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3铣床夹具设计17
3.1铣床常用通用夹具的结构17
3.2铣床夹具的设计特点17
3.3夹具装夹工件的特点17
3.4铣床夹具的安装17
3.5铣床夹具的对刀位置18
3.6定位方案18
3.7夹紧方案21
3.8铣刀分类21
3.9夹具体与定位键22
3.10夹具总图上的尺寸、公差和技术要求22
3.11夹具精度分析22
结论24
致谢25
参考文献26
1绪论
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
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。
1.3.1按夹具的通用特性分类
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。
1.3.2按夹具的动力源分类
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。
上述各分类中：
最常用的分类方法是，按通用，专用和组合进行分类。
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常用定位元件及选用
工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。
工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。
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。
1.5.1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，用于面定位时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、稳定性和可靠性时，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，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。
1.5.2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α常取60°
、90°
、120°
三种，其中应用最多的是90°
V形块。
90°
V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。
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形面采用淬火钢件，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。
1.5.3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，不同直径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，选用浮动锥销。
2.在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，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，可选用小锥度心轴定位。
综上：
正确定位，必须选对定位基准。
1.5.4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、夹紧力和切削力的作用，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。
1.5.5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。
1.5.6定位误差分析
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ΔD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1/5～1/3，
即：
ΔD≤（1/5～1/3）T（1-1）
式中ΔD——定位误差，单位为mm；
T——工件的加工误差，单位为mm。
1.5.7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在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY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，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，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：
ΔY=amax-amin=1/2（Dmax-dmin）=1/2（δD+δd）（1-2）
式中：
ΔY——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。
δD——工件孔的最大直径公差，单位为mm；
δd——圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm。
基准位移误差的方向是任意的。
减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度。
加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时，定位基准是工件圆柱孔的中心线。
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，用ΔB表示。
此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。
定位误差产生的原因是，定位基准与限位基准不重合及定位基准与工序基准不重合而产生的误差。
1.5.8常见定位方式中基准位移误差
1.用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位
计算式：
ΔY＝Xmax=δD+δd0+Xmin（定位心轴较短）（1-3）
Xmax——工件定位后最大配合间隙；
δD——工件定位基准孔的直径公差；
δd0——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差；
Xmin——定位所需最小间隙，由设计而定。
注意：
当工件用长定位心轴定位时，需考虑平行度要求。
ΔY＝Xmax=（δD+δd+Xmin）L1／L2（1-4）
L1——加工面长度；
L2——定位孔长度。
2.定位套定位
ΔY＝Xmax=δD0+δd+Xmin（1-5）
δD0——定位套的孔径公差；
δd——工件定位外圆的直径公差。
3.平面支承定位
平面支承定位的位移误差较容易计算，当忽略支承误差且定位基准制作精度较高时，工序尺寸的基准位移误差视为零。
4.V形体定心定位
若不计V形体制造误差，仅有工件基准面的圆度误差时，工件的定位中心会发生偏移即O1O2＝T1－T2，产生基准位移误差。
ΔY＝O1O2=T1－T2（1-6）
故：
对于90°
V形体ΔY＝0.707δd。
1.5.9定位误差的合成
定位误差是两误差的合成即：
ΔD=ΔB+ΔY（1-7）
在圆柱间隙配合定位和V形块中心定位中，当基准不重合误差和位移误差都存在时，定位误差的合成需判断“＋”、“－”号。
例如：
V形块中：
ΔB＝δd／2（1-8）
当ΔB与ΔY的变动方向相同时：
ΔD＝ΔB＋ΔY＝δd／2+ΔY（1-9）
当ΔB与ΔY的变动方向相反时：
ΔD＝ΔB－ΔY＝δd／2－ΔY（1-10）
1.5.10六点定位原理
当工件在不受任何条件约束时，其位置是任意的不确定的。
由理论力学可知，在空间处于自由状态的钢体，具有六个自由度，即沿着X、Y、Z三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度。
六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。
定位的任务，就是要限制工件的自由度。
在夹具中，用分别适当的与工件接触的六个支撑点，来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。
1.5.11应用定位的几种情况
1.完全定位
工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。
2.部分定位
工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。
在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。
在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。
如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。
3.过定位（重复定位）
几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。
（1）一般情况下，应该避免使用过定位。
通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。
（2）过定位亦可合理应用
虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。
这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。
工件本身刚性和支承刚性的加强，是提高加工质量和生产率的有效措施，生产中常有应用。
大家都熟知车削长轴时的安装情况，长轴工件的一端装入三爪卡盘中，另一端用尾架尖支撑。
这就是个“过定位”的定位方式。
只要事先能对工件上诸定位基准和机床（夹具）有关的形位误差从严控制，过定位的弊端就可以免除。
由于工件的支撑刚性得以加强，尾架的扶持有助于实现稳定，可靠的定位，所以工件安装方便，加工质量和效率也大为提高。
1.6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。
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。
1.6.1夹紧装置的组成
夹紧装置的组成由以下三部分组成。
第一部分：
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。
第二部分：
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要。
第三部分：
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。
1.6.2夹紧装置的设计原则
在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。
因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：
1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
1.6.3定位夹紧力的基本原则
设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。
1.6.3.1夹紧力的方向
夹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：
1.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。
2.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。
3.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。
1.6.3.2夹紧力的作用点
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：
1.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。
如夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。
2.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。
3.力可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靠性。
1.6.3.3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（1-11
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