K002-拨叉 （831002）铣φ82两侧面夹具设计说明书（更新）.doc
K002-CA6140车床拨叉831002工艺及铣φ60两侧面[版本2]小批量
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版本2
K002
CA6140
车床
831002
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侧面
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K002-CA6140车床拨叉831002工艺及铣φ60两侧面[版本2]小批量,版本2,K002,CA6140,车床,831002,工艺,60,侧面,版本,批量
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1 编号： 设计设计( (论文论文) )说明书说明书 题 目： 拨叉 （831002）5-铣 82 两侧面夹具设计系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 2摘 要本文是对拔叉零件机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多已标准化，并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产，专为某工件加工工序服务的专用夹具，则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。本论文夹具设计的主要内容是设计 2 套夹具。关键词：加工工艺；加工方法；工艺文件；夹具 3目 录摘摘 要要.IIABSTRACT.III序言序言.11 前言前言.12 机械加工工艺及夹具设计的发展机械加工工艺及夹具设计的发展.12.1 发展历史.12.2 发展现状.12.3 发展趋势.22.3.1 夹具的发展趋势.22.3.2 机械加工制造技术的发展趋势.33 零件的分析零件的分析.43.1 零件的作用.43.2 零件的工艺分析.41.1 夹具设计目的与意义 .6零件的工艺分析.71.2 专用夹具设计的国内外现状 .81.2.1 国内专用技术应用及现状 .81.2.2 专用工艺在国外的发展状况.91.3 专用夹具设计的发展趋势.10第 2 章 专用夹具的设计 .- 1 -2.1 铣床专用夹具的主要类型 .- 1 -2.2 铣床专用夹具的设计要点 .- 1 -2.3 夹紧装置 .- 2 -2.4 专用夹具的基准选择 .- 2 -2.5 机床夹具的概述 .- 3 -2.2.1 机床夹具的种类 .- 3 -2.2.2 机床夹具的组成 .- 3 -2.6 铣床夹具的分类 .- 3 -2.7 铣削专用夹具的设计要点 .- 4 -2.8 铣床夹具的安装 .- 4 -2.9 工件的定位与误差分析 .- 5 - 42.9.1 工件定位的基本原理 .- 5 -2.9.2 定位方法与定位元件 .- 5 -2.9.3 工件的误差分析 .- 7 -2.9.4 定位误差产生的原因 .- 7 -2.10 夹紧装置 .- 7 -2.10.1 夹紧装置的组成 .- 7 -2.10.2 对夹紧装置的基本要求 .- 8 -2.10.3 夹紧力的确定 .- 8 -2.10.4 夹紧力大小计算 .- 9 -3 铣铣 60 两侧面铣床夹具设计两侧面铣床夹具设计.12.1 问题的提出.12.2 夹具设计.12.2.1 定位基准的选择.12.2.2 切削力和夹紧力计算.12.2.3 定位误差分析.32.2.4 夹具设计及操作的简要说明.3总 结.4谢 辞.5参考文献.65序言1 前言机械加工工艺及夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。而机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义。2 机械加工工艺及夹具设计的发展2.1 发展历史 从 1949 年以来，我国机械工业有了很大的发展，已经成为工业中产品门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着阶段性的差距，主要表现在机械产品质量和水平不够高，加工工艺过程不合理，夹具应用也比较少，使其加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不理想。2.2 发展现状 现在，各工业化国家都把制造技术视为当代科技发展为活跃的领域和国际间科技竞争的主战场，制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心，纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。 机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展也突飞猛进。机械加工工艺以各个工厂的具体情况不同，其加工的规程也有很大的不同。突破已往的死模式。使其随着情况的不同具有更加合理的工艺过程。也使产品的质量大大提高。制定加工工艺虽可按情况合理制定，但也要满足其基本要求：在保证产品质量的前提下，尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。并在充分利用本工厂现有生产条件的基础上，尽可 6能采用国内、外先进工艺技术和经验。还应保证操作者良好的劳动条件。但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺，多半不规定工步和切削用量，工时定额也凭经验来确定，十分粗略，缺乏科学依据，难以进行合理的经济核算。机床夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。2.3 发展趋势长期以来，加工工艺编制是由工艺人员凭经验进行的。如果由几位工艺员各自编制同一个零件的工艺规程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。这是因为工艺设计涉及的因素多，因果关系错综复杂。CAPP 将是机械加工工艺的发展趋势，它不仅提高了工艺设计的质量，而且使工艺人员从繁琐重复的工作中摆脱出来，集中精力去考虑提高工艺水平和产品质量问题。2.3.1 夹具的发展趋势现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化等四个方面。（1）标准化 机床夹具的目的就在于提高生产效率，这样也就必使其具有标准化和通用化，而机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有 7夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991 以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（3）精密化 机床夹具的精度会直接影响到零件的加工精度，而随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5m。这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了保证。（4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。2.3.2 机械加工制造技术的发展趋势（1）特种加工 它是指一些物理的、化学的加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工方法的主要对象是难加工材料的加工，如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可达分子级加工单位或原子级加工单位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特种加工与传统加工相结合的复合加工有较大的发展前途。（2）快速成形 利用离散、堆积成形概念，可将一个三维实体分解为若干二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体。（3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械和纳米技术等方面。当前，以纳米技术为代表的超精密加工技术和以 8微细加工为手段的微型机械技术有重要意义，它们代表了这一时期精密工程的方向。（4）传统加工工艺的改造和革新 这一方面的技术潜力很大，如高速切削、超高速切削、强力磨削、超硬材料磨具的出现都对加工理论的发展、加工质量和效率的提高有重要意义。另一方面，旧设备的改造和挖潜，如普通机床改造成数控机床等，对机械工业的发展和提高是不容忽视的。3 零件的分析3.1 零件的作用拨叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有小头孔端要求加工，对精度要求也很高。拨叉的底面、大头孔上平面和小头孔粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其6 . 1Ra小头孔与底平面有垂直度的公差要求，拨叉底面与大头孔上平面有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽边有平行度公差和对称度公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。题目所给的零件是 CA6140 车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的25 孔与操纵机构相连，二下方的 60 半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。3.2 零件的工艺分析一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 9CA6140 车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1. 以 25mm 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：25H7mm 的孔，以及 42mm 的圆柱两端面，其中主要加工表面为 25H7mm 通孔。2. 以 60mm 孔为中心的加工表面 10这一组加工表面包括：60H12 的孔，以及 60H12 的两个端面。主要是 60H12的孔。2. 铣槽这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm 的槽的底面，16H11mm 的槽两侧面。3. 以 M221.5 螺纹孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：M221.5 的螺纹孔，长 32mm 的端面。主要加工表面为 M221.5 螺纹孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：60 孔端面与 25H7 孔垂直度公差为 0.1mm.。16H11mm 的槽与 25H7 的孔垂直度公差为 0.08mm。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。上面主要是对拨叉零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的的制造方法为模锻和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。1.1 夹具设计目的与意义夹具是机械制造厂里的一种工艺装备，机床夹具就是机床上用以装夹工件的一种装置，它使得工件相对于刀具或机床活动正确的位置，并在加工过程中不因外力的影响而变动。广义的说夹具一种保证加工质量并能加速工艺过程的一种工艺装备，而在机械制造领域中，机床夹具作为机床的一种辅助设备，用以对工件的定位和夹紧，其数量和种类很多，显得相当重要。机械制造离不开金属切削机床，对于切削机床，机床夹具是保证机械加工质量、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不可或缺的重要工艺装备之一。虽然各种数控机床和加工中心等，高度智能化的加工 11设备已经在我国各个生产单位已被广泛使用，但是，在大部分情况下都还以普通专用机床为主要生产设备。因此，根据我国机械行业规模化流水生产线生产的现状，设计一款专用铣床夹具来满足生产纲领高效、大批量的要求，是对机械设计从业人员的基本要求。我们必须掌握对铣床夹具的设计方法和设计思路，将其应用到实际生产中，从中不断提高自己对所学理论知识的认识与运用能力 。此次设计不仅可对整个大学专业课所学知识加以巩固和弥补，更能锻炼自身的自学能力，对于以后个人发展大有裨益。随着社会的发展，人类的进步，人们对于日常生活、工作中的物资需求呈现出了极大的多样化与复杂化。传统的简单的产品已经难以再满足人们的需求。而且在企业、工厂的运营过程中，需要的工具也不断精细化与多样化，给制造业带来了新的难题。个性化的社会导致了制造产品大批量越来越少，更多的是需求多品种少批量，这种单件小值的生产模式是对传统的机械加工产业模式的挑战1。为此，制造技术的研究者提出了专用技术的科学理论及实现方法，从根本上解决了生产由于品种多、产量少带来的矛盾。它是将多种零件按其工艺的相似性分类专用，以形成零件族，即把同一零件族中零件分散的小生产量汇聚成较大的专用生产量，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效益，专用夹具便应运而生 2。专用夹具的应用可以扩大机床的使用范围，提高生产效率和零件的加工质量，也能够降低工人的劳动强度，缩短生产准备周期，提高劳动生产率3。而且随着专用夹具的应用和发展，必将加速开拓专用技术新的应用领域。因此，专用夹具将是我国机械工业今后夹具发展的一个主要方面。1.2 专用夹具设计的国内外现状1.2.1 国内专用技术应用及现状1.专用技术的应用目前发展的专用技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施专用技术以提高综合经济效益。（1）产品设计方面。由于用专用技术指导设计，赋予各类零件以更大的相似类，这就为在制造管理方面实施专用技术奠定了良好的基础，使之取得更好的效果。以专用技术为指导的设计合理化和标准化工作将为实现计算机辅助设计(CAD)奠定良好的基础；为设计信息最大程度地重复使用，加快设计速度，节约时间作出贡献。据统计，当设计一种新产品时，往往有 3/4以上的零件设计可参考借鉴或直接引用原有的产品图纸，从而减少新设计的零件，这不仅可免除设计人员的重复性劳动，也可以减少工艺准备工作和降低制造费用。 12（2）制造工艺方面。专用技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。开始是用于专用工序，即把加工方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件组，设计出适用于全组零件加工的专用工序。专用工序允许采用同一设备和工艺装置，以及相同或相近的机床调整加工全组零件，这样，只要能按零件组安排生产调度计划，就可以大大减少由于零件品种更换所需要的机床调整时间。此外，由于零件组内诸零件的安装方式和尺寸相近，可设计出应用于专用工序的公用夹具，只要进行少量的调整或更换某些零件，公用夹具就可适用于全组零件的工序安装。（3）生产组织管理方面。专用加工要求将零件按工艺相似性分类形成加工族，加工同一加工族有其相应的一组机床设备。因此，很自然专用生产系统要求按模块化原理组织生产，即采取专用生产单元的生产组织形式。专用技术是计算机辅助管理系统技术基础之一。这是因为运用专用技术基本原理将大量信息分类专用，并使之规格化、标准化，这将有助于建立结构合理的生产系统公用数据库，可大量压缩信息的储存量；由于不再是分别针对一个工程问题和任务设计程序，可使程序设计优化5。2. 发展现状专用技术从 20世纪50年代提出到如今已经历了近 50年的发展和应用。专用技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造（CAM）和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在20世纪60年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用专用技术，并初见成效。因此，专用技术受到国家有关部、局和工厂企业，研究所及高等院校的重视。目前，正积极开展这一方面的科学研究、人材培训和推广应用等工作。原机械部设计研究院负责组织研制的全国机械零件分类编码系统 JLBM I，它将对我国推广应用专用技术起到积极推进作用。我国不少高等工业院校结合教学和科研工作，在专用技术基本理论及其应用方面，如零件分类编码系统、零件分类专用方法和计算机辅助编码、分类、工艺设计、零件设计、生产管理的软件系统等方面都开展了许多研究工作，并取得了不少成果。可以相信，随着应用推广和科研工作的持续开展，专用技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用6。1.2.2 专用工艺在国外的发展状况专用工艺作为一种先进的工艺方法和生产准备方法，先后在苏联、民德、捷克、波兰以及英国、法国、日本等国已经逐步得到了应用，并获得了良好的经济效果。由于它能缩短单件、小批生产的准备时间，扩大加工批量，提高生产效率，为适应多品种生产的发展创造了条件。机床工业具有多品种、小批量生产的特点，因而近年来在国外有不少机床制造厂家先后也采用了专用工艺技术。如日本三菱公司的机床制造部门也引进了专用工艺技术7。据介绍，该公司从引进专用工艺到过渡为新的管理系统只用了半年时间。他们引进 13专用工艺分为两个阶段进行。第一阶段主要是进行零件的编码和分类，确定机床布局，按类似零件设置专用生产线，以改进加工技术，缩短加工时间，并为在新的生产管理系统中采用电子数据处理系统创造条件。第二阶段的任务着重在设计部门推广和应用专用工艺。通过有效地利用现有图纸及标准化以减少图纸数量及设计工时。依靠反复使用质量稳定而有效的零件图纸，保证产品质量，扩大加工批量，从而降低成本，缩短生产周期，并为采用专用夹具、专用机床以及数控机床等高效率的设备创造条件。英国赫伯特 (Herbert) 公司的埃奇维克 (Edgwick)和马肯当 一莱恩(Mackadown Lane)工厂也成功地应用了专用工艺。现在埃奇维克厂有26 个专用加工工段。在马肯当 一莱恩厂有 18 个专用加工工段 。这些工段所加工的零件相当于赫伯特公司制造的机床零件的90%以上。其余零件则在非专用加工线上加工。该公司采用专用工艺后，使新产品的生产周期由原来的 1218 个月减为平均 6 个月；其次是减少库存和再制品数量。据该公司介绍，采用专用工艺后，生产效率可提高60%。另外该公司还特别从专用加工的观点出发，发展了小批、中批及大批生产用的自动化车床8。随着生产的不断发展，进一步提高劳动生产率，今后专用工艺的采用将会更加广泛。1.3 专用夹具设计的发展趋势专用夹具由于能够利用加工零件工艺上的相似性，并且适应工件特征在一定范围内的变化而得到推广和应用，如何提高专用夹具设计效率成为需要重点解决的问题之一9。组合夹具与专用夹具都适用于中小批生产和新产品试制，任何事物都不是十全十美的，组合夹具可多次重复使用，缩短生产准备周期，但制造成本高，组装后笨重复杂，刚性差，积累误差大，而专用夹具可克服组合夹具的不足，组装调整时间短，生产和技术管理较方便。采用专用夹具是企业全面实行专用技术的需要，是实现专用加工的重要手段和工具，而专用加工是实施专用技术的重要领域和必要的环节10。夹具设计正朝着多功能、模块化、高精度、高刚性、高强度、通用化、快速化和自动化的方向发展11。1.国内外研究现状目前发展的专用技术是应用系统工程学的观点，把中、小批生产中的设计制造和管理等方面作为一个生产系统整体，统一协调生产活动的各个方面，全面实施专用技术以提高综合经济效益。专用技术从 20 世纪 50 年代提出到如今已经历了近50 年的发展和应用。专用技术作为一门综合性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在20 世纪 60 年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用专用技术，并初见成效。因此，专用技术受到国家有关部、局和工厂企业，研究所及高等院校的重视。目前，正积极开展这一方面的 14科学研究、人材培训和推广应用等工作。可以相信，随着应用推广和科研工作的持续开展，专用技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用4。专用工艺作为一种先进的工艺方法和生产准备方法，先后在苏联、民德、捷克、波兰以及英国、法国、日本等国已经逐步得到了应用，并获得了良好的经济效果。由于它能缩短单件、小批生产的准备时间，扩大加工批量，提高生产效率，为适应多品种生产的发展创造了条件。机床工业具有多品种、小批量生产的特点，因而近年来在国外有不少机床制造厂家先后也采用了专用工艺技术5。2.发展趋势专用夹具由于能够利用加工零件工艺上的相似性，并且适应工件特征在一定范围内的变化而得到推广和应用，如何提高专用夹具设计效率成为需要重点解决的问题之一6。组合夹具与专用夹具都适用于中小批生产和新产品试制，任何事物都不是十全十美的，组合夹具可多次重复使用，缩短生产准备周期，但制造成本高，组装后笨重复杂，刚性差，积累误差大，而专用夹具可克服组合夹具的不足，组装调整时间短，生产和技术管理较方便。采用专用夹具是企业全面实行专用技术的需要，是实现专用加工的重要手段和工具，而专用加工是实施专用技术的重要领域和必要的环节7。夹具设计正朝着多功能、模块化、高精度、高刚性、高强度、通用化、快速化和自动化的方向发展8。3.本课题主要讨论的问题本次设计主要介绍了铣床夹具的的一般设计思想和方法。所给零件为一矩形工件，有形状和位置公差的要求，所以对夹具的精度有较高的要求。并且夹具的设计要符合铣床夹具的特性。明确设计的要求和意图；然后对原始资料(零件图、技术要求等 )进行分析，然后提出具体的定位、夹紧、对刀方案，并进行精度分析；最后绘制出夹具的零件图及装备图，运用 SOLIDWORKS 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。 15第 2 章 专用夹具的设计2.1 铣床专用夹具的主要类型（一）直线送进的专用铣床夹具 这类夹具安装在铣床工作台上，加工中工作台是按直线进给方式运动的， 在洗削工序中，为了提高夹具的工作效率，对于这类铣床夹具，可采用连动加紧机构和气动，和液压传动装置，也可采用多件多工位夹具使加工的机构时间和装卸工件时间重合等项措施。（二）圆周送进的专用铣床夹具 圆周铣削法的送进运动时连续的，能在不停车的情况下装卸工件，因此是一种高效率的加工方法，适用于大批量生产。 设计圆周送进铣床夹具时应注意使沿圆周排列的工件尽量紧凑，以减少铣刀的空程和夹具的尺寸和质量；手柄沿转台的四周分布以便于操作，尽可能采用气动液压等机械化夹紧方式以减轻工人劳动强度。（三）机械仿形送进的靠模夹具 靠模夹具时用来加工各种直线曲面或空间曲面，靠模夹具的作用是使主送进运动和由靠模获得的辅助运动合成加工所需要的仿形运动。因此按照送进运动的方式，把用于加工直线曲面的仿形夹具分成直线送进和圆周送进的两种。采用靠模夹具可在一般万能铣床上加工出所需要的成形面以代替价格昂贵的靠模铣床加工，这对于中小厂来说，通过采用夹具来扩大机床工艺用途，以解决缺少特殊设备问题，具有较大的技术经济意义。2.2 铣床专用夹具的设计要点（一）由于铣削过程不是连续切削，且加工余量较大，切削力较大而方向随时多可能在改变。所以夹具应具有足够的刚性和强度，夹具的重心应尽量低，夹具的高度于宽度之比应为 1：1.25，并应有足够排屑空间。（二）夹紧装置要有足够的强度和刚度，保证必需的夹紧力，并有良好的自锁性能，一般在铣床夹具上特别是粗铣，不宜采用偏心夹紧。（三）夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上。工件与主要定位元件的定位表面接触刚度要大。当从侧面压紧工件时，压板在侧面的着力点应低于工件侧面支承点。（四）为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选用对刀装置，对到装置在使用塞尺方便和易于观察的位置，并应在铣刀开始切入工件的一端。（五）切削和切削液应能顺利地排除，必要时应开排屑孔。 16（六）为了调整和确定夹具与机床工作台轴线的相对位置，在夹具的底面应具有两个定向建，定向健与工作台T 形槽宜用单面贴合。当工作台T 形槽表面平整时可采用圆柱销，精度高的或重型夹具宜采用夹具体上的找正基面。2.3 夹紧装置 在机械加工中，加工件将受到切削力，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有定位元件所确定的加工位置，而不致发生震动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠的夹紧。 1.夹紧装置的组成 典型的夹紧装置是由几部分组成 （1）力源装置。力源装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动，液压，电动等动力装置。（2）中间递力机构，。中间递力机构是介于力源和夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。一般递力机构可以在传递加紧作用力过程中，改变夹紧作用力的方向和大小，并根据需要亦可具有一定的自锁性能。（3）夹紧元件与夹紧机构。夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。以上就是夹紧装置的基本设计内容。2.夹紧装置的基本要求(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，工件不应离开定位置支承。（2）夹紧力的大小要适当，可靠。既要是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）夹紧装置应操作安全，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。2.4 专用夹具的基准选择 本夹具采用侧面定位限制一个方向的自由度；由压板轴定位，这样六个自由度全部都被限制住了。可调部分安装在夹具体上，即通过滑块来限制住支座X 轴方向上的转动。并通过滑块上的可换定位销来实现限制作用。定位基础可以通过夹具体上的面来定位或由底板来定位，因为夹具上的面上的定位误差比起底板所产生的定位误差相比较大，因此为了减少定位误差，在此我选择了以底板作为定位基准。 172.5 机床夹具的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。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。工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，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。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。2.2.1 机床夹具的种类机床夹具按其适用范围可分为通用夹具、专业夹具、组合夹具、可调夹具及随行夹具五种基本类型。如按所使用的机床来分类，则机床夹具可分为车床夹具、铣床夹具、躺床夹具、钻床夹具、磨床夹具、自动机床夹具及数控机床夹具等。通用夹具是指已经标准化的、可用于加工一定范围内的不同工件的夹具，如三爪卡盘、平口虎钳、万能分度头等。这些夹具已作为机床附件由专门工厂制造供应。专业夹具是指专为某一工件的某道工序而设计制造的夹具。专业夹具在批量生产中使用，这也是本次夹具设计的主要研究对象。 2.2.2 机床夹具的组成1.定位元件及定位装置 用于确定工件在夹具中的正确位置，定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。定位元件有支承钉，支承板等。2.夹紧元件及夹紧装置 用于夹紧工件，保持工件定位后的位置在加工过程中不变。3.夹具体 夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体，并通过它将整个夹具安装在机床上。4.其他装置或元件 各种夹具还应根据需要设置一些其它装置或元件，有分度装置，导向或对刀元件，夹具与机床之间的连接元件等。如铣削加工一般多采用定距切削，为便于调整刀具相对于工件被加工表面的位置，夹具上常设置对刀装置，其中对刀装置包括对刀块和塞尺。2.6 铣床夹具的分类铣床夹具主要用于加工零件上的平面精加工工序、花键及各种成型面等，是最常见的夹具之一。按铣削的进给方式，可将铣床夹具分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三类。其中，直线进给式夹具用得最多。另外，铣床夹具按使用范围可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合铣夹具三类；还 18可按自动化程度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。2.7 铣削专用夹具的设计要点1.为了调整和确定夹具与机床工作台轴线的相对位置，在夹具体与地面之间应具有两个定位键。2.为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选用对刀装置，对刀装置应在使用塞尺方便和易于观察的位置，并应在铣刀开始切入工件的一端。3.考虑加工余量大和切削力方向随时可能变化的因素，夹具应有足够的刚性和强度，夹具的重心应尽量低。4.夹具装置要有足够的强度和刚度，保证必需的夹紧力，并有良好的自锁性能。2.夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上。工件与主要定位元件的定位表面接触刚度要大。当从侧面压紧工件时，压板在侧面的着力点应低于工件侧面支承点。6.切屑和冷却液应能顺利排出，必要时应开排泄孔【2】2.8 铣床夹具的安装夹具在铣床工作台上的定位 ,由装在夹具体底部的两个定位键实现。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 形精加工工序尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T 形精加工工序的配合为 H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。定位键安装在夹具体底面的纵向精加工工序中,一个夹具一般要配置两个定位键。铣床夹具底座定位键与铣床工作台T 型精加工工序的配合连接，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 形精加工工序间的距离一致。 T 形精加工工序导轨如下图1.1： 图图 1.1 铣铣床床加加工工工工序序导导轨轨 192.9 工件的定位与误差分析2.9.1 工件定位的基本原理六点定位原 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。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.在夹具的结构中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。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承点，一个平面可代替三个支承点。在具体应用时，还可用窄长的平面代替直线，用较小的平面来替代点。2.定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，方起到限制自由度的作用。3.分析定位支承点的定位作用时，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位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支承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。2.9.2 定位方法与定位元件 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。定位方法有平面定位，圆柱孔定位，圆柱面定位，特殊表面定位，组合表面定位等。据定位方法及各定位元件的特点合理选择定位元件 1.对定位元件的基本要求(1) 限位基面应有足够的精度。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，为此定位元件限位表面的耐磨性要好，以保证夹具的寿命和精度。(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。(4) 应有较好的工艺性。定位元件应简单、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。2.常用定位元件的选用 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.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，用于侧面定位时，可选用不带斜精加工工序的支承板，尽可能用带斜精加工工序的支承板，以利清除切屑。 203.以毛坯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。4.定位基准面需提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助定位元件，辅助支承不限制自由度，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。常见的支承板和支承钉如下图1.2 和图 1.3： 图图 1.2 支支承承钉钉 图图 1.3 支支承承板板2.9.3 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） 。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。【3】 即， D(1/51/2)T 21式中：D定位误差，单位为 mm； T 工件的加工误差，单位为mm2.9.4 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加工尺寸的设计基准是外圆柱面的母线时，定位基准是圆柱孔的中心线，这种由设计基准与定位基准不重合所致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称基准不重合误差，此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。当定位基准与设计基准不重合时产生基准不重合误差。因此选择定位基准时应尽量与设计基准相重合。当被加工工件的工艺过程确定以后，各工序的工序尺寸也就随之而定，此时在工艺文件上，设计基准便转化为工序基准。2.基准位移误差 Y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（ Y） 。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，心轴和工件内孔都有制造误差。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Y值，以提高定位精度。2.10 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。2.10.1 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。分手动和机动夹紧两种，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。2.传力机构 介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。作用是，改变作用力的方向、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。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。 222.10.2 对夹紧装置的基本要求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.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。既要保证加工过程中工件不发生送的或振动，又不允许工件产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。2.10.3 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）夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。（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刚性较好的方向。2.夹紧力的作用点合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：（1）夹紧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）夹紧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）夹紧力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可靠性。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，都有着密切的关系。2.10.4 夹紧力大小计算 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力数值。即： 23 KWWK式中，实际所需的夹紧力；KW N 在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力；W N 安全系数。K 其中，【2】 6543210KKKKKKKK 245 铣 82 两侧面铣床夹具设计设计工序：铣 82 两侧面铣床夹具2.1 问题的提出本夹具要用于铣 82 两侧面铣床夹具精度等级为 IT12 级，粗糙度为6.3。本道工序只精铣一下即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。2.2 夹具设计2.2.1 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。25 的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 25 孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的 25 孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。2.2.2 切削力和夹紧力计算（1）刀具： 高速钢错齿三面刃铣刀 160mm z=24机床： x61W 型万能铣床 由3 所列公式 得 FVFzFwqueyzXpFndzafaCF0查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1vk 25 30FC83. 0Fq0 . 1FX z=24 65. 0Fy83. 0Fu8Pa0Fw 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=4321KKKK其中：为基本安全系数 1.51K 为加工性质系数 1.12K 为刀具钝化系数 1.13K 为断续切削系数 1.14K 所以 NKFF7 .1775（
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