鉆床夾具設計實例

扈立峰

摘 要：本設計以培養(yǎng)和提升技工院校學生的機床夾具設計能力為主旨，結(jié)合作者多年的教學和實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)地介紹了機床夾具的功能及作用、鉆床夾具的特點和設計要點、項目分析等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：切削機床 機床夾具 夾具設計

一、機床夾具概述及作用

在機械加工過程中，為了保證工件的加工精度，使之相對于機床、刀具占有確定的位置，并能迅速、可靠地夾緊工件，以接受加工或檢測的工藝裝備稱為夾具，在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。

機床夾具的作用：一是保證工件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。使用夾具的主要作用是保證工件上被加工表面的相互位置精度，如表面之間的位置尺寸、平行度、垂直度、對稱度、同軸度等。二是提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本。采用機床夾具可以省去劃線工序，減少找正操作時間，同時操作方便、安全，安裝穩(wěn)固；可以加大切削用量，減少基本時間，提高勞動生產(chǎn)率。三是改善工人勞動條件、保證安全生產(chǎn)。四是充分發(fā)揮機床設備的潛力，擴大機床的使用范圍。

二、鉆床夾具的特點和設計要點

在各類鉆床和組合機床等設備上進行鉆、擴、鉸孔的夾具，統(tǒng)稱鉆床夾具。鉆床夾具一般都裝有鉆套，通過鉆套對刀具的引導可以保證被加工孔的坐標位置，并防止鉆頭在切入時引偏，從而保證和提高被加工孔的位置精度、尺寸精度及提高孔的表面粗糙度，大大縮短工序時間，提高生產(chǎn)率。這就是鉆床夾具的主要特點。鉆床夾具的類型，決定于工件上被加工孔的分布情況。例如，工件上有排列成直線的平行孔，有分布在不同表面或圓周上的徑向孔，有分布在同一表面并具有公共回轉(zhuǎn)軸線的平行孔系。因此，鉆床夾具有固定式、回轉(zhuǎn)式、移動式和翻轉(zhuǎn)式等不同類型。

鉆床夾具的設計要點：一是夾具與機床對接方式的設計。夾具在工作臺水平面安裝或側(cè)面安裝；工件直接在機床工作臺上定位，夾具的部分元件在工件上定位；通用夾具在工作臺上定位，工件在通用夾具上定位。二是鉆套的設計：鉆套軸線與夾具定位基準的尺寸公差和位置公差。鉆床夾具的設計主要考慮鉆套的設計。鉆套是用來引導鉆頭、擴孔鉆、鉸刀的。三是夾具的總高度。

三、項目分析

“刀桿”工件是學院機械系學生中級工鑒定時的重點練習件之一，但在“刀桿”備料時，桿身上有一個ф14mm的通孔，需要提前加工，如圖1所示。

圖1

“刀桿”工件加工數(shù)量多，ф14mm通孔尺寸及形位公差要求高如果單獨劃線加工勞動強度大而且加工精度不易保證。筆者設計一個由長V形鐵為主定位元件的“刀桿”鉆孔夾具來解決上述問題?！暗稐U”零件為軸類零件，材料為45﹟鋼，具有較好的材料力學性能，強度硬度適中，易于鉆削加工。ф30mm的外圓精度較高，可以作為定位基準面，本鉆床夾具的設計主要考慮提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動強度，設計重點應在定位基準的確定及裝夾操作的方便性上。

四、選擇定位基準

為了保證工件被加工表面的技術(shù)要求，必須使工件相對于刀具和機床處于正確的加工位置，在使用夾具的情況下，就要使機床、刀具、夾具和工件之間保持正確的加工位置。顯然，工件的定位是其中極為重要的一個環(huán)節(jié)。

要使工件完全定位，就必須限制工件在空間的6個自由度，此即為工件的“六點定位原則”，同時工件在定位時，限制自由度的數(shù)目應根據(jù)工序的加工要求而確定，對于不影響加工精度的自由度可以不加限制，采用不完全定位可以簡化定位裝置。

根據(jù)ф14mm孔相對于基準面的對稱度和孔中心距端面51mm的尺寸精度要求，需要限制工件X方向的轉(zhuǎn)動自由度、Y軸方向的轉(zhuǎn)動自由度和Z方向的轉(zhuǎn)動自由度，限制工件Y方向移動自由度和Z方向移動自由度，所以該夾具的設計根據(jù)加工需要，只需要限制5個自由度，即采用不完全定位的定位方式。一是定位方案。經(jīng)過上述分析，我們把工件直徑ф30mm的外圓放到長V形塊上定位，限制4個自由度，端面軸向在夾具上設計一個擋板使刀桿零件在軸向方向定位，限制一個自由度。二是選擇定位元件。選用V形塊進行定位，V形塊的優(yōu)點有：定位精度高、安裝方便、對中性好、V形塊結(jié)構(gòu)已經(jīng)標準化。V形塊的缺點是結(jié)構(gòu)較復雜，制造要求較高。

五、確定夾緊方案

在機械加工過程中，為保證工件定位時所確定的加工位置，防止工件在切削力、慣性力、離心力及重力等作用下發(fā)生位移和振動，一般機床夾具應有一定的夾緊裝置，以將工件壓緊。因此，夾緊裝置的合理性、可靠性和安全性對工件加工的技術(shù)和經(jīng)濟效果有重大影響。

由于鉆削加工切削力較大，且為連續(xù)切削，故切削力較大，易產(chǎn)生沖擊和振動，因此夾緊方案要考慮圓周方向和軸向方向的夾緊力，考慮夾緊力的方向應方便裝夾和有利于減小夾緊力、減小工件的變形。而且夾緊力的方向最好與切削力、重力方向一致。

根據(jù)夾緊力的方向應朝向主要限位面以及作用點應落在定位元件的支持范圍內(nèi)的原則，我們設計一個上壓板的夾緊方案。采用上壓板有利于工件方便裝卸，夾緊力的方向與切削力、重力方向重合，夾緊力朝向V形塊的V形面，使工件夾緊穩(wěn)定可靠，且夾緊力的方向有助于圓周方向的定位。

六、鉆套的設計

鉆套是鉆床夾具的基礎元件，裝在鉆模板或夾具體上使用。鉆套的作用是確定被加工工件孔的位置，引導鉆頭、擴孔鉆或鉸刀，并防止其在加工過程中發(fā)生偏斜。按結(jié)構(gòu)和使用情況，分為固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套等四種類型。該鉆床夾具結(jié)構(gòu)簡單，因此我們設計了一個固定鉆套壓裝在上模板上，如圖2所示。

圖2

七、夾具設計及操作的簡要說明

如前所述，在設計夾具時，我們應該注意提高勞動生產(chǎn)率，避免干涉，應使夾具結(jié)構(gòu)簡單便于操作，降低成本提高夾具性價比。本鉆床夾具選用了上壓板和壓緊螺釘夾緊方式。本夾具設計主要用于鉆孔，切削力大，所以選用壓緊力大的壓緊裝置，就能達到本夾具的設計要求。把“刀桿”零件放到夾具體內(nèi)通過夾具端面軸向上的一個擋板使刀桿零件在軸向方向定位。把“刀桿”零件放到V形鐵上通過上模板壓緊，再用壓緊螺釘壓緊。

實用機床夾具技術(shù)課程是機械制造類專業(yè)的主要專業(yè)課之一，筆者通過帶領(lǐng)學生完成“刀桿”零件專用鉆床夾具設計，使學生加深該課程的基本概念、基本理論等知識的理解和應用，從而培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的實際能力，使學生掌握基本實踐技能，具備分析和整理實驗數(shù)據(jù)的能力。

（作者單位：河北省秦皇島技師學院）