车床夹具设计要求及步骤方案

1.车床夹具设计要求

1）保证工件加工精度和各项技术要求。夹具设计应有合理的定位方案、夹具方案，合适的尺寸公差和技术要求，正确确定刀具的工作方式，并进行必要的误差分析与计算。

2）车床夹具要结构紧凑，轮廓尺寸尽可能小、重量轻，夹具中心尽可能靠近回转轴线，以减少惯性力和回转力矩。

3）车床夹具的回转轴线与车床主轴轴线要有尽可能高的同轴度。心轴类夹具和径向尺寸较小的夹具，采用锥柄与车床主轴锥孔配合联接，并用螺杆拉紧。径向尺寸较大的夹具，采用过渡盘与车床主轴联接，夹具以定位止口装在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固，夹具体上设计找正圆。

4）夹具装置要有足够的夹紧力和良好的自锁性，确保车床夹具工作时产生的切削力、离心力和重力，不会使夹紧原件松动脱落。

5）应有平衡措施，消除回转不平衡产生的振动现象。

6）车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的，悬臂长度要尽量小，重心靠近主轴前支承，各夹具原件不允许伸出夹具体直径之外。

7）工件在夹具中便于测量，加工过程中能顺利排屑。

2.车床夹具设计步骤

（1）明确设计任务，收集设计资料 分析零件图和装配图，工件的机械加工工艺规程等技术文件，对工件进行工艺分析。了解工件的作用、形状、结构特点、材料和技术要求，本工序加工前工件的状况。了解本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面，本工序所使用的机床、刀具和量具等。

收集资料包括收集有关的国家标准、部颁标准和企业标准；夹具图册和夹具设计手册，同类夹具设计图样；本企业的制造水平。

（2）拟定夹具结构方案

1）确定工件的定位方案，计算定位误差，设计定位装置。

2）确定工件的夹紧方案，选择夹紧机构。

3）确定其他装置及元件的结构形式，如对刀方式、导向方式、分度装置等。

4）确定夹具体的整体结构及夹具在机床上的连接方式。

当工件的精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。在确定夹具方案的过程中，应提出几种不同的方案进行分析比较，选择其中最为合理的结构方案。

（3）绘制夹具草图和装配图 绘制夹具草图，征求有关人员意见，送有关部门审查，根据反馈的意见对夹具方案作进一步修改。

装配图应按照国家标准绘制。装配图的比例应尽量采用1∶1，必要时也可采用其他比例。主视图应选择面对操作者的方向。在清楚表达夹具的工作原理、结构及相互关系的前提下，选用视图量应尽可能少。

装配图绘制顺序为：首先用双点画线绘制定位装置、夹具装置、其他装置和夹具体，再合理标注尺寸、公差和技术要求，最后顺序标注夹具零件号、编制夹具明细表和填写标题栏。

车床夹具的主要技术要求，一般包括以下几方面：

1）与工件定位基面相配合的定位表面，相对于回转轴线的同轴度。

2）定位表面与轴向定位台肩的垂直度。

3）定位表面相对于夹具安装基面的平行度或垂直度。

4）定位表面的直线度和平面度。

5）各定位表面间的平行度或垂直度。

6）有关制造、使用或平衡的要求。

（4）绘制夹具零件图 夹具中的非标准零件均要绘制零件图，并按装配图的要求，确定零件的尺寸、公差和技术要求。

（5）编写夹具设计说明书

3.车床夹具设计实例

图6-21所示的支承座属支架类零件。设计基准为ϕ60J7孔轴线和平面B。基准平面B在车削前进行铣削精加工、刮研。在卧式车床上加工ϕ60J7孔、ϕ32H7孔及M39×1.5-7H内螺纹。要求ϕ60J7与ϕ32H7孔轴线在同一平面内，公差为0.1mm，ϕ60J7孔轴线相对于平面B的垂直度公差为0.02mm，ϕ32H7孔轴线相对于ϕ60J7孔轴线的垂直度公差为0.03mm。

支承座ϕ60J7孔及ϕ32H7孔、M39×1.5-7H内螺纹的加工，在分开进行的情况下，可用花盘式夹具和花盘角铁式夹具分别装夹定位。

花盘式夹具如图6-22所示，用于加工ϕ60J7孔。工件以基准平面B定位，限制3个自由度、y、z，装夹时找正ϕ82mm外圆，限制两个自由度、，属于不完全定位。用压板夹紧，夹紧力垂直于主要定位面B。

ϕ60J7孔轴线相对于平面B的垂直度误差的计算如下：工件以设计基准B作为定位基准，定位基准与设计基准重合，工件定位误差Δ_D=0。压板压在平面上，可不考虑夹紧误差，Δ_J=0。夹具定位面与安装面的平行度公差为0.005mm，车床法兰盘轴向圆跳动公差为0.006mm，制造误差Δ_A=0.005mm+0.006mm=0.011mm。孔轴线相对于平面的垂直度允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.02mm-（0+0+0.011）mm=0.009mm

该夹具能保证ϕ60J7孔轴线相对于基准平面B的垂直度要求。

花盘角铁式夹具如图6-23所示，用于加工ϕ32H7孔、M39×1.5-7H内螺纹。工件以基准平面B定位，限制3个自由度、x、y，短圆柱心轴定位限制两个自由度、，装夹时用压板压紧，限制一个自由度z，属于完全定位。

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图6-21 支承座

ϕ60J7孔轴线与ϕ32H7孔轴线应在同一平面内的误差计算：工件以ϕ60J7孔轴线为定位基准，定位基准与设计基准重合，基准不重合误差Δ_B=0；心轴尺寸为ϕ60^-0.017_-0.020mm，与底平面的垂直度公差为0.01mm，ϕ60^-0.017_-0.020mm轴线相对于夹具体孔D轴线的垂直度公差为0.015mm，直径为D的孔与车床主轴法兰盘的配合间隙为0.01～0.02mm。基准位移最大误差为Δ_Y=60.018mm-59.98mm=0.038mm；工件定位误差Δ_D=Δ_B+Δ_Y=0mm+0.038mm=0.038mm；夹紧误差Δ_J=0；制造误差Δ_A=0.01mm+0.015mm+0.02mm=0.045mm。允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.1mm-（0.038mm+0+0.045mm）=0.017mm

由上可知，该夹具可保证ϕ60J7孔轴线与ϕ32H7孔轴线在同一平面内的公差为0.1mm。

图6-22 花盘式夹具

1—夹具体 2—螺母 3—垫圈 4—压板 5—支承杆 6—螺柱

图6-23 花盘角铁式夹具

1—夹具体 2—定位心轴 3—角铁 4—螺母 5—垫圈 6—压板 7—螺柱 8—支承杆 9—螺钉 10—圆锥销

ϕ32H7孔轴线对ϕ60J7孔轴线垂直度的加工误差计算：工件以设计基准B作为定位基准，定位基准与设计基准不重合，ϕ60J7孔轴线相对于平面B的垂直度误差为0.02mm，基准不重合误差Δ_B=0.02mm，基准位移误差Δ_Y=0，工件定位误差为Δ_D=Δ_B+Δ_Y=0.02mm+0=0.02mm。压板压在平面上，夹紧误差Δ_J=0。夹具定位面与安装面的垂直度误差为0.01mm，车床法兰盘轴向圆跳动误差为0.006mm，制造误差Δ_A=0.01mm+0.006mm=0.016mm。两孔轴线的垂直度公差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.03mm-（0.02mm+0mm+0.016mm）=-0.006mm

工件的定位误差、夹紧误差、制造安装误差之和大于工件两孔轴线垂直度公差，不符合夹具误差计算的不等式，加工时会产生大量的废品。

支承座夹具的改进：采用两套夹具分别加工两孔，由于夹具定位面与安装面的平行度和垂直度误差，使定位误差加大，以致出现废品。为改变这一状况，确保工件的加工质量，可将两套夹具合二为一，工件的定位、夹紧方式不变，如图6-24所示。先用C面定位加工ϕ60J7孔，再用B面和ϕ60^-0.017_-0.020mm心轴定位加工ϕ32H7孔和M39×1.5-7H内螺纹。

图6-24 双面定位式夹具

1—夹具体 2—锥轴 3—弹性套 4—定位套 5—螺母 6—垫圈 7—螺钉 8—压板 9—螺柱 10—支承杆 11—圆锥销

车床法兰盘上夹具安装定位面的外圆径向圆跳动0.02mm，轴向圆跳动为0.006mm，ϕ60^-0.018_-0.023mm轴线与B面的垂直度为0.01mm，ϕ60^-0.018_-0.023mm轴线与夹具体D孔轴线在同一平面的公差为0.015mm，C面相对于A面的平行度为0.005mm，B面相对于A面、C面的垂直度为0.01mm。由于是双基准，可避免B面对A面和C面对A面在误差最大时，累计于两孔垂直线上，如图6-25所示。

孔轴线相对于平面的垂直度允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.02mm-（0mm+0mm+0.005mm+0.006mm）=0.009mm

两孔轴线在同一平面的允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.1mm-0mm-（0.02mm+0.01mm+0.015mm）=0.055mm

两孔轴线的垂直度允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.03mm-（0.02mm-0.006mm+0.01mm）=0.006mm

支承座的基准平面B、左视图ϕ60J7孔轴线向左37mm长度尺寸处的平面和3个ϕ9mm孔已经加工好，工件以平面B定位，限制3个自由度，37mm处的平面限制2个自由度，ϕ9mm孔限制1个自由度，用六角螺钉夹紧。一个孔加工后，将定位体转动90°，加工另一个孔，如图6-26所示。

孔轴线相对于平面的垂直度允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.02mm-（0mm+0mm+0.005mm+0.006mm）=0.009mm

两孔轴线在同一平面的允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.1mm-0mm-（0.02mm+0.005mm+0.006mm）=0.069mm

两孔轴线的垂直度允许加工误差为

Δ_G≤T-（Δ_D+Δ_J+Δ_A）=0.03mm-（0.02mm-0.006mm）-0.005mm=0.011mm

采用不同的夹具时其公差见表6-1。角铁式夹具不能保证两孔轴线垂直度的要求，不能使用。双面定位式夹具刚性较好，但精度较差。转位式夹具精度较高，但刚性较差。

图6-25 位置误差分析

表6-1 夹具公差