摘 要我國社會主義現(xiàn)代化要求機械制造工業(yè)為國民經(jīng)濟各部門的技術進步、技術改造提供先進、高效的技術裝備，它首先要為我國正在發(fā)展的產(chǎn)業(yè)包括農(nóng)業(yè)、重工業(yè)、輕工業(yè)以及其它產(chǎn)業(yè)提供質(zhì)量優(yōu)良、技術先進的技術裝備，同時還要為新材料、新能源、機械工程等新技術的生產(chǎn)和應用提供基礎備。本論文是結合目前實際生產(chǎn)中，通用夾具不能滿足生產(chǎn)要求，用通用夾具裝夾工件效率低、勞動強度大、加工質(zhì)量不高，而且往往需要增加劃線工序，本論文為銑床專用夾具，主要包括夾具的定位方案，夾緊方案、對刀方案，夾具體的設計及加工精度等方面的分析。本夾具能在加工常規(guī)零件的時候使質(zhì)量進一步提升，并降低勞動強度，能在保證產(chǎn)品質(zhì)量加工精度的同時批量生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)成本。從而夾具的使用在某種程度上提高實際生產(chǎn)中企業(yè)的效益 。因而對夾具知識的認識和學習，在今天顯的優(yōu)重要起來。 關鍵詞：裝備；制造；銑床；專用夾具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 錄摘 要IABSTRACTII前 言V第1章 機床夾具概論11.1 機床夾具的功能和作用1 1.1.1 機床夾具的功能1 1.1.2 機床夾具的作用21.2 機床夾具的組成21.3 機床夾具的分類及設計要求41.3.1 機床夾具的分類41.3.2 機床夾具的設計要求51.4 機床夾具保證加工精度的原理51.4.1 機床夾具保證加工精度的工作原理51.4.2 使用夾具對工件進行加工時加工誤差的組成61.5 機床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)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 限制工件自由度與加工要求的關系14 3.1.3 確定定位方式與定位元件163.2 定位誤差的分析與計算173.2.1. 定位誤差的產(chǎn)生原因及計算方法173.2.2. 定位誤差的計算18第4章 工件的夾緊214.1 夾緊裝置的組成及基本要求214.2 夾緊力的確定224.2.1 夾緊力的三要素22 4.2.2 夾緊的動力裝置244.2.3. 夾緊力的分析計算25第5章 對刀元件、連接元件及夾具體285.1 對刀元件285.2 定位鍵285.3 夾具體29第6章 夾具總體結構設計及精度分析30第7章 夾具結構工藝性和經(jīng)濟性分析347.1. 夾具的結構工藝性347.2. 夾具的經(jīng)濟性分析34總 結37致 謝38參考文獻39附錄一 外文40附錄二 中文46前 言在機械加工過程中，為了保證加工精度，必須固定工件，使工件相對于機床或刀具占有確定的位置，以完成工件的加工和檢驗。夾具是完成這一過程的工藝裝備。機床夾具是在機床上用以裝夾工件和引導刀具并能保持與機床確定的相對位置的一種裝置。其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，機床夾具作為機床的一部分已成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。在工件生產(chǎn)批量較大時，我們除了考慮工件加工精度外我們還需要考慮到生產(chǎn)率和經(jīng)濟性問題，所以常常采用專門為某一零件的某一工序而設計的專用夾具進行工件的裝夾。這時不需劃線和找正，只需將工件放到夾具中，即可確定工件與機床及刀具之間的位置，并將工件夾緊。專用夾具是針對某一工件的某一工序的加工要求而專門設計和制造的夾具。其特點是針對性極強，沒有通用性。在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。銑床專用夾具是機械制造廠中常用的夾具，主要用于加工平面、鍵槽、缺口、花鍵以及成型表面等。由于銑削加工的切削時間較短，單件加工時的輔助時間相對的顯得較長。因而降低輔助時間是銑床夾具要考慮的主要問題。在成批或大量生產(chǎn)類型中采用多件加工銑床夾具可相對提高勞動生產(chǎn)率。也是本論文研究的重點。V 第1章 機床夾具概論1.1 機床夾具的功能和作用1.1.1 機床夾具的功能機床夾具的主要功能是裝夾工件，使工件在夾具中定位和夾緊。夾具還要與機床連接，并在機床上相對定位，以完成切削成形的加工過程。除上述功能外，根據(jù)工藝要求，夾具還可具備對刀、導向、分度等功能。 （1） 夾具:夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，種類很多。其廣泛應用于機械制造的切削加工、焊接、裝配、檢測、熱處理等工藝過程中，如機床夾具、焊接夾具、檢測夾具等。 （2） 機床夾具:在金屬切削機床上使用的夾具統(tǒng)稱為機床夾具。 （3） 定位:確定工件在夾具中占有準確位置的過程稱為定位。定位是通過工件的定位基準面與夾具定位件的定位面接觸或相配合實現(xiàn)的。準確定位可保證加工面的尺寸和表面之間的位置精度要求。 （4） 夾緊:為克服切削過程中工件受外力的作用而破壞定位，必須對工件施加夾緊力，這個過程稱為夾緊。夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 （5） 對刀:對刀就是調(diào)整刀具相對工件或夾具的準確位置。 （6） 導向:導向的作用是確定刀具相對于夾具的準確位置，并引導刀具進行切削。 （7） 分度:分度的作用是確定多個加工表面間位置的分度間距或角度。分度分為圓角分度和直線分度兩大類。 （8） 裝夾:從定位到夾緊的全過程稱為裝夾。工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。1.1.2 機床夾具的作用夾具是機械制造廠里的一種工藝裝備。在機械制造過程中，廣泛采用大量夾具，機床夾具就是夾具中的一種。它裝在機床上，使工件相對刀具與機床保持正確的相對位置，并能承受切削力的作用。如車床上使用的三爪自定心卡盤、銑床上使用的平口虎鉗、分度頭等，都是機床夾具。在機械加工中，機床夾具的主要作用有以下六個方面： （1） 保證加工精度。用專用夾具安裝工件，能迅速準確的定位工件，不受工人操作水平等因素的影響，不同批次零件基本達到相同的精度，保證加工精度穩(wěn)定可靠。 （2） 提高勞動生產(chǎn)率。采用機床夾具工件定位和夾緊迅速可靠，既可減少畫線找正等輔助工時，又提高工件加工時的剛度，還可以選用較大的切削量，從而提高勞動生產(chǎn)率。 （3） 改善工人的勞動條件。采用夾具裝夾工件方便、省力、安全、可靠。當采用氣動、液動等夾緊裝置時可減輕工人的勞動強度，同時保證安全生產(chǎn)。 （4） 降低生產(chǎn)成本。在成批生產(chǎn)中使用夾具，生產(chǎn)效率高，對工人的技術要求低，可相對降低生產(chǎn)成本。批量越大，生產(chǎn)成本降低越顯著。 （5） 保證工藝紀律； （6） 獲得良好經(jīng)濟效率。然而，在不同的生產(chǎn)條件下，應該有不同的側(cè)重點。夾具設計時應該綜合考慮加工的技術要求、生產(chǎn)成本和工人操作方便等方面的要求，以便達到預期的效果。1.2 機床夾具的組成雖然機床夾具的種類繁多，但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中，作用相同的結構或元件加以概括，可得出夾具一般所共有的以下幾個組成部分，這些組成部分既相互獨立又相互聯(lián)系。機床夾具由以下六個部分組成：定位元件；夾緊裝置；夾具體；連接元件；對刀導向元件；其他元件或裝置。 （1） 定位元件:定位元件是夾具的主要功能元件之一。通常按工件定位基準面的形狀設計。如V形塊、可調(diào)V形塊、定位軸、銷、鍵。 （2） 夾緊裝置:其包括兩部分，分為a. 夾緊機構 如螺旋夾緊機構、偏心夾緊機構等。b. 夾緊動力裝置 如液壓動力裝置、氣壓動力裝置、電動裝置等。使用夾緊動力裝置可實現(xiàn)工件的自動夾緊達到較高的勞動生產(chǎn)率。 （3） 夾具體:夾具體是夾具的基體骨架，用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結構、鍛造結構、焊接結構和裝配結構，形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座形等形狀。 （4） 連接元件: 這種元件用于將夾具與機床連接并確定夾具對機床主軸、工作臺或?qū)к壍南嗷ノ恢?。通常有兩種形式:一種是連接在機床工作臺上；一種是連接在機床主軸上。 （5） 對刀、導向元件: 這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對刀元件，用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件稱為導向元件。 （6） 其他元件或裝置: 根據(jù)加工需要，有些夾具上還設有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機構、電動扳手和平衡塊等，以及標準化了的其它聯(lián)接元件。上述各組成部分中，定位元件、夾緊裝置、夾具體是夾具的基本組成部分。圖1.1 機床夾具的組成及各組成部分之間的關系圖1.1所示為機床夾具的組成及各組成部分與機床、工件、刀具的相互聯(lián)系。由此為正確設計夾具提供必要的依據(jù)。因為定位和夾緊是與工件有關，所以在設計定位元件和夾緊裝置時，必須全面掌握與工件在該工序加工時的有關資料；在設計對刀、導向元件時，除考慮工件所要求的加工尺寸外，還必須掌握所用刀具的類型和尺寸規(guī)格；在設計連接元件時，則應符合加工時所用機床的工作臺或機床主軸的結構型式和尺寸規(guī)格。1.3 機床夾具的分類及設計要求1.3.1 機床夾具的分類機床夾具的種類很多，形狀千差萬別。為了設計、制造和管理的方便，往往按某一屬性進行分類。 （1） 按夾具的通用特性分類按這一分類方法，常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動線夾具等五大類。它反映夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性，因此是選擇夾具的主要依據(jù)。a. 通用夾具 通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化，且具有一定通用性的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、中心架、電磁吸盤等。其特點是適用性強、不需調(diào)整或稍加調(diào)整即可裝夾一定形狀范圍內(nèi)的各種工件。適用于單件小批量生產(chǎn)中。b. 專用夾具 專用夾具是針對某一工件的某一工序的加工要求而專門設計和制造的夾具。其特點是針對性極強，沒有通用性。在產(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中，常用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。c. 可調(diào)夾具 可調(diào)夾具是針對通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對不同類型和尺寸的工件，只需調(diào)整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。可調(diào)夾具在多品種、小批量生產(chǎn)中得到廣泛應用。 d. 組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具，并已商品化。標準的模塊元件具有較高精度和耐磨性，可組裝成各種夾具，夾具用畢即可拆卸，留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準備周期，元件能重復多次使用，并具有可減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點；因此組合夾具在單件、中小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工中，是一種較經(jīng)濟的夾具。 （2） 按夾具使用的機床分類這是專用夾具設計所用的分類方法。按使用的機床分類，可把夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機床夾具、數(shù)控機床夾具。 （3） 按夾具動力源來分類按夾具夾緊動力源可將夾具分為手動夾具和機動夾具兩大類。為減輕勞動強度和確保安全生產(chǎn)，手動夾具應有擴力機構與自鎖性能。常用的機動夾具有氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具和離心力夾具等。1.3.2 機床夾具的設計要求機床夾具設計與其他裝備的設計有較大的差別，設計機床夾具時，應滿足下列五項基本要求。 （1） 在機械加工工藝系統(tǒng)中，夾具要具有以下要求:工件在夾具中的準確定位；夾具在機床上的準確位置；刀具的準確位置。按加工要求，對夾具及其它元件的幾何參數(shù)提出一定的精度要求，夾具的設計精度應滿足加工精度要求，具有一定的夾具制造精度。 （2） 保證工人操作方便、省力、安全。 （3） 達到一定的勞動生產(chǎn)率要求。 （4） 滿足一定的使用壽命要求。 （5） 滿足設計的經(jīng)濟性要求。1.4 機床夾具保證加工精度的原理1.4.1 機床夾具保證加工精度的工作原理機床夾具保證加工精度的工作原理有以下三個方面。 （1） 工件在夾具的準確定位 工件的定位使工件在夾具中占有準確的加工位置。 （2） 夾具在機床上的準確位置 夾具在機床上的相對定位，是使夾具體的連接表面與機床連接，以確定夾具在機床主軸或工作臺上的準確位置，實現(xiàn)對機床切削成形運動的定位。影響夾具對切削成形運動的定位精度的環(huán)節(jié)較多，其中，有定位元件工作面對夾具體的連接表面間的位置誤差，連接元件的連接誤差等。夾具在機床上的準確位置，其本質(zhì)是指定位元件的工作面對機床切削成形運動的定位，從而達到了工件被加工表面對定位基準的位置和尺寸精度的要求。 （3） 刀具的準確位置 使刀具相對有關的定位元件工作面之間保持準確的位置關系，這就保證了刀具在工件上加工出的表面對工件定位基準的位置尺寸，達到了加工精度要求。在夾具設計時，滿足加工精度要求，是檢驗夾具性能的第一標準。1.4.2 使用夾具對工件進行加工時加工誤差的組成 （1） 加工誤差的組成使用夾具對工件進行加工時，在機械加工工藝系統(tǒng)中，有下列誤差影響加工精度:a. 定位誤差。b. 夾緊誤差。c. 夾具體基面（連接表面）誤差。d. 定位元件工作面對夾具體基面的位置誤差。d. 夾具與機床的連接誤差。f. 夾具磨損及剛度。g. 機床有關幾何精度。h. 機床剛度。i. 機床熱變形。j. 對刀導向面的位置誤差。k. 對刀導向的調(diào)整誤差。l. 刀具磨損及刀具剛度。m. 工件剛度及熱變形n. 測量誤差。滿足加工精度要求，有賴于對加工誤差的分析，并達到一定的夾具制造精度。上述影響加工精度的因素中，與夾具直接有關的因素公式（1.1）表示 （1.1） 式中 定位誤差； 夾具位置誤差； 對刀導向誤差；夾緊誤差；夾具磨損及夾具剛度。 （2） 加工誤差不等式工件在夾具中被加工時，盡管影響加工精度的因素很多，但是為了得到合格的產(chǎn)品，就必須使各項加工誤差的總和等于或小于規(guī)定的工件的工序尺寸公差，用加工誤差不等式表示公式（1.2） （1.2）式中 定位誤差（見前述影響因素a）； 夾具位置誤差（見前述影響因素c d e）； 對刀導向誤差（見前述影響因素j k）； 加工過程誤差（見前述影響因素b f g h i l m n） 工件的工序尺寸公差。式（1.2）用于夾具的精度設計。夾具的誤差主要計入、三項，隨著加工精度要求的提高，必須將其數(shù)值控制在很小的范圍內(nèi)，以提高定位精度、夾具位置精度和對刀導向精度。綜上所述，夾具能保證工件加工精度的原因是，由于工件在夾具中的位置和夾具相對刀具、機床的位置被確定，因此，工件在加工中的準確位置得到保證，從而使夾具能滿足工件的加工精度要求。1.5 機床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向夾具最早出現(xiàn)在18世紀后期。隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 （1） 機床夾具的現(xiàn)狀國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批量多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔34年就要更新50%80%的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為10%20%。特別是近年來，數(shù)控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)等新加工技術的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：a. 能迅速而方便地裝配新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本；b. 能裝夾一組具有相似性特征的工件；c. 能適用于精密加工的高精度機床夾具；d. 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具；e. 采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產(chǎn)率；f. 提高機床夾具的標準化程度。 （2） 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向隨著科學技術的進步和市場需求的日益增長，要求產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，因而縮短生產(chǎn)準備周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)準備的成本等問題已顯得十分突出。在現(xiàn)代制造業(yè)中，機床夾具如何適應上述發(fā)展的要求，是廣大工藝設計人員值得注意的問題。根據(jù)今后各種生產(chǎn)組織形式的發(fā)展特點，機床夾具的發(fā)展方向可以歸納為以下幾個方面。a. 功能柔性化由于多品種、小批量生產(chǎn)方式將成為今后的主要生產(chǎn)形式，機床夾具應能在一定范圍內(nèi)適用于不同的生產(chǎn)類型和不同的機床加工。b. 傳動高效化、自動化為了減少夾緊的輔助時間和減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)率，在現(xiàn)代機床夾具上普遍采用機械化和自動化的高效傳動部件。c. 制造的精密化隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，對夾具精度也提出了更高的要求，如定心夾具的定心精度目前可以達到微米級甚至亞微米級。d. 旋轉(zhuǎn)夾具的高速化車削加工中為了獲得高表面質(zhì)量，對于有色金屬材料切削速度要求高達1000m/min以上，對于黑色金屬也要求超過600m/min，為了適應高速切削的需要，夾具必須采用特殊結構，自動進行夾緊力的檢測和補償，使動態(tài)夾緊力始終保持在所需的范圍內(nèi)。e. 結構標準化、模塊化夾具標準化是生產(chǎn)專業(yè)化和柔性化的基礎。模塊化是在夾具的標準化和組合化的基礎上發(fā)展起來的新型夾具。f. 設計自動化隨著計算機輔助設計（CAD）的廣泛應用，機床夾具的CAD技術也逐漸應用于生產(chǎn)。第2章 零件的分析零件的生產(chǎn)加工類型對工藝規(guī)程的制定具有決定性的影響。生產(chǎn)類型就是對企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，一般分為單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)三種生產(chǎn)類型。零件的生產(chǎn)類型又取決于零件的生產(chǎn)綱領來確定，零件的生產(chǎn)綱領主要是指包括備品與廢品在內(nèi)的計劃期內(nèi)產(chǎn)量。以年生產(chǎn)綱領為例，可按下式計算： Error! Reference source not found. （2.1）式中: N零件的年產(chǎn)量，件/年； Q產(chǎn)品的年產(chǎn)量，臺/年； n每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量，件/臺 a%備品率，一般取2%4%；b%廢品率，一般取0.3%0.7%。 本次設計的銑槽工序用的銑床夾具，產(chǎn)品的類型為輕型機械，年產(chǎn)量為5000臺/年，根據(jù)實際生產(chǎn)的情況投產(chǎn)，備品率取3%，廢品率取0.5%。由題意知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） 根據(jù)計算結果，查表2.1生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系，可知零件的生產(chǎn)為大批生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)類型查機械制造技術基礎【11】第184頁各種生產(chǎn)類型的工藝特點。查得生產(chǎn)類型的工藝特點分別為加工對象：固定不變；毛坯特點：模鍛件，精度高，余量小；機床設備：專用機床、自動機床及自動線；夾具：采用專用夾具、量具；生產(chǎn)率高生產(chǎn)成本低；操作工人操作技能要求一般。長期連續(xù)生產(chǎn)。表2.1 生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系 生產(chǎn)類型生產(chǎn)綱領（件/年）重型機械中型機械小型機械單件生產(chǎn)<5<10<100小批生產(chǎn)510010200100500中批生產(chǎn)1003002005005005000大批生產(chǎn)30010005005000500050000大量生產(chǎn)>1000>5000>50000工件的為套筒類零件，此零件為車床尾座套筒，它是車床的主要零件，其結構合理與否、質(zhì)量好壞對加工過程、加工精度等有極大影響，其作用是軸類零件定心，同時具有輔助支撐和夾緊的功能。尾座頂尖的定位精度直接影響機床加工工件的徑向尺寸精度，以及圓度、圓柱度、同軸度等形位精度。其外圓和箱體之間經(jīng)常來回運動，其耐磨性要求較高。平鍵槽用來安裝平鍵，起導向作用，6孔為排氣孔，30孔安裝手輪絲杠。零件的材料為45鋼鍛造成型，經(jīng)調(diào)質(zhì)硬度在HRC2832。具有良好的力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷。夾具設計方法：夾具設計是在機械加工工藝過程制定之后，按照某一工序的具體要求進行。夾具設計是工藝裝備設計的一部分，是保證質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率的一項重要技術措施之一。其首先研究分析原始資料，明確設計任務；第二確定夾具的結構方案；第三繪制夾具總圖；第四確定并標注有關尺寸及技術條件；第五繪制夾具零件圖。首先問題的提出：本次設計的工藝內(nèi)容：在實體上銑出兩通槽，如圖（2.1）所示。本工序選用的加工要求是：槽寬為 mm，槽深為，兩槽在圓周方向互為角度，表面粗糙度為12.5在大批大量生產(chǎn)的條件下，為節(jié)約輔助時間，采用兩把銑刀同時進行加工，即采用兩工位銑床夾具。工序圖如圖2.2所示，本工序前已加工的表面為：外圓，內(nèi)孔及兩端面均已加工完畢。該槽既要保證尺寸精度，又要保證位置精度，需要設計專用夾具來進行工才能實現(xiàn)。本工序采用5mm標準鍵槽銑刀在立式銑床X51上，一次裝夾六件進行加工。圖2.1 零件圖其次設計的任務：保證加工精度，提高勞動生產(chǎn)率。改善工人的勞動條件，采用夾具裝夾工件方便、省力、安全、可靠。當采用氣動、液動等夾緊裝置時可減輕工人的勞動強度，同時保證安全生產(chǎn)。降低生產(chǎn)成本。在成批生產(chǎn)中使用夾具，生產(chǎn)效率高，對工人的技術要求低，可相對降低生產(chǎn)成本。批量越大，生產(chǎn)成本降低越顯著。獲得良好經(jīng)濟效率。夾具應具有良好地結構工藝性，操作安全可靠。加工工序圖如圖2.2所示：圖2.2 工序圖由于該工件生產(chǎn)為大批大量生產(chǎn)，為了減少夾緊的輔助時間和減輕工人的勞動強度，提高生產(chǎn)率。采用具有一定自動化程度的夾具。由于零件的壁厚較薄，加工中容易變形。從工作平穩(wěn)，剛性大，無噪聲，勞動條件好等方面考慮，本工序加工采用具有柔性的夾具。故擬定選用V形塊定位浮動夾緊液壓裝置。第3章 工件的定位3.1 工件的定位方案3.1.1 概述使用夾具加工工件有多種加工要求，其主要是滿足工件被加工表面的工序尺寸和位置精度要求。為此，必須保證工件在加工過程中相對機床切削成形運動有準確的位置。從夾具保證加工精度的原理可知，工件的定位是其中極為重要的一個環(huán)節(jié)。 （1） 基準 基準是零件上用以確定其他點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。根據(jù)作用不同，可將基準做如下分類: （2） 設計基準 在零件圖上用來確定其他點、線、面位置的基準，稱為設計基準。 （3） 定位基準 加工時工件定位所使用的基準，稱為定位基準。 （4） 定位與夾緊的關系 定位與夾緊是裝夾工件的兩個有聯(lián)系的過程。在工件使用定位元件定位以后，工件在夾具中的位置即。為使在切削力、重力、離心力等外力作用下能保持即定的位置不變，通常使用夾緊機構再妥善的夾緊工件，將工件固定。還有些夾具能使工件的定位與夾緊同時完成，例如三爪自定心卡盤等。3.1.2 限制工件自由度與加工要求的關系 1. 自由度的概念 由剛體運動學可知，一個自由剛體，在空間有且僅有六個自由度。工件在空間的位置是任意的，即它既能沿Ox、Oy、Oz三個坐標軸移動，稱為移動自由度分別表示為；又能繞Ox、Oy、Oz三個坐標軸轉(zhuǎn)動，稱為轉(zhuǎn)動自由度，分別表示為。 圖3.1 自由度 2. 六點定位原則如果要使一個自由剛體在空間有一個確定的位置，就必須設置相應的六個約束，分別限制剛體的六個運動自由度。分析工件定位時，通常是用一個支承點限制工件的一個自由度。用合理設置的六個支承點，限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是六點定位原則。根據(jù)工件加工面的位置精度（包括位置尺寸）要求，有時需要限制6個自由度，有時僅需要限制1個或幾個（少于6個）自由度，具體視工件加工要求而定。下面分幾種情況討論。 （1） 完全定位 完全定位是指不重復地限制了工件的六個自由度的定位。當工件在x、y、z三個坐標方向均有尺寸要求或位置精度要求時，一般采用這種定位方式。 （2） 不完全定位 根據(jù)工件的加工要求，有時并不需要限制工件的全部自由度，這樣的定位方式稱為不完全定位。 （3） 欠定位 根據(jù)工件的加工要求，應該限制的自由度沒有完全被限制的定位稱為欠定位。欠定位無法保證加工要求，因此，在確定工件在夾具中的定位方案時，決不允許有欠定位的現(xiàn)象產(chǎn)生。 （4） 過定位 夾具上的兩個或兩個以上的定位元件重復限制同一個自由度的現(xiàn)象，稱為過定位。3.1.3 確定定位方式與定位元件 工件的外圓柱面定位有兩種基本形式:定心定位和支承定位。定心定位的外圓柱面是定位基面，外圓柱面的中心線是定位基準。在夾具設計中，常用于外圓表面定位的定位元件有定位套、支承板和V形塊等。各種定位套對工件外圓表面實現(xiàn)定心定位，支承板對外圓表面的支承定位，V形塊則實現(xiàn)對外圓表面的定心對中定位。工件為套筒類零件，加工鍵槽和油槽，其對稱度要求較高，并且采用外圓柱面定位。即當工件的對稱度要求較高時，可選用V形塊定位。V形塊工作面間的夾角常取60、90、120三種，其中應用最多的是90V形塊。90V形塊的典型結構和尺寸已標準化，使用時可根據(jù)定位圓柱面的長度和直徑進行選擇。在夾具主要定位元件是V形塊和止動定位銷。由于V形塊定位精度高，工件軸向位置用止動定位銷定位，能保證加工精度。另外，夾緊方向與切入方向（垂直進刀）一致，且夾緊力在主要定位支撐面內(nèi)，定位夾緊可靠。由于鍵槽和油槽長度不等，為了能夠同時加工完畢，將兩個止動定位銷的位置前后錯開。此加工工序有兩個加工工位，如圖3.2所示。圖3.2 定位方案工位1: 加工鍵槽8H11，工件以外圓和端面在兩個V形塊上和止動定位銷定位，限制工件五個自由度即：。工位2: 鍵槽8H11已加工，加工油槽R2mm。工件以外圓和端面在兩個V形塊上和止動定位銷定位，鍵槽處用8h6定位銷定位。用兩個V形塊上和止動定位銷定位，限制工件五個自由度，即。鍵槽處用8h6定位銷定位，限制工件的三個自由度即：。這樣工件被限制了8個自由度屬于過定位。如果工件的定位面經(jīng)過加工，定位元件的尺寸、形狀和位置也都做得比較準確光整，則過定位不但對工件加工面的位置尺寸影響不大，反而可以增強加工時的支撐剛性，這時過定位是允許的。鍵槽處用8h6定位銷定位，以滿足兩槽間的位置精度要求。3.2 定位誤差的分析與計算 六點定位原則解決了消除工件自由度的問題，即解決了工件在夾具中位置“定與不定”的問題。但是，由于一批工件逐個在夾具中定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，即出現(xiàn)工件位置定得“準與不準”的問題。如果工件在夾具中所占據(jù)的位置不準確，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。這種只與工件定位有關的誤差稱為定位誤差，用D表示。在工件的加工過程中，產(chǎn)生誤差的因素很多，定位誤差僅是加工誤差的一部分，為了保證加工精度，一般限定定位誤差不超過工件加工公差T的1/51/3。即： D(1/51/3)T （3.1） 式中：D定位誤差，單位為mm； T 工件的加工誤差，單位為mm。3.2.1. 定位誤差的產(chǎn)生原因及計算方法工件逐個在夾具中定位時，各個工件的位置不一致的原因主要是基準不重合，而基準不重合又分為兩種情況：一是定位基準與限位基準不重合，產(chǎn)生的基準位移誤差；二是定位基準與工序基準不重合，產(chǎn)生的基準不重合誤差。 （1） 基準位移誤差Y定位基面和定位元件本身的制造誤差會引起同一批工件定位基準的相對位置發(fā)生變動，這一變動的最大范圍稱為基準位移誤差，用Y表示。基準位移誤差引起的定位誤差是將W在加工要求方向上投影。即: （3.2）式中：Y與工序尺寸（或位置要求）方向的夾角。 （2） 基準不重合誤差B當工件的工序基準與定位基準不重合時，則在工序基準與定位基準之間必然存在位置誤差，由此引起同一批工件的工序基準發(fā)生變動，其最大變動范圍稱為基準不重合誤差，用B表示。這種由于工序基準與定位基準不重合所導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量，稱為基準不重合誤差。工序基準與定位基準之間的聯(lián)系尺寸稱為基準尺寸。B等于基準尺寸的公差?；鶞什恢睾险`差引起的定位誤差是將B在加工要求（尺寸、位置要求）方向上投影。即 （3.3）式中： B與工序尺寸（或位置要求）方向的夾角。定位誤差是由基準位移誤差和基準不重合誤差兩部分產(chǎn)生的定位誤差DW、DB的合成。其基本計算步驟為: （1） 當工序基準與定位基準為兩個獨立的表面，即W、B無相關的公共變量時， （3.4） （2） 當工序基準在定位基面上，即W、B有相關的公共變量時， （3.5）在定位基面尺寸變動方向一定的條件下，當W與B變動方向相同，即對加工尺寸影響相同時，取“+”號；當W與B變動方向相反即對加工尺寸影響相反時，取“-”號。通常定位誤差D在W與B都和工序尺寸一致的情況下有下列公式即: （3.6）3.2.2. 定位誤差的計算 下表列出了在不同夾角的V形架上定位時，工序尺寸的三種不同標注方法的計算公式，供設計時使用。表3.1 V形架定位誤差值 定位誤差DV形架夾角601.51.00.5901.200.7070.2071201.0770.5770.077選用標準V形塊定位，即90V形塊，不計其制造誤差，工件采用55h6mm外圓表面定位時，只有定位基準面的制造誤差造成工件定位中心偏移，產(chǎn)生基準位移誤差，方向不定。如圖（3.3）所示由圖3.3可知，僅由于工件直徑公差的影響，使工件中心沿Z方向從O1移至O2，即基準位移量為 （3.7） （3.8）式中 工件定位的直徑公差（mm）； a/2V形塊的半角（）。V形塊對中性好，即其沿X方向的位移誤差為零。，其V形塊的位移誤差計算公式為（3.9）圖3.3 V形塊定心定位的基準位移誤差 （3.9）由此可知 ； 考慮到定位基準面制造時的尺寸公差、圓柱度誤差等隨機誤差綜合因素影響，所以用概率疊加法計算基準位移誤差：由此可知，定位基準沿Z軸方向最大位移為0.035mm，并且影響其鍵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夠。第4章 工件的夾緊在機械加工過程中，工件會受到切削力、離心力、慣性力等的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，而不致發(fā)生振動和位移，在夾具結構中必須設置一定的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。4.1 夾緊裝置的組成及基本要求工件定位后將工件固定并使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。 （1） 夾緊裝置的組成由以下三部分組成。a. 動力源裝置 它是產(chǎn)生夾緊作用力的裝置。分為手動夾緊和機動夾緊兩種。手動夾緊的力源來自人力，用時比較費時費力。為了改善勞動條件和提高生產(chǎn)率，目前在大批量生產(chǎn)中均采用機動夾緊。機動夾緊的力源來自氣動、液壓、氣液聯(lián)動、電磁、真空等動力夾緊裝置。b. 傳力機構 它是介于動力源和夾緊元件之間傳遞動力的機構。傳力機構的作用是：改變作用力的方向；改變作用力的大小；具有一定的自鎖性能，以便在夾緊力一旦消失后，仍能保證整個夾緊系統(tǒng)處于可靠的夾緊狀態(tài)，這一點在手動夾緊時尤為重。c. 夾緊元件 它是直接與工件接觸完成夾緊作用的最終執(zhí)行元件。 （2） 設計夾緊裝置應遵循以下原則：a. 工件不移動原則 夾緊過程中，應不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。b. 工件不變形原則 夾緊力的大小要適當，既要保證夾緊可靠，又應使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。c. 工件不振動原則 對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應提高支承元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。d. 安全可靠原則 夾緊傳力機構應有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。e. 經(jīng)濟實用原則 夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結構應力求簡單，便于制造、維修，工藝性能好；操作方便、省力，使用性能好。夾緊機構是指能實現(xiàn)以一定的夾緊力夾緊工件選定夾緊點的功能的完整結構。它主要包括與工件接觸的壓板、支承件和施力機構。對夾緊機構通常有如下要求。a. 可浮動 由于工件上各夾緊點之間總是存在位置誤差，為了使壓板可靠地夾緊工件或使用一塊壓板實現(xiàn)多點夾緊，一般要求夾緊機構和支承件等要有浮動自位的功能。要使壓板及支承件等產(chǎn)生浮動，可用球面墊圈、球面支承及間隙聯(lián)接銷不實現(xiàn)。b. 可聯(lián)動 為了實現(xiàn)幾個方向的夾緊力同時作用或順序作用，并使操作簡便，設計中廣泛采用各種聯(lián)動機構。c. 可增力 為了減小動力源的作用力，在夾緊機構中常采用增力機構。最常用的增力機構有：螺旋、杠桿、斜面、鉸鏈及其組合。鉸鏈增力機構常和杠桿機構組合使用，稱為鉸鏈杠桿機構。它是氣動夾具中常用的一種增力機構。其優(yōu)點是增力比較大，而摩擦損失較小。d. 可自鎖 當去掉動力源的作用力之后，仍能保持對工件的夾緊狀態(tài)，稱為夾緊機構的自鎖。自鎖是夾緊機構的一種十分重要并且十分必要的特性。常用的自鎖機構有螺旋、斜面及偏心機構。4.2 夾緊力的確定4.2.1 夾緊力的三要素 （1） 夾緊力的大小夾緊力的大小，對于保證定位穩(wěn)定、夾緊可靠，確定夾緊裝置的結構尺寸，都有著密切的關系。理論上，夾緊力的大小應與作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而實際上，夾緊力的大小還與工藝系統(tǒng)的剛度、夾緊機構的傳遞效率等因素有關，計算是很復雜的。其一般根據(jù)切削原理的公式求出切削力的大小，必要時算出慣性力、離心力的大小，然后與工件的重力及待求的夾緊力組成靜平衡力系，列平衡方程式。因此，實際設計中常采用估算法、類比法和試驗法確定所需的夾緊力。 當采用估算法確定夾緊力的大小時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件所受切削力、夾緊力（大型工件應考慮重力、慣性力等）的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，最后再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力。即 （4.1） 式中: Fwk實際所需夾緊力，單位為N； Fw在一定條件下，由靜力平衡算出的理論夾緊力，單位為N； K安全系數(shù)，粗略計算時，粗加工取K2.53，精加工取K 1.52。 （2） 緊力的方向緊力的方向與工件定位的基本配置情況，以及工件所受外力的作用方向等有關。選擇時必須遵守以下準則：a. 夾緊力的方向應有助于定位穩(wěn)定，且主夾緊力應朝向主要定位基面。b. 夾緊力的方向應有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。c. 夾緊力的方向應是工件剛性較好的方向。由于工件在不同方向上剛度是不等的。不同的受力表面也因其接觸面積大小而變形各異。尤其在夾壓薄壁零件時，更需注意使夾緊力的方向指向工件剛性最好的方向。 （3） 夾緊力作用點夾緊力作用點是指夾緊件與工件接觸的一小塊面積。選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下確定夾緊力作用點的位置和數(shù)目。夾緊力作用點的選擇是達到最佳夾緊狀態(tài)的首要因素。合理選擇夾緊力作用點必須遵守以下準則：a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內(nèi)，應盡可能使夾緊點與支承點對應，使夾緊力作用在支承上。b. 夾緊力的作用點應選在工件剛性較好的部位。這對剛度較差的工件尤其重要，如將作用點由中間的單點改成兩旁的兩點夾緊，可使變形大為減小，并且夾緊更加可靠。c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。夾緊力三要素的確定，實際是一個綜合性問題。必須全面考慮工件結構特點、工藝方法、定位元件的結構和布置等多種因素，才能最后確定并具體設計出較為理想的夾緊裝置。工件其夾緊力示意圖如下圖4.1所示圖4.1 夾緊力著力點示意圖4.2.2 夾緊的動力裝置在大批大量生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)率，降低工人的勞動強度，大多數(shù)夾具都采用機動夾緊裝置。常見的機動夾緊的動力裝置有氣動、液動、氣液聯(lián)合驅(qū)動、電動、真空夾緊等多種形式。采用機動夾緊時，原始夾緊作用力可以連續(xù)作用，夾緊可靠，機構可不必自鎖。本設計采用液壓夾緊裝置，其的結構和工作原理基本與氣動夾緊裝置相同，所不同的是它所用的工作介質(zhì)是壓力油。與氣壓夾緊裝置相比，液壓夾緊具有以下優(yōu)點：傳動力大，夾具結構相對比較??；一般液壓夾具中壓力油的工作壓強可達56.5MPa，比壓縮空氣的工作壓強高10多倍。因此油缸的結構尺寸比氣缸小的多。油液不可壓縮，夾緊可靠，工作平穩(wěn)Z噪聲小。它的不足之處是須設置專門的液壓系統(tǒng)，應用范圍受限制。本夾具液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件為液壓缸，用來執(zhí)行直線往復運動。其特點是：結構簡單，制造容易，維修方便，工作可靠；重量輕，傳力大，壽命長；運動慣性小，制造精度高，可做頻繁換向；易于實現(xiàn)遠控和自控。查文獻【15】液壓缸的類型選用單桿單作用活塞缸，其工作特點單向液壓驅(qū)動，回程靠彈簧。采用YJZ型液壓泵，如下圖（4.2）所示 圖4.2 液壓缸簡圖活塞缸的有效作用面積S1為： （4.2） （4.3） （4.4）查文獻機械設計手冊【14】載荷的工作壓力F<5KN即液壓系統(tǒng)的工作壓力為0.8MPa。得S1=676mm。在缸內(nèi)兩腔之間的密封靠活塞內(nèi)孔O形密封圈，為了防止油液外漏采用Y形密封圈。 4.2.3. 夾緊力的分析計算有時一個工件很難找出合適的夾緊點，這時采取浮動壓板分散著力點；增加壓緊件接觸面積。并采用M16螺栓作為夾具夾緊螺栓。根據(jù)理論力學的力平衡理論，夾緊摩擦力矩應與銑削力矩平衡，即。 公式（4.5） (1) 銑削力矩的計算。根據(jù)切削用量簡明手冊，得： （4.6） 其中 =68.2，=18，=16 設：=0.15，=7.25所以 =切削力矩 （2） 夾緊力的計算。由V形塊定位夾緊力計算公式得 公式（4.7）得：取K=2.0 , df=0.25得 由于該夾具采用雙壓板夾緊機構，故每支壓板只承受總夾緊力的一半，所以每根夾緊螺栓所承受的夾緊力： （3） 選擇夾緊螺栓直徑。根據(jù)夾緊力方向和作用點的選擇原則，銑削鍵槽垂直進刀時，切削力與夾緊力方向相同，和分別作用在定位支撐A和B兩V形塊上。切削扭矩M切使工件轉(zhuǎn)動。為防止工件發(fā)生轉(zhuǎn)動，夾具夾緊機構應有足夠的摩擦力矩與之平衡。銑削時，若兩壓板與工件接觸處的摩擦力矩忽略不計，銑削鍵槽切入最深處時，軸向力最大，為最不利因素。假若作用在P點（如圖 4.2所示），將此處作為驗算依據(jù)，在垂直于銑刀軸線的平面內(nèi)，根據(jù)力矩平衡原理，對支點B取矩，即求得：又根據(jù)圖4.3，由力矩平衡原理，得： 采用對頂螺栓，其夾緊力達3510N，遠遠大于所需夾緊力，故夾緊力安全。圖4.3 銑削受力圖4.4 夾緊力第5章 對刀元件、連接元件及夾具體5.1 對刀元件銑床夾具的對刀元件是對刀塊和塞尺。對刀時，銑刀與對刀塊的對刀面不能接觸，留有一定的間距，用塞尺檢驗調(diào)整銑刀的位置來實現(xiàn)對刀，確定夾具與刀具間的相對位置。查文獻【1】對刀塊采用JB/T8031.31999用于加工銑槽的對刀。如圖（5.1）圖5.1 對刀塊5.2 定位鍵銑床夾具與銑床工作臺連接，使夾具的位置與工作臺縱向進給方向平行。夾具的主要連接表面與夾具體的底平面采用定位鍵連接，兩個定位鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，用開槽圓柱頭螺釘固定。定位鍵是連接元件，通過定位鍵與銑床工作臺T形槽的配合，確定夾具在機床上的正確位置。定位鍵還可承受切削扭矩，減輕夾具固定螺栓的負荷，加強夾具在加工過程中的穩(wěn)定性。查文獻【1】定位鍵采用JB/T80161999，其參數(shù)查附表9，如圖（5.2）所示。圖5.2 定位鍵5.3 夾具體夾具體是整個夾具的基礎和骨架。夾具體的形狀和尺寸主要取決于工件的外輪廓尺寸和各類元件與裝置的布置情況以及加工性質(zhì)。其形狀和尺寸很多都是非標準的。夾具體設計時應滿足以下一些基本要求:有足夠的強度和剛度；減輕重量、便于操作；要有良好的結構工藝性和使用性；尺寸穩(wěn)定，有一定的精度；排屑方便；在機床上安裝穩(wěn)定、可靠；吊裝方便、使用安全。夾具體毛坯的類型: 鑄造夾具體、焊接夾具體、鍛造夾具體、裝配夾具體、型材夾具體。對于鑄造結構的夾具體，其結構優(yōu)點是工藝性好，容易獲得形狀復雜的內(nèi)、外輪廓，且具有較好的強度、剛度和抗振性。其材料一般用HT150或HT200.第6章 夾具總體結構設計及精度分析雙工位銑雙槽銑削夾具設計的指導思想是，采用快速準確定位（零件放在V形塊上，且其中一端面與軸向止推銷接觸），兩件同時安裝、加