机用虎钳课程设计

摘 要 夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备，分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。 对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。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。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用语单件和小批生产。批量较大时，大多用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有下列优点：（1）能稳定地保证工件的加工精度，用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。（2）能提高劳动生产率，使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可使用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。（3）能扩大机床的使用范围。目 录第一章 绪论 111 引言 112 制造业信息化的发展 11. 3 夹具的概述 11. 4 国内外计算机辅助夹具设计发展现状 315 SolidWorks软件模块简介简介 416 本论文的研究目的、意义 7第二章 平面图纸及计算过程 821设计课题与要求 822设计过程 112. 3夹紧机构设计 1524夹紧力的大小估算 162. 5对刀装置设计 1626材料的选择及其技术要求 1727绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求 18第三章 成型设计及装配 2231主要零件成型设计的步骤 2232零件装配图技术要求 2733总装配图与分解图 28总结 30参考文献31附件 32第一章 绪 论1.1 引言夹具作为制造企业中重要的基础工艺装备，广泛应用于加工、检测和装配等制造过程中。作为生产准备的重要组成部分，夹具设计的效率直接影响到制造的生产准备时间和产品成本。一般来说，夹具设计过程不仅需要大量的有关零件设计、工艺和加工的数据，同时还需要设计人员具有很丰富的领域知识和设计经验。1.2 制造业信息化的发展随着计算机技术的飞速发展，实现快速生产准备的计算机辅助夹具设计（CAFD）技术成为国际上竞相研究的热点，它已经越来越多的取代传统的手工夹具设计。与传统的夹具设计相比，计算机辅助夹具设计有着无可比拟的优越性：1、设计者从繁琐的劳动中解放出来，提高了设计的效率和设计质量，使设计者把更多的注意力放在创新性开发上面；2、可以把夹具设计人员的经验和智慧存入计算机，构成专家系统，有利于夹具设计技术的继承和发展；3、由于计算机辅助夹具设计采用了统一的系统程序，可以获得相对统一的设计与优化结果，有利于实现夹具设计的“三化”，即通用化、标准化、系列化。1.3夹具的概述1.3.1夹具的一般概念夹具广泛用于各种制造工序中，用以将工件定位并牢固地夹持在一定的位置，以便按照产品设计规定完成要求的制造过程。为了将工件可靠定位，经常用定位件和支撑件与工件表面相接触，以限制工件包括移动和旋转在内的六个自由度，用夹紧来抵消切削力，以保证工件牢固定位。传统夹具以专用夹具为代表主要有四种功能:定位、夹紧、导向和对刀。1. 3. 2夹具设计的基本要求对夹具的基本要求就是将工件定位并牢固的夹持在一定位置，并在机床工作台上有一定的方位，其次，还要满足其他要求，如保证夹具的生产率(容易装卸工件，采用自动或半自动夹紧装置，切屑容易排除)，操作简单并安全(如对贵重工件采用防误功能的元件)，有效降低成本(考虑夹具材料和制造过程，优先选用标准件)。因此，夹具设计是一个复杂的过程，在传统夹具设计中，这些基本原理应用于具体夹具设计中主要取决于设计者的经验。从夹具设计人员的经验中收集和表达这些知识是开发计算机辅助夹具设计(CAFD)系统的关键。1.3.3机床夹具的分类 单件小批生产一般选用通用夹具、可调整夹具和组合夹具等，使用这类夹具时的调整和测量需要依赖经验，而且需花费大量时间。 大批量生产使用以上夹具会使生产效率降低，对操作人员的操作技能要求提高，生产成本提高。为了提高加工效率和制件精度，降低对操作人员的要求，一般使用多轴加工的专用机床加工，这种机床包含相应夹具或者设计专用夹具与通用机床配合使用，这两种方法都涉及专用夹具的设计问题。计算机辅助制造技术的发展，制造业越来越多的使用数控机床和加工中心组成柔性制造单元。在使用CNC机床修改产品设计时，只要变更NC程序，加工工艺就能随之变化，而NC程序借助于计算机辅助编程系统只要花一天或数个小时就能完成修改。刀具是标准化的，随时可以从市场上购买。如果还使用现有的夹具或不用柔性夹具，FMS就不能实现真正的柔性，所以在FMS和计算机集成制造系统中迫切需要能适用产品变化的柔性夹具1. 3. 4柔性夹具一般来说，柔性夹具是指用同一夹具系统装夹定位在形状与尺寸上有所变化的多种工件。工件的变化可在小范围，即在相似形状和尺寸变动不大的范围内，也可在大范围，即零件形状完全不同，尺寸变化也很大。所以柔性的概念是模糊的。笼统的说是指与NC机床、加工中心配合使用的、具有加工多种不同工件能力的夹具。自20世纪80年代后柔性夹具的研究开发主要沿原理和结构均有创新和传统夹具创新两大方向发展。下表1-1为当前研究和应用的柔性夹具的工作原理和分类的简表表1-1中原理和结构均有创新的柔性夹具如相变和伪相变式、适应性夹具、模块化程序控制式、仿生抓夹式等正处于研究阶段，有许多问题尚未解决，如相变升降温度引起工件变形对精度的影响，伪相变材料夹紧力不大，适应性夹具适应范围小，模块化程序控制式夹具结构太复杂，成本过高，而柔性有限，不容易在生产中普及，因此，到目前为止，尚没有找到结构上、经济上、实用上能与传统夹具中己具柔性的一些夹具相匹敌的新型夹具。表1-1现代柔性夹具的工作原理及分类表表1-1分类 柔性工作原理 子分类 组合夹具 标准元件的机械装配 槽系组合夹具 孔系组合夹具 可调整夹具 在通用或专用夹具基础通用可调夹具 上更换元件和调节元件专用可调夹具 的位置 模块化程序控制式夹具用伺服控制机构变动元双转台回转式 件的位置 可移动拇指式 适应性夹具 将定位元件或夹紧元件涡轮叶片式 分解为更小的元素以适弯曲长轴式 应工件的连续变化 相变材料夹具 材料物理性质的变化 真相变材料夹具 伪相变材料流态床夹具防生抓夹式夹具 形状记忆合金 用于机器人终端器也可 用于夹具 1. 4国内外计算机辅助夹具设计发展现状 CADICAM系统中，计算机辅助夹具设计(CAFD)以其本身特点是相对独立的一部分，并和其他部分尤其是CAPP紧密连接，广义的说，CAFD是新兴的计算机辅助工艺装备CAT (Computer Aided Tooling)范畴。准确的说，CAPP和CAFD共同构成CAD和CAM的接口，而二者彼此之间又是相互独立的。 前苏联学者在20世纪70年代开始了夹具CAD的研究工作，由于计算机硬件和软件的落后，进一步发展受到很大的阻碍。20世纪80年代欧美学者投入这一工作，80年代中期以后我国也开始进行研究。到现在大约经历了三代: （1）第一代是交互式夹具CAD系统，该系统应用CAD软件建立夹具元件库，菜单驱动的夹具装配程序，借规定的坐标系统和X-Y平面内的转动角度来执行夹具装配操作，实际操作时费时较多，但在工业上有实用价值。(2) 第二代CAFD是基于成组技术和基于知识的变异式和生成式系统，基于GT的CAFD系统主要用零件及夹具分类编码系统进行检索，修改生成合乎要 求的夹具:基于知识的CAFD系统，主要是搜集人类夹具专家的知识整理成知识库中的各种规则，然后通过专家系统推理机得到各种决策。这种系统主要解决定位、夹紧方法的选择，位置的确定。有的系统已搜集了上千条规则，但因工件的多样性和夹具设计的复杂性，只能设计一些简单的夹具。3第三代能生成夹具结构的商品化夹具设计系统，如美国吴士脱理工学院容亦鸣教授和清华大学朱耀祥、罗振璧教授合作开发的孔系数控组合夹具设计系统:国内有中国航空工业总公司保定向阳机械厂用AUTOCAD开发的组合夹具设计系统，建有元件库，交互式生成组合夹具。1.5 SolidWorks软件模块简介Solidworks的最新版本为SolidWorks2007，它可运行于Windows/NT和UNIX平台上，共有六大功能：（1）配置管理 配置管理是SolidWorks软件体系结构中非常独特的一部分，它涉及到零件设计、装配 设计和工程配置管理使得你能够在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。（2）协同工作 SolidWorks 提供了技术先进的工具，使得你通过互联网进行协同工作。 通过eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是一种极度压缩的、可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。 通过三维托管网站展示生动的实体模型。三维托管网站是SolidWorks提供的一种服务，你可以在任何时间、任何地点，快速地查看产品结构。 SolidWorks 支持Web目录，使得你将设计数据存放在互联网的文件夹中，就象存本地硬盘一样方便。 用3D Meeting通过互联网实时地协同工作。3D Meeting是基于微软 NetMeeting的技术而开发的专门为SolidWorks设计人员提供的协同工作环境。 3D ContentCentral 是一个崭新的在线资源库，集成在solidworks2003内。用户可以通过此插件在互联网找到世界著名的零部件供货商，并下载库中的几百万个零部件。用户只 需查询供应商的产品在线目录，直接下载三维实体模型，而不需要二次建模。3D ContentCentral同时还为全球的机械工程师提供实时更新的模型零件库，便于设计时的共享。 （3）装配设计 在SolidWorks 中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体SolidWorks 的性能得到极大的提高。 SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。 用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。 镜像部件是SolidWorks 技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。 SolidWorks 用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。（4）工程图SolidWorks 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。 从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。 增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。 使用RapidDraft技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。 用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。（5）零件建模 SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。 通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。 三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。（6）曲面建模利用共享的布局草图和多样的多体结构，SolidWorks 2007为用户设计过程中提供了最大的灵活性。SolidWorks 2007目前是世界上唯一一家机械设计软件，能够在特征层面上对多体结构进行控制的。这使得用户能够在制造之前对设计的潜在问题进行评估，在更高的层面上对设计进行控制。 通过SolidWorks带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。（7）钣金设计 SolidWorks 提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。（8）有限元分析 SolidWorks是世界上第一家将结构分析的功能嵌在CAD环境中的软件公司。COSMOSXpress 模块使得使用SolidWorks软件的设计和工程队伍可以直接对设计的零件进行有限元分析，对产品的性能进行评估，而不必花大量的时间和金钱制造昂贵的样机。动态仿真 SolidWorks 2007是世界上第一家能够直接模拟接触式的机械机构运动干涉的运动情况的CAD软件公司，减少了建造样机所需的时间和费用。驱动机械运动的模型有：电机、弹簧、重力等，同时还增加了记录和播放的功能。用户化 SolidWorks 的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。 开发工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C+，以及其他支持OLE的开发程序。 帮助文件 SolidWork 配有一套强大的、基于HTML的帮助文件系统。包括超级文本链接、动画示教、在线教程、以及设计向导和术语。 数据转换 SolidWorks 2007能够帮助设计工程师将以前的二维数据(例如AutoCAD数据)方便地转换为三维模型，并对不同的数据格式的文件进行管理。用户只需将二维图形或草图形状直接拖到SolidWorks的环境中，SolidWorks就可以根据几何形状进行三维造型。SolidWorks 2003还支持AutoCAD所谓”块”的信息(包含文字和数字的几何信息)，这在任何其他三维设计软件中是无法实现的。 SolidWork 提供了当今市场上几乎所有CAD软件的输入/输出格式转换器。 IGES IPT ( Autodesk Inventor) STEP DWG SAT(ACIS) DXF VRML CGR(Catia graphic) STL HCG(Highly compressed) Parasolid graphics Pro/ENGINEER Viewpoint Unigraphics RealityWave PAR (Solid Edge) TIFF VDA-FS JPG Mechanical Desktop1.6 本论文的研究目的、意义多年来，机械制造过程中把设计蓝图比喻成工程师的语言，对于机床专用夹具而言，也总是利用众多视图的不同投影来描绘，采用标注各种线条和符号绘图，不仅费时费力，而且一旦理解有误或形体表现，将会影响产品的制造和质量。 采用计算机辅助设计方法，零件的造型如同车间中加工零件的过程一样，设计完成以后，零件就“加工”出来了，这样不需要很强的空间想象力就可以设计出产品的真实三维模型，经过虚拟装配，可清楚地检验出产品结构的合理性.空间布置是否干涉等问题。造型结束后，将设计模型投影到二维图纸空间，就可自动生成工程图纸的三视图.轴侧图.剖视图等，大大方便了设计过程，形象直观易于接受，从而达到更快地设计机械产品。本课题在探讨机床专用夹具的基本知识和基本理论的同时，研究如何利用计算机图形学采用计算机辅助设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计，形成专用夹具计算机辅助设计系统。第二章 设计课题的分析计算过程及平面图绘制2.1设计的课题与要求1.概述 铣床夹具的分类铣床夹具按使用范围，可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合铣夹具三类。按工件在铣床上加工的运动特点，可分为直线进给夹具、圆周进给夹具、沿曲线进给夹具（如仿形装置）三类。还可按自动化程度和夹紧动力源的不同（如气动、电动、液压）以及装夹工件数量的多少（如单件、双件、多件）等进行分类。其中，最常用的分类方法是按通用、专用和组合进行分类。铣床常用通用夹具的结构铣床常用的通用夹具主要有平口虎钳，它主要用于装夹长方形工件，也可用于装夹圆柱形工件。机用平口虎钳的结构组成如图2-1所示。机用平口虎钳是通过虎钳体1固定在机床上。固定钳口2和钳口铁3起垂直定位作用，虎钳体1上的导轨平面起水平定位作用。活动座8、螺母7、丝杆6（及方头9）和紧固螺钉11可作为夹紧元件。回转底座12和定位键14分别起角度分度和夹具定位作用。固定钳口2上的钳口铁3上平面和侧平面也可作为对刀部位，但需用对刀规和塞尺配合使用。图4-82 机用平口虎钳的结构 1虎钳体 2固定钳口 3、4钳口铁 5活动钳口 6丝杆7螺母8活动9方头 10压板11紧固螺钉12回转底盘13钳座零线14定位键 典型铣床专用夹具结构 铣削键槽用的简易专用夹具 如图2-2所示，该夹具用于铣削工件4上的半封闭键槽。夹具中，V形块1是夹具体兼定位件，它使工件在装夹时轴线位置必在V形面的角平分线上，从而起到定位作用。对刀块6同时也起到端面定位作用。压板2和螺栓3及螺母是夹紧元件，它们用以阻止工件在加工过程中因受切削力而产生的移动和振动。对刀块6除对工件起轴向定位外，主要用以调整铣刀和工件的相对位置。对刀面a通过铣刀周刃对刀，调整铣刀与工件的中心对称位置；对刀面b通过铣刀端面刃对刀，调整铣刀端面与工件外圆（或水平中心线）的相对位置。定位键5在夹具与机床间起定位作用，使夹具体即V形块1的V形槽槽向与工作台纵向进给方向平行。如图：2-2加工壳体的铣床夹具 ， 所示为加工壳体侧面棱边所用的铣床夹具。工件以端面、大孔和小孔作定位基准，定位元件为支承板2和安装在其上的大圆柱销6和菱形销10。夹紧装置是采用螺旋压板的联动夹紧机构。操作时，只需拧紧螺母4，就可使左右两个压板同时夹紧工件。夹具上还有对刀块5，用来确定铣刀的位置。两个定向键11用来确定夹具在机床工作台上的位置。 铣床夹具的设计特点 铣床夹具与其它机床夹具的不同之处在于：它是通过定位键在机床上定位，用对刀装置决定铣刀相对于夹具的位置。铣床夹具的安装 铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。 夹具通过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T 形槽中，再用T 形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和铣床工作台两个T形槽间的距离一致。铣床夹具的对刀装置 铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。对刀装置是由对刀块和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。各种对刀块的结构，可以根据工件的具体加工要求进行选择。如图4-86所示是对刀装置的使用简图。常用的塞尺有平塞尺和圆柱塞尺两种，其形状如图4-87所示。由于铣削时切削力较大，振动也大，夹具体应有足够的强度和刚度，还应尽可能降低夹具的重心，工件待加工表面应尽可能靠近工作台，以提高夹具的稳定性，通常夹具体的高宽比H/B11.25为宜。机用平口虎钳是一种机床通用附件，配合工作台使用，对加工过程中的工件起固定、夹紧、定位作用。2.结构及分类机用平口虎钳由躯座、活动钳口、螺母、螺杆等构件组成，按其结构和使用可分为通用平口虎钳、角度压紧机用平口虎钳、可倾机用平口虎钳、高精度机用平口虎钳、增力机用平口虎钳等。3.规程，本工序的加工精度要求是：机用平口虎钳主要检验项目包括外观、精度、性能指标。(1)外观检测参照机床类产品通用技术条件。(2)精度检测以机用平口虎钳检测项目为基础主要包括：钳身导轨上平面对底平面平行度。固定钳口和活动钳口对导轨上平面的垂直度。活动钳口面与固定钳口面在宽度方向的平行度。固定钳口对钳身定位键槽的垂直度。导轨上平面对底座底面的平行度。固定钳口面对底座定位键槽的平行度。检验块上平面对钳身底平面的平行度。检验块上平面对底座底平面的平行度。试块夹紧后顶面浮起。如本设计的其它类型机用平口虎钳精度项目依其结构、功能不同略有增减，其公差及测试方法在第（3）列标准中均有明确规定。(3)性能检测：主要包括夹紧力、夹紧力矩。机床用平口虎钳以钳口宽度为主要参数形成规格系列，其夹紧力、夹紧力矩的数据及测试方法依此系列在技术条件中有明确的规定。型号Q12125钳口宽度（mm125钳口最大张开度（mm）100钳口高度（mm）45丝杆方头对边宽度（mm17定位键宽度（mm）14紧固螺栓直径（mm）M12压口螺栓间度（mm）底座长度（mm）最大夹紧力（N）25000最大夹紧力矩（N.m）130净重（）220底座对钳口定位面的垂直度（mm）外形尺寸长宽高（mm）343180125底座对钳口定位面的平行度（mm）虎钳设计的基本要求：1.能稳定的保证工件的加工精度要求提高机械加工的劳动生产率和降低工件的制造成本2.要结构简单，操作方便、安全3.要有良好的结构工艺性，使设计的夹具便于制造、装配、检验、调整与维修。虎钳设计的基本要求：2.2设计过程2.2.1分析题目在机械加工中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，首先要将工件固定，使之占有确定的位置，这种保证一批工件占有确定位置的装置统称为夹具。本课题所研究的对象主要限于铣床虎钳夹具，保证工件的加工质量，提高加工效率，降低生产成本、改善劳动条件、扩大机床使用范围、缩短新产品试制周期等方面有着极明显的经济效益。2.2.2定位装置设计 工件定位的基本原理工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的位置。这一确定的位置可以通过定位支承限制相应的自由度来获得。一个物体在空间坐标系中具有六个自由度。即沿三个相互垂直的坐标轴的移动自由度，以及绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过定位元件限制工件的六个自由度。分析使可将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点，用这些定位支承点来限制工件的自由度。工件的六个自由度全部被限制而在空间占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。如果根据该工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度无需限制时，工件虽然不占有确定的唯一位置，但不影响该工序的加工要求，此时称为不完全定位。应该采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求来决定。欠定位是指工件实际所限制的自由度数目，少于按该工序加工要求所必须限制的自由度数目。因此，欠定位的结果，将导致出现应该限制的自由度而未予限制的不合理现象，从而无法保证该工序所规定的加工要求。所以，在确定工件在夹具中的定位方案时，不允许出现欠定位这样的原则性错误。两个或两个以上定位支承点重复限制同一个自由度，这种重复定位的现象叫做过定位。出现过定位时，将使工件位置不确定。同时，在夹紧情况下，重复限制同一自由度的定位支承间所产生的矛盾、干涉和冲突必将造成工件或定位元件的变形，其结果都将破坏工件定位的要求，从而严重影响工件的定位精度。因此，在设计夹具时，一般情况下应避免出现过定位现象。如因某些结构上的原因，无法避免过定位时，应采取必要的相应措施，以减小由于过定位所造成的影响。由所设计的题目知若先铣键槽后铣油槽，按加工要求，铣键槽时应限制五个自由度，铣油槽时应限制六个自工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的位置。这一确定的位置可以通过定位支承限制相应的自由度来获得。一个物体在空间坐标系中具有六个自由度。即沿三个相互垂直的坐标轴的移动自由度，以及绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过定位元件限制工件的六个自由度。分析使可将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点，用这些定位支承点来限制工件的自由度。工件的六个自由度全部被限制而在空间占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。如果根据该工序加工要求只需限制部分自由度，而其他自由度无需限制时，工件虽然不占有确定的唯一位置，但不影响该工序的加工要求，此时称为不完全定位。应该采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求来决定。欠定位是指工件实际所限制的自由度数目，少于按该工序加工要求所必须限制的自由度数目。因此，欠定位的结果，将导致出现应该限制的自由度而未予限制的不合理现象，从而无法保证该工序所规定的加工要求。所以，在确定工件在夹具中的定位方案时，不允许出现欠定位这样的原则性错误。两个或两个以上定位支承点重复限制同一个自由度，这种重复定位的现象叫做过定位。出现过定位时，将使工件位置不确定。同时，在夹紧情况下，重复限制同一自由度的定位支承间所产生的矛盾、干涉和冲突必将造成工件或定位元件的变形，其结果都将破坏工件定位的要求，从而严重影响工件的定位精度。因此，在设计夹具时，一般情况下应避免出现过定位现象。如因某些结构上的原因，无法避免过定位时，应采取必要的相应措施，以减小由于过定位所造成的影响。由所设计的题目知若先铣键槽后铣油槽，按加工要求，铣键槽时应限制五个自由度，铣油槽时应限制六个由度。 定位基准的选择工件的定位是通过定位基面进行的，因此这些基面的几何形状、尺寸及表面状况在很大程度上决定着定位方法及所用定位元件的选择，故从夹具设计角度出发提出如下选择原则：工件的定位基准与工序基准（标定加工面位置的面、线、点）重合，以避免产生基准不符误差B。但当两基准重合后，会使夹具结构复杂或工件定位不稳定时，则应另选定位基准，此时必须计算和控制基准不符误差。为了减小基准不符误差，应减小定位尺寸的组成环节及各环节的公差。当基准重合时，基准不符误差为零，这是选择工序基准作为定位基准的原因所在。尽量用精基准作为定位基准，以保证有足够的定位精度。不当得不采用毛面做定位基准时，应尽量只用一次。而且应选用误差较小、较光洁、余量小的表面或与加工面有直接关系的表面，以利于保证加工要求。应使工件安装稳定，使在加工过程中因切削力或夹紧力而引起的变形最小。遵守基准统一原则，以减小设计和制造夹具的时间和费用。但如因此造成夹具结构复杂时，则不必强求定位基准统一。应使工件定位方便，夹紧可靠，便于操作，夹具结构简单。夹紧力的大小夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。 当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，即 Fwk = KFw （4-15）式中 Fwk实际所需夹紧力，单位为N； Fw 在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N； K安全系数，粗略计算时，粗加工取K2.53，精加工取K1.52。夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置。减小夹紧变形的措施有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。这时可以采取以下措施减少夹紧变形。 增加辅助支承和辅助夹紧点 ，增加一个辅助支承点及辅助夹紧力W1，就可以使工件获得满意的夹紧状态。 分散着力点 ，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。 增加压紧件接触面积， 如三爪卡盘夹紧薄壁工件的情形。改用宽卡爪增大和工件的接触面积，减小了接触点的比压，从而减小了夹紧变形。列举了另外两种减少夹紧变形的装置。a 浮动压块 b 在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。 利用对称变形 加工薄壁套筒时，采用加宽卡爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹紧力外，夹具的夹紧设计，应保证工件能产生均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。 其它措施 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。2.3夹紧机构设计在机械加工过程中，工件将受到切削力、离心力、惯性力等外力的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠地夹紧。2.3.1夹紧装置的基本要求（1） 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。（2）夹紧力的大小要适当、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。（3） 夹紧装置应操作安全、方便、省力。（4） 夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。2.3.2夹紧方案：根据夹紧力的方向应朝向主要限位面以及作用点应落在定位元件的支承范围内的原则，如图2-4所示，夹紧力的作用线应落在区域内（N为接触点）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，须用两块压板在两处夹紧。如果用手动夹紧，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2-8所示，采用小型夹具用法兰式液压缸5固定在工位之间，采用联动夹紧机构使两块压板7同时均匀夹紧工件。所谓联动夹紧机构就是由一个原始作用力来完成若干个夹紧动作的机构称为联动夹紧机构。液压缸的结构型式为单作用式油缸。2.4 夹紧力的大小估算：计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。理论上，夹紧力的作用应与上述力（距）的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性夹紧机构的传递效率等有关。为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值 W=K*W W实际所需夹紧力（N） W在一定条件下由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）K安全系数 K=K0K1K2K3通常情况下，取K=1.5-2.5 当夹紧力与切削力方向相反时取K=2.5-3。因为夹紧装置为联动夹紧机构，且是为了防止工件移动 W=KP2.5 对刀装置设计对刀装置是由对刀块和塞尺组成。借助于对刀装置可以迅速而准确地确定夹具与刀具间的相对位置。常用的对刀装置有高度对刀装置、直角对刀装置、成形刀具对刀装置和组合刀具对刀装置。常用的塞尺有平塞尺和圆塞尺两种。采用对刀塞尺的目的，是为了不使刀具与对刀块直接接触，以免损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。使用使，将塞尺放在刀具与对刀块之间，凭抽动的松紧感觉来判断，以适度为宜。对刀装置可迅速而准确地确定夹具与刀具间的相对位置。本课题键槽铣刀需要两个方向对刀，故应采用侧装直角对刀块。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1250.03mm则由两铣刀间的轴套长度确定。因此，只需设置一个对刀块即能满足键槽和油槽的加工要求。图2-5图2-5为对刀块，其技术要求：（1）材料：20（2）热处理：渗碳深度0.81.2mm HRC5864（3）其他技术条件按GB225980机床夹具零件及部件技术条件2.6材料的选择及其技术要求：（1）材料：45#钢（2）热处理：HRC4045（3）其他技术条件按GB225980机床夹具零件及部件技术条件。2.7夹具部分图上的尺寸、公差和技术要求第三章 成型设计及装配1. 主要零件成型设计的步骤：2.2.零件装配图技术要求 1、基本要求1.1 必须按照设计、工艺要求及本规定和有关标准进行装配。1.2 装配环境必须清洁。高精度产品的装配环境温度、湿度、防尘量、照明防震等必须符合有关规定。1.3 所有零部件（包括外购、外协件）必须具有检验合格证方能进行装配。1.4 零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、砂粒、灰尘和油污等，并应符合相应清洁度要求。1.5 装配过程中零件不得磕碰、划伤和锈蚀。1.6 油漆未干的零件不得进行装配。1.7 相对运动的零件，装配时接触面间应加润滑油（脂）。1.8 各零、部件装配后相对位置应准确。1.9 装配时原则上不允许踩机操作，特殊部位必须上机操作时应采取特殊措施，应用防护罩盖住被踩部位，操作者须穿平底步鞋以防止破坏漆膜，电瓶及非金属等强度较低部位严禁踩踏。2、联接方法的要求2.1 螺钉、螺栓联接2.1.1 螺钉、螺栓和螺母紧固时严禁打击或使用不合适的旋具与板手，紧固后螺钉槽、螺母、螺钉及螺栓头部不得损伤。2.1.2 有规定拧紧力矩要求的紧固件，应采用力矩扳手按规定拧紧力矩紧固。未规定拧紧力矩的螺栓，其拧紧力矩可参考附录一的规定 。2.1.3 同一零件用多个螺钉或螺栓紧固时，各螺钉（螺栓）需顺时针、交错、对称逐步拧紧，如有定位销，应从靠近定位销的螺钉或螺栓开始。2.1.4 用双螺母时，应先装薄螺母后装厚螺母。2.1.5 螺钉、螺栓和螺母拧紧后，螺钉、螺栓一般应露出螺母1-2个螺距。2.1.6 螺钉、螺栓和螺母拧紧后，其支承面应与被紧固零件贴合。 附录一：普通螺栓扭紧力矩螺栓强度级螺栓公称直径/mm6810121416182022242730364248扭紧力矩/N.m4.645101220253544546988108118147167206225284294370441519529666882107813721666205824505.65712152531445469881081371471862062652843433704415396866668331098137217052736233425486.66814182939496483981271571762162453143434314415396377847849801323167719602548308738228.8912222944587610212116218925226034736949250266963885093312441267168922142952354047215311708110.91314293564761081271762062743233724415296377258629211098137216171666196027443283426350966468774212.9152037507488128171204273319425489565622830847112910961435157420992138285037364981597479668962119493总装配图与分解图： 总结： 随着CAD/CAPP/CAM技术的发展，传统的夹具设计方式已经不能满足现代制造系统灵活、快速的要求，计算机辅助夹具设计(CAFD)正是适应这一要求而产生的，而且己成为CIMS系统的关键技术之一。国内从九十年代初就开始研究CAFD技术，到现在己发展到第三代，即能自动生成夹具结构，并与CAD及CAM有良好的接口，但该系统离实际应用还有一段距离;第二代中基于知识的CAFD系统，由于工件的多样性和夹具设计的复杂性，也只能设计一些工件形状极简单的夹具。本论文在对国内外CAFD系统进行广泛研究的基础上，针对国内CAFD现状进行CAFD的研究与开发。结合中国制造业存在的问题，以实用性、高效性为指导思想，以铣床夹具设计为例子，构建了一个由文字说明夹杂计算机软件造型的设计。在本论文的完成过程中，所做的工作及取得的成果如下:1.针对国内外的夹具研究现状，抱着与时俱进的态度对未来夹具发展做了大胆的预测2.总结前人手工绘图存在的缺陷，运用计算机软件AUTOCAD给所设计的夹具绘制完整的二维三视图。3.使用三维软件solidwors对所设计的夹具做了一个清楚直观的三维造型设计，三维设计更符合工程设计人员的逻辑思维习惯，从二维到三维是计算机设计技术的革命，现在三维软件已经是市场的主流，夹具三维计算机辅助设计更是蓬勃展开，三维夹具设计是必然。有成功同样存在着不足，由于时间、条件和本人技术的不足，设计难免会留下很多的漏洞，很多先进的技术和经验没有被使用到设计中，并且没有在现实生产中去体验设计所存在的缺点，都成了本设计的遗憾。参考资料 濮良贵 主编机械设计 第七版 高等教育出版社王之栋 主编机械设计综合课程设计 机械工业出版社江南学院 肖继德 主编机床夹具设计200年 机械工业出版社李庆寿 主编机床夹具设计1984年 机械工业出版社 哈尔滨工业大学、上海工业大学 主编 机床夹具设计1980年上海科学技术出版社杨黎明 主编 机床夹具设计手册1996年国防工业出版社东北重型机械学院、洛阳工学院、第一汽车制造厂职大学 主编 机床夹具设计手册1988年