毕业论文：铣床专用夹具三维造型虚拟设计分析

1、西安航空职业技术学院毕 业 设 计论 文论文题目：铣床专用夹具的设计与分析 所属系部： 航空制造工程系指导老师： 崔彦斌 职 称：高级工程师学生姓名： 杨维新 班级、学号:08102104 专 业：计算机辅助设计与制造西安航空职业技术学院制2011年 3 月 1 日西安航空职业技术学院 毕业设计论文任务书题目：铣床专用夹具的设计与分析任务与要求：2.选择毛坯制造方法，填写机械加工工艺卡片和工序卡片 3.对零件进行工艺分析绘制零件图及零件毛坯图，制定零件机械加工工艺时间： 2011 年 11 月 1 日 至 2011 年 3 月 1 日 共 8 周所属系部：航空制造工程系学生姓名： 杨维新 学

2、号：081021-04专业： 计算机辅助设计与制造指导单位或教研室：计算机辅助设计制造教研室指导教师：崔彦斌 职 称：高级工程师西安航空职业技术学院制2011年 3 月 1 日毕业设计(论文)进度方案表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字看图识零件并进行分析良好分析零件初步拟定工艺路线良好查阅文献资料良好确定工艺路线并着手设计良好分析夹具并着手设计良好CAD绘制零件和夹具图良好整理毕业设计及说明书良好检查该设计准备辩论良好教师对进度方案实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。目录一 绪论 11.PROE软件模块简介 1 3 5 6二 设计课题的分析计算过程

3、及平面图绘制 8 9 9 14 16 176.夹具总图上的尺寸、公差和技术要求 18 21三、 铣床夹具三维造型设计25四、论文总结34五、谢辞35六、主要参考资料36七、附录37八、附文48 摘要 计算机辅助夹具设计(CAFD)作为CIMS集成中的一个重要环节，克服传统夹具设计存在的设计周期长，设计效率低等问题，降低了设计人员的劳动强度，提高了夹具设计的质量，从而能够大幅度缩短产品开发周期，提高企业的市场竞争力。论文在回忆了夹具的概念、开展、组成以及国内外应用现状后，详细介绍了夹具的总体设计和各组成局部的设计，并着重阐述了设计研究过程中的各项所需的关键技术在对国内外众多夹具设计系统进行仔细的

4、分析研究之后，本课题确定以专用夹具为对象，以铣床夹具为主要开发内容，设计一种适合国内企业现状的具有先进性和实用性的铣床夹具。运用了大量的软件对夹具进行辅助设计，基于Autocad强大的二维绘图能力，对夹具进行完整的三视图绘制，著名的3D CAD/CAM系统Pro/E由于具有参数化设计特性，在全世界范围内受到广泛应用。在Pro/E环境下对所设计的铣床夹具进行了三维仿真的实体造型和虚拟装配关键词：三维造型设计;Pro/e模块;AUTOCAD；计算机辅助夹具设计(CAFD) 第一章 绪论 本世纪的一个重大变革是全球市场的统一，它使市场竞争更加剧烈，产品更新更快，但是有限的资源加上消费者对复杂产品的需

5、求日益增加，使你合很难保持市场分额。在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)/CAE计算机辅助测量技术得到迅速普及和极大开展。海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的十大技术中，CAD/CAM/CAE技术便榜上有名。在为数众多的CAD/CAM/CAE软件中， 主流软件包种类繁多，PRO/E，UG，CIMATRON，MDT，IDEAS，MASTERCAM都是个中极品，但PRO/E工业解决方案地位显赫，它是美国PTC公司的拳头产品，技术领先，在机械、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业都有应用，是CAD/CAM/CAE领域少有的顶尖“人物。 PRO/ENGINEER软

6、件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。PRO/E能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型工程的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。其中PRO/E V2000I更增加了行为建模技术使其成为把梦想变为现实的杰出工具。 PRO/E的最新版本为PRO/Ewildfire3.0，它可运行于Windows/NT和UNIX平台上，共有六大主模块：1工业设计(CAID)模块 工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型在工

7、程实际中是“中看不中用。用PRO/E生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上，PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(动画模拟)、 PRO/DESIGNER(概念设计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH图片转三维模型、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。2机械设计(CAD)模块 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状不规那么的物体外表，如图1中的摩托车轮轱，这

8、些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用 PRO/E生成曲面仅需2步3步操作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准。包括：PRO/ASSEMBLY实体装配、PRO/CABLING电路设计、PRO/PIPING弯管铺设、PRO/REPORT应用数据图形显示、PRO/SCAN-TOOLS物理模型数字化、PRO/SURFACE曲面设计、PRO/WELDING焊接设计3

9、功能仿真(CAE)模块 功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人知面不知心。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到零件内部的受力状态。利用该功能，在满足零件受力要求的根底上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20，而其功能丝毫不受影响，仅此一项就取得了极大的经济效益。包括：PRO/FEMPOST有限元分析、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS自定义载荷输入、PRO/MECHANICA EQUATIONS第三方仿真

10、程序连接、PRO/MECHANICA MOTION指定环境下的装配体运动分析、PRO/MECHANICA THERMAL热分析、PRO/MECHANICA TIRE MODEL车轮动力仿真、PRO/MECHANICA VIBRATION震动分析、PRO/MESH 有限元网格划分。4 制造(CAM)模块 在机械行业中用到的 CAM制造模块中的功能是NC Machining(数控加工)。说到数控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件。当时，苏联从日本东芝公司引进了一套五座标数控系统及数控软件CAMMAX，加工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失沉重。东芝公司因违反“巴

11、统协议，擅自出口高技术，受到了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的CAMMAX软件就是一种数控模块。PRO/ES的数控模块包括：PRO/CASTING铸造模具设计、PRO/MFG电加工、PRO/MOLDESIGN塑料模具设计、PRO/NC-CHECKNC仿真、PRO/NCPOSTCNC程序生成、PRO/SHEETMETAL钣金设计。5 数据管理(PDM)模块 PRO/E的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改良产品设计。它就像PRO/E家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪你创立的数据，这些数

12、据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的平安及存取方便。它包括：PRO/PDM数据管理、PRO/REVIEW模型图纸评估。6 数据交换(Geometry Translator)模块 在实际中还存在一些别的CAD系统，如UG、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它们门户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的CAD数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。PRO/E中几何数据交换模块有好几个，如：PRO/CATPRO/E和CATIA的数据交换、PRO/CDT二维工程图接口、PRO/DATA FOR PDGSPRO/

13、E和福特汽车设计软件的接口、PRO/DEVELOPPRO/E软件开发、PRO/DRAW二维数据库数据输入、PRO/INTERFACE工业标准数据交换格式扩充、PRO/INTERFACE FOR STEPSTEP/ISO10303数据和PRO/E交换、PRO/LEGACY线架/曲面维护、PRO/LIBRARYACCESSPRO/E模型数据库进入、PRO/POLTHPGL/POSTSCRIPTA数据输出夹具的一般概念夹具广泛用于各种制造工序中，用以将工件定位并牢固地夹持在一定的位置，以便按照产品设计规定完成要求的制造过程。为了将工件可靠定位，经常用定位件和支撑件与工件外表相接触，以限制工件包括移动

14、和旋转在内的六个自由度，用夹紧来抵消切削力，以保证工件牢固定位。传统夹具以专用夹具为代表主要有四种功能:定位、夹紧、导向和对刀。夹具设计的根本要求 对夹具的根本要求就是将工件定位并牢固的夹持在一定位置，并在机床工作台上有一定的方位，其次，还要满足其他要求，如保证夹具的生产率(容易装卸工件，采用自动或半自动夹紧装置，切屑容易排除)，操作简单并平安(如对贵重工件采用防误功能的元件)，有效降低本钱(考虑夹具材料和制造过程，优先选用标准件)。因此，夹具设计是一个复杂的过程，在传统夹具设计中，这些根本原理应用于具体夹具设计中主要取决于设计者的经验。从夹具设计人员的经验中收集和表达这些知识是开发计算机辅助

15、夹具设计(CAFD)系统的关键。机床夹具的分类 单件小批生产一般选用通用夹具、可调整夹具和组合夹具等，使用这类夹具时的调整和测量需要依赖经验，而且需花费大量时间。 大批量生产使用以上夹具会使生产效率降低，对操作人员的操作技能要求提高，生产本钱提高。为了提高加工效率和制件精度，降低对操作人员的要求，一般使用多轴加工的专用机床加工，这种机床包含相应夹具或者设计专用夹具与通用机床配合使用，这两种方法都涉及专用夹具的设计问题。 计算机辅助制造技术的开展，制造业越来越多的使用数控机床和加工中心组成柔性制造单元。在使用CNC机床修改产品设计时，只要变更NC程序，加工工艺就能随之变化，而NC程序借助于计算机

16、辅助编程系统只要花一天或数个小时就能完成修改。刀具是标准化的，随时可以从市场上购置。如果还使用现有的夹具或不用柔性夹具，FMS就不能实现真正的柔性，所以在FMS和计算机集成制造系统中迫切需要能适用产品变化的柔性夹具柔性夹具一般来说，柔性夹具是指用同一夹具系统装夹定位在形状与尺寸上有所变化的多种工件。工件的变化可在小范围，即在相似形状和尺寸变动不大的范围内，也可在大范围，即零件形状完全不同，尺寸变化也很大。所以柔性的概念是模糊的。笼统的说是指与NC机床、加工中心配合使用的、具有加工多种不同工件能力的夹具。自20世纪80年代后柔性夹具的研究开发主要沿原理和结构均有创新和传统夹具创新两大方向开展。下

17、表1-1为当前研究和应用的柔性夹具的工作原理和分类的简表表1-1中原理和结构均有创新的柔性夹具如相变和伪相变式、适应性夹具、模块化程序控制式、仿生抓夹式等正处于研究阶段，有许多问题尚未解决，如相变升降温度引起工件变形对精度的影响，伪相变材料夹紧力不大，适应性夹具适应范围小，模块化程序控制式夹具结构太复杂，本钱过高，而柔性有限，不容易在生产中普及，因此，到目前为止，尚没有找到结构上、经济上、实用上能与传统夹具中己具柔性的一些夹具相匹敌的新型夹具。表1-1现代柔性夹具的工作原理及分类表表1-1分类 柔性工作原理 子分类 组合夹具 标准元件的机械装配 槽系组合夹具 孔系组合夹具 可调整夹具 在通用或

18、专用夹具根底通用可调夹具 上更换元件和调节元件专用可调夹具 的位置 模块化程序控制式夹具用伺服控制机构变动元双转台回转式 件的位置 可移动拇指式 适应性夹具 将定位元件或夹紧元件涡轮叶片式 分解为更小的元素以适弯曲长轴式 应工件的连续变化 相变材料夹具 材料物理性质的变化 真相变材料夹具 伪相变材料流态床夹具防生抓夹式夹具 形状记忆合金 用于机器人终端器也可 用于夹具 1. 3国内外计算机辅助夹具设计开展现状 CADICAM系统中，计算机辅助夹具设计(CAFD)以其本身特点是相对独立的一局部，并和其他局部尤其是CAPP紧密连接，广义的说，CAFD是新兴的计算机辅助工艺装备CAT (Comput

19、er Aided Tooling)范畴。准确的说，CAPP和CAFD共同构成CAD和CAM的接口，而二者彼此之间又是相互独立的。 前苏联学者在20世纪70年代开始了夹具CAD的研究工作，由于计算机硬件和软件的落后，进一步开展受到很大的阻碍。20世纪80年代欧美学者投入这一工作，80年代中期以后我国也开始进行研究。到现在大约经历了三代: 1第一代是交互式夹具CAD系统，该系统应用CAD软件建立夹具元件库，菜单驱动的夹具装配程序，借规定的坐标系统和X-Y平面内的转动角度来执行夹具装配操作，实际操作时费时较多，但在工业上有实用价值。(2) 第二代CAFD是基于成组技术和基于知识的变异式和生成式系统，

20、基于GT的CAFD系统主要用零件及夹具分类编码系统进行检索，修改生成符合要 求的夹具:基于知识的CAFD系统，主要是搜集人类夹具专家的知识整理成知识库中的各种规那么，然后通过专家系统推理机得到各种决策。这种系统主要解决定位、夹紧方法的选择，位置确实定。有的系统已搜集了上千条规那么，但因工件的多样性和夹具设计的复杂性，只能设计一些简单的夹具。3第三代能生成夹具结构的商品化夹具设计系统，如美国吴士脱理工学院容亦鸣教授和清华大学朱耀祥、罗振璧教授合作开发的孔系数控组合夹具设计系统:国内有中国航空工业总公司保定向阳机械厂用AUTOCAD开发的组合夹具设计系统，建有元件库，交互式生成组合夹具。1. 4.

21、 1课题的意义 多年来，机械制造过程总把设计蓝图比喻成工程师的语言，对于机床专用夹具而言，也总是利用众多视图的不同投影来描绘，采用标注各种线型和符号绘图，不仅费时费力，而且一旦理解有误或形体表现错误，将会影响产品的制造和质量。采用三维实体造型的设计方法，零件的造型如同车间中加工零件的过程一样，设计完以后，零件就“加工出来了，这样不需要很强的空间想象力就可以设计出产品的真实三维模型，经过虚拟装配，可清楚地检验出产品结构的合理性、空间布置是否干预等问题。造型结束后，将设计模型投影到二维图纸空间，就可自动生成工程图纸的三视图，轴侧图、剖视图等，大大方便了设计工程，形象直观易于接受，更易培养学生独立设

22、计机械产品的能力。机床夹具设计以培养夹具设计能力为主线，贯穿机械设计制造工艺的整个过程，通过学习夹具设计的根本原理、原那么和方法，典型夹具的分析与设计，来培养独立设计机械产品的能力。本课题在学习机床专用夹具的根本知识和根本理论的同时，研究如何利用计算机图形学采用三维造型方式设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计，形成专用夹具的三维爆炸视图。本课题对学习和稳固机床夹具设计的专业知识具有极大的帮助，通过设计实践，能切实掌握设计制造专用夹具的根本理论和方法，全面熟悉机械制造工艺方面的知识，培养机械产品的独立设计能力和利用机械设计自动化程序的能力。课题研究的内容本课题的研究内容是围绕如何充分利用

23、己有的设计经验和资源，提高夹具设计的质量和效率，主要进行了以下几方面的研究:1在收集整理有关产品设计参考资料和技术标准的根底上，分析产品零件的加工特征和加工车间的机床装备的情况并提取零件的特征信息，确定零件的加工方案；2切削力计算，根据零件的加工方案计算相关的切削力；3定位装置设计，其中包括定位方案确实定，定位元件的选择以及定位误差的计算等。定位方案和定位元件的选择包括定位元件的结构，形状，尺寸及布置形式等，主要决定于工件的加工要求，工件定位基准和外力的作用状况等因素。4夹紧装置设计，其中包括夹紧力方案确实定，夹紧元件的选择以及夹紧力计算等；5对刀，引导装置以及夹具体的设计，其它特定要求涉及的

24、相关元件与装置确实定，例如分度装置，定向键等；6完成夹具总体布局和装配图的设计绘制，并制定夹具的制造工艺第二章 设计课题的分析计算过程及平面图绘制如图2-1所示，要求铣一车床尾座顶尖套上的键槽和油槽，试设计大批生产时所用的铣床夹具。 图2-1 根据工艺规程，在铣双槽之前，其它外表均已加工好，本工序的加工要求是：1.键槽宽12H11。槽侧面对70.8h6 轴线的对称度为0.10mm，平行度为0.08mm。槽深控制尺寸64.8mm。键槽长度60±0.4mm。2.油槽半径3 mm,圆心在轴的圆柱面上 。油槽长度170mm。3.键槽与油槽的对称面应在同一平面内。夹具设计的根本要求：提高机械加

25、工的劳动生产率和降低工件的制造本钱2.要结构简单，操作方便、平安3.要有良好的结构工艺性，使设计的夹具便于制造、装配、检验、调整与维修。分析题目在机械加工中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，首先要将工件固定，使之占有确定的位置，这种保证一批工件占有确定位置的装置统称为夹具。本课题所研究的对象主要限于铣床夹具。它对保证工件的加工质量，提高加工效率，降低生产本钱、改善劳动条件、扩大机床使用范围、缩短新产品试制周期等方面有着极明显的经济效益。定位装置设计.1 工件定位的根本原理工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的位置。这一确定的位置可以通过定位支承限制相应的自由度来获得。一

26、个物体在空间坐标系中具有六个自由度。即沿三个相互垂直的坐标轴的移动自由度，以及绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过定位元件限制工件的六个自由度。分析使可将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点，用这些定位支承点来限制工件的自由度。工件的六个自由度全部被限制而在空间占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。如果根据该工序加工要求只需限制局部自由度，而其他自由度无需限制时，工件虽然不占有确定的唯一位置，但不影响该工序的加工要求，此时称为不完全定位。应该采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求来决定。欠定位是指工件实际所限制的自

27、由度数目，少于按该工序加工要求所必须限制的自由度数目。因此，欠定位的结果，将导致出现应该限制的自由度而未予限制的不合理现象，从而无法保证该工序所规定的加工要求。所以，在确定工件在夹具中的定位方案时，不允许出现欠定位这样的原那么性错误。两个或两个以上定位支承点重复限制同一个自由度，这种重复定位的现象叫做过定位。出现过定位时，将使工件位置不确定。同时，在夹紧情况下，重复限制同一自由度的定位支承间所产生的矛盾、干预和冲突必将造成工件或定位元件的变形，其结果都将破坏工件定位的要求，从而严重影响工件的定位精度。因此，在设计夹具时，一般情况下应防止出现过定位现象。如因某些结构上的原因，无法防止过定位时，应

28、采取必要的相应措施，以减小由于过定位所造成的影响。由所设计的题目知假设先铣键槽后铣油槽，按加工要求，铣键槽时应限制五个自由度，铣油槽时应限制六个自工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的位置。这一确定的位置可以通过定位支承限制相应的自由度来获得。一个物体在空间坐标系中具有六个自由度。即沿三个相互垂直的坐标轴的移动自由度，以及绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过定位元件限制工件的六个自由度。分析使可将具体的定位元件抽象化，转化为相应的定位支承点，用这些定位支承点来限制工件的自由度。工件的六个自由度全部被限制而在空间占有完全确定

29、的唯一位置，称为完全定位。如果根据该工序加工要求只需限制局部自由度，而其他自由度无需限制时，工件虽然不占有确定的唯一位置，但不影响该工序的加工要求，此时称为不完全定位。应该采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求来决定。欠定位是指工件实际所限制的自由度数目，少于按该工序加工要求所必须限制的自由度数目。因此，欠定位的结果，将导致出现应该限制的自由度而未予限制的不合理现象，从而无法保证该工序所规定的加工要求。所以，在确定工件在夹具中的定位方案时，不允许出现欠定位这样的原那么性错误。两个或两个以上定位支承点重复限制同一个自由度，这种重复定位的现象叫做过定位。出现过定位时，将使工件位置不确定

30、。同时，在夹紧情况下，重复限制同一自由度的定位支承间所产生的矛盾、干预和冲突必将造成工件或定位元件的变形，其结果都将破坏工件定位的要求，从而严重影响工件的定位精度。因此，在设计夹具时，一般情况下应防止出现过定位现象。如因某些结构上的原因，无法防止过定位时，应采取必要的相应措施，以减小由于过定位所造成的影响。由所设计的题目知假设先铣键槽后铣油槽，按加工要求，铣键槽时应限制五个自由度，铣油槽时应限制六个由度。.2 定位基准的选择工件的定位是通过定位基面进行的，因此这些基面的几何形状、尺寸及外表状况在很大程度上决定着定位方法及所用定位元件的选择，故从夹具设计角度出发提出如下选择原那么：1.工件的定位

31、基准与工序基准标定加工面位置的面、线、点重合，以防止产生基准不符误差B。但当两基准重合后，会使夹具结构复杂或工件定位不稳定时，那么应另选定位基准，此时必须计算和控制基准不符误差。为了减小基准不符误差，应减小定位尺寸的组成环节及各环节的公差。当基准重合时，基准不符误差为零，这是选择工序基准作为定位基准的原因所在。2尽量用精基准作为定位基准，以保证有足够的定位精度。不当得不采用毛面做定位基准时，应尽量只用一次。而且应选用误差较小、较光洁、余量小的外表或与加工面有直接关系的外表，以利于保证加工要求。3应使工件安装稳定，使在加工过程中因切削力或夹紧力而引起的变形最小。4遵守基准统一原那么，以减小设计和

32、制造夹具的时间和费用。但如因此造成夹具结构复杂时，那么不必强求定位基准统一。5应使工件定位方便，夹紧可靠，便于操作，夹具结构简单。因为是大批生产，为了提高生产率，可在铣床主轴上安装两把直径相等的铣刀，同时对两个工件铣键槽和油槽，每进给一次，即能得到一个键槽和油槽均已加工好的工件，这类夹具称多工位加工铣床夹具。图1-2所示为顶尖套铣双槽的两种定位方案。方案1：工件以70.8h6外圆在两个互相垂直的平面上定位，端面加止推销，如图2-2a所示。 铣油槽时限制的自由度定位元件定位基准限制自由度数目方法平面外圆柱面Z,X位置和旋转自由度4不完全定位止推销端面Y位置自由度1铣键槽时限制的自由度定位元件定位

33、基准限制自由度数目方法平面外圆柱面Z,X位置和旋转自由度4完全定位短销键槽X，Z位置自由度2方案2：工件以h6外圆在V形块上定位，端面加止推销，如图2-2b所示。 铣油槽时限制的自由度定位元件定位基准限制自由度数目方法V形块外圆柱面X,Z位置和旋转自由度4不完全定位止推销端面Y方向位置自由度 1 铣键槽时限制的自由度定位元件定位基准限制自由度数目方法V形块外圆柱面X,Z位置和旋转自由度4完全定位短销键槽X，Y位置自由度2为保证油槽和键槽的对称面在同一平面内，两方案中的第二工位铣油槽工位都需要用一短销与已铣好的键槽配合，限制工件绕轴线的角度自由度。由于键槽和油槽的长度不等，要同时进给完毕，需将两

34、个止推销沿工件轴线方向错开适当的距离。mm1/2mm未注公差，加工要求低，而对称度的公差较小，应选用方案2较好，从承受切削力的角度看，方案2也较可靠。定位元件采用固定或V形块，选夹角90ºV形块。由?机床夹具手册?查得，技术条件为材料20#号钢。图2-3图2-3为夹具设计时所应用到的V型块，其技术要求：1铣边倒钝。2外表发蓝或其他防锈处理。3热处理夹紧机构设计在机械加工过程中，工件将受到切削力、离心力、惯性力等外力的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠地夹紧。.1夹紧

35、装置的根本要求1 在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。2夹紧力的大小要适当、可靠。既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。3 夹紧装置应操作平安、方便、省力。4 夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。.2夹紧方案：根据夹紧力的方向应朝向主要限位面以及作用点应落在定位元件的支承范围内的原那么，如图2-4所示，夹紧力的作用线应落在区域内N为接触点夹紧力与垂直方向的夹角应尽量小，以保证夹紧稳定可靠。铰链压板的两个弧形面的曲率半径应大于工件的最大半径。由于顶尖套较长，须用两块压板在两处夹紧。如果用手动夹紧

36、，工件装卸所花时间较多，不能适应大批生产的要求，假设用气动夹紧，那么夹具体积太大，不便安装在铣床工作台上。因此宜用液压夹紧，如图2-8所示，采用小型夹具用法兰式液压缸5固定在工位之间，采用联动夹紧机构使两块压板7同时均匀夹紧工件。所谓联动夹紧机构就是由一个原始作用力来完成假设干个夹紧动作的机构称为联动夹紧机构。液压缸的结构型式为单作用式油缸。.3夹紧力的大小估算：计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。理论上，夹紧力的作用应与上述力距的作用平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性夹紧机构的传递效率等有关。为保证夹紧可靠，再乘以平安系数作为实际所需夹紧力的数值 W=K*W W实际

37、所需夹紧力N W在一定条件下由静力平衡计算出的理论夹紧力NK平安系数 K=K0K1K2K3通常情况下，取K=1.5-2.5 当夹紧力与切削力方向相反时取K=2.5-3。因为夹紧装置为联动夹紧机构，且是为了防止工件移动 W=KP对刀装置设计对刀装置是由对刀块和塞尺组成。借助于对刀装置可以迅速而准确地确定夹具与刀具间的相对位置。常用的对刀装置有高度对刀装置、直角对刀装置、成形刀具对刀装置和组合刀具对刀装置。常用的塞尺有平塞尺和圆塞尺两种。采用对刀塞尺的目的，是为了不使刀具与对刀块直接接触，以免损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。使用使，将塞尺放在刀具与对刀块之间，凭抽动的松紧感觉来判断，以适度为宜。对刀

38、装置可迅速而准确地确定夹具与刀具间的相对位置。本课题键槽铣刀需要两个方向对刀，故应采用侧装直角对刀块。由于两铣刀的直径相等，油槽深度由两工位V形块定位高度之差保证。两铣刀的距离125±mm那么由两铣刀间的轴套长度确定。因此，只需设置一个对刀块即能满足键槽和油槽的加工要求。图2-5图2-5为对刀块，其技术要求：1材料：202热处理：渗碳深度0.81.2mm HRC58643其他技术条件按GB225980?机床夹具零件及部件技术条件?夹具体与定位键夹具体是夹具的根底件。在夹具体上，安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。在设计时应满足足够的强度和刚度、结构简单，具有良好的工艺性、稳

39、定的尺寸和便于排屑。在选择夹具体的毛坯结构使，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。因本工艺规程是大批生产，所以应采用适用于切削负荷大、振动大和批量生产的铸造的夹具体。为了在夹具体上安装液压缸和联动夹紧机构，夹具体应有适当高度，中部应有较大的空间。为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比不大于1.25的原那么确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。 图2-62-6为所应用到的夹具体底座为了保证槽的对称度要求，夹具体底面应设置定位键，两定位键的侧面应与V形块的对称面平行。为减小夹具的安装误差，宜采用B型定位键。图2-7图2-7为定位键，其技术要

40、求：1材料：45#钢2热处理：HRC40453其他技术条件按GB225980?机床夹具零件及部件技术条件?。夹具总图上的尺寸、公差和技术要求 图2-8图2-8所示为夹具的总体平面三视图，由图所知：1夹具最大轮廓尺寸SL为570mm、350mm、270mm。2影响工件定位精度的尺寸和公差SD为两组V形块的设计心轴直径70.79mm、两止推销的距离112±mm、定位销12与工件上键槽的配合尺寸12h8。3影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差S为定位键与铣床工作台T形槽的配合尺寸18h8T形槽为18H8。4)影响夹具精度的尺寸和公差SJ为两组V形块的定位高度60±mm、61

41、77;mm；mm；mm；工位与工位V形快的距离尺寸125±mm；工位与mm。对刀块的位置尺寸11-mmmm±mm±mm。对刀块的位置尺寸h为限位基准到对刀块外表的距离。计算时，要考虑定位基准在加工尺寸方向的最小位移量imin。当最小位移量使加工尺寸增大时 h=H±s-imin当最小位移量使加工尺寸缩小时 h=H±s+imin式中 h对刀块的位置尺寸：H定位基准至加工外表的距离；S塞尺厚度。当工件以圆孔在心轴上定位或者以圆柱面在定位套中定位并在外力作用下单边接触时 Imin=Xmin/2式中 Xmin圆柱面与圆孔的最小配合间隙。当工件以圆柱面在V

42、形块上定位时Imin=0。按图2-9所示的两个尺寸链，将各环转化为平均尺寸对称偏差的根本尺寸，分别算出h和h的平均尺寸，然后取工件相应尺寸公差的1/21/5作为h和h的公差，即可确定对刀块的位置尺寸和公差。本例中，由于工件定位基面直径70.8h6=0mm=±0.095mm,塞尺厚度s=5h8=50±0.09mm,键槽宽12H11120±0.055mm, 槽深控制尺寸±0.15mm,所以对刀块水平方向的位置尺寸为1 根本尺寸对刀块垂直方向的位置尺寸为2 h2=(29.405-4.91)mm=24.495mm(根本尺寸)取工件相应尺寸公差的1/21/5得&#

43、177;0.015mm=11mm±mm5)影响对刀精度的尺寸和公差：塞尺的厚度尺寸h8=50mm.6)夹具总图上应标注以下技术要求：键槽铣刀与油槽铣刀的直径相等。加工精度分析.1 定位误差的分析定位误差是指工件定位时，被加工外表的工序基准在沿工序尺寸方向上的最大可能变动范围。造成误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差B；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差Y。机械加工过程中，产生加工误差的因素很多。在这些因素中，有一项因素与机床夹具有关。使用夹具时加工外表的位置误差与夹具在机床的对定及工件在夹具中的定位密切相关。为了满足工序的加工要求，必

44、须使工序中各项加工误差之总和等于或小于该工序所规定工序误差: j+w <g j与机床夹具有关的加工误差； w与工序中除夹具外其他因素有关的误差； g工序公差。与机床夹具有关的加工误差j，一般可用下式表示： j=W*Z+D*A+D*W+J*J+J*M式中 W*Z夹具相对于机床成形运动的位置误差；D*A夹具相对于刀具位置的误差；D*W工件在夹具中的定位误差；J*J工件在夹具中被夹紧时产生的夹紧误差；J*M夹具磨损所造成的加工误差。使用夹具加工工件时，应尽量减小与夹具有关的加工误差，在保证工序加工要求情况下，留给加工过程中其他误差因素的比例大一些。机械加工必须保证工序所规定的加工精度。在使用夹

45、具的情况下，影响工件加工精度的因素可归纳为以下几个方面：（1） 工件的定位误差D（2） 夹紧误差J （3） 对刀和导向误差T（4） 夹具在机床上的安装误差A（5） 加工方法误差G由于顶尖套铣双槽工序中，键槽两侧面对70.8h6轴线的对称度和平行度要求较高，应进行精度分析，其他加工要求未注公差或公差很大，可不进行精度分析。.2键槽侧面对轴线的对称度的加工精度定位误差D工件的定位误差是基准位移误差与基准不重和误差的合成。由于对称度的工序基准是70.8h6轴线，定位基准也是此轴线，故=0。由于形块的对中性，Y=0。因此，对称度的定位误差为零。安装误差A夹具在机床上安装时，其定位元件对机床装卡面的相互

46、位置误差将导致工件定位基准发生移动，从而使工序尺寸发生变化，这种误差称为夹具的安装误差。此题的定位键在形槽中有两种位置，如图2-10所示。因加工尺寸在两定位键之间，按图2-10a所示计算 A=Xmax假设加工尺寸在两定位键之外，那么应按图2-10b所示计算A=Xmax+2Ltg tg= Xmax/L03对刀误差T 夹具上的对刀或导向装置对定位元件的位置不正确，将导致加工外表发生变化，由此而造成的加工尺寸误差即为对刀或导向误差。当使用铣床夹具加工工件时，采用标准塞尺和对刀块进行对刀，其对刀误差为：T=TS+Th式中 TS塞尺的制造公差； Th对刀块工作面对定位元件的尺寸公差。根据上面的分析，此题

47、的对称度的对刀误差等于塞尺厚度的公差，既Tmm。4夹具误差J 因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不准确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差主要包含定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对于对刀或导向元件包含导向元件之间的尺寸或位置误差；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；假设有分度装置时，还存在分度误差。由以上几项共同组成夹具误差。影响对称度的误差有：mm、对刀块水平位置尺寸11mm的公差，所以J。.3键槽侧面对h6轴线的平行度的加工误差1定位误差D 由于两V形块8、10一般在装配后一起精加工V形面，它们的相互位置误差极小，可视为一长V形块，所以

48、D=0。 2安装误差A 当定位键的位置如图2-10a所示时，工件的轴线相对工作台导轨平行，所以A=0 当定位键的位置如图2-10b 所示时，工件的轴线相对工作台导轨有转角误差，使键槽侧面对70.8h6轴线产生平行度误差，故 A= tgL=0.054/400*282mmmm3对刀误差T 由于平行度不受塞尺厚度的影响，所以T=0 4夹具误差J 影响平行度的制造误差是mm，所以Jmm。 总加工误差和精度储藏JC计算见表2-1。经计算可知，顶尖套铣双槽夹具不仅可以保证加工要求，还有一定的精度储藏表2-1 顶尖套铣双槽夹具的加工误差 DATJGJC00. 0540. 0180. 060.222+0.03

49、32)1/200. 03800. 030.222)1/2校正定位杠杆铣斜面铣夹具图8-28为杠杆类零件上铣两斜面的工序图，工件形状不规那么。图8-29为成批生产中加工该零件的单件铣床夹具。工件以精加工过的孔22H7和端面在台肩定位销9上定位，限制工件的五个自由度；以圆弧面在可调支承6上定位，限制工件的转动自由度。从而实现了工件的完全定位。工件的夹紧以钩形压板10为主，其结构见A-A剖面图，另在接近加工外表处采用浮动的辅助夹紧机构，当拧紧该机构的螺母时，卡爪2和3相向移动，同时将工件夹紧。在卡爪3的末端开有三条轴向槽，形成三片簧瓣，继续拧紧螺母，锥套5即迫使簧瓣胀开，使其锁紧在夹具中，从而增强夹

50、紧刚度，以免铣削时产生振动。具体的底面A放置在铣床工作台面上，夹具的两个定位键8安装在工作台T形槽内，这样铣夹具与铣床保持了正确的位置。因此铣夹具底面A和定位键的工作面B是铣夹具与铣床的接合面。定位元件工作外表与铣夹具的A面和B面的精度是影响安装误差A的因素。该夹具定位销9的轴心线应垂直于定位键的B面定位销9的台肩平面应垂直于底面A，它们的精度均影响夹具的安装误差。夹具上的对刀块7是确定铣刀加工位置的元件，即对刀块的位置是表达了刀具的位置，因此对刀块与定位元件的精度是影响调整误差mmmm即是影响调整误差的因素。mm等尺寸是影响定位误差D的因素。三专用铣床夹具的结构分析图8-28为杠杆类零件上铣两斜面的工序图，工件形状不规那么。图8-29为成批生产中加工该零件的单件铣床夹具。工件以精加工过的孔?22H7和端面在台肩定位销9上定位，限制工件的五个自由度；以圆弧面在可调支承6上定位，限制工件的转动自由度。从而实现了工件的完全定位。 工件的夹紧以钩形压板10为主，其结构见A-A剖面图，另在接近加工