1、西安航空職業技術學院畢 業 設 計論 文論文題目：銑床專用夾具的設計與分析 所屬系部： 航空制造工程系指導老師： 崔彥斌 職 稱：高級工程師學生姓名： 楊維新 班級、學號:08102104 專 業：計算機輔助設計與制造西安航空職業技術學院制2011年 3 月 1 日西安航空職業技術學院 畢業設計論文任務書題目：銑床專用夾具的設計與分析任務與要求：2.選擇毛坯制造方法，填寫機械加工工藝卡片和工序卡片 3.對零件進行工藝分析繪制零件圖及零件毛坯圖，制定零件機械加工工藝時間： 2011 年 11 月 1 日 至 2011 年 3 月 1 日 共 8 周所屬系部：航空制造工程系學生姓名： 楊維新 學

2、號：081021-04專業： 計算機輔助設計與制造指導單位或教研室：計算機輔助設計制造教研室指導教師：崔彥斌 職 稱：高級工程師西安航空職業技術學院制2011年 3 月 1 日畢業設計(論文)進度方案表日 期工 作 內 容執 行 情 況指導教師簽 字看圖識零件并進行分析良好分析零件初步擬定工藝路線良好查閱文獻資料良好確定工藝路線并著手設計良好分析夾具并著手設計良好CAD繪制零件和夾具圖良好整理畢業設計及說明書良好檢查該設計準備辯論良好教師對進度方案實施情況總評 簽名 年 月 日 本表作評定學生平時成績的依據之一。目錄一 緒論 11.PROE軟件模塊簡介 1 3 5 6二 設計課題的分析計算過程

3、及平面圖繪制 8 9 9 14 16 176.夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求 18 21三、 銑床夾具三維造型設計25四、論文總結34五、謝辭35六、主要參考資料36七、附錄37八、附文48 摘要 計算機輔助夾具設計(CAFD)作為CIMS集成中的一個重要環節，克服傳統夾具設計存在的設計周期長，設計效率低等問題，降低了設計人員的勞動強度，提高了夾具設計的質量，從而能夠大幅度縮短產品開發周期，提高企業的市場競爭力。論文在回憶了夾具的概念、開展、組成以及國內外應用現狀后，詳細介紹了夾具的總體設計和各組成局部的設計，并著重闡述了設計研究過程中的各項所需的關鍵技術在對國內外眾多夾具設計系統進行仔細的

4、分析研究之后，本課題確定以專用夾具為對象，以銑床夾具為主要開發內容，設計一種適合國內企業現狀的具有先進性和實用性的銑床夾具。運用了大量的軟件對夾具進行輔助設計，基于Autocad強大的二維繪圖能力，對夾具進行完整的三視圖繪制，著名的3D CAD/CAM系統Pro/E由于具有參數化設計特性，在全世界范圍內受到廣泛應用。在Pro/E環境下對所設計的銑床夾具進行了三維仿真的實體造型和虛擬裝配關鍵詞：三維造型設計;Pro/e模塊;AUTOCAD；計算機輔助夾具設計(CAFD) 第一章 緒論 本世紀的一個重大變革是全球市場的統一，它使市場競爭更加劇烈，產品更新更快，但是有限的資源加上消費者對復雜產品的需

5、求日益增加，使你合很難保持市場分額。在這種背景下，CAD(計算機輔助設計)/CAM(計算機輔助制造)/CAE計算機輔助測量技術得到迅速普及和極大開展。海灣戰爭結束當年，美國評出的最具影響的十大技術中，CAD/CAM/CAE技術便榜上有名。在為數眾多的CAD/CAM/CAE軟件中， 主流軟件包種類繁多，PRO/E，UG，CIMATRON，MDT，IDEAS，MASTERCAM都是個中極品，但PRO/E工業解決方案地位顯赫，它是美國PTC公司的拳頭產品，技術領先，在機械、電子、航空、航天、郵電、兵工、紡織等各行各業都有應用，是CAD/CAM/CAE領域少有的頂尖“人物。 PRO/ENGINEER軟

6、件包的產品開發環境在支持并行工作，它通過一系列完全相關的模塊表述產品的外形、裝配及其他功能。PRO/E能夠讓多個部門同時致力于單一的產品模型。包括對大型工程的裝配體管理、功能仿真、制造、數據管理等。其中PRO/E V2000I更增加了行為建模技術使其成為把夢想變為現實的杰出工具。 PRO/E的最新版本為PRO/Ewildfire3.0，它可運行于Windows/NT和UNIX平臺上，共有六大主模塊：1工業設計(CAID)模塊 工業設計模塊主要用于對產品進行幾何設計，以前，在零件未制造出時，是無法觀看零件形狀的，只能通過二維平面圖進行想象。現在，用3DS可以生成實體模型，但用3DS生成的模型在工

7、程實際中是“中看不中用。用PRO/E生成的實體建模，不僅中看，而且相當管用。事實上，PRO/E后階段的各個工作數據的產生都要依賴于實體建模所生成的數據。包括： PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(動畫模擬)、 PRO/DESIGNER(概念設計)、PRO/NETWORKANIMATOR(網絡動畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH圖片轉三維模型、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。2機械設計(CAD)模塊 機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制任意復雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規那么的物體外表，如圖1中的摩托車輪轱，這

8、些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產品的需求將會大大增加。用 PRO/E生成曲面僅需2步3步操作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉、放樣、掃掠、網格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/E可以迅速建立任何復雜曲面。它既能作為高性能系統獨立使用，又能與其它實體建模模塊結合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標準。包括：PRO/ASSEMBLY實體裝配、PRO/CABLING電路設計、PRO/PIPING彎管鋪設、PRO/REPORT應用數據圖形顯示、PRO/SCAN-TOOLS物理模型數字化、PRO/SURFACE曲面設計、PRO/WELDING焊接設計3

9、功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心。主要是講事物內在特征很難把握。機械零件的內部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到零件內部的受力狀態。利用該功能，在滿足零件受力要求的根底上，便可充分優化零件的設計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結果使瓶體質量減輕了近20，而其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經濟效益。包括：PRO/FEMPOST有限元分析、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS自定義載荷輸入、PRO/MECHANICA EQUATIONS第三方仿真

10、程序連接、PRO/MECHANICA MOTION指定環境下的裝配體運動分析、PRO/MECHANICA THERMAL熱分析、PRO/MECHANICA TIRE MODEL車輪動力仿真、PRO/MECHANICA VIBRATION震動分析、PRO/MESH 有限元網格劃分。4 制造(CAM)模塊 在機械行業中用到的 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數控加工)。說到數控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件。當時，蘇聯從日本東芝公司引進了一套五座標數控系統及數控軟件CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進器，從而使西方的反潛系統完全失效，損失沉重。東芝公司因違反“巴

11、統協議，擅自出口高技術，受到了嚴厲的制裁。在這一事件中出盡風頭的CAMMAX軟件就是一種數控模塊。PRO/ES的數控模塊包括：PRO/CASTING鑄造模具設計、PRO/MFG電加工、PRO/MOLDESIGN塑料模具設計、PRO/NC-CHECKNC仿真、PRO/NCPOSTCNC程序生成、PRO/SHEETMETAL鈑金設計。5 數據管理(PDM)模塊 PRO/E的數據管理模塊就像一位保健醫生，它在計算機上對產品性能進行測試仿真，找出造成產品各種故障的原因，幫助你對癥下藥，排除產品故障，改良產品設計。它就像PRO/E家庭的一個大管家，將觸角伸到每一個任務模塊。并自動跟蹤你創立的數據，這些數

12、據包括你存貯在模型文件或庫中零件的數據。這個管家通過一定的機制，保證了所有數據的平安及存取方便。它包括：PRO/PDM數據管理、PRO/REVIEW模型圖紙評估。6 數據交換(Geometry Translator)模塊 在實際中還存在一些別的CAD系統，如UG、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數據都難以被對方所識別。但在實際工作中，往往需要接受別的CAD數據。這時幾何數據交換模塊就會發揮作用。PRO/E中幾何數據交換模塊有好幾個，如：PRO/CATPRO/E和CATIA的數據交換、PRO/CDT二維工程圖接口、PRO/DATA FOR PDGSPRO/

13、E和福特汽車設計軟件的接口、PRO/DEVELOPPRO/E軟件開發、PRO/DRAW二維數據庫數據輸入、PRO/INTERFACE工業標準數據交換格式擴充、PRO/INTERFACE FOR STEPSTEP/ISO10303數據和PRO/E交換、PRO/LEGACY線架/曲面維護、PRO/LIBRARYACCESSPRO/E模型數據庫進入、PRO/POLTHPGL/POSTSCRIPTA數據輸出夾具的一般概念夾具廣泛用于各種制造工序中，用以將工件定位并牢固地夾持在一定的位置，以便按照產品設計規定完成要求的制造過程。為了將工件可靠定位，經常用定位件和支撐件與工件外表相接觸，以限制工件包括移動

14、和旋轉在內的六個自由度，用夾緊來抵消切削力，以保證工件牢固定位。傳統夾具以專用夾具為代表主要有四種功能:定位、夾緊、導向和對刀。夾具設計的根本要求 對夾具的根本要求就是將工件定位并牢固的夾持在一定位置，并在機床工作臺上有一定的方位，其次，還要滿足其他要求，如保證夾具的生產率(容易裝卸工件，采用自動或半自動夾緊裝置，切屑容易排除)，操作簡單并平安(如對貴重工件采用防誤功能的元件)，有效降低本錢(考慮夾具材料和制造過程，優先選用標準件)。因此，夾具設計是一個復雜的過程，在傳統夾具設計中，這些根本原理應用于具體夾具設計中主要取決于設計者的經驗。從夾具設計人員的經驗中收集和表達這些知識是開發計算機輔助

15、夾具設計(CAFD)系統的關鍵。機床夾具的分類 單件小批生產一般選用通用夾具、可調整夾具和組合夾具等，使用這類夾具時的調整和測量需要依賴經驗，而且需花費大量時間。 大批量生產使用以上夾具會使生產效率降低，對操作人員的操作技能要求提高，生產本錢提高。為了提高加工效率和制件精度，降低對操作人員的要求，一般使用多軸加工的專用機床加工，這種機床包含相應夾具或者設計專用夾具與通用機床配合使用，這兩種方法都涉及專用夾具的設計問題。 計算機輔助制造技術的開展，制造業越來越多的使用數控機床和加工中心組成柔性制造單元。在使用CNC機床修改產品設計時，只要變更NC程序，加工工藝就能隨之變化，而NC程序借助于計算機

16、輔助編程系統只要花一天或數個小時就能完成修改。刀具是標準化的，隨時可以從市場上購置。如果還使用現有的夾具或不用柔性夾具，FMS就不能實現真正的柔性，所以在FMS和計算機集成制造系統中迫切需要能適用產品變化的柔性夾具柔性夾具一般來說，柔性夾具是指用同一夾具系統裝夾定位在形狀與尺寸上有所變化的多種工件。工件的變化可在小范圍，即在相似形狀和尺寸變動不大的范圍內，也可在大范圍，即零件形狀完全不同，尺寸變化也很大。所以柔性的概念是模糊的。籠統的說是指與NC機床、加工中心配合使用的、具有加工多種不同工件能力的夾具。自20世紀80年代后柔性夾具的研究開發主要沿原理和結構均有創新和傳統夾具創新兩大方向開展。下

17、表1-1為當前研究和應用的柔性夾具的工作原理和分類的簡表表1-1中原理和結構均有創新的柔性夾具如相變和偽相變式、適應性夾具、模塊化程序控制式、仿生抓夾式等正處于研究階段，有許多問題尚未解決，如相變升降溫度引起工件變形對精度的影響，偽相變材料夾緊力不大，適應性夾具適應范圍小，模塊化程序控制式夾具結構太復雜，本錢過高，而柔性有限，不容易在生產中普及，因此，到目前為止，尚沒有找到結構上、經濟上、實用上能與傳統夾具中己具柔性的一些夾具相匹敵的新型夾具。表1-1現代柔性夾具的工作原理及分類表表1-1分類 柔性工作原理 子分類 組合夾具 標準元件的機械裝配 槽系組合夾具 孔系組合夾具 可調整夾具 在通用或

18、專用夾具根底通用可調夾具 上更換元件和調節元件專用可調夾具 的位置 模塊化程序控制式夾具用伺服控制機構變動元雙轉臺回轉式 件的位置 可移動拇指式 適應性夾具 將定位元件或夾緊元件渦輪葉片式 分解為更小的元素以適彎曲長軸式 應工件的連續變化 相變材料夾具 材料物理性質的變化 真相變材料夾具 偽相變材料流態床夾具防生抓夾式夾具 形狀記憶合金 用于機器人終端器也可 用于夾具 1. 3國內外計算機輔助夾具設計開展現狀 CADICAM系統中，計算機輔助夾具設計(CAFD)以其本身特點是相對獨立的一局部，并和其他局部尤其是CAPP緊密連接，廣義的說，CAFD是新興的計算機輔助工藝裝備CAT (Comput

19、er Aided Tooling)范疇。準確的說，CAPP和CAFD共同構成CAD和CAM的接口，而二者彼此之間又是相互獨立的。 前蘇聯學者在20世紀70年代開始了夾具CAD的研究工作，由于計算機硬件和軟件的落后，進一步開展受到很大的阻礙。20世紀80年代歐美學者投入這一工作，80年代中期以后我國也開始進行研究。到現在大約經歷了三代: 1第一代是交互式夾具CAD系統，該系統應用CAD軟件建立夾具元件庫，菜單驅動的夾具裝配程序，借規定的坐標系統和X-Y平面內的轉動角度來執行夾具裝配操作，實際操作時費時較多，但在工業上有實用價值。(2) 第二代CAFD是基于成組技術和基于知識的變異式和生成式系統，

20、基于GT的CAFD系統主要用零件及夾具分類編碼系統進行檢索，修改生成符合要 求的夾具:基于知識的CAFD系統，主要是搜集人類夾具專家的知識整理成知識庫中的各種規那么，然后通過專家系統推理機得到各種決策。這種系統主要解決定位、夾緊方法的選擇，位置確實定。有的系統已搜集了上千條規那么，但因工件的多樣性和夾具設計的復雜性，只能設計一些簡單的夾具。3第三代能生成夾具結構的商品化夾具設計系統，如美國吳士脫理工學院容亦鳴教授和清華大學朱耀祥、羅振璧教授合作開發的孔系數控組合夾具設計系統:國內有中國航空工業總公司保定向陽機械廠用AUTOCAD開發的組合夾具設計系統，建有元件庫，交互式生成組合夾具。1. 4.

21、 1課題的意義 多年來，機械制造過程總把設計藍圖比喻成工程師的語言，對于機床專用夾具而言，也總是利用眾多視圖的不同投影來描繪，采用標注各種線型和符號繪圖，不僅費時費力，而且一旦理解有誤或形體表現錯誤，將會影響產品的制造和質量。采用三維實體造型的設計方法，零件的造型如同車間中加工零件的過程一樣，設計完以后，零件就“加工出來了，這樣不需要很強的空間想象力就可以設計出產品的真實三維模型，經過虛擬裝配，可清楚地檢驗出產品結構的合理性、空間布置是否干預等問題。造型結束后，將設計模型投影到二維圖紙空間，就可自動生成工程圖紙的三視圖，軸側圖、剖視圖等，大大方便了設計工程，形象直觀易于接受，更易培養學生獨立設

22、計機械產品的能力。機床夾具設計以培養夾具設計能力為主線，貫穿機械設計制造工藝的整個過程，通過學習夾具設計的根本原理、原那么和方法，典型夾具的分析與設計，來培養獨立設計機械產品的能力。本課題在學習機床專用夾具的根本知識和根本理論的同時，研究如何利用計算機圖形學采用三維造型方式設計專用夾具以及如何對專用夾具進行可視化設計，形成專用夾具的三維爆炸視圖。本課題對學習和穩固機床夾具設計的專業知識具有極大的幫助，通過設計實踐，能切實掌握設計制造專用夾具的根本理論和方法，全面熟悉機械制造工藝方面的知識，培養機械產品的獨立設計能力和利用機械設計自動化程序的能力。課題研究的內容本課題的研究內容是圍繞如何充分利用

23、己有的設計經驗和資源，提高夾具設計的質量和效率，主要進行了以下幾方面的研究:1在收集整理有關產品設計參考資料和技術標準的根底上，分析產品零件的加工特征和加工車間的機床裝備的情況并提取零件的特征信息，確定零件的加工方案；2切削力計算，根據零件的加工方案計算相關的切削力；3定位裝置設計，其中包括定位方案確實定，定位元件的選擇以及定位誤差的計算等。定位方案和定位元件的選擇包括定位元件的結構，形狀，尺寸及布置形式等，主要決定于工件的加工要求，工件定位基準和外力的作用狀況等因素。4夾緊裝置設計，其中包括夾緊力方案確實定，夾緊元件的選擇以及夾緊力計算等；5對刀，引導裝置以及夾具體的設計，其它特定要求涉及的

24、相關元件與裝置確實定，例如分度裝置，定向鍵等；6完成夾具總體布局和裝配圖的設計繪制，并制定夾具的制造工藝第二章 設計課題的分析計算過程及平面圖繪制如圖2-1所示，要求銑一車床尾座頂尖套上的鍵槽和油槽，試設計大批生產時所用的銑床夾具。 圖2-1 根據工藝規程，在銑雙槽之前，其它外表均已加工好，本工序的加工要求是：1.鍵槽寬12H11。槽側面對70.8h6 軸線的對稱度為0.10mm，平行度為0.08mm。槽深控制尺寸64.8mm。鍵槽長度60±0.4mm。2.油槽半徑3 mm,圓心在軸的圓柱面上 。油槽長度170mm。3.鍵槽與油槽的對稱面應在同一平面內。夾具設計的根本要求：提高機械加

25、工的勞動生產率和降低工件的制造本錢2.要結構簡單，操作方便、平安3.要有良好的結構工藝性，使設計的夾具便于制造、裝配、檢驗、調整與維修。分析題目在機械加工中，為完成需要的加工工序、裝配工序及檢驗工序等，首先要將工件固定，使之占有確定的位置，這種保證一批工件占有確定位置的裝置統稱為夾具。本課題所研究的對象主要限于銑床夾具。它對保證工件的加工質量，提高加工效率，降低生產本錢、改善勞動條件、擴大機床使用范圍、縮短新產品試制周期等方面有著極明顯的經濟效益。定位裝置設計.1 工件定位的根本原理工件定位的實質，就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。這一確定的位置可以通過定位支承限制相應的自由度來獲得。一

26、個物體在空間坐標系中具有六個自由度。即沿三個相互垂直的坐標軸的移動自由度，以及繞這三個坐標軸的轉動自由度。因此，要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標系中，通過定位元件限制工件的六個自由度。分析使可將具體的定位元件抽象化，轉化為相應的定位支承點，用這些定位支承點來限制工件的自由度。工件的六個自由度全部被限制而在空間占有完全確定的唯一位置，稱為完全定位。如果根據該工序加工要求只需限制局部自由度，而其他自由度無需限制時，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時稱為不完全定位。應該采用完全定位還是不完全定位，主要由該工序的加工要求來決定。欠定位是指工件實際所限制的自

27、由度數目，少于按該工序加工要求所必須限制的自由度數目。因此，欠定位的結果，將導致出現應該限制的自由度而未予限制的不合理現象，從而無法保證該工序所規定的加工要求。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時，不允許出現欠定位這樣的原那么性錯誤。兩個或兩個以上定位支承點重復限制同一個自由度，這種重復定位的現象叫做過定位。出現過定位時，將使工件位置不確定。同時，在夾緊情況下，重復限制同一自由度的定位支承間所產生的矛盾、干預和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結果都將破壞工件定位的要求，從而嚴重影響工件的定位精度。因此，在設計夾具時，一般情況下應防止出現過定位現象。如因某些結構上的原因，無法防止過定位時，應

28、采取必要的相應措施，以減小由于過定位所造成的影響。由所設計的題目知假設先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時應限制五個自由度，銑油槽時應限制六個自工件定位的實質，就是要使工件在夾具中占有某個確定的位置。這一確定的位置可以通過定位支承限制相應的自由度來獲得。一個物體在空間坐標系中具有六個自由度。即沿三個相互垂直的坐標軸的移動自由度，以及繞這三個坐標軸的轉動自由度。因此，要使工件在夾具中占有確定的位置，就是要在空間直角坐標系中，通過定位元件限制工件的六個自由度。分析使可將具體的定位元件抽象化，轉化為相應的定位支承點，用這些定位支承點來限制工件的自由度。工件的六個自由度全部被限制而在空間占有完全確定

29、的唯一位置，稱為完全定位。如果根據該工序加工要求只需限制局部自由度，而其他自由度無需限制時，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時稱為不完全定位。應該采用完全定位還是不完全定位，主要由該工序的加工要求來決定。欠定位是指工件實際所限制的自由度數目，少于按該工序加工要求所必須限制的自由度數目。因此，欠定位的結果，將導致出現應該限制的自由度而未予限制的不合理現象，從而無法保證該工序所規定的加工要求。所以，在確定工件在夾具中的定位方案時，不允許出現欠定位這樣的原那么性錯誤。兩個或兩個以上定位支承點重復限制同一個自由度，這種重復定位的現象叫做過定位。出現過定位時，將使工件位置不確定

30、。同時，在夾緊情況下，重復限制同一自由度的定位支承間所產生的矛盾、干預和沖突必將造成工件或定位元件的變形，其結果都將破壞工件定位的要求，從而嚴重影響工件的定位精度。因此，在設計夾具時，一般情況下應防止出現過定位現象。如因某些結構上的原因，無法防止過定位時，應采取必要的相應措施，以減小由于過定位所造成的影響。由所設計的題目知假設先銑鍵槽后銑油槽，按加工要求，銑鍵槽時應限制五個自由度，銑油槽時應限制六個由度。.2 定位基準的選擇工件的定位是通過定位基面進行的，因此這些基面的幾何形狀、尺寸及外表狀況在很大程度上決定著定位方法及所用定位元件的選擇，故從夾具設計角度出發提出如下選擇原那么：1.工件的定位

31、基準與工序基準標定加工面位置的面、線、點重合，以防止產生基準不符誤差B。但當兩基準重合后，會使夾具結構復雜或工件定位不穩定時，那么應另選定位基準，此時必須計算和控制基準不符誤差。為了減小基準不符誤差，應減小定位尺寸的組成環節及各環節的公差。當基準重合時，基準不符誤差為零，這是選擇工序基準作為定位基準的原因所在。2盡量用精基準作為定位基準，以保證有足夠的定位精度。不當得不采用毛面做定位基準時，應盡量只用一次。而且應選用誤差較小、較光潔、余量小的外表或與加工面有直接關系的外表，以利于保證加工要求。3應使工件安裝穩定，使在加工過程中因切削力或夾緊力而引起的變形最小。4遵守基準統一原那么，以減小設計和

32、制造夾具的時間和費用。但如因此造成夾具結構復雜時，那么不必強求定位基準統一。5應使工件定位方便，夾緊可靠，便于操作，夾具結構簡單。因為是大批生產，為了提高生產率，可在銑床主軸上安裝兩把直徑相等的銑刀，同時對兩個工件銑鍵槽和油槽，每進給一次，即能得到一個鍵槽和油槽均已加工好的工件，這類夾具稱多工位加工銑床夾具。圖1-2所示為頂尖套銑雙槽的兩種定位方案。方案1：工件以70.8h6外圓在兩個互相垂直的平面上定位，端面加止推銷，如圖2-2a所示。 銑油槽時限制的自由度定位元件定位基準限制自由度數目方法平面外圓柱面Z,X位置和旋轉自由度4不完全定位止推銷端面Y位置自由度1銑鍵槽時限制的自由度定位元件定位

33、基準限制自由度數目方法平面外圓柱面Z,X位置和旋轉自由度4完全定位短銷鍵槽X，Z位置自由度2方案2：工件以h6外圓在V形塊上定位，端面加止推銷，如圖2-2b所示。 銑油槽時限制的自由度定位元件定位基準限制自由度數目方法V形塊外圓柱面X,Z位置和旋轉自由度4不完全定位止推銷端面Y方向位置自由度 1 銑鍵槽時限制的自由度定位元件定位基準限制自由度數目方法V形塊外圓柱面X,Z位置和旋轉自由度4完全定位短銷鍵槽X，Y位置自由度2為保證油槽和鍵槽的對稱面在同一平面內，兩方案中的第二工位銑油槽工位都需要用一短銷與已銑好的鍵槽配合，限制工件繞軸線的角度自由度。由于鍵槽和油槽的長度不等，要同時進給完畢，需將兩

34、個止推銷沿工件軸線方向錯開適當的距離。mm1/2mm未注公差，加工要求低，而對稱度的公差較小，應選用方案2較好，從承受切削力的角度看，方案2也較可靠。定位元件采用固定或V形塊，選夾角90ºV形塊。由?機床夾具手冊?查得，技術條件為材料20#號鋼。圖2-3圖2-3為夾具設計時所應用到的V型塊，其技術要求：1銑邊倒鈍。2外表發藍或其他防銹處理。3熱處理夾緊機構設計在機械加工過程中，工件將受到切削力、離心力、慣性力等外力的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件所確定的加工位置，而不致發生振動或位移，一般在夾具結構中都必須設置一定的夾緊裝置，將工件可靠地夾緊。.1夾緊

35、裝置的根本要求1 在夾緊過程中，工件應能保持在既定位置，即在夾緊力的作用下，工件不應離開定位支承。2夾緊力的大小要適當、可靠。既要使工件在加工過程中不產生移動和振動，又不使工件產生不允許的變形和損傷。3 夾緊裝置應操作平安、方便、省力。4 夾緊裝置的自動化程度和復雜程度應與工件的產量和批量相適應。.2夾緊方案：根據夾緊力的方向應朝向主要限位面以及作用點應落在定位元件的支承范圍內的原那么，如圖2-4所示，夾緊力的作用線應落在區域內N為接觸點夾緊力與垂直方向的夾角應盡量小，以保證夾緊穩定可靠。鉸鏈壓板的兩個弧形面的曲率半徑應大于工件的最大半徑。由于頂尖套較長，須用兩塊壓板在兩處夾緊。如果用手動夾緊

36、，工件裝卸所花時間較多，不能適應大批生產的要求，假設用氣動夾緊，那么夾具體積太大，不便安裝在銑床工作臺上。因此宜用液壓夾緊，如圖2-8所示，采用小型夾具用法蘭式液壓缸5固定在工位之間，采用聯動夾緊機構使兩塊壓板7同時均勻夾緊工件。所謂聯動夾緊機構就是由一個原始作用力來完成假設干個夾緊動作的機構稱為聯動夾緊機構。液壓缸的結構型式為單作用式油缸。.3夾緊力的大小估算：計算夾緊力時，通常將夾具和工件看成是一個剛性系統。理論上，夾緊力的作用應與上述力距的作用平衡；而實際上，夾緊力的大小還與工藝系統的剛性夾緊機構的傳遞效率等有關。為保證夾緊可靠，再乘以平安系數作為實際所需夾緊力的數值 W=K*W W實際

37、所需夾緊力N W在一定條件下由靜力平衡計算出的理論夾緊力NK平安系數 K=K0K1K2K3通常情況下，取K=1.5-2.5 當夾緊力與切削力方向相反時取K=2.5-3。因為夾緊裝置為聯動夾緊機構，且是為了防止工件移動 W=KP對刀裝置設計對刀裝置是由對刀塊和塞尺組成。借助于對刀裝置可以迅速而準確地確定夾具與刀具間的相對位置。常用的對刀裝置有高度對刀裝置、直角對刀裝置、成形刀具對刀裝置和組合刀具對刀裝置。常用的塞尺有平塞尺和圓塞尺兩種。采用對刀塞尺的目的，是為了不使刀具與對刀塊直接接觸，以免損壞刀刃或造成對刀塊過早磨損。使用使，將塞尺放在刀具與對刀塊之間，憑抽動的松緊感覺來判斷，以適度為宜。對刀

38、裝置可迅速而準確地確定夾具與刀具間的相對位置。本課題鍵槽銑刀需要兩個方向對刀，故應采用側裝直角對刀塊。由于兩銑刀的直徑相等，油槽深度由兩工位V形塊定位高度之差保證。兩銑刀的距離125±mm那么由兩銑刀間的軸套長度確定。因此，只需設置一個對刀塊即能滿足鍵槽和油槽的加工要求。圖2-5圖2-5為對刀塊，其技術要求：1材料：202熱處理：滲碳深度0.81.2mm HRC58643其他技術條件按GB225980?機床夾具零件及部件技術條件?夾具體與定位鍵夾具體是夾具的根底件。在夾具體上，安裝組成該夾具所需要的各種元件、機構和裝置等。在設計時應滿足足夠的強度和剛度、結構簡單，具有良好的工藝性、穩

39、定的尺寸和便于排屑。在選擇夾具體的毛坯結構使，應以結構合理性、工藝性、經濟性、標準化的可能性以及工廠的具體條件為依據綜合考慮。因本工藝規程是大批生產，所以應采用適用于切削負荷大、振動大和批量生產的鑄造的夾具體。為了在夾具體上安裝液壓缸和聯動夾緊機構，夾具體應有適當高度，中部應有較大的空間。為保證夾具在工作臺上安裝穩定，應按照夾具體的高寬比不大于1.25的原那么確定其寬度，并在兩端設置耳座，以便固定。 圖2-62-6為所應用到的夾具體底座為了保證槽的對稱度要求，夾具體底面應設置定位鍵，兩定位鍵的側面應與V形塊的對稱面平行。為減小夾具的安裝誤差，宜采用B型定位鍵。圖2-7圖2-7為定位鍵，其技術要

40、求：1材料：45#鋼2熱處理：HRC40453其他技術條件按GB225980?機床夾具零件及部件技術條件?。夾具總圖上的尺寸、公差和技術要求 圖2-8圖2-8所示為夾具的總體平面三視圖，由圖所知：1夾具最大輪廓尺寸SL為570mm、350mm、270mm。2影響工件定位精度的尺寸和公差SD為兩組V形塊的設計心軸直徑70.79mm、兩止推銷的距離112±mm、定位銷12與工件上鍵槽的配合尺寸12h8。3影響夾具在機床上安裝精度的尺寸和公差S為定位鍵與銑床工作臺T形槽的配合尺寸18h8T形槽為18H8。4)影響夾具精度的尺寸和公差SJ為兩組V形塊的定位高度60±mm、61

41、77;mm；mm；mm；工位與工位V形快的距離尺寸125±mm；工位與mm。對刀塊的位置尺寸11-mmmm±mm±mm。對刀塊的位置尺寸h為限位基準到對刀塊外表的距離。計算時，要考慮定位基準在加工尺寸方向的最小位移量imin。當最小位移量使加工尺寸增大時 h=H±s-imin當最小位移量使加工尺寸縮小時 h=H±s+imin式中 h對刀塊的位置尺寸：H定位基準至加工外表的距離；S塞尺厚度。當工件以圓孔在心軸上定位或者以圓柱面在定位套中定位并在外力作用下單邊接觸時 Imin=Xmin/2式中 Xmin圓柱面與圓孔的最小配合間隙。當工件以圓柱面在V

42、形塊上定位時Imin=0。按圖2-9所示的兩個尺寸鏈，將各環轉化為平均尺寸對稱偏差的根本尺寸，分別算出h和h的平均尺寸，然后取工件相應尺寸公差的1/21/5作為h和h的公差，即可確定對刀塊的位置尺寸和公差。本例中，由于工件定位基面直徑70.8h6=0mm=±0.095mm,塞尺厚度s=5h8=50±0.09mm,鍵槽寬12H11120±0.055mm, 槽深控制尺寸±0.15mm,所以對刀塊水平方向的位置尺寸為1 根本尺寸對刀塊垂直方向的位置尺寸為2 h2=(29.405-4.91)mm=24.495mm(根本尺寸)取工件相應尺寸公差的1/21/5得&#

43、177;0.015mm=11mm±mm5)影響對刀精度的尺寸和公差：塞尺的厚度尺寸h8=50mm.6)夾具總圖上應標注以下技術要求：鍵槽銑刀與油槽銑刀的直徑相等。加工精度分析.1 定位誤差的分析定位誤差是指工件定位時，被加工外表的工序基準在沿工序尺寸方向上的最大可能變動范圍。造成誤差的原因有兩個：一是定位基準與工序基準不重合，由此產生基準不重合誤差B；二是定位基準與限位基準不重合，由此產生基準位移誤差Y。機械加工過程中，產生加工誤差的因素很多。在這些因素中，有一項因素與機床夾具有關。使用夾具時加工外表的位置誤差與夾具在機床的對定及工件在夾具中的定位密切相關。為了滿足工序的加工要求，必

44、須使工序中各項加工誤差之總和等于或小于該工序所規定工序誤差: j+w <g j與機床夾具有關的加工誤差； w與工序中除夾具外其他因素有關的誤差； g工序公差。與機床夾具有關的加工誤差j，一般可用下式表示： j=W*Z+D*A+D*W+J*J+J*M式中 W*Z夾具相對于機床成形運動的位置誤差；D*A夾具相對于刀具位置的誤差；D*W工件在夾具中的定位誤差；J*J工件在夾具中被夾緊時產生的夾緊誤差；J*M夾具磨損所造成的加工誤差。使用夾具加工工件時，應盡量減小與夾具有關的加工誤差，在保證工序加工要求情況下，留給加工過程中其他誤差因素的比例大一些。機械加工必須保證工序所規定的加工精度。在使用夾

45、具的情況下，影響工件加工精度的因素可歸納為以下幾個方面：（1） 工件的定位誤差D（2） 夾緊誤差J （3） 對刀和導向誤差T（4） 夾具在機床上的安裝誤差A（5） 加工方法誤差G由于頂尖套銑雙槽工序中，鍵槽兩側面對70.8h6軸線的對稱度和平行度要求較高，應進行精度分析，其他加工要求未注公差或公差很大，可不進行精度分析。.2鍵槽側面對軸線的對稱度的加工精度定位誤差D工件的定位誤差是基準位移誤差與基準不重和誤差的合成。由于對稱度的工序基準是70.8h6軸線，定位基準也是此軸線，故=0。由于形塊的對中性，Y=0。因此，對稱度的定位誤差為零。安裝誤差A夾具在機床上安裝時，其定位元件對機床裝卡面的相互

46、位置誤差將導致工件定位基準發生移動，從而使工序尺寸發生變化，這種誤差稱為夾具的安裝誤差。此題的定位鍵在形槽中有兩種位置，如圖2-10所示。因加工尺寸在兩定位鍵之間，按圖2-10a所示計算 A=Xmax假設加工尺寸在兩定位鍵之外，那么應按圖2-10b所示計算A=Xmax+2Ltg tg= Xmax/L03對刀誤差T 夾具上的對刀或導向裝置對定位元件的位置不正確，將導致加工外表發生變化，由此而造成的加工尺寸誤差即為對刀或導向誤差。當使用銑床夾具加工工件時，采用標準塞尺和對刀塊進行對刀，其對刀誤差為：T=TS+Th式中 TS塞尺的制造公差； Th對刀塊工作面對定位元件的尺寸公差。根據上面的分析，此題

47、的對稱度的對刀誤差等于塞尺厚度的公差，既Tmm。4夾具誤差J 因夾具上定位元件、對刀或導向元件、分度裝置及安裝基準之間的位置不準確而造成的加工誤差，稱為夾具誤差。夾具誤差主要包含定位元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差；定位元件相對于對刀或導向元件包含導向元件之間的尺寸或位置誤差；導向元件相對于安裝基準的尺寸或位置誤差；假設有分度裝置時，還存在分度誤差。由以上幾項共同組成夾具誤差。影響對稱度的誤差有：mm、對刀塊水平位置尺寸11mm的公差，所以J。.3鍵槽側面對h6軸線的平行度的加工誤差1定位誤差D 由于兩V形塊8、10一般在裝配后一起精加工V形面，它們的相互位置誤差極小，可視為一長V形塊，所以

48、D=0。 2安裝誤差A 當定位鍵的位置如圖2-10a所示時，工件的軸線相對工作臺導軌平行，所以A=0 當定位鍵的位置如圖2-10b 所示時，工件的軸線相對工作臺導軌有轉角誤差，使鍵槽側面對70.8h6軸線產生平行度誤差，故 A= tgL=0.054/400*282mmmm3對刀誤差T 由于平行度不受塞尺厚度的影響，所以T=0 4夾具誤差J 影響平行度的制造誤差是mm，所以Jmm。 總加工誤差和精度儲藏JC計算見表2-1。經計算可知，頂尖套銑雙槽夾具不僅可以保證加工要求，還有一定的精度儲藏表2-1 頂尖套銑雙槽夾具的加工誤差 DATJGJC00. 0540. 0180. 060.222+0.03

49、32)1/200. 03800. 030.222)1/2校正定位杠桿銑斜面銑夾具圖8-28為杠桿類零件上銑兩斜面的工序圖，工件形狀不規那么。圖8-29為成批生產中加工該零件的單件銑床夾具。工件以精加工過的孔22H7和端面在臺肩定位銷9上定位，限制工件的五個自由度；以圓弧面在可調支承6上定位，限制工件的轉動自由度。從而實現了工件的完全定位。工件的夾緊以鉤形壓板10為主，其結構見A-A剖面圖，另在接近加工外表處采用浮動的輔助夾緊機構，當擰緊該機構的螺母時，卡爪2和3相向移動，同時將工件夾緊。在卡爪3的末端開有三條軸向槽，形成三片簧瓣，繼續擰緊螺母，錐套5即迫使簧瓣脹開，使其鎖緊在夾具中，從而增強夾

50、緊剛度，以免銑削時產生振動。具體的底面A放置在銑床工作臺面上，夾具的兩個定位鍵8安裝在工作臺T形槽內，這樣銑夾具與銑床保持了正確的位置。因此銑夾具底面A和定位鍵的工作面B是銑夾具與銑床的接合面。定位元件工作外表與銑夾具的A面和B面的精度是影響安裝誤差A的因素。該夾具定位銷9的軸心線應垂直于定位鍵的B面定位銷9的臺肩平面應垂直于底面A，它們的精度均影響夾具的安裝誤差。夾具上的對刀塊7是確定銑刀加工位置的元件，即對刀塊的位置是表達了刀具的位置，因此對刀塊與定位元件的精度是影響調整誤差mmmm即是影響調整誤差的因素。mm等尺寸是影響定位誤差D的因素。三專用銑床夾具的結構分析圖8-28為杠桿類零件上銑兩斜面的工序圖，工件形狀不規那么。圖8-29為成批生產中加工該零件的單件銑床夾具。工件以精加工過的孔?22H7和端面在臺肩定位銷9上定位，限制工件的五個自由度；以圓弧面在可調支承6上定位，限制工件的轉動自由度。從而實現了工件的完全定位。 工件的夾緊以鉤形壓板10為主，其結構見A-A剖面圖，另在接近加工