铣床夹具的设计要点及应用

铣床夹具是在铣床上能实现工件的定位与夹紧的工艺装置。铣床夹具与钻镗夹具相比较:①没有专门引导刀具的导套;②铣削加工时切削力大，同时由于铣刀刀齿的不连续切削，切削力的变化以及所引起的冲击与振动也大，因此要求铣床夹具的夹紧力要足够，夹具各组成部分的刚性与强度要满足要求。

如图2-67所示，为轴瓦零件的铣开夹具。工件以内孔与端面为定位基准，在与定位套4及转轴面5上的轴肩面相接触定好位后，用螺母2通过开口垫圈3对工件进行夹紧，工件装夹完毕。铣开轴瓦上的第一个切口后，可松开螺母6，拔出对定销8，将转轴5连同工件回转180°，再将对定销插入转轴轴肩上的另一个孔中，然后拧紧螺母，就可铣轴瓦上的第二个切口。

图2-67　轴瓦铣开夹具

刀块2—螺母3—开口垫圈4—定位套5—转轴6—螺母7—定向键8—对定销

2.4.4.1　铣床夹具的种类及结构型式

按工件的进给方向，铣床夹具可分为以下三大类:

1.直线进给式铣床夹具

(1)采用多件装夹的铣床夹具。

为了降低辅助时间，提高铣削效率，可采用一次装夹多件进行加工。如图2-68所示，为铣削连杆小头两端面用的铣床夹具，一次装夹六件，工件以大端孔与端面以及一侧边定位，旋紧螺母7，通过铰链压板6和六个浮动顶销3来分别压紧六个工件。侧向定位支承8处于六个工件的中间部位，利用侧向摆动块1使工件每三个一组实现多件依次连续夹紧。当旋转螺母4时，两个侧向压板5分别从两边将两组工件同时压紧在侧向定位支承8上。操作时，先将端面略为压紧，再从侧面压紧，最后从端面完全压紧。

(2)采用多工位加工的铣床夹具。

图2-68　多件装夹的铣床夹具

1—侧向定位摆块2—定位销3—顶销4—侧向夹紧螺母5—侧向压板6—铰链压板7—端面夹紧螺母8—侧向定位支承9—对刀块

图2-69　两工位铣床夹具

这种夹具设有多个工位，可以在不同工位上铣削同一工件的不同表面。如图2-69所示，为两工位铣床夹具，在工位Ⅰ，以工件的三个面为粗基准，分别与夹具上六个支承钉相接触进行定位，用螺钉压板进行夹紧后，铣出A面。在工位Ⅱ，以A面为精基准与支承板7相接触，以另两个毛面为粗基准，分别与支承钉9和挡销10相接触进行定位，用螺钉压板进行夹紧后，铣出B面。显然从工位Ⅱ上可得到A、B面均已铣好的工件。

图2-70　摆式铣床夹具工作原理图

(3)摆式铣的铣床夹具。

如图2-70所示，在铣床工作台上，对称于铣刀的中间位置，安装有两个夹具1和2，当铣削夹具1上的工件时，可在夹具2上装卸工件，以待加工，铣削夹具2上的工件时，可在夹具1上装卸工件，如此往复循环，既能充分利用铣床工作台的有效行程，又可使辅助操作时间与机加工时间相重合，有利于提高生产效率。

(4)料仓式铣床夹具。

如图2-71所示，为铣削杠杆类零件的叉形缺口及其两外侧平面的料仓式铣床夹具。加工前，工件先装在料仓上，以工件上已加工好的平面和两个孔为精基准，与料仓上的端面，长圆柱销12及长削边销10相接触进行定位，依次装满四个工件后，便可将料仓连同工件一并装夹在夹具体上，料仓在夹具上的定位，是将圆柱端14与夹具体7上的安装孔6及其端面相接触，削边圆柱端10和15分别对准相对应缺口槽8和9，然后拧紧螺母1，通过钩形压板2推动压块3，使压块上的安装孔4套入料仓上的圆柱端11，将工件全部夹紧。

当一个料仓装满工件在机床上进行加工时，可在另一个料仓上装卸工件，使辅助操作时间与机加工时间相重合。

2.圆周进给式铣床夹具

圆周进给式铣床夹具，多用在有回转工作台的铣床上，一般都是进给，是一种高效率的铣削夹具。

如图2-72所示，在回转工作台3上，沿圆周安装有若干个夹具，工件直接装夹在夹具上，工作台作圆周连续进给运动，将工件依次送入切削区域，铣刀不停地工作，当工件离开切削区域后，即可在夹具上重新装卸工件，使辅助操作时间与机加工时间相重合。根据工件的加工需要，还可使用两把铣刀同时进行粗铣与精铣，以提高生产效率。

圆周进给式铣床夹具的另一种形式是采用多工位进行铣削加工，如图2-73所示，工件上有7个表面需要加工，可设置七个工位，按圆周进给方式依次进行加工，当工作台旋转一周，便可获得七个表面全部铣好的工件。

3.铣削靠模夹具

铣削成型表面时可采用靠模夹具进行加工，按进给方式分直线进给和圆周进给两种类型:

(1)直线进给铣削靠模夹具。

图2-71　料仓式铣夹具

图2-72　圆周进给式铣床夹具示意图

1—工件2—铣刀3—回转工作台4—夹具

图2-73　圆周进给式铣床夹具

如图2-74所示，靠模3与工件1分别装夹在机床两者轴线间距离R是定值工作台上的夹具中，滚子滑座5与铣刀滑座6两者连接成一体，两者轴线间距离R是定值，在外力W的作用下，滚子4始终紧贴在靠模3上，当铣床工作台沿S方向作纵向进给运动时，由靠模上的成型表面推动滚子而使铣刀产生横向进给运动，即可铣削出所需的成型表面。

图2-74　直线进给式靠模铣夹具工作原理

铣刀3—靠模4—滚子5—滚子滑座6—铣刀滑座

(2)圆周进给铣削靠模夹具。

当加工封闭的成型表面时，应采用圆周进给方式的铣削靠模夹具。如图2-75所示，靠模夹具安装在回转工作台上，回转工作台装在滑座6上，在拉力W的作用下，使靠模2始终与滚子3保持紧密接触，其中图(a)所示的铣刀4与滚子3装在同一根轴上，两者直径相同，靠模与工件的尺寸也相同，当回转工作台旋转一周，即可沿圆周方向铣削出所需的成型表面。其结构简单，但滚子与铣刀必须保持直径尺寸相同，另外，为了防止加工时切屑沾附在靠模的工作面上而影响加工精度，是将靠模装在工件的上面，因此装卸工件很不方便。图(b)所示的铣刀与滚子分装在两根轴上，两轴间的距离R是定值，铣刀与滚子不同轴后，靠模的尺寸可以加大，其轮廓曲线平滑性好，滚子的尺寸也可以加大，刚性好，与靠模的接触良好，加工精度比图(a)所示的方式要高，同时工件可以安装在靠模的上面，装卸工件方便省时。

图2-75　圆周进给铣削靠模夹具

靠模2—铣刀3—夹具4—回转工作台5—手轮6—横向溜板7—重锤

2.4.4.2　铣床夹具设计要点

1.对刀元件

设计铣床夹具时，一般应考虑设置对刀元件，其作用是能迅速确定铣刀相对于夹具的正确位置，也就是相对于工件加工表面的正确位置。

如图2-76所示为标准的对刀块结构，其中图(a)为圆形对刀块(GB2240—80)，用于对准铣刀的高度位置。图(b)为方形对刀块(GB2241—80)，用于对准组合铣刀在垂直方向和水平方向上的位置。图(c)为直角对刀块(GB2242—80)，用于对准铣刀在高度方向和水平方向上的位置。图(d)为侧装对刀块(GB2243—80)，安装在侧面，作用与直角对刀块一样。

如图2-77所示，为各种对刀块的使用举例，其中图(a)～图(d)为标准对刀块，图(e)为成型铣刀所用的对刀块。

对刀时为了不使刀具与对刀块直接相接触，以免损坏刀刃或对刀块，通常使用对刀塞尺。如图2-78所示，为标准的对刀塞尺，其中图(a)为平塞尺(GB2244—80)，厚度尺寸a有1、2、3、4、5mm五种规格，图(b)为圆柱塞尺(GB2245—80)，直径尺寸d有3、5mm两种规格。

具体对刀时移动工作台，使安装在夹具体上的对刀块接近铣刀，两者存在一定间隙后，放入对刀塞刀，凭抽动塞尺的松紧程度来控制对刀精度。(www.xing528.com)

2.定向元件

设计铣床夹具时，还应考虑设置定向元件，其作用是能迅速确定铣床夹具在铣床工作台上的正确位置。

图2-76　标准对刀块的结构

图2-77　各种对刀块使用举例

1—铣刀2—塞尺3—对刀块

如图2-79所示，为标准定位键(GB2206—80)的结构及其应用。对于A型定位键，与夹具体上的槽和铣床工作台T形槽的配合尺寸均为B，其上半部分嵌入夹具体的槽中，配合性质一般采用过渡配合，下半部分与工作台的T形槽相配，配合性质一般采用间隙配合。为了提高夹具在工作台上的定位精度，可选用B型定位键，与A型定位键不同的地方，是其下半部分与T形槽的配合尺寸留有0.5mm左右的磨削余量，安装夹具时按T形槽的实际宽度尺寸进行配作定位键嵌入夹具体上后，一般要用螺钉进行紧固，因此每一个铣床夹具都有一对定位键。当所使用的铣床夹具数量较多时，可考虑采用定向键，如图2-80所示，为标准定向键(GB2207—80)的结构及其应用，与定位键不同的地方，是其下半部分直接安装在铣床工作台上，事先留有0.5mm左右的磨削余量，与T形槽尺寸配作，上半部分与夹具体上的槽相配，配合性质采用间隙配合。因此只需要在铣床工作台上配备一对定向键，就可以用于不同夹具的定向。

图2-78　对刀塞尺

图2-79　定位键

图2-80　定向键

习题与思考题

1.试述机床夹具的概念及其作用。

2.机床夹具的结构一般由哪几部分组成?

3.试述工件的定位原理。

4.当主要定位面上的三个定位支承点位于同一直线上，或导向定位面上的两个支承点垂直布置时，其定位效果如何?

5.不完全定位和过定位是否均不允许存在?为什么?

6.为什么说夹紧不等于定位?

7.试说明工件以平面作定位基准时，其主要支承的类型及其应用范围。

8.什么是辅助支承?使用时应注意什么问题?它与可调支承有何不同?

9.工件以内孔定位时，常用哪些定位元件?

10.工件以外圆定位时，可用哪几种型式的定位元件?为什么常用V形块?

11.试述定位误差的概念及其产生的原因。

12.各种定位方式的定位误差如何计算?

13.据工件的定位原理，题图2-1中，各定位元件分别限制了工件的哪些自由度?

题图2-1

14.题图2-2所示零件，以外圆在V形块上定位，在插床上加工键槽，保证工序尺寸H。已知外径d为φ50 mm，内径D为φ30mm，试计算影响尺寸H的定位误差。

15.题图2-3(a)所示零件，在铣床上加工键槽，要求保证工序尺寸73mm及对称度0.02mm，试分析比较图示(b)(c)哪种定位方案较优?

16.题图2-4所示零件，采用钻模夹具加工2—φ8孔，除保证两孔中心距要求外，还要求保证两孔的连心线通孔外圆的轴线，试分析计算图示两种定位方案的定位误差。

题图2-2

题图2-3

题图2-4

17.题图2-5(a)所示零件，采用钻模夹具加工零件上的φ5mm和φ8mm两孔，除保证图纸尺寸要求外，还要求保证两孔连心线通过外圆的轴线，其偏移量误差为0.08mm，试分析计算图示(b)(c)(d)三种定位方案的定位误差，如果定位误差不得超过加工允许误差的1/2，应选择哪种定位方案为好?(V形块夹角α=90°)

18.题图2-6所示零件，各加工表面均已加工，本工序为加工孔D，现分别采用E、F、G三种不同的定位基准定位时，对工序尺寸A的定位误差分别为多少?

题图2-5

19.题图2-7(a)所示零件，各面加工后，本工序为加工斜孔，斜孔的位置由尺寸B、r及角度α确定，其钻模夹具示意图如图(b)所示，如果夹具上的工艺孔中心到定位的距离为H，试问:夹具上钻套中心与工艺孔之间的位置尺寸X1为多少?

题图2-6

题图2-7

20.夹紧力的确定主要解决哪些问题?

21.选择夹紧力的作用点时应满足哪些要求?试用简图举出几个夹紧力作用点选择不恰当的例子，说明其可能产生的后果。

22.常用的典型紧机构有哪几种?各有什么特点?

23.试分析题图2-8所示的定位夹紧方案是否合理?若不合理，应如何改进?

题图2-8