钻床用夹具的设计

【摘要】本论文在通过分析设计钻床夹具结构型式和特点的基础上，针对我单位两种典型零件的夹具设计，说明钻床夹具设计的设计要点和要求及注意事项。

【关键字】钻床夹具，设计

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

【正文】“工欲善其事，必先利其器“，在机械制造工业中，为了达到保证产品质量、改善劳动条件、提高劳动生产率及降低成本的目的，在工艺过程中，除机床等设备外，还大量使用着各种工艺装备，包括各种夹具、模具、刀具、辅助工具及测量工具等。广义的说，机床夹具就是机床上所使用的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相对位置，即将工件定位和加紧，以完成加工所需要的相对运动。

在所有机床中钻床是其中最重要的设备之一，而钻床夹具是在生产上应用最广泛的机床夹具，型式多样，这主要是由于被加工孔的位置相对于定位基准来说，比较分散而且几何关系变化较多所决定的。使用钻具的工序，一般是用钻头、锪刀、铰刀和丝锥等刀具来进行加工的，在大多数情况下，加工过程的特点是刀具和机床主轴一起作旋转运动和送进运动，而工件和钻具则固定不动。因此工件上被加工孔是与刀具旋转轴线同心的，其位置分布可以是同轴线的一些表面，也可以是不同轴线的互相平行或成任意角度的表面。

钻床类夹具的设计特点和要求

正确选择钻床夹具的结构型式

钻具的机构型式主要根据工件的形状和尺寸大小、被加工孔相对于定位基准的位置、被加工孔的树木、精度要求以及工件生产的批量大小所决定。

按照工序进行过程中钻具在机床上的位置变化情况，钻具分为下列几类：

1）固定式钻具——多用为大型钻具；被加工表面轴线相同，或相互平行（用摇臂钻），钻具需要固定在机床工作台上的情况。

2）移动式钻具——用于各被加工表面的轴线平行，用钻具移动来变换工位的情况。

3）翻转式钻具——用于加工方向不同的几个孔，整个钻具可以翻转的情况。

4）回转式钻具——用于加工方向不同的几个孔，工件装在钻具的回转部分相对于钻具底座可以转动或分度。

为保证被加工表面的位置精度，除了钻套应有较高的精度要求外，还应正确选择钻套的结构型式。

钻套型式：

1）固定钻套 固定钻套以H7/h6配合压入夹具体中。钻套内孔进口处应做成圆角，内孔下端有时也做成圆角，以利于导屑。钻套的外径应选的使钻套壁不要太薄。钻套壁厚与其直径有关，最薄的壁厚当d为2~4毫米时，可达0.7毫米。

2）可换钻套 可换钻套一般与钻模板按H7/g6或H7/h6配合，侧面的螺钉是防止套筒在工作时转动和沿轴线上移。为了避免夹具体或钻模板中孔的磨损，在钻套与钻模板之间可安装衬套。它压在钻模板中，硬度比钻模板高。

3）快换钻套如果在加工孔的工序中包括几个工步，如钻后要锪、铰、攻丝等，此时应采用快换钻套以减少更换钻套的辅助时间。当钻削较深的孔时，快换钻套通常只在开始钻削时使用，当钻出一定深度后，为了便于排屑，往往将钻套取下，此时即以钻出的孔本身作引导来继续加工。

4）特种钻套有时因为工件的形状和工序中加工条件的限制，不宜采用标准钻套，则应设计特种钻套。

要注意装卸工件方便

当工件在几个方向上都能安装时为了防止工件装错位置，必须在钻具上设有防误装置，如障碍销或其他限位机构。

要便于排屑和冷却刀具。

钻套下端面与工件表面之间应留有一定的空隙，使开始钻孔时，钻头切削刃尖角不位于钻套的孔中，以免刮伤钻套内孔。在钻削开始时钻头还未定好中心，追面尖角容易摆动，因而刮伤内孔，如果此时有一定的切屑空隙，则可以避免这种现象。此外还要考虑刀具工作部分的冷却，若不便于直接注射冷却液，或者在高速铰孔时，就要专门设计注射冷却液的通道或其他装置。

5、夹紧装置的安排要恰当，使钻模板或定位销不因弯曲力矩而影响加工的精度。

具的凸出部分，不应妨碍刀具的回转与进给。

由于刀具相对于钻具的位置是由钻套来确定的，故当切削扭矩不大时，钻具可以不与机床的工作台固定。

二、典型工作实例一

在所有钻床加工作业中，在圆柱（锥）上钻斜孔是一项比较复杂的作业，由于定位和夹紧都比较困难，但靠钻床上配置的台钳等夹具是不能满足作业需求的，结合工作实例，本文通过实例介绍一种钻斜孔用钻床夹具的设计。

工件图如下

该工件是我厂工程钻机上滚轮轴承座一端的压盖，材料为Q235，由于安装位置的空间限制，要求在圆锥面上钻φ6通孔后攻M8×1油孔。在钻床上加工φ6通孔，仅仅靠台钳无法保证其定位精度和夹紧力，并且用台钳装夹也存在不安全隐患，容易出现断钻头、卡钻等事故，因而必须设计一种夹具来满足生产需要。但该件数在每台设备上仅需2件，属单件小批量加工，单独为该零件的加工设计一种夹具成本相对较高，另一方面考虑到我厂还有类似几何尺寸大小并且需要钻斜孔工序的零件加工，从经济性方面考虑，我设计了一个通用性比较强的钻床夹具来满足生产的需要。其结构示意图如下：

众所周知，钻床用夹具的作用主要是使被加工表面的轴线位于机床主轴轴线的方向上，并保持刀具旋转轴线对工件的定位基准有正确的相互位置。为实现这一作用，该钻床夹具以孔定位，底部支靠，端面压紧。将两块长度不等而宽度相等的长方形基础板（图中件10、12）利用T型槽和两个长度不相等的连杆将基础板10调节成要求加工的角度，并在两侧夹紧固定。零件通过两块沉孔钻模板9和2个圆柱定位销8来定位的，为了便于装卸零件用支承4、折合板1以及钻模板2钻套6压板3组成的一套折合式的钻削机构。当更换工件时4可保持基础定位件5、10、12、11等不动，松开压板3的压紧螺母转动钻模板2即可。不仅如此，当加工其他钻孔角度的类似几何尺寸和形状零件时，只须调整连杆5和11改变两个长方形基础板的角度即可进行作业。定位方式与该零件的定位方式相同。

三、典型工作实例二

以下零件也是我单位工程钻机排渣管专用卡，如下图所示，材质为16Mn，由于单件钻孔作业非常复杂，并且由于划线作业的误差或钻孔过程中的跑钻等现象，造成两联接孔同心度不够，经常出现影响零件使用性能的废品。考虑到该零件批量大，单套设备需要配置20套左右该类型的管卡，年制造加工该零件在500件左右，因而有必要设计专用夹具，来满足钻孔工艺生产的需要。

零件装配示意图

通过分析该零件的特点：盘类零件，需要回转加工并且在盘侧面钻孔作业，为保证孔位之间的尺寸公差和对称要求我们采用中心回转定位，设计了如下钻孔夹具工装。

零件钻孔夹具装配示意图

使用说明：图中零件整体安装在件7定位圈上，件1为垫片，通过螺母配合件3螺杆压紧使零件在轴向上定位，钻模板2尺寸公差符合图纸要求用来定位钻孔，为保证孔位置偏差用角向定位键5来实现定位要求。整个夹具通过3个螺钉固定在L型基座上，然后把基座固定在钻床作业平台上，实现钻孔工序要求。

四、经济效益分析

通过以上两个夹具设计在生产中投入使用，大大提高了产品的加工质量，原来零件加工的废品率从5%降低到1%，钻孔作业加工时间从原来的30分钟/件（含划线工序时间）降低到10分钟/件；极大的提高了生产率，在加工工序中降低了成本，单件夹具投入不足200元/件，设计使用寿命5年；单件零件市场价值70元/件。由此看来年节约资金近2800元，在夹具设计使用期限内可节约资金14000元，相当于多增加200件零件的产值。

五、结束语

现代化生产要想有好的经济效益，必须提高劳动生产率。合理夹具设计是影响生产率的重要因素。夹具设计依据的原则是简捷、实用、快速、可靠。我们要根据工件的种类、结构特征的不同，可采用不同的形式夹具设计。合理的装夹形式不但能达到快速、高效的目的而且能减轻工人的劳动强度、降低产品成本、提高产品利润率。

参考文献：

《机床夹具设计》国防工业出版社1987年第一版

《机床夹具设计手册》 上海科学技术出版社1988年第二版