分离叉内侧面铣夹具的设计资料.docx

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分离叉内侧面铣夹具的设计资料

分离叉内侧面铣夹具的设计

摘要

随着全球制造产业的区域转移整个制造行业竞争的加剧，导致机械加工生产单位都面临提高生产效率的问题。

而在机加过程中作为装夹工件的工艺装备的夹具，在提高生产效率方面有其显著的优势。

特别是在在切削过程中，配以适当的加工辅助工具。

（如夹具）等有力于提高企业生产效率，使得许多复杂零件的加工成为可能，常规零件加工的质量进一步提升，并降低劳动强度，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长度上提高实际生产企业的效益。

因而对夹具知识的认识和学习，在今天显的优为更重要起来。

本论文是结合目前实际生产中，常常发现仅用通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件生产效率低劳动强度大，加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，而专门设计的一种铣床夹具，主要包括夹具的定位方案、夹紧方案、对刀方案，夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。

可以有效的减少工件的加工基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和增加劳动效率。

关键词：

高效，设计，制造，机床夹具

Abstract

Withtheglobalmanufacturingindustrythroughoutthemanufacturingindustryregionallycompetitionintensifies,somechanicalprocessingproductionunitsarefacingimproveproductionefficiency.Andinthemachineaddprocessasclampingwork-pieceprocessequipmentfixtureinimprovingproductionefficiencyaspectshasitsspecialadvantages.Especiallyincuttingprocessin,matchwithproperprocessingauxiliarytools.（suchasfixture）strongintheimproveproductionefficiency,makemanycomplexpartsprocessingbecomespossible,conventionalpartsprocessingqualityfurtherascension,andreducesthelaborintensity,toensuretheproductqualityprocessingprecisioninthemeanwhilebatchproduction,soastoreducetheproductioncost,thusfixtureuseinsomelengthimprovethebenefitoftheactualproductionenterprise.Thustofixtureknowledgeknowandstudytheoptimalintoday'sshowupformoreimportant.

Thepresentpaperiscombiningtheactualproduction,oftenfindusinguniversalfixturecannotmeetonlyproductionrequirements,usinguniversalfixtureclampingwork-pieceproductionefficiencylowlaborintensity,processingqualityisnothigh,andoftenneedtoincreasecrossedprocess,andspecialdesignofamillingmachinefixture,mainlyincludingfixturepositioningscheme,clamping,ofcutterscheme,theconcreteandtheTABfolderdesignandmachiningprecisionanalysis.Caneffectivelyreducetheprocessingtimeandworkpiecebasicnon-productivetime,greatlyimprovingthelaborproductivity,whichcaneffectivelyreducethelaborintensityandincreasetheworkefficiency.

Keywords:

highefficiency,design,manufacturing,themachinetool'sfixture

第一章机床的夹具概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.....．．．．．1

第一章机床夹具的概论

1.1机床夹具及其功用

1.1.1概念

机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受加工或检测，并保证加工要求的机床附加装置，简称夹具。

1.1.2使用夹具的目的

使用夹具的目的是使用夹具工件能迅速而准确地安装于夹具中的确定位置，稳定地保证工件的加工质量，提高生产率，扩大机床使用范围，改善操作者的劳动条件。

1.1.3机床夹具的主要功能

在机床上加工工件的时候，必须用夹具装夹好所要加工的工件。

将工件装好，就是在机床上确定工件对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。

将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。

从定位到夹紧的全过程，称为装夹。

机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。

工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。

1.2机床夹具的分类及组成

机床夹具的种类很多，形状千差万别。

为了设计、制造和管理上的方便，往往按某一属性进行分类。

1.2.1按夹具的通用特性划分

1、通用夹具在通用机床上一般都附有通用夹具，如车床上的三爪卡盘和四爪卡盘等；铣床上的平口钳，分度和回转工作台等。

它们有很大的通用性，使用时无需调整或稍加调整就可以用于不同的工件。

它们不仅用于单位小批量生产，在大批量生产中也常采用。

不过，通用夹具的品很少。

这类夹具由专门的机床附件厂制造的。

2、专用夹具这类夹具是指专为某个零件的某一道工序专门设计的，这类夹具只有在大批量生产的情况下才能充分发挥它的经济效果。

3、通用可调夹具在小批量生产中，使用通用可调夹具往往会获得最佳的经济效益。

通用可调夹具是指通过调节或更换装在通用夹具的基础件上下的某些可调或可换元件,达到能适应加工，若干不同种工件的一类夹具。

4、成组夹具它是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，从外形上看它和通用可调夹具不易区别，但与通用可调夹具相比，具有使用对象明确，设计科学合理，结构紧凑，调整方便等优点。

5、组合夹具又称拼折夹具。

这类夹具是由预先制造好的标准元件和部件，按照工序加工的要求组合装配起来的。

夹具使用完毕，可拆卸存放，元件和部件可以重复使用，它具有组装迅速的特点。

适用于新产品试制或小批量生产。

位置精度要求高的工件不宜采用组合夹具。

6、自动线夹具自动线夹具一般分为两种，一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随工件一起运动，并将工件沿着自动线以一个工位移至下一个工位进行加工。

1.2.2按使用机床分类

夹具按使用机床可分为车床夹具、铁床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具以及其它机床夹具等。

1.2.3按夹具动力源来分类

按夹具夹紧动力源可交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销性能。

常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、真空夹具和离心力夹具等。

1.2.4机床夹具的组成

1、定位支撑元件

用来确定工件在夹具中正确的加工位置的装置，它是与工件定位基准直接相配和接触的夹具元件。

2、夹紧机构

工件在夹具中定位之后进到加工这前必须将工件夹紧，使其在加工时，在削力等作用下不离开已获得的定位。

3、导向元件

确定刀具的位置并引导刀具的元件。

导向元件只有钻、镗类夹具才有。

4、对刀元件及定向元件

用来确定刀具在加工前处于正确位置的元件，称为对刀元件。

定向元件用于将来夹具与

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。

5、夹具体

夹具体也称夹具本体。

它是安装以上各类元件的基础。

一般多采用铸铁制造，它是保证

夹具的刚度和改善夹具的动力学特征的重要部分。

如果夹具体的刚性不好，加工时将会引起较大的变形和振动，产生较大的加工误差，甚至使加工不能进行。

6、其它装置

它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件，如需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为能方便，准确定位，常设置预定装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。

1.3夹具装夹工件的方法及特点

对工件进行机构加工时，为了保证加工要求，首先要使工件对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。

工件的装夹方法有两种：

一是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；中一种是工件装夹在夹具上。

采用某一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面制线，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，一般用于单件和小批量生产。

批量较大时，大都用夹具装夹工件。

用夹具装夹工件有以下特点：

1、工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。

因此，有再需要找正便可将工件夹紧。

2、由于夹具预先在机机床上已调整好的位置，因此，工件通过夹具对于机床也就有了正确的位置。

3、通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。

4、装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工精度。

5、装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率。

1.4工件定位的基本原理

1.4.1六点定位原理

在任何一个工件未定位之前，都可视为空间直角坐标系中的自由物体。

如图1.4所示方块工件，它在空间的位置是任意的，可沿ox、oy、oz三个坐标移动（用符号x、y、z表示），和统三个坐标轴转动（用符号x、y、z表示）的自由度，要使工件在某方向上有确定的位置，就必须设法限制该方向上的自由者。

当工件的六个自由度完全被限制后，该工件空间的位置就完全被确定了。

图1.4

在夹具中工件自由度的限制是由交点来实现的。

一个支撑点可以限制一个自由度，合理设置六个支撑点，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。

关于六点定位原则的几个主要问题：

1、定位支撑点定位元件抽象而来的，在夹具的实际结构中，定位支撑点是通过具体的定位元件体实现的，即支撑点不一定用点或销的顶端，而常用画面或线来代替。

根据数学概念可知，两个点决定一条直线三个点，决定一个平面，即一条直线可以代替两个支撑点，一个平面可代替三个支撑点。

在具体应用时，还可用窄长的平面（条形支撑）代替直线，用较小的平面来替代点。

2、定位支撑点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。

3、分析定位支撑点的定位作用时，不考虑力的影响。

工件的某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置，并不是指工件在受到其脱离定位支撑点的外力时不能运动，使工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。

1.4.2六点定位规则的应用

1、完全定位

对于任何形状的元件，在夹具中若需要完全定位时，则上述“六点定则”都适用的，只是定位支撑点的分布不同。

2、不完全定位

根据工件物加工要求，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。

如平板工件磨平面，工件只有厚度和平行度要求，只需限制三个自由度，在磨床上采用电磁工作台就能实现三点定位。

由此可知，工作在定位时应该限制的自由度数目应由工序的加工要求而定，不影响加工精度的自由度可以不加限制，采用不完全定位简化定位装置，因此，不完全定位在实际生产中也广泛应用。

1.4.3工件定位注意事项

1、定位支撑点的数量问题

（1）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。

如不设端面支撑，则在一批工件上半封闭槽的长度就无法保证；若缺少侧面两个支撑点时，则工件上的尺寸和槽与工件侧面的平行度则很难保证。

（2）过定位

夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制一个自由度的现象称为过定位。

而在实际定位过程中会随机误差，这种随机误差造成了定位的不稳定，严重时会引起定位干涉，因此应该尽量避免和消除过定位现象方法有两种：

一是改变定位元件的结构，如缩小定位元件的配合尺寸，增大配合间隙等；二是控制或者提高工件定位基准之间以及定位自由度。

2、定位支撑点的布置

工件定位是通过工件的定位基准与夹具的定位元件的接触（或配合）来实现的，所以定位支承点的位置一定要布置合理，否则即是定位支承点的总数与需要限制的自由度数目相同，仍会出现欠定位或过定位现象。

1.4.4定位基准的概念

在研究和分析工件定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题。

定位基准就是在加工中用作定位的基准。

一般来说，工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。

定位方案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证。

工件定位时，作为定位基准的点和线，往往由某些具体表面体现出来，这种表面称为定位基面。

根据定位基准所限制的自由数，可将其分为：

1、主要定位基准面

平面设置两个麦承点，限制了工件的两个自由度，这样的平面称为主要定位基面。

一般应选择较大的表面作为主要定位基面。

2、导向定位基准面

平面设置两支承点，限制了工件的两个自由度，这样的平面或圆柱面称为主要定位基面。

该基准面应选取工件上窄长的表面，而且两支承点间的距离应尽量远些，以保证其限制精度。

3、双导向定位基准面

限制工件四个自由度的圆柱面，称为双导向定位基准面。

4、双支承定位基准面

限制工件两个移动自由度的圆柱面，称为双支承定位基准面。

5、止推定位基准面

限制工件一个移动自由度的表面，称为止推定位基准面，平面上只设置了一个支承点，它只限制了工件沿y轴方向移动。

在加工过程中，工件有时要承受切削力和冲击力等，可以选取工件上窄小且与切削力方向相对的表面作为止推定位基准面。

6、防转定位基准面

限制工件一个转动自由度的表面，称为防转定位基准面。

1.5常用定位元件

1.5.1常用定位元件及其所能限制的自由度

1．支承钉

分析所能限制的自由度时，可认为它们和基准面的接触无限小，相当于一个几何点，形成一个点定位副。

所以，只能限制一个自由度，可以限制移动自由度，也可以限制转动自由度。

2．支承板

这类定位元件多用于精基准备平面定位且成组使用。

一组支承板，不管几块，与精基准面接触形成平面定位副，相当于三个支承钉或三个点定位副，限制三个自由度，一块长支承板定位时，形成线定位副，限制两个自由度。

3．定位销

这是工件的孔为基准时的最常用的定位元件。

根据定位销和基准孔的有效接触长度与孔径之比，可分为短定位销和长定位销两种。

分析短定位销所能限制的自由度时，把它看成接触无限短的无间隙接触定位副，故短定位销只能限制两个移动自由度。

工件用长定位销定位，可以看成两个短销和工件基准孔的接触定位。

长销能限制工件的两个移动和两个转动自由度。

4、V形块

工件以外圆柱面定位时，不管是粗基准还是精基准，均可采用这种定位元件。

分短V形块和长V形块两种。

V形块和工件定位面的接触长度小于工件定位直径时，属短V块，大于1.5~2倍工件定位直径时，属长V形块。

短V形块只能限制两个自由度，长V形块能限制四个自由度。

1.5.2对定位元件的基本要求

1、合适的精度

由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应工件的加工要求。

例如实际的定位销和工件的基准孔接触形成定位副。

为了安装工件不能没有间隙，但间隙的大小将直接影响工件的定位精度。

2、耐磨性好

工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。

定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则夹具不能继续使用。

为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。

3、足够的强度和刚度

定位元件应有足够的强度和刚度，以免定位元件在切削力，夹紧力及重力等作用下变形或损坏。

对于承受较大外力或冲击力的定位元件一般应内韧外坚。

4、工艺性好

定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。

5、便于消除切屑

定位元件工作表面的形状应有利于清楚切屑，否则会因微小的切屑而影响定位精度，而且切屑还会损伤工件的定位基准表面。

1.6定位元件的选用

选用定位元件时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择

1.6.1工件以平面定位

（1）以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面顶时，可选用网状支承钉。

（2）以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于侧面定位时，可选用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利于清除切屑。

（3）以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。

但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。

1.6.2对定位元件的基本要求

1、限位基面应有足够的精度。

定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。

2、限位基面应有较好的耐磨性。

由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。

3、支承元件应有足够的强度和刚度。

定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切屑力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。

4、定位元件应有较好的工艺性。

定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。

5、定位元件应便于清除切屑。

定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。

1.6.3常用定位元件所能限制的自由度

定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：

（1）用于平面定位的定位元件：

括固定支承（钉支承和板支承），自位支承，可调支承和辅支承。

（2）用于外圆柱面定位的定位元件：

括V形架，定位套和半圆定位座等。

（3）用于孔定位的定位元件：

括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），圆柱心轴和小锥度心轴。

1.6.4常用定位元件的选用

用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。

1、工件以平面定位

（1）以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。

（2）以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于侧面定位时，可选用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。

（3）以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。

但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。

（4）以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。

（5）当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需要新调整支承点高度，支承位置应选在有利于工件承受夹紧力和切屑力的地方。

2、工件以外圆柱定位

（1）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X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经准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。

V形块结构有多种形式，有的V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位；有的V形块适于较长的粗糙的圆柱面定位；有的V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种V形块底座采用铸件，V形采用淬火刚件，V块是由两者镶合而成。

（2）当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。

大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。

3、工件以内孔定位

（1）工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。

圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直接的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用，当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。

当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动推销。

（2）在套类、盘类零件的车销、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位时，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。

因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，当内孔带有花键轴槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小推度心轴定。

1.7定位误差的分析

一批工件逐个在夹具定位时，由于工件及定位元件存在公差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后形成加工尺寸的不一致，为加工误差。

这种只与工件定位有关有关的加工误差，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加工公差T的1/5～1/3，

即：

△D≤（1/5～1/3）T

式中△D——定位误差，单位为mm；

T———工件的加工误差，单位为mm.

1.7.1定位误差产生的原因

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。

由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位置移误差，用△Y表示。

不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。

如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。

但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。

于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。

可按下式计算：

式（1.7.1.1）Y=amax-amin=1/2（Dmax-dmin）=1/2（&D+&d）

式中△Y——基准位移误差单位为mm;

Dmax——孔的最大直径单位为mm;

Dmin——轴的最小直径单位为mm.

&D——工