1、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,准备阶段：明确设计要求、掌握第一 手资料,收集各种
2、图纸和技术资料,了解生产批量和夹具需要量,收集有关机床的资料,收集有关刀具方面的资料,收集有关夹具零部件标准,了解有关本单位制造和使用夹具的情况,收集国内外同类夹具的资料, 设计阶段 对比设计、画出草图,定位方案，定位误差计算 夹紧方案 对刀、导引、分度方案 典型夹具结构借鉴,定位方案,选择定位方式,长方体定位,定位方案,圆盘定位,定位方案,轴类定位,定位方案,过定位方案改进,定位方案,定位方案改进,夹紧方案,夹紧力选择 选择各种夹紧机构 确定方案,夹紧力方向选择,夹紧力,夹紧力与切削力方向,夹紧力作用点,夹紧力,夹紧力作用点与工件变形,夹紧机构,螺旋夹紧 偏心夹紧 斜锲原理夹紧,夹紧机构,螺
3、旋夹紧,夹紧机构,偏心夹紧,夹紧机构,斜锲夹紧,对刀、分度机构,绘图阶段,比例尽量11；,主视图尽量选与操作者正对的位置；,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；,在夹具体显眼位置画出“”标记，表示该处打夹具编号。,标注尺寸、技术条件,编写零件明细表,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12H9孔并倒角 Z5125 4钻铰8H9孔并倒角 Z5125 5钻7孔和螺纹底孔5 Z5125 6铣2 mm槽 X6026 7攻螺纹
4、M6 Z5125,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,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, 钻套 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, 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
5、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,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, 钻套下端面与工件加工面之间的空隙S确定,加工脆材：S=(0.30.6)d,加工塑材：S=(0.51)d,
6、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/d5的深孔、S=1.5d, 钻模板：安装钻套的板,固定式钻模板, 铰链式钻模板, 可卸式钻模板,悬挂式钻模板, 钻模用支脚,设计钻模时，应注意钻孔孔口毛刺的影响,55、用钻模加工一批工件20H7的孔，其工步为：用 18麻花钻孔；用 20扩孔钻扩孔；用 19.93铰刀粗铰孔；用 20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),附表4 高速钢机用铰刀的直径公差（GB113384） (mm),附表 硬质合金机用铰刀的直径公差 (mm)
7、,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,布置定位元件,布置导引元件,布置夹紧装置,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, 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；, 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。,
8、 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, 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。, 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。, 其它装配尺寸(E
9、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。, 尺寸标注示例,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 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
10、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
11、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11.25,（4）工件在夹具中的布置,劣 优,应使切销行程最短,劣 优, 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
12、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,定位元件； 夹紧装置； 镗套； 镗模支架； 镗模底座,2、镗套：主要用来导引镗杆, 分类 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。,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
13、向移动，有相对转动。, 特点 表 各种镗套特点,、镗套的布置方式：取决于镗孔直径 D和深度L,单面前镗套,单面后镗套,用于D60mm LD 通孔、盲孔,单面后镗套,用于D60mm L D 通孔、盲孔,L15d,镗套的尺寸 表 镗套尺寸,、镗套的材料 镗套的材料常用20钢或20Cr钢渗碳,渗碳深度为0.81.2mm，淬火硬度为5560HRC,3、镗杆 导引部分结构,镗杆直径和轴向尺寸,镗杆直径：d=(0.60.8)D 镗孔直经D、镗杆直径d、镗刀截面BB之间的关系为,（11.5)B,或参考下表,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616
14、3HRC,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,底座侧面一般设有找正基面，供安装找正用；底座上供安装各元件的平面，做出凸台，高35mm，以减少刮研量。,第六节 可调整夹具,即成组夹具的基本概念 一、概述 小批生产一般多使用通用夹具，考虑到经济性，很少采用专用夹具，只有在个别情况下，为了保证加工质量的需要才采用专用夹具。应用成组加工，由于有了较大的成组生产量，允许采用先进的工艺方法和装备。,在成组技术基本原理指导下，为执行成组工序而设计、制造的夹具称为成组夹具。与专用夹具设计方法相比，其最本质的差异在于成组夹具的设计不是针对一种零件，而是针对同一类工序加工
15、的一组零件，即设计成组夹具能适用于这一组零件中的每一种零件。成组夹具的费用是由零件组的成组生产量来分摊的，正是在此前提下，应用成组加工允许广泛的采用先进工艺装置。,二、成组夹具的组成 为进一步了解成组夹具的特点，可分析以下几种成组夹具的实例。,（1）成组车（磨）夹具,零件图形,图示为加工这一类薄套零件的成组夹具。零件组有相同的安装方式，即均采用工件已加工的孔及其端面定位，用弹性胀套径向夹紧。此成组夹具包括夹具体1及传递夹紧动力的接头2，此外为适应零件组各种零件的安装，设有若干种可换元件（KH）。零件组根据定位孔径d（2650mm）划分为5个尺寸组。每一尺寸组有其相应的一组可换元件：夹紧螺栓KH
16、1、定位锥体KH2及顶圈KH3。在加工属于不同尺寸组的零件时，这些可换元件皆需更换。为减少夹具调整时间可安排属于同一尺寸组的零件一批加工。即使在同一尺寸组内，对于不同定位孔径的工件皆需更换相应尺寸的弹性胀套KH5，至于定位环KH4视工件需要决定其是否更换,加工的锁紧孔与拨叉住孔轴线偏置距离可以是015mm。同组诸零件安装方式相近，除用主孔及其端面定位以外，尚需要以拔爪内恻定位以保证钻孔的角度位置。,图示钻拨叉锁紧孔用的成组夹具。夹具包括夹具体1及若干个可换元件（KH）。工件主要是用可换定位芯轴KH2定位，工件绕主孔轴线的角度位置由可换定位销KH1保证，此定位销安装于可调活动臂KT1上，KT1可
17、以在很大范围内作角度和径向位置调节，以适应工件角度定位的需要。借助于可调支承板KT2及可换可调钻模板KH3，根据钻孔的位置钻模板可作上下、前后调节。,分析上述两个实例可以看出，成组夹具可由两部分组成：基础部分和调整部分。 基础部分是成组夹具的通用部分，一般包括夹具体，夹紧机构及传动机构等。此部分结构主要是根据零件组中各零件轮廓尺寸、夹紧方式和切削力大小等因素来决定的。 调整部分允许采用一定的调整方式以适应零件组各种零件的安装。此部分一般包括一些定位、夹紧和导向等元件的可换件、可调件。,三、成组夹具的调整方式1 更换式 采用更换调整部分的元件或合件的方法，实现组内不同工件的安装。其优点是精度高，
18、使用可靠/缺点是随着零件组内零件品种的增加，可换件的数量也增加，这与调节式相比，将会增加费用，也给保管工作带来不便。此法用于精度较高的定位和导向元件。 可换件一般是单个元件。但是，如有可能，最好设计成一组有关元件的合件，这样可节省调整时间。图7-5示可换件是合件的例子。,2 调节式 借助于改变夹具可调件位置的方法，以实现组内不同工件的安装。其主要优点是仅用有限数目的可调元件，就可以适应组内各种零件的安装，并使夹具保管工作方便。缺点是活动的可调元件及其相应的调节机构将会降低夹具的精度和刚度。因此，它常用于加工精度不高或工件的次要定位场合。 根据需要，调节方式尚可分为粗调节及微调节，分段调节及连续
19、调节等。 图7-6所示的成组钻模，其夹紧机构采用了分段调节。,3 综合式 兼用上述两种调节方式，即同一套成组夹具既采用可换元件又采用可调元件。取两者之所长，故可获得较好的效果。图7-4和图7-6都是综合式的成组夹具。,图示一种组合式成组夹具，用于拉削三种杆形零件的花键孔。由于每种零件花键孔的键槽有不同的角度位置要求，所以在夹具体上同时设置了三个角度定位元件两个菱形销6和一个挡销4。拉削三种零件花键孔时，只要分别采用相应的角度定位元件即可。,4 组合式 将一组零件的有关安装元件（有时也包括导向元件）同时组合在一个夹具体上，以适应同组各种零件先后加工的安装需要。这样，一种零件安装仅使用其相应的一套
20、安装元件，并占据其各自的确定的安装位置。由于免除了有关元件的更换与调节，节约了夹具的调整时间。此种型式的成组夹具主要用于同组零件种数少、批量较大的场合。 图7-7示一种组合式成组夹具，用于拉削三种杆形零件的花键孔。,四、成组夹具的设计原则 除应考虑到成组夹具的特点以外，它与专用夹具设计的一般方法是基本相同的。 根据成组夹具的特点，设计时应注意以下几个问题。 设计的成组夹具应具有良好的可调整性 夹具结构应紧凑 应保证同组零件的加工技术要求 设计的成组夹具应与零件组的成组生产量相适应 夹具设计的标准化 设计的成组夹具应具有继承性,五、成组夹具的设计步骤 成组夹具与专用夹具的设计过程大体相同，其主要差别在于成组夹具使用对象不是一种零件而是一组零件。因此设计时综合分析的工作量较大，即需要对这一组零件的图纸、成组工艺及加工条件等作全面的综合分析，以确定最佳的工件安装方案和夹具的调整方式。成组夹具的调整部分是设计的难点所在，设计者应按确定的调整方式设计或选用可换件、可调件及可调机构，以满足同组各种零件的安装和加工要求。,成组夹具设计步骤大体可如图7-8所示,
