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机床夹具设计步骤和实例

第2节机床夹具设计实例
一、钻夹具的设计实例
图2-2-20所示为杠杆类零件图样。图2-2-21所示为本零件工序图。

1．零件本工序的加工要求分析
①钻、扩、铰φ10H9孔与φ11孔。
②φ10H9孔与φ28H7孔的距离为(80±0. 2)mm；平行度为0.3mm。
③φ11孔与φ28H7孔的距离为(15±0. 25)mm。
④φ11孔与端面K距离为14mm。
本工序前已加工的表面如下。
①φ28H7孔与两端面。
②φ10H9两端面。
本工序使用机床为Z5125立钻，刀具为通用标准工具。
2．确定夹具类型
本工序所加工两孔(φ10H9和φ11)，位于互成90°的两平面内，孔径不大，工件质量较小、轮廓尺寸以与生产量不是很大，因此采用翻转式钻模。
3．拟定定位方案和选择定位元件
(1)定位方案。根据工件结构特点，其定位方案如下。
①以φ28H7孔与一组合面(端面K和φ10H9一端面组合而成)为定位面，以φ10H9孔端外缘毛坯面一侧为防转定位面，限制六个自由度。这一定位方案，由于尺寸mm公差大，定位不可靠，会引起较大的定位误差。如图2-2-22(a)所示。

②以孔φ28H7孔与端面K定位，以φ11孔外缘毛坯一侧为防转定位面，限制工件六个自由度。为增加刚性，在φ10H9的端面增设一辅助支承，如图2-2-22 (b)所示
比较上述两种定位方案，初步确定选用图2-2-22(b)所示的方案。
(2)选择定位元件。
①选择带台阶面的定位销，作为以φ28H7孔与其端面的定位元件，如图2-2-23所示。定位副配合取。

②选择可调支承钉为φ11孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件，如图2-2-24(a)所示。也可选择如图2-2-24 (b)所示移动V形块。考虑结构简单，现选用图2-2-24(a)所示结构。
(3)定位误差计算
①加工φ10H9孔时孔距尺寸(80±0.2)mm的定位误差计算。
由于基准重合，故ΔB＝0。
基准位移误差为定位孔(φ38mm)与定位销(φ38mm)的最大间隙，故ΔY＝(0.021＋0. 007＋0.013)mm＝0.041rnm。

由此可知此定位方案能满足尺寸(80±0.2)mm的定位要求。
②加工φ10H9孔时轴线平行度0.3mm的定位误差计算。
由于基准重合，故ΔB＝0。
基准位移误差是定位孔φ28H7与定位面K间的垂直度误差。故ΔY＝0. 03mm。

此方案能满足平行度0. 3mm的定位要求。
③加工φ11孔时孔距尺寸(15±0.25)mm。加工φ11孔时与加工φ10H9孔时相同。

此方案能满足孔距(15±0.25) mm的定位要求。
4．确定夹紧方案
参考夹具资料，采用M12螺杆在φ28H7孔上端面夹紧工件。
5．确定引导元件(钻套的类型与结构尺寸)
⑴对φH9孔，为适应钻、铰选用快换钻套。
主要尺寸由《机床夹具零、部件》国家标准GB/T2263－80, GB/T2265－80选取。钻孔时钻套内径φ10mm、外径φ15mm；衬套内径φ15mm，衬套外径φ22mm。钻套端面至加工面的距离取8mm。
麻花钻选用φ9. 8mm。
(2)对φ11孔，钻套采用快换钻套。钻孔时钻套内径φ11mm、外径φ18mm，衬套内径φ18mm，外径φ26mm；钻套端面至加工面间的距离取12mm。
麻花钻选用φ10. 8mm。
各引导元件至定位元件间的位置尺寸分别为(15±0.03)mm和(18±0. 05)mm，各钻套轴线对基面的直线度允差为0.02mm。
6．夹具精度分析与计算
由图2-2-22可知，所设计夹具需保证的加工要求有：尺寸(15±0.25)mm；尺寸(80±0.2)mm；尺寸14mm与φ10H9孔和φ28H7孔轴线间平行度允差0.3mm等四项。除尺寸14mm，因精度要求较低不必进行验算外，其余三项精度分别验算如下。
(1)尺寸(80±0.2)mm的精度校核。
定位误差ΔD，由前已计算，已知Δ＝0.041mm。
定位元件对底面的垂直度误差ΔA＝0.03mm。
钻套与衬套间的最大配合间隙ΔT1＝0. 033mm。
衬套孔的距离公差ΔT2＝0.1mm。
麻花钻与钻套内孔的间隙X2＝0.050mm。
衬套轴线对底面(F)的垂直度误差ΔT3＝0. 05mm。

因而该夹具能保证尺寸(80±0. 2)mm的加工要求。
(2)尺寸(15±0. 25)mm的精度校核。
ΔD＝0. 041mm，ΔA＝0. 03mm，ΔT1＝0. 033mm。
衬套孔与定位元件的距离误差ΔT2＝0.06mm。
麻花钻与钻套内孔的间隙X＝0.061mm。

因而尺寸(15±0.25)mm能够保证。
(3)φ10H9轴线对φ25H7轴线的平行度0.3mm的精度校核。
ΔD＝0. 03mm，ΔA＝0. 03mm。
衬套对底面(F)的垂直度误差ΔT＝0. 05mm。

因而此夹具能保证两孔轴线的平行度要求。
7．绘制夹具总图
根据已完成的夹具结构草图，进一步修改结构，完善视图后，绘制正式夹具总装图，如图2-2-23所示。
8．绘制夹具零件图样
从略。
9．编写设计说明书
从略。
二、铣床夹具设计实例
图2-2-25所示为轴套类零件的零件图样。现需设计铣两槽5mm的铣夹具。
1．零件本工序的加工要求分析
本工序的加工要求，在实体上铣出两通槽，槽宽为5mm，槽深为27mm，两槽在圆周方向互成60°±30′角度，表面粗糙度为Ra1. 25μm。
本工序之前，外圆φ60mm、内孔φ32mm与两端面均已加工完毕。
本工序采用φ5mm标准键槽铣刀在X5l立式铣床上，一次装夹六件进行加工。
2．确定夹具类型
本工序所加工的是两条在圆周互成60°角的纵向槽，因此宜采用直线进给带分度装置的铣夹具。
3．拟定定位方案和选择定位元件
(1)定位方案。
①以φ32mm内孔作为定位基准，再选孔端面为定位基准，限制工件五个自由度。如图2-2-26(a)所示。
②以φ60mm外圆为定位基准 (以长V形块为定位元件)，限制4个自由度。如图2-2-26 (b)所示。
方案②由于V形块的特性，所以较易保证槽的对称度要求，但对于实现多件夹紧和分度较困难。
方案①的不足之处是由于心轴与孔之间有间隙、不易保证槽的对称度，且有过定位现象。但本工序加工要求井不高而工件孔和两端面垂直精度又较高，故过定位现象影响不大。
经上述分析比较，确定采用方案①。
(2)选择定位元件。根据定位方式，采用带台肩的心轴。心轴安装工件部分的直径为φ32g6()mm，考虑同时安装6个工件，所以这部分长度取112mm，由于分度精度不高，为简化结构，在心轴上做出六方头，其相对两面间的距离尺寸取28g6()mm，与固定在支座上的卡块槽28H7()mm相配合；加工完毕一个槽后，松开并取下心轴，转过相邻的一面再嵌入卡块槽内即实现分度。心轴通过两端φ25H6mm柱部分安装在支座的V形槽上，并通过M16螺栓钩形压板与锥面压紧，压紧力的方向与心轴轴线成45°角。
(3)定位误差计算工序尺寸27mm 定位误差分析如下。
由于基准重合ΔB＝0
由于定位孔与心轴为任意边接触，则

因此定位精度足够。
由于加工要求不高，其他精度可不必计算。
4．确定夹紧方案
根据图2-2-26所示心轴结构，用M30螺母把工件轴向夹紧在心轴上。心轴的具体结构如图2-2-27所示。
5．确定对刀装置
(1)根据加工要求，采用GB/T2242－80直角对刀块；塞尺符合GB/T2244－80，基本尺寸与偏差2mm。
(2)计算对刀尺寸H和B
如图2-2-28所示，计算时应把尺寸化为双向对称偏差，即

6．夹具精度分析和计算
本夹具总图上与工件加工精度直接有关的技术要求如下。
定位心轴表面尺寸φ32g6。
定位件与对刀间的位置尺寸(24.75±0.08)mm，(4.575±0.05)mm。
定位心轴安装表面尺寸φ25h6。
对刀塞尺厚度尺寸2mm。
分度角度60°±10′。
定位心轴轴线与夹具安装面、定位键侧平面间的平行度公差为0. lmm。
分度装置工作表面对定位表面的对称度公差为0. 07mm。
分度装置工作表面对夹具安装面垂直度公差为0.07mm。
对刀装置工作表面对夹具安装面的平行度和垂直度公差为0. 07mm。
(1)尺寸27mm的精度分析。
ΔD＝0. 064mm(定位误差前已计算)。
ΔT＝0. 16mm(定位件至对刀块间的尺寸公差)。
ΔA＝×20mm＝0.0086mm(定位心轴轴线与夹具底面平行度公差对工件尺寸的影响)。

故此夹具能保证27mm尺寸。
(2)对60°±30′的精度分析。
分度装置的转角误差可按下式计算。

故此分度装置能满足加工精度要求。
7．绘制夹具总图
图2-2-27所示为本夹具的总装图样。
8．绘制夹具零件图样
从略。
9．编写设计说明书
从略。
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