中，部分钻床夹具已经形成标准化的结构，用户只需要设计专门的钻套和钻模板即可。本书着重介绍针对具体加工件而设计的专用钻床夹具。1.固定式钻床夹具固定式钻床夹具在使用过程中，夹具及工件在机床上的位置固定不变。通常用于在立式钻床上加工直径较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行的孔系。2.移动式钻床夹具6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤移动式钻床夹具用于钻削中、小型工件同一表面上轴线平行的多个孔。此类夹具一般不需要紧固在机床的固定位置上，因为加工孔的直径较小，工件的重量较轻，可以在操作中直接用手移动夹具至不同的加工位置。采用移动式夹具，要求被加工孔的直径不能太大，一般孔径应不大于10mm，否则因切削扭矩过大，会造成加工的不稳定性和危险性。3.回转式钻床夹具回转式钻床夹具是应用最多的夹具，用于加工同一圆周上的平行孔系或分布在圆周上的径向孔系。此类夹具有立轴回转、卧轴回转和斜轴回转三种形式。回转式夹具也需要将其紧固在机床的工作台上，具体的固定方法与固定式夹具基本相同。回转式夹具非常适合于大规模生产，并且可以在任何种类的钻床上使用。6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤4.翻转式钻床夹具翻转式钻床夹具主要用于加工中、小型工件分布在不同表面上的孔。此类夹具的结构比较简单，但每次对孔的加工都需要找正钻套相对刀具的位置，辅助操作时间较长，而且夹具的翻转也比较费力。因此，夹具连同工件的总重量不能太重，加工批量也不宜过大。5.覆盖式钻床夹具6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤覆盖式钻床夹具没有夹具体，只有钻模板。在钻模板上除安装钻套外，还安装有定位元件和夹紧装置。使用时可以直接将钻模板定位到工件的定位基准面上，并将钻模板夹紧即可进行钻削加工。覆盖式夹具的结构比较简单，多用于大中型工件上的小孔的加工。由于夹具在使用时需要连同工件一起移动，所以其重力不宜太大，在设计时要尽可能地减轻重量或者采用铸铝材料。6.1.2钻床夹具的设计要点钻床夹具中的关键元件是钻模板和钻套。钻模板所选用的形式通常取决于夹具的类型和加工孔的特点。钻套是安装在钻模板或夹具体上的，其作用是确定加工孔的位置和引导刀具准确地加工。对钻床夹具的设计有如下要求。1.钻床夹具类型的选择6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤在设计钻床夹具时，首要的是正确地选择夹具形式。可根据工件的结构、尺寸、重量、加工孔的大小、加工精度、生产规模等，来确定夹具的结构类型。选择时要注意以下几点。(1)加工孔的直径较大，工件和夹具的重量较重，孔的加工精度要求较高时，宜采用固定式结构。(2)加工孔的直径较小，工件和夹具的重量较轻，同一表面上加工孔的数量较多时，宜采用移动式结构。(3)加工件在不同表面上有多个需要加工的孔、各孔之间的位置精度要求较高时，可采用翻转式结构。(4)加工同一圆周上的平行孔系或分布在同一圆周上的径向孔系时，宜采用回转式结构。6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤(5)加工大、中型工件上同一表面或平行表面上的多个小孔时，可采用覆盖式结构。2.钻套的选择和要求钻套在夹具中不仅决定着孔加工的准确性和精度，还影响着夹具使用的方便性、可维护性和生产效率。钻套类型的选择（可参见第2单元夹具基本元件的设计）和设计要注意以下几点。(1)固定钻套结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批量生产使用。(2)可换钻套当钻套发生磨损或孔径有变化时，便于及时更换。(3)快换钻套当工件需要钻、扩、铰多工序的加工时，能够迅速更换不同直径的钻套。6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤(4)特殊钻套当工件形状比较特殊或多孔的间距非常小时，为保证加工的稳定性就需要设计特殊结构的钻套。3.钻模板的选择和要求钻模板通常安装在夹具体或支撑体上，有时因结构的特殊情况可能会与夹具上的其他元件相连接。由于钻模板担负着安装钻套的作用，其上安装孔的位置决定着加工孔的位置精度，因此要特别注意其结构形式。在具体设计时，要考虑钻模板的结构形式能够方便工件的装夹与拆卸。钻模板的典型结构有如下几种可供选择。(1)固定式钻模板钻模板与夹具体(或其他元件)固定在一起，不可移动或转动。6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤(2)铰链式钻模板钻模板与夹具体(或其他元件)为铰链连接，可以绕铰链轴翻转，以方便工件的装夹和拆卸。(3)移动式钻模板钻模板在保持水平位置不变的情况下，沿垂直方向上下移动，以方便工件的装夹和拆卸。(4)可卸式钻模板钻模板设计成独立的结构体，根据加工的实际需要可通过夹具上的特殊定位元件随时安装固定，或者单独使用(如覆盖式钻床夹具)。4.夹具体的要求钻床夹具的夹具体结构形式比较复杂多样，应根据加工件的具体情况选择合适的结构，同时注意以下几点。(1)夹具体应具有足够的强度和刚性。6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤(2)钻套轴线最好与夹具体的承载面保持垂直或水平，保证钻削过程中刀具不致发生倾斜或折断。(3)夹具体应设置支脚，以减少底面与机床工作台的接触面积，确保夹具旋转的平稳性。(4)在满足强度和刚性的前提下，尽量减轻重量，特别是移动式夹具。6.1.3钻床夹具的设计步骤6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤使用UG软件进行钻床夹具的设计要关注几点：首先，是加工孔的特征、孔所在位置、孔的尺寸和精度、工件结构形式，这些因素在很大程度上决定着加工方法的选择。其次，是工件哪些表面已加工完毕，哪些尚未加工，哪些是原始毛坯表面，因为表面的情况不同，直接影响着定位基准的选择。最后，根据工件的结构特征、定位表面状况、加工精度和生产批量来选择夹具的类型。具体的设计步骤如下。1.确定总体结构根据上面所列出的影响因素和工序的具体要求，选择最合适的夹具类型，如固定式、移动式、回转式、覆盖式、翻转式等。从工件的定位、夹紧和分度方式，确定钻模板的结构形式。2.确定定位方案6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤根据夹具总体结构方案，按工件的特征、工序的要求和设计任务，确定工件的定位基准。应用UG的建模应用模块，设计出工件的实体模型，并按实际加工方位固定在三维空间中。设计出所有定位元件的实体模型，并根据相应的配合关系组装到已完成安装的结构中。3.确定夹紧方案根据定位方案，按工件和定位元件的结构及尺寸，设计出所有夹紧元件的实体模型，并按相应的配合方式组装到已完成的装配结构中。对完成的装配结构，要检查是否存在配合不当，如结构和尺寸有不匹配的情况，则应及时进行修改和调整。4.确定分度方案6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤对于回转式夹具，应根据加工孔的分布状况、孔的精度要求、定位和夹紧方式，确定具体的分度方法和结构形式。在不影响加工要求的情况下，尽量选择最简单的分度方式，以减少元件的数量和制造难度。5.确定钻模结构在完成定位、夹紧和分度机构的设计后，根据总体方案来确定钻模的具体结构。按已完成设计和装配的结构，设计出钻模板、钻套及其固定元件，并组装到夹具结构中。6.确定夹具体结构6.1钻床夹具的分类及设计要点和步骤根据总体结构方案以及完成设计的定位元件、夹紧元件、分度元件和钻模元件，设计出夹具体、支撑体及全部紧固元件，并按相应的配合关系组装到已完成的装配结构中。在装配过程中，如发现配合不当的地方，要对前面所设计的元件进行修改更正，并调整装配结构。完成全部装配后，要检验整个夹具结构是否能满足设计目标要求，如果有差错，要对相关元件进行修改编辑，并重新调整装配结构，直至实现设计目标。7.绘制夹具工程图按设计任务要求，用UG的制图应用模块，绘制全部的夹具元件和夹具装配的工程图，并根据第1单元的1．5节夹具中常用的公差配合的内容，对全部图样进行技术标注。6.2固定式钻床夹具的设计6.2.1固定式固定钻模夹具的设计固定式固定钻模夹具是指夹具中的钻模板固定在夹具体或支撑体上不动的固定式钻床夹具。由于钻套是直接安装在钻模板上的，钻套也始终保持固定状态，因此此类夹具的加工精度比较高。但是，这种形式的夹具在某些情况下可能会遇到工件的装夹和拆卸不方便的情况，因此，应用的场合则受到很大限制。固定钻模夹具的具体设计方法通过钻削套筒加工件用夹具的设计来讲述。图6-1套筒加工件的工程图6.2固定式钻床夹具的设计1.确定总体结构套筒工件只有一个需要加工的孔，且在立式钻床上加工，操作比较简单，因此，确定采用固定式夹具。工件的安装和夹紧可从侧面完成，可选择最简单的固定钻模结构。夹具中的定位、夹紧和钻模元件都可以直接安装在夹具体上，无需另外的支撑体。2.确定定位方案图6-2套筒工件实体模型的定位6.2固定式钻床夹具的设计(1)设计工件的实体模型按套筒的工程图设计出工件的实体模型，在UG的装配环境下将其调入，并按加工时的状态，将其固定在三维空间的适合位置上，如图6-2所示。(2)设计定位元件根据套筒工件的定位孔直径和长度，完成设计的主要定位元件即定位心套，如图6-3所示。图6-3完成设计的定位心套6.2固定式钻床夹具的设计图6-4完成设计的弹簧6.2固定式钻床夹具的设计图6-5定位销块6.2固定式钻床夹具的设计图6-6销座6.2固定式钻床夹具的设计图6-7完成定位元件装配的实体图(3)组装定位元件根据定位方案，首先，6.2固定式钻床夹具的设计将设计好的定位心套组装到套筒工件上。3.确定夹紧方案由于夹具是以孔和端面作为主要定位基准的，因此，本夹具可以采用螺旋压板方式对工件进行夹紧。具体的夹紧元件有拉紧螺杆、拉紧螺母、回转压板、操纵杆等。拉紧螺杆安装在定位心套中，并穿过套筒工件的内孔。通过操纵杆正向旋转拉紧螺母，使螺杆右移，从而将压在工件左端面上的回转压板拉紧，将工件夹紧。图6-8完成定位元件装配的工程图6.2固定式钻床夹具的设计(1)设计夹紧元件首先，根据套筒工件、定位心套的配合情况及空间位置，完成拉紧螺杆和拉紧螺母的设计，如图6-9和图6-10所示。图6-9完成设计拉紧螺杆6.2固定式钻床夹具的设计图6-10完成设计的拉紧螺母6.2固定式钻床夹具的设计图6-11完成设计的回转压板6.2固定式钻床夹具的设计图6-12完成设计的操纵杆(2)设计夹具体为简化夹具结构，不再设置另外的支撑元件，全部元件都直接装配到夹具体上。6.2固定式钻床夹具的设计(3)设计固定元件固定元件只有一个轴钉，用来将回转压板固定在夹具体底座的前面，如图6-14所示。(4)组装夹紧元件首先，根据已经装配定位元件的配合关系和空间位置，将夹具体组装上去，并检查一下是否存在配合不当的情况，如有问题，应及时进行调整。图6-13设计完成的套筒夹具体6.2固定式钻床夹具的设计图6-14完成设计的轴钉6.2固定式钻床夹具的设计图6-15完成夹具体和夹紧元件装配的实体图4.确定钻模结构6.2固定式钻床夹具的设计根据总体方案，拟采用固定钻模板结构，并将其直接安装和固定在夹具体上。钻套也采用固定式钻套，直接装配到钻模板上。(1)设计钻模板根据套筒工件相对夹具体的空间位置和尺寸，确定钻模板的结构和尺寸，保证安装钻套的钻孔中心对准套筒工件上所要加工孔的轴线。(2)设计钻套钻套的设计可参照《机床夹具零件及部件固定钻套》(JB/T8045.1—1999)，并根据加工孔尺寸ϕ6.5来确定。(3)设计紧固元件图6-16完成夹具体和夹紧元件装配的工程图6.2固定式钻床夹具的设计图6-17完成设计的钻模板6.2固定式钻床夹具的设计图6-18完成设计的钻套(4)组装钻模元件按夹具总体方案，6.2固定式钻床夹具的设计将钻模板、钻套和所有的紧固元件组装到已完成装配的结构中。5.夹具的特点本夹具的特点是结构简单紧凑，所用元件的数量少，且夹具操作方便快捷，适合在立式钻床或台钻上对零件单孔的加工，可用于大批量生产。图6-