1、I摘要本文首先介绍了夹具的研究背景和发展趋势、课题的作用和意义、夹具的组成以及铣床夹具的结构特点，通过对参考文献进详细的分析，阐述了定位方案的选择、夹紧方案的确定、对刀方案的选择、夹具体与定位键、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求以及加工精度分析。关键词 定位，夹紧，对刀，铣夹具图纸加 153893706II目录1 课题介绍 .11.1 课题背景及发展趋势 11.2 课题的作用与意义 21.3 夹具的组成 31.4 铣床夹具的结构特点 41.5 课题的任务 52 铣床夹具设计 .62.1 定位方案 62.2 夹紧方案 72.3 对刀方案 72.4 夹具体与定位键 72.5 夹具总图上的尺寸、公差
2、和技术要求 82.6 加工精度分析 93 小结 .12参考文献 .13铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 111 课题介绍在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的装置都可统称为“夹具” 。广义地说，夹具是一种保证产品质量并便利和加速工艺过程的一种工艺装备。夹具以其数量和在生产中的地位来说，“机床夹具”最重要。机床夹具为机床的一种辅助设备，用它来准确地确定工件与刀具的相对位置，即将工件定位及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。所以机床夹具是用以使工件定位和夹紧的附加装置。机床夹具设计的基本要求有保证工件的加工精度，提高生产率，工艺性好，使用性好，经济性好。1.1 课题
3、背景及发展趋势夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备在机械制造业中，为了适应新品种不断发展的要求，夹具设计有朝着下列方向发展的趋势：1. 发展通用夹具新品种通用夹具是使用最广泛的一种夹具，发展通用夹具以代替某些专用夹具。内容包括以
4、下：1） 发展高精度通用夹具2） 广泛采用高效率通用夹具3） 发展适用于各种类型零件工艺特征的专用夹具2. 发展调整式夹具调整式夹具经过部分零件的更换和重新调整组合，即可适应不同工件的加工。适用程度介于通用和专用之间。主要有两种类型：1） 通用可调式夹具 2） 调整式夹具3. 推广和发展组合夹具及拼拆夹具1） 组合夹具组合夹具式有一套预先制好的各种不同形状、不同规格尺寸、具有互换性和耐磨性的标准元件与合件所组成。2） 拼拆夹具与组合夹具有相同之处，有一系列可多次利用的标准零件与基础零件，但铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 22又采用了部分具有一定专用性的部件，其夹紧部件多采用液压传动装置。4. 加
5、强专用夹具的标准化和规格化加强夹具元件的标准化和规格化，不但能加速生产准备周期，而且也可使夹具的生产由单件转为成批，降低夹具制造成本。因此，可节省劳动力，缩短生产准备周期。5. 专用夹具中采用高精度、高效率的夹具主要满足高生产率的加工要求，使之有可能采用采用平行或平行先后的加工方法，采用多件的加工方法，以及尽可能缩短或重合辅助时间的方法来压缩单件工时，提高生产率。6. 大力推广和使用机械化及自动化夹具生产机械化及自动化是技术革命的中心内容，大力推广和使用机械化及自动化夹具以减少和消除繁重的体力劳动是机械制造中的重要问题。7. 推广和发展扩大机床性能的夹具具体的有仿形装置、机床改装用的各类夹具8
6、. 采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具实践证明，采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具，能满足机械加工中的定位要求，并简化制造工艺，缩短了生产周期，并能保证零件的加工精度。1.2 课题的作用与意义由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，为此，进行机械加工之前，先将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种使工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种使工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件
7、表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法不需专门装备，但效率低，一般用于单件或者小批生产。批量较大时，大都采用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有以下优点：1.2.1 保证加工精度，降低人工等级零件的加工精度，包括尺寸精度，几何形状精度和表面相互位置精度三种。实用夹具的最大功用，是保证零件上加工表面的位置精度。例如，在摇臂钻床上使用钻夹具加工孔系时，可保证达到 0.100.20mm 的中心距精度，而按划线找正加工时，仅能保证 0.41.0mm，而且受到操作技术的影响，同批零件的质量也不稳定。铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 33当工件的形状复杂及精度要求高时，往往不
8、易或不能依靠通用机床及其附件来达到加工要求，因此需要采用专用夹具1.2.2 提高劳动生产率和降低加工成本使用夹具后，免除了每件都要找正、对刀等时间，加速工件的装卸，从而大大减少了有关工件安装的辅助时间。特别对那些机动时间较短而辅助时间长的中小件加工意义更大。此外，用夹具安装还容易实现多件加工、多工位加工、可进一步缩短辅助时间，提高劳动生产率。1.2.3 扩大机床工艺范围工件的结构形状时各式各样的，现在对精度和生产率的要求也越来越高，在某些情况下，原有机床难以适应。为解决这一困难，往往采用专用夹具以扩大机床的适用范围，实现“一机多用” 。例如在机床上使用镗夹具，就可以代替镗床来做镗孔工作，解决缺
9、乏设备的困难1.2.4 改变原机床的用途，扩大机床适用范围在产品更换时，工厂现有的机床设备，有时往往不能适应新产品的要求。为此，可以采用夹具来改变机床的用途1.2.5 减轻操作的劳动强度，做到安全生产由于夹具中可以采用扩力机构来减小操作的原始力，而且有时还可以采用各种机动夹紧装置，故可使操作省力，减轻劳动强度。由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。1.3 夹具的组成根据夹具元件在结构中所起的作用不同，可将各种夹具元件分为下列几种：铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 441.3.1 分度装置用于改变工件与刀具相对位置以获得多个工位的一种装置，可作为某些夹具的
10、一部分。1.3.2 夹具本体用来连接夹具上的所有各种元件和装置成为一个夹具整体。1.3.3 靠模装置它是作为用来加工型面的一种特殊装置。1.3.4 动力装置在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸，油缸，电磁装置等。1.3.5 其他件包括与机床连接用的零件，各种连接件，特殊元件及其它辅助装置等。1.3.6 分度装置用于改变工件与刀具相对位置以获得多个工位的一种装置，可作为某些夹具的一部分。1.3.7 夹具本体用来连接夹具上的所有各种元件和装置成为一个夹具整体。1.3.8 靠模装置它是作为用来加工型面的一种特殊装置。1.3.9 动力装置在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸，油缸，电磁装置
11、等。但是并非所有夹具都包括上述各类元件，然而其中定位元件，夹紧装置和夹具体本体则是每一夹具都不可缺少的组成部分。1.4 铣床夹具的结构特点铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、花键及各种成型面。铣削加工的切削用量和切削力一般较大，切削力的大小和方向也是变化的，而且又是断续切削，因而，加工时的冲击和振动也较严重。所以设计这类夹具时，要特别注意工件定位稳定性和夹紧可靠性；夹紧装置要能产生足够的夹紧力，手动夹紧时要有良好的自锁性能，夹具上个组成元件的强度和刚度要高。为此，要求铣床夹具得结构比较粗壮低矮，以降低夹具重心，增加刚度、强度，铣削得切屑较多，夹具上应有足够得排屑空间，以尽量避免切屑堆积在定
12、位支承面上。因此，定位支承面应高出周围的平面，而且在夹具体内尽可能做出便于清除切屑和排出冷却液的出口。粗铣时振动较大，不宜采用偏心夹紧，因为振动时偏心夹紧容易松开。在侧面夹紧工作（如加工薄而大的平面）时，压板的着力点应低于工件侧面的定位支承点，并使夹紧力有一垂直分力，将工件压向主要定位支承面，以铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 55避免工件向上抬起；对于毛坯件，压板与工件接触处应开有尖齿纹，以增大摩擦系数。1.5 课题的任务图 1-1 示为铣顶尖套双槽工序图，工件的材料为 45 钢，大批量生产。根据工艺规程，铣双槽之前，其它表面均已加工好。本工序的所要加工的为两键槽。图 1-1 铣顶尖套双槽1.
13、键槽宽 12H11.槽侧面对 轴线的对称度 0.10mm，平行度 0.08mm。槽68.70h身控制尺寸 64.8mm.键槽长度 282mm。2. 油槽半径 3mm，圆心在轴的圆柱面上。油槽长度 170mm。3. 键槽与油槽的对称面应在同一平面内。铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 662 铣床夹具设计2.1 定位方案若先铣键槽后铣油槽，按照加工需要，铣键槽时应限制五个自由度，铣油槽时应限制六个自由度。由于是大批生产，为了提高生产效率，可在铣床主轴上安装两把的铣刀，同时对两个工件铣键槽和油槽，每走刀一次，即能得到一个铣槽和油槽均已加工好的工件。为达此目的，有图 2-1 和 2-2 所示的两种定位方案
14、。方案 1：工件以 外圆在两个互相垂直的平面上定位，端面加止推销，68.70h如图 2-1 所示。图 2-1 定位方案 1方案 2：工件以 外圆在 V 形块上定位，端面加止推销，如图 2-2 所示。68.70h图 2-2 定位方案 2为保证键槽和油槽在对称面在同一平面内，两方案中的第二工位（铣油槽工位）都需用一短销配合在已铣好的键槽内，限制工件绕轴线的自由度。由于键槽和油槽的长度不等，要同时走刀完毕，需将两个止推销错开适当距离。比较以上两种方案，方案 1 使加工尺寸为 64.8mm 的定位误差为零，方案则使对称度的定位误差为零。由于 64.8mm 未注公差，加工要求低，而对称铣床尾座顶尖套双槽
15、铣夹具设计 77度的公差较小，故选用方案 2 较好，从承受切削力的角度看，方案 2 也较可靠2.2 夹紧方案根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落在定位元件的支承范围内的原则，如图 2-3 所示，夹紧力的作用线应落在区域内（N为接触点的法线） ，夹紧力与垂直方向的夹角应尽量小，以保证夹紧稳定可靠。铰链压板的两个弧形面的曲率半径应大于工件的最大半径。由于顶尖套较长，须用两块压板在两外夹紧。如采用手动夹紧，工件装卸所花时间较多，不能适应大批生产的要求。若用气动夹紧，则夹具体积太大，不便安装在铣床工作台上，因此宜用液压夹紧，如图 2-3 所示。液压缸 5 固定在、工位之间，采用联动夹紧机构使两
16、块压板 6 同时均匀地夹紧工作。图 2-3 夹紧方案2.3 对刀方案键槽铣刀需两个方向对刀，故应采用直角对刀块。由于两铣刀的直径相等，油槽深度由两工位 V 形块定位高度之差保证。两铣刀的距离则由两铣刀间的轴套长度确定。2.4 夹具体与定位键为了在夹具体上安装油缸和联动夹紧机构，夹具体应有适当的高度，中部应有较大的空间。为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比不大于 1.25 的原则确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。为了保证槽的对称度要求，夹具体底面应设置定位键，两定位键的侧面应与 V铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 88形块的对称面平行。为减少夹具的安装误差，宜采用有沟槽的方形定位
17、键。2.5 夹具总图上的尺寸、公差和技术要求1. 夹具最大轮廓尺寸为 570mm ,230mm ,270mm。2. 影响工件定位精度的尺寸和公差为两组 V 形块的定位高度640.02mm、610.02mm、 ，两止推销的距离 1120.1mm、 ，定位销 12 与工件上键槽的配合尺寸12h8。3. 影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差为定位键与铣床工作台 T 形槽的配合尺寸 18h 8（T 形槽为 18H8） 。4. 影响夹具精度的尺寸和公差为定位键与夹具体的配合尺 ，I 工位 V 形6718hH块 8、10 设计心轴线对定位键侧面 B 的平行度 0.03mm ; I 工位 V 形块设计心轴轴
18、线对夹具底面 A 的平行度 0.05mm ; I 工位与 工位 V 形块的距离尺寸1250.03mm ; I 工位与工位 V 形块设计心轴轴线间的平行度 0.03mm ;,对刀块的位置尺寸 110.015mm、24.40.015mm。对刀块的位置尺寸应从限位基准标起,标注时,要考虑位基准在加工尺寸方向的最小位移量(imin)。当最小位移量使加工尺寸增大时 minsHh当最小位移量使加工尺寸缩小时 in式中 h-对刀块的位置尺寸H-定位基准至加工表面的距离s-塞尺厚度当工件以圆孔在心轴上定位或者以圆柱面在定位套中定位且定位基准方向移动时 2miniX式中 Xmin-圆柱面与圆孔的最小配合间隙.当
19、工件以圆柱面在 V 形块上定位时, imin=0.本例中,由于工件定位基面直径 的平均尺寸为 mm，塞尺厚度68.70h79.0为 5 h6，所以对刀块的位置水平尺寸为(基本尺寸)1)5(1mh铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 99对刀块的位置垂直尺寸为 m4.29)7.08.64(H(基本尺寸).5.29h对刀块位置尺寸的公差按第二章中介绍的方法，取工件相应尺寸公差的，因此512mh015.1425. 影响对刀精度的尺寸和公差；塞尺的厚度尺寸 。0.6h6. 夹具总图上应标注下列技术要求；键槽铣刀与油槽铣刀的直径应相等。2.6 加工精度分析顶尖套铣双槽工序中，键槽两侧面对 轴线的对称度和平行度要
20、求68.70h较高，应进行精度分析，其它加工要求未注公差或公差很大，可不进行精度分析2.6.1 键槽侧面对 轴线的对称度的加工精度68.70h1.定位误差D 由于对称度的工序基准是 轴线，定位基准也是此轴线，68.70h故B =0，由于 V 形块的对中性，Y =0，因此，对称度的定位误差为零。2.安装误差A 定位键在 T 形槽中有两种位置，如图所示。定位键位置如图 2-4（a）所示时, ，定位键如图 2-4（b）所示时。0A 054.)27.0.(maxmXmm38845A铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 1010图 2-4 定位键3.对刀误差r 对称度的对刀误差等于塞尺厚度的公差，即r =0.0
21、09mm。4.夹具误差z 影响对称度的夹具误差有： I 工位 V 形块设计心轴轴线对定位键侧面 B 的平行度 0.03 mm.对刀块水平位置尺寸 110.015mm 的公差,所以z=(0.03+0.03)mm =0.06mm2.6.2 键槽侧面对 轴线的平行度的加工误差68.70h1.定位误差 D 由于两 V 形块 8、10 一般在装配后一起精加工 V 形面，它们的相互位置误差极小，可视为一长 V 形块，所以 D =0。2.安装误差 A定位键的位置如图 2-4(a)所示时， A =0;定位键的位置如图2-4 所示时， mm。03.)2405.(m3.对刀误差r 由于平行度不受塞尺厚度的影响，所
22、以r =0。4.夹具误差z 影响平行度的制造误差是 I 工位 V 形块设计心轴轴线与定位键侧面 B 的平行度（0.03 mm）所以，z=0.03 mm。铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 1111表 52 顶尖套铣双槽夹具的加工误差加加工要求代 号对称度 0.1mm 平行度 0。08mm D A T Z G J C00.0380.0090.060.1 =0.03331079.3.06.9.08. 2222 0.1-0.079=0.02100.03800.030.08 =0.0273105.278.20.01-0.055=0.025铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 1212小结通过做这次小设计，更深刻地了
23、解了夹具方面的知识。而所设计的铣床夹具，在够满足精度要求下，由于一次走刀过程能有两个工步，大大提高了效率。另外，工件的夹紧采用液压弹簧装置，装夹稳定拆卸迅速。不过感觉还有不尽理想的地方，比如工件从第一工位到第二工位时要换向翻转。而且工位二的安装要考虑到定位销与键槽的正确定位，这个过程相对效率不高。从总的看，本铣床夹具能够满足要求，达到了设计要求铣床尾座顶尖套双槽铣夹具设计 1313参考文献1 徐憬.机械设计手册 .机械工业出版社，2000.62 张普礼.机械加工工艺装备.东南大学出版社，2002.33 刘守勇等 .机械制造工艺与机床夹具.机械工业出版社，1994.74 徐发仁.机床夹具设计.重
24、庆大学出版社，1996.75 白成轩.机床夹具设计新原理.机械工业出版社，1997.7 6 韦彦成.金属切削机床构造与设计.国防工业出版社，19917 柯明扬.机械制造工艺学.北京航天航空大学出版社，19958 武良臣.敏捷夹具设计理论及应用 煤炭工业出版社，20039融亦鸣.计算机辅助夹具设计 机械出版社，200210 美CHANGTIEN-CHIEN,WYSK RICHARD A.等.工艺过程设计导论.黄乃康等译.西北工业大学出版社，198811 J.Flack,Marine Combustion Practice,Pregamo Press，196912 R.S.Benson and N
25、.D.Whitehouse,Internal Combustion Engine，197913 KALPAKJAN.Manufacturing Engineering and Technology.Addiso-Wesley Publish Company ，199514 G.Zong,et al,Direct Selective Laser Sintering of High Temperature Materials,Processing of the Solid Freefrom Fabriacation Symposition,University of Texas，199215 P.L.Jacobs,Stereolithograghy and Other RP&M Techologies,ASME Press，1996
