《机械制造技术基础》の 各类机床夹具

第五章各类机床夹具本章重点介绍常见的车床、钻床、铣床、镗床专用夹具。§5.1车床夹具车床夹具一般都安装在车床主轴端部，加工时夹具随车床主轴一起旋转，装在刀架上的切削刀具作进给运动。1．轴类车床夹具⑴过盈配合圆柱心轴，见图5.1所示，各部位直径确定见下表5.1所示。图5.1静配合心轴1－导向部分2－定位部分3－传动部分表5.1(D：工件孔径)尺寸Ｄ１Ｄ２Ｄ３L/D＜1(Dmax)r6(Ｄmax)r6()e8L/D＞1(Dmax)r6()h6()e8(2)动配合圆柱心轴，见图5.2所示，工件以内孔在心轴上动配合H7/g6定位，通过开口垫圈、螺母夹紧。一般心轴是以两顶尖孔装在车床前后两顶尖上，用拨插或鸡心夹头传递动力。2．卡盘类车床夹具结构持点与三爪卡盘类似，装夹的工件大都是回转体、对称体，回转时不平衡影响较小。如图5.3所示，夹具以止口面装于主轴端部，螺钉紧固。工件以两孔一面在两销一面上定位，在外力作用下拉杆左移夹紧工件，加工完后取消外力，在弹簧作用下松开工件。必须外加防护罩保证安全。minDminDminD图5.3喷油嘴壳体尾部和法兰端面的车床夹具1－拉杆2－弹簧3－套筒4－斜块5－压板6－支承板7－圆柱销8－菱形销3．花盘类车床夹具结构特点与车床花盘相似，装夹工件后一般需要配重平衡。见图5.4所示，夹具以止口面装于主轴端部，螺钉紧固。工件以两孔一面在两销一面上定位，用螺栓压板夹紧，在车床上镗孔。设计卡、花盘类车床夹具应注意事项：结构要紧凑，轮廓尺寸要小，夹具重心尽可能靠近回转轴线，以减少离心力和回转力矩；应设有平衡重，并能调节；避免尖角、突出部分，要加防护罩；夹紧装置应安全可靠。图5.4花盘角铁式车床夹具1－削边定位销2－圆柱定位销3－轴向定程基面4－夹具体5压板6－工件7－导向套8－平衡配重§5.2铣床夹具1．铣床夹具的主要类型（1）多件装夹的铣床夹具图5.5所示是在圆柱滚子端面铣糟的多件装夹的铣床夹具。由于采用多件装夹铣削，除了多件一次装夹的工时比每个工件单独装夹工时之和可减少以外，还减少了铣削单个工件的切入、切出行程时间，因而提高了生产率。图5.5多件装夹的铣床夹具1－工件2－定位活动V型块3－侧向夹紧螺钉（2）多工位装夹的铣床夹具图5.6所示是多工位装夹铣连杆两端面的铣床夹具。采用多工位装夹铣床夹具加工，可减少夹具的数量，缩短装夹工件辅助时间(因为两件同时装夹)，也可节省单个工件铣削时所需的切入、切出行程时间，从而提高生产率，降低夹具费用。图5.6多工位装夹铣杠杆端面夹具1－平面支承钉2－锯齿形支承钉3，4，5－挡销6－压板7－螺母8－压板支承螺钉9－对刀块（兼挡销）（3）双工位回转铣削的铣床夹具图5.7所示的双工位回转铣削的铣床夹具，采用使装卸工件的辅助时间与机动时间重合的方式提高铣削加工生产率。这种铣削方式除了工作台退回和转台转位需要占用辅助时间外，其它辅助时间都与机动时间重合，但需要增加一个转台附件。有时也可在转台两边各装上一个相同的夹具，分别作为装卸工位和加工工位，其工作原理与上述夹具完全相同。图5.7双工位回转铣削的铣床夹具1－工作台2、4－夹具3－双工位转台5－铣刀（4）料仓式铣床夹具图5.8料仓式铣床夹具1－螺母2－压板3－压块4、6－定位孔5－装料框7－夹具体8、9－定位槽口10、15－菱形销11、12、14－圆柱销13－支架料仓式铣床夹具实际上是由两部分组成。一部分是固定在机床工作台上，一部分是可装卸的料仓。前一部分拥有夹紧装置、夹具体等，料仓部分则拥有定位元件。工件即装在料仓中，每次可装许多件。一个夹具可以配备好几个料仓(至少两个)。当一个料仓装满工件放入夹具中夹紧加工时，操作者便可利用机动时间去装卸另外待用料仓中的工件，而使装卸工件时间与机动时间重合。这种夹具主要适用于成批生产中的小型工件。图5.8所示夹具为加工杠杆类零件的料仓式铣床夹具。（5）全部辅助时间与机动时间重合的转盘铣床夹具转盘铣床通常有一个很大的转台，在转台上可以沿圆周依次布置若干工作夹具，依靠转台旋转而将其上的工作夹具依次送入转盘铣床的切削区域，从而进行连续铣削。由于转台对铣刀作圆周图5.9圆周进给式铣床夹具工作原理1－转台2－夹具3－粗铣刀4－精铣刀进给，因此按这种方式加工的夹具便称为圆周进给式铣床夹具。如图5-9所示为圆周进给式铣床夹具工作原理示意图，双动力头铣床可进行粗、精铣。（6）靠模铣床夹具带有靠模装置的铣床夹具，见图5.10所示，主要加工成形面。图5.10靠模铣床夹具1－滚柱2－靠模板3－铣刀4－工件5－铣刀滑座6－滚柱滑座7－回转台8－滑座2．铣床夹具的设计要点（1）对刀元件：见§4.2所述。（2）连接元件：见§4.1所述。（3）铣床夹具的夹具体由于铣刀是多刃刀具，切削力大，铣削振动大，因此设计铣床夹具的夹具体时，除考虑一般夹具体的设计要点外更应注意提高夹具体的刚性和工作稳定性。因此应尽可能控制铣床夹具夹具体的高度，降低承受切削力图5.11铣床夹具体的部位，适当增大夹具体底面尺寸，以提高夹具工作稳定性，一般控制夹具体高度H与宽度B之比≯1～1.25，见图5.11所示，在承受切削力等外力的部位，酌情增加夹具体壁厚或增设加强筋板，以提高夹具体的刚度。（4）工件在夹具中的布置（劣）（优）（劣）（优）图5.12工件在夹具中布置的优劣对比L，L′－切削行程L1，L2－加上刀具越程后的总行程工件在夹具中的布置，除考虑定位、夹紧等因素外，还应使切削行程尽可能小。图5.12所示是工件布置的优劣对比。⑸防止刀具与夹具碰撞，见图5.13所示。§5.3钻床夹具钻床夹具通常称钻模，主要由定位元件、夹紧装置、钻模板、钻套、夹具体组成。1．钻模的结构形式及应用⑴固定式钻模使用时是被固定在钻床工作台上的。如图5.14所示，工件以两孔一面在两销一面上定位，用快速夹紧螺母夹紧，钻工件上的斜孔。安装夹具时，在钻床主轴上装入标准心棒，移动夹具，让心棒顺利伸入钻套，再用螺栓、压板固定或用螺栓、U型耳座固定夹具。钻孔精度较高，常用在立式钻床上加工较大的单孔或用在摇臂钻床上加工平形孔系。⑵移动式钻模使用时可沿钻床工作台面移动。靠摩擦力矩与转矩平衡，用在立钻上加工与钻销方向平行的孔系，钻孔d＜10mm，钻模加工件总重量＜15kg。⑶翻转式钻模使用时钻模可以翻转。如图图5.13夹具与刀具碰撞示例图5.14固定钻模1－夹具体2－平面支承3－削边销定位4－圆柱定位销5－快速夹紧螺母6－特殊快换钻套5.15所示，工件以内孔及端面定位，用开口垫圈、螺母夹紧，加工工件上夹角为60°的两组孔系，当加工完一组孔系后，翻转钻模加工另一组孔系。主要用于加工小型工件分布在几个方向上的孔，可提高孔之间的位置精度。一般钻模加工件总重量＜10kg。图5.15翻转钻模1－定位销2－开口垫圈3－螺母⑷回转式钻模含有分度装置的钻模。如图5.16所示，工件以内孔及端面定位，用螺母、开口垫圈夹紧，加工工件径向均布的孔，加工完一个孔后，拔出对定销6，转动手柄3分度，加工下一个孔。加工过程中，钻模是被固定在钻床工作台面上。主要适用于加工围绕回转轴线而均匀分布的轴向或径向的孔系，特别是对无法采用翻转式钻模的大型多孔零件，宜使用回转式钻模。图5.16回转式钻模1－钻模板2－夹具体3－手柄4、8－螺母5－把手6－对定销7－圆柱销9－开口垫圈10－衬套11－钻套12－螺钉⑸盖板式钻模如图5.17所示，没有夹具体，定位元件安装在钻模板上，使用时钻模象盖子一样盖在工件上，应设置手柄。用于体积大而笨重的工件或多工步加工的孔。图5.17盖板式钻模1－钻模盖板2－定位销3－菱形销4－支承钉⑹滑柱式钻模结构已标准化和规格化，设计时可按标准选用。严格地说，滑柱式钻模应该属于通用夹具范畴。图5.18所示是典型的手动滑柱式钻模，钻模板与钻模本体通过两导柱确定相互位置，通过圆柱斜齿轮、斜齿条传递运动，圆柱斜齿轮轴上设计有两相反方向圆锥体，用于夹紧、松开工件时钻模板的锁紧。图5.18滑柱式钻模1－夹具体2－滑柱3－锁紧螺母4－钻模板5－套环6－手柄7－螺旋齿轮轴2．钻模结构的设计要点结构特点：有钻套、钻模板。⑴钻套①作用：a)确定定尺寸刀具的轴线位置，并导引刀具；b)保证孔系中各孔之间的位置精度。②形式a)固定钻套：见图5.19所示，是以配合H7/n6固定在钻模板上，使用过程中磨损后不易拆卸，主要用在小批量生产的单纯钻孔中。B型用在钻模板较簿或铸铁钻模板。钻套下端应超出钻模板或齐码平齐，否则易造成堵塞。A型B型(a)(b)图5.19固定钻套b)可换钻套：见图5.20所示，衬套3与钻模板的配合H7/n6，钻套1与衬套3的配合F7/m6、F7/k6，使用过程中磨损后卸下螺钉2可更换。主要用于批量较大的单纯钻孔中。图5.20可换钻套c)快换钻套：见图5.21所示，配合同上(b)图，使用过程中不用卸下螺钉2，旋转钻套1可快换。主要用于同一孔需多工步加工。注意从钻头尾端向尖端看，以钻头旋转方向为参照方向，钻套台阶位置始终在削边位置后面。图5.21快换钻套以上三种钻套均为标准件。d)特殊钻套：见图5.22所示，尺寸、形状与标准不同，自行设计。主要用在无法采用标准钻套或采用标准钻套使钻头导向性能不好的场合。图5.22特殊钻套②钻套导孔尺寸和公差带的选择a)钻套导引刀具非刃部时，见图5.23所示，取H7/g6、H6/g5、H7/f7图5.23带导柱铰刀1－切削部分2－钻套3－导柱b)钻套导引刀具刃部时，按表5.2选取。表5.2工序导孔基本尺寸导孔偏差钻、扩刀具刃部基本直径上偏差=刀具刃部上偏差+F7上偏差下偏差=刀具刃部上偏差+F7下偏差粗铰上偏差=刀具刃部上偏差+G7上偏差下偏差=刀具刃部上偏差+G7下偏差精铰上偏差=刀具刃部上偏差+G6上偏差下偏差=刀具刃部上偏差+G6下偏差注：刀具刃部直径偏差见附表3、4、5③钻套下端面与工件加工面之间的空隙S的确定，见图5.24所示。S过小切屑易阻塞，S过大导向性不好，一般在钻刃伸出钻套，钻尖正好碰着工件表面，导向性最好，考虑各种因素，推荐：加工脆材：S=(0.3～0.6)d加工塑材：S=(0.5～1)d材料愈硬、S愈小；d愈小、S愈大。图5.24钻套下端面距加工面空隙1－钻套2－钻模板3－工件特殊情况：在斜面上钻孔，S取小值；孔位精度高时，取S=0；钻L/d＞5的深孔，取S=1.5d。⑵钻模板：安装钻套的板。①固定式钻模板：见图5.25a)所示，是被固定在夹具体上的，固定方式有焊为一体，铸为一体，两个销钉定位、多个螺钉紧固为一体。销钉孔是配作而成。装好后钻套位置尺寸不变，加工精度较高，有时装卸工件不便。图5.25钻模板a)固定式b)铰链式c)可卸式1钻模板2夹具体3圆导柱4菱形导柱5垫片②铰链式钻模板：见图5.25b)所示，通过铰链与夹具体连接，因铰链存在间隙，所以加工精度不如固定式钻模板高，但装卸工件方便，多工步加工中用。③可卸式钻模板：见图5.25c)所示，钻模板与夹具体通过导柱定位、螺栓紧固，每次装卸工件需卸下钻模板，钻孔精度较高，装卸工件费时，钻模板易损坏。④悬挂式钻模板：见图5.26所示，钻模板是悬挂在钻床主轴端部的，一般是在多动力头钻床配用。图5.26悬挂式钻模板1－多轴传动头2－弹簧3－导柱图5.27钻模支脚4－钻模板5－螺钉6－导套⑶钻模用支脚：见图5.27所示，铸造结构、焊接结构、装配结构。钻模支脚尺寸应大于钻床T型槽尺寸，支脚位置布置应考虑钻模工作稳定。⑷设计钻模时，应注意钻孔孔口毛刺的影响，见图5.28所示。图5.28孔口毛刺及影响§5.4镗床夹具镗床夹具又称镗模，是一种精密夹具，主要用于加工箱体类零件上的孔或孔系。1．镗模的组成见图5.29所示，一般由以下几部分组成:图5.29车床尾座孔镗模1－支架2－导套3、4－定位元件5、8－压板6－夹紧螺钉7－可调支承9－镗模底座10－镗杆11－浮动接头⑴定位元件；⑵夹紧装置；⑶镗套；⑷镗模支架；⑸镗模底座。工件的定位、夹紧与前述相同，下面主要介绍镗套、镗模支架、镗模底座的设计。2．镗套：主要用来导引镗杆。⑴分类①固定式镗套如