机床夹具设计

机床夹具设计
机自0802 郑顺欣
摘要：零件在工艺规程制定后，要按工艺规程的顺序进行加工。

加工中除了需要机床，刀具，量具外，成批生产时还需要机床夹具。

他们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置。

机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。

夹具在机床应用中占很高的地位.夹具最早出现在18世纪后期。

关键词：机床夹具车床铣床加工零件定位原理：
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。

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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，对机床手轮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、手轮、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）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。

（3）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。

（4）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。

现在简单的说下机床夹具的设计：
一﹑车床夹具的设计分析。

１﹑车床夹具的组成。

（１）定位装置。

作用是使工件在夹具中占据正确的位置。

（２）夹紧装置。

作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时，不离开已经占据的正确位置。

（３）对刀或导向装置。

确定刀具相对定位工件的正确位置。

（４）连接原件。

确定夹具在机床的正确位置。

（５）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为一个整体。

2﹑定位原理。

车床夹具的六点定位原理中，需要定位的自由度为X YZ轴方向上的移动以及XY轴方向上的转动。

3.车床夹具的设计要点。

（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求。

当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴线相重合。

夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。

当加工的表面与工序基准之间，有尺寸联系或相互位置精度要求时，则因以夹具的回转轴线为基准。

来确定定位元件的位置，工件的夹紧可靠。

（2）夹具与机床主轴的连接。

车床夹具与主轴的连接精度，对夹具的加工精度有一定的影响。

因此，要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线，应具有尽可能小的同轴度误差。

二﹑铣床夹具的设计
铣床夹具均安装在铣床工作台上，随机床工作台作进给运动。

主要由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件组成。

铣削加工时，切削力较大，又是断续切削，振动较大，因此铣床夹具的夹紧力要求较大，夹具刚度、强度要求都比较高。

1﹑铣床夹具的基本要求
（１）为保持零件安装方位与机床坐标系及程编坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装，还要求能协调零件定位面与机床之间保持一定的坐标尺寸联系。

（２）为保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要做得尽可能开敞，因此夹紧机构元件与加工面之间应保持一定的安全距离，同时要求夹紧机构元件能低则低，以防止夹具与铣床主轴套筒或刀套、刃具在加工过程中发生碰
撞。

（３）夹具的刚性与稳定性要好。

尽量不采用在加工过程中更换夹紧点的设计，当非要在加工过程中更换夹紧点不可时，要特
别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度。

2﹑铣床夹具的设计要点。

（1）定向键：定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽
中，一般用两个，安在一条直线上，其距离越远，导向精度越
高，用螺钉紧固在夹具体上。

定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削扭矩，减轻央紧螺栓的负荷，
增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻镗床夹具也常
使用。

定向键有矩形和圆形两种。

定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长面作为找正基面
来校正夹具的安装位置。

（2）对刀装置：对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹
具和刀具的相对位置。

对刀装置的结构形式取决于加工表面。

对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀，不妨碍工件装卸。

对刀时，在刀具与对刀块之间
加一塞尺，避免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀
块过早磨损。

塞尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种，其厚度和直径
为３￣５ｍｍ，制造公差ｈ６。

对刀块和塞尺均已标准化（设
计时可查阅相关手册），使用时，夹具总图上应标明塞尺尺寸
及对刀块工作表面与定位元件之间的位置。

对刀装置应设置在
便于对刀而且是工件切入的一端。

（４）夹具体设计：为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和
强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有Ｈ／Ｂ≤ｉ～１．２，以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。

此外，
还要合理地设置加强筋和耳座。

若夹具体较宽，可在同一侧设
置两个与铣床工作台Ｔ形槽间等距的耳座；对重型铣床夹具，
夹具体两端还应设置吊装孔或吊环等以便搬运。

结语：在现在生产中，机床夹具是一种不可缺少的装备，它直接影响工件加工的精度，劳动生产率和生产制造成本等。

在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。

应使夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价比。

参考文献：1﹑《机械制造装备设计》第三版.........................关慧贞冯辛安2﹑《车床零件的夹具设计分析》.....《装备制造技术》2011年5期杨洪建
3﹑《铣床夹具的设计与特点》......《机械研究与应用》2011年1月于海红
4. 《夹具的改造》.......................《精密制造与自动化》2011年2月贺卫珍
5. 《组合夹具设计的几何原理》........《机械工程学报》2002年11月陈子辰。