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铣床专用夹具设计说明书

机械制造工艺装备课程设计说明书

设计题目连续夹紧铣床夹具

院（系）

班级

学号

设计人

指导教师

完成日期

兰州城市学院

目录

概述3

一、课程设计要求3

二、设计题目3

三、工件的夹紧及夹具的夹紧设计3

四、铣床夹具特点3

五、铣床专用夹具的设计原则4

六、应用定位原理几种情况4

七、连续夹紧铣床夹具设计步骤5

1、夹紧装置设计的要点5

2、被加工零件的结构特点及制定工序的加工要求5

3、设计方案的讨论5

4、机床夹具设计的基本要求和一般步骤6

5、绘制夹具装配总图7

6、绘制夹具零件图9

7、铣床专用夹具设计总结9

八、结束语11

主要参考资料12

概述：

在现代制造技术迅猛发展的今天，机床夹具无论在传统机床上还是在数控机床、加工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。

通过机床夹具设计，不仅可以培养综合运用已学知识的能力而且可以得到工程设计的初步训练。

一、课程设计的要求：

1.运用已学过的机床夹具设计及有关课程的理论知识以及生产实习中所获得的实际知识，根据被加工零件的要求，设计既经济合理又能保证加工质量的夹具。

2.培养结构设计能力，掌握结构设计的方法和步骤。

3.学会使用各种手册、图册、设计表格，规范等各种标准技术资料，能够做到熟练运用机械制造技术课程中的基本理论，正确的解决一个零件在加工中的加工基准的选择、定位、夹紧、加工方法选择以及合理安排工艺路线，保证零件的加工质量。

4.进一步培养机械制图、分析计算、结构设计、编写技术文件等基本技能。

二、设计题目：

连续夹紧铣床夹具

三、工件的夹紧及夹具的夹紧设计：

工件在夹具中定位后一般应夹紧，使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏。

由于工件在加工过程中受切削力、惯性力、夹紧力等的作用，会形成变形或位移，从而影响工件的加工质量。

所以，工件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要的问题。

夹紧机构设计时一般应满足以下六个主要原则：

夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置。

夹紧力应保持工件的位置在整个加工过程中不变或不产生不允许的振动。

使工件不产生过大的变形和表面损伤。

夹紧机构必须可靠。

夹紧机构操作必须安全、省力、方便、符合工人操作习惯。

四、铣床夹具特点：

在机械加工中，各类铣床应用是比较广泛的，所以设计铣床夹具的工作量也较大。

在设计铣床夹具时，应充分注意铣削加工的特点：

一般切削量较大，多属断续切削，故切削力较大容易产生振动。

因此夹紧装置要有足够的夹紧力，夹具本身也应足够的刚度和强度。

另外，由于铣削加工的万能性，常遇到结构形状不规则的工件，因此还要尽量考虑采用快速安装工件的装置，以节省辅助时间。

在结构上，铣床夹具的重要特征是：

采用定向健和对刀装置来确定夹具和机床、刀具之间的相对位置关系。

五、铣床专用夹具的设计原则：

（1）由于铣削过程不是连续切削，且加工余量较大，所以不但所需的切削力较大，而且切削力的大小及方向随时都可能在变化，致使在铣削过程中产生振动。

因此铣床夹具要有足够的夹紧力，夹具结构要有足够的刚性。

（2）为了提高铣床夹具的刚性，工件待加工的表面应尽量不超出工作台，在确保夹具有足够排屑空间的前提下，尽最降低夹具的高度，一般夹具高与宽之比为1：

1.25。

（3）对于以铸、锻件毛坯面定位的铣夹具，应以毛坯图作为设计夹具的依据，以免对工件毛坯余量尺寸和形状误差、分型面或浇冒口等问题因考虑不周而影响夹具的合理性和可靠性。

（4）以工件毛坯面定位时，为避免毛坯误差，应多设置若干个辅助支承。

（5）要特别注意在铣削过程中容易变形的部位，并设置必要的辅助支承。

（6）为了获得较大的夹紧力，在铣床夹具中尽可能采用扩力机构。

（7）为了防止工件在加工过程中因振动而使夹紧松脱，夹紧装置应具有足够的自锁能力。

（8）从侧面压紧工件的着力点应低于工件侧面的支承点，并使其产生作用在支承上的合力。

六、应用定位原理几种情况：

（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。

七、连续夹紧铣床夹具设计步骤：

1、夹紧装置设计的要点

铣床夹具的的夹紧装置，应特别要求有好的夹紧刚度，夹紧力要足够，力的作用点要尽量靠近加工表面和落在刚性较好的部位而且要有利于定位的稳定性。

必要时采用辅助夹紧装置。

由于铣床夹具一般只做进给运动，无需经常搬动，所以夹紧装置的各元件及有关的其他元件，可以做的粗壮鞋。

此外，应尽量采用快速的夹紧方法。

如采用联动夹紧等。

但要注意解决结构的复杂性和经济性之间的矛盾。

定向键与定位元件之间无尺寸联系，但必须根据加工要求规定定位元件对定向键的位置精度要求。

对刀装置的位置应根据定位元件的工作表面来确定。

故须规定对刀装置与定位元件的坐标尺寸及其公差，并提出位置精度要求。

2、被加工零件的结构特点及制定工序的加工要求

1.结构特点

被加工零件为轴类零件；零件图如图5-4所示；零件的主要加工面为Φ14的外圆面，所以该零件结构定义为简单，夹具设计选用经济实用型方案。

2.研究工艺过程，分析该工序所加工的部位，加工要求，定位夹紧部分和前后工序的关系等。

该夹具所对应加工内容为铣外圆的平面。

在此之前，其他各面皆已加工完毕。

故可以利用已加工的表面进行定位。

3、设计方案的讨论

1．初定夹具结构方案:

1）工件定位方案及定位装置

定位方案及装置：

三面一销定位，利用V形块限制4个自由度，Φ14孔内放菱形销限制1个自由度，再利用底面限制一个自由度，完全定位。

2）工件夹紧方案及夹紧装置

夹紧方案及装置：

因为在铣床上进行加工，加工力较大，要求夹紧装置具有足够的强度，因此，需在工件与定位V形块相对应的另一侧进行夹紧以防工件松动，夹紧装置为直接安装在夹具体上的六角头压紧螺栓与一滑块联结滑块上安装一夹紧V形块。

3）其他装置及原件的结构形式

该工序加工机床为铣床，除需要将夹具体固定在工作台上以外还需要对刀装置。

工序中采用铣刀铣槽，所以对刀块选择直角对刀块对铣刀进行对刀。

4）夹具体的结构形式及夹具与机床的连接方式

夹具体为铸造件，主要工作面为与机床工作台垂直的平面，该面主要用来固定定位销、V形块及六角头压紧螺钉；底平面用来与铣床工作台进行连接。

铣床工作台相对于操作者来说为左右方向水平放置，走刀方向与工作台方向一致，因此，两定位键为左右布置，距离尽量加大，两个座耳因为要承受较大的力所以也要左右布置。

2.审查方案与改进设计

夹具设计要求除能完成既定的定位夹紧任务以外还要考虑到操作者的操作方便与否，因此夹具也要求人性化设计。

1）考虑到多数操作者都习惯右手用力，因此，将定位V形块安装在工件左侧，六角头压紧螺钉与滑块及夹紧V形块则安装在工件右侧方便操作者直接夹紧。

2）而为了能够承受较大力矩，六角头压紧螺钉的位置应尽量靠近工件上方尺寸较大的位置，这就要求夹具体的垂直高度不能太大也不能太小。

3）根据加工要求，对刀块放置在加工面左侧或右侧稍低于加工面的位置最为理想。

但考虑到夹具体的高度及安装问题，对刀块只能安装在夹具体地板上工件一侧的部位，对好刀之后再将刀具上移到与被加工面等高的位置进行铣削加工。

4、机床夹具设计的基本要求和一般步骤

（1）对专用夹具的基本要求

①保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

②提高生产效率

应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

③工艺性好

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。

专用夹具的制造属于单件生产。

当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

④使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

⑤经济性好

除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外。

还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

（2）专用夹具设计步骤

①明确设计任务与收集设计资料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。

其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。

②拟订夹具结构方案与绘制夹具草图

Ⅰ、确定工件的定位方案，设计定位装置。

Ⅱ、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

Ⅲ、确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

Ⅳ、确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

Ⅴ、确定和设计其它装置及元件的结构形式。

如分度装置、预定位装置及吊装元件等。

Ⅵ、确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。

Ⅶ、绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

2、进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。

有动力装置的夹具，需计算夹紧力。

当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。

3、审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。

5、绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。

绘图比例尽量采用1：

1。

主视图按夹具面对操作者的方向绘制。

总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图绘制次序如下：

用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。

在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。

依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

标注必要的尺寸、公差和技术要求。

编制夹具明细表及标题栏。

主视图

左视图

俯视图

6、绘制夹具零件图

夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

夹具零件图如下图所示

7、铣床专用夹具设计总结

（1）夹具的组成：

定位部分、夹紧部分、对刀部分、导向部分、支撑部分和辅助部分。

（2）工件定位的基本要求

①位置正确；②位置准确。

（3）如下图所示，加工上表面是以下表面为基准进行定位，然后进行夹紧。

（4）工件以平面定位

工件以平面定位时，一个平面上一般最多布置三个支撑点。

这种情况通常适用于工件定位面相对工件总尺寸较大，并且被加工表面与该平面有尺寸精度和位置精度要求时。

当工件定位面较工件总尺寸狭长，又要求限制一个转动自由度，并且在一个方向上与被加工表面有尺寸和位置精度要求时，往往布置两个支撑点。

当工件定位面相对工件总尺寸很小，并且在一个方向上与被加工表面有位置尺寸精度要求时，往往只布置一个定位支撑点。

工件以平面进行定位时，其定位元件有如下四种型式：

固定支承、调节支承、浮动支承和辅助支承。

其中，固定支承常有两种：

支承钉和支承板。

选用工件以平面定位的定位元件时，应注意定位平面的精度。

精度越低，则接触面积应越小。

因此，以毛基面或粗基面定位时，可采用支承钉；以精基面、特别是以大的精基面定位时，可采用支承板。

（5）拟订定位方案

①定位方案

根据工件结构特点，其定位方案如下：

以中心孔作为定位基准，限制了X、Y、Z轴移动、X轴旋转、Y轴旋转三个自由度；

用一个销钉限制工件的Z轴旋转。

从而限制了工件的六个自由度，根据“六点定位原理”，此工件在空间的位置唯一确定了。

经过分析，得出如下结果：

②定位误差计算

因为工件和夹具定位元件均有制造误差，所以一批工件在夹具中地位后的位置将是变动的，即存在定位误差。

一批工件由于在夹具中定位而使得工序基准在沿工序尺寸方向上产生了位移，其可能最大的位移量叫做该工序尺寸的定位误差，用符号ε表示。

产生定位误差的原因有如下两方面：

定位基准与工序基准不重合、定位基准位移。

工件以平面定位时的定位误差：

基准位移误差：

因为定位元件的形状以及定位元件各表面间的位置精度较高，因此在计算工件以平面定位的基准位移误差时，通常可以忽略它们的影响。

基准不重合误差：

可用作图法求出因定位基准与工序基准不重合而引起工序基准在沿工序尺寸方向上的两个极限位置，这两个极限位置间距离之差及时基准不重合误差。

或者利用尺寸链原理，求各基准尺寸误差之和，即为基准不重合误差。

总的定位误差应为基准位移误差与基准不重合误差之和。

由于零件是以平面为基准定位，因此在铣削时会产生直线位移误差。

由于误差对铣削平面的影响很小，可忽略不计。

（6）夹紧装置的设计

夹紧装置是夹具的重要组成部分，用于防止工件在切削力、自重及惯性力等作用下产生移动或振动，即保持工件定位后的正确位置。

夹紧装置大体分为动力装置和夹紧机构，夹紧机构又可分为中间机构和夹紧元件。

螺纹夹紧机构由于具有结果简单，制造方便，夹紧行程不受限制，且夹紧可靠等优点。

虽夹紧动作缓慢，可采用一些结构提高夹紧速度，因此应用广泛。

螺旋压板夹紧是一种应用最为广泛的夹紧机构，其种类很多，有移动式压板、回转式压板、掀开式压板等等。

（7）对刀装置的设计

在铣床夹具和刨床夹具中通常采用对刀装置，以保证刀具与夹具定位元件间具有正确的相对位置。

这种相互间的位置可以采用如下三种方法进行调整：

试切工件调整、用已加工好的样件调整、用对刀装置调整。

其中以采用对刀装置调整最为方便和迅速。

采用对刀装置时，对刀块的位置应装在刀具切入的一端。

对刀块常用20号钢渗碳淬火，硬度HRC58~64。

塞尺用T8钢淬火，硬度HRC55~60。

八、结束语

在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了，使我真正感受到了知识的重要性。

本次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。

在课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。

整个设计的过程中设，最重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。

综上所述：

这次的课程设计对我以后的工作和学习将有很大的帮助。

这次的课程设计能够完成，我要感谢带我们课程设计的老师和很多帮助过我的同学。

在此真诚的感谢你们的帮助！

通过此次的学习不仅使我对课本内容有了更深入的认识，而且激发了我思考问题的潜力、培养了我分析问题的能力。

对灵活运用工具手册解决问题的能力有了明显地提高。

此次课程设计让我能够更加直观地认识工艺设计的流程。

以往我在课本上学到的只是理论，并没有感性的认识。

将所学到的书本知识运用到设计环节中是我通过本次实践学习获得的最大收获。

通过此次设计我基本掌握了一个中等复杂零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤。

由于自己的能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正。

主要参考资料:

1、《机床夹具设计手册》  辽宁科学技术出版社  徐鸿本

2、《机械设计课程设计》 浙江大学出版社

3、《机床夹具设计》  哈尔滨工业大学出版社王启平

4、《机械制造工艺设计简明手册》哈尔滨工业大学李益民