典型机床专用卡具设计

（1）钻套的形式
钻套是指确定钻头等刀具位置及方向的引导元 件。按其结构，钻套可分为固定钻套、可换钻套、 快换钻套和特殊钻套等四种。 ① 固定钻套 如右图所示为固定钻套，它有 两种形式：无肩钻套和带肩钻套。 固定钻套直接压入钻模板或夹具体 中，其与钻模板的配合一般选用 H7/n6或H7/r6。固定钻套钻孔的位 置精度较高，结构简单，但磨损后 不易更换，因此，主要用于中小批 量生产中。
如右图所示为一直线 进给式铣床夹具。工件以 V形块和支承套定位。转 动手柄带动偏心轮回转， 使V形块移动，实现夹具 的夹紧和松开。定向键与 机床工作台上的T形槽配 合确定了夹具与机床间的 相互位置后，再用螺栓紧 固。对刀块用来确定刀具 的位置及方向。
2．圆周进给式铣床夹具
这类夹具主要用在有回转工作台的铣床上或 组合机床上。如下图所示，工作台上一般有多个工 位，每个工位都安装一套夹具。加工过程中，夹具 随工作台旋转作连续的圆周进给运动，使工件依次 经过切削区域进行加工。在装卸区域可进行工件的 安装和拆卸，这样可 以实现切削加工和装 卸工件同时进行。因 此，这类夹具的生产 率较高，适用于大批、 大量生产加工中小型 零件。
4．盖板式钻模
盖板式钻模主要用于在大型工件上加工多个 平行小孔。它没有夹具体，使用时，钻模板直接 在工件上定位，用夹紧装置将钻模板夹紧在工件 上。 下图为用来加工车床溜板箱上多个小孔的盖 板式钻模。
5．滑柱式钻模
滑柱式钻模带有可升降钻 模板，其结构简单，操作方便， 动作迅速，制造周期短，生产 中应用较广。但钻孔的垂直度 和孔距精度不太高。 右图为手动滑柱式钻模 底座。升降钻模板通过导杆 与夹具体的导孔相连。转动 操作手柄，经斜齿轮带动斜 齿条轴移动，使钻模板实现 升降。
在选定了钻套结构类型后，需要确定钻套的 内孔直径d、引导高度H及钻套与工件间的排屑间 隙h等参数，如下图所示。
① 钻套的内孔直径d 一般钻套内孔的基本尺寸 应等于刀具的最大极限尺寸， 钻套与刀具之间取基轴间隙配 合。当所加工孔精度低于IT8级 时，钻套内孔可按F8或G7加工； 当所加工孔精度高于IT8级时， 钻套内孔可按H7或G6加工。
2．安装在车床床鞍上的夹具
对于某些形状不规则或尺寸较大的工件，常 把夹具安装在车床床鞍上，加工时夹具带动工件 一起作进给运动，刀具安装在车床主轴上作旋转 主运动。这类车床夹具应用较少。
本节主要介绍安装在车床主轴上的车床夹具。
二、典型车床夹具
1．卡盘式车床夹具
卡盘式车床夹具一般用一个以上的卡爪来夹紧 工件，多采用定心夹紧装置，其结构对称，用于加工 以外圆、内圆及端面等定位的回转体。
2．定向键（定位键）
为确定夹具与机床工作台的相对位置，在夹 具体底面上应设置定向键。定向键与铣床工作台上 的T形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；同时 它还能承受部分切削力，有利于减轻夹紧螺栓的负 荷，增加夹具的稳定性。
定向键安装在夹具底面的槽中，一般用两个，并 安装在一条直线上，其距离应尽量远些，小型夹具也 可使用一个断面为矩形的长键作为定向键。定向键有 矩形和圆柱形两种。
4．夹具总体结构
（1）车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的， 为保证加工过程的稳定性，夹具结构应力求简单 紧凑，悬伸长度尽量小，使重心尽可能靠近主轴。 （2）对角铁式或花盘式等结构不对称的车床 夹具，设计时应采用平衡装置，以减少由于回转 不平衡而引起的振动现象。 （3）为保证安全，夹具体应制成圆形，夹具 体上的各元件不允许伸出圆形轮廓之外。此外， 夹具的结构还应便于工件的安装、测量和切屑的 排出或清理等。
常用的矩形定向键有两种结构。一种在侧面开有 沟槽或台阶将定向键分为上下两部分，如下图（a）所 示。其上部尺寸按H7/h6与夹具体上的键槽配合，下部 宽度尺寸为b，常按H8/h8或H7/h6与工作台上的T形槽 配合；另一种上没有开出沟槽或台阶，如下图（b）所 示，其上下两部分尺寸相同，定向精度不高。 如下图（c）所示为圆柱形定向键。使用这种定向 键时，其圆柱面和工作台T形槽平面是线接触，容易磨 损，所以应用较少。
二、钻模的设计要点
1．钻模板
钻模板是指在钻模上用于安装钻套的零件。按 其与夹具体连接方式的不同，钻模板可分为固定式 钻模板、铰链式钻模板和分离式钻模板三种。
（1）固定式钻模板
如下图所示，固定式钻模板直接固定在夹具体上， 其钻孔精度高，但对于有些工件装卸不方便。固定式 钻模板与夹具体的连接可做成连体式、装配式或焊接 式等。
3．对刀装置
铣床夹具上一般都设计有确定刀具位置及方 向的对刀装置。对刀装置由对刀块和塞尺组成。 其中，对刀块用来确定夹 具和刀具的相对位置；塞 尺用来防止对刀时碰伤刀 刃和对刀块。使用时，将 塞尺塞入刀具和对刀块之 间，根据接触的松紧程度 来确定刀具的最终位置。
如右图所示为几种 常见的对刀装置。
对刀块通常用销钉或螺钉紧固在夹具体上，其 位置应便于对刀和工件的装卸。对刀块的工作表面 与定位元件之间应有一定的位置精度要求，即应以 定位元件的工作表面或对称中心作为基准，来校准 其与对刀块之间的位置尺寸关系。 采用对刀块对刀，加工精度一般不超过IT8级。 当精度要求较高，或者不便于设置对刀块时，可以用 试切法、标准件对刀法或者百分表来校正定位元件相 对于刀具的位置。
项目八 典型机床专用夹具设计
项目学习要点
• 车床夹具 • 铣床夹具
• 钻床夹具
• 镗床夹具
• 高效机床夹具
• 机床夹具的设计
• 综合实训
• 项目小结
任务一 车床夹具
一、车床夹具的分类
根据工件的加工特点和夹具在车床上的安装位 置，车床夹具可分为以下两种基本类型：
1．安装在车床主轴上的夹具
这类夹具安装在车床主轴上，加工时夹具带动 工件一起随主轴作旋转主运动，刀具作进给运动。这 类夹具中除了各种卡盘、花盘和顶尖等通用夹具或机 床附件外，还可根据加工需要设计出各种芯轴或其他 专用夹具。实际生产中所使用的车床夹具基本上都属 于这一类。
三爪自定心卡盘适用于中、小型规则零件的 装夹。其装夹方法如下： 当工件直径较小时，将工件置于三个卡爪之间 装夹，如下图所示。 当装夹带内孔的零件时，可将三爪伸入工件内孔 中，利用卡爪的径向张力装夹，如下图（b）所示。 当工件直径较大时，用正爪不便装夹，可将三个 正爪换成反爪进行装夹，如下图（c）所示。 当工件长度较长时，应采用“一夹一顶”的方法 装夹，如下图（d）所示。
任务二 铣床夹具
一、铣床夹具的分类
1．直线进给式铣床夹具
这类夹具是最常见的一种铣床夹具，它在加工 过程中同工作台一起作直线进给运动。 按一次装夹工件数目的多少，可以将其分为单 件铣床夹具和多件铣床夹具。其中，在单件、小批 量生产时，使用单件铣床夹具较多；在大批量生产 小零件时，使用多件铣床夹具较多。
（2）铰链式钻模板
如右图（上）所示，铰链式 钻模板是用铰链装在夹具体上的。 由于铰链与孔之间存在间隙，所 以其钻孔精度比固定式钻模板低， 但装卸工件方便。
（3）分Fra Baidu bibliotek式钻模板
如右图（下）所示，分离式 钻模板与夹具体是分开的，工件 在夹具体中每装卸一次，钻模板 也要装卸一次。分离式钻模板的 钻孔精度高，但装卸费时费力， 生产率低。
任务三 钻床夹具
钻床夹具上除夹具的一般元件或装置外，还 装有钻模板和钻套，因此，钻床夹具又称为钻模。 钻模的主要特点是通过钻套引导刀具进行加工。
一、钻模的分类
按其结构的不同，钻模可分为固定式钻模、回转 式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模和滑柱式钻模等。
1．固定式钻模
固定式钻模主要用于在立式钻床上加工较大 的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。在使用过 程中，固定式钻模 的位置是固定不动 的，其加工精度较 高。 当加工右图 （b）所示杠杆上 φ10mm孔时，常选 用右图（a）所示固 定式钻模。
2．回转式钻模
回转式钻模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系。按回转轴线方 位的不同，回转式 钻模可分立轴、卧 轴和斜轴三种形式。 右图（a）所 示为用来加工图（b） 所示φ70mm圆周上 均匀分布的6个 φ10mm孔的立轴回 转式钻模。
3．翻转式钻模
翻转式钻模主要用于加工小型工件分布在不 同表面上的小孔。使用过程中，可在工作台上翻 转，实现加工表面的转换。由于翻转需人工进行， 所以夹具连同工件的质量不能太大，一般小于8～ 10kg。 下图为用来加工套筒圆柱面上4个径向小孔的 翻转式钻模。
2．钻套
② 可换钻套 如下图所示为可换钻套。在钻套磨损后，松 开螺钉即可以更换新的钻套，因此，可换钻套主要 用于大批量生产中。在钻套与钻模板之间有一衬套， 可换钻套和衬套的配合一般选用H7/g6或H6/g5。
③ 快换钻套 如下图所示为快换钻套。当要取下钻套时， 只要将钻套反转一定角度，使螺钉的头部刚好对 准钻套上的缺口，再往上一拔，即可取下钻套。 当工件孔需要多把刀具进行顺序加工时，可采用 快换钻套。快换钻套与钻模板之间也有中间衬套， 其配合情况与可换钻套基本相同。
2．角铁式车床夹具
角铁式车床夹具的夹具体呈角铁状，其结构 不对称，主要用于加工壳体、支座、杠杆和接头 等零件的回转面和端面。 如右图所示为加工轴承座内孔的角铁式专用车床 夹具。工件以一面（底面）两孔为定位基准，在夹具 的定位支承板、圆柱 销和削边销上定位， 用两块压板夹紧工件。
三、车床夹具的设计要点
二、铣床夹具的设计要点
1．保证工件定位的稳定性和夹紧的可靠性
铣床夹具的受力元件和夹具体要有足够的刚度和 强度，以保证工件在夹具上定位的稳定性和夹紧的可 靠性。 设计和布置定位元件时，应使支承面积尽量大一 些，以增加工件定位的稳定性。 设计夹紧装置时，为防止工件在加工过程中松动， 夹紧装置要有足够的夹紧力和自锁能力，且夹紧力的 作用点和方向要适当。
1．定位元件
为保证定位准确，夹具上定位元件的结构和布 置必须使工件加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线 重合。
2．夹紧装置
在车削过程中，夹具和工件一起随主轴旋转， 夹具除受切削力的作用外，还受到离心力的作用。因 此，夹紧装置必须能够产生足够的夹紧力，且自锁性 能要可靠。
3．车床夹具与车床主轴的连接
根据车床夹具径向尺寸大小的不同，其与机 床主轴的连接方式主要有以下两种： （1）对于径向尺寸D＜140mm或D＜（2～3）d 的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中， 并用螺杆拉紧，如左图所示。 （2）对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与 车床主轴前端连接，过渡盘与主轴配合处的形状取决 于主轴前端的结构。如右图所示。
④ 特殊钻套
当受工件的形状或加工孔位置的分布等限制 不能采用上述标准钻套时，可根据需要设计特殊 结构的钻套。如下图所示为几种特殊钻套。其中， 图（a）所示钻套用以加工沉孔或凹槽上的孔；图 （b）所示钻套用于加工斜面或圆弧面上的孔；图 （c）所示钻套用于加工多个近距离孔。
（2）钻套的主要结构参数设计
3．仿形进给式铣床夹具
类夹具主要用在立式铣床上进行机械仿形加工。 仿形运动是在加工过程中，利用靠模在主进给运动 的基础上使工件获得辅助进给运动而形成。 按主进给运动方式的不同，仿形进给式铣床夹 具又可分为直线进给式仿形铣床夹具和圆周进给式 仿形铣床夹具。仿形进给式铣床夹具主要适用于中 小批量生产。
如下图所示为三爪自定心卡盘。当扳手方榫 插入小锥齿轮的方孔转动时，与其啮合的大锥齿 轮随之转动。大锥齿轮的背面是平面螺纹，平面 螺纹与三个卡爪背面的螺纹啮合。当平面螺纹转 动时，就带动卡爪同时向心 或离心移动，从而实现夹具 的夹紧或松开。因此，三爪 卡盘的三爪是联动的，并能 自动定心，装夹工件一般不 需校正，生产率高。
② 钻套的引导高度H 一般情况下，取H＝（1～2.5）d。其中，当 加工精度较高或孔直径较小、且刀具刚性较差时， 取较大值；反之，取较小值。 ③ 钻套与工件间的排屑间隙h
一般取h＝（1/3～1）D。其中，加工钢材等塑性 材料时，h取大值；加工铸铁等脆性材料时，h取小值。 另外，在斜面上钻孔或钻斜孔时，h应尽可能取小些； 所加工孔的位置精度要求较高时，h取小值或h＝0； 加工深孔时，一般h不小于1.5D。