铣床专用夹具毕业设计论文

.摘 要我国社会主义现代化要求机械制造工业为国民经济各部门的技术进步、技术改造提供先进、高效的技术装备，它首先要为我国正在发展的产业包括农业、重工业、轻工业以及其它产业提供质量优良、技术先进的技术装备，同时还要为新材料、新能源、机械工程等新技术的生产和应用提供基础备。本论文是结合目前实际生产中，通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件效率低、劳动强度大、加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，本论文为铣床专用夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体的设计及加工精度等方面的分析。本夹具能在加工常规零件的时候使质量进一步提升，并降低劳动强度，能在保证产品质量加工精度的同时批量生产，从而降低生产成本。从而夹具的使用在某种程度上提高实际生产中企业的效益 。因而对夹具知识的认识和学习，在今天显的优重要起来。 关键词：装备；制造；铣床；专用夹具ABSTRACT Chinas socialist modernization requirements for mechanical manufacturing industry sectors of the national economy progress of technology, technical transformation to provide advanced, effective technical equipment, it must first for China is in the development of the industry include agricultural, heavy industry, light industry and other industries provide good quality, technical advanced technical equipment, but also for new materials, new energy, mechanical engineering of production and application of new technology provides the basis of equipment. The present paper is combining the actual production, gm can not meet the production requirements, fixture using universal fixture clamping work-piece efficiency, low labor strength, processing quality is not high, and often need to increase crossed process, and special design of a milling machine fixture, mainly including fixture positioning scheme, clamping, of cutter scheme, the concrete and the TAB folder design and machining precision analysis. This fixture can in processing of conventional parts that quality further ascension, and reduce the labor intensity, can guarantee the quality of its products processing precision and batch production, so as to reduce the production cost. Thus fixture use in some extent improve the efficiency of enterprises in practical production. Thus to fixture knowledge know and study the optimal in todays show for important up.Key words: equipment；manufacturing；milling；the machine tools fixture目 录摘 要IABSTRACTII前 言V第1章 机床夹具概论11.1 机床夹具的功能和作用1 1.1.1 机床夹具的功能1 1.1.2 机床夹具的作用21.2 机床夹具的组成21.3 机床夹具的分类及设计要求41.3.1 机床夹具的分类41.3.2 机床夹具的设计要求51.4 机床夹具保证加工精度的原理51.4.1 机床夹具保证加工精度的工作原理51.4.2 使用夹具对工件进行加工时加工误差的组成61.5 机床夹具的现状及发展方向7第2章 零件的分析10第3章 工件的定位143.1 工件的定位方案143.1.1 概述143.1.2 限制工件自由度与加工要求的关系14 3.1.3 确定定位方式与定位元件163.2 定位误差的分析与计算173.2.1. 定位误差的产生原因及计算方法173.2.2. 定位误差的计算18第4章 工件的夹紧214.1 夹紧装置的组成及基本要求214.2 夹紧力的确定224.2.1 夹紧力的三要素22 4.2.2 夹紧的动力装置244.2.3. 夹紧力的分析计算25第5章 对刀元件、连接元件及夹具体285.1 对刀元件285.2 定位键285.3 夹具体29第6章 夹具总体结构设计及精度分析30第7章 夹具结构工艺性和经济性分析347.1. 夹具的结构工艺性347.2. 夹具的经济性分析34总 结37致 谢38参考文献39附录一 外文40附录二 中文46前 言在机械加工过程中，为了保证加工精度，必须固定工件，使工件相对于机床或刀具占有确定的位置，以完成工件的加工和检验。夹具是完成这一过程的工艺装备。机床夹具是在机床上用以装夹工件和引导刀具并能保持与机床确定的相对位置的一种装置。其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。在现代生产中，机床夹具作为机床的一部分已成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在工件生产批量较大时，我们除了考虑工件加工精度外我们还需要考虑到生产率和经济性问题，所以常常采用专门为某一零件的某一工序而设计的专用夹具进行工件的装夹。这时不需划线和找正，只需将工件放到夹具中，即可确定工件与机床及刀具之间的位置，并将工件夹紧。专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。铣床专用夹具是机械制造厂中常用的夹具，主要用于加工平面、键槽、缺口、花键以及成型表面等。由于铣削加工的切削时间较短，单件加工时的辅助时间相对的显得较长。因而降低辅助时间是铣床夹具要考虑的主要问题。在成批或大量生产类型中采用多件加工铣床夹具可相对提高劳动生产率。也是本论文研究的重点。.第1章 机床夹具概论1.1 机床夹具的功能和作用1.1.1 机床夹具的功能机床夹具的主要功能是装夹工件，使工件在夹具中定位和夹紧。夹具还要与机床连接，并在机床上相对定位，以完成切削成形的加工过程。除上述功能外，根据工艺要求，夹具还可具备对刀、导向、分度等功能。 （1） 夹具:夹具是一种装夹工件的工艺装备，种类很多。其广泛应用于机械制造的切削加工、焊接、装配、检测、热处理等工艺过程中，如机床夹具、焊接夹具、检测夹具等。 （2） 机床夹具:在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。 （3） 定位:确定工件在夹具中占有准确位置的过程称为定位。定位是通过工件的定位基准面与夹具定位件的定位面接触或相配合实现的。准确定位可保证加工面的尺寸和表面之间的位置精度要求。 （4） 夹紧:为克服切削过程中工件受外力的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 （5） 对刀:对刀就是调整刀具相对工件或夹具的准确位置。 （6） 导向:导向的作用是确定刀具相对于夹具的准确位置，并引导刀具进行切削。 （7） 分度:分度的作用是确定多个加工表面间位置的分度间距或角度。分度分为圆角分度和直线分度两大类。 （8） 装夹:从定位到夹紧的全过程称为装夹。工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。1.1.2 机床夹具的作用夹具是机械制造厂里的一种工艺装备。在机械制造过程中，广泛采用大量夹具，机床夹具就是夹具中的一种。它装在机床上，使工件相对刀具与机床保持正确的相对位置，并能承受切削力的作用。如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳、分度头等，都是机床夹具。在机械加工中，机床夹具的主要作用有以下六个方面： （1） 保证加工精度。用专用夹具安装工件，能迅速准确的定位工件，不受工人操作水平等因素的影响，不同批次零件基本达到相同的精度，保证加工精度稳定可靠。 （2） 提高劳动生产率。采用机床夹具工件定位和夹紧迅速可靠，既可减少画线找正等辅助工时，又提高工件加工时的刚度，还可以选用较大的切削量，从而提高劳动生产率。 （3） 改善工人的劳动条件。采用夹具装夹工件方便、省力、安全、可靠。当采用气动、液动等夹紧装置时可减轻工人的劳动强度，同时保证安全生产。 （4） 降低生产成本。在成批生产中使用夹具，生产效率高，对工人的技术要求低，可相对降低生产成本。批量越大，生产成本降低越显著。 （5） 保证工艺纪律； （6） 获得良好经济效率。然而，在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应该综合考虑加工的技术要求、生产成本和工人操作方便等方面的要求，以便达到预期的效果。1.2 机床夹具的组成虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。机床夹具由以下六个部分组成：定位元件；夹紧装置；夹具体；连接元件；对刀导向元件；其他元件或装置。 （1） 定位元件:定位元件是夹具的主要功能元件之一。通常按工件定位基准面的形状设计。如V形块、可调V形块、定位轴、销、键。 （2） 夹紧装置:其包括两部分，分为a. 夹紧机构 如螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构等。b. 夹紧动力装置 如液压动力装置、气压动力装置、电动装置等。使用夹紧动力装置可实现工件的自动夹紧达到较高的劳动生产率。 （3） 夹具体:夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。 （4） 连接元件: 这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。通常有两种形式:一种是连接在机床工作台上；一种是连接在机床主轴上。 （5） 对刀、导向元件: 这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。 （6） 其他元件或装置: 根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。图1.1 机床夹具的组成及各组成部分之间的关系图1.1所示为机床夹具的组成及各组成部分与机床、工件、刀具的相互联系。由此为正确设计夹具提供必要的依据。因为定位和夹紧是与工件有关，所以在设计定位元件和夹紧装置时，必须全面掌握与工件在该工序加工时的有关资料；在设计对刀、导向元件时，除考虑工件所要求的加工尺寸外，还必须掌握所用刀具的类型和尺寸规格；在设计连接元件时，则应符合加工时所用机床的工作台或机床主轴的结构型式和尺寸规格。1.3 机床夹具的分类及设计要求1.3.1 机床夹具的分类机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按某一属性进行分类。 （1） 按夹具的通用特性分类按这一分类方法，常用的夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。它反映夹具在不同生产类型中的通用特性，因此是选择夹具的主要依据。a. 通用夹具 通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状范围内的各种工件。适用于单件小批量生产中。b. 专用夹具 专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。c. 可调夹具 可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。 d. 组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点；因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。 （2） 按夹具使用的机床分类这是专用夹具设计所用的分类方法。按使用的机床分类，可把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具。 （3） 按夹具动力源来分类按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。1.3.2 机床夹具的设计要求机床夹具设计与其他装备的设计有较大的差别，设计机床夹具时，应满足下列五项基本要求。 （1） 在机械加工工艺系统中，夹具要具有以下要求:工件在夹具中的准确定位；夹具在机床上的准确位置；刀具的准确位置。按加工要求，对夹具及其它元件的几何参数提出一定的精度要求，夹具的设计精度应满足加工精度要求，具有一定的夹具制造精度。 （2） 保证工人操作方便、省力、安全。 （3） 达到一定的劳动生产率要求。 （4） 满足一定的使用寿命要求。 （5） 满足设计的经济性要求。1.4 机床夹具保证加工精度的原理1.4.1 机床夹具保证加工精度的工作原理机床夹具保证加工精度的工作原理有以下三个方面。 （1） 工件在夹具的准确定位 工件的定位使工件在夹具中占有准确的加工位置。 （2） 夹具在机床上的准确位置 夹具在机床上的相对定位，是使夹具体的连接表面与机床连接，以确定夹具在机床主轴或工作台上的准确位置，实现对机床切削成形运动的定位。影响夹具对切削成形运动的定位精度的环节较多，其中，有定位元件工作面对夹具体的连接表面间的位置误差，连接元件的连接误差等。夹具在机床上的准确位置，其本质是指定位元件的工作面对机床切削成形运动的定位，从而达到了工件被加工表面对定位基准的位置和尺寸精度的要求。 （3） 刀具的准确位置 使刀具相对有关的定位元件工作面之间保持准确的位置关系，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸，达到了加工精度要求。在夹具设计时，满足加工精度要求，是检验夹具性能的第一标准。1.4.2 使用夹具对工件进行加工时加工误差的组成 （1） 加工误差的组成使用夹具对工件进行加工时，在机械加工工艺系统中，有下列误差影响加工精度:a. 定位误差。b. 夹紧误差。c. 夹具体基面（连接表面）误差。d. 定位元件工作面对夹具体基面的位置误差。d. 夹具与机床的连接误差。f. 夹具磨损及刚度。g. 机床有关几何精度。h. 机床刚度。i. 机床热变形。j. 对刀导向面的位置误差。k. 对刀导向的调整误差。l. 刀具磨损及刀具刚度。m. 工件刚度及热变形n. 测量误差。满足加工精度要求，有赖于对加工误差的分析，并达到一定的夹具制造精度。上述影响加工精度的因素中，与夹具直接有关的因素公式（1.1）表示 （1.1） 式中 定位误差； 夹具位置误差； 对刀导向误差；夹紧误差；夹具磨损及夹具刚度。 （2） 加工误差不等式工件在夹具中被加工时，尽管影响加工精度的因素很多，但是为了得到合格的产品，就必须使各项加工误差的总和等于或小于规定的工件的工序尺寸公差，用加工误差不等式表示公式（1.2） （1.2）式中 定位误差（见前述影响因素a）； 夹具位置误差（见前述影响因素c d e）； 对刀导向误差（见前述影响因素j k）； 加工过程误差（见前述影响因素b f g h i l m n） 工件的工序尺寸公差。式（1.2）用于夹具的精度设计。夹具的误差主要计入、三项，随着加工精度要求的提高，必须将其数值控制在很小的范围内，以提高定位精度、夹具位置精度和对刀导向精度。综上所述，夹具能保证工件加工精度的原因是，由于工件在夹具中的位置和夹具相对刀具、机床的位置被确定，因此，工件在加工中的准确位置得到保证，从而使夹具能满足工件的加工精度要求。1.5 机床夹具的现状及发展方向夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 （1） 机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批量多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新50%80%的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%20%。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：a. 能迅速而方便地装配新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；b. 能装夹一组具有相似性特征的工件；c. 能适用于精密加工的高精度机床夹具；d. 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；e. 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；f. 提高机床夹具的标准化程度。 （2） 现代机床夹具的发展方向随着科学技术的进步和市场需求的日益增长，要求产品更新换代的周期越来越短，因而缩短生产准备周期、提高产品质量和降低生产准备的成本等问题已显得十分突出。在现代制造业中，机床夹具如何适应上述发展的要求，是广大工艺设计人员值得注意的问题。根据今后各种生产组织形式的发展特点，机床夹具的发展方向可以归纳为以下几个方面。a. 功能柔性化由于多品种、小批量生产方式将成为今后的主要生产形式，机床夹具应能在一定范围内适用于不同的生产类型和不同的机床加工。b. 传动高效化、自动化为了减少夹紧的辅助时间和减轻工人的劳动强度，提高生产率，在现代机床夹具上普遍采用机械化和自动化的高效传动部件。c. 制造的精密化随着产品质量要求的不断提高，对夹具精度也提出了更高的要求，如定心夹具的定心精度目前可以达到微米级甚至亚微米级。d. 旋转夹具的高速化车削加工中为了获得高表面质量，对于有色金属材料切削速度要求高达1000m/min以上，对于黑色金属也要求超过600m/min，为了适应高速切削的需要，夹具必须采用特殊结构，自动进行夹紧力的检测和补偿，使动态夹紧力始终保持在所需的范围内。e. 结构标准化、模块化夹具标准化是生产专业化和柔性化的基础。模块化是在夹具的标准化和组合化的基础上发展起来的新型夹具。f. 设计自动化随着计算机辅助设计（CAD）的广泛应用，机床夹具的CAD技术也逐渐应用于生产。第2章 零件的分析零件的生产加工类型对工艺规程的制定具有决定性的影响。生产类型就是对企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。零件的生产类型又取决于零件的生产纲领来确定，零件的生产纲领主要是指包括备品与废品在内的计划期内产量。以年生产纲领为例，可按下式计算： Error! Reference source not found. （2.1）式中: N零件的年产量，件/年； Q产品的年产量，台/年； n每台产品中该零件的数量，件/台 a%备品率，一般取2%4%；b%废品率，一般取0.3%0.7%。 本次设计的铣槽工序用的铣床夹具，产品的类型为轻型机械，年产量为5000台/年，根据实际生产的情况投产，备品率取3%，废品率取0.5%。由题意知Q=5000，n=1，a%=3%， b%=0.5%，代入公式（2.1）得：) =5000*（1+3%）*（1+0.5%）=5175.75（件/年） 根据计算结果，查表2.1生产类型与生产纲领的关系，可知零件的生产为大批生产。根据生产类型查机械制造技术基础【11】第184页各种生产类型的工艺特点。查得生产类型的工艺特点分别为加工对象：固定不变；毛坯特点：模锻件，精度高，余量小；机床设备：专用机床、自动机床及自动线；夹具：采用专用夹具、量具；生产率高生产成本低；操作工人操作技能要求一般。长期连续生产。表2.1 生产类型与生产纲领的关系 生产类型生产纲领（件/年）重型机械中型机械小型机械单件生产5101000500050000工件的为套筒类零件，此零件为车床尾座套筒，它是车床的主要零件，其结构合理与否、质量好坏对加工过程、加工精度等有极大影响，其作用是轴类零件定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。尾座顶尖的定位精度直接影响机床加工工件的径向尺寸精度，以及圆度、圆柱度、同轴度等形位精度。其外圆和箱体之间经常来回运动，其耐磨性要求较高。平键槽用来安装平键，起导向作用，6孔为排气孔，30孔安装手轮丝杠。零件的材料为45钢锻造成型，经调质硬度在HRC2832。具有良好的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷。夹具设计方法：夹具设计是在机械加工工艺过程制定之后，按照某一工序的具体要求进行。夹具设计是工艺装备设计的一部分，是保证质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施之一。其首先研究分析原始资料，明确设计任务；第二确定夹具的结构方案；第三绘制夹具总图；第四确定并标注有关尺寸及技术条件；第五绘制夹具零件图。首先问题的提出：本次设计的工艺内容：在实体上铣出两通槽，如图（2.1）所示。本工序选用的加工要求是：槽宽为 mm，槽深为，两槽在圆周方向互为角度，表面粗糙度为12.5在大批大量生产的条件下，为节约辅助时间，采用两把铣刀同时进行加工，即采用两工位铣床夹具。工序图如图2.2所示，本工序前已加工的表面为：外圆，内孔及两端面均已加工完毕。该槽既要保证尺寸精度，又要保证位置精度，需要设计专用夹具来进行工才能实现。本工序采用5mm标准键槽铣刀在立式铣床X51上，一次装夹六件进行加工。图2.1 零件图其次设计的任务：保证加工精度，提高劳动生产率。改善工人的劳动条件，采用夹具装夹工件方便、省力、安全、可靠。当采用气动、液动等夹紧装置时可减轻工人的劳动强度，同时保证安全生产。降低生产成本。在成批生产中使用夹具，生产效率高，对工人的技术要求低，可相对降低生产成本。批量越大，生产成本降低越显著。获得良好经济效率。夹具应具有良好地结构工艺性，操作安全可靠。加工工序图如图2.2所示：图2.2 工序图由于该工件生产为大批大量生产，为了减少夹紧的辅助时间和减轻工人的劳动强度，提高生产率。采用具有一定自动化程度的夹具。由于零件的壁厚较薄，加工中容易变形。从工作平稳，刚性大，无噪声，劳动条件好等方面考虑，本工序加工采用具有柔性的夹具。故拟定选用V形块定位浮动夹紧液压装置。第3章 工件的定位3.1 工件的定位方案3.1.1 概述使用夹具加工工件有多种加工要求，其主要是满足工件被加工表面的工序尺寸和位置精度要求。为此，必须保证工件在加工过程中相对机床切削成形运动有准确的位置。从夹具保证加工精度的原理可知，工件的定位是其中极为重要的一个环节。 （1） 基准 基准是零件上用以确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。根据作用不同，可将基准做如下分类: （2） 设计基准 在零件图上用来确定其他点、线、面位置的基准，称为设计基准。 （3） 定位基准 加工时工件定位所使用的基准，称为定位基准。 （4） 定位与夹紧的关系 定位与夹紧是装夹工件的两个有联系的过程。在工件使用定位元件定位以后，工件在夹具中的位置即。为使在切削力、重力、离心力等外力作用下能保持即定的位置不变，通常使用夹紧机构再妥善的夹紧工件，将工件固定。还有些夹具能使工件的定位与夹紧同时完成，例如三爪自定心卡盘等。3.1.2 限制工件自由度与加工要求的关系 1. 自由度的概念 由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。工件在空间的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三个坐标轴移动，称为移动自由度分别表示为；又能绕Ox、Oy、Oz三个坐标轴转动，称为转动自由度，分别表示为。 图3.1 自由度 2. 六点定位原则如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。根据工件加工面的位置精度（包括位置尺寸）要求，有时需要限制6个自由度，有时仅需要限制1个或几个（少于6个）自由度，具体视工件加工要求而定。下面分几种情况讨论。 （1） 完全定位 完全定位是指不重复地限制了工件的六个自由度的定位。当工件在x、y、z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。 （2） 不完全定位 根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位。 （3） 欠定位 根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位。欠定位无法保证加工要求，因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位的现象产生。 （4） 过定位 夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称为过定位。3.1.3 确定定位方式与定位元件 工件的外圆柱面定位有两种基本形式:定心定位和支承定位。定心定位的外圆柱面是定位基面，外圆柱面的中心线是定位基准。在夹具设计中，常用于外圆表面定位的定位元件有定位套、支承板和V形块等。各种定位套对工件外圆表面实现定心定位，支承板对外圆表面的支承定位，V形块则实现对外圆表面的定心对中定位。工件为套筒类零件，加工键槽和油槽，其对称度要求较高，并且采用外圆柱面定位。即当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。V形块工作面间的夹角常取60、90、120三种，其中应用最多的是90V形块。90V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。在夹具主要定位元件是V形块和止动定位销。由于V形块定位精度高，工件轴向位置用止动定位销定位，能保证加工精度。另外，夹紧方向与切入方向（垂直进刀）一致，且夹紧力在主要定位支撑面内，定位夹紧可靠。由于键槽和油槽长度不等，为了能够同时加工完毕，将两个止动定位销的位置前后错开。此加工工序有两个加工工位，如图3.2所示。图3.2 定位方案工位1: 加工键槽8H11，工件以外圆和端面在两个V形块上和止动定位销定位，限制工件五个自由度即：。工位2: 键槽8H11已加工，加工油槽R2mm。工件以外圆和端面在两个V形块上和止动定位销定位，键槽处用8h6定位销定位。用两个V形块上和止动定位销定位，限制工件五个自由度，即。键槽处用8h6定位销定位，限制工件的三个自由度即：。这样工件被限制了8个自由度属于过定位。如果工件的定位面经过加工，定位元件的尺寸、形状和位置也都做得比较准确光整，则过定位不但对工件加工面的位置尺寸影响不大，反而可以增强加工时的支撑刚性，这时过定位是允许的。键槽处用8h6定位销定位，以满足两槽间的位置精度要求。3.2 定位误差的分析与计算 六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用D表示。在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/51/3。即： D(1/51/3)T （3.1） 式中：D定位误差，单位为mm； T 工件的加工误差，单位为mm。3.2.1. 定位误差的产生原因及计算方法工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。 （1） 基准位移误差Y定位基面和定位元件本身的制造误差会引起同一批工件定位基准的相对位置发生变动，这一变动的最大范围称为基准位移误差，用Y表示。基准位移误差引起的定位误差是将W在加工要求方向上投影。即: （3.2）式中：Y与工序尺寸（或位置要求）方向的夹角。 （2） 基准不重合误差B当工件的工序基准与定位基准不重合时，则在工序基准与定位基准之间必然存在位置误差，由此引起同一批工件的工序基准发生变动，其最大变动范围称为基准不重合误差，用B表示。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差。工序基准与定位基准之间的联系尺寸称为基准尺寸。B等于基准尺寸的公差。基准不重合误差引起的定位误差是将B在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影。即 （3.3）式中： B与工序尺寸（或位置要求）方向的夹角。定位误差是由基准位移误差和基准不重合误差两部分产生的定位误差DW、DB的合成。其基本计算步骤为: （1） 当工序基准与定位基准为两个独立的表面，即W、B无相关的公共变量时， （3.4） （2） 当工序基准在定位基面上，即W、B有相关的公共变量时， （3.5）在定位基面尺寸变动方向一定的条件下，当W与B变动方向相同，即对加工尺寸影响相同时，取“+”号；当W与B变动方向相反即对加工尺寸影响相反时，取“-”号。通常定位误差D在W与B都和工序尺寸一致的情况下有下列公式即: （3.6）3.2.2. 定位误差的计算 下表列出了在不同夹角的V形架上定位时，工序尺寸的三种不同标注方法的计算公式，供设计时使用。表3.1 V形架定位误差值 定位误差DV形架夹角601.51.00.5901.200.7070.2071201.0770.5770.077选用标准V形块定位，即90V形块，不计其制造误差，工件采用55h6mm外圆表面定位时，只有定位基准面的制造误差造成工件定位中心偏移，产生基准位移误差，方向不定。如图（3.3）所示由图3.3可知，仅由于工件直径公差的影响，使工件中心沿Z方向从O1移至O2，即基准位移量为 （3.7） （3.8）式中 工件定位的直径公差（mm）； a/2V形块的半角（）。V形块对中性好，即其沿X方向的位移误差为零。，其V形块的位移误差计算公式为（3.9）图3.3 V形块定心定位的基准位移误差 （3.9）由此可知 ； 考虑到定位基准面制造时的尺寸公差、圆柱度误差等随机误差综合因素影响，所以用概率叠加法计算基准位移误差：由此可知，定位基准沿Z轴方向最大位移为0.035mm，并且影响其键槽深度方向的尺寸精度。工序尺寸 公差： 故采用此定位方案精度足够。第4章 工件的夹紧在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。4.1 夹紧装置的组成及基本要求工件定位后将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。 （1） 夹紧装置的组成由以下三部分组成。a. 动力源装置 它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。b. 传力机构 它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重。c. 夹紧元件 它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。 （2） 设计夹紧装置应遵循以下原则：a. 工件不移动原则 夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。b. 工件不变形原则 夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。c. 工件不振动原则 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。d. 安全可靠原则 夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。e. 经济实用原则 夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构。它主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构。对夹紧机构通常有如下要求。a. 可浮动 由于工件上各夹紧点之间总是存在位置误差，为了使压板可靠地夹紧工件或使用一块压板实现多点夹紧，一般要求夹紧机构和支承件等要有浮动自位的功能。要使压板及支承件等产生浮动，可用球面垫圈、球面支承及间隙联接销不实现。b. 可联动 为了实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用，并使操作简便，设计中广泛采用各种联动机构。c. 可增力 为了减小动力源的作用力，在夹紧机构中常采用增力机构。最常用的增力机构有：螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合。铰链增力机构常和杠杆机构组合使用，称为铰链杠杆机构。它是气动夹具中常用的一种增力机构。其优点是增力比较大，而摩擦损失较小。d. 可自锁 当去掉动力源的作用力之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁。自锁是夹紧机构的一种十分重要并且十分必要的特性。常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构。4.2 夹紧力的确定4.2.1 夹紧力的三要素 （1） 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。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。其一般根据切削原理的公式求出切削力的大小，必要时算出惯性力、离心力的大小，然后与工件的重力及待求的夹紧力组成静平衡力系，列平衡方程式。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 （4.1） 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K 1.52。 （2） 紧力的方向紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则：a. 夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。b. 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。c. 夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。 （3） 夹紧力作用点夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。b. 夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。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。工件其夹紧力示意图如下图4.1所示图4.1 夹紧力着力点示意图4.2.2 夹紧的动力装置在大批大量生产中，为提高生产率，降低工人的劳动强度，大多数夹具都采用机动夹紧装置。常见的机动夹紧的动力装置有气动、液动、气液联合驱动、电动、真空夹紧等多种形式。采用机动夹紧时，原始夹紧作用力可以连续作用，夹紧可靠，机构可不必自锁。本设计采用液压夹紧装置，其的结构和工作原理基本与气动夹紧装置相同，所不同的是它所用的工作介质是压力油。与气压夹紧装置相比，液压夹紧具有以下优点：传动力大，夹具结构相对比较小；一般液压夹具中压力油的工作压强可达56.5MPa，比压缩空气的工作压强高10多倍。因此油缸的结构尺寸比气缸小的多。油液不可压缩，夹紧可靠，工作平稳Z噪声小。它的不足之处是须设置专门的液压系统，应用范围受限制。本夹具液压系统中的执行元件为液压缸，用来执行直线往复运动。其特点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠；重量轻，传力大，寿命长；运动惯性小，制造精度高，可做频繁换向；易于实现远控和自控。查文献【15】液压缸的类型选用单杆单作用活塞缸，其工作特点单向液压驱动，回程靠弹簧。采用YJZ型液压泵，如下图（4.2）所示 图4.2 液压缸简图活塞缸的有效作用面积S1为： （4.2） （4.3） （4.4）查文献机械设计手册【14】载荷的工作压力F5KN即液压系统的工作压力为0.8MPa。得S1=676mm。在缸内两腔之间的密封靠活塞内孔O形密封圈，为了防止油液外漏采用Y形密封圈。 4.2.3. 夹紧力的分析计算有时一个工件很难找出合适的夹紧点，这时采取浮动压板分散着力点；增加压紧件接触面积。并采用M16螺栓作为夹具夹紧螺栓。根据理论力学的力平衡理论，夹紧摩擦力矩应与铣削力矩平衡，即。 公式（4.5） (1) 铣削力矩的计算。根据切削用量简明手册，得： （4.6） 其中 =68.2，=18，=16 设：=0.15，=7.25所以 =切削力矩 （2） 夹紧力的计算。由V形块定位夹紧力计算公式得 公式（4.7）得：取K=2.0 , df=0.25得 由于该夹具采用双压板夹紧机构，故每支压板只承受总夹紧力的一半，所以每根夹紧螺栓所承受的夹紧力： （3） 选择夹紧螺栓直径。根据夹紧力方向和作用点的选择原则，铣削键槽垂直进刀时，切削力与夹紧力方向相同，和分别作用在定位支撑A和B两V形块上。切削扭矩M切使工件转动。为防止工件发生转动，夹具夹紧机构应有足够的摩擦力矩与之平衡。铣削时，若两压板与工件接触处的摩擦力矩忽略不计，铣削键槽切入最深处时，轴向力最大，为最不利因素。假若作用在P点（如图 4.2所示），将此处作为验算依据，在垂直于铣刀轴线的平面内，根据力矩平衡原理，对支点B取矩，即求得：又根据图4.3，由力矩平衡原理，得： 采用对顶螺栓，其夹紧力达3510N，远远大于所需夹紧力，故夹紧力安全。图4.3 铣削受力图4.4 夹紧力第5章 对刀元件、连接元件及夹具体5.1 对刀元件铣床夹具的对刀元件是对刀块和塞尺。对刀时，铣刀与对刀块的对刀面不能接触，留有一定的间距，用塞尺检验调整铣刀的位置来实现对刀，确定夹具与刀具间的相对位置。查文献【1】对刀块采用JB/T8031.31999用于加工铣槽的对刀。如图（5.1）图5.1 对刀块5.2 定位键铣床夹具与铣床工作台连接，使夹具的位置与工作台纵向进给方向平行。夹具的主要连接表面与夹具体的底平面采用定位键连接，两个定位键安装在夹具底面的纵向槽中，用开槽圆柱头螺钉固定。定位键是连接元件，通过定位键与铣床工作台T形槽的配合，确定夹具在机床上的正确位置。定位键还可承受切削扭矩，减轻夹具固定螺栓的负荷，加强夹具在加工过程中的稳定性。查文献【1】定位键采用JB/T80161999，其参数查附表9，如图（5.2）所示。图5.2 定位键5.3 夹具体夹具体是整个夹具的基础和骨架。夹具体的形状和尺寸主要取决于工件的外轮廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质。其形状和尺寸很多都是非标准的。夹具体设计时应满足以下一些基本要求:有足够的强度和刚度；减轻重量、便于操作；要有良好的结构工艺性和使用性；尺寸稳定，有一定的精度；排屑方便；在机床上安装稳定、可靠；吊装方便、使用安全。夹具体毛坯的类型: 铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、装配夹具体、型材夹具体。对于铸造结构的夹具体，其结构优点是工艺性好，容易获得形状复杂的内、外轮廓，且具有较好的强度、刚度和抗振性。其材料一般用HT150或HT200.第6章 夹具总体结构设计及精度分析双工位铣双槽铣削夹具设计的指导思想是，采用快速准确定位（零件放在V形块上，且其中一端面与轴向止推销接触），两件同时安装、加工的原则。在普通卧式铣床上对车床尾座顶尖套筒零件槽加工是利用一对V形块和“定位销”定位、带圆弧面浮动压板夹紧工件，这样就能保证工