软起动隔爆箱体关键零件观察窗框的铣削夹具设计【含15张CAD图纸】

摘要夹具是一种工艺装置，可以使产品按相应的技术要求确切定位和牢固夹紧。它的主要作用是用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。板类工件是常见的工程结构，提高板类工件铣床夹具设计效率具有一定的实际工程意义。目前,实际生产，通过观察发现仅用通用夹具不能满足生产要求。当通用夹具装夹工件时，具有生产效率低，加工质量低，要增加划线工序等缺点。由此，专门设计了一种铣床夹具，通过对夹具的定位方案，夹紧方案，对刀方案，夹具体与定位元件及加工精度等方面的分析，证明能满足工艺和生产要求。在本次设计中，针对所给的两个工件，设计出了对应的铣床夹具来提高工件的加工工艺和生产效率，从而突破传统夹具的局限性，具有一定的创新性和实用方便性。在设计过程中，确定工件自由度，利用六点定位原理，限制足够的自由度，并观察了工件的外形特点和加工要求，确定合理的定位面和夹紧面，最终使用UG三维模型软件对工件和夹具进行了三维建模，通过修改，最终建立了三维装配实体图。关键词铣床夹具；专用夹具；三维建模；六点定位原理ABSTRACTFIXTUREISAKINDOFPROCESSEQUIPMENTITCANMAKETHEPRODUCTTOBEACCURATEPOSITIONINGANDTIGHTCLAMPINGACCORDINGTOCERTAINTECHNICALREQUIREMENTSITSMAINFUNCTIONISTOENSURETHEPRODUCTPROCESSINGQUALITY,REDUCELABORINTENSITY,AUXILIARYPRODUCTSDETECTION,DISPLAY,TRANSPORTATIONETCTHESHEETMETALWORKPIECEISACOMMONPROJECTSTRUCTURE,ITHASSPECIALSIGNIFICANCEFORREALENGINEERINGTOIMPROVETHESHEETMETALWORKPIECEOFMILLINGFIXTUREDESIGNEFFICIENCYTHEACTUALPRODUCTION,ITISFOUNDTHATUSEONLYUNIVERSALFIXTURECANNOTMEETTHEREQUIREMENTOFPRODUCTIONWHENUNIVERSALFIXTURECLAMPSTHEWORKPIECE,ITHASDEFECTSFORLOWPRODUCTIONEFFICIENCY,LOWPROCESSINGQUALITYANDINCREASINGTHEMARKINGPROCESSTHUS,AMILLINGFIXTUREISSPECIALLYDESIGNEDTHEANALYSISOFTHEFIXTUREPOSITIONINGSCHEME,CLAMPINGSCHEME,TOOLSETTINGSCHEME,FIXTUREBODYANDTHEPOSITIONINGELEMENTANDMACHININGACCURACYETCTHATCOULDMEETTHEREQUIREMENTSOFPROCESSANDPRODUCTIONINTHISDESIGN,ACCORDINGTOTHETWOWORKPIECETOAMILLINGFIXTUREDESIGN,CORRESPONDINGTOIMPROVETHEPROCESSINGTECHNOLOGYANDPRODUCTIONEFFICIENCYOFTHEWORKPIECE,SOASTOBREAKTHROUGHTHELIMITATIONOFTRADITIONALFIXTURE,ITHASSOMEINNOVATIVEANDPRACTICALCONVENIENCEINTHEDESIGNPROCESS,ITDETERMINESTHEDEGREESOFFREEDOMOFWORKPIECE,USINGSIXPOINTLOCATIONPRINCIPLETOLIMITSUFFICIENTFREEDOMANDWEOBSERVETHESHAPEFEATURESANDMACHININGREQUIREMENTS,DETERMININGAREASONABLEPOSITIONINGANDCLAMPINGSURFACEEVENTUALLY,WEUSETHEUG3DMODELINGSOFTWARETOTHEWORKPIECEANDTHEFIXTUREFOR3DMODELINGBYMODIFY,ITFINALLYESTABLISHEDTHETHREEDIMENSIONALASSEMBLYENTITYGRAPHKEYWORDSTHEMILLINGFIXTURETHESPECIALFIXTURE3DMODELINGSIXPOINTLOCATIONPRINCIPLE目录1引言111夹具设计目的与意义112机床夹具的现状及发展2121机床夹具的现状2122现代机床夹具的发展方向2123本课题主要讨论的问题32夹具设计的概论421机床夹具的概述4211机床夹具概述4212机床夹具的种类4213机床夹具的组成522铣床夹具的分类523铣削专用夹具的设计要点624铣床夹具的安装625工件的定位与误差分析7251工件定位的基本原理7252定位方法与定位元件7253工件的误差分析9254定位误差产生的原因926夹紧装置9261夹紧装置的组成9262对夹紧装置的基本要求10263夹紧力的确定10264夹紧力大小计算1127夹紧机构种类1128减小夹紧变形措施113铣削专用夹具的设计1231零件加工工艺过程12311分析工件零件图12312分析零件加工工艺过程1332确定定位方案14321基准的选择14323各个零件的选择及设计1533定位误差的计算与分析1934减小定位误差的措施2035切削力和夹紧力的计算2036夹紧机构的设计2437主要元件的设计与UG建模2438对刀元件274夹具图绘制2841工序图2842绘制夹具装配总图2844装配图295分析夹具工作精度3151分析工件1工作精度3152分析工件2工作精度316结论32致谢33参考文献34附录35第1页共40页1引言夹具作为机械制造业举足轻重的工艺装备，主要表现在能够保证机械加工质量、提高生产效率、降低生产成本、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、实现生产过程自动化和流水线生产。本次课程设计的夹具是关于防爆箱关键零部件的铣床夹具，针对相应的零部件进行设计。由于传统夹具对该工件的加工精度和生产效率不高，故根据本课题的要求，将设计能提高精度和生产效率的铣床夹具。11夹具设计目的与意义在机械制造加工过程当中，对加工对象进行固定，使之处于正确的安装位置，之后接受加工或检测的装置，又称卡具。从广义上讲，这个过程中的任何工序，一个装置，方便，快捷，安全的夹紧工件，被称为夹具。在中国现代工业的迅速发展中，提出了更高的要求对于各项技术经济指标的性能和机械传动装置，通用夹具已不能满足现代工业的大规模生产的需要，因此设计创新的实用夹具是机械行业中的重要主题。国民经济发展的支柱产业是机械制造业，它是国民经济的基础产业，它为国民经济中任何行业的发展提供帮助和设备。工艺装备是机械制造系统中的重要组成部分之一。随着制造技术的不断发展，世界经济形式的不断变化，以及企业竞争的全球化，为了领先其他企业产品的上市时间，企业生产的产品更新换代的速度越来越快，大批量生产已经过去，被小批量生产方式所取代。通过国外生产研究协会的统计数据表明，目前工件品种总数的85左右被中、小批量多品种生产的工件品种占据了。另一方面，根据相关资料统计表明，我国现有工业水准，全部产品研制周期的5070往往被生产筹备周期所占据，而生产准备周期的5070又被工艺装备的设计制造周期所占据，其中夹具的设计、修改、完善和制造占工艺装备的准备阶段的7080的时间。所以在产品开发周期的夹具设计与制造，进入市场的时间有很大的影响。是以，现有机械制造行业的发展需求对于传统夹具设计的方法早已不能够满足。为了适应于多品种、中、小批量生产模式对夹具快速设计的需求，随着数控机床迅速的普及，采用机床专用夹具的机械制造企业越来越多。机床专用夹具的作用是为加工特定零件的特定工序而特意设计制造的，加工以前，按照零件的加工要求、所选用的机床和夹具设计原则，选择夹具元件，保证元件与元件之间的位置关系，夹具的设计制造装配要满足与以上要求。机床专用夹具拥有布局紧凑、操作简易、快速、刚性好、应用广泛、数量大等优点，因为批量的生产要求适用于机床专用夹具，制造企业提高生产率和取得市场竞争力就依靠于它了。根据以往的设计经验来设计制造夹具往往属于传统的机床专用夹具设计，它需要通过夹具设计人员的丰富经验来完成，具有设计时间较长，第2页共40页劳动量比较大，不易修改，设计效率低等缺点。由于以前没有CAD技术，传统的设计方法往往让设计者在策划和修改过程中带来了很多的麻烦，当代设计制造的要求愈来愈不能适应。然而，在制造业，据统计所有的夹具设计超出70的夹具是通过修改现有的类似设备。机床专用夹具的设计也不例外。专用的夹具设计模块在某些大型的三维参数化CAD软件，如SOLIDWORKS软件、UG软件、PROE软件等都没有提供相应的模块。为此，为了升高夹具的设计效率和规范性，完成夹具设计经验的重复使用性，并达到迅速响应市场需求的目的，使用CAD软件进行二次开发是很有必要的。同时为了企业获得良好的经济效益和社会效益，在二次开发过程中，能设计出迅速、确切绘制、装配和管理参数化机床专用夹具的设计软件是非常紧迫的。12机床夹具的现状及发展121机床夹具的现状国外生产研究协会统计表明，当前工件种类总数的85左右被多品种小批量生产的工件品种所占据。为了顺应当代市场的需求和竞争，当代生产要求企业所制造的产品品种频繁的推陈出新。但是，很多的企业依旧习惯于大批选用传统专用夹具，往往在拥有中等生产能力的制造企业里，估计具有数千乃至近万套专用夹具；另一方面，由于企业的生产多品种产品的更新换代，每34年就要更新5080专用夹具，其中只有约1020的磨损量。特别是这几年新加工技术的应用，例如加工中心、数控机床、成组技术、柔性制造系统（FMS）等的迅速发展，对机床夹具提出了如下新的要求1以减少生产准备周期，减少生产成本为目的，夹具能够装夹新产品的投产，快速而便利；2机床夹具能够装夹一组具有相似性特征的工件；3机床夹具具有精密加工的高精度性；4新型机床夹具能适用于种种现代化制造技术；5能够减轻劳动强度和提高生产效率，最好能够选用以液压站等为能源的高效夹紧装置；6提高机床夹具的标准化程度。122现代机床夹具的发展方向第3页共40页机械加工中机床夹具是一种不可缺少的组成部分，由于机床技术正朝着高速度，高效率，高精度，高智能，复合，环保的方向发展着，夹具技术也必须适应于机床技术，向着高精度、高效率、模块化、组合、通用性、经济化的目标成长着。高精为了达到降低定位偏差，提高加工精度的目的，要求机床加工精度有所提高，同时对夹具的制造精度要求更高。其中，对定位孔距精度的要求已经高达5M，对支承面的垂直度的要求为每300毫米偏差001毫米，平行度的要求为每500毫米偏差001毫米。显然，对机床夹具的精度要求已提高到微米级，世界各个著名的夹具制造公司都向着高精密机械制造企业靠拢。事实上，为了满足不同行业和经济性的需要，可选取不同的夹具类型，不同档次的精度标准。高效由于越来越多的双面、四面和多件装夹的夹具产品的设计生产，提高了机床的生产效率，同时各类的自动定心夹紧机构、精密平口钳、杠杆夹紧机构、凸轮夹紧机构、气动和液压夹紧机构等的提出，迅速夹紧功能组件不断的更新换代，减少了工件大量的装夹周期。基于这个基础上，新式的电控永磁夹具，抓紧和松开工件仅仅需要12秒钟，简化了夹具结构，有利于机床实现多工位、多面和多件加工的目的。瑞典3R夹具和美国JERGENS杰金斯公司的球锁装夹系统都仅仅只用了一分钟就能将夹具安装、调整到机床上，完成装夹操作，提高了生产效率。模块、组合达成组合化的基础是夹具元件模块化。夹具技术开发的基点是利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，迅速拼装成各种夹具。省力，节省时间，节省材料，节约能源，体现先进的夹具系统的创新性。模块化设计有利于夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，在实现夹具优化设计时，利用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，为用户实现三维实体组装夹具。通过对刀具切削过程的模拟仿真，不仅可以为设计者提供准确、合理的夹具与元件配套方案，而且还能累积经验，解析市场需求，在此基础上不断地改良和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，开始着手建立夹具专业技术网站，提供信息交流，产品咨询和开发公共平台，希望能够达到夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。通用、经济第4页共40页夹具的经济性受其通用性的影响。要使其经济性好，必须可重组性、可重构性和拓展性功能要强，并且通用性好，回收快，不然仅采用模块、组合式夹具系统，投资过大。现在各个制造企业都致力于研制功能强的元件，增强夹具的通用性，设计的元件少而精，降低配套的费用，只有经济实用的夹具才有推广应用的价值。123本课题主要讨论的问题本设计主要介绍了设计铣床夹具的一般总体设计思想和方法。这次设计的零件都是矩形工件，因为有形状和位置公差的要求，所以需要很高的精度要求。并且夹具的特性和夹具的设计必须符合铣床的设计要求和意图；继而对原始材料工件图、技术要求等进行分析，然后提出详细的定位方案、夹紧方案、对刀方案，并分析其精度；最后绘制出夹具的零件图及装备图，运用UG三维软件对整个夹具进行建模和装配,完成设计论文的撰写。2夹具设计的概论21机床夹具的概述211机床夹具概述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，简称为夹具。工件在机床上加工前，务必用夹具装夹好所需加工的工件。同时为了保障加工精度和提高生产效率，工件在机床上加工时，将工件安装定位就是确定工件相对于刀具的正确位置，这称之为定位。当确定定位位置后，再将工件夹紧就是对工件施加作用力，使之在已规定好的位置上可靠地固定，这称之为夹紧。定位和夹紧的全部过程称之为装夹。完成工件的装夹工作是机床夹具的主要功能。找正装夹法和夹具装夹法是两种基本的工件装夹方法。212机床夹具的种类（1）专门化分类1）通用夹具在一定范围内用于加工不同工件的夹具称之为通用夹具，是已经标准化了的，。通用夹具的特点是适应范围广，生产效率较低，主要适用于单件、少量的零件生产中。我们常见的有三爪卡盘、四爪单动卡盘、平口钳、分度头和回转工作台等。这些夹具通常由专门的工厂生产，常作为用户的机床附件。第5页共40页2）专用夹具特意为某一工件的某一道工序而专门设计的夹具称之为专用夹具。它不仅可以保证较高的加工精度和生产效率，而且结构紧凑，操作简易、便利、省力。但设计制造周期较长、制造费用也较高。由于专用夹具只适用于产品固定且批量较大的生产中，故当产品变更时，夹具将由于无法重复使用而报废。3）通用可调夹具和成组夹具通用夹具的特点是夹具的某些部件是可以调整的或者是直接更换某些部件，这样可以适应于不同工件的加工。成组夹具是用于相似工件的成批加工所用的夹具。通用可调夹具相对于成组夹具而言，加工对象不是很明确，但适用性更强。4）组合夹具是指由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成并符合零件的加工要求的夹具。它是由专业的厂家制造，其特点是灵活，通用性强，生产周期短、元件重用性好，特别适用于新产品小批量的生产和试制。5）随行夹具在自动线上不仅起到装夹工件的作用，而且还要与工件成为一个整体顺着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工的夹具称为随行夹具。（2）按使用分类夹具可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。这是由于各类机床自身工作特点和结构形式各有差别，对所用夹具的结构也相应地提出了不同的要求。（3）按夹紧分类根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。213机床夹具的组成1定位元件为了保证加工时零件相对刀具和机床加工运动间的相对位置，它与工件的定位基准相接触，用于保证工件在夹具中的正确位置。如定位销等。第6页共40页2夹紧装置用于夹紧工件，在切削工件时保证其既定位置。3对刀、引导元件或装置对刀元件是为了保证工件与刀具之间的正确位置。用于保证刀具在加工前正确位置的元件，例如对刀块。导引元件是用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件。4连接元件连接夹具与机床的元件，保证夹具与机床之间的相互位置关系。5夹具体用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。6其它元件及装置根据夹具的不同，某些夹具要根据工件加工要求的不同，要有对应的分度机构，例如铣床夹具的定位键等。上面所介绍的组成部分，并不是每个部分都是缺一不可的，不同的机床夹具，组成部分也不同。但是每一个夹具都一定要有定位元件和夹紧装置，因为它们是保证工件加工精度的关键，为了让工件定准、夹牢。22铣床夹具的分类铣床夹具是最常用的夹具之一，主要加工零件上的凹槽、平面、花键及各种成型面。主要由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件组成。铣削加工过程中，切削力较大，当断续切削时，振动又较大，因此铣床夹具的夹紧力要求比较高，夹具刚度、强度要求相对于其他夹具也比较高了。铣床夹具按铣削时的进给方式的不同，可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种。1、直线进给式这种类型的夹具安装在铣床工作台上，加工时随着工作台按直线进给方式运动。2、圆周进给式多用在铣床上有回转工作台或回转鼓轮的夹具，它依靠回转台或鼓轮的旋转作用将工件顺序送入铣床的加工区域。第7页共40页3、靠模进给式常用于专用或通用铣床上加工各类非圆曲面的夹具。靠模的作用是使工件获得辅助运动。另外，铣床夹具还可以按自动化程度，使用范围和夹紧动力源的不同以及装夹工件数量的多少等进行分类。23铣削专用夹具的设计要点1为了调节和确定夹具与机床工作台基准的相对位置，在夹具体应至少具有两个定位键。2为了调节和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选用对刀装置，对刀装置应满足在使用塞尺的时候，方便、易于观察，并应在工件被切入的一端。3夹具应有充足的刚性和强度，重心应尽量低，这样可以预防加工余量过大和切削力方向随时变化后带来的不良后果。4夹具装置要有良好的自锁性能，防止工件在加工过程中振动而松脱。5夹紧力作用点要合理，尽量用在工件刚度大的面。定位元件以工件的接触面也尽可能大些。6切屑和冷却液应能顺利排出，必要时应开排泄孔。24铣床夹具的安装夹具体底部的两个定位键可以把夹具定位在工作台上。由于铣床夹具在铣床工作台上的安装位置对被加工表面的位置精度有所影响，因而在设计时应该考虑其安装方法，通常是在夹具底座下面装两个定位键。由于定位键的结构尺寸已标准化，应根据铣床工作台的T形槽尺寸选定，他们的配合一般为H7/H6、H8/H8。两定位键的距离应力应最大，有利于提高安装精度。一般一个夹具由两个定位键，但如果夹具体尺寸很大，可以再夹具体的两侧设计两个对应工作台两个T型槽的距离相等的定位键。T形槽导轨如下图11第8页共40页图21铣床T行槽导轨25工件的定位与误差分析251工件定位的基本原理工件的定位实质是在夹具中要使工件有某个确定的位置。可以通过定位支承限制相应的自由度来获得这个位置。六点定位原理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以限制六个运动自由度1。如果工件的六个自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此定位实质上就是限制自由度。关于六点定位原则的几个主要问题1关于夹具的结构的定位中，具体的定位元件可以表现定位支承点。如支承点不一定用点或销来定位，可以用面或线来替代。我们知道，两点确定一条直线，三个点确定一个平面。反之，一条直线可以代替两个支承点，一个平面可以代替三个支承点。实际应用中，还可以用比较窄而长的平面代替直线，用小面积的平面来替代点的定位。2要起到限制自由度的作用，必须定位支承点与工件定位基准面始终保持接触。3在我们去分析定位支承点的定位时，不需要考虑力的影响。当限制了工件的某一自由度时，说明工件在某个坐标方向上有了确定的位置。定位与夹紧不同，定位只需限制方向，不考虑力，而夹紧力是要靠夹紧装置来完成。252定位方法与定位元件第9页共40页定位方法和定位元件的选择，主要决定于工件的加工要求、工件的定位基准和外力的作用情况等。根据工件定位面的不同，我们可以选择合理的定位元件来确保定位得当，如平面定位，圆柱面定位，圆柱孔定位，特殊表面定位，组合表面定位等。1对定位元件的基本要求1限制定位的定位基准面应该有足够的精度。这样才能保证工件的定位精度。2限制定位的定位基准面应该有良好的耐磨性。因为定位元件的工作表面频繁与工件接触和磨擦。为此，为了保证夹具的寿命和精度，定位元件限位表面的耐磨性一定要好。3定位支承元件应该具有足够的强度和刚度。因为定位元件在加工时受到工件重力、夹紧力和切削力的作用，所以要求定位元件应具有足够的刚度和强度。4应有较好的工艺性。定位元件应制造简单、合理、便于更换和装配。5定位元件应便于清除切屑。为了防切屑进入到夹具内对加工和定位精度产生影响，定位元件工作表面形状和结构应该有利于清除切屑。2常用定位元件的选用根据工件定位基准面结构特点可以选择对应的定位元件。1平头支承钉应用于面积较小的已经加工好的基准平面定位。2圆头支承钉应用于基准面粗糙不平或毛坯面定位。3网状支承钉应用于侧面定位。4支承板应用于面积较大、平面度精度较高的基准平面定位。当用于侧面定位时，可选用不带斜槽的支承板。但在总的设计中，最好用带斜槽的支承板，便于清除切屑。5自位支承作定位元件应用于毛坯面和环形平面作基准平面定位。6辅助定位元件定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性。它不限制工件的自由度，但是每次加工均需要重新调节支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。常见的支承板和支承钉如下图22和图23第10页共40页图22支承钉图23支承板253工件的误差分析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，加工后各工件的尺寸必然有误差。这种由工件定位引起的误差即定位误差（D）2。为保证精度，限定定位误差不超过工件加工公差T的1/51/2。即，D1/51/2T式中D定位误差，单位为MM；T工件的加工误差，单位为MM。254定位误差产生的原因每次工件在夹具中定位时，各个工件的位置不同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Y；二是定位基准与设计基准不重合，产生的基准不重合误差B。1基准不重合误差B第11页共40页例如工件1的设计基准是工件的底面，与定位基准相重合。但工件2的设计基准是底面，与定位基准不重合，从而导致在工序基准的加工尺寸方向上产生变动量，这个变动量称为基准不重合误差（B）。因为定位基准与设计基准不重合会产生误差，所以在我们选择定位基准时应尽可能的让设计基准与定位基准相重合。当工件的工艺过程确定后，各个工序的工序尺寸也就定下来了，此时在工艺文件上，设计基准便转化为工序基准了。2基准位移误差Y因为定位元件存在着制造误差，从而导致定位基准在加工尺寸上存在着最大位移变动量，我们称这个最大位移变动量为基准位移误差（Y）。由于某些工件由于外形问题，存在基准不重合误差，这是不可避免的。但我们可以通过减少基准位移误差来提高加工零件的精度，从而使加工后的工件更加符合我们的设计标准。26夹紧装置工件在夹具定位之后，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，故必须设计夹紧装置对工件夹紧，它对工件加工有较大影响。261夹紧装置的组成夹紧装置的组成由以下三部分组成1动力源装置产生夹紧作用力的装置，分机动夹紧和手动夹紧两种。目前为了改善劳动条件和提高生产率，在大批量生产中均采用机动夹紧。而手动夹紧主要适用于小批量生产中。机动夹紧的力源来自于气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。2传力机构传递动力的机构。主要作用是改变作用力的方向和大小；且应该具有一定的自锁性能，以便于在夹紧力消失后，仍能保证其夹紧系统处于可靠的夹紧状态，对于手动夹紧时尤为重。3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。262对夹紧装置的基本要求工件被夹紧的过程中，工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率受夹紧作用的效果直接影响。因此，设计夹紧装置应遵守以下原则第12页共40页1夹紧过程中，不能破坏工件定位时占据的正确位置。2夹紧力的大小应适当可靠。既要确保加工过程当中工件不发生位移或振动，也不允许工件发生不适当的变形和表面损伤。3夹紧装置工艺性好。4使用性好。操作方便、安全、省力。263夹紧力的确定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）夹紧力的方向应主夹紧力应朝向主要定位基面，这有助于定位稳定。（2）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。（3）夹紧力的方向应是工件强度，刚度较好的方向。2夹紧力的作用点合理选取夹紧力的作用点应该遵守以下准则（1）夹紧力的作用点应该处于定位元件的支承范围内，并且尽量使夹紧点和支承点对应，让夹紧力作用在支承上。假如夹紧力作用在支承元件的支承面范围之外，会使工件发生移动或倾斜，夹紧过程中将破坏工件的定位。（2）夹紧力的作用点应选取在工件刚性比较好的部位。尤其对刚度较差的工件要求就更高了，假如将作用点由中间的一点改成两旁的两点夹紧，可使变形量大大减小，并且夹紧更为可靠。（3）为了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，作用点应尽量靠近加工表面。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，保证夹紧装置的结构尺寸精度，都有着非常密切的关系。第13页共40页264夹紧力大小计算在我们计算夹紧力的时候，往往将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件受切削力和夹紧力的作用情况，找出在加工时对夹紧最不利的瞬时状态，按照静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为了保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力数值。即KW式中，实际所需的夹紧力；N在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力；N安全系数。K其中，6543210K27夹紧机构种类机床夹具的夹紧装置所采用的夹紧机构可根据实际需要合理选择。常用的夹紧机构有，斜锲夹紧机构，螺旋夹紧机构，偏心夹紧机构，端面凸轮夹紧机构，铰链夹紧机构，联动夹紧机构等。28减小夹紧变形措施1增加辅助支承和辅助夹紧点。2增加压紧件接触面积。3利用对称变形在设计夹具的夹紧机构时，应保证工件能产生均匀的对称变形，以便于获得平均变形量。同时，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。第14页共40页3铣削专用夹具的设计31零件加工工艺过程311分析工件零件图该零件材料为Q235；零件图如下图31，中批量生产；该工序在铣床上用铣槽刀进行加工。由零件图可知，所设计的夹具应满足以下工序加工要求1槽宽依次为123MM、90MM。2槽深依次为22MM、8MM。3槽的平面度为008MM。4槽底面的粗糙度为32UM。图31工件1加工零件图第15页共40页该零件材料为Q235；零件图如下图32，中批量生产；该工序在铣床上用铣槽刀进行加工。由零件图可知，所设计的夹具应满足以下工序加工要求1槽宽MM。30000600152槽底面至工件底面的位置尺寸10MM。3槽深20MM。4槽内表面的粗糙度均为32UM。图32工件2加工零件图312分析零件加工工艺过程工件11铣前后两端面，尺寸达到160MM；第16页共40页2铣左右两侧端面，尺寸达到190MM；3铣上下两端面；尺寸达到30MM，同时下下端面的过渡斜面；4铣前后两台肩面，尺寸达到长MM，深22MM；2051485铣左右两台肩面，尺寸达到长MM，深22MM；076铣第一个矩形槽，尺寸达到长153MM，宽123MM，深22MM；7铣第二个矩形槽，尺寸达到长120MM，宽90MM，深22MM；8上端面钻6M66H，深15MM的螺纹孔。以上铣削1、2、3、4、5、6、7工序均在X6130卧式铣床上加工，工序8在Z5135立式钻床上加工。工件21铣前后两端面，尺寸达到90MM；2铣左右两侧端面，尺寸达到56MM；3铣上下两端面；尺寸达到30MM；4铣槽，尺寸达到长90MM，宽MM，深20MM；061535铣左侧台肩面深7MM；6铣左侧45斜面，7在左端面钻沉孔13MM，深7MM，39MM，深15MM；8在下端面钻6M67H，深30MM的螺纹孔。以上铣削1、2、3、4、5、6工序均在X6130卧式铣床上加工，工序7、8在Z5135立式钻床上加工。32确定定位方案321基准的选择工件1第17页共40页图33工件1坐标系根据工件的加工要求，只需保证槽底平行度要求，其他都为自由公差，故该工序必须限制工件的六个自由度。建立坐标系如图33所示。为保证槽的精度，选取尺寸为宽MM，长MM，的四个面为定位基准面，限制自由度，；14802051780205XY为了保证矩形槽底面的平行度为008MM，选取下端面为基准面，与刀具同时限制自由度，。工件2图34工件2坐标系第18页共40页根据工件的加工要求，该工序必须限制工件的五个自由度。建立坐标系如图34所示。为保证槽宽MM精度，可选取X轴方向的外端面为基准面，限制自由度，3000060015X，；由下端面和刀具可限制工件的自由度，。YY323各个零件的选择及设计1定位元件的选择由上知，工件的定位面主要是外端面，据此在夹具上的定位元件选取为定位支撑板、钳口式自定心夹紧装置。而对于夹具体于铣床工作台的定位，本次设计采用的是A型定位键，其具体尺寸如下图35图35定位键2定位板的设计定位工件1的X轴端面所用的定位支承板参照现代夹具设计手册第15页定位装置所设计出来的。标记为定位支承板材料Q235。如下图36、图37所示第19页共40页图36定位支撑板CAD图图37定位支承板UG建模图3钳口式螺旋自定心夹紧装置的设计参照现代夹具设计手册第74页设计，螺旋夹紧机构是指螺旋副与其他元件（压板、垫片、螺钉等）相结合，对工件实施夹紧的机构。在生产中螺旋夹紧机构使用极为普遍。螺旋夹紧机构结构简单，夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大，是手动夹紧中用的最多的一种夹紧机构。常用的夹紧形式有单个螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构。本次设计的装置由钳口，中间挡板和丝杠组成，各个零件如下（1）钳口二维、三维图如下图38、图39所示第20页共40页图38钳口CAD图图39钳口三维建模第21页共40页（2）中间挡板二维、三维图如下图310、图311所示图310中间挡板CAD图第22页共40页图311中间挡板UG建模（3）丝杠二维、三维图如下图312、图313所示其中加工工艺及分析见附录。图312丝杠CAD图第23页共40页图313丝杠UG建模33定位误差的计算与分析根据现代夹具设计手册第140页，常见定位形式的定位精度计算，定位支撑板和螺旋自定心夹紧机构都是采用平面定位的。对于工件1槽底面至工件底面位置尺寸8MM。平面定位时，X轴基准位移误差忽略不计，0；钳口定位面极限偏差为008MM，则008MM。工件1槽底XQ1XQ的平面度要求为008MM，定位误差要小于工件要求的1/51/2才能保证加工精度，故不符合标准。对于工件2槽宽MM的定位误差该尺寸由铣刀尺寸直接保证，不需考虑定位误差。300006001534减小定位误差的措施由两个工件的尺寸要求可知，工件1的定位标准不符合要求，需达到标准，可将定位面的精度提高，最终达到加工要求，将原来的极限偏差为008MM改为精度更高的004MM，提高定位面的精度后，定位误差004MM，已符合加工1XQ标准。由于工件2的槽宽是由刀具精度决定的，最终只需将刀具的刀宽精度达到加工要求即可。35切削力和夹紧力的计算工件1刀具X轴铣削时受力简图如下第24页共40页图314切削作用点的受力简图工件在加工时的受力情况如图314所示。加工时，工件受到切削合力与夹紧力F大小相等,方向相反F参照现代夹具设计手册第216页表391得铣削力P的计算公式10086072086参数的选取切向铣削力（N）F铣刀系数682查现代夹具设计手册第217页表392所得PC铣削深度5MMA每齿进给量015MM铣刀直径D12MM铣削宽度B12MM铣刀齿数Z3修正系数864075/3BPK（Q235的抗拉强度为375460PA，取最大值460PA。）综上，计算得第25页共40页铣削力1068250860150721208612308642549故工件的主夹紧面是Y轴端面，故选择夹紧力的作用方向为Y轴方向的。当夹紧力作用于工件上时，所需要的理论夹紧力。FF2549由公式可计算出实际所需夹紧力。实理现在计算安全系数K的值。由现代夹具设计手册第145页安全系数K的计算公式为36543210基本安全系数，一般均取15；0加工状态系数，粗加工12，精加工；1111刀具钝化系数，一般；221019切削特点系数连续，间断；3310312夹紧力稳定性系数，手动夹紧，机动夹紧；4413410考虑手动夹紧时手柄位置的系数，若手柄位置操作方便，手柄偏转角度范围5小时，；若手柄位置操作部方便，手柄转动角度范围大（90）时，510；512当在有力矩企图让工件回转的时候，才应考虑支承面接触情况的系数，若工件6时安装在支撑钉上，接触面积小时，；若工件是安装在支承板或其他接触面积610较大元件上时，。615总的安全系数选择范围较大，一般K1525，若夹紧力和切削力方向相反时，为保证工件的可靠夹紧，K值不应小于25。各安全系数K的取值如下基本安全系数加工状态25101K刀具钝化程度0切削特点023稳定性手柄位置034K5工件与支撑面接触情况516第26页共40页将各个安全系数值代入上面公式计算得,K35125（注若夹紧力和切削力方向相反时，为保证工件的可靠夹紧，K值不应小于25），则取K的值为351。所以实际所需夹紧力为35125498947N。实F刀具Y轴铣削时受力简图如下图315切削作用点的受力简图工件在加工时的受力情况如图315所示。加工时，工件受到切削合力的作用，F可分解为水平和垂直方向的切削分力和，由经验公式，和可通过切向FFFFF铣削力分别乘以一个系数来得到。在对称铣削情况下,112,0203FFFF。F参照现代夹具设计手册第216页表391得铣削力P的计算公式10086072086参数的选取切向铣削力（N）F铣刀系数682查现代夹具设计手册第217页表392所得PC铣削深度5MMA每齿进给量015MM铣刀直径D12MM第27页共40页铣削宽度B12MM铣刀齿数Z3修正系数0864/75003（Q235的抗拉强度为375460PA，取最大值460PA。）B综上，计算得铣削力1068250860150721208612308642549故水平分力112804N，垂直分力03765N。FFFF工件的主夹紧面是Y轴端面，故选择夹紧力的作用方向为Y轴方向的。当夹紧力作用于工件上时，所需要的理论夹紧力。理F2804由公式可计算出实际所需夹紧力。实理现在计算安全系数K的值。由现代夹具设计手册第145页安全系数K的计算公式为6543210各安全系数K的取值如下基本安全系数加工状态25101K刀具钝化程度0切削特点023稳定性手柄位置034K5工件与支撑面接触情况516将各安全系数值代入上面公式计算得,K35125（注若夹紧力和切削力方向相反时，为保证工件的可靠夹紧，K值不应小于25），则取K的值为351。所以实际所需夹紧力为35128049842N。实F工件2只有一个方向的切削力第28页共40页图316作用于工件上的切削力工件在加工时的受力情况如图316所示。加工时，工件受到切削合力的作用，F可分解为水平和垂直方向的切削分力和，由经验公式，和可通过切向FFFFF铣削力分别乘以一个系数来得到。在对称铣削情况下,112,0203FFFF。F参照现代夹具设计手册第216页表391得铣削力P的计算公式10086072086参数的选取切向铣削力（N）F铣刀系数682查现代夹具设计手册第217页表392所得PC铣削深度5MMA每齿进给量015MM铣刀直径D100MM铣削宽度B10MM铣刀齿数Z12修正系数0864/75003（Q235的抗拉强度为375460PA，取最大值460PA。）B第29页共40页综上，计算得铣削力106825086015072100086101208641372故水平分力111509N，垂直分力034116N。FFFF工件的主夹紧面是X轴端面，故选择夹紧力的作用方向为X轴方向的。当夹紧力作用于工件上时，所需要的理论夹紧力。理F1509由公式可计算出实际所需夹紧力。实理现在计算安全系数K的值。由现代夹具设计手册第145页安全系数K的计算公式为6543210各安全系数K的取值如下基本安全系数加工状态25101K刀具钝化程度0切削特点023稳定性手柄位置034K5工件与支撑面接触情况516将各安全系数值代入上面公式计算得,K35125（注若夹紧力和切削力方向相反时，为保证工件的可靠夹紧，K值不应小于25），则取K的值为351。所以实际所需夹紧力为35115095297N。实F实际加工过程中，所需的夹紧力受多种因素的影响，这里只是根据经验公式粗略的估算而已。当然，为了方便计算和设计，设计夹紧装置的过程中，只需考虑切削力对夹紧的影响，并假设工艺系统是刚性的，切削过程稳定不变。36夹紧机构的设计现在设计的是一种钳口式螺旋自定心夹紧装置，当丝杠顺、时针转动时，钳口就能一张一合。根据现代夹具设计手册第152页表326各种直径螺栓的许用夹紧力及夹紧转矩可知本次设计的丝杠许用夹紧力N,NM。由表许36190许10937325各种螺母的夹紧力可知直径为M8的蝶形螺母的夹紧力为F407N，因本次采用两个蝶形螺母夹紧，则2F814N。螺第30页共40页因9842N,411N，故夹紧机构满足设计要求。许实F螺F37主要元件的设计与UG建模依据现代夹具设计手册对各个元件进行设计并对其标记如下1钳口JB/T802911999材料45钢2丝杠GB/T182542002材料GCR153中间挡板A14130GB218880材料45钢4滑块JB/T802221999材料T85垫板JB/T80421999材料45钢6定位支承板JB/T802911999材料T87支板JB/T80301999材料45钢8蝶形螺栓GB/T6212004材料40钢9对刀块垫块JB/T80421999材料45钢10对刀块JB/T803131999材料20钢11底板GB/T699材料45钢12M5内六角圆柱头螺钉GB/T711985M5材料40钢13M6内六角圆柱头螺钉GB/T711985M6材料40钢14M8内六角圆柱头螺钉GB/T711985M8材料40钢对夹具主要元件夹紧元件建模如下图317、318、319、320第31页共40页图317钳口图318丝杠第32页共40页图319中间挡板图320蝶形螺母38对刀元件根据工件的加工表面形状，选用标准直角对刀块刀件作为夹具的对刀元件。它的直角对刀面和工件被加工槽形相对应，其间距等于塞尺厚度，设计塞尺厚度为002MM和003MM。由现代夹具设计手册第397页对刀块的设计如图321、322第33页共40页图321对刀块CAD图图322对刀块UG建模第34页共40页4夹具图绘制41工序图依据零件的加工要求，制订铣槽工序表。见附图。42绘制夹具装配总图如下图41图41铣槽夹具总图第35页共40页44装配图下图为装配三维建模图42、43、44、45图42夹具俯视图第36页共40页图43夹具左视图图44夹具主视图第37页共40页图45夹具正二测视图5分析夹具工作精度在我们完成夹具结构设计的过程中，还应该考虑对夹具工作精度进行分析，即分析和计算各项加工要求的夹具部分误差，并将它与加工允差比较，从而判断夹具是否可靠的保证各项加工要求，以保证所设计夹具方案的合理性。与夹具有关的误差有定位误差、对刀误差、夹具在机床上的安装误差和夹具误差等。各项误差均导致刀具相对于工件的位置不准确，而形成夹具总的加工误差。51分析工件1工作精度第38页共40页工件1的槽底面尺寸平面度要求为008MM，定位基准与设计基准重合，定位误差为零；工件夹紧力作用于外端面，其对矩形槽底面平行度影响很小，故此值可忽略；调刀尺寸的公差也会引起004MM的调刀误差。此三值相加小于工件的加工允差008MM，故夹具可满足尺寸精度要求。52分析工件2工作精度工件2的槽宽尺寸要求为MM，由铣刀直接保证，不必进行分析计算。3000060015综合以上分析，通过对夹具结构的选择、设计和夹具工作精度的分析计算，证明该夹具符合装夹工件标准，并能稳定可靠地保证工件的加工技术要求，且结构简单、操作方便。从而说明所设计的夹具结构是可行的。第39页共40页6结论本课题的研究是以防爆箱的观察窗框和门扣作有关的铣床夹具设计。本文针对防爆箱的观察窗框和门口设计的相应的专用铣床夹具，改善了一直以来用通用夹具加工工件的效率低，精度低等的缺点。同时利用了专用夹具的高效性，精确性来提高工件的大批量生产加工，有利于提高经济性和生产效率。在本次课题研究过程中，主要有以下这几方面的收获和不足1、对工件进行了自由度分析，通过学习的六点定位原理来保证工件在装夹过程中不出现欠定位问题，保证了工件加工过程的精度。让我在走出学校之前对工件该如何确定定位，定位面该如何选择，对特定零件该如何分析有了一定的学习和了解。2、对工件进行了夹紧面分析，确定工件的夹紧面，在保证夹紧力足够的同时，使工件不发生变形。在这其中，需要查询一些标准件的许用夹紧力，在工件特殊的地方，需要设计符合特定面的加紧面机构，这需要我们多去观察和问有经验的老师或工厂师傅