铣床组合夹具设计.docx
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铣床组合夹具设计
摘要
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大，加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，而专门设计两种夹具：
铣床夹具和钻床夹具，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。
本次设计为铣槽用的夹具，它针对零件的结构特点，采用了组合式的定位方案，以支承板、圆柱销等作为定位元件。
使工件安装方便，且能保证加工精度。
压紧装置以杠杆原理为核心，采用压板压紧工件，左侧压板压紧之后右侧自动压紧。
其具有夹紧力装置，具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化的特点，可以有效的减少工件加工的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。
铣床夹具具有提高生产率、扩大机床工艺范围、减轻工人劳动强度以及保证生产安全等特点。
因此，对夹具知识的认识和学习以及设计新式的适合实际生产的夹具在今天显得尤为重要起来。
关键词：
铣床夹具，定位，夹紧
Abstract
Thepresentpaperiscombingtheactualproductionatpresent,whichisthateitherusinguniversalfixturecannotmeetonlyproductionrequirementsorusinguniversalfixtureclampingwork-piecetoproductispoorefficiencyandpowerfullaborandnothighprocessingqualityoroftenitneedtoincreasecrossedprocess,tospeciallydesigntwofixture:
millingfixtureanddrillingfixture,mainlyincludingschemesoffixturepositioning,clampingandcutter,thedesignoftheconcreteandtheTABfolderandtheanalysisofmachiningprecisionetal.
Themillingfixture,mainlyisusedtoprocessdialtheforkpartsmillingflutes.Itisaimedatconnectingrodofthestructuralfeaturesandadoptedthe"one-two"targetedprogrammestoensurethattheworkpiecebeprocessedonthelocationaccuracy,moreconvenientinstallationoftheworkpiece,assistedbyashortworkinghours.Thefixturewithclampingforcedevicehasthecharacteristicsofefficiencyandprecisionrequiredbymodernmachinetools.Itissoeffectivelytoreducetheprocessingtimeandauxiliarytimethatgreatlyimprovethelaborproductive,effectivelyreducethelaborintensityandincreasetheworkefficiencyaswell.Drillingfixtureisgoodforraisingproductivity,expandingmachinemachiningscope,reducinglaborintensityandensuringtheproductionsafety.Therefore,itisespeciallyimportanttolearnandstudytheknowledgeoffixtureanddesignnewsuitableforpracticalproductionfixturenowadays.
Keywords：
millingfixture,positioning,clamping
内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书
课程名称：
专业综合设计一__学院：
机械学院班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
一、题目
铣床夹具设计
二、目的与意义
《专业综合设计一》课程设计是机械设计制造及其自动化专业和机械电子工程实践性非常强的教学环节之一，是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系，将工艺分析与编制，机构设计与计算、装配图绘制等内容融为一体，独立完成的工装设计。
通过本次课程设计，培养学生运用所学《机械制造技术基础》和计算机辅助设计二课程的知识，对机床夹具的设计能力和CAD建模能力；
通过设计实践，熟悉夹具设计过程，学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源，查阅技术文献、夹具设计计算、熟悉CAD软件的装配及组合夹具的装配过程。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）
技术参数
1、批量：
大批量加工；
2、加工设备：
铣床；
3、定位面的尺寸都已加工完，只加工宽度为8的槽
4、工件材料45钢，未标注表面粗糙度12.5
5、工件尺寸；见下图；
设计要求
1、定位元件选择牢固可靠；
2、工作台下面要加装定位键，方便安装；
3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断；
4、夹紧机构操作方便快捷；
图纸量和工作量要求
1、机械总装配图
在CAXA或AUTOCAD环境下绘制夹具的装配图，最后用A2或A3号图纸打印输出。
2、夹具建模
利用实验室现有的组合夹具元件库，利用建模软件调用元件装配，获得夹具的电子装配模型。
3、夹具设计说明书
要严格按照内蒙古工业大学课程设计（论文）说明书书写规范认真撰写，说明书不少于6000字。
四、工作内容、进度安排
1、研究原始资料，明确设计任务---------------------1天
2、确定夹具的结构方案，绘制结构草图-------------1.5天
3、绘制夹具总装配图-------------------------------------2.5天
4、建模装配-------------------------------------------------2.5天
5、撰写说明书----------------------------------------------1.5天
6、答辩-------------------------------------------------------1天
五、主要参考文献
[1]卢秉恒等.机械制造技术基础[M].北京：
机械工业出版社，2007.
[2]杨叔子.机械加工工艺师手册[M].北京：
机械工业出版社，2001.
[3]龚定安.夹具设计手册[M].西安：
西安交通大学出版社，1992.
[4]徐发仁.夹具设计手册[M].重庆：
重庆大学出版社，1993.
[5]王秀伦.夹具设计手册[M].北京：
中国铁道出版社，1994.
审核意见
系（教研室）主任（签字）
指导教师下达时间2013年7月1日
指导教师签字：
_______________
目录
第一章产品介绍、分析1
1.1夹具概念1
1.2夹具的主要功能1
1.3夹具的分类1
1.4夹具的组成2
1.5软件介绍3
第二章铣床夹具的设计5
2.1铣床夹具的设计特点5
2.2夹具装夹工件的特点5
2.3铣床夹具的安装5
2.4铣床夹具的对刀位置6
2.5初定夹具结构方案6
2.6铣刀分类及选择11
第三章设计计算11
3.1、夹紧力计算11
3.2、定位误差分析11
第四章设计成果及总结14
4.1、设计装配图14
4.2总结14
参考文献15
第一章产品介绍、分析
1.1夹具概念
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，简称为夹具。
在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位，以使加工工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
1.2夹具的主要功能
在机床上加工工件的时候，必须用夹具装好夹牢所要加工工件。
将工件装好，就是在机床上确定工件相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，使之在已经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。
1.3夹具的分类
目前中国常用夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。
1．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。
其优点是适应性强、不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。
这类夹具已商品化。
如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等。
采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而减低生产成本。
其缺点是夹具的加工精度不高，生产力较低且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。
2．专用夹具
专用夹具是针对某一工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。
特点是针对性强。
适用与产品相对稳定、批量较大的生产中，可获得较高的生产率和加工精度。
3．可调夹具
夹具的某些元件可调整或可更换，已适应多中工件的夹具，称为可调夹具。
它还分通用可调夹具和成组夹具两类。
4．组合夹具
组合夹具是由可循环使用的标准夹具零部件（或专用零部件）组装成易于连接和拆卸的夹具。
根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具，夹具使用完毕，可以方便地拆开。
夹具主要应用在单件，中、小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。
5．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从一个工位移至下一个工位进行加工。
1.4夹具的组成
虽然夹具的种类繁多，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。
1．定位支承元件
定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。
定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。
2．夹紧装置
夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。
3．连接定向元件
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。
4．对刀元件或导向元件
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。
5．其它装置或元件
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。
6．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。
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。
1.5软件介绍
1.UG8.0介绍：
UG8.0是SiemensPLMSoftware新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。
UG独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。
UG可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。
UG8.0软件的CAD功能采用了当今世界上最先进的直接建模技术。
使用它不仅能产生出无可挑剔的实体模型，而且在曲面造型方面也具有强大的功能。
再加上与工业造型模块Shapestudio的完美融合。
使得曲面造型方法更加丰富,从而使得体现艺术与灵感的曲面造型完美的融入产品设计中。
在装配功能方面，UG8.0软件可以满足对超大型装配件的创建，控制与管理，其独特的WAVE技术，不仅使得产品级的设计控制成为可能。
而且为产品设计团队的并行工作提供了一个良好的环境。
此外，NX软件还针对产品的质量提供了专门的解决方案，利用它可进行三维尺寸公差分析，故障检查，质量数据收集、发布、分析及管理。
NX软件的CAM模块向用户提供了当今世界上最好的CAM技术。
利用它可针对任何加工任务生成优化而可用的数控加工路径。
其所支持的加工方法有平面铣削，二轴仿形铣，多坐标铣削，车削，线切割及薄片加工等。
此外，其强大的后处理工具可实现与任何机床的接合，是一个高效的制造解决方案。
2．CAXA介绍：
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第二章铣床夹具的设计
2.1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。
2.2夹具装夹工件的特点
夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置具有以下特点：
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，不再需要找正便可将工件夹紧。
2.由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。
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。
6.能扩大机床的工艺范围。
如镗削图机体上的阶梯孔，若没有卧式镗床和专用设备，可设计一夹具在车床上加工。
综上所述：
夹具安装方法简单，不受技术水平影响，易操作。
2.3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。
作为定位键的安装是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。
2.4铣床夹具的对刀位置
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。
2.5初定夹具结构方案
技术参数：
1、批量：
大批量加工；
2、加工设备：
铣床；
3、定位面的尺寸都已加工完，只加工宽度为8的槽
4、工件材料45钢，未标注表面粗糙度12.5
5、工件尺寸；见下图
图2-1工件图
1、定位方案的确定
1）定位方案分析
在工艺学中已经知道，工件在加工前，必须首先使它在机床上相对刀具占有正确的加工位置，这就是定位。
夹具在工件定位过程中起着决定的作用，工件正是通过夹具相对机床、刀具占有正确的加工位置。
工件在夹具中定位的目的，就是要使同一批工件在夹具中占有一致的正确加工位置。
要使工件完全定位，就必须限制工件在空间的六个自由度，此即为工件的“六点定位原则”。
在槽深度方面的工序基准是工件的相应端面。
从基准重合的要求出发，定位基准最好选择此端面。
为避免由于基准不重合而产生的误差，应选右侧的平面为定位基准，遵守“基准重合”的原则。
工件以精加工之后的定位面放一个精度较高的定位块上，较小的圆柱放在一个V形块中进行定位，端面轴向定位于挡板和调定螺钉，为控制凸轮与键槽的相对位置，由浮动的V形板来对工件进行压紧定位，从而完成六点定位。
2）、工件的定位方案
根据工艺规程，在铣槽之前其它各表面均已加工好。
本工序的加工要求是：
槽宽8mm，槽深6mm，槽的中心平面与定位面的距离是30mm。
本课题夹具以工件已加工平面为定位面，采用定位挡块和一块V型块对工件进行定位，工件尾部用压紧螺钉定位，限制了工件的六个自由度，实现完全定位。
定位装置如图所示。
图2-2定位装置图2-3定位装置
2、工件夹紧方案的确定
在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。
工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上。
从而使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动,以保证加工精度,避免机床、刀具的损坏和发生人身安全事故。
因此为了确定比较合理的夹紧方案，按如下步骤设计夹紧方案（应该注意的问题）：
（1）根据工件的形状、大小、加工要求、定位装置的结构和布置情况等，确定夹紧点与作用方向。
（2）分析工件的受力情况，运用类比、试验或估算等方法，确定所需夹紧力的大小。
（3）按所需夹紧力，并根据生产批量，选择或设计夹紧装置。
（4）在设计时，尽可能采用已有的、可靠的夹紧方式，这样可以免除复杂的设计计算，加快设计过程。
在考虑到以上问题的基础上确定夹紧方案，夹紧方案的确定，其实就是夹紧力的确定。
夹紧力的确定就是确定夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。
在进行这项工作时，必须结合定位装置的结构形式和布置方式，并分析工件的结构特点、加工要求及其他作用于工件上的外力情况，在此基础上确定夹紧力的方向、作用点和大小。
夹紧装置除要求能将工件夹紧压牢之外，还对工件的加工质量、生产率、生产成本及操作工人的劳动强度等均有较大影响。
因此，在设计夹紧装置时应满足以下要求：
（1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。
（2）夹紧力大小适当。
夹紧机构应能保证在加工过程中工件不产生松动或振动，同时又要避免工件产生不适当的变形和表面损伤。
（3）夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证在源动力波动或消失后，仍能保持夹紧状态。
（4）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力、迅速，符合操作习惯。
（5）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。
结构设计应力求简单、紧凑，并尽量采用标准化元件。
在考虑到以上要求的基础上，根据加工零件的具体情况和夹紧方案分析设计出夹紧装置如下图:
图2-4夹紧装置
图2-5夹紧装置
本次设计的夹具使用自行设计的带有半圆形凹槽的长方形压板和双头螺柱进行对工件的压紧，结构简单，操作方便。
工件夹紧装置如图。
2.6铣刀分类及选择
1、铣刀的分类
（1）、按铣刀的用途分类
1）加工平面用的铣刀
圆柱铣刀：
用于卧式铣床上加工平面，主要是用高速钢制造。
圆柱铣刀采用螺旋形刀齿以提高切削工作的平稳性。
端面铣刀：
用于立式铣床上加工平面。
刀齿采用硬质合金制造，生产高。
2）加工沟槽用的铣刀
如键槽铣刀、两面刃铣刀、三面刃铣刀、立铣刀、角度铣刀、月牙键槽铣刀、锯片铣刀等。
3）加工成形表面用的铣刀
如成形铣刀。
（2）按铣刀齿背形状分类
1）尖齿铣刀
尖齿铣刀也叫直线齿背铣刀。
这种铣刀的刀齿是尖齿的，其齿背是用角度铣刀铣出来的，所以呈直线形。
2）产齿铣刀
产齿铣刀的齿背是用产齿的方法得到的。
产齿铣刀沿前刀面重磨，重磨后铣刀的刀齿性能保持不变，因此适用于切削廓形较复杂的铣刀，如成形铣刀等。
除此之外，铣刀还可以按刀齿数目分为粗齿铣刀和细齿铣刀。
在直径相同的情况下，粗齿铣刀的刀数较少，刀齿的强度及容屑空间较大，适于粗加工，细齿铣刀适用于半精加工和精加工。
2、铣刀的选择
根据加工要求，选用直径为8mm的槽铣刀，由于加工槽的铣刀需两个方向对刀，故应采用直角对刀块。
第三章设计计算
3.1、夹紧力计算
根据单位切削力计算公式
查表得
故
根据切削力计算公式
得切削力为
=1069.2故切削力取1100N
根据夹紧力的计算公式，每个压板需给工件的夹紧力为
=K·f
式中K为安全系数取K=1.6，f为工件与定位元件之间的摩擦因数f=0.5
故
=1760N。
取
=1800N
即整个压板需给工件的压紧力为1800N时满足要求。
3.2、定位误差分析
在机械加工过程中，工件的加工允差δk要大于与夹具有关的加工误差和其他一些因素有关的加工误差之和。
即，
其中
：
工件的加工允差；
：
与夹具有关的加工误差；
：
其它因素引起的加工误差。
其中，
式中，
：
定位误差；
：
夹紧误差；
：
夹具的安装误差；
：
导引误差；
：
夹具磨损引起的加工误差。
在夹具设计制造中，要尽可能减少与夹具有关的加工误差，如果这部分误差所占比重很大，则留给补偿其它误差的比例就很小，结果不是降低了工件的加工精度，就是有可能造成超差而导致工件报废。
下面主要讨论工件在夹具中定位时所产生的定位误差：
定位误差产生的原因有两个：
（1）定位基准与设计基准不重合，必然产生基准不重合引起的定位误差Δj·b；
（2）由于定位副制造不准确，而引起的定位误差Δd·b。
所以，定位误差
由图可知：
基准不重合误差
其中，
为工件的公差。
所以，
由图可知：
定位副不准确误差，
所以，
因此，总的定位误差
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