基于銑床夾具的設計分析

郭浩男 何欣 趙子涵 欒雯斐 張廣梅

摘 要：機床夾具作為機械加工中不可或缺的工具，故它的設計質(zhì)量對成品的幾何形狀誤差及表面精度造成了直接的影響。本文主要對銑床夾具進行設計分析。根據(jù)目前的實際生產(chǎn)，大部分銑床采用通用夾具，其生產(chǎn)效率低，加工質(zhì)量差;為此，本文通過對銑床夾具總體結(jié)構(gòu)、對刀裝置、 夾緊裝置、銑床夾具設計實例等方面的分析，闡述銑床夾具的設計分析，提高生產(chǎn)工藝精度。

關鍵詞：銑床;夾具;設計分析

1設計背景

由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，使得國內(nèi)制造行業(yè)競爭越發(fā)激烈，從而使產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也變得越來越快，故而產(chǎn)品的設計周期所使用的時間要更短;為了適應這一時代變化，機械制造設備需具有更好的柔性變化。同時，夾具快速設計和生產(chǎn)也是機械制造裝備柔性化的關鍵之一。銑床夾具的設計質(zhì)量直接決定了使用銑床所加工的機械零件的精確程度[1]。夾具是針對特定零件特定工序內(nèi)容而選擇或設計的，它是機械制造加工系統(tǒng)中一個重要基礎裝備，如按使用機床分：車床夾具，銑床夾具，鏜床夾具，磨床夾具和鉆床夾具。為確保機械生產(chǎn)設備效率提高，銑床夾具設計分析工作必須做好。

夾具設計直接影響加工工件的質(zhì)量，精準的夾具設計會加工效率。

2銑床夾具概念

銑床夾具是將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向或?qū)Φ叮员ＷC工件和刀具間的相對位置關系的附加裝置。

工藝過程中的任何工序保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、減輕工人勞動強度及工作安全、擴大機床的工藝范圍[2]。在機床上把工件裝好，使它和刀具之間有相對正確的位置，這個過程稱為定位。工件定位后，將工件固定，使其在加工過程中保持定位位置不變，這個過程稱為夾緊[3]。

銑床夾具的基本特點有：

（1）夾緊力要足夠且反行程能自鎖;

（2）夾具的安裝要準確可靠，即安裝及加工時要正確使用定向鍵、對刀裝置;

（3）夾具體要有足夠的剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)要合理。

3銑床夾具設計要點

銑床夾具的設計始終限制了夾具設計的高速發(fā)展。高精度的夾具加工設計會使銑床操作更加簡單，降低實際生產(chǎn)成本，保證工件的實際加工精度，最終完成對機床夾具的合理設計，從而滿足對工藝的具體要求，應重點關注以下幾個方面：

（1）夾具總體結(jié)構(gòu)：銑床夾具的受力元件要有足夠的強度和剛度。夾緊機構(gòu)所提供的夾緊力應足夠大。為提高夾具工作效率，盡可能應用機動夾緊機構(gòu)和聯(lián)動夾緊機構(gòu)，并在可能的情況下采用多件夾緊和多件加工，避免產(chǎn)生不同程度的振動。還應具有較大的開敞程度，加工過程中元件完全暴露早機器下，同時保持一定的操作空間和安全距離，較大的敞開程度可以避免主軸套筒、刀具和夾具出現(xiàn)摩擦，互相干擾。

（2）對刀裝置：用以確定夾具相對刀具的位置。銑床夾具的對刀裝置主要由對刀塊和塞尺構(gòu)成，用于夾具和刀具的相對位置確定。

（3）夾緊裝置：在加工過程中，相關夾緊機構(gòu)剛性必須要符合標準，擁有能足夠夾緊的力度。針對力的作用點，盡可能的靠近元件設計加被工表面，夾緊力朝向主要定位面，并且保證所夾緊的部位可靠安全。對于手動銑床夾具設計加工，那么在夾緊機構(gòu)上，應該擁有優(yōu)秀的自鎖性能。

（4）夾具體：夾具體是整個夾具的基礎零件，定位元件等都需要裝在它上面，它必須嚴格設計，設計時注意穩(wěn)定性，盡可能的選用加工過的平面作為銑床夾具的定位基面，通常在夾具體上要適當?shù)夭贾媒畎澹瑠A具體的安裝面應足夠大，且盡可能做成周邊接觸的形式，銑床夾具通常通過定位鍵與定位鍵與銑床工作臺T形槽的配合來確定夾具在機床上的方位。

夾具設計要使加工過程簡單、實用，操作過程靈活便捷，從而保證銑床的加工效率，降低工人的勞動強度。

4銑床夾具設計實例探究

本文根據(jù)以下幾個過程，來對銑床夾具的設計進行實例分析。

（1）目的：在銑床上將圓柱銑一個平面;

（2）設計原理：固定好工件，限制工件的六個自由度，使銑刀能方便地銑出一個平面;

（3）結(jié)構(gòu)組成：v形夾具（德莫克），組合壓板如圖 1所示;

（4）工件的自由度：v形夾具限制工件x、z的移動自由度和x、y的轉(zhuǎn)動自由度，組合壓板限制工件y的移動自由度和z的轉(zhuǎn)動自由度;

（5）夾緊方案：在機加工過程中，工件由于受到切削力、慣性力、離心力等外力因素的影響會產(chǎn)生振動或偏移等現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象發(fā)生，必須在夾具中設計相應的夾緊裝置將工件可靠地夾住。夾緊裝置由動力源裝置、中間傳力機構(gòu)和夾緊元件三部分組成，根據(jù)工件加工要求、生產(chǎn)規(guī)模等情況，在設計夾緊裝置時應做到夾緊力大小適當，夾緊過程不破壞工件的定位，整個機構(gòu)操作方便，安全省力。此夾具組的v形夾具有螺栓可以進行夾緊[4]。

（6）具體施工：首先布置銑床工作臺，將v形夾具放置在工作臺上;將圓柱固定在v形夾具中，用螺栓夾緊，切忌緊固死，給予一定的預緊力，再用組合壓板固定V形夾具;測定圓柱的中心軸線，令其保持水平狀態(tài)，然后進行錄入數(shù)控機床操作;根據(jù)已經(jīng)編制好的數(shù)控程序執(zhí)行數(shù)控機床任務，直接銑一個平面，完成工件加工技術操作[5]。

5設計中需要注意的問題

工件在切削過程中會受到切削力，慣性力的作用，由于切削量和切削力很大，切削方式又屬于多刃斷續(xù)切削，為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持由定位元件所確定的加工位置，在設計銑床夾具時應注意幾點：

（1）要根據(jù)實際情況設置夾緊力的大小。加緊裝置應該保證工件定位且保證工件不發(fā)生變形，如果夾緊力小，工件會在加工制作過程中位置因為發(fā)生移動而造成生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較差，嚴重可能會造成事故。

（2）安裝夾具必須嚴格按照設計要求進行，將對刀裝置和定向鍵準確校準，夾具穩(wěn)定性更好，具有較好的剛度。

（3）確保夾具結(jié)構(gòu)簡單設計合理，安全輕便，盡可能使懸伸長度短，將重心設計接近主軸前支撐軸位置上。

（4）考慮安全性問題，可以將其設計為圓狀，要求全部零件不能超出直徑的外側(cè)：應使夾具便于切削，安裝及后面清理。

參考文獻

[1]梁麗芬， 王宗彥， 吳淑芳， 等. 基于實例推理的機床夾具參數(shù)化變型設計[J]. 制造技術與機床，2015（09）：49-52

[2]程序， 吳國梁. 機械制造工程原理[M]. 1998.

[3]黃春英，王曉軍. 銑床夾具的對刀裝置[J]. 南昌航空工業(yè)學院學報（自然科學版）（4）：86-88.

[4]于艦， 榮桂姍. 銑床專用夾具設計[J]. 知識經(jīng)濟， 2011（2）：134-134.

[5]鄒學汪，毛瑞杰.銑床專用夾具的設計要點分析[J].河北農(nóng)機，2014（12）：29