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。根據目前的實際生產，大部分銑床采用通用夾具，其生產效率低，加工質量差;為此，本文通過對銑床夾具總體結構、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

由于我國經濟的快速發展，使得國內制造行業競爭越發激烈，從而使產品更新換代的速度也變得越來越快，故而產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也是機械制造裝備柔性化的關鍵之一。銑床夾具的設計質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容而選擇或設計的，它是機械制造加工系統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，將刀具進行導向或對刀，以保證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量、提高生產率、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定性，結構要合理。

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）夾具總體結構：銑床夾具的受力元件要有足夠的強度和剛度。夾緊機構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和聯動夾緊機構，并在可能的情況下采用多件夾緊和多件加工，避免產生不同程度的振動。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，那么在夾緊機構上，應該擁有優秀的自鎖性能。

（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地布置筋板，夾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）結構組成：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的轉動自由度，組合壓板限制工件y的移動自由度和z的轉動自由度;

（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生振動或偏移等現象，為避免這種現象發生，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、中間傳力機構和夾緊元件三部分組成，根據工件加工要求、生產規模等情況，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，然后進行錄入數控機床操作;根據已經編制好的數控程序執行數控機床任務，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生移動而造成生產的產品質量較差，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，夾具穩定性更好，具有較好的剛度。

（3）確保夾具結構簡單設計合理，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：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].河北農機，2014（12）：29