铣削类夹具设计制造浅谈

高级技师专业论文工种：铣工题目：铣削类夹具设计制造浅谈姓名：身份证号：等级：准考证号：培训单位：鉴定单位：日期：铣削类夹具设计制造浅谈时间：工作单位：摘要：针对通用夹具加工某种批量零件时存在的不足，根据自己多年的实际工作经验，对工件的加工特性，使用要求，进行了综合分析，自己动手设计制造了一套“多件铣夹具”，充分发挥原有设备的能力。

通过实际使用，达到了预期的目的。

关键词；多件铣夹具，设计制造，夹具定位。

论文主体：在机械制造中，为完成需要的加工工序，装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。

利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品，扩大机床的工作范围，改善操作者的劳动条件。

因此，夹具是机械制造中一项重要的工艺装备。

所有的机床夹具可以分成两大类：第一类机床夹具是由机床附件厂或专门的工具制造厂制造的，它们只要稍加调整或更换零件就可以应用于加工不同零件。

如三爪卡盘，铣切用虎钳，分度头等。

因为它们具有通用性，所以称之为通用夹具。

第二类机床夹具是专为某个零件的某工序而设计，制造的夹具。

因为它们具有专用性，所以称之为专用夹具。

在小批生产或试制时用的组合夹具，也是专用夹具的一种。

为了适应不同零件的需要，通用夹具的结构是要复杂些。

专用夹具是为特殊目的设计制造的，在成批或大量流水线生产中，大部分的机床夹具都是专用夹具，特别是钻床，铣床，专用机床，生产流水线和自动线上用的更是如此。

因此，专用夹具的设计制造，应用在机械加工中，确实发挥了很大的作用。

一、专用夹具的设计：专用夹具制造批量极少，一般不经过试制阶段，它的设计全过程，分为两个阶段：第一阶段是从调查研究到图纸设计的阶段，第二阶段是经过制造，调整到修改完善原设计图纸的阶段。

设计的第一阶段是夹具设计的关键阶段，这个阶段的工作的好坏，决定着夹具的制造质量和使用质量。

设计的第二阶段也是非常重要的，只有通过这个阶段才能考查原来的设计是否符合预期的要求。

夹具设计需要调查以下几个方面：１.熟悉零件图纸，了解其形状，尺寸，精度，技术要求；２.熟悉工艺，了解各工序之间的相互关系，本工序前有关表面粗糙度及位置尺寸，本工序的工艺要求；３.了解所用设备的特性，精度，有关尺寸及其与夹具连接处的形式；４.了解所用刀具的有关尺寸及其与夹具配合的要求；５.了解加工特性。

二、夹具设计基础理论与制定夹具设计方案的关系１.为了满足零件的质量要求，制定出正确的设计方案：ａ.如何限制好零件的自由度；ｂ.如何选择合理的定位基准；ｃ.如何正确地使用定位元件；ｄ.如何正确地分析加工允差和制定技术条件；ｅ.如何正确选择夹紧力的作用点，方向，大小和支承形式。

夹具设计方案的选择正确与否，将直接影响零件的质量。

２.夹具机构设计与夹具结构设计的关系：夹具设计方案确定之后，要对夹具结构提出具体要求。

每项具体要求都是通过夹具结构中一定的元件（如定位元件）和机构（如夹紧机构）的协调动作来实现的。

夹具结构还要满足生产率要求，减少操作时间。

综上所述，掌握好夹具设计基础理论和夹具机构分析方面的知识，对合理制定夹具设计方案和正确设计夹具结构，起着巨大的作用。

３.定位基本原理在夹具设计中的应用：当零件未和任何表面靠住时，它是一个自由的物体，可以自由地活动，占有任意位置。

一个自由的物体，它对三个互相垂直的坐标面来说，有六种活动的可能性。

其中三种是移动，三种是转动。

自由物体在空间的不同位置，就是这六种活动的综合结果，习惯上把这种活动的可能性称为自由度。

一个空间的自由物体共有六个自由度，沿x,y,z轴移动的三个自由度，绕x,y,z轴转动的三个自由度。

要使物体在某方向有确定的位置，必须限制该方向的自由度。

当物体的六个自由度被完全限制之后，该物体在空间的位置也就完全确定了，所以定位就是限制自由度。

要使一个物体完全定位，必须限制六个自由度。

但在特殊的条件下，可不完全定位或过定位。

４.怎样限制好零件的自由度：零件相对于夹具的自由度分为两种：ａ.影响加工面位置尺寸或位置精度的自由度，称第一种自由度；ｂ.不影响加工面位置尺寸及位置精度的自由度，称为第二种自由度。

当考虑零件在夹具中的定位问题时，首先找出第一种自由度，它们必须要被限制。

然后，再从承受切削力，夹紧力等需要方面考虑，对某些第二种自由度加以限制。

限制第一种自由度时要考虑定位准确度。

为获得合格零件，首先要使零件相对于机床和刀具处于正确的位置，也就是说，零件在该位置进行加工时，加工出来的位置尺寸偏差（加工偏差）小于加工允许偏差（加工允差），称为正确定位。

正确定位主要包括三个内容：ａ.使零件的定位基准在夹具中保持正确位置；ｂ.使夹具定位件与机床保持正确位置；ｃ.使夹具定位件与刀具保持正确位置。

５、怎样选择合适的定位基准：选择定位基准的原则：ａ.使本工序的加工允差大；ｂ.定位误差小；ｃ.对以后工序的加工余量有适当照顾；ｄ.受外力后定位稳定可靠；ｅ.有利于夹具结构的简化。

三、多件铣夹具的制造与实际应用（实例）1、V型槽装夹的“多件铣夹具”：在生产实践中，灵活应用夹具的定位原理和夹紧原理解决生产中的难题，使加工的零件完全达到工艺要求，保证了产品质量，且大大提高了工作效率，减少了辅助时间。

名称：轮轴材料：45# 件数：40000件技术要求1.两端扁方面相互偏转小于30分；2.锐边到钝；3.调质硬度HRC28——32；4.发蓝。

2003年，我们接到一批零件，需要在有限的时间里赶制一批小零件“轮轴”（图1所示）。

按过去的加工方式，我们采用了分度头装夹，加工好第一端扁方后需要划线，再调头进行二次装夹校正划线加工第二端面扁方。

这样做操作者十分劳神，效率极低。

经检测，加工误差太大，无法满足工艺规定的要求。

于是我便认真地研究了“轮轴”的有关形位公差及精度要求的特点，认为加工的难点是“两端扁方面相互偏转不得大于30ˊ。

能否只装夹一次就能把零件两端扁方都加工好呢？于是我便构思设计制作了这套用V型槽定位，压板夹紧的“多件铣夹具”（如图2Ａ）。

可满足零件定位，夹紧的要求。

这套轮轴铣夹具设计成每次可同时装夹24件工件，在X52机床上使用，既要充分利用机床的纵向有效行程，又要考虑夹具制作的工艺手段要简单，周期要短，成本要低。

之所以将夹具长度定为480mm ，是因为刚好有一块闲置着的45#钢调过质的余料，便利用上了。

2，多件铣夹具结构组成：多件铣夹具由《多件铣夹具体》图２Ａ；压紧工件用的《压板》图２Ｂ；压紧工件用的《螺栓》图２Ｃ；连接夹具体与铣床工作台用《梯形槽螺栓》图２Ｄ连接夹具体与铣床工作台用《螺母》图２Ｅ；将夹具体定位于铣床工作台上用的《定位键》图２Ｆ等所示的零件组成。

名称：多件铣夹具体材料：45钢件数：１件（见附页图2A ）技术要求1.24个V型槽中心应与夹具体底部两个定位槽中心连线垂直；2.锐边到钝；3.调质硬度HRC30——32；4.发蓝。

图2Ａ名称：压板材料：45钢，件数：１２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。

名称：压紧螺栓材料：45钢件数：１２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。

名称：梯形螺栓材料：45钢件数：２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。

名称：螺母材料：45钢件数：２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。

名称：定位键材料：45钢件数：２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；（见附页图2F）3..发蓝。

3、多件铣夹具的定位原理：V型面加一端面止点（B）见图1“轮轴”，当轮轴两端ф10圆柱面落V型槽中，轮轴被长V型定位限制了四个自由度，再将轮轴ф15的端面（B）紧靠在夹具体图2A中4×10的槽侧（A），这样轮轴长度方向自由度被限制了（这样总共限制了5个自由度）。

剩下绕“轮轴”轴芯旋转的自由度，可通过螺栓压紧压板，使轮轴ф10圆柱面与V型槽定位面的摩擦力增大，从而制约了轮轴绕轴芯旋转的自由度。

此时轮轴需加工扁方的两头均处于可供铣削的良好状态。

即在同一次装夹下可依次将两端扁方铣出，有效的避免了二次装夹基准转换所带来的定位误差。

4、定位误差的计算和多件加工精度的保障条件：从轮轴图1我们知道用于定位面的ф10圆柱面，在铣工序时实为ф10.35mm-ф10.4mm的工艺（放磨量）尺寸，其公差为0.05mm，多件铣夹具采用的是90°V型槽作为定位元件，根据V型定位误差有关知识，轮轴扁方尺寸是以轴心为基准，在水平方向定位误差为零，而在垂直方向其定位误差为：定位误差=工件外圆公差÷2sinα/2 （α为所选V型角度）代工件外圆误差入式=0.05mm÷2sin90°/2=0.05mm÷1.41≈0.035mm结论是轮轴ф100-0.03外圆工艺尺寸公差0.05mm对90°V型定位方法造成的定位误差为0.035mm，能满足轮轴对称度0.1的设计要求。

从轮轴（图1）中可以看出，要保证轮轴扁方7尺寸和对称度0.1，只要通过调整刀具（图4）与轮轴相对位置就可解决。

但多件铣夹具的多个零件，用什么方法来保证呢？那就是要让24个V型槽的检测中心等高（即图中尺寸82.5mm）。

这是对夹具体制作的主要精度要求。

为了确保这一要求，我采用了最终完工时精铣90°V型面的方法。

即加工夹具体时，将24个V型面留有0.3-0.4mm的余量。

当所有尺寸，形状都加工好后，将定位键安装于底面（N）的槽中，模拟使用状态，将夹具体紧固在X52K 机床台面上，将主轴偏转45°，依次逐个地精铣90°V型面。

检测结果24个V型面中心误差小于0.02mm；以下条件已满足夹具对轮轴相关精度的要求：a.24个V型槽测量中心等高；b.V型槽定位面与底面（N）平行；c.4×10mm槽侧（A）与底面（N）定位槽中心（K）平行。

5、多件铣夹具的夹紧方式：（图3）利用小压板（3）、压紧螺栓（4）、将轮轴每两件一对压入相邻的两V 型槽内，此时的每个轮轴既是被压紧的工件，又是相邻工件被压紧的支撑点。

压板上开有4 ×5mm的槽，用于让开轮轴上ф15圆柱面，使压板的着力点在轮轴两端ф10圆柱面的上侧与下边V型槽面支点相对应。

压板中点ф6.5螺栓过孔，制约压板相对于螺栓孔水平面内移动小于0.5mm 的距离，压紧工件时不必刻意地放正压板，使装夹方便快捷。

这种装夹方式使夹紧着力点靠近铣削力点，增加工件的刚性，有效地减少了工件在加工过程中受铣削力影响而产生变形。

由于轮轴扁方单边铣削加工余量只在1.7mm左右，上述所具备的压紧元件和定位方式，足以使装夹工作变得很轻松，可靠。

轮轴夹紧定位原理示意图6、多件铣夹具的使用（安装）：利用安装在夹具体底面（N）上的定位键（2），嵌入铣床（立式铣床）工作台面T型槽内，使夹具定位件与机床保持正确的位置，紧固梯形螺栓座（5）即可完成夹具的安装。