基于铣床夹具的设计分析

郭浩男 何欣 赵子涵 栾雯斐 张广梅

摘 要：机床夹具作为机械加工中不可或缺的工具，故它的设计质量对成品的几何形状误差及表面精度造成了直接的影响。本文主要对铣床夹具进行设计分析。根据目前的实际生产，大部分铣床采用通用夹具，其生产效率低，加工质量差;为此，本文通过对铣床夹具总体结构、对刀装置、 夹紧装置、铣床夹具设计实例等方面的分析，阐述铣床夹具的设计分析，提高生产工艺精度。

关键词：铣床;夹具;设计分析

1设计背景

由于我国经济的快速发展，使得国内制造行业竞争越发激烈，从而使产品更新换代的速度也变得越来越快，故而产品的设计周期所使用的时间要更短;为了适应这一时代变化，机械制造设备需具有更好的柔性变化。同时，夹具快速设计和生产也是机械制造装备柔性化的关键之一。铣床夹具的设计质量直接决定了使用铣床所加工的机械零件的精确程度[1]。夹具是针对特定零件特定工序内容而选择或设计的，它是机械制造加工系统中一个重要基础装备，如按使用机床分：车床夹具，铣床夹具，镗床夹具，磨床夹具和钻床夹具。为确保机械生产设备效率提高，铣床夹具设计分析工作必须做好。

夹具设计直接影响加工工件的质量，精准的夹具设计会加工效率。

2铣床夹具概念

铣床夹具是将工件进行定位、夹紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置。

工艺过程中的任何工序保证质量、提高生产率、减轻工人劳动强度及工作安全、扩大机床的工艺范围[2]。在机床上把工件装好，使它和刀具之间有相对正确的位置，这个过程称为定位。工件定位后，将工件固定，使其在加工过程中保持定位位置不变，这个过程称为夹紧[3]。

铣床夹具的基本特点有：

（1）夹紧力要足够且反行程能自锁;

（2）夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置;

（3）夹具体要有足够的刚度和稳定性，结构要合理。

3铣床夹具设计要点

铣床夹具的设计始终限制了夹具设计的高速发展。高精度的夹具加工设计会使铣床操作更加简单，降低实际生产成本，保证工件的实际加工精度，最终完成对机床夹具的合理设计，从而满足对工艺的具体要求，应重点关注以下几个方面：

（1）夹具总体结构：铣床夹具的受力元件要有足够的强度和刚度。夹紧机构所提供的夹紧力应足够大。为提高夹具工作效率，尽可能应用机动夹紧机构和联动夹紧机构，并在可能的情况下采用多件夹紧和多件加工，避免产生不同程度的振动。还应具有较大的开敞程度，加工过程中元件完全暴露早机器下，同时保持一定的操作空间和安全距离，较大的敞开程度可以避免主轴套筒、刀具和夹具出现摩擦，互相干扰。

（2）对刀装置：用以确定夹具相对刀具的位置。铣床夹具的对刀装置主要由对刀块和塞尺构成，用于夹具和刀具的相对位置确定。

（3）夹紧装置：在加工过程中，相关夹紧机构刚性必须要符合标准，拥有能足够夹紧的力度。针对力的作用点，尽可能的靠近元件设计加被工表面，夹紧力朝向主要定位面，并且保证所夹紧的部位可靠安全。对于手动铣床夹具设计加工，那么在夹紧机构上，应该拥有优秀的自锁性能。

（4）夹具体：夹具体是整个夹具的基础零件，定位元件等都需要装在它上面，它必须严格设计，设计时注意稳定性，尽可能的选用加工过的平面作为铣床夹具的定位基面，通常在夹具体上要适当地布置筋板，夹具体的安装面应足够大，且尽可能做成周边接触的形式，铣床夹具通常通过定位键与定位键与铣床工作台T形槽的配合来确定夹具在机床上的方位。

夹具设计要使加工过程简单、实用，操作过程灵活便捷，从而保证铣床的加工效率，降低工人的劳动强度。

4铣床夹具设计实例探究

本文根据以下几个过程，来对铣床夹具的设计进行实例分析。

（1）目的：在铣床上将圆柱铣一个平面;

（2）设计原理：固定好工件，限制工件的六个自由度，使铣刀能方便地铣出一个平面;

（3）结构组成：v形夹具（德莫克），组合压板如图 1所示;

（4）工件的自由度：v形夹具限制工件x、z的移动自由度和x、y的转动自由度，组合压板限制工件y的移动自由度和z的转动自由度;

（5）夹紧方案：在机加工过程中，工件由于受到切削力、惯性力、离心力等外力因素的影响会产生振动或偏移等现象，为避免这种现象发生，必须在夹具中设计相应的夹紧装置将工件可靠地夹住。夹紧装置由动力源装置、中间传力机构和夾紧元件三部分组成，根据工件加工要求、生产规模等情况，在设计夹紧装置时应做到夹紧力大小适当，夹紧过程不破坏工件的定位，整个机构操作方便，安全省力。此夹具组的v形夹具有螺栓可以进行夹紧[4]。

（6）具体施工：首先布置铣床工作台，将v形夹具放置在工作台上;将圆柱固定在v形夹具中，用螺栓夹紧，切忌紧固死，给予一定的预紧力，再用组合压板固定V形夹具;测定圆柱的中心轴线，令其保持水平状态，然后进行录入数控机床操作;根据已经编制好的数控程序执行数控机床任务，直接铣一个平面，完成工件加工技术操作[5]。

5设计中需要注意的问题

工件在切削过程中会受到切削力，惯性力的作用，由于切削量和切削力很大，切削方式又属于多刃断续切削，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，在设计铣床夹具时应注意几点：

（1）要根据实际情况设置夹紧力的大小。加紧装置应该保证工件定位且保证工件不发生变形，如果夹紧力小，工件会在加工制作过程中位置因为发生移动而造成生产的产品质量较差，严重可能会造成事故。

（2）安装夹具必须严格按照设计要求进行，将对刀装置和定向键准确校准，夹具稳定性更好，具有较好的刚度。

（3）确保夹具结构简单设计合理，安全轻便，尽可能使悬伸长度短，将重心设计接近主轴前支撑轴位置上。

（4）考虑安全性问题，可以将其设计为圆状，要求全部零件不能超出直径的外侧：应使夹具便于切削，安装及后面清理。

参考文献

[1]梁丽芬， 王宗彦， 吴淑芳， 等. 基于实例推理的机床夹具参数化变型设计[J]. 制造技术与机床，2015（09）：49-52

[2]程序， 吴国梁. 机械制造工程原理[M]. 1998.

[3]黄春英，王晓军. 铣床夹具的对刀装置[J]. 南昌航空工业学院学报（自然科学版）（4）：86-88.

[4]于舰， 荣桂姗. 铣床专用夹具设计[J]. 知识经济， 2011（2）：134-134.

[5]邹学汪，毛瑞杰.铣床专用夹具的设计要点分析[J].河北农机，2014（12）：29