基于机床夹具的设计

第２８卷第３期　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　甘肃科技　．２８　Ｎｏ．３　２０１２年２月　Ｆｅｂ．　２０１２　基于机床夹具的设计　全晓春，刘晓花　（甘肃机电职业技术学院，甘肃天水７４１００１）　摘要：夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，在机械加工技术１３新月异，机　床技术高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向　发展。机床夹具设计可根据客户提出的设计任务要求，结合被加工零件、金属切削设备、切削方式和参数，合理选择　定位方式，综合设计合理的定位支承元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等装置或元件。　关键词：定位元件；支承元件；夹紧装置；加工误差；夹紧力；夹具体　中图分类号：ＴＧ３３３　在机械加工过程中，为了保证工件的加工精度，　床的使用范围和保证生产安全，因此，机床夹具在机　使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速、　械制造中占有很重要的地位。随着现代机械加工的　可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称　日趋完善和各种高精加工机床的出现，这要求与之　为机床夹具，简称夹具。夹具设计中主要要基于夹　配套的机床附件更加精确和可靠，而机床夹具的性　具的特点，从夹具体、定位元件、夹紧装置、联接元　能直接影响加工工件的安装、定位及制造精度。因　件、对刀或导向元件、其他装置或元件以及标准化了　此，良好的机床夹具设计是保证高精度机床加工的　的其他联接元件中设计。图１为夹具设计的总体框　前提条件。　架。　２机床夹具设计　２．１　高精、高效　为了提高机床的加工精度，机床夹具应具有较　高的定位安装精度和转位、定位精度。工件在夹具　的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机　床上的定位两个方面。设计中常用的定位方法与定　位元件如下。　２．１．１工件以平面定位　平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用　的支承元件有以下几种：　１）固定支承。固定支承有支承钉和支承板两　种形式。　２）可调支承。支承点位置可以调整的支承称　为可调支承。当工件定位表面不规整以及工件批于　批之间毛坯尺寸变化较大时，设计中使用可调支承。　有时，可调支承也可用作成组夹具的调整元件。　图１夹具设计的总体框架　３）自位支承。自位支承在定位过程中，支承本　１机床夹具设计的必要　身可以随工件定位准面的变化而自动调整并与之相　适应。自位支承一般只起一个自由度的定位作用，　机床夹具是在机床上用以定位装夹工件的一种　即一点定位，毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位　装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正　以及有角度误差的平面定位，设计中多采用自位支　确的位置，保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机　承。　７２　甘肃科技　第２８卷　４）辅助支承。辅助支承是在工件定位后才参　与支承的元件，它不起定位作用，设计中可选择相对　廉价的材料。　除了刚性心轴以外，在生产中为安装夹紧方便可采用　弹性心轴，液塑心轴，自动定心心轴等。这些心轴在　工件定位的同时将工件夹紧，使用起来很方便。　２．１．４工件以定位销定位　夹具设计中，选择不同支承定位，要根据不同的　设计课题人手，从怎样限制零件的自由度；怎样夹　紧；设计的夹具怎样排削；怎样使夹具使用合理，便　于装卸等几方面综合考虑。　定位销与夹具体的连接可采用过盈配合，也可　采用间隙配合。设计中当要求孔销配合只在一个方　向上限制工件自由度时，可使用菱形销，工件也可用　原柱销定位。　２．１．５工件以外圆表面定位　如图２所示，在加工回转体类工件时，要考虑夹　具的可靠及通用性，使用可调支承加工不同尺寸的　相似工件，这样可以使夹具最大范围地发挥其使用　和通用性。而在选择定位支承时，可以根据不同工　件定位面来选取，如图３所示。　图２回转体类工件　１．销轴，２．Ｖ形块，３．可调支承．　ａ　ｂ　一　图３不同工件定位面　２．１．２工件以圆柱孔定位　工件以圆柱孔定位大都属于定心定位（定位基　准为孔的轴线），夹具上相应的定位元件是心轴和　定位销。　２．１．３工件以心轴定位　心轴的结构形式很多，工件安装时轻轻敲人或压　人，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。　设计中使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。　工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心　定位，一种是支承定位。工件以外圆表面定位的情　况与工件与圆柱孔定位的情况相仿，只是用套筒或　卡盘代替心轴或柱销，以锥套代替了锥销。　工件以外圆表面支承定位设计中优先选择Ｖ　形块。如图４所示，因为Ｖ形块对中性好，是可用　于非完整外圆表面的定位。Ｖ形块两斜面之间的夹　角一般取６０。，９Ｏ。和１２０。，设计中以９Ｏ。为主，９０。夹　角Ｖ形块结构已标准化。　图４　Ｖ形块结构　２．１．６工件以其他表面定位　工件除了以平面、圆孔和外圆表面定位外，设计　中也可以锥孔定位，以渐开线齿面定位。　２．１．７工件以定位表面的组合定位　如图５所示，实际生产中遇到的不是单一表面　定位，而是几个定位表面的组合。设计中可使用平　面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表　面的组合，平面与其他表面的组合，锥面与锥面的组　合等。　图５几个定位表面的组合　第３期　全晓春等：基于机床夹具的设计　７３　在多个表面同时参与定位的情况下，各表面在　定位中所起的作用有主次之分。一般称定位点数最　多的定位表面为第一定位基准面或主要定位面或支　承面，对于定位点数次多的定位表面称为第二定位　基准面或导向面，对于定位点数为ｌ的定位表面称　为第三定位基准面或止动面。　２．１．８快速装夹工件，提高机床的生产效率　设计中要以各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠　杆夹紧、凸轮夹紧、气动、液压夹紧和多件装夹的夹　模块化夹具则为非标准的，一般是为本企业产品　工件的加工需要而设计的。　图６夹具元件模块化　具等为主，并要根据装夹要求选择不同的夹具附件，　如对切削时间较长的工件夹紧，选择液压夹具时应　在夹紧系统中附加储能器，以防止泄液；若对自锁性　２．３通用、经济　夹具设计要大力提倡标准化、系列化的通用性　要求较严格时，则多选择快速螺旋夹紧机构，并利用　高速风动扳手辅助安装。　夹紧装置是夹具的重要组成部分。在设计夹紧　装置时，应满足以下基本要求。　１）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得　的正确位置。夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般要　有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振　动。夹紧工件时，不允许工件产生变形和表面损伤。　设计，这样，才能提高设计质量，缩短设计周期，降低　设计成本，提高其设计制造水平和质量，从而使夹具　行业的整体劳动生产率得到提高。　３结论　夹具设计中采用高精、高效、模块、组合、通用、　经济方向发展的思路，在组合夹具行业加强产、学、　研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技　术水平的步伐，充分利用现代信息和网络媒体，引进　２）夹紧装置应操作方便、省力、安全。　３）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工　件的生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求　技术，争取合资与合作，与时俱进地创新和发展夹具　技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之　有效的途径。　参考文献：　［１］向北平，殷国富，徐雷，等．基于三维建模的机床夹具　ＣＡＤ系统研究［Ｊ］．成组技术与生产现代化，２００４，１２　（１）：１１－１２．　简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。　２．１．９　夹具应有良好的机动性和安全可靠性　夹具设计不但要保证加工精度、提高劳动生产　率、扩大机床的使用范围，而且应有良好的机动性和　安全可靠性，保证生产安全。　２．２模块、组合　［２］边文义，戴广林．夹具设计中的误差计算问题［Ｊ］．大　连铁道学院学报，１９９６，１１（２）：１４４６．　夹具元件模块化是实现组合化的基础。如图　６所示，利用模块化设计的系列化、标准化夹具元　件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的　［３］　张清，蒋平，李梦群．夹具ＣＡＤ系统中定位误差分析　计算的研究［Ｊ］．华北工学院学报，１９９７，１２（２）：１５４９．　［４］　向北平，蔡茂蓉．机床夹具标准件三维图形库系统开　发［Ｊ］．机械工程师，２００５，１５（２）：２５－２７．　［５］张陵保．基于Ｂ／ｓ模式的夹具设计系统的研究［Ｊ］．　机械与电子，２００５，２０（１２）：１５－１８．　基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹　具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机　辅助设计与组装打下基础，应用ＣＡＤ／ＣＡＭ、　ＣＡＸＡ、Ｐｒｏ＼Ｅ等技术，可建立元件库、典型夹具库、　标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用　户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过　［６］　苗恩铭，费业泰．夹具设计中温度影响分析［Ｊ］．机械　研究与应用，２００３，１５（３）：１５４８．　［７］胡建新．机床夹具［Ｍ］．中国劳动社会保障出版社，　２００１．　程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套　方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地　改进和完善夹具系统。模块化夹具与组合夹具之　间有许多共同点。它们都具有方形、矩形和圆形　基础件。在基础件表面有坐标孔系。两种夹具的　不同点是组合夹具的万能性好，标准化程度高；而　［８］冯道．机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册　［Ｍ］．安徽文化音像出版社，２００３．　［９］王先逵．机械制造工艺学［Ｍ］．机械工业出版社，２０００．　［１Ｏ］　马贤智．机械加工余量与公差手册［Ｍ］．中国标准出　版社，１９９４．