机床夹具设计第5章 典型车床夹具设计心轴类车床夹具心轴类车床夹具车床夹具的典型结构。车床夹具的典型结构。车床夹具的设计要点。车床夹具的设计要点。车床夹具的加工误差。车床夹具的加工误差。根据加工要求和零件的结构特点，选择车床夹具类型。根据加工要求和零件的结构特点，选择车床夹具类型。根据零件工序的加工要求，确定定位方案。根据零件工序的加工要求，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。根据零件特点和生产类型等要求，确定夹紧方案。掌握车床夹具的设计要点。方案。掌握车床夹具的设计要点。方案。5.1 5.1 工作场景导入工作场景导入 如图如图5.15.1所示，所示，CA6140CA6140车床开合螺母零件在车床开合螺母零件在本工序中需精镗本工序中需精镗mmmm孔及车端面。工件材料为孔及车端面。工件材料为4545钢，毛坯钢，毛坯为锻件，中批量生产。为锻件，中批量生产。 (1) mm(1) mm孔轴线到孔轴线到燕尾导轨底面燕尾导轨底面C C的距离为的距离为(450.05)mm(450.05)mm。(2) mm(2) mm孔轴线与孔轴线与燕尾导轨底面燕尾导轨底面C C的平行度的平行度为为0.05mm0.05mm。(3) mm(3) mm孔与孔与mmmm孔的距离为孔的距离为(80.05)mm(80.05)mm。 (4) mmmm孔轴线对孔轴线对两两B B面的对称面的垂直度面的对称面的垂直度为为0.05mm0.05mm。图图5.1 5.1 车床开合螺母零件车削工序图车床开合螺母零件车削工序图5.2 5.2 基基 础础 知知 识识5.2.1 5.2.1 车床夹具的典型结构车床夹具的典型结构1. 1. 心轴类车床夹具心轴类车床夹具 心轴类车床夹具多用于以内孔作为定位基准，心轴类车床夹具多用于以内孔作为定位基准，加工外圆柱面的情况。常见的心轴有加工外圆柱面的情况。常见的心轴有圆柱心轴、圆柱心轴、弹簧心轴、顶尖心轴、液性介质弹性心轴弹簧心轴、顶尖心轴、液性介质弹性心轴等。等。 5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.2 5.2 飞球保持架工序图及其心轴飞球保持架工序图及其心轴 1-1-心轴；心轴；2 2、5 5一压板；一压板；3 3一定位键；一定位键；4 4一螺钉；一螺钉；6 6一快换垫圈；一快换垫圈；7 7一螺母一螺母5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.3 5.3 弹性心轴弹性心轴1 1，3 3，1111螺母；螺母；2 2，6 6，9 9，1010筒夹；筒夹；44滑条；滑条；55拉杆；拉杆；7 7、1212心轴体；心轴体；88锥套锥套5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.4 5.4 顶尖式心轴顶尖式心轴11心轴；心轴；22固定顶尖套；固定顶尖套；33工件；工件；44活动顶尖套；活动顶尖套；55快换垫圈；快换垫圈；66螺母螺母5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.5 5.5 液性介质弹性夹具液性介质弹性夹具 11夹具体；夹具体；22加压螺钉；加压螺钉；33柱塞；柱塞；44密封圈密封圈55薄壁套；薄壁套；66螺钉；螺钉；77端盖；端盖；88螺塞；螺塞；99钢球；钢球；1010，1111调整螺钉；调整螺钉；1212过渡盘过渡盘5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.10 5.10 车床夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接11主轴；主轴；22过渡盘；过渡盘；33专用夹具；专用夹具；44压块压块 1. 1. 车床夹具在机床主轴上的安装方式车床夹具在机床主轴上的安装方式 5.2.2 5.2.2 车床夹具的设计要点车床夹具的设计要点(1)夹具通过主轴锥孔与机床主轴连接夹具通过主轴锥孔与机床主轴连接(2)(2)夹具通过过渡盘与机床主轴连接夹具通过过渡盘与机床主轴连接 5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.11 5.11 几种车床主轴前端几种车床主轴前端 的形状及尺寸的形状及尺寸5.2 5.2 基基 础础 知知 识识 为了保证车床夹具的安装精度，安装时应对夹具的为了保证车床夹具的安装精度，安装时应对夹具的限位表面进行仔细地找正。若夹具的限位面为与主轴同轴的限位表面进行仔细地找正。若夹具的限位面为与主轴同轴的回转面，则直接用限位表面找正它与主轴的同轴度，如图回转面，则直接用限位表面找正它与主轴的同轴度，如图5.55.5中液性介质弹性心轴的外圆面。若限位面偏离回转中心，中液性介质弹性心轴的外圆面。若限位面偏离回转中心，则应在夹具体上专门制作一孔则应在夹具体上专门制作一孔( (或外圆或外圆) )作为找正基面，使该作为找正基面，使该面与机床主轴同轴，同时，它也作为夹具的设计、装配和测面与机床主轴同轴，同时，它也作为夹具的设计、装配和测量基准，如图量基准，如图5.125.12中的找正孔中的找正孔K K和图和图5.135.13中的找正圆中的找正圆B B。 为保证加工精度，车床夹具的设计中心为保证加工精度，车床夹具的设计中心( (即限位面或即限位面或找正基面找正基面) )对主轴回转中心的同轴度应控制在对主轴回转中心的同轴度应控制在 0.01mm0.01mm之内，之内，限位端面限位端面( (或找正端面或找正端面) )对主轴回转中心的跳动量也不应大于对主轴回转中心的跳动量也不应大于0.01mm0.01mm。2. 2. 找正基面的设置找正基面的设置5.2 5.2 基基 础础 知知 识识 设置定位元件时应考虑使工件加工表面的轴线与主轴轴设置定位元件时应考虑使工件加工表面的轴线与主轴轴线重合。线重合。 对于回转体或对称零件，一般采用心轴或定心夹紧对于回转体或对称零件，一般采用心轴或定心夹紧式夹具，以保证工件的定位基面、加工表面和主轴三者的轴式夹具，以保证工件的定位基面、加工表面和主轴三者的轴线重合。线重合。 对于壳体、支架、托架等形状复杂的工件，由于被对于壳体、支架、托架等形状复杂的工件，由于被加工表面与工序基准之间有尺寸和相互位置要求，所以各定加工表面与工序基准之间有尺寸和相互位置要求，所以各定位元件的限位表面应与机床主轴旋转中心具有正确的尺寸和位元件的限位表面应与机床主轴旋转中心具有正确的尺寸和位置关系。位置关系。 为了获得定位元件相对于机床主轴轴线的准确位置，为了获得定位元件相对于机床主轴轴线的准确位置，有时采用有时采用“临床加工临床加工”的方法的方法 ，如采用不淬火三爪自定心，如采用不淬火三爪自定心卡盘的卡爪装夹工件前，应先对卡爪卡盘的卡爪装夹工件前，应先对卡爪“临床加工临床加工”，以提高，以提高装夹精度。装夹精度。 3. 3. 定位元件的设置定位元件的设置5.2 5.2 基基 础础 知知 识识 车床夹具的夹紧装置必须安全可靠。车床夹具的夹紧装置必须安全可靠。 夹夹紧紧力力必必须须克克服服切切削削力力、离离心心力力等等外外力力的的作作用用，且自锁可靠。且自锁可靠。 对对高高速速切切削削的的车车、磨磨夹夹具具，应应进进行行夹夹紧紧力力克克服服切切削力和离心力的验算。削力和离心力的验算。 若若采采用用螺螺旋旋夹夹紧紧机机构构，一一般般要要加加弹弹簧簧垫垫圈圈或或使使用用锁紧螺母。锁紧螺母。4. 4. 夹紧装置的设置夹紧装置的设置5.2 5.2 基基 础础 知知 识识 车车床床夹夹具具除除了了控控制制悬悬伸伸长长度度外外，结结构构上上还还应应基基本本平衡。平衡。 角角铁铁式式车车床床夹夹具具的的定定位位元元件件及及其其他他元元件件总总是是布布置置在在主主轴轴轴轴线线一一边边，不不平平衡衡现现象象最最严严重重，所所以以在在确确定定其结构时，特别要注意对它进行平衡。其结构时，特别要注意对它进行平衡。 平衡的方法有两种：平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。设置平衡块或加工减重孔。 5. 5. 夹具的平衡夹具的平衡 5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.125.12角铁式车床夹具角铁式车床夹具1 1、1l1l一螺栓；一螺栓；2 2一压板；一压板；3 3一摆动一摆动V V形块；形块；4 4一过渡盘；一过渡盘；5 5一夹具体；一夹具体；6 6一平衡块；一平衡块；7 7一盖板；一盖板；8 8一固定支承板；一固定支承板；1919一活动菱形销；一活动菱形销；110110一活动支承饭一活动支承饭5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.13 5.13 液压泵上体镗三孔车床夹具液压泵上体镗三孔车床夹具11平衡块；平衡块；22圆柱销；圆柱销；3T3T形螺钉；形螺钉；44菱形销；菱形销；55螺旋压板；螺旋压板；66花盘；花盘；77对定销；对定销；88分度滑块；分度滑块；99导向键；导向键；1010过渡盘过渡盘 5.2 5.2 基基 础础 知知 识识 (1) (1) 结构要紧凑，悬伸长度要短。车床夹具的悬伸长结构要紧凑，悬伸长度要短。车床夹具的悬伸长度过大，会加剧主轴轴承的磨损，同时引起振动，影响加工度过大，会加剧主轴轴承的磨损，同时引起振动，影响加工质量。因此，夹具的悬伸长度质量。因此，夹具的悬伸长度L L与轮廓直径与轮廓直径D D之比应控制如下。之比应控制如下。 直径小于直径小于150 mm150 mm的夹具，的夹具，L L/ /D D2.52.5。 直径在直径在150150300 mm300 mm的夹具，的夹具，L L/ /D D0.90.9。 直径大于直径大于300 mm300 mm的夹具，的夹具，L L/ /D D0.60.6。 (2) (2) 车床夹具的夹具体应制成圆形，夹具上车床夹具的夹具体应制成圆形，夹具上( (包括工件在包括工件在内内) )的各元件不应伸出夹具体的轮廓之外，当夹具上有不规则的各元件不应伸出夹具体的轮廓之外，当夹具上有不规则的突出部分，或有切削液飞溅及切屑缠绕时，应加设防护罩。的突出部分，或有切削液飞溅及切屑缠绕时，应加设防护罩。 (3) (3) 夹具的结构应便于工件在夹具上安装和测量，切屑夹具的结构应便于工件在夹具上安装和测量，切屑能顺利排出或清理。能顺利排出或清理。6. 6. 夹具的结构要求夹具的结构要求5.2 5.2 基基 础础 知知 识识 1. 1. 定位误差定位误差 D D 由于由于A A面既是工序基准，又是定位基准，所以基准不重面既是工序基准，又是定位基准，所以基准不重合误差合误差 B B为零。工件在夹具上以平面定位时，基准位移误差为零。工件在夹具上以平面定位时，基准位移误差 Y Y也为零，因此，尺寸也为零，因此，尺寸(270.26)mm(270.26)mm的定位误差的定位误差 D D等于零。等于零。 2. 2. 夹具误差夹具误差 J J 由于此夹具的过渡盘是连接在夹具上不拆的，过渡盘由于此夹具的过渡盘是连接在夹具上不拆的，过渡盘定位圆孔轴线为夹具的安装基准，夹具上定位销定位圆孔轴线为夹具的安装基准，夹具上定位销7 7的台阶平面的台阶平面与过渡盘定位圆孔轴线间的距离尺寸为与过渡盘定位圆孔轴线间的距离尺寸为(270.08)mm(270.08)mm。因此。因此 J J=0.16mm=0.16mm5.2.3 5.2.3 车床夹具的加工误差车床夹具的加工误差5.2 5.2 基基 础础 知知 识识 3. 3. 夹具的安装误差夹具的安装误差 A A式中：式中：X X1max1max为过渡盘与主轴间的最大配合间隙；为过渡盘与主轴间的最大配合间隙； X X2max2max为过渡盘与夹具体间的最大配合间隙。为过渡盘与夹具体间的最大配合间隙。设过渡盘与车床主轴的配合尺寸为设过渡盘与车床主轴的配合尺寸为 ，查基本偏，查基本偏差表差表(GBT 1800.31998)(GBT 1800.31998)得：得： 92H792H7为为 ， 92js692js6为为 (920.011)mm(920.011)mm，因此，因此 X X1max=0.035+0.011mm=0.046mm1max=0.035+0.011mm=0.046mm假设夹具体与过渡盘止口的配合尺寸为假设夹具体与过渡盘止口的配合尺寸为 ，查基本偏差表查基本偏差表(GBT 1800.31998)(GBT 1800.31998)得得 180H7180H7为为 ， 180js6180js6为为 (1800.0125)mm(1800.0125)mm，因此，因此 X X2max=(0.040+0.0125)=0.0525mm2max=(0.040+0.0125)=0.0525mm 5.3 5.3 回到工作场景回到工作场景 3. 3. 夹具的安装误差夹具的安装误差 A A 5.2 5.2 基基 础础 知知 识识图图5.13 5.13 液压泵上体镗三孔车床夹具液压泵上体镗三孔车床夹具11平衡块；平衡块；22圆柱销；圆柱销；3T3T形螺钉；形螺钉；44菱形销；菱形销；55螺旋压板；螺旋压板；66花盘；花盘；77对定销；对定销；88分度滑块；分度滑块；99导向键；导向键；1010过渡盘过渡盘