2.4 常用机床夹具_数控加工工艺（第2版）-QQ阅读男生轻小说网

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2.4 常用机床夹具

2.4.1 钻床夹具

在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪和攻螺纹等加工时所用的夹具，称为钻床夹具。钻床夹具是用钻套引导刀具进行加工的，所以简称为钻模。钻模有利于保证被加工孔对齐定位基准和各孔之间的尺寸精度和位置精度，并可显著提高劳动生产率。

1．钻床夹具的分类

钻床夹具的种类繁多，根据被加工孔的分布情况和钻模板的特点，一般分为固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等几种类型。

（1）固定式钻模

在加工一批工件的过程中，其位置固定不动的钻模称为固定式钻模。固定式钻模在使用过程中钻模板的位置固定不动，常用于在立式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。在立式钻床上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺寸刀具（精度要求高时用心轴）伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度较高。如图2-1所示的钻模即属于固定式钻模。

（2）移动式钻模

这类钻模在机床工作台上不固定，用于钻削中、小型工件同一表面上的多个孔。

（3）回转式钻模

这类钻模上有分度装置，因此可以在工件上加工出若干个绕轴线分布的轴向或径向孔系。

（4）翻转式钻模

翻转式钻模主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔径小于ϕ8mm～ϕ10mm。这类钻模可以减少安装次数，提高被加工孔的位置精度。其结构较简单，加工时钻模一般手工进行翻转，所以夹具及工件应小于10kg。

（5）盖板式钻模

这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上，钻模板在工件上装夹。其适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10kg。

（6）滑柱式钻模

滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。这种钻模有结构简单、操作方便、动作迅速和制造周期短的优点，生产中应用较广。

2．钻床夹具的设计要点

钻床夹具的主要特点是都有一个安装钻套的钻模板。钻套和钻模板是钻床夹具的特殊元件。钻套装配在钻模板或夹具体上，其作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工。

（1）钻套

1）钻套的类型。钻套按其结构和使用特点可分为以下四种类型。

① 固定钻套（图2-41）。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为H7/n6或H7/r6。固定钻套的结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批生产。

② 可换钻套（图2-42）。当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套与衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套与钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止加工时钻套的转动，或退刀时随刀具自行拔出。

图2-41 固定钻套

③ 快换钻套（图2-43）。当工件需钻、扩、铰多工序加工时，为了能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。快换钻套的有关配合同可换钻套。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可取了钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。

以上三类钻套已标准化，其结构参数、材料、热处理方法等，可查阅有关手册。

图2-42 可换钻套

图2-43 快换钻套

④ 特殊钻套。由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，需要设计特殊结构的钻套。如图2-44所示是几种特殊钻套的结构。

图2-44 特殊钻套

a）加长钻套 b）斜面钻套 c）小孔距钻套

2）钻套尺寸的确定

① 钻套内孔。钻套内孔（又称导向孔）直径的基本尺寸应为所用刀具的最大极限尺寸，并采用基轴制间隙配合。钻孔或扩孔时其公差取F7或F8，粗铰时取G7，精铰时取G6。若钻套引导的是刀具的导柱部分，则可按基孔制的相应配合选取，如H7/f7、H7/g6或H6/g5等。

② 导向长度H。钻套的导向长度H对刀具的导向作用影响很大，当H较大时，刀具在钻套内不易产生偏斜，但会加快刀具与钻套的磨损；当H过小时，则钻孔时导向性不好。通常取导向长度H与其孔径之比为H/d=1～2.5。当加工精度要求较高或加工的孔径较小时，由于所用的钻头刚度较差，则H/d值可取大些，如钻孔直径d＜5mm时，应取H/d≥2.5。

③ 排屑间隙h。排屑间隙h是指钻套底部与工件表面之间的空间。如果h太小，则切屑排出困难，会损伤加工表面，甚至还可能折断钻头；如果h太大，则会使钻头的偏斜增大，影响被加工孔的位置精度。一般加工铸铁件时，取h=（0.3～0.7）d；加工钢件时，取h=（0.7～1.5）d。对于位置精度要求很高的孔或在斜面上钻孔时，可以将h值取得尽量小些，甚至可以取为零。

钻套的结构尺寸在标准中已有规定，设计时，其余尺寸可以参照国标或有关手册。

（2）钻模板

钻模板用于装夹钻套，并和夹具体相连接。它决定着钻套在夹具上的正确位置，因而要求有一定的精度、强度和刚度。根据钻模板与夹具体连接方式的不同，可以将钻模板分为以下几种类型：

① 固定式钻模板。这种钻模板直接固定在夹具体上，既可以与夹具体铸造成或焊接成一个整体，又可以用销钉、螺钉与夹具体装配成一个整体。如图2-1所示为固定式钻模板。

② 铰链式钻模板。这种型式的钻模板是用铰链与夹具体相连接，因此钻模板可绕铰链轴旋转翻起，使工件装卸很方便。如图2-45所示为铰链式钻模板。

③ 可卸式钻模板。当装夹工件需要将钻模板卸掉时，则需采用可卸式钻模板。如图2-46所示为这种钻模板的结构。

图2-45 铰链式钻模板

图2-46 可卸式钻模板

2.4.2 车床夹具

1．车床夹具的典型结构

（1）心轴式车床夹具

心轴式车床夹具的主要限位元件为心轴，常用于以孔作定位基准的工件。工件以圆柱孔定位常用圆柱心轴和小锥度心轴；对于带有锥孔、螺纹孔、花键孔的工件定位，常用相应的锥体心轴、螺纹心轴和花键心轴。如图2-47所示为台阶式弹性心轴，它的膨胀量为1～2mm，为了使弹簧外套松下方便，在旋松螺钉时，依靠螺钉小台阶带动弹簧外套一起向外松脱。

图2-47 台阶式弹性心轴

（2）角铁式车床夹具

角铁式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。它常用于加工壳体、支座和接头等类工件上的圆柱面及端面。

如图2-48所示的夹具，工件以一平面和两孔为基准在夹具倾斜支承板的定位面和两个销子上定位，用两只压板夹紧，被加工表面是孔。

图2-48 角铁式车床夹具

2．车床夹具的设计要点

（1）定位元件的设计要点

在车床上加工回转面时，要求工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合，夹具上定位元件的结构和布置必须保证这一点。因此，对于同轴的轴套类和盘类工件，要求夹具上定位元件工作表面的中心轴线与夹具的回转轴线重合；对于壳体、接头或支座等工件，当被加工的回转面轴线与工序基准之间有尺寸联系或有相互位置精度要求时，则应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。

（2）夹紧装置的设计要点

在车削过程中，由于工件和夹具随主轴旋转，除工件受切削力的作用外，整个夹具还受到离心力的作用。此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向是变化的。因此，夹紧装置必须产生足够的夹紧力，并且自锁性能要良好。对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起夹具变形。

（3）夹具与机床主轴的连接

心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。

根据径向尺寸的大小，其他车床夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：

1）对于径向尺寸D＜140mm或D＜（2～3）d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧，如图2-49所示。这种连接方式定心精度较高。

图2-49 用锥柄安装在主轴锥孔中

2）对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构，如图2-50所示。

图2-50 用过渡盘与车床主轴轴颈连接

a）在主轴定心轴颈定位，螺纹紧固 b）在主轴外锥面定位，螺母紧固

1—主轴 2—过渡盘 3—夹具体 4—锁紧螺母 5—键

3．总体结构的设计要点

（1）夹具的悬伸长度L

车床夹具一般是在悬臂状态下工作，为了保证加工的稳定性，夹具的结构应紧凑、轻便，悬伸长度要短，尽可能使重心靠近主轴。

夹具的悬伸长度L与轮廓直径D之比应参照以下数值选取：

直径小于150mm的夹具，L/D≤1.25；

直径在150～300mm之间的夹具，L/D≤0.9；

直径大于300mm的夹具，L/D≤0.6。

（2）夹具的静平衡

车床夹具除了控制悬伸长度外，结构上还应基本平衡。角铁式车床夹具的定位元件及其他元件总是布置在主轴轴线的一侧，不平衡现象最严重，所以在确定其结构时，特别要注意对它进行平衡。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。

（3）夹具的外形轮廓

车床夹具的夹具体应设计成圆形，为保证安全，夹具上的各种元件一般不允许突出夹具体圆形轮廓之外。此外，还应注意切屑缠绕和切削液飞溅等问题，必要时应设置防护罩。

2.4.3 铣床夹具

1．铣床夹具的典型结构

（1）直线进给式铣床夹具

如图2-52所示是铣削图2-51所示垫块上直角面的直线进给式铣床夹具。工件以底面、槽及端面在夹具体3和定位块6上定位。拧紧螺母5，通过螺杆带动浮动杠杆10，就能使两副压板均匀地同时夹紧工件。对刀块2用来确定刀具与夹具之间的位置。定位键1连接夹具与机床，确定了夹具与机床之间的位置。该夹具可同时加工三个工件，提高了生产效率。

图2-51 垫块铣直角面工序图

图2-52 垫块铣直角面夹具

1—定位键 2—对刀块 3—夹具体 4、8—压板 5—螺母 6—定位块 7—螺栓 9—支承螺钉 10—浮动杠杆

（2）圆周进给式铣床夹具

圆周进给铣削方式是在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位，在有回转工作台的铣床上使用。这种夹具结构紧凑，操作方便，机动时间与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，适用于大批量生产。

（3）靠模铣床夹具

这种带有靠模的铣床夹具用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模的作用是使工件获得辅助动力，形成仿形运动。按主进给运动方式的不同，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种类型。

2．铣床夹具的设计要点

（1）定位键

定位键也称定向键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安装在一条直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。定位键通过与铣床工作台上的T形槽配合，确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削力，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻镗床夹具也常使用。

如图2-53所示为常用定位键的结构。

图2-53 常用定位键的结构

a）A型定位键 b）B型定位键 c）相配件尺寸

（2）对刀装置

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的结构形式取决于被加工表面的形状。

（3）夹具体设计

为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有H/B≤1～1.25，以降低夹具重心，使工件被加工表面尽量靠近工作台面。此外，还要合理地设置加强肋和耳座。

2.4.4 专用夹具设计方法

1．专用夹具的设计要求

① 保证工件的加工精度。保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

② 提高生产效率。专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。

③ 工艺性能好。专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验和维修等。

④ 使用性能好。专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。同时，专用夹具还应便于排屑。

⑤ 经济性好。专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。

2．专用夹具的设计步骤

（1）明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料

① 仔细研究零件工作图、毛坯图及其技术条件。

② 了解零件的生产纲领、投产批量以及生产组织等有关信息。

③ 了解本工序加工用的机床、刀具和辅助工具的技术性能及其规格尺寸。

④ 准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资料等。

⑤ 熟悉本企业制造和使用夹具的生产条件和技术现状。

⑥ 收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，吸取其中先进而又能结合本企业实际情况的合理部分。

（2）确定夹具的结构方案

在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：

① 根据工艺的定位原理，确定工件的定位方案，选择定位元件。

② 确定工件的夹紧方案并设计夹紧机构。

③ 确定夹具的其他组成部分，如分度装置、对刀块或引导元件以及微调机构等。

④ 协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。

在确定方案的过程中，会有多种方案供选择，但应从保证精度和降低成本的角度出发，选择一个与生产纲领相适应的最佳方案。

（3）绘制夹具总装配图

遵循国家制图标准，绘图比例应尽可能选取1:1，当夹具过大或过小时，应按照制图标准合理选取比例。总装配图上的主视图应尽量选取夹具工作时与操作者正对着的位置，以便使所绘制的夹具总装配图具有良好的直观性；视图应尽可能少，但必须能够清楚地表达夹具各部分的结构。

绘制夹具总装配图通常按照以下步骤进行：

1）用双点画线绘出工件轮廓外形、定位基准和加工表面。将工件轮廓线视为透明体，并用网格线或粗实线表示出加工余量。

2）按照工件的形状和位置，依次画出定位元件、夹紧装置（一般按夹紧状态处理）、导向元件和传动装置等各元件的具体结构。

3）最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置连成一体。

4）标注有关尺寸。

（4）确定应标注的有关尺寸、配合及技术条件

1）夹具总装配图上应标注的尺寸。夹具总装配图上应标注的尺寸有以下五类。

① 夹具的轮廓尺寸：即夹具的长、宽、高。若夹具上有可动部分，应包括可动部分极限位置所占的空间尺寸。

② 工件与定位元件的联系尺寸：通常指工件以孔在心轴或定位销上（或工件以外圆在内孔中）定位时，工件定位表面与夹具上定位元件间的配合尺寸。

③ 夹具与刀具的联系尺寸：用来确定夹具上对刀块、导引元件位置的尺寸。对于铣、刨床夹具来说，这个尺寸是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；对于钻、镗床夹具来说，则是指钻（镗）套与定位元件间的位置尺寸、钻（镗）套之间的位置尺寸以及钻（镗）套与刀具导向部分的配合尺寸等。

④ 夹具内部的配合尺寸：它们与工件、机床和刀具无关，主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求。

⑤ 夹具与机床的联系尺寸：用于确定夹具在机床上正确位置的尺寸。对于车、磨床夹具来说，这个尺寸主要是指夹具与主轴端的配合尺寸；对于铣、刨床夹具来说，则是指夹具上的定位键与机床工作台上T形槽的配合尺寸。标注尺寸时，常以夹具上的定位元件作为相互位置尺寸的基准。

2）夹具的有关尺寸公差和几何公差标注。夹具的有关尺寸公差和几何公差通常取工件上相应公差的1/5～1/2。当工序尺寸公差是未注公差时，夹具上的尺寸公差取为±0.1mm（或±10′），或根据具体情况确定；当加工表面未提出位置精度要求时，夹具上相应的公差可按经验取为0.02～0.05mm（每100mm）或在全长上取0.03～0.05mm。

3）夹具总装配图上的技术条件。夹具总装配图上的技术条件主要有以下几个方面：

① 定位元件之间或定位元件与夹具体底面之间的位置要求，其作用是保证工件加工面与工件定位基准面之间的位置精度。

② 定位元件与连接元件（或找正基面）之间的位置要求。

③ 对刀元件与连接元件（或找正基面）之间的位置要求。

④ 定位元件与导引元件之间的位置要求。

⑤ 夹具在机床上安装时的位置精度要求。

夹具总装配图上无法用符号标注而又必须说明的问题，如夹具的装配、调整方法；夹具使用时的操作顺序；某些零件的重要表面需配作等，可以作为技术要求用文字写在总装配图上。

（5）绘制夹具零件图

绘制装配图中非标准零件的零件图，其视图应尽可能与装配图上的位置一致。

【例2-6】 如图2-54所示为轴套类零件，现在需要在铣床上铣削两个槽，其余表面均在前面的工序中完成，试设计铣床夹具。

图2-54 轴套零件

解：

1．明确设计要求

在本工序前已将轴套的外圆，内孔及两端面加工好，本工序的加工内容是铣削两个通槽。通槽的技术要求是槽宽为，槽深为，两槽在圆周方向互成60°±30′的角度，表面粗糙度为Ra12.5μm。加工条件为在X51立式铣床上采用ϕ5mm标准键槽铣刀进行加工。为提高加工效率，要求一次装夹六件进行加工。

2．确定夹具类型

本工序所加工的是两条在圆周上互成60°角的纵向槽，因此宜采用直线进给带分度装置的铣床夹具。

3．确定定位方案和选择定位元件

（1）确定定位方案

方案1：以内孔与端面作为定位基准，限制工件5个自由度，如图2-55a所示。

方案2：以外圆为定位基准（以长V形块为定位元件），限制4个自由度，如图2-55b所示。

方案2由于V形块的对中性，较易保证槽的对称度要求，但对于实现多件夹紧和分度较困难。方案1的不足之处是由于心轴与孔之间有间隙，不易保证槽的对称度，且有过定位现象。但本工序的加工精度要求并不高，而工件孔和两端面垂直精度又较高，故过定位现象影响不大。经上述分析比较，确定采用方案1。

图2-55 定位夹紧方案

（2）选择定位元件

根据定位方案选择用带台肩的心轴。心轴安装工件部分的直径为，考虑同时安装6个工件，所以这部分长度取112mm；由于分度精度不高，为简化结构，在心轴上做出六方头，其相对两面间的距离尺寸取，与固定在支座上的卡块槽28H7相配合；加工完毕一个槽后，松开并取下心轴，转过相邻的一面再嵌入卡块槽内即实现分度。心轴通过两端ϕ25h6mm圆柱部分安装在支座的V形槽上，并通过M16螺栓、钩形压板及锥面压紧，压紧力的方向与心轴轴线成45°角。