1、夹具设计过程,夹具设计要求 设计的一般步骤 夹具零件尺寸及其配合示例 零件图的绘制 夹具设计示例,1、夹具设计要求,l）保证工件的加工精度 2）提高生产率，降低成本 3）操作方便，工作安全，能减轻工人劳动强度 4）便于排屑 5）有良好的结构工艺性,2、设计的一般步骤,（1）研究原始资料，明确设计要求 （2）确定夹具方案，绘制夹具结构草图 （3）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求,（1）研究原始资料，明确设计要求,熟悉零件图和装配图、零件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容、技术要求等； 收集有关机床、刀具、夹具等方面的资料。,（2）确定夹具方案，绘制夹具结构草图,（1）根据定位基准和六点定位
2、原理，确定工件的定位方法并选择相 应的定位元件； （2）确定引导装置或对刀装置； （3）确定工件的夹紧方法，设计夹紧机构； （4）确定其它元件或装置的结构形式 （5）确定夹具体结构形式 （6）确定夹具总体轮廓。,（3）绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求,（1）确定视图关系，应尽可能少。主视图应取操作者实际工作位置； （2）比例尽量取1:1，有利于审图； （3）用双点划线画工序图； （4）依次画定位元件、对刀元件、夹紧元件、其他元件、夹具体； （5）标上尺寸、技术要求,3、夹具零件尺寸及其配合,外形轮廓尺寸 配合尺寸 （1）定位元件与工件的配合H6/g5,H6/f5,H7/g6,H7/f7 （
3、2）导套与刀具的配合G6/h5,F7/h5,G7/h6,F8/h6 （3）不采用紧固件的固定连接H7/n6,H7/r6,H8/t7,H8/z8,相对尺寸 -对刀元件与定位元件之间的联系尺寸 特性尺寸 -用来保证夹具某项性能的尺寸，如偏心夹紧机构的偏心距、楔块的自锁升角 夹具与机床间的联系尺寸 序号、明细表、标题栏,（1）对夹具总图中的非标准件均应绘制零件图； （2）零件图视图的选择应尽可能与零件在总图上的工作位置相一致。,4、零件图绘制,5、定位元件的选择与设计,1以平面定位时定位元件的选择 （1）主要支承。主要支承是用来限制工件的自由度，起定位作用。它可分为固定支承、可调支承和自位支承。 固
4、定支承：固定支承有支承钉和支承板，在使用过程中它们是固定不动的，如图5-1、图5-2所示。,有2种情况：平面定位、圆柱表面定位 （圆孔、外圆表面、一面两孔组合 ）,图5-1 支承钉,图5-2 支承板,图5-2 支承板, 可调支承：可调支承是指在定位过程中其高度可以调整的支承钉，如图5-3（a）、（b）所示。,图5-3 调节螺钉,图5-4所示工件为砂型铸造件，在机械加工中一般先铣B面，然后再以B面定位镗双孔。但为了保证镗孔有足够而均匀的余量，最好以毛坯孔为粗基准定位，但这样装夹不便。通常将A面置于可调支承上，通过调整可调支承的高度来保证B面与两毛坯孔中心尺寸H1、H2,图5-4 可调支承, 自位
5、支承（又称浮动支承）：在工件定位过程中，能自动调节位置的支承便为自位支承，如图5-5所示。,图5-5 自位支承,（2）辅助支承。辅助支承不起定位作用，只是用来提高工件的装夹刚度和稳定性，故一般在工件定位后才与工件接触。辅助支承有如下几种形式。 螺旋式辅助支承：如图5-6（a）所示，螺旋式辅助支承与可调支承的结构相近，但操作过程不同。前者是在工件定位后才与工件接触，故不起定位作用；而后者调整后与固定支承一样起定位作用。,图5-6 辅助支承 1弹簧；2滑柱；3顶柱；4手轮；5斜楔；6滑销, 自位式辅助支承：如图5-6（b）所示，弹簧1只起推动滑柱2上升的作用，但不得顶起工件。滑柱2与工件接触后用顶
6、柱3锁紧。, 推引式辅助支承：如图5-6（c）所示，在工件定位后推动手轮4时滑销6与工件接触，然后转动手轮4使斜楔5的开槽部分胀开而锁紧。推引式辅助支承主要用于大型工件的定位。,2以圆柱表面定位时定位元件的选择 （1）工件以圆孔定位。工件以圆孔定位时，常用的定位元件有圆柱定位销、圆柱心轴、圆锥销和小锥度心轴。, 圆柱定位销：具体结构如图5-7（a）、（b）、（c）、（d）所示。当定位销直径D为310mm时，通常把根部倒成圆角R，以增强刚性，避免使用中折断或热处理时淬断；当成批大量生产时，为了定位销的更换，可采用带衬套的结构形式，如图5-7（d）所示。此外，为便于工件装夹，定位销的头部一般制成1
7、5倒角。定位销的参数可查阅有关国家标准。,图5-7 定位销的结构, 圆柱心轴：圆柱心轴可分为间隙配合心轴、过盈配合心轴和花键配合心轴，其具体结构如图5-8（a）、（b）、（c）所示。,图5-8 圆柱心轴 1引导部分；2工作部分；3传动部分, 圆锥销：图5-9所示为工件以圆锥销定位的示意图，其中，图5-9（a）用于粗基面，图5-9（b）用于精基面。,图5-9 单个圆锥销定位,值得注意的是，工件在单个圆锥销上定位容易倾斜，故圆锥销一般与其它定位元件组合使用，如图5-10所示。 图5-10（a）所示为圆锥圆柱组合心轴，锥度部分使工件准确定位，并将工件楔紧，圆柱部分可减少工件倾斜。图5-10（b）所示
8、为以工件底面作为主要定位基面，圆锥销是活动的，即使工件的孔径变化较大，也能准确定位。图5-10（c）所示为工件在双圆锥销上定位。以上3种定位方式均限制工件5个自由度。,图5-10 圆锥销组合定位, 小锥度心轴：如图5-11所示，工件在小锥度心轴上定位，并靠定位圆孔与心轴限位圆锥面的弹性变形夹紧工件。,图5-11 小锥度心轴,（2）工件以外圆柱面定位。工件以外圆柱表面作为定位基面时，最常用的定位元件有V形块、半圆套和定位套。V形块：采用V形块定位的优点，一是对中性好，能使工件定位的基准轴线对中在V形块的对称平面上，而不受定位基面直径误差的影响；二是无论定位基面是否经过加工、是否为完整的圆柱面还是
9、局部的圆弧面均可。,如图5-12所示，其中图5-12（a）用于较短的外圆柱面定位，可限制工件2个自由度；图5-12（b）用于粗基准面定位；图5-12（c）用于精基面定位；图5-12（d）用于工件较长、直径较大的重型工件定位（这种V形架常用铸铁底座镶淬火钢垫）。,图5-12 V形块,固定V形块与活动V形块组合定位，如图5-13所示。其中，固定V形块限制工件2个自由度，而活动V形块限制工件1个自由度，并具有补偿毛坯尺寸变化和夹紧的作用。,图5-13 V形块组合定位 1固定V形块；2活动V形块,V形块定位高度的计算（见图5-14）：（5-1）式中，V形架两斜面之间的夹角，一般取60、90、120，其
10、中90应用最广。 当=90时，有（5-2）,图5-14 V形块结构尺寸,（3）工件以一面两孔组合定位。在加工箱体、杠杆、盖板和支架等零件时，常用工件上的一面两孔作为定位基准，如图5-15所示。所用的定位元件为一大支承板，它限制了工件的3个自由度；短圆柱销1限制了工件的2个自由度；削边销2限制了工件绕圆柱销转动的自由度。所以工件以一面两孔定位，共限制了6个自由度，属于完全定位。值得注意的是，若不是采用一个圆柱销和一个削边销，而是采用2个圆柱销定位，这必然会在两孔中心线连线方向上产生过定位干涉现象。因为两孔的中心距与两圆柱销的中心距均有误差，当误差较大时，这种过定位会使工件无法正确装入夹具上定位。
11、因此，在实际生产中采用的是一个圆柱销和一个削边销。,图5-15 工件以一面两孔定位 1短圆柱销；2削边销,削边销的结构如图5-16所示。当工件定位孔直径D30mm时，采用图5-16（a）所示的结构；当工件的直径D为3050mm时，采用如图5-16（b）所示的结构；当工件的定位直径D50mm时，采用如图5-16（c）所示的结构。削边销的宽度部分可修圆，如图5-16（d）所示。有关结构参数可查阅夹具标准或设计手册,图5-16 削边销结构,采用一面两孔定位时，圆柱销、削边销的主要参数确定如下。 圆柱销直径d1的基本尺寸及公差：圆柱销直径的基本尺寸应等于相配合孔的最小极限尺寸，其公差一般取g6或f7。
12、 圆柱销与削边销之间的中心距及公差：两销之间中心距的平均尺寸应等于两定位孔之间中心距的平均尺寸，其公差一般为Ld=(1/31/5) LD (5-3) 式中， Ld、 LD两销之间中心距的公差和两孔之间的中心距公差。 式（5-3）中当工件加工精度较高时取1/5，加工精度较低时取1/3。, 削边销直径d2的基本尺寸及公差：削边销直径d2 及其公差可按如下方法来确定：(5-4)式中，d2max、D2min削边销直径的最大值和与削边销相配合孔的最小极限尺寸。 削边销与孔的配合一般取为h6。由于其上偏差为零，故d2=d2max。,削边销的尺寸见表5-1。,【例5-1】 在图5-15中，工件上两定位孔为m
13、m，两定位孔中心距为800.06mm，设计两定位销尺寸。,mm，两定位孔中心距为800.06mm，设计两定位销尺寸。,图5-15 工件以一面两孔定位 1短圆柱销；2削边销,解：（1）确定圆柱销直径 圆柱销直径公差取g6，即mm。（2）确定圆柱销与削边销之间的中心距 根据公式（5-3），取mm，所以圆柱销与削边销之间的中心距为800.02mm。,（3）确定削边销直径 由表5-1查得b=4mm，B=D22=122=10mm 根据公式（5-4），削边销与定位孔的配合一般取h6，其下偏差为0.011mm，直径为,6、夹紧机构的选择与设计,1夹紧机构的组成 夹紧机构的种类很多，但其结构均由2部分组成。
14、（1）动力装置。夹紧力的来源一是人力，二是某种装置所产生的力。能产生力的装置称为夹具的动力装置。常用的动力装置有气动装置、液压装置、电动装置、电磁装置、气液联动装置和真空装置等。由于手动夹具的夹紧力来自人力，所以它没有动力装置。 （2）夹紧机构。接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的机构，便为夹紧机构。夹紧机构一般由下列基本机构组成。 接受原始作用力的机构，如手柄、螺母以及用来连接汽缸活塞杆的机构等。 中间递力机构，如铰链、杠杆等。 夹紧元件，如各种螺钉压板等。 其中，中间递力机构在传递原始作用力至夹紧元件的过程中可以起到诸如改变作用力的方向与大小以及自锁等作用。,2对夹紧机构的基
15、本要求 在不破坏工件定位精度并保证加工质量的前提下，应尽量使夹紧机构做到以下几点。 夹紧力的大小适当。既要保证工件在整个加工过程中其位置稳定不变、振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。 工艺性好。夹紧机构的复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造和维修。 使用性好。夹紧机构的操作应当方便、安全、省力。,3基本夹紧机构 （1）斜楔夹紧机构。采用斜楔作为传力元件或夹紧元件的夹紧机构，称为斜楔夹紧机构，如图6-1所示。图（a）是利用锤头击斜楔大头，直接夹紧工件，加工后锤击小头，松开工件；图（b）是由斜楔与滑柱共同构成的夹紧机构，既可机动也可手动夹紧工件；图（c
16、）是端面斜楔和压板共同构成的夹紧机构。,图6-1 斜楔加紧机构 1夹具体；2斜楔；3工件,直接采用斜楔夹紧时，斜楔的自锁条件是，斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和，即 ( 6-1),为保证自锁可靠，手动夹紧机构一般取 =68。用气压或液压装置驱动的斜楔不需要自锁，可取 =1535。斜楔夹紧具有结构简单、增力比大、自锁性能好等特点，因此获得广泛应用。,（2）螺旋夹紧机构。采用螺杆作中间传力元件的夹紧机构统称为螺旋夹紧机构。由于它结构简单、夹紧可靠、通用性好，而且螺旋升角小、自锁性能好、夹紧力和夹紧行程都较大，故是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。, 简单螺旋夹紧机构：最简单的
17、螺旋夹紧机构如图6-2所示。是直接用螺钉头部或螺母压紧工件的机构，其中图6-2（a）螺钉头部易使工件受压表面损伤，或带动工件旋转，因此常在头部装有摆动的压块。由于摆动压块与工件间的摩擦力矩大于压块与螺钉间的摩擦力矩，所以压块不会随螺钉一起转动。,图6-2 简单螺旋夹紧机构,夹紧动作慢、工件装卸费时是单个螺旋夹紧机构的缺点。为克服这一缺点，可采用快速夹紧机构，其具体结构详见夹具设计手册的有关内容。, 螺旋压板夹紧机构：在夹紧机构中，螺旋压板的使用非常普遍，如图6-3所示。常见的螺旋压板典型结构其结构尺寸均已标准化，使用时可参考有关国家标准和夹具设计手册。,图6-3 螺旋压板夹紧机构,图6-3 螺
18、旋压板夹紧机构,图6-3 螺旋压板夹紧机构,（3）偏心夹紧机构。用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构，如图6-4所示。偏心件有2种形式，即圆偏心和曲线偏心，其中圆偏心机构因结构简单、制造容易而得到广泛应用。圆偏心轮弧形楔夹紧与斜楔夹紧的实质相同，故自锁条件相同 .,图6-4 偏心夹紧机构,（4）定心夹紧机构。当工件被加工面以中心要素（轴线、中心平面等）为工序基准时，为使基准重合以减少定位误差，常采用定心夹紧机构。 定心夹紧机构具有定心和夹紧2种功能，如卧式车床的三爪自定心卡盘即为最常用的典型实例。定心夹紧机构按其定心作用原理有2种类型，一种是依靠传动机构使定心夹紧元件等速移动，从
19、而实现定心夹紧，如螺旋式机构、杠杆式机构、楔式机构等；另一种是利用薄壁弹性元件受力后产生均匀的弹性变形（收缩或扩张），来实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料等。, 螺旋式定心夹紧机构：螺杆两端的螺纹旋向相反，螺距相同，如图6-5所示。当其旋转时，使2个V形钳口作对向等速移动，从而实现对工件的定心夹紧或松开。V形钳口可按工件不同形状进行更换。,图6-5 螺旋式定心夹紧机构 1、2V形钳口；3滑块；4双向螺杆, 杠杆式定心夹紧机构：在杠杆式三爪自定心卡盘中，滑套作轴向移动时，圆周均布的3个钩形杠杆便绕轴转动，拨动3个滑块沿径向移动，从而带动其上卡爪将工件定心并夹紧或松开，如图6-6
20、所示。,图6-6 杠杆式三爪定心卡盘 1滑套；2钩形杠杆；3轴销；4滑块, 楔式定心夹紧机构：在机动楔式夹爪自动定心机构中，当工件以内孔及左端面在夹具上定位后，汽缸通过拉杆使6个夹爪左移，由于本体上斜面的作用，夹爪左移的同时向外胀开，将工件定心夹紧；反之，夹爪右移时，在弹簧卡圈的作用下使夹爪收拢，将工件松开，如图6-7所示。,图6-7 楔式定心夹紧机构 1夹爪；2本体；3弹簧卡圈；4拉杆；5工件,这种定心夹紧机构结构紧凑，定心精度一般可达0.020.07mm，比较适用于工件内孔作定位基面的半精加工工序。, 弹簧筒夹式定心夹紧机构：这种定心夹紧机构常用于安装轴套类工件，如图6-8所示。弹性定心夹
21、紧机构，结构简单、体积小、操作方便迅速，因而应用十分广泛。其定心精度可稳定在0.010.03mm。,图6-8 弹簧筒夹式定心夹紧机构 1夹具体；2弹性夹头；3锥套；4螺母,（5）联动夹紧机构。联动夹紧机构是利用机构的组合来完成单件或多件的多点、多向同时夹紧的机构。它可以实现多件加工，以减少辅助时间、提高生产效率和减轻工人的劳动强度等。 单件联动夹紧机构：利用夹紧机构实现工件的多向、多点夹紧。图6-9（a）所示机构为二力垂直夹紧；图6-9（b）表示2个夹紧力方向相同，拧紧右边螺母，通过拉杆带动平衡杠杆使两副压板均匀地同时夹紧工件。,图6-9 单件联动夹紧机构, 多件联动夹紧机构：有平行式多件联动
22、夹紧机构和连续式多件联动夹紧机构。 平行式多件联动夹紧机构。如图6-10（a）所示，若采用刚性压板夹紧，则因一批工件的外圆直径尺寸不一致，将导致个别工件夹不紧。在图6-10（b）中增加了浮动装置，既可以同时夹紧工件，又方便操作。理论上，平行式夹紧各工件受到的夹紧力相等，即,图6-10 平行式多件联动夹紧机构,连续式多件联动夹紧机构。图6-11（a）所示为一轴承盖，图（b）所示为加工轴承盖连续式多件联动夹紧机构。这种方式，由于工件的夹紧力是依次传递的，可能造成工件在夹紧方向的位置误差很大，因此只适用于加工在夹紧方向上没有加工要求的工件。,图6-11 连续式多件联动夹紧机构,另外，在设计联动夹紧机
23、构时，应注意设置浮动环节；同时夹紧的工件不宜太多；结构的刚度要好，力求简单、紧凑。,7、工件夹紧力的确定及夹具体的设计,1夹紧力方向的确定, 夹紧力的方向不应破坏工件定位。图7-1（a）所示为不正确的夹紧方案，夹紧力有向上的分力Fjz，使工件离开原有的正确定位位置；图（b）所示为正确的夹紧方案。,图7-1 夹紧力, 夹紧力方向应指向主要定位表面。,第一节 工件夹紧力的确定,2夹紧力作用点的确定 夹紧力的作用点应落在支承范围内：如图7-1（a）所示夹紧力的作用点落到了定位元件的支承范围之外，夹紧时将破坏正确位置，因而是不正确的；图7-1（b）所示夹紧力的作用点落在了定位元件支承范围之内，夹紧时不
24、破坏正确定位，因而是正确的。,图7-1 夹紧力, 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位：如图7-2（a）所示，薄壁套筒的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形就会小得多。夹紧如图（b）所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸缘上。或如图（c）所示改为三点夹紧，改变着力点的位置，以减少夹紧变形。,图7-2 夹紧力与工件刚性的关系, 夹紧力的作用点应靠近工件的加工部位如图7-3所示，夹紧力远离加工部位，因此应在加工部位加上辅助夹紧机构，以防止加工时发生振动，影响加工质量和安全。,图7-3 夹紧力的作用点应尽量靠近加工部位 1工件；2
25、辅助支承；3铣刀,3夹紧力大小的估算 估算的方法如下。 找出对夹紧最不利的瞬时状态，由此估算所需的夹紧力。 为了简便，只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。 根据工件状态，列出力（力矩）的平衡方程式，解出夹紧力的大小。此外，还应适当考虑安全系数。生产中如需进行夹紧力估算，可参阅有关资料,1、定位元件,定位心轴,第二节 常用钻夹具的定位元件与夹紧装置,V形块,可调螺钉,2、夹紧装置,螺旋夹紧机构 斜楔夹紧机构 定心夹紧装置,第三节 夹具体的设计一、对夹具体的要求1、有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面(
26、与机床相连接的表面)等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为增加夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。,2、有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。夹具体需有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体(如图7-4所示)。,图7-4,3、结构工艺性好夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以 减少加工面积。夹具体毛面与工件之 间应留有足够的间隙，一 般为415mm。夹具体结构 型式应便于工件的装卸。如图7-5所示.分为开式结构(图a)；半开式
27、结构(图b)；框架式结构(图c)等。,图7-5,4、排屑方便切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。如图7-6所示，在夹具体上开排屑槽及夹具体下部设置排屑斜面，斜角可取30一 50,图7-6 夹具体上设置排屑结构,5、在机床上安装稳定可靠夹具在机床工作台上安装，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大。夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好，如图7-7所示，接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度。,a)周边接触 b)两端接触 c)四脚接触图7-7 夹具体安装基面的形式,夹具在机床主轴上安装，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配
28、合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。,钻模夹具体一般没有定位或导向装置，夹具通过夹具体底面安放在钻床上，可直接用钻套找正用压板压紧。,二、夹具体毛坯的类型1铸造夹具体夹具体材料一般是铸件，其特点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁 2焊接夹具体它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻(壁厚比铸造夹具体薄)。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。,3锻造夹具体它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需经退火处理此类夹具体应用
29、较少。4型材夹具体小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产周期短、成奉低、重量轻， 5装配夹具体它由标准的毛坯件、零件及个别非标准件通过螺钉、销钉连接，组装而成此类夹具体具有制造成本低、周期短、精度稳定等优点，有利于夹具标准化、系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。,1钻床夹具的主要类型在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹加工所用的夹具，称为钻床夹具。钻床夹具用钻套引导刀具进行加工，有利于保证被加工孔对其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。钻床夹具的种类繁多，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。（
30、1）固定式钻模这类钻模多为大型钻模，一般在立钻或摇臂钻床上使用，加工工件上较大的孔或轴线相互平行的孔系，钻模需要固定在机床工作台上。,8、典型钻夹具分析,图8-1所示为固定式钻模的典型结构。工件以一平面、一外圆柱面和一小孔作定位基准，在夹具的定位元件上定位，用螺旋夹紧件通过开口垫圈2夹紧工件，钻模板固定在夹具体上，而夹具体则固定在钻床工作台上。,图8-1 固定式钻模 1菱形销；2开口垫圈；3螺母,（2）回转式钻模在钻削加工中，回转式钻模使用较多，主要用于加工同一圆周上的平行孔系或分布在圆周上的径向孔。它包括立轴、卧轴、斜轴回转3种基本形式。由于回转台已经标准化，故回转式夹具的设计，一般情况下只
31、是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用，必要时才设计专用的回转式钻模，用其加工工件上均布的径向孔，该钻模各组成部分的结构可自行分析，如图8-2所示。,图8-2 专用回转式钻模 1钻模板；2夹具体；3手柄；4、8螺母；5把手；6对定销； 7圆柱销；9快换垫圈；10衬套；11钻套；12螺钉,（3）翻转式钻模这类钻模的特点是整个夹具可以和工件一起翻转，可以用来加工同方向的平行孔系，也可以用来加工不同方向的孔。这类钻模是一种小型夹具，在操作过程中，需要工人进行翻转，因此这类钻模一般重量不超过10kg。对于稍大一些的工件用翻转式钻模时，必须设计专门托架。 支柱式钻模是这类钻模的典型结构之一，其结构特点
32、是用4个支脚来支承钻模。钻削工件时，必须将钻模翻转180，装好工件后，再翻转回来进行加工。夹具装配好后，4个支脚的支承面必须再磨平，以保证4个支脚的支承面在同一平行面内，并与钻套孔中心线垂直。,图8-3所示为一种盘状零件用支柱式钻模，工件以内孔和端面为定位基准，在夹具的定位销和钻模板的底平面上定位，一活动V形块定方向，用螺母通过开口垫圈进行轴向夹紧，翻转过来即可进行钻孔加工。,图8-3 支柱式钻模,（4）滑柱式钻模这类钻模是一种标准化、规格化的通用钻模。钻模体可通用于较大范围的不同工件，设计时只需根据不同的加工对象设计相应的定位、夹紧元件，因此可以简化设计工作。另外，这种钻模不必设计单独的夹紧
33、装置，而是靠装在钻模板上的液压塑料夹紧装置来实现的，故夹紧工件方便、迅速，适用于不同类型的中小型零件的孔加工，尤其是大批量生产中应用较广。,图8-4所示为滑柱式钻模的应用实例，用以钻、扩、铰削加工拨叉零件上一个20H7的孔。工件以加工部位的外形在定位元件9上定心，左端用2个可调支承钉2支承在工件底面上，以保证工件的水平位置。后侧面放一挡销3，以克服加工过程中产生转矩，工件的夹紧是靠装在钻模板上的液压塑料夹紧装置来实现的。转动手柄，钻模板向下移动，压板4将工件压紧，刀具顺次从钻套7的引导孔中进入加工位置，进行孔的钻、扩、铰削加工。,图8-4 滑柱式钻模 1钻模；2支承钉；3挡销；4压板；5垫板；
34、6螺钉；7钻套；8衬套；9定位元件,（5）盖板式钻模 这类钻模没有夹具体，钻模板上除钻套外，一般还装有定位元件和夹紧装置，只要将它覆盖在工件上即可进行加工。图8-5所示为加工车床溜板箱上多个小孔的盖板式钻模。在钻模盖板1上不仅装有钻套，还装有定位用的圆柱销2、削边销3和支承钉4。因钻小孔钻削力矩小，故未设置夹紧装置。,图8-5 盖板式钻模 1钻模盖板；2圆柱销；3削边销；4支承钉,盖板式钻模结构简单，多用于加工大型工件上的小孔。因夹具使用时经常搬动，故盖板式钻模所产生的重力不宜超过100N。为了减轻重量，可在盖板上设置加强筋而减少其厚度、设置减轻窗孔或用铸铝件。2钻模板用于安装钻套的钻模板，按
35、其与夹具体连接的方式可分为固定式、铰链式、分离式和悬挂式等几种。,（1）固定式钻模板如图8-6所示，固定式钻模板是直接将钻模板固定在夹具体上，因此钻模板上的钻套相对于夹具体是固定的，精度较高。由于是固定式结构，因而对有些工件的装卸不方便。固定式钻模板与夹具体可以采用销钉定位及螺丝紧固结构。对于简单的钻模，也可采用整体铸造及焊接结构。,图8-6 固定式钻模板 1钻模板；2钻套,（2）铰链式钻模板这种钻模板如图8-7所示，是用铰链将钻模板装在夹具体上，因此它可以绕铰链轴翻转。铰链孔与轴销的配合为d/Dc，由于铰链存在间隙，所以它的加工精度不如固定式钻模板高，但是装卸工件方便。,图8-7 铰链式钻模
36、板 1钻模板；2钻套；3压板,（3）分离式钻模板 这种钻模板如图8-8所示，它是与夹具体分离的，并成为一个独立的部分。工件在夹具中每装卸一次，钻模板也要卸下一次。用这种钻模板钻孔精度较高，但是装卸工件的时间长、效率低。图（a）、（b）、（c）所示是3种不同结构的分离式钻模板。,图8-8 分离式钻模板,（4）悬挂式钻模板 如图8-9所示，这种钻模板是悬挂在机床主轴上，由机床主轴带动而与工件靠紧或离开。它与夹具体的相对位置由滑柱来确定。突出的钻模板4悬挂在滑柱2上，通过弹簧5和横梁6与主轴连接。这种钻模板多与组合机床的多轴体联用。,图8-9 悬挂式钻模板,1夹具体；2滑柱；3工件；4钻模板；5-弹
37、簧；6横梁,3钻套钻套（又称导套）是确定刀具位置及方向的元件。它在钻模中的作用是保证被加工孔的位置精度，引导刀具防止加工时偏斜，提高刀具刚性，防止加工时振动。钻套根据其结构的不同，可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套和特种钻套4类。,（1）固定钻套图8-10（a）、（b）所示为固定钻套的2种形式，这种钻套的外圆用H7/n6或H7/r6的过盈配合压入钻模板或夹具体上。这种钻模的缺点是磨损后不易更换，因此主要用于中小批生产的钻模上或用来加工孔距小以及孔距精度要求高的孔。,图8-10 固定钻套,（2）可换钻套图8-11所示为可换钻套，其外圆用H6/g5或H7/g6的间隙配合装在衬套孔中，而衬套外圆与钻
38、模板底用过盈配合连接，孔的配合则采用H7/n6或H7/r6的过盈配合。可换钻套由螺钉固定住，以防止转动。由于受钻套外圆与衬套内孔的配合间隙影响，其加工的精度不如固定钻套，但钻套磨损后更换方便。,图8-11 可换钻套 1可换钻套；2衬套；3钻模板；4螺钉,（3）快换钻套图8-12所示为快换钻套。该钻套更换迅速，只要将钻套转动一下即可从钻模板中取出。这种钻套适用于一个工序中用几种刀具（钻、扩、铰）依次连续加工的情况，广泛地应用于批量生产。,图8-12 快换钻套,（4）特种钻套当工件的结构形状或工序加工条件均不允许采用上述标准钻套时，就应根据具体情况设计各种形式的特种钻套。图8-13所示为几种特种钻
39、套的例子。,图8-13 特种钻套,9 、 钻床夹具的设计要点,1. 钻模类型的选择,(1) 在立式钻床上加工直径小于10mm的小孔或孔系、钻模重量小于15kg时，一般采用移动式普通钻模。(2) 在立式钻床上加工直径大于10mm的单孔，或在摇臂钻床上加工较大的平行孔系，或钻模重量超过15kg时，加工精度要求高时，一般采用固定式普通钻模。(3) 翻转式钻模适用于加工中、小型工件，包括工件在内所产生的总重力不宜超过100N。(4) 对于孔的垂直度和孔距要求不高的中、小型工件，有条件时宜优先采用滑柱钻模。(5) 对于钻模板和夹具体为焊接式的钻模，因焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般在工件孔
40、距公差要求不高(大于0.1mm)时才采用。(6) 床身、箱体等大型工件上的小孔的加工一般采用盖板式钻模。,2. 钻套 保证被加工孔的位置精度 提高工艺系统的刚度,1) 钻套类型钻套可分为标准钻套和特殊钻套两大类 。其中标准钻套又分为固定钻套、可换钻套和快换钻套三种，如图9-1所示 。因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计钻套，此种钻套称为特殊钻套。常见的特殊钻套，如图9-2所示。,图9-1 标准钻套,手册 可查,图9-2 特殊钻套,2) 钻套的尺寸、公差及材料,钻套内孔的基本尺寸 = 所用刀具的最大极限尺寸； 钻套内孔公差取值（采用基轴制间隙配合）钻 孔 时：取F7或
41、F8；粗铰（扩孔）时：取G7；精 铰 时：取G6。 若钻套引导的是刀具的导柱部分：按基孔制配合如：H7/f7、H7/g6、H6/g5,导向长度H：,排屑间隙h：,钻套的高度H增大时，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧。一般取H=12.5d。排屑空间h是指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的铸铁时，常取h=(0.30.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=(0.71.5)d；工件精度要求高时，可取h=0，使切屑全部从钻套中排出。钻套的材料 ：当钻套孔径d26mm时，用T10A纲制造，热处理硬度为5864HR
42、C；当钻套孔径d26mm时，用20钢制造，渗碳深度为0.81.2mm，热处理硬度为5864HRC。钻套的材料可参看“夹具手册”。,3. 钻模板1) 固定式钻模板,图9-3 固定式钻模板,2) 铰链式钻模板,图9-4 铰链式钻模板,1铰链销； 2夹具体； 3铰链座；4支承钉； 5钻模板； 6菱形销,3) 可卸式钻模板,可卸式钻模板是指钻模板与夹具体分离，钻模板在工件上定位，并与工件一起装卸。,图9-5 可卸性钻模板,1钻模板； 2夹具体； 3圆柱销； 4菱形销,费力 位置精度低,4) 悬挂式钻模板,在立式钻床或组合机床上用多轴传动头加工平行孔系时，钻模板连接在机床主轴的传动箱上，随机床主轴上下移
43、动，靠近或离开工件，这种结构简称为悬挂式钻模板。,图9-6 悬挂式钻模板,l底座； 2钻模板； 3弹簧； 4导向滑柱； 5横梁,设计钻模板时应注意以下几点：(1) 钻模板上安装钻套的孔之间及孔与定位元件的位置应有足够的精度。(2) 钻模板应具有足够的刚度，以保证钻套位置的准确性，但又不能设计得太厚太重。注意布置加强肋以提高钻模板的刚度。钻模板一般不应承受夹紧反力。(3) 为保证加工的稳定性，悬挂式钻模板导杆上的弹簧力必须足够，以便钻模板在夹具上能够维持足够的定位压力。如果钻模板本身产生的重力超过800N，则导杆上可不装弹簧。,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,刀具与钻套的最大配合间隙Xma
44、x的存在会引起刀具的偏斜，将导致加工孔的偏移量X2：,图4.17 钻模对刀误差,式中：B为工件厚度；H为钻套高度；h为排屑空间的高度,工件厚度大时，按X2计算对刀误差，T=X2；工件薄时，按Xmax计算对刀误差，T=Xmax。,4.4 拓 展 实 训,如图4.23(a)所示为托架工序简图，图4.23(b)所示为托架工件三维图。托架零件在本工序中需钻2M12mm斜孔螺纹的底孔10.1mm。工件材料为铸铝，毛坯为铸件，年产量1000件。,图4.23 托架工序简图,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,加工要求：(1) 210.1mm孔中心到端面A的距离为105mm。(2) 210.1mm孔中心到孔
45、33H7mm孔轴线的距离都为(88.50.15)mm。(3) 210.1mm孔轴线与33H7孔轴线的夹角为2520。如何设计托架零件钻210.1mm斜孔分度式钻床夹具？(1)确定托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的类型 是斜孔分度式钻床夹具。 (2)分析并讨论托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的定位方案两种方案,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,方案一 ：,图4.24 托架零件钻孔夹具定位方案,1活动V形块；2辅助支承钉,以33H7孔、A面及R18mm作定位基面,限制6个自由度,由于方案一基准完全重合，所以定位误差小，但其夹紧装置与导向装置间互相干扰，而且结构较大,4.2.3 钻床夹具
46、对刀误差T的计算,方案二：,图4.24 托架零件钻孔夹具定位方案,3斜楔辅助支承,以33H7孔、C面及R18mm作定位基面,限制6个自由度,虽然工序基准A与定位基准C不重合，但由于尺寸105mm精度不高，故影响不大；另外，此方案结构紧凑，工件装夹方便。,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,(3) 托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的定位误差和对刀误差。, 计算尺寸(88.50.15)mm定位误差。工件定位孔为33H7( )，圆柱心轴为33g6( )在尺寸88.5mm方向上的基准位移误差为 Y=Xmax=(0.0250.025)mm=0.05mm,工件的定位基准C面与工序基准A面不重合，定位
47、尺寸S=(1040.05)mm，因此 B=0.1mm如图4.25(a)所示，B对尺寸88.5mm形成的误差为B=Btan=0.1tg25mm=0.047mm 因此尺寸(88.50.15)mm的定位误差为 D=Y+B=(0.05+0.047)mm=0.097mm,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,(4) 托架零件210.1mm斜孔钻床夹具的夹紧方案。,托架零件钻210.1mm斜孔加工数量年产量为1000件，批量不大，常用手工夹紧机构。为便于快速装卸工件，采用螺钉及开口垫圈夹紧机构，属螺旋夹紧机构，如图4.26所示。,图4.26 托架钻孔夹具夹紧方案,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,(5
48、) 托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具的导向方案。,由于加工的两个210.1mm孔是螺纹底孔，可直接钻出；又因批量不大，故宜选用固定钻套。在工件装卸方便的情况下，尽可能选用固定式钻模板。托架零件钻孔夹具的导向方案如图4.27所示。,图4.27 托架零件钻孔夹具导向方案,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,(6) 托架零件210.1mm斜孔钻床夹具的分度装置。,由于两个10.1mm孔对33H7孔的对称度要求不高(未标注公差)，因此设计一般精度的分度装置即可，如图4.28所示。回转轴1与定位心轴做成一体，用销钉与分度盘3连接，在夹具体6的回转套5中回转。采用圆柱对定销2对定、锁紧螺母4锁紧。此分度装置结构简单、制造方便，能满足加工要求。,图4.28 托架钻孔夹具夹分度方案,l回转轴；2圆柱对定销；3分度盘；4锁紧螺；5回转套；6夹具体,4.2.3 钻床夹具对刀误差T的计算,(7) 托架零件钻210.1mm斜孔钻床夹具装配工艺孔的设置与计算,在斜孔钻模上，钻套轴线与限位基准倾斜，其相互位置无法直接标注和测量，为此常在夹具的适当部位设置工艺孔，利用此孔间接确定钻套与定位元件之间的尺寸，以保证加工精度。,
