钻床夹具分类及应用场景介绍

钻床夹具，一般习惯上称为钻模。它是在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹的机床夹具。钻床夹具主要在摇臂钻、立式钻床上使用。钻模加工时，借助于钻套确定刀具的位置和引导刀具的进给方向，被加工孔的尺寸精度主要是由刀具本身的精度来保证，而孔的坐标位置精度，则由钻套在夹具上的位置精度来确定，并能防止刀具在加工过程中发生倾斜。

（1）钻模的主要类型和结构

钻模的类型很多，常用的有固定式、回转式、移动式、滑柱式、盖板式及翻转式等类型。

1）固定式钻模

工件在钻床上进行加工的整个过程中位置都不移动的钻床夹具称为固定式钻模，如图6.42所示。在阶梯轴工件的大端钻径向孔，工序图已确定了定位基准，钻模上采用V形块及其端面和限制角度自由度的手动拔销定位，限制6个自由度，用偏心压板夹紧。

固定式钻模用于立式钻床时，一般只能加工单孔，用于摇臂钻床时，则常加工位于同一钻削方向上的平行孔系。加工直径大于10mm的孔时，则需将钻模固定，以防止工件因受切削力矩而转动。此类夹具钻孔位置精度较高，但装卸麻烦，效率较低。

图6.42　固定式钻模

1—夹具体；2—V形块；3—偏心压板；4—钻套；5—手动拔销

2）回转式钻模

在钻削加工中，回转式钻模使用较多，它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。如图6.43所示为一套专用回转式钻模，用其加工工件上均布的径向孔。

图6.43　回转式钻模

1—钻模板；2—夹具体；3—手柄；4，8—螺母；5—把手；6—对定销；7—圆柱销；
9—快换垫圈；10—衬套；11—钻套；12—螺钉；13—分度盘

工件以端面及内孔作为定位基面，在圆柱销7的大端面和外圆上定位，限制5个自由度。放上快换垫圈9，用螺母8夹紧。钻好一个孔后，用手柄3松开锁紧机构，通过把手5拔出对定销，转动分度盘13到下一个位置，插入对定销定位，用手柄3锁紧。从而保证工件上的各孔之间的角度。

3）移动式钻模

这类钻模用于钻削中、小型工件同一表面上的多个孔。如图6.44所示为移动式钻模，用于加工连杆大、小头上的孔。工件以端面及大小头圆弧面作为定位基面，在定位套12，13，固定V形块2及活动V形块7上定位，限制6个自由度。首先通过手轮8推动活动V形块7压紧工件，然后转动手轮8带动螺钉11转动，压迫钢球10，使两片半月键9向外胀开而锁紧。V形块带有斜面，使工件在夹紧分力的作用下与定位套贴紧：通过移动钻模，使钻头分别在两个钻套4，5中导入，从而保证工件上两个孔之间的距离。

图6.44　移动式钻模

1—夹具体；2—固定V形块；3—钻模板；4，5—钻套；6—支架；7—活动V形块；
8—手轮；9—半月键；10—钢球；11—螺钉；12，13—定位套

4）翻转式钻模

这类钻模主要用于加工中小型工件分布在不同表面上的孔。如图6.45所示为加工套筒上4个径向孔的翻转式钻模。工件以内孔及端面在台肩销1上定位，限制5个自由度。用快换垫圈2和螺母3夹紧。钻完一组孔后，翻转60°钻另一组孔。该夹具的结构比较简单，但每次钻孔都需找正钻套相对钻头的位置，故辅助时间较长。因为翻转费力，所以夹具连同工件的总质量不能太重，其加工批量也不宜太大。

5）盖板式钻模

这类钻模没有夹具体，钻模板上除钻套外，一般还装有定位元件和夹紧装置，只要将它覆盖在工件上即可进行加工。

图6.45　翻转式钻模

1—台肩销；2—快换垫圈；3—螺母

如图6.46所示为加工车床溜板箱上多个小孔的盖板式钻模。在钻模盖板1上不仅装有钻套，还装有定位用的定位销2、菱形销3和支承钉4。因钻小孔，钻削力矩小，故没设置夹紧装置。盖板式钻模结构简单，一般多用于加工大型工件上钻小孔。因夹具在使用时经常搬动，故盖板式钻模所产生的重力不宜超过100 N。为了减轻质量可在盖板上设置加强肋以减小其厚度，设置减轻窗孔或用铸铝件。

图6.46　盖板式钻模

1—钻模盖板；2—定位销；3—菱形销；4—支承钉

6）滑柱式钻模

这种钻模在生产中得到了广泛的应用，其结构已经通用化。若按其夹紧动力来分类，它有手动（见图6.47）和气动（见图6.48）两种。

如图6.47所示，钻模板1上除装钻套外，还装有可在夹具体4的内孔上下移动的滑柱8及齿条滑柱2，借助于齿条的上下移动，可对安装在底座平台上的工件进行夹紧或松开。如图6.47所示的右下角图为手动升降的锁紧原理图。齿条滑柱2上的齿条与装于齿轮轴5的45°螺旋齿轮相啮合。齿轮轴右端为具有自锁性能的双向圆锥体结构。移动手柄6抬起钻模板至一定高度后，钻模板受阻，传给齿条的轴向分力使齿轮轴右移，而双锥体的右锥面与套环7的内锥面接触而自锁。夹紧工件后，则传给齿轮轴的轴向分力将会使左锥与夹具体的内锥接触而自锁。

图6.47　手动滑柱式钻模

1—钻模板；2—齿条滑柱；3—锁紧螺母；4—夹具体；
5—螺旋齿轮轴；6—手柄；7—套环；8—滑柱

如图6.48所示为气动滑柱式钻模。由于钻模板的上下移动是由双作用式活塞推动，因此，它的结构简单，不需要机械锁紧，动作迅速，效率高。

图6.48　气动滑柱式钻模

滑柱式钻模现已系列化、规格化，选用时可查阅有关手册。应用此类钻模时，只需在所定的钻模板上设计钻套位置和钻套结构；在夹具工作平台上设计工件定位装置的位置和定位元件的结构；然后再将两者进行装配，并注上有关技术要求即可。

（2）钻模的设计要点

1）钻模类型的选择

在设计钻模时，首先要根据工件的尺寸、形状、质量、加工要求及批量等选择夹具的结构类型。在选择时，应注意以下5点：

①被钻孔的直径大于10mm或加工精度要求高时，应选用固定式钻模。

②翻转式钻模和自由移动式钻模适用于中小型工件上孔的加工。要求工件装入夹具后的总质量不宜超过100 N。

③当加工多个不在同一个圆周上的平行孔系时，如果夹具和工件的总质量超过了150 N，则宜采用固定式钻模在摇臂钻上加工；若生产批量大，则可在立式钻床或组合机床上采用多轴传动头进行加工。

④对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的小型工件，宜采用滑柱式钻模，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，孔距公差小于±0.15mm的工件，则不宜采用滑柱式钻模。

⑤钻模板和夹具体为焊接式的钻模，因焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般在工件孔距公差要求不高时才采用（大于±0.15mm）。

2）钻模板的结构和选择

用于安装钻套的钻模板，按其与夹具体联接的方式，可分为固定式、铰链式、分离式及悬挂式等。

①固定式钻模板

这种钻模板如图6.49所示。其钻套多采用过盈配合固定在钻模板或夹具体上。由于采用固定式结构，对有些工件可能会引起装卸不方便，因此，钻模板可采用螺钉紧固，销钉定位的形式。

②铰链式钻模板

这种钻模板如图6.50所示。它是用铰链装在夹具体上的。钻模板可绕铰链轴翻转，以便于装卸工件。铰链轴销孔与轴销的配合一般为H7／g6。由于铰链的结构存在间隙，因此，它的加工精度不如固定式钻模板高，其结构比固定式钻模板要复杂一些。

3）分离式钻模板

这种钻模板如图6.51所示。它与夹具体之间是分离的结构形式。工件在夹具中每装卸一次，钻模板也要装卸一次。使用这种钻模板，装卸工件既费时又费力，因此，在其他钻模不便于装卸工件的场合才采用。

图6.49　固定式钻模

1—钻模板；2—钻套

图6.50　铰链式钻模板

1—钻模板；2—钻套；3—铰链

图6.51　分离式钻模板

1—钻模板；2—钻套；3—压板；4—工件

4）悬挂式钻模板

如图6.52所示，钻模板是悬挂在机床主轴上，由机床主轴带动与工件靠紧或离开。它与夹具体的相对位置由滑柱来确定的。这是因为钻模板4悬挂在滑柱2上，通过弹簧5和主轴箱主轴联接。这种钻模板多与组合机床的多轴头联用。

5）钻套的设计与选择

钻套的主要作用是确定被加工孔的位置和引导刀具进行加工。

①钻套的类型

按钻套的结构和使用情况，可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套及特殊钻套4大类。

A.固定钻套(www.xing528.com)

如图6.53所示，它分为A，B型两种。钻套安装在钻模板中，其配合为H7／n6或H7／r6。固定钻套结构简单，钻孔精度高，但磨损后不易更换，主要适用于单一钻孔工序和小批生产。为了防止切屑进入钻套孔内，钻套的上下端应以稍高出钻模板为宜。

图6.52　悬挂式钻模板

1—夹具体；2—滑柱；3—工件；4—钻模板；
5—弹簧；6—主轴箱

图6.53　固定钻套

1—钻套；2—钻模板；3—工件

B.可换钻套

如图6.54所示为可换钻套。当工件为单一钻孔工步的大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套与衬套之间采用F7／m6或F7／k6的配合，衬套与钻模板之间采用H7／n6的配合。当钻套磨损后，卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止加工时钻套转动或退刀时随刀具拔出。

C.快换钻套

如图6.55所示，当工件需钻、扩、铰多工步加工时，为能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。快换钻套的有关配合与可换钻套相同。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可取出钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。

图6.54　可换钻套

1—螺钉；2—钻套；3—衬套；
4—钻模板；5—工件

图6.55　快换钻套

1—螺钉；2—钻套；3—衬套；
4—钻模板；5—工件

以上3类钻套已标准化，其结构参数、材料和热处理方法等可查阅有关手册。

D.特殊钻套

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。如图6.56所示为几种特殊钻套的结构。

如图6.56（a）所示为加长钻套。在加工凹面上的孔时使用。为了减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大。如图6.56（b）所示为斜面钻套，用于在斜面或圆弧面上钻孔，排屑空间的高度h＜0.5mm，可增加钻头刚度，避免钻头引偏或折断。如图6.56（c）所示为小孔距钻套。如图6.56（d）所示为兼有定位与夹紧功能的钻套。

②钻套的尺寸、公差和材料

a.一般钻套导向孔的基本尺寸取刀具的最大极限尺寸，采用基轴制间隙配合。钻孔时其公差用F7或F8，粗铰孔时公差取G7，精铰孔时公差取G6。

b.钻套的导向高度（见图6.56）H增大，则导向性能好，刀具刚度高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧。一般取H＝1～2.5d（其中，d为钻套孔径）。对于加工精度要求较高的孔，或被加工孔较小其钻头刚度较差时，应取较大值；反之，应取较小值。

图6.56　特殊钻套

c.排屑空间（见图6.56）h是指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的铸铁时，一般取h＝（0.3～0.7）d；钻削较难排屑的钢件时，一般取h＝（0.7～1.5）d。工件精度要求高时，可取h＝0，使切屑全部从钻套中排出。

在加工过程中，钻套与刀具产生摩擦，故钻套必须有较高的耐磨性。当钻套孔径d≤26mm时，T10A钢制造，热处理硬度为58～64HRC；当d＞26mm时，用20钢制造，渗碳深度为0.8～1.2mm，热处理硬度为58～64HRC。

6）支脚的设计

为了减少夹具体与机床工作台的接触面积，使夹具能平稳地放置，翻转式钻模和移动式钻模一般都在钻头进给方向相对应的夹具体上设置支脚。其结构形式如图6.57所示。支脚可以是装配式或与夹具体做成一体的整体式，但要应注意以下4点：

①支脚为4个，要在同一平面上，若其一脚下垫有切屑时，稍摇晃钻模即可发现，这样可及时避免折断钻头或出现废品的可能。

②矩形截面支脚的宽度或圆形截面支脚的直径需大于工作台上T形槽的宽度，以免支脚陷入槽内。

图6.57　支脚结构

图6.58　与导向装置有关的加工误差

③夹具的重心和轴向钻削力均须在4个支脚所围的面积内。

④钻套轴线与支脚所形成的平面应垂直。如图6.45所示的翻转式钻模，钻套线需与相关支脚形成的平面相垂直，以使钻孔能正常顺利地进行。它能防止折断钻头，保证被加工孔的位置精度。

7）钻床夹具的误差分析

用钻模加工时，被加工孔的位置精度主要受定位误差和导向误差的影响。

钻模上的导向装置对定位元件的位置不准确，将导致刀具位置发生变化。由此而造成的加工尺寸误差即为导向误差。采用如6.58所示的导向装置时，导引孔的轴线位置误差受下列因素的影响：

δ1——钻模板底孔与定位元件之间的尺寸公差；

e1——快换钻套内、外圆的同轴度公差；

e2——衬套内、外圆的同轴度公差；

x1——快换钻套和衬套的最大配合间隙。

刀具引导部位的直径误差，也使刀具偏离规定的位置。因此，应一并考虑其对加工尺寸的影响，即

x2——刀具（引导部位）与钻套的最大配合间隙；

x3——刀具在钻套中的偏斜量，其值为

式中B、h、H代表的意义如图6.58所示。

在加工短孔时，x3按刀具平移计算。

因各项误差不可能同时出现最大值，故对于这些随机性变量按概率法合成为