1、機床夾具設計,第五章,第五章 各類機床夾具的結構特點,1 鉆床夾具 2 鏜床夾具 3 銑床夾具 4 車床夾具 5 齒輪加工機床夾具,一、鉆模主要類型,（1）固定式鉆模 （2）回轉式鉆模 （3）翻轉式鉆模 （4）蓋板式鉆模 （5）滑柱式鉆模,5-1鉆床夾具,在各種鉆床或組合機床上，用來鉆、擴、鉸各種孔所采用的裝置，稱為鉆床夾具。 特征：裝有鉆套和安放鉆套用的鉆模板，習慣稱 “鉆模”。,（1）固定式鉆模,1夾具體；2支承板；3削邊銷；4圓柱銷；5快夾螺母；6快換鉆套,這類鉆模多用于立式鉆床加工單孔、搖臂鉆床和多軸鉆床上加工平行孔系。 加工的孔徑大于10mm，需將鉆模固定，防止工作位置變化。,工作時

2、，鉆模固定在鉆床工作臺上。,（2）回轉式鉆模,用于加工工件上同一圓周上的平行孔系，或加工分布在同一圓周上的徑向孔系。,回轉式鉆模有立軸、臥軸和斜軸三種。 鉆套一般固定不動。,目前除在大批量生中使用回轉式鉆模外，一般被機床標準回轉工作臺所取代。,（3）翻轉式鉆模,鉆模沒有轉軸和分度裝置，在使用過程中用手翻轉，鉆模連同工件的總重量不能太重，以免操作疲勞，小于810kg。用于加工小型工件上分布幾個方向的孔 由于減少工件的裝夾次數提高了工件各孔之間的位置精度,（4）蓋板式鉆模,沒有夾具體，鉆模板上除有鉆套外，還有定位元件和夾緊裝置。加工時，鉆模板象蓋子一樣覆蓋在工件上。,優點：結構簡單輕巧，清除切屑方

3、便，適用于大而笨重的工件 不足：每次需從工件上裝卸，費事，不宜用于大批量生產。,（5）滑柱式鉆模,根據工件形狀尺寸和工序要求,設計相應的定位夾緊和鉆套，可以用于不同工件的加工。 鉆模板在夾緊工件或上升到一定高度后要自鎖。,是一種帶升降鉆模板的通用可調夾具。,與手動滑柱鉆模相比，不需鎖緊裝置，動作快，效率高,1）孔徑大于10mm或加工精度較高時，宜采用固定式鉆模。 2）翻轉式鉆模適用于加工中、小型工件。 3）加工分布不在同心圓周上的平行孔系，宜采用固定鉆模。 4）孔的垂直度和孔距要求不高時，宜優先采用滑柱鉆模。,鉆模類型的選擇,二、鉆床夾具的結構特點及其設計,鉆床夾具結構特點是有鉆套和鉆模板。

4、(一)鉆模板 鉆模板是供安裝鉆套用的，要求具有一定的強度和剛度，防止因變形而影響鉆套的位置精度和導向精度。,鉆模板,A. 固定式鉆模板 B. 鉸鏈式鉆模板 C. 可卸式鉆模扳 D. 懸掛式鉆模扳,1、固定式鉆模板,這種鉆模板直接固定在夾具體上而不可移動。所獲得的位置精度比較高。有時裝卸工件不太方便。 鉆模板與夾具體連接有兩種結構,2 鉸鏈式鉆模板 鉆模板與夾具體為鉸鏈連接,使用鉸鏈式鉆模板裝卸工件方便，對于同一工序上鉆孔后接著锪孔、攻絲的情況更適合。但鉸鏈處有間隙，因而位置精度比固定式鉆模板低。,3、可卸式鉆模板,鉆模板可拆卸，工件每裝卸一次，鉆模板也要裝卸一次。是為了裝卸工件方便而設計的。,

5、使用這種鉆模板時，裝卸鉆模板費時費力，且鉆孔位置精度較低，故一般多用于使用其他類型鉆模板不便于的場合。,4 懸掛式鉆模板,懸掛式鉆模板適用于大批大量生產中鉆削同一方向上的平行孔系，可在立式鉆床上配合多軸傳動頭或在組合機床上使用。,設計鉆模板時應注意以下幾點：,1）鉆模板上安裝鉆套的孔之間及孔與定位元件的位置應有足夠的精度。 2）鉆模板應具有足夠的剛度。 3）為保證加工的穩定性，懸掛式鉆模板導桿上的彈簧力必須足夠，以使鉆模板在夾具上維持足夠的夾緊力。,（二）鉆模用的支腳,1）支腳必須有四個。 2）矩形支腳的寬度或圓柱支腳的直徑必須大于機床工作臺T形槽的寬度。 3）夾具的重心、鉆削壓力必須落在四個

6、支腳所形成的支承面內。 4）鉆套軸線應與支腳所形成的支承面垂直或平行，以保證孔的位置精度。,5-2鏜床夾具,鏜床夾具又稱為鏜模，主要用于加工箱體或支座類零件上的孔和孔系。 鏜床夾具的特點 1) 設有鏜套，以引導鏜桿進行鏜孔。 2)可以加工出有較高精度要求的孔或孔系。 3)可廣泛用于鏜床和組合機床上，也可通過用鏜床夾具來擴大車床、搖臂鉆床的加工范圍。 為確定鏜床夾具在機床工作臺上的相對位置，一般用定向鍵或按底座側面的找正基面用百分表找正。,一 、鏜床夾具的主要類型及實用范圍,（2）雙支承導向,A、雙支承前后導向 B 、雙支承后導向,（1）單支承導向,A、單支承前導向 B、單支承后導向,鏜模的結構

7、類型，按鏜套布置形式分為：單支承導向和雙支承導向兩類。,（一）單支承導向鏜模,在鏜模中只布置一個位于刀具前方或后方的導向裝置引導鏜桿。 鏜桿與機床主軸剛性連接，鏜桿的一端直接插入機床主軸的莫氏錐孔中，并通過調整使鏜套軸線與主軸軸線重合。 這種方式的調整工作比較費時，且機床的精度影響鏜孔精度，一般適于小孔和短孔的加工。,1、單支承前導向,優點： (1)鏜套處于刀具的前方，加工過程中便于觀察、測量特別適合于锪平面和攻絲工序。 (2)加工孔徑D可以不同，但鏜桿的導柱直徑可統一，便于同一鏜套用多種刀具 (3)鏜桿上導向柱直徑比鏜孔小，鏜套可以做得小，故能鏜削孔間距小的孔系。,缺點： (1)立鏜時，切屑

8、容易落入鏜套中，使鏜桿與鏜套過早磨損或發熱咬死。 (2)裝卸工件時，刀具引進退出的距離較長。,鏜套布置在刀具送進方向的前方,2、單支承后導向,鏜套布置在刀具送進方向的后方，鏜套介于工件和機床主軸之間，主要用于鏜削D60mm的通孔和盲孔，鏜桿與機床主軸仍為剛性連接。,L/D1時，即鏜短孔時，應采用導向柱直徑大于所鏜孔徑的結構。 其特點如下： (1)鏜孔長度小，導向柱直徑大，刀具懸伸長度也短，鏜桿剛性好，加工精度高； (2)可利用同一尺寸的鏜套，進行多工位多工步的加工。 (3)鏜桿引進退出長度縮短，裝卸工件和更換刀具方便； (4)立鏜時無切屑落入鏜套。,當所鏜孔L/D1時，鏜桿仍為懸臂式，采用導向

9、柱直徑dD的形式，則加工這類孔時，刀具懸伸長度必然很大，降低鏜桿的剛度，使壁桿易于變形或振動，從而影響加工精度。 單支承后導向，鏜套上需開引刀槽,（2）雙支承導向,在鏜模中布置兩個導向裝置引導鏜桿，鏜桿和機床主軸采用浮動聯接，鏜孔的位置精度主要取決于鏜模支架上鏜套位置的精度，而不受機床精度的影響。 1前后引導的雙支承導向,前后引導的雙支承應用較廣泛。主要用于加工L/D1.5的孔，或排列在同一軸線的一組通孔，且孔本身和孔間距精度要求較高的場合。由于壁桿較長、剛度低，更換刀具不太方便。 注意以下幾點： (1)若前后孔相距較遠，應設置中間引導支承，提高鏜桿剛度。 (2)若采用預先調整好幾把單刃刀具鏜

10、削同一軸線上直徑相同的一組通時，鏜模上應設置有讓刀機構，使工件相對于鏜桿能偏移或抬高一定的距離，待刀具通過以后，再復位。,如果不便采用前后引導的雙支承導向時，可采用后引導的雙支承導向方式。 其優點是：裝卸工件方便，裝卸刀具容易，加工過程中便于觀察、測量。但是，由于鏜桿受切削力時，呈懸臂梁狀態，為提高鏜桿剛度，保證導向精度，應合理設計導向長度。,2后引導的雙支承導向,二、鏜床夾具的結構特點及設計,鏜模的組成 A、定位元件； B、夾緊裝置； C、導向裝置（鏜套和支架）； D、鏜桿 E、鏜模底座。,（一）鏜套的選擇和設計,鏜套的結構形式,1）固定式鏜套 2）回轉式鏜套,1、 固定式鏜套 在鏜孔過程中

11、不隨鏜桿轉動的鏜套。 外形尺寸小，結構簡單，導向精度高，但鏜桿在鏜套內一邊回轉，一邊作軸向移動，鏜套易磨損，故只適用于低速鏜孔。,無襯套不帶油杯，需在鏜桿上滴油潤滑。,有襯套，自帶注油裝置鏜套或鏜桿上開有螺旋形或杯形油槽。其結構與鉆套基本相同。,固定式鏜套的優點： (1) 結構緊湊，外形尺寸小； (2)制造簡單； (3)容易保證鏜套的中心位置準確，從而具有較高的孔系位置精度 缺點是： (1)容易磨損； (2)當切屑落入鏜套與鏜桿之間時，易發熱，甚至咬死。,固定式鏜套,2） 回轉式鏜套 鏜套隨鏜桿一起轉動，與鏜桿之間只有相對移動而無相對轉動。大大減輕了磨損，也不會因摩擦發熱而“卡死”。因此，它適

12、合于高速鏜孔。,裝有滑動軸承，徑向尺寸小，有較高的回轉精度和抗振性能，但軸承間隙調整比較困難，不易長期保持其精度。僅在結構尺寸受到限制和轉速不高的半精加工時采用,裝有滾珠軸承的回轉式鏜套。用于臥式鏜孔、其徑向尺寸較大，加工精度與軸承精度及其配合狀況有關，通常用于粗加工和半精加工。,裝有滾錐軸承，用于立式鏜孔，有較高的剛度，但回轉精度較低，常用于切削負荷較重、切削厚皮不均的粗加工中。,用回轉式鏜套鏜孔時，由于被鏜孔直徑一般大于鏜套直徑，為便于鏜刀的出入，必須在回轉鏜套上開引刀槽，同時使刀具停止在引刀槽的方位上，且刀具進出時，不能旋轉。為保證刀具停止在引刀槽的方位上，需設置定向鍵,帶定向鍵的回轉鏜

13、套，有以下兩種形式：,為尖頭定向鍵的回轉鏜套。,為帶彈簧鉤頭鍵的回轉鏜套,1) 鏜套的長度,2) 鏜套與鏜桿以及襯套的配合,3）鏜套的材料及主要技術要求,鏜套的材料：可選用鑄鐵HT20-40，常用20鋼或20Cr鋼滲碳，一般情況鏜套硬度低于鏜桿的硬度。,鏜套的主要技術要求： 1）鏜套內徑公差帶、內孔與外圓的同軸度； 2）鏜套內、外表面粗糙度值； 3）鏜套用襯套的內、外徑公差帶； 4）襯套內孔與外圓的同軸度等,（二）鏜桿的設計,（1）鏜桿結構 ：整體式和鑲條式。 （2）鏜桿直徑和軸向尺寸 （3）鏜桿的材料及主要技術要求,1）鏜桿的結構,當鏜桿直徑小于50mm時，做成整體式，并在外圓柱表面上開出直

14、槽或螺旋槽。減小接觸面積和存潤滑油，用于低速鏜孔。,高削鏜削時，為便于鏜桿磨損后修理，可采用在導向部分裝有鑲條的結構，材料為銅，用螺釘固定。,回轉鏜套內開有鍵槽，則鏜桿上裝有平鍵。如果回轉鏜套內裝有尖頭定向鍵，則鏜桿前端做成螺旋引導結構,鏜桿裝刀孔位置應根據工件尺寸確定，單刃刀頭裝刀孔的斷面形狀有圓形和方形。裝刀孔可直開或斜開，斜開的裝刀孔用于小直徑鏜桿或鏜削盲孔的鏜桿。 雙刃鏜刀塊用的裝刀孔，都是長方形，且只能直開。 多刀同時鏜孔時，裝刀孔錯開布置，以免降低鏜桿強度,2）鏜桿直徑和軸向尺寸,鏜桿直徑d及長度L主要是根據所鏜孔的直徑D及刀具截面尺寸BB來確定。鏜桿直徑d應盡可能大，其雙導引部分

15、的L/d10為宜；而懸伸部分的L/d45，以使其有足夠的剛度來保證加工精度。 d=(0.7-0.8)D,3）鏜桿的材料及主要技術要求,鏜桿的材料：常用20鋼或20Cr鋼滲碳，滲碳層深度0.8-1.2mm，硬度HRC61-63。大直徑的鏜桿，還可采用45鋼、40Cr或65Mn HRC40-45。,鏜桿的主要技術要求： 1）鏜桿導向部分的直徑公差，表面粗糙度； 2）鏜桿導向部分直徑的圓度與錐度公差； 3）鏜桿的直線度公差； 4）裝刀的刀孔對鏜桿中心的對稱度、垂直度公差以及刀孔表面粗糙度。,鏜桿示例圖,4）鏜桿與主軸的連接,（三）支架與底座的設計,要求：有足夠的強度和剛度、有較高的精度，以及精度的長

16、期穩定性。材料一般為鑄鐵。支架用于安裝鏜套和承受切削力，但不允許承受夾緊反力。,其具體尺寸，在設計時參考相關手冊,鏜模底坐是鏜床夾具的基礎件，用于連接夾具上所有零件，承受所有元件的重力和切削力。為提高其剛度，除合理選擇壁厚外，還要合理布置加強筋的位置。,5.3 銑床夾具,銑床夾具主要用于加工零件上的平面、凹槽、鍵槽、花鍵、缺口及各種成形面。 銑削加工時，夾具通常隨工作臺一起作進給運動。,數控銑床,龍門銑床,一、銑床夾具的主要類型和適用范圍,（一）直線進給式銑床夾具,這類夾具安裝在銑床工作臺上，加工中隨工作臺一起作直線進給運動。按照在夾具上裝夾工件的數目，它可分為單件夾具和多件夾具。,1、單件加

17、工的直線進給式銑床夾具,這類夾具多用于中小批生產或加工大型工件，或加工定位夾緊方式較特殊的中小工件。,（二）多件加工的直線進給式銑床夾具 多件加工直線進給式夾具常用于成批或大量生產中。,此夾具的優點是夾緊可靠，但操作稍為復雜。,（三）多工位加工的直線進給式銑床夾具 夾具上設有多個工位，在不同工位加工同一工件的不同表面。,多件加工直線進給式銑床夾具,多件多工位的銑削加工能充分利用機床工作臺的工作行程，減少銑刀切入和切出空程時間，來提高夾具的工作效率,（四）利用機動時間裝卸工件的直線進給式銑床夾具 單件銑削加工和多件多工位銑削加工的夾具均可采用氣動、液壓等機械傳動裝置來減少輔助時間和減輕體力勞動。

18、但是，從提高生產率的角度來看，最好是利用機動時間來裝卸工件。,特點：生產效率高。但要防止在裝卸工件時碰手，也要注意工人的勞動強度。,優點：加工過程中沒有空程損失，只增加了一個很短的回轉工作臺的回轉時間。,雙工位回轉夾具,優點：提高生產效率，適用于小型零件的成批生產中。,盒式銑床夾具,（二）圓周進給式銑床夾具,圓周進給式銑床夾具一般在有回轉工作臺的專用銑床上使用。在通用銑床上使用時，應進行改裝，增加一個回轉工作臺。 這種夾具結構緊湊，操作方便，在不停車的情況下裝卸工件，機動時間與輔助時間重疊，是高效銑床夾具，使用于大批量生產。,圖6-30 圓周進給式銑床夾具,（三）靠模銑床夾具,帶有靠模裝置的銑

19、床夾具，用于專用或通用銑床上加工各種成形面。靠模夾具的作用是使主進給運動和由靠模獲得的輔助運動合成加工所得需的仿形運動。 按照主進給運動的運動方式，靠模銑床夾具可分為直線進給和圓周進給兩種。,靠模銑床夾具,（a）直線進給 （b）圓周進給,設計靠模銑夾具的幾個問題： (1) 靠模板輪廓曲線的繪制方法,（b） 繪出工件成形面的準確外形。,（c）從工件加工輪廓面或回轉中心作均分的平行線或輻射線。,（d）在平行線或輻射線上以銑刀半徑r作與工件外形輪廓相切的圓，得銑刀中心的運動軌跡。,（e）從銑刀中心沿各平行線或輻射線截取長度等于k的線段，得到滾柱中心的運動軌跡，然后以滾柱半徑R作圓弧，再作這些圓弧的包

20、絡線，即得靠摸板的輪廓曲線。,（a)選擇銑刀和滾子的直徑,(2) 銑刀半徑和滾子半徑的選擇,(3) 靠模板成形表面的升角,升角過大，機構運動不靈活，甚至產生卡死現象；升角減小，可使靠模運動輕便。一般需使升角45。,靠模和滾柱的材料：T8A、T10A或20、20Cr滲碳淬硬至5862HRC。,(4) 靠模板材料及其制造精度,2、銑床夾具的設計要點,定位元件：除遵循一般的設計原則外，布置時應盡量使主要支承面積大些。工件加工部位呈懸臂狀態時，應采用輔助支承。,（1）定位元件和夾緊裝置的設計要點,夾緊裝置：由于銑銷加工為斷續切削，沖擊和振動比較大，應保證足夠的夾緊力，并具有良好的自鎖性能，以防止夾緊機

21、構因振動而松夾。施力的方向和作用點要恰當，并盡量靠近加工表面，必要時設置輔助夾緊機構，以提高夾緊剛度。,（2）特殊元件設計,1）定位鍵 定位鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個，用開槽圓柱頭螺釘固定。 定位鍵有矩形和圓形兩種，常用定位鍵的斷面為矩形。 對于位置精度要求高的夾具，常不設置定位鍵，而用找正的方法安裝夾具。,（2）對刀裝置 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定夾具和刀具的相對位置。 對刀裝置的結構形式取決于加工表面的形狀。,對刀裝置,標準對刀塞尺,（3）夾具體的設計,夾具體上各種裝置的布置應緊湊，加工面盡可能靠近工作臺面，以降低夾具的重心，一般夾具的高寬之比應限制在HB11.25

22、范圍內。 夾具體應具有足夠的剛度和強度，必要時設置加強肋。 夾具體上應合理地設置耳座，以便與工作臺連接。 夾具體應具有足夠的排屑空間，并注意切屑的流向，使清理切屑方便。 對于重型銑床夾具，在夾具體上應設置吊裝孔或吊環，以便于搬運。,一、車床夾具的主要類型及其設計 車床主要用于加工零件的內外圓柱面、圓錐面、螺紋以及端平面等。上述表面都是圍繞機床主軸的旋轉軸線而成形的. 因此車床夾具一般都安裝在車床主軸上，加工時夾具隨機床主軸一起旋轉，刀具作進給運動。 有些車床夾具安裝在滑板或床身上,用于某些形狀不規則和尺寸較大的工件，刀具安裝在車床主軸上作旋轉運動，夾具作進給運動。,5-4 車床和圓磨床夾具,（

23、1）頂尖式 （2）心軸類 （3）撥盤式 （4）中心架、跟刀架類 （5）自動定心卡盤類 （6）卡盤類（非自動定心） （7）角鐵類,前五類已標準化，由機床廠作為機床附件提供,撥動頂尖,撥爪頂尖,（一）頂尖式車床夾具,（二）心軸類車床夾具,心軸類車床夾具多用于工件以內孔作為定位基準，加工外圓柱面的情況。常見的車床心軸有圓柱心軸、彈簧心軸、頂尖式心軸等。,錐堵心軸裝夾,心軸裝夾,彈簧心軸,（三）卡盤式車床夾具,（三）卡盤式車床夾具,1.斜楔式氣動三爪卡盤,2.杠桿鉸鏈式氣動雙爪卡盤,3.電動卡盤,是以電動機為動力源的定心卡盤。利用一個少齒差行星減速機構將手動三爪卡盤改為電動三爪卡盤。,（四）角鐵式車床

24、夾具,此類夾具的技術條件： (1) 定位元件之間的相互位置要求。如面的垂直度，對稱度等。 (2) 定位元件與回轉軸線之間的尺寸精度和平行度要求。 (3) 夾具在機床主軸上安裝基面的軸線與分度盤定位基面C的軸線之間的尺寸精度和平行度要求。 (4) 兩分度孔的位置精度和分度盤與銷軸的配合精度要求。,（四）角鐵式車床夾具,1削邊銷；2圓柱銷；3過渡盤；4夾具體； 5定程基面；6導向套；7平衡塊；8壓板；9工件,（六）車床夾具設計要點,1、夾具與機床的連接方式 由于加工中車床夾具隨車床主軸一起回轉，夾具與主軸的連接精度直接影響夾具的回轉精度，故要求車床夾具與主軸二者軸線有較高的同軸度，且要連接可靠。根

25、據夾具徑向尺寸的大小，夾具在機床主軸上的安裝連接一般有兩種方式 ： 夾具通過主軸錐孔與主軸連接 夾具通過過渡盤與機床主軸連接,車床夾具與機床主軸的連接,2、定位元件的設計要點,加工回轉面時，定位元件的結構和布置必須保證工件被加工面的軸線與車床主軸的旋轉軸線重合。,對要求同軸的軸套類和盤類工件，夾具定位元件工作表面的中心軸線與夾具的回轉軸線應重合，同軸度誤差應控制在0.01mm之內； 對于殼體、接頭或支座等工件，被加工的回轉面軸線與工序基準之間有尺寸聯系或相互位置精度要求時，應以夾具軸線為基準確定定位元件工作表面的位置。,3、夾緊裝置的設計要點,由于夾具和工件隨主軸一起回轉,在工作過程中,除受切削力作用外還有離心力作用,轉速起高,離心力越大,會抵消部分夾緊力.同時力的方向不斷變化，因此夾緊機構必須產生足夠的夾緊力，自鎖性能要良好。優先采用螺旋夾緊機構。 對于角鐵式夾具，還應注意施力方式，防止引起