第六章 典型夹具的设计.

第六章典型夹具的设计第一节钻床夹具第二节镗床夹具第三节铣床夹具第四节其他机床夹具简介机床夹具可以看作机床的附件。夹具可以增强或拓展机床的功能，使通用机床具有一定的专用机床的属性。机床类型往往决定了机床夹具设计，不同类型机床的夹具设计各具特点。下面着重介绍常见的钻床夹具设计、车床夹具设计、镗床夹具设计以及铣床夹具设计。第一节钻床夹具在钻床上钻孔常采用划线法加工，其生产效率和加工精度较低，故当生产批量较大时，常使用专用钻床夹具。在钻床夹具上，一般都装有一定尺寸的钻套，用以确定定位元件距刀具的位置，故习惯上称为钻模。通过钻套引导刀具进行加工。使用钻床夹具加工的优点：易于保证被加工孔对其定位基准和各孔之间的位置精度；有助于提高刀具系统的刚度，防止钻头在切入后引偏；并有利于提高孔的尺寸精度和降低表面粗糙度。此外，由于不需划线和找正，工序时间大为缩短，显著提高了工作效率。1.钻床夹具的类型钻床夹具一般分为固定式、翻转式、可移式，回转式、盖板式和滑柱式等类型：(1)固定式钻模在立钻上钻一个孔或在摇臂钻床上钻平行孔系的孔，常用固定钻模，这种夹具稳固，可钻较大的孔。(2)翻转式钻模翻转式钻床夹具用于工件连同夹具不超过10kg重的小型零件加工，特别适用多方向的孔系加工。(3)可移动式模钻可移动式模钻用于在单轴立式钻床上，钻削工件同一表面上的多个孔。一般工件和加工孔径都不大，属于小型夹具。移动方式有两种：一种是自由移动；另一种是使用专门设计的导轨和定程机构来控制移动的方向和距离。(4)回转式钻模加工工件需要均匀布于轴线四周的孔常采用回转式钻模。(5)盖板式钻模加工大型工件局部位置的孔系常常采用只有钻模板的盖板式钻模。然后按其上钻套孔位置钻削工件所需加工的孔。这类夹具结构简单、使用方便，但生产率不高。(6)滑柱式钻模滑柱式钻模是一种通用可调夹具，其结构特点是钻模板装在可升降的滑柱上的钻模。滑柱式钻模的定位元件、夹紧元件和钻套等可根据工件不同进行更换，而滑柱式钻模的其它部分可保持不变。滑柱式钻模适用于小型零件生产。2.钻套钻套是引导孔加工刀具的元件，其作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，引导钻头等孔加工刀具，提高其刚性，防止刀具在加工中发生偏斜。按钻套的结构和使用情况，可分为固定式、可换式、快换式和特殊钻套，其前三种均已标准化。固定式钻套结构已经标准化图3.53(a)、3.53(b)为固定式钻套的两种形式。钻套外径以H7/n6配合直接压入钻模板的孔中。固定式钻套多用于中小批生产，使用过程不需要更换钻套的场合。固定式钻套结构简单，可获得较高精度。图3.53(c)为可换式钻套。当生产量较大，使用过程中需要更换磨损了的钻套时，可使用这种钻套。可换式钻套装在衬套中，衬套按H7/n6的配合压入夹具体内，可换式钻套外径与衬套内径一般采用H7/g6或H7/h6的配合，并用螺钉加以紧固，以防止在加工过程中钻头与钻套内径摩擦而使钻套发生转动，或退刀时随刀具抬起。图3.53(d)为快换式钻套。在一次安装中顺序进行钻、扩、铰孔，需要使用不同内径的钻套来引导刀具。使用时，只要将钻套逆时针方向转过一个角度，使得螺钉的头部刚好对准钻套上的缺口，然后往上一拔，就可取下钻套。图示为几种特殊结构的钻套。图a用于加深底面孔的加长钻套；图b用于加工曲面上的孔；图c用于加工间距很小的孔。3．钻模板用于安装钻套的板叫钻模板，钻模板与夹具体的连接方式有固定式，铰链式，可折式和悬挂式等几种。第二节镗床夹具镗床也是采用刀具回转加工方式，因此镗床夹具的重要特征是具有镗杆导向装置，被称为镗套，一般称为镗模。在镗床夹具中，镗套要安装在镗模支架上，镗模支架连接在夹具体上。镗床夹具设计的关键在设计镗套结构及其位置布置。1．镗套镗套分为固定式镗套和回转式镗套等类型。固定式镗套结构与钻套类似，镗套被固定安装在夹具镗模支架上，不能随镗杆一起转动，因此，在镗削过程中，镗杆在镗套中既有轴向的相对移动，又有较高的相对转动。镗套容易摩擦磨损而失去引导精度，只适用于线速度v＜0.3m／s的低速情况下使用。回转式镗套结构较为复杂，包含有滑动轴承或滚动轴承，镗套在镗孔过程中随同镗杆一起回转，因此镗套内壁与镗杆没有相对转动，从而减少镗套内壁的磨损和发热，可长期维持其引导精度，比较适合于高速镗孔，一般应用于孔径较大、线速度v＞0.3m／s的场合。2．镗套导向支架的布置镗套导向支架的布置指的是镗套相对于镗刀的位置分布。按照镗套相对刀具分布位置的不同，镗模导向装置的布置方式可分为单套前引导、单套后引导、双套单向引导、前后单套引导和前后双套引导等五种结构形式。夹具设计时应根据零件结构、孔的位置及孔径大小和孔深比等来选择镗模导向装置的布置方式。3．镗床夹具设计关键(1)镗床夹具设计须注意镗刀从镗套中穿过时的刀具引入问题。避免破坏已调整好的镗刀或碰伤已加工表面。(2)为了防止受力变形影响孔的加工精度和孔系位置精度，镗模导向支架上不允许设计夹紧机构等。第三节铣床夹具1、铣床夹具的主要类型专用铣床夹具是生产中应用很广泛的一种夹具。在铣削过程中，多数铣床夹具与机床工作台一起作进给运动的。铣床夹具的整体结构在很大程度上取决于铣床的工作方式、工件加工表面特征等。按照铣削的进给方式，铣床夹具可分为：直线进给式铣床夹具、圆周进给式铣床夹具和仿形进给式铣床夹具等。按在夹具同时装夹的工件数量，铣床夹具可分为单件加工铣床夹具和多件加工铣床夹具等。按夹具的工位数量，铣床夹具可分为单工位铣床夹具、双工位铣床夹具和多工位铣床夹具等。2．定位键铣床夹具底面上常常装有定位键，定位键可用来确定夹具相对机床进给方向的正确位置。3.对刀元件为迅速确定刀具相对夹具的相对位置，铣削夹具常使用对刀元件。它由对刀块及塞尺组成，如图3.55所示。当对刀具要求高或夹具不便设置对刀元件时，也可以采用试切法或接样板对刀。4.铣床夹具设计关键由于铣削时切削力较大，且为不连续切削，易产生振动，因此铣床夹具应具有足够的强度和刚度，应使工件的加工表面尽可能地靠近工作台面，以降低夹具重心。通常夹具体的高度与宽度之比限制在H/B≤1～1.5范围内。根据实际情况还设置必要的加强筋，以提高夹具的刚性和抗振性。铣床夹具一般设置对刀装置，方便对刀操作。设置定位键，保证工件、机床、刀具等之间的位置精度铣床夹具往往固定在工作台上使用，一般采用T形螺栓利用工作台T形槽固定。铣床夹具侧面一般设置两个U形口，U形口中心和定向键中心与工作台T形槽相一致。此外，铣削加工时切屑较多，夹具应有足够的排屑空间。清理切屑要安全方便，并注意切屑的流向。第四节车床夹具相比较，车床夹具较简单，有较多夹具实现了通用化和标准化。典型的车床夹具如以外圆定位的车床夹具如卡盘、卡头；以内孔定位的车床夹具如各类心轴；以中心孔定位的车床夹具如各类顶尖、拨盘等。车床夹具设计主要特点是由于夹具装在机床主轴上并带动工件回转，因此夹具设计需要关注回转中心的同轴问题和平衡问题，特别是零件不是回转体结构时，平衡问题更为突出。一般地，车床夹具设计关键如下：(1)夹具与主轴的连接，定心精度要高，连接方式要与选用机床主轴端部结构相符，定心后要压紧或拉紧，保证可靠与安全。(2)车床夹具设计应注意夹具的回转轴线与机床主轴轴线有较高的同轴度。(3)因车床夹具带动工件高速回转，受切削力、离心力等作用，因此夹紧力应足够大，且须有可靠的自锁，以确保安全。(4)结构应尽量紧凑，悬伸长度要短，夹具应制成圆形。当机构非对称结构时，应注意动平衡，设置必要的配重并能调节，以免破坏主轴回转精度。(5)因车床夹具跟随车床主轴高速回转，夹具各部分不得突出夹具体转盘外径之外，且夹具工作中不能松动零件，以确保安全。(6)注意切屑缠绕和冷却液飞溅等问题，必要时应设置防护罩。外圆磨床夹具设计与车床夹具设计较为相似。一、可调夹具概念：•某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。分类：•①通用可调夹具（通用范围比通用夹具更大）•②成组夹具（专用可调夹具）•特点：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。第五节其他机床夹具简介二、组合夹具概念：•采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。特点：•使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，可减少专用夹具数量。新型数控夹具与组合夹具新型数控夹具体新型数控夹具与组合夹具夹具体元件新型数控夹具与组合夹具孔系组合夹具三、随行夹具自动线夹具，既担负装夹任务，又担负沿自动线输送工件的任务。四、数控机床夹具数控机床夹具数控机床夹具有高效化、柔性化和高精度等特点，设计时，除了应遵循一般夹具设计的原则外，还应注意以下特点：•应有较高的精度•应有利于实现加工工序的集中•夹紧应牢固可靠、操作方便•设计数控机床夹具时，应按坐标图上规定的定位和夹紧表面以及机床坐标的起始点，确定夹具坐标原点的位置加工中心机床夹具•在加工中心上，夹具的任务不仅是夹紧工件，而且还要以各个方向的定位面为参考基准，确定工件编程的零点•根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具结构类型有专用夹具、组合夹具、可调整夹具和成组夹具