机床夹具设计第4章典型钻床夹具设计 南通职业大学机械工程系数控技术教研室 钻床夹具的类型 钻床夹具设计要点 钻模对刀误差 T的计算 根据零件工序加工要求 选择钻床夹具类型 根据零件工序加工要求 确定定位方案 根据零件特点和生产类型等要求 确定夹紧方案 根据零件加工工序特点和生产类型等要求 确定导向方案 4 1工作场景导入 如图4 1所示 揺臂零件在本工序中需钻 14mm孔 工件材料为45钢 毛坯为锻件 中批量生产 1 14mm孔轴线到端面A的距离 16 0 10 mm 2 14mm孔轴线到孔 31H7mm孔轴线为20 25mm 3 14mm孔对 31H7孔的对称度为0 15mm 本任务设计摇臂零件钻 14孔钻床夹具如图 图4 1揺臂零件工序图 4 2基础知识 4 2 1钻床夹具的主要类型 在钻床上进行孔的钻 扩 铰 锪及攻螺纹时用的夹具 称为钻床夹具 俗称钻模 钻模上均设置钻套和钻模板 用以引导刀具 钻模主要用于加工中等精度 尺寸较小的孔或孔系 使用钻模可提高孔及孔系间的位置精度 其结构简单 制造方便 因此钻模在各类机床夹具中占的比重最大 钻模的类型很多 有固定式 回转式 移动式 翻转式 盖板式和滑柱式等 4 2 1钻床夹具的主要类型 在使用的过程中 固定式钻模在机床上的位置是固定不动的 其主要用于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 1 固定式钻模 图4 2固定式钻模 1 螺钉 2 转动开口垫圈3 拉杆 4 定位法兰 5 快换钻套 6 钻模板 7 夹具体 8 手柄 9 圆偏心凸轮 10 弹簧 4 2 1钻床夹具的主要类型 加工同一圆周上的平行孔系 同一截面内径向孔系或同一直线上的等距孔系时 钻模上应设置分度装置 带有回转式分度装置的钻模称为回转式钻模 2 回转式钻模 图4 3卧轴回转式分度钻模的结构 1 夹具体 2 对定销 3 横销 4 螺套 5 手柄 6 转盘 7 钻套 8 定位件 9 滚花螺母 10 开口垫圈 11 转轴 4 2 1钻床夹具的主要类型 这类钻模用于钻削中 小型工件同一表面上的多个孔 移动式钻模平面图如图4 4所示 3 移动式钻模 图4 4移动式钻模平面图 1 夹具体 2 固定V形块 3 钻模板 4 5 钻套 6 支座 7 活动V形块 8 手轮 9 半月键 10 钢球 11 螺钉 12 13 定位套 4 2 1钻床夹具的主要类型 三维图如图4 5所示 用于加工连杆大 小头上的孔 3 移动式钻模 图4 5移动式钻模三维图 4 2 1钻床夹具的主要类型 翻转式钻模主要用于加工中 小型工件分布在不同表面上的孔 4 翻转式钻模 图4 6翻转式钻模 l 夹具体 2 定位件 3 削扁开口垫圈 4 螺杆 5 手轮 6 销 7 沉头螺钉 4 2 1钻床夹具的主要类型 图4 7所示是为加工车床溜板箱上的孔系而设计的盖板式钻模 5 盖板式钻模 图4 7盖板式钻模l 盖板 2 圆柱销 3 削边销 4 支承钉 5 把手模 4 2 1钻床夹具的主要类型 滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具 6 滑柱式钻模 l一滑柱 2一齿条滑柱 3一夹具体 4一钻模板 5一齿轮轴 6一手柄 7一套环 图4 8滑柱式钻模的通用结构 4 2 1钻床夹具的主要类型 滑柱钻模的应用实例 加工杠杆类零件上的孔 1 支承 2 防转定位支架 3 定心夹紧套 4 钻套 图4 9加工杠杆类零件的滑柱钻模 4 2 2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 4 2 2钻床夹具的设计要点 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4 10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4 11所示 4 2 2钻床夹具的设计要点 图4 10标准钻套 4 2 2钻床夹具的设计要点 图4 11特殊钻套 4 2 2钻床夹具的设计要点 2 钻套保证被加工孔的位置精度提高工艺系统的刚度 2 钻套的尺寸 公差及材料一般钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸 钻孔时其公差取F7或F8 粗铰孔时公差取G7 精铰孔时公差取G6 若被加工孔为基准孔 如H7 H9 时 钻套导向孔的基本尺寸可取被加工孔的基本尺寸 钻孔时其公差取F7或F8时 铰H7孔时取F7 铰H9孔时取E7 若刀具用圆柱部分导向 如接长扩孔钻 铰刀等 时 可采用配合 4 2 2钻床夹具的设计要点 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 1 2 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 3 0 7 d 钻削较难排屑的钢件时 常取h 0 7 1 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d 26mm时 用T10A纲制造 热处理硬度为58 64HRC 当钻套孔径d 26mm时 用20钢制造 渗碳深度为0 8 1 2mm 热处理硬度为58 64HRC 钻套的材料可参看 夹具手册 4 2 2钻床夹具的设计要点 3 钻模板1 固定式钻模板 图4 12固定式钻模板 4 2 2钻床夹具的设计要点 2 铰链式钻模板 图4 13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 4 2 2钻床夹具的设计要点 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4 14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 2 2钻床夹具的设计要点 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 随机床主轴上下移动 靠近或离开工件 这种结构简称为悬挂式钻模板 图4 15悬挂式钻模板 l 底座 2 钻模板 3 弹簧 4 导向滑柱 5 横梁 4 2 2钻床夹具的设计要点 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 2钻床夹具的设计要点 4 钻模支脚设计 图4 16钻床夹具的支脚 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Xmax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2 M12mm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 2 10 1mm孔中心到端面A的距离为105mm 2 2 10 1mm孔中心到孔 33H7mm孔轴线的距离都为 88 5 0 15 mm 3 2 10 1mm孔轴线与 33H7孔轴线的夹角为25 20 如何设计托架零件钻2 10 1mm斜孔分度式钻床夹具 1 确定托架零件钻2 10 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2 10 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2 10 1mm斜孔钻床夹具的定位误差和对刀误差 计算尺寸 88 5 0 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 0 025 0 025 mm 0 05mm 工件的定位基准C面与工序基准A面不重合 定位尺寸S 104 0 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 1tg25 mm 0 047mm因此尺寸 88 5 0 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2 10 1mm斜孔钻床夹具的夹紧方案 托架零件钻2 10 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 托架零件钻2 10 1mm斜孔钻床夹具的导向方案 由于加工的两个2 10 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2 10 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2 10 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 图4 29用 10H7工艺孔确定钻套位置 8 绘制托架零件钻2 10 1mm斜孔钻床夹具的装配总图以及标注尺寸和公差 1 活动V形块 2 斜楔辅助支承 3 夹具体 4 钻模板 5 钻套 6 定位心轴 7 夹紧螺钉 8 开口垫圈 9 分度盘 10 圆柱对定销 11 锁紧螺母 图4 30装配总图