专用工装夹具设计

专用夹具设计贾秀杰1)夹具设计应满足零件加工工序的精度要求；2)应能提高加工生产率；3)操作方便、省力、安全；4)具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本；5)夹具元件应满足通用化、标准化、系列化的“三化”要求；6)具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。一、专用夹具设计的基本要求二、专用夹具设计的方法步骤1、已知条件：工艺人员提出的夹具设计任务书，内容主要包含：工序加工尺寸、位置精度要求；定位基准；夹紧力作用点、方向；机床、刀具、辅具；所需夹具数量。2、设计方法步骤夹具设计生产过程一般可简单表示成下面框图⑴准备阶段：明确设计要求、掌握第一手资料①收集各种图纸和技术资料②了解生产批量和夹具需要量③收集有关机床的资料④收集有关刀具方面的资料⑤收集有关夹具零部件标准⑥了解有关本单位制造和使用夹具的情况⑦收集国内外同类夹具的资料⑵设计阶段对比设计、画出草图•①定位方案，定位误差计算•②夹紧方案•③对刀、导引、分度方案•④典型夹具结构借鉴①定位方案•选择定位方式长方体定位①定位方案圆盘定位①定位方案轴类定位①定位方案过定位方案改进①定位方案定位方案改进②夹紧方案•夹紧力选择•选择各种夹紧机构•确定方案②夹紧力方向选择②夹紧力夹紧力与切削力方向夹紧力作用点②夹紧力夹紧力作用点与工件变形②夹紧机构•螺旋夹紧•偏心夹紧•斜锲原理夹紧②夹紧机构•螺旋夹紧②夹紧机构•偏心夹紧②夹紧机构•斜锲夹紧③对刀、分度机构⑶绘图阶段①比例尽量1∶1；②主视图尽量选与操作者正对的位置；③被加工工件用双点划线画出外形轮廓和主要表面(定位面、夹紧面、加工面)，可视为透明体，可对其剖视表示，其加工余量用网纹线表示；④在夹具体显眼位置画出“◆”标记，表示该处打夹具编号。⑷标注尺寸、技术条件⑸编写零件明细表⑹绘制非标准夹具零件图三、夹具结构总体设计主要过程零件•1．同时铣大小端面X5025•2．同时铣大小另一端面X5025•3．钻铰ø12H9孔并倒角Z5125•4．钻铰ø8H9孔并倒角Z5125•5．钻ø7孔和螺纹底孔ø5Z5125•6．铣2mm槽X6026•7．攻螺纹M6Z5125钻夹具为例子•先了解钻夹具的特点和结构。•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（2）翻转式钻模(3)回转式钻模（4）盖板式钻模(5)滑柱式钻模钻孔铰孔夹具2、钻模结构的设计要点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。钻套a)固定钻套②结构形式见图是以配合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，否则易堵塞。b)可换钻套衬套与钻模板的配合H7/n6，钻套与衬套的配合F7/m6、F7/k6，使用过程中磨损后可换。主要用于批量较大的单纯钻孔中。c)快换钻套配合同上b)图，使用过程中可快换。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。d)特殊钻套特殊钻套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：见图所示，取H7/g6、H6/g5、H7/f7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④钻套下端面与工件加工面之间的空隙S确定加工脆材：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愈大特殊情况：在斜面上钻孔，S取小值；孔位精度高时、S=0；钻L/d＞5的深孔、S=1.5d⑵钻模板：安装钻套的板①固定式钻模板②铰链式钻模板③可卸式钻模板④悬挂式钻模板⑶钻模用支脚⑷设计钻模时，应注意钻孔孔口毛刺的影响5－5、用钻模加工一批工件20H7的孔，其工步为：⑴用φ18麻花钻孔；⑵用φ20扩孔钻扩孔；⑶用φ19.93铰刀粗铰孔；⑷用φ20铰刀精铰孔达到要求，试确定各工步用钻套内孔直径及偏差。附表3高速钢麻花钻、扩孔钻的直径公差(h8)(mm)钻头直径上偏差下偏差＞3～60－0.018＞6～10－0.022＞10～18－0.027＞18～30－0.033＞30～50－0.039＞50～80－0.046＞80～100－0.054附表4高速钢机用铰刀的直径公差（GB1133－84）(mm)铰刀直径直径的极限偏差H7级精度铰刀H8级精度铰刀H9级精度铰刀＞5.3～6+0.010+0.005+0.015+0.008+0.025+0.014＞6～10+0.012+0.006+0.018+0.010+0.030+0.017＞10～18+0.015+0.008+0.022+0.012+0.036+0.020＞18～30+0.017+0.009+0.028+0.016+0.044+0.025＞30～50+0.021+0.012+0.033+0.019+0.052+0.030＞50～80+0.025+0.014+0.039+0.022+0.062+0.036＞80～100+0.029+0.016+0.045+0.026+0.073+0.042附表硬质合金机用铰刀的直径公差(mm)铰刀直径直径的极限偏差H7级精度铰刀H8级精度铰刀H9级精度铰刀＞5.3～6+0.012+0.007+0.018+0.001+0.030+0.019＞6～10+0.015+0.009+0.022+0.014+0.036+0.023＞10～18+0.018+0.011+0.027+0.017+0.043+0.027＞18～30+0.021+0.013+0.033+0.021+0.052+0.033＞30～40+0.025+0.016+0.039+0.025+0.062+0.040改错：根据零件图和工艺过程确定工件定位夹紧方案工序5根据定位夹紧方案设计夹具总体结构具体设计过程⑴布置定位元件⑵布置导引元件⑶布置夹紧装置⑷设计夹具体，完成夹具总图夹具总图上尺寸、公差配合技术条件标注一、夹具总图上应标注的尺寸（1）下图，应标注五类尺寸①外形轮廓尺寸(A类尺寸)：长、宽、高(不包含被加工工件、定位键)，当夹具结构中有可动部分时，应包括可动部分处于极限位置时在空间所占的尺寸；②工件与定位元件的联系尺寸(B类尺寸)：把工件顺利装入夹具所涉及到的尺寸，与工件尺寸相关。1)工件与定位元件的配合尺寸：配合标注或只标定位元件的尺寸；2)定位元件之间的位置尺寸。③夹具与刀具的联系尺寸(C类尺寸)：指定位元件与对刀元件之间的位置尺寸，与工件尺寸相关。钻夹具：位置尺寸钻套内径定位元件(对刀基准)→→→→→钻套→→→→→→刀具↑↑位置尺寸铣夹具：位置尺寸塞尺尺寸定位元件(对刀基准)→→→→→对刀块→→→→→刀具车床夹具无此类尺寸③夹具与刀具的联系尺寸(C类尺寸)：指定位元件与对刀元件之间的位置尺寸，与工件尺寸相关。车夹具：夹具与主轴端部圆柱配合的配合尺寸。铣夹具：定位键与T型槽的配合尺寸。④夹具与机床的联系尺寸(D类尺寸)：把夹具顺利装入机床所涉及到的尺寸，与机床尺寸相关。以上尺寸若以配合形式标注，要用双点划线画出主轴端部、T型槽形状。钻夹具无此类尺寸。⑤其它装配尺寸(E类尺寸)：不在上述几类尺寸之外的：1)夹具内部的配合尺寸；2)有相互位置要求的装配尺寸。⑵尺寸标注示例②见图铣床夹具尺寸标注示例表夹具总图上尺寸标注各类机床夹具设计要点•车床夹具•铣床夹具•镗床夹具•磨床夹具一、车床夹具车床夹具一般都安装在车床主轴端部，加工时夹具随机床主轴一起旋转，装在刀架上的切削刀具作进给运动。1、心轴类车床夹具⑴静配合圆柱心轴，图静配合心轴1导向部分；2定位部分；3传动部分(2)动配合圆柱心轴，见图，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，用拨叉或鸡心夹头传递动力锥面自动定心夹紧--芯轴锥面自动定心夹具--弹性套筒2、卡盘类车床夹具图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-菱形销定心卡盘与卡头3、花盘类车床夹具图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。二、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多件装夹的铣床夹具1－工件2－定位V型块3－侧向夹紧螺钉（2）多工位装夹的铣床夹具（3）双工位回转铣削的铣床夹具（4）料仓式铣床夹具图圆周进给式铣床夹具工作原理1－转台2－夹具3－粗铣刀4－精铣刀靠模铣床夹具圆周进行仿形铣夹具2.铣床夹具的设计要点•（1）对刀元件。•（2）连接元件。•（3）铣床夹具的夹具体一般控制夹具体高度H与宽度B之比≯1～1.25（4）工件在夹具中的布置劣优应使切销行程最短劣优⑸防止刀具与夹具碰撞，见图所示。图夹具与刀具碰撞示例三、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。卧式镗床镗模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1、镗模的组成⑴定位元件；⑵夹紧装置；⑶镗套；⑷镗模支架；⑸镗模底座2、镗套：主要用来导引镗杆⑴分类①固定式镗套特点：外形尺寸小、结构紧凑、制造简单，易保证镗套中心位置的准确，因与镗杆之间有摩擦，主要用于低速加工。②回转式镗套1）滑动镗套由滑动轴承支承的镗套2）滚动镗套：由滚动轴承支承的镗套（a）外滚式轴承安装在镗套外，工作时镗杆与镗套有相对轴向移动，无相对转动（b）内滚式：图滚式滚动镗套1－导套2－固定支承套3－镗杆轴承安装在镗套内，工作时镗杆与镗套无相对轴向移动，有相对转动。⑵特点表各种镗套特点类固定镗套滑动镗套滚动镗套适应转速低低高承载能力较大大低润滑要求较高高低径向尺寸小较小大加工精度较高高低应用低速、一般镗孔低速、孔距小高速、孔距大⑶、镗套的布置方式：取决于镗孔直径D和深度L单面前镗套D60mmLD通孔h=(0.5～1)Dh≮20刚性连接：莫氏锥度连接单面后镗套用于D＜60mmLD通孔、盲孔刚性连接：莫氏锥度连接单面后镗套用于D＜60mmL＞D通孔、盲孔刚性连接：莫氏锥度连接双面单镗套L1.5D的通孔或同轴孔系，当S10d时，应设中间导引套浮动连接单面双镗套L1＜5d浮动连接⑷镗套的尺寸表镗套尺寸镗套尺寸及要求粗镗精镗镗套与镗杆的配合H7/g6(H7/h6)H6/g5(H6/h5)镗套与衬套的配合H7/g6(H7/js6)H6/g5(H6/j5)衬套与支架的配合H7/n6H7/n5镗套内外圆同轴度Φ0.01当镗套外径≥85：Φ0.01当镗套外径＜85：Φ0.005⑸、镗套的材料镗套的材料常用20钢或20Cr钢渗碳,渗碳深度为0.8～1.2mm，淬火硬度为55～60HRC3、镗杆⑴导引部分结构⑵镗杆直径和轴向尺寸镗杆直径：d=(0.6～0.8)D镗孔直经D、镗杆直径d、镗刀截面B×B之间的关系为＝（1～1.5)B2dD或参考下表D/mm30～4045～5050～7070～9090～110d/mm20～3030～4040～5050～6565～90B×Bmm×mm8×810×1012×1216×1616×1620×20⑶镗杆的材料及主要技术要求镗杆要求表面硬度高而内部韧性好，常用20钢、20Cr钢，渗碳淬火硬度为61～63HRC⑷镗杆与浮动接头：下图为常用浮动接头结构。4、镗模支架表5、镗模底座表底座侧面