机床专用夹具及其设计方法

第一节
各类机床夹具及 其设计特点
况。常见的车床心轴有圆柱心轴、弹 簧心轴、顶尖式心轴等。 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，接头类零件上的圆柱面 及端面。当被加工工件的主要定位基 准是平面，被加工面的轴线对主要位 基准面保持一定的位置关系（平行或
T
的影响。钻模上的导向装置对定位元
件的位置不准确，将导致刀具位置发 生变化，由此而造成的加工尺寸误差 △T 即为导向误差。主要包括：
δ ： 钻 模 板 底 孔 轴 线 至 定 位 元件的尺寸公差； e1 一快换钻套内、 外圆的同轴度公 差； e2：衬套内、外圆的同轴度公差； X1： 快换钻套和衬套的最大配合间 隙。 X2：刀具（引导部位）与钻套的最 大配合间隙。 X3：刀具在钻套中的偏斜量，
小
妨碍工件装卸等工作时，可用活 动铰链把钻模板与夹具体相连 接。
大 C 可卸式钻模板 D 悬挂式钻模板： 在立式钻 床上采用多轴传动头进行平行 孔系加工时，所用的钻模板就连 接在传动箱上，并随机床主轴往 复移动。这种钻模板简称为悬挂 式钻模板。 2）设计特点
D≤10mm D<25mm T12A HRC58~64
或加工减重孔。 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。 （四）车床夹具的安装误差 夹具的安装误差值与下列因素有 关： （1） 夹具定位元件与本体安装基 面的相互位置误差。 （2） 夹具安装基面本身的制造误 差以及与安装面的连接误差。 1）对于心轴。夹具的安装误差就 是心轴工作表面轴线与中心孔或者心 轴锥柄轴线间的同轴度误差。 2）对于其它车床专用夹具，一般 使用过渡盘与主轴轴颈连接。当过渡 盘是与夹具分离的机床附件时，产生 夹具安装误差的因素是：定位元件与 夹具体止口轴线间的同轴度误差，或 者相互位置尺寸误差；夹具体止口与
学时，其 学时。
有相同之处，但箱体孔系的加工精 度一般要求较高，其本身精度比钻 模高。 2、组成 一般镗模由下述四部分组成： 1）定位装置。 2）夹紧装置。 3）导向装置（镗套和镗模支架等）
六、教学后记：
4）镗模底座。
加工孔的直径 D。这样，镗杆导向部分 进人孔内，可以缩短距离 h，减小镗杆 （二 ） 镗 模 导 向 装置的布置方式和特点： 1、单面导向式： （1） 单面前导式：镗模支架布置 在刀具前方，镗杆与主轴刚性联接。 适用于加工： D>60mm, L<D 的通孔， 便于测量与观测。 一般情况下 h=(0.5~1)D，h 不小 于 20mm，H=(1.5~3)d （2） 单面后导式：支架布置在刀 具后方，镗杆与主轴刚性连接。 适用于 D<60mm 通孔成盲孔。 1） 加工孔距精度高和孔的长度 L ＜D 时如图所示， 镗杆导向部分的直径 d 可大于所加工孔的直径 D。这样，镗 杆的刚性好，加工精度较高。 2）加工 L＞D 的长孔时，如图所 示，镗杆导向部分的直径 d 应小于所 h 值的大小应根据更换刀具、 装卸 和测量工件及排屑是否方便来考虑。 在卧式螳床上镗孔时， 一般取 h＝60～ 100mm。在立式镗床上镗孔时，一般与 钻模情况相似。镗套高度 H=(1.5～ 3)d，或按最大悬伸量选取，即取 H＞h 十 L。 （3）单面双导向：工件一侧装 两个支架，镗杆与机床浮动连接，所 镗孔的位置精度主要取决于镗模支架 上镗套位置的准确度，而不受机床工 作精度的影响，因此两镗套必须严格 同轴。 的悬伸量，保证镗杆具有一定的刚度， 以免镗杆变形或产生振动，影响加工 精度。
CrMn A 钻模板上安装钻套的孔之间及 T10A 孔与定位元件的位置应有定够的精度 B 刚性一定要好， 不能太厚、 太重、
D≥25mm 火
20 渗碳淬
不承受夹具反力钻模板的设计 （4）导向误差分析 1）钻模板类型 用钻模加工时，被加工孔的位置 钻模板通常装配在夹具体或支架 上，或与夹具上的其它元件相连接。 常见的有如下几种类型： A 固定式钻模板：钻模板和 夹具体或支架是用固定方法相 连接，一般采用两个圆锥销和螺 精度主要受定位误差△D 和导向误差△
3）排屑空间：h 措钻套底部与工 件表面之间的空间。h 过大要引偏，过 小不能排屑.
钉装配连接；对于简单的结构也 可采用整体的铸造或焊接结构。 B 铰链式钻模板： 当钻模板
铸铁：S=（0.3~0.7）D 孔取小值 钢： S=(0.7~1.5) D 孔取大值 斜孔：S=（0~0.2）D 4）材料： 性能要求：高硬度，耐磨 常用材料：T10A CrMn 或 20 渗碳淬火 T12A
x2 H B h H 2
课题： 机床夹具及
其设计方法
四、 教学目的：通过各类机床专 用夹具的基本特 征和设计特点 的，掌握专用机 床夹具的设计方 法，了解不同机 床的夹具结构和 类型。掌握专用
X3
这引些误差以随机误差变量按 概率法合成：
2 T 2 e12 e2 x12 2 x3
较高时，宜用固定钻模 （2）不同表面上的孔，总 G<100N， 中、小型工件，宜用翻转钻模 （3）当分布在不同心圆周上的孔 系，总 G<150N，宜用回转式钻 模 当 G>150N,宜用固定钻模，在 摇臂钻加工，量大时用立钻多 轴加工。 （4）垂直度与孔间距要求不高时， 用滑柱式钻模。 （5）若加工大件上的小孔时，宜用 盖式钻模。 2、 钻套的选择与设计 （1）钻套的选择 钻套和钻模板是钻床夹具的特殊 元件。钻套的作用是确定被加工孔的 位置和引导刀具加工，钻套装配在模 板上，用钻套比不用钻套可减少 50% 以上的误 差。其结构尺寸已标准化 1）固定钻套：配合 H7/n6,H7/r6, 结构简单，精度高，适用于单孔或小 批生产。
及其它元件总是安装在主轴轴线的一 边，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：设置配重块
(2) 对于径向尺寸较大的夹具。 一般通过过渡盘与车床主轴头端连 接。过渡盘的使用，使夹具省去了与 特定机床的联接部分，从而增加了通 用性，即通过同规格的过渡盘可用于 别的机床。同时也便于用百分表在夹 具校正环或定位面上找正的办法来减 少其安装误差。因而在设计圆盘式车 床夹具时，就应对定位面与校正面间 的同轴度以及定位面对安装平面的垂 直度误差提出严格要求。 4、总体结构设计要求 车床夹具一般是在悬臂的状态下 工作，为保证加工的稳定性，夹具的 结构应力求紧凑、轻便，悬伸长度要 短，使重心尽可能靠近主轴。 由于加工时夹具随同主轴旋转， 如果夹具的总体结构不平衡，则在离 心力的作用下将造成振动，影响工件 的加工精度和表面粗糙度，加剧机床 主轴和轴承的磨损。因此，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装置
3、花盘式车床夹具 花盘式车床夹具的夹具体为圆盘 形。在花盘式夹具上加工的工件一般 形状都较复杂，多数情况是工件的定 位基准为圆柱面和与其垂直的端面。 夹具上的平面定位件与车床主轴的轴 线相垂直。 4、安装在拖板上车床夹具 通过机床改装（拆去刀架，小拖 板）使其固定在大拖板上，工件直运 动，刀具则转动。这种方式扩大车床 用途，以车代镗，解决大尺寸工件无 法安装在主轴上或转速难以提高的问 题。
过渡盘凸缘间的配合间隙，过渡盘定 位孔与主轴轴颈间的配合间隙。 二、钻床夹具
钻模类型多，在设计时，要根据工 件的形状、重量、加工要求和批量 来选型： （1）被钻孔径>10mm，或加工精度
钻床夹具：用干各种钻床（镗床 组合机床）上的夹具，又称钻模，镗 模。主要目的保证孔的精度（位置） （一） 钻床夹具的主要类型 1、固定式：夹具与机床上位置固 定不变，用于立钻，摇臂钻加 工大件等 2、 回转式：用于同一圆周上的孔 系加工。它包括立轴、卧轴和斜轴回 转三种基本型式。 3、移动式：钻模移动，用于加工 同一表面上的多个孔中小型 工件 4、 翻转式：钻模板转动一定角 度，用于加工不同表面上的孔，翻转 点力， 5、盖板式：没有夹具体，模板盖 在工件上加工 6、滑柱式：升降钻模板的通用可 调夹具 （二）钻床夹具设计要点 1、钻模类型选择
（三）车床夹具设计要点 1、 定位装置的设计要求 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，夹具上定位装置的结构和 布置，必须保证这一点。因此，对于 轴套类和盘类工件，要求夹具定位元 件工作表面的对称中心线与夹具的回 转轴线重合。对于壳体、接头或支座 等工件，被加工的回转面轴线与工序 基准之间有尺寸联系或相互位置精度
对夹具的回转精度有决定性的影响。 因此，要求夹具的回转轴线与主轴轴 线应具有尽可能高的同轴度。 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 的心根据径 向尺寸的大小，其它专用夹具在机床 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。这种连接方式定 心精度较高。
要求时，应以夹具轴线为基准确定定 位元件工作表面的位置。 2、夹紧装置的设计要求 在车削过程中，由于工件和夹 具随主轴旋转，除工件受切削扭矩的 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，夹紧机构必须产生足够的夹紧力， 自锁性能要可靠。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 车床夹具与机床主轴的连接精度

2
。
机床夹具的设计 方法。
五、 教学重点：镗床夹具，铣床 夹具的结构及设 计特点。
三、镗模设计
六、 教学难点：
（一）镗模的特点及其组成 1、特点：镗床夹具称镗模，主要用于 加工箱体类零件上的孔或孔系通 过布置镗套，可加工出较高精度要 求的孔或孔系。 与钻模相比，它
四、教学时数： 2 中实践性教学 五、习题：
加长钻套 小孔距钻套