机床夹具设计实例

6．1机床夹具概述在机械制造中，用来固定加工对象，使这占有正确位置，以接受加工或检测的装置，统称为夹具。它广泛地应用于机械制造过程中，如焊接过程中用于拼焊的焊接夹具；零件检验过程中用的检验夹具；装配过程中用的装配夹具，机械加工过程中用的机床夹具等，都属于这一范畴。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中。机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着零件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。本章所讲述的仅限于机床夹具，以后简称为夹具。6.1.1夹具的作用在机床上加工零件时，为了使该工序所要加工的表面能够达到图纸所规定的尺寸、几何形状及与其它表面间的相互位置精度等技术要求，在加工前首先应将工件装好、夹牢。把工件装好，就是在机床上使工件相对于刀具及机床有正确的位上加工置。工件只有在这个位置上接受加工，才能保证被加工表面达到所要求的各项技术教育要求。把工件装好这一过程称为定位。把工件夹牢，就是指定位好的工件，在加工过程中不会受切削力、离心力、冲击、振动等外力的影响而变动位置。把工件夹牢这一过程称为夹紧。因此，夹具的作用就是在加工过程中，对工件进行定位和夹紧，从而保证在加工过程中工件相对于机床保持正确的位置，保证达到该工序所规定的技术要求。在机械加工过程中，工件的装夹方法按其实现工件定位的方式分为两种：一种是按找正方式定位的装夹方法；另一种是用专用夹具装夹工件的方法。1．按找正方式定位的装夹方法这种装夹方法，一般是先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。如在金工实习时钻锤头上用于装锤柄的孔时，由于是单件，我们就采用先划线，再找正这种方法加工。按找正方式装夹工件的方法，能够很好的适应工序或加工对象的变换，夹具结构简单，使用简便经济，选用于单件和小批生产。但这种方式生产效率低，劳动强度大，加工质量不高，往往需要增加划线工序。当生产数量大、质量要求高时，需要专用夹具加工。图6-1后盖零件钻径向孔的工序图图6-2后盖零件钻床夹具1-钻套2-钻模板3-夹具体4-支承板5-圆柱销6-开口垫圈7-螺母8-螺杆9-菱形销成批生产中，加工图6-1所示零件，钻后盖上的φ10mm孔，保证距后端面距离为18±0.1mm,φ10孔轴心线与φ30孔中心线垂直，φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上。其钻床夹具如图6－2所示。φ10孔径尺寸钻头保证，由钻套1保证，距后端面距离18±0.1mm由支承板4保证，φ10孔轴线与φ30孔轴线垂直由钻套和圆柱销5共同保证。φ10孔轴线与下面的φ5.8孔轴线在同一平面上由菱形销9保证。加工时拧紧螺母7，实现定位，松开螺母7，拿开开口垫圈6，实现快速更换工件。通过上面的例子，我们不难看出使用专用夹具装夹工件的优点：（1）保证工件加工精度用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。（2）提高劳动生产率使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。（3）扩大机床的使用范围在通用机床上采用专用夹具可以扩大机床的工艺范围，充分发挥机床的潜力，达到一机多用的目的。例如，使用专用夹具可以在普通车床上很方便地加工小型壳体类工件。甚至在车床上拉出油槽，减少了昂贵的专用机床，降低了成本。这对中小型工厂尤其重要。（4）改善了操作者的劳动条件由于气动、液压、电磁等动力源在夹具中的应用，一方面减轻了工人的劳动强度；另一方面也保证了夹紧工件的可靠性，并能实现机床的互锁，避免事故，保证了操作者和机床设备的安全。5）降低了成本在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。但专用夹具也有其弊端，如设计制造周期长；因工件直接装在夹具体中，不需要找正工序，因此对毛坯质量要求较高；所以专用夹具主要适用于生产批量较大，产品品种相对稳定的场合。6.1.2机床夹具的分类1.按夹具的通用特性分类根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。（1）通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已规格化、标准化，而且具有一定通用性的夹具，如三爪自动定心卡盘、四爪单动卡盘、平口钳、万能分度头、顶尖、中心架和电子吸盘等。这类夹具通用性强，可用来装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这类夹具已标准化，由专门厂家生产，作为机床附件供应给用户。（2）专用夹具这类夹具是指专为零件的某一道工序的加工专门设计制造的。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计周期较长、投资较大。除大批大量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具。但在结构设计时要进行具体的技术经济分析（3）可调夹具可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。（4）组合夹具组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。由于组合夹具具有组装迅速，周期短，能反复使用等优点，因此组合夹具在单件，小批量生产和新产品试制中，得到广泛应用。组合夹具也已标准化。（5）自动线夹具自动线夹具一般分为两大类，一是固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随工件一起运动，并将工件沿自动线从一个工位移至下一个工位。2.按使用的机床分类夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具以及其它机床夹具等。3.按夹紧的动力源分类夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具等。6.1.3机床夹具的组成机床夹具的和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分。1.定位元件夹具的首要任务是定位，因此无论任何夹具，都有定位元件。当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就基本确定了。图6-2中圆柱销5、菱形销9和支承板4都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置。2.夹紧装置工件在夹具中定位后，在加工前必须将工件夹紧，以确保工件在加工过程中不因受外力作用而破坏其定位。图6-2中的螺杆8（与圆柱销合成一个零件）、螺母7和开口垫圈6构成夹紧装置。3.夹具体夹具体是夹具的基体和骨架，通过它将夹具所有元件构成一个整体。如图6-2中的件3。以上这三部分是夹具的基本组成部分，也是夹具设计的主要内容。4.对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。图6-2中钻套1和钻模板2组成导向装置，确定了钻头轴线相对定位元件的正确位置。5.连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。图6-1中3的底面为安装基面，保证了钻套1的轴线垂直于钻床工作台以及圆柱销5的轴线平行于钻床工作台。因此，夹具体可兼作连接元件。车床夹具上的过渡盘、铣床夹具上的定位键都是连接元件。6.其它装置或元件根据加工需要，有些夹具分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等。这些元件或装置也需要专门设计。图6-3表示了工件与夹具各组成部分，及工件通过夹具组成部分部分与机床、刀具间相互联系。图6-3专用夹具的组成及各组成部分与机床工件刀具的相互关系6.2工件定位方法及定位元件在设计零件的机械加工工艺规程时，工艺人员根据加工要求已经选择了各工序的定位基准和确定了各定位基准应当限制的自由度，并将它们标注在工序简图或其它工艺文件上。夹具设计的任务首先是选择和设计相应的定位元件来实现上述定位方案。为了分析问题的方便，引入“定位基面“的概念。当工件以回转表面（如孔、外圆等）定位时，称它的轴线为定位基准，而回转表面本身则称为定位基面。与之相对应，定位元件上与定位基面相配合（或接触）的表面称为限位基面，它的理论轴线则称为限位基准。如工件以圆孔在心轴上定位时，工件内孔称为定位基面，其轴线称为定位基准。与之相对应，心轴外圆表面称为限位基面，其轴线称为限位基准。工件以平面定位时，其定位基面与定位基准，限位基面和限位基准则是完全一致的。工件在夹具上定位时，理论上定位基准与限位基准应该重合，定位基面与限位基面应该接触。6.2.1工件以平面定位1.主要支承主要支承用来限制工件的自由度，起定位作用。（1）固定支承固定支承有支承钉（GB/T2226－91）和支承板（GB/T2236－91）两种型式。如图6-4、6-5所示。在使用过程中，它们都是固定不动的。图6-4支承钉（GB/T2226－91）