斜拨叉铣床夹具设计

洛阳理工学院

课程设计说明书

课程名称：机械制造装备设计

设计课题：铣床铣削夹具设计

专业：机械设计制造及其自动化班级：B080206

姓名：刘真银

课程设计任务书

机械工程系机械设计制造及其自动化专业

学生姓名：刘真银班级：B080206 学号：B08020615

课程名称：机械制造装备设计

设计题目：铣床铣削夹具设计

课程设计内容与要求：

内容：

见A4图为所示加工斜拨叉，设计一套铣床铣削夹具，便于铣床铣削的加工。

设计要求：

1.在铣床上铣通槽。

2.要求绘制A1夹具装配图一张，A3夹具中零件图一张，A4加工零件图一张，说明书一份。

3.夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于批量生产。

设计（论文）开始日期2012年月日指导老师：张洪涛

设计（论文）完成日期2012年月日

年月日

课程设计评语

机械工程系机械设计制造及其自动化专业

学生姓名：刘真银班级：B080206 学号：B08020615 课程名称：机械制造装备设计

设计题目：铣床铣削夹具设计

指导老师：张洪涛

课程设计篇幅：

图纸二张

说明书19 页

指导教师评语：

年月日指导老师

目录

序言 (1)

第一章夹具的发展概况 (2)

第二章专用夹具设计 (4)

2.1设计前的工作准备 (4)

2.1.1 明确工件的年生产纲领 (4)

2.1.2 机床的选择 (4)

2.1.2 熟悉工件零件图 (5)

2.1.3加工方法 (6)

2.2总体方案的确定 (6)

2.2.1 定位方案 (6)

2.2.2 夹具体设计 (7)

2.2.3 对刀-导向装置的选择 (9)

2.2.4 夹紧装置的设计 (10)

2.3绘制夹具装配图 (13)

2.3.1夹具装配图上尺寸、公差标注 (13)

2.3.2夹具公差与配合的选择 (13)

2.3.3夹具装配图应标 (14)

第三章方案设计论证 (15)

3.1设计思 (15)

3.2设计方法与结果 (16)

致谢 (17)

感想 (18)

参考文献 (19)

序言

机械制造装备设计课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。其目的在于：

1〕培养学生综合运用机械设计基础以及其他必修课程的理论知识和生产实际知识结合去分析和解决工程实际问题的能力，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。

2〕学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后续的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。

3〕使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。

零件在工艺规程确定之后，就要按工艺规程顺序进行加工。在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。他们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛。机床夹具对保证产品质量，提高生产效率，减小加工成本，减轻工人劳动强度，缩短产品生产周期等都有重要意义。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的独立训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

第一章夹具的发展概况

机床夹具实在金属切削中用以准确地确定工件位置，并将其牢固地加紧，以接受加工的工艺装备。它的主要作用是：可靠的保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动轻度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。

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。

1、机床夹具的现状

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3-4年就要更新50-80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10-20％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、现代机床夹具的发展方向

现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。

（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148-T2259－91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）精密化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5μm。

（3）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。

（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。

第二章 专用夹具设计

2.1设计前的工作准备

2.1-1明确工件的年生产纲领

企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。

根据工厂（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的不同，可以将它们按大量生产、批量生产和单件生产3种生产类型分类。其中，成批生产又可分为大批生产、中批生产和小批生产。显然，产量愈大，生产专业化程度应该越高。表2-1按重型机械、中型机械和轻型机械的年生产量列出了不同生产类型的规范。

表2-1

根据设计要求以及表2-1可以确定此零件为中批生产类型。考虑到经济性和实用性,夹具设计成手动，即可满足要求。

2．1．2 机床的选择

夹具与机床的连接方式，主要可以分为以下两大类：

1、夹具安装在机床的回转主轴上

夹具安装在机床的回转主轴上，适用于车床、圆磨床夹具的连接，主要有四种链接方法。 生产类型

零件的年生产纲领（件/年）

重型机械

中型机械 轻型机械 单件生产

小批生产

中批生产

大批生产

大量生产

≤5 ＞5~100 ＞100~300 ＞300~1000 ＞1000

≤20 ＞20~200 ＞200~500 ＞500~5000 ＞5000 ≤100 ＞100~500 ＞500~5000 ＞5000~50000 ＞50000

1）、夹具体以长锥体尾柄装在机床主轴的锥孔内。此种连接方式装拆方便，但刚性较差，适用于小型夹具。

2）、夹具体以端面及短圆孔在机床主轴上定位，依靠螺纹进行紧固。此种连接方式易于制造，但定心精度较低。

3）、夹具体由短锥及端面在机床主轴上定位，另用螺钉进行紧固。此种链接方式定心精度高，连接刚度也较好，但制造比较困难。

4）、夹具体通过过渡盘而装在机床主轴上，夹具上设有校正基面以提高夹具的安装精度。

2、夹具安装在机床的工作台上

夹具在机床的工作台上一般是通过定位键与机床相连接。铣床、刨床夹具常通过安装在夹具底面纵线槽中的两个定位键（小型夹具可以用一个长键）与机床工作台T形槽配合，使夹具定位元件的工作面对工作台的送进方向具有正确的相互位置。通过T形螺钉、螺母和垫圈将夹具紧固在机床工作台上。设计铣床、刨床夹具确定与机床连接部分结构时，应查出该机床工作台T形槽的尺寸及槽距，再选择定位键和设计带U形槽的耳座。

钻床、镗床夹具与机床的连接，如夹具为固定式钻模、镗模或回转式钻模，可再夹具体的底边上，按机床工作台T形槽的尺寸设计带U形槽的耳座；也可以在夹具体底座上设计出凸缘，分别用T形螺钉或螺钉压板把夹具紧固在机床工作台上。钻、镗模在机床工作台上的正确位置，以安置在机床主轴上的专用标准心轴或相应的刀具，能再钻模、镗模内孔中自由插入、插出为难。

根据设计要求，此次设计应选用铣床。查《机床夹具设计手册》，选用X6025卧式铣床。

2.1.3熟悉工件零件图

零件图应该无遗漏地给出制造零件所需的全部信息，包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度要求、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。

已知待加工工件材料为ZG45，铣25的键槽（其它工序已经加工完成)。

被加工零件图如下2-1所示

2-1斜拨叉零件图

2.1.4加工方法

了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。

根据零件图可知，本道工序的内容是铣削通槽，所选用的是铣床X6025，在手动的专用夹具中加工完成。

2.2总体方案的确定

2.2.1 定位方案

工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件

要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。

根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标

准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。利用过度配合将短圆柱销定位在夹具体上，用一面两销定工件的六个自由度，工件被完全定位。

根据本次夹具设计的零件，由于工件定位大平面和定位孔轴线垂直度比较高，故我设计的定位方案为长销大平面和短圆柱销充当的挡销组合定位，可以制6个自由度，所以选用该种定位方案。

定位示意图如下2-2：

图2-2 定位元件布置图

2．2．2 夹具体设计

夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，切削力、重力等大小的影响。

选择夹具体毛坯的制造方法，通常根据夹具体的结构形式以及工厂的生产条件决定。根据制造方法的不同，夹具体毛坯可以分为以下四类。

1）、铸造夹具体。铸造夹具体如图2.3（a）所示，其优点是可铸造出各种复杂形状，其工艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振性。

2）、焊接夹具体。焊接夹具体如图2.3（b）所示，其优点是容易制造，生产周期短，成本低，重量较轻；但焊接后需要经退火处理，且难获得复杂形状。

3）、锻造夹具体。锻造夹具体如图2.3（c）所示，适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合；锻造后需经退火处理。

4）、装配夹具体。装配夹具体如图2.3（d）所示，由标准的毛坯件、零件及个别非标准件或者用型材、管料、棒料等加工成零部件，通过螺钉、销钉连接组装而成，其优点是制造成本低。周期短、精度稳定，有利于标准化和系列化，也便于夹具的计算机辅助设计。

（a）（b）（c）（d）

图2.3 夹具体毛坯的类型

由于夹具制造属于单件小批量生产，所以夹具体的设计一般不作复杂的计算，通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。实际上，在绘制夹具总图的过程中，根据工作、定位元件、加紧装置、对刀—导向元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大小确定。夹具体应满足以下几点计算要求。

1）、应有足够的强度和刚度。

2）、力求结构简单及装卸工件方便。

3）、结构工艺形好。

4）、排屑切屑要方便。

5）、在机床上安装稳定可靠。

6）、具有适当的精度和尺寸稳定性。

结合以上几点联系到本次加工的零件，该夹具的夹具体毛坯类型为铸造夹具体。为了提高加工效率和缩短生产时间，我本次设计一次装夹可上产4件工件，为此设计的夹具体的零件图如下2.4图：

图2.4 夹具体零件图

2．2．3 对刀—导向装置的选择

对刀导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择，为保证加工精度，添加对刀装置加工工件。对刀装置由对刀块和塞尺组成。借助对刀装置可以迅速而准确地确定夹具与刀具的相对位置。如下图2.5所示：

图2.5 对刀块零件图

选用的对刀装置为前后对称，这样可以避免工人将其装反，可以降低工人的技术水平。

2．2．4 夹紧装置的设计

工件定位后将其位置固定下来，称为夹紧。在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、惯性力和重力等地作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍然能在夹具中由定位元件确定加工位置，而不至于发生振动和位移，因此，夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置将工件可靠夹牢。

夹紧装置由以下三部分组成：

1）、动力源装置

它是产生夹紧作用的装置，分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。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

它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；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要。

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。

夹紧装置的设计原则

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工作的加工精度、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）、工件不移动原则夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支承。

2）、工件不变形原则夹紧力的大小要适当、可靠，既要保证工件在加工过程中不产生移动和振动，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。

3）、工件不振动原则对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

4）、安全可靠原则夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。

5）、经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。

确定夹紧力的基本原则

设计夹紧装置时，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

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、夹紧力的方向有利于减少夹紧力，以减少工件的变形、减轻劳动强度。

③、夹紧力的方向应是工件刚度较好的方向。

2）、夹紧力的作用点

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。

②、夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。

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。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重者造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。

在实际设计中，常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。当采用估算法确定夹紧力时，其公式为

w k w F K F

式中 wk F ——实际所需夹紧力，N ；

w F ——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，N ； ——安全系数，粗略计算时，粗加工取=2.5-3，精加工取=1.5-2。

夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置。 我选用的是被加工零件在卧式铣床上用三面刃铣刀铣通槽。主切削力为水平方向，为了是夹紧力的方向与切削力一致，则选用快换开口垫片螺母夹紧。这样不仅可以满足加工要求，还可以提高生产效率。加紧机构如图2.6所示。

图2.6 加紧机构

2. 3 夹具装配图的绘制

夹具装配图的绘制，是在夹具结构方案草图经过老师审定之后进行的。

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制，绘制比例尽量采用1：1。主视图应按操作者的视线方向绘制。总装配图应将夹具的工作原理、各种装置的结构及其互相关系表达清楚。在完整地表达出夹具工作原理和构造的基础上，视图的数量尽可能少。

2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准

一般说来，在夹具总装配图上应标注的基本尺寸和公差有以下几种：

1）、夹具的轮廓尺寸指夹具的最大轮廓尺寸。当夹具结构中有可动部分时，应包括可动部分处于极限位置时，在空间所占的总体尺寸，长：300，宽：200，高：180。

2）、影响定位精度的尺寸和公差主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差，被加工工件与与定位元件的配合为?30H7/f6，定位元件与夹具体的配合为?16H7/k6和?14H7/k6。

3）、影响对刀精度的尺寸和公差主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差（?6H7/m5）。

4）、影响夹具在机床上的安装精度的尺寸和公差主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差。

5）、影响夹具精度的尺寸和公差主要指定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。

6）、其他重要尺寸和公差主要指定位元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。

2．3．2 夹具公差与配合的选择

前面夹具装配图上(2~5）类尺寸会直接影响工件加工精度，取其公差为

1

1~35j k δδ??= ???

式中 j δ——夹具装配图上的尺寸公差或位置公差；

k δ——与j δ相应的工件尺寸公差。

取夹具装配公差j δ=1/4k δ。

2．3．3夹具装配图上应标注的技术要求

应标注的技术要求包括：相关元件表面间的位置精度，主要表面 形状精度，保证装配精度和检测的特殊要求，以及调整、操作等必要的说明。通常有以下几方面：

1）定位元件的定位表面间相互位置精度，定位面的平面度为0.1mm,定位孔轴线与定位大平面的垂直度为0.2mm 。

2）定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度，夹具安装面平面度为0.1mm,定位孔与夹具底面的平行度为0.1mm 。

3）定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度,夹具体上的销孔轴线与夹具底座垂直度为0.2mm 。

4）各导向元件的工作面间的相互位置精度,与夹具底面的垂直度为0.2mm 。

5）夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，导向工作面与该基准面间的位置精度。

对于不同机床，夹具的具体结构和使用要求，应进行具体分析，订出该夹具的具体的技术要求。设计中可以参考机床夹具设计手册以及同类夹具的图样资料。

绘制的装配图如下2-7图所示：

图2-7 铣床夹具装配图

第三章方案设计论证

3．1 设计思路

1）、首先根据已知工件的需要，选择加工机床、刀具，应选用卧式铣床加工比较合理。

2）、工件主要定位部分为Φ30mmH7的圆孔以及右平面，我设想用圆柱销、小平面与挡销定位，这样限制了六个自由度，满足定位要求，又由于右平面与Φ30轴线有较好的垂直度，为提高夹具总体刚度及定位精度，我选用圆柱销，大平面，挡销定位，恰好限制6个自由度。

3）最后将圆柱销、大平面固定在夹具体底板上，用圆柱销、平面与挡形销定位后，利用快换开口垫片螺母加紧机构夹紧装置进行夹紧。

3．2 设计方法与结果

（1）首先对工件的加工要进行分析，已知工件上铣通槽，根据工件的形状和加工要求，我认为采用铣床比较合理。

（2）然后，根据六点定位原理，选用长销销大平面、以挡销定位，正好满足六点定位原理，由于限制了六方自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧，可以利用快换垫片螺母，进行夹紧，因为进行完一次加工后不用拧下螺母，只用稍稍拧松螺母取下开口垫片，就可取下已加工完的工件了，进行下一次装夹

（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位符合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。