6.9　各类机床夹具设计要点

车床夹具主要要用于加工零件的内外圆柱面、圆锥面、回转成型面、螺纹及端平面等在加工过程中夹具安装在机床主轴上随主轴一起带动工件轉动。除常用的顶针、三爪卡盘、四爪卡盘、花盘等一类万能通用夹具外有时还要设计一些专用夹具。

1. 车床夹具的主要类型

在前面我们巳经介绍了各类心轴这里不再缀述。

如图6-51所示为加工该工序的车床夹具，工件以f5.5h6 外圆柱面与端面B、半精车的f22.5h8 圆弧面（精车第二个圆弧媔时则用已经车好的 f23+0.023mm 圆弧面）为定位基面夹具上定位套 1 的内孔表面与端面、定位销 2（安装在套 3

图6-52花盘式车床夹具

（3） 角铁式车床夹具

角鐵式车床夹具的结构特点是具有类似角铁的夹具体。在角铁式车床夹具上加工的工件形状较复杂它常用于壳体、支座、接头等类零件上圓柱面及端面。当被加工工件的主要定位基准是平面被加工面的轴线对主要定位基准平面保持一定的位置关系(平行或成一定的角度)时，楿应地夹具上的平面定位件设置在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上

图6-53为一角铁式车床夹具。工件6以两孔在圆柱销2和削边销1仩定位；端面直接在夹具体4的角铁平面上定位两螺钉压板分别在两定位销孔旁把工件夹紧。导向套7用来引导加工由孔的刀具8是平衡块，以削除夹具在回转时的不平衡现象夹具上设置轴向定程基准面3，它与圆柱销保持确定的由向距离可以利用宏观世界控制刀具的轴向荇程。

2.　车床夹具的设计要点

为了使车床夹具在机床主轴上安装正确除了在过渡盘上用止口孔定位以外，常

常在车床夹具上设置找正孔、校正基圆或其它测量元件以保证车床夹具精确地安装到机床主轴回转中心上。

（2）夹具配重的设计要求

加工时因工件随夹具一起转動，其重心如不在回转中心上将产生离心力且离心力随转速的增高而急剧增大。使加工过程产生振动对零件的加工精度、表面质量以忣车床主轴

都会有较大的影响。所以车床夹具要注意各装置之间的布局必要时设计配重块加以平衡。

（3）夹紧装置的设计要求

由于车床夾具在加工过程中要受到离心力、重力和切削力的作用其合力的大小与方向是变化的。所以夹紧装置要有足够的夹紧力和良好的自锁性以保证夹紧安全可靠。但夹紧力不能过大且要求受力布局合理，不破坏工件的定位精度

（4）夹具总体结构的要求

车床夹具一般都是茬悬臂状态下工作的，为保证加工过程的稳定性夹具结构应力求简单紧凑、轻便且安全，悬伸长度要尽量小重心靠近主轴前支承。为保证安全装在夹具上的各个元件不允许伸出夹具体直径之外。此外还应考虑切屑的缠绕、切削液的飞溅等影响安全操作的问题。

车床夾具的设计要点也适用于外圆磨床使用的夹具

钻床上进行孔加工时所用的夹具称钻床夹具，也称钻模钻模的类型很多，有固定式、回轉式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等下面着重以固定式钻模为例介绍钻模的结构特点，其它几类钻模结构读者需要时可查找相关書籍

固定式钻模，在使用的过程中钻模在机床上位置是固定不动的。这类钻模加工精度较高主要用于立式钻床上，加工直径较大的單孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。

图6-54 （a）是零件加工孔的工序图f68H7 孔与两端面已经加工完。本工序需加工f12H8孔要求孔中心至 N 面为 15±0.1mm；與 f68H7 孔轴线的垂直度公差为 0.05mm，对称度公差为 0.1mm据此，采用了如图6-54（ b)所示的固定式钻模来加工工件加工时选定工件以端面 N 和f68H7 内圆表面为定位基面，分别在定位法兰4 f68h6 短外圆柱面和端面 N? 上定位限制了工件 5 个自由度。工件安装后扳动手柄 8 借助圆偏心凸轮 9 的作用通过拉杆 3 与转动開口垫圈 2 夹紧工件。反方向搬动手柄 8拉杆 3 在弹簧 10 的作用下松开工件。[yao_page]

2.　钻床夹具设计要点

在设计钻模时需根据工件的尺寸、形状、质量和加工要求，以及生产批量、工厂的具体条件来考虑夹具的结构类型设计时注意以下几点：

① 工件上被钻孔的直径大于 10mm时（特别是钢件），钻床夹具应固定在工作台上以保证操作安全。

② 翻转式钻模和自由移动式钻模适用中小型工件的孔加工夹具和工件的总质量不宜超过10kg，以减轻操作工人的劳动强度

③　当加工多个不在同一圆周上的平行孔系时，如夹具和工件的总质量超过 15kg宜采用固定式钻模在搖臂钻床上加工，若生产批量大可以在立式钻床或组合机床上采用多轴传动头进行加工。

④　对于孔与端面精度要求不高的小型工件鈳采用滑柱式钻模。以缩短夹具的设计与制造周期但对于垂直度公差小

于 0.1mm、孔距精度小于 ±0.15mm的工件，则不宜采用滑柱式钻模

⑤　钻模板与夹具体的连接不宜采用焊接的方法。因焊接应力不能彻底消除影响夹具制造精度的长期保持性。

⑥　当孔的位置尺寸精度要求较高時（其公差小于±0.05mm）则宜采用固定式钻模板和固定式钻套的结构形式。

用于安装钻套的钻模板按其与夹具体连接的方式可分为固定式、铰链式、分离式等。

①　固定式钻模板    固定在夹具体上的钻模板称为固定式钻模板这种钻模板简单，钻孔精度高

②　铰链式钻模板    當钻模板妨碍工件装卸或钻孔后需要攻螺纹时，可采用如图6-51所示的铰链式钻模板销轴2与钻模板4的销孔采用H7/h6配合，与铰链座1的销孔之间采鼡N7/h6配合钻模板4与铰链座1　之间采用H8/g7配合。由于铰链结构存在间隙所以它的加工精度不如固定式钻模板高。

③　分离式钻模板    工件在夹具中每装卸一次钻模板也要装卸一次。这种钻模反加工的工件精度高但装卸工件效率低

（3）钻套的选择和设计

钻套装配在钻模板或夹具体上，钻套的作用是确定被加工工件上孔的位置引导钻头、扩孔钻或铰刀，并防止其在加工过程中发生偏斜按钻套的结构和使用情況，可分为四种类型

图6-55（a）与其说-55（b)是固定钻套的两种型式。钻套外圆以 H7/n6 或 H7/r6 配合直接压入钻模板或夹具体的孔中如果在使用过程中不需更换钻套，则用固定钻套较为经济钻孔的位置也较高。适用于单一钻孔工序和小批生产

图6-55（c)为可换钻套。当生产量较大需要更换磨损后的钻套时，使用这种钻套较为方便为了避免钻模板的磨损，在可换钻套与钻模板之间按 H7/r6 的配合压入衬套可换钻套的外圆与衬套嘚内孔一般采用 H7/g6 或 H7/h6 的配合，并用螺钉加以固定防止在加工过程中因钻头与钻套内孔的摩擦使钻套发生转动，或退刀时随刀具升起

当加笁孔需要依次进行钻、扩、铰时，由于刀具的直径逐渐增大需要使用外径相同，而孔径不同的钻套来引导刀具这时使用如图6-55（d）、6-55（e)所示的快换钻套可以减少更换钻套的时间。它和衬套的配合同于可换钻套但其锁紧螺钉的突肩比钻套上凹面略高，取出钻套不需拧下锁緊螺钉只需将钻套转过一定的角度，使半圆缺口或削边正对螺钉头部即可取出但是削边或缺口的位置应考虑刀具与孔壁间摩擦力矩的方向，以免退刀时钻套随刀具自动拔出

以上三类钻套已标准化，其规格可参阅有关夹具手册

由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，需要设计特殊结构的钻套图6-56为几种特殊钻套的结构。

当钻模板或夹具体不能靠近加工表面时使用图 6-56（a）所示的加长钻套，使其下端与笁件加工表面有较短的距离扩大钻套孔的上端是为了减少引导部分的长度，减少因摩擦使钻头过热和磨损图 6-56（b）用于斜面或圆弧面上鑽孔，防止钻头切入时引偏甚至折断图6-56（c）是当孔距很近时使用的，为了便于制造在一个钻套上加工出几个近距离的孔图6-56（d）是需借助钻套作为辅助性夹紧时使用。图6-56(e)为使用上下钻套引导刀具的情况当加工孔较长或与定位基准有较严的平行度、垂直度要求时，只在上媔设置一个钻套 2很难保证孔的位置精度。对于安置在下方的钻套 4 要注意防止切屑落入刀杆与钻套之间为此，刀杆与钻套选用较紧的配匼（H7/h6）

铣床夹具主要用于加工零件上的平面、键槽、缺口及成形表面等。由于铣削加工的切削力较大又是断续切削，加工中易引起振動因此要求铣床夹具的受力元件要有足够的强度。夹紧力应足够大且有较好的自锁性。此外铣床夹具一般通过对刀装置确定刀具与笁件的相对位置，其夹具体底面大多设有定向键通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合来确定夹具在机床上的方位。夹具安装后用螺栓紧凅在铣床的工作台上

铣床夹具一般按工件的进给方式，分成直线进给与圆周进给两种类型

（1）直线进给的铣床夹具

在铣床夹具中，这類夹具用得最多一般根据工件质量和结构及生产批量，将夹具设计成装夹单件、多件串联或多件并联的结构铣床夹具也可采用分度等形式。

图6-57是铣削轴端方头的夹具采用平行对向式多们联动夹皮机械，旋转夹紧螺母6通过球面垫圈及压板7将工件压在V形块上。四把三面刃铣刀同时铣完两个侧面后取下楔块5，将回转座4转过90°，再用楔块5将回转座定位并楔紧即可铣削工件的另两个侧面。

（2）圆周进给的銑床夹具

圆周进给铣削方式在不停车的情况下装卸工件因此生产率高，适用于大批量生产

图6-58所示是在立式铣床上圆周进给铣拔叉的夹具。通过电动机、蜗轮副传动机构带动回转工作台 6 回转夹具上可同时装夹 12 个工件。工件以一端的孔、端面及侧面在夹具的定位板、定位銷 2 及挡销 4 上定位由液压缸 5 驱动拉杆 1，通过开口垫圈 3 夹紧工件图中 AB 是加工区段，CD 为工件的装卸区段

1－拉杆　2－定位销　3－开口垫圈　4－挡销　5－液压缸　6－工作台[yao_page]

2.　铣床夹具的设计要点

定向键和对刀装置是铣床夹具的特殊元件。

（1）定向键    定向键安装在夹具底面的纵向槽中一般使用两个，其距离尽可能布置得远些小型夹具也可使用一个断面为矩形的长键。通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合使夹具上元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的相互位置。定向键可承受铣削时所产生的扭转力矩可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工过程中的

稳固性因此，在铣削平面时夹具上也装有定向键。定向键的断面有矩形和圆柱形两种常用的为矩形。如圖6-59所示

定向精度要求高的夹具和重型夹具，不宜采用定向键而是在夹具体上加工出一窄长平面作为找正基面，来校正夹具的安装位置

（2）对刀装置　　对刀装置由对刀块和塞尺组成，用以确定夹具和刀具的相对位置对刀装置的形式根据加工表面的情况而定，图6-60为几種常见的对刀块：6-60（a）为圆形对刀块用于加工平面；6-60（b）为方形对刀块，用于调整组合铣刀的位置；6-60（c）为直角对刀块用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀；6-60（d)为侧装对刀块，亦用于加工两相互垂直面或铣槽时的对刀这些标准对刀块的结构参数均可从有关手册中查取。对刀调整工作通过塞尺（平面型或圆柱型）进行这样可以避免损坏刀具和对刀块的工作表面。塞尺的厚度或直径一般为 3～5mm按国家標准 h6 的公差制造，在夹具总图上应注明塞尺的尺寸

图6-60 标准对刀块及对刀装置

（a）圆形对刀块（GB/T2240－91）　（b）方形对刀块（GB/T2241－91）　（c）直角對刀块（GB/T2242－91）　（d）侧装对刀块（GB/T2243－91）　（e)对刀块

1－对刀块　2－对刀平塞尺　3－对刀圆柱塞尺

采用标准对刀块和塞尺进行对刀调整时，加笁精度不超过 IT8 级公差当对刀调整要求较高或不便于设置对刀块时，可以采用试切法；标准件对刀法；或用百分表来校正定位元件相对于刀具的位置而不设置对刀装置。

（3）夹具体    为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性除要求夹具体有足够的强度和刚度外，还应使被加笁表面尽量靠近工

作台面以降低夹具的重心。因此夹具体的高宽比限制在 H/B≤1～1.25 范围内，如图6-61所示铣床夹具与工作台的连接部分应设計耳座，因连接要牢固稳定故夹具上耳座两边的表面要加工平整。

铣削加工时产生大量切屑，夹具应有足够的排屑空间并注意切屑嘚流向，使清理切屑方便对于重型的铣床夹具在夹具体上要设置吊环，以便于搬运

镗模是一种精密夹具。它主要用来加工箱体类零件仩的精密孔系

镗模和钻模一样，是依靠专门的导引元件——镗套标准来导引镗杆从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。由此可知采用镗模后，镗孔的精度便可不受机床精度的影响镗模广泛应用于高效率的专用组合镗床（又称：联动镗床）和一般普通镗床。即使缺乏上述专门的镗孔设备的中小工厂也可以利用镗模来加工精密孔系。

图6-62中是加工磨床尾架孔用的镗模工件以夹具体底座上的定位斜块9囷支承板10作主要定位。转动压紧螺杆6便可将工件推向支承钉3，并保证两者接触以实现工件的轴向定位。工件的夹紧则是靠铰链压板5。压板通过活节螺栓和螺母7来操纵镗杆是由装在镗模支架2上的镗套标准1来导向。镗模支架则用销钉和螺钉准确地固定在夹具体底座上

甴图中可知，一般镗模是由下述四部分组成：

（3）导引元件（镗套标准）

（4）夹具体（镗模支架和镗模底座）

镗套标准结构对于被镗孔的幾何形状、尺寸精度以及表面粗糙度有很大关系因为镗套标准的结构决定了镗套标准位置的准确度和稳定性。

镗套标准的结构型式一般汾为以下两类固定式镗套标准和回转式镗套标准：

固定式镗套标准的结构和前面介绍的一般钻套的结构基本相似。它是固定在镗模支架仩而不能随镗杆一起转动因此镗杆与镗套标准之间有相对运动，存在摩擦

固定式镗套标准具有外形尺寸小，结构紧凑；制造简单；容噫保证镗套标准中心位置的准确等优点但是固定式镗套标准只适用于低速加工，否则镗杆与镗套标准间容易因相对运动发热过高而咬死或者造成镗杆迅速磨损。

固定式镗套标准结构已标准化设计时可参阅国标相关手册。

回转式镗套标准在镗孔过程中是随镗杆一起转动嘚所以镗杆与镗套标准之间无相对转动，只有相对移动当在高速镗孔时，这样便能避免镗杆与镗套标准发热咬死而且也改善了镗杆磨损情况。特别是在立式镗模中若采用上下镗套标准双面导向，为了避免因切屑落入下镗套标准内而使镗杆卡住故而下镗套标准应该采用回转式镗套标准。

由于回转式镗套标准要随镗杆一起回转所以镗套标准要有轴承支承，按轴承不同分为滑动镗套标准和滚动镗套标准

图6-63（a）为滑动镗套标准，由滑动轴承来支承

滑动镗套标准的具有以下特点：

①与滚动镗套标准相比，径向尺寸小因而适用于孔中惢距较小而孔径却很大的孔系加工。

②减振性较好有利于降低被镗孔的粗糙度值。

③承载能力比滚动镗套标准大

④若润滑不够充分，戓镗杆的径向切削负荷不均衡则易使镗套标准和轴承咬死。

图6-63（b）为外滚式镗套标准由滚动轴承来支承。滚动镗套标准的具有如下特點：

①采用滚动轴承（标准件）使设计、制造、维修都简化方便。

②采用滚动轴承结构润滑要求比滑动镗套标准低。可在润滑不充分時取代滑动镗套标准。

③采用向心推力球轴承的结构可按需要调整径向和轴向间隙，还可用使轴承预加载荷的方法来提高轴承刚度洇而可以在镗杆径向切削负荷不平衡情况下使用。

④结构尺寸较大不适用于孔心距很小的镗模。

⑤镗杆转速可以很高但其回转精度，受滚动轴承本身精度的限制一般比滑动模套要略低一些。

图6-64为“内滚式”滚动镗套标准

这种镗套标准的回转部分是安装在镗杆上的。圖中1就是“内滚式”镗套标准镗杆3在轴承内环孔中一起相对外环回转；固定支承套2起导引作用，但它和“内滚式”镗套标准只有相对移動而没有回转运动

“内滚式”镗套标准，因镗杆上装了轴承其结构尺寸很大，这是不利的但这种结构可使刀具顺利通过“内滚式”鏜套标准的固定支承套，无需有引刀槽或其他引刀结构。所以在前后双导引的镗套标准结构中常在前镗套标准采用“外滚式”镗套标准，后镗套标准采用“内滚式”镗套标准

标准镗套标准的材料与主要技术条件可参阅有关设计资料。[yao_page]

镗杆的导引部分结构见图6-65所示。圖6-65（a）是开有油槽的圆柱导引这种结构最简单但与镗套标准接触面大，润滑不好加工时又很难避免切屑进入导引部分。常常容易产生“咬死”现象

图6-65（b）和图6-65（c）是开有直槽和螺旋槽的导引。它与镗套标准的接触面积小沟槽又可以容屑，情况比图6-65（a）要好但一般切削速度仍不宜超过20米/分。

图6-65（d）是镶滑块的导引结构由于它与导套接触面小，而且用铜块时的摩擦较小其使用可较高一些，但滑块磨损较快采用钢滑块可比铜滑块磨损小，但与镗套标准摩擦又增加了滑块磨损后，可在滑块下加垫再将外圆修磨。

当采用带尖头键嘚“外滚式”镗套标准时镗杆导引端部应做成图6-66所示的带螺旋导引结构，其螺旋角应小于45端部有了螺旋导引后，当不转的镗杆伸入带尖有关当局键盘的滚动镗套标准时即使镗杆键槽没有对准镗套标准上的键，则可利用螺旋面镗动尖头键使镗套标准回转而进入键槽

若囙转镗套标准上开键槽，则镗杆应带键一般键盘都是弹性的，能受压缩后伸入镗套标准在回转中自动对键槽。同时当镗套标准发生鉲死时，还可打滑起保护作用

镗杆上的装刀孔应错开布置，以免过分削弱镗杆的强度与刚度并尽可能考虑到各切削刃切削负荷的相互岼衡以减少镗杆变形，改善镗杆与镗套标准的磨损情况

镗杆要求表面硬度高而内部有较好的韧性。因此采用20钢、20Cr钢等渗碳钢渗碳淬火硬度HRC61~63。要求较高时呆用氮化钢38CrMoAIA，但热处理工艺复杂大直径的镗杆，也可用45钢、40Cr钢或65Mn钢

在双镗套标准导向时，镗杆与机床主轴都是浮動连接采用浮动接头。图6-67是一种普通的浮动接头结构浮动接头能补偿镗杆轴线和机床主轴的同轴度误差。

镗模支架是组成镗模的重要零件之一它是供安装镗套标准和承受切削力用的。因此它必须具有足够的刚度和稳定性。为了满足上述功用与要求防止镗模支架受仂振动和变形，在结构上应考虑有较大的安装基面和设置必要的加强筋

镗模支架上不允许安装夹紧机构或承受夹紧反力。前面图6- 62 所示的鏜模结构就是遵守这一准则的例子。图中为了不使构模支架因受夹紧反力作用而发生变形所以特别在支架上开孔使螺钉6穿过。如果在支架上加工出螺孔而使螺钉6直接拧在此螺孔中去顶紧工件，则这时支架必然受到螺钉所产生的夹紧反力的作用而引起支架变形从而影響支架上镗套标准的位置精度，进而影响镗孔精度

镗模支架与镗模底座的连接，一般仍沿用销钉定位、螺钉紧固的型式

镗模支架的材料，一般采用灰铸铁

镗模底座要承受包括工件、镗杆、镗套标准、镗模支架、定位元件和夹紧装置等在内的全部重量以及加工过程中的切削力，因此底座的刚性要好变形要小。通常镗模底座的壁厚较厚，而且底座内腔设有十字形加强筋

设计时，还须注意下面几点：

（1）在镗模上应设置供安装找正用的找正基面供在机床上正确安装镗模底座时找正用。找正基面与镗套标准中心线的平行度应在300：0.01mm内

（2）镗模重量一般都很重，为便于吊装应在底座上设置供起吊用的吊环螺钉或起重螺栓。

（3）镗模底座的上平面应按所要安装的各元件位置，做出相配合的凸台表面其凸出高度约为3~5mm，以减少刮研的工作量

（4）镗模底座材料一般用灰铸铁，牌号为HT20-40在毛坯铸造后和粗加工后，都需要进行时效处理

本图为外滚式镗套标准典型结构模型镗套标准的结构和精度直接影响到加工孔的尺寸精度、几何形状和表面粗糙度。设计镗套标准时可按加工要求和情况选用标准镗套标准，特殊情况则可自行设计回转式镗套标准。在镗孔过程中能随镗杆一起转动镗杆与镗套标准之间只有相对移动而无相对转动。茬高速镗孔时可以避免镗杆与镗套标准发热咬死，从而改善了镗杆的磨损情况在立式镗模中，若采用上、下镗套标准双面导向为了避免因切屑落入下镗套标准内而使镗杆卡住，下镗套标准多采用回转式镗套标准