数控铣床铣槽夹具设计

梁慧妿

摘 要：数控铣床加工的工件大多比较复杂，经常要加装辅助夹具进行加工。具体加工某种批量零件时，若通用夹具不能满足加工需要，则需针对此批零件设计专门的夹具。笔者在实际批量生产加工一种传力杆零件时就曾遇到了带有曲线对称零件加工铣槽的问题，为此设计制造了一套铣槽夹具，用此夹具装夹工件进行加工，能有效地减少工件的装夹和定位时间，提高了加工效率和加工精度。

关键词：铣槽夹具 设计制造 夹具定位

夹具是机床和工件之间的连接装置，夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度、形状精度和尺寸精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作被称为夹紧，将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。

在铣床工作中，加工产品的前提是工件的装夹要合理、牢固，其次是切削参数要选择正确。铣床加工的大多数工件形状复杂多样，如果装夹不合理、不牢固，在切削过程中，就会产生振动，抗力较大，进给速度较慢，影响生产效率，后果严重的会造成工件松动、飞出，甚至造成设备损坏和人身伤害事故。

一、加工任务概述

有一批零件加工任务，要求在有限时间内加工一批传力杆零件，如图1所示。这批零件已加工好其他的工序，本加工任务是加工一道宽12mm、深32±0.2 mm的槽。

工件材料为45#钢，已加工过的大小孔径分别为C=11 mm和D=24 mm，槽深为A=32±0.2mm，两孔中心距为 42±0.02 mm，厚度为26 mm。

在加工槽时，槽的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高，由铣削直接加工就可以达到要求，其中槽的宽度由刀具的尺寸保证，槽的深度尺寸和位置精度由设计的夹具来保证。

笔者首先设计了方案一（如图2所示），通过固定圆柱销及V形块实现定位。在实际工作中，第一种方案以圆柱和V形块组合定位时，此零件总厚度为26±0.03mm，中间槽宽为12mm，余下的装夹量最多为7mm。这样V形块比较薄且夹住工件一边，不易夹紧，辅助时间花费太多，效率较低，且外圆表面系毛坯铸件，精度较低，不能满足工件的加工要求。因此笔者根据此零件的有关形位公差及精度要求的特点，又设计了方案二，此设计方案两孔采用固定式圆柱销及菱形销定位，能方便装夹铣削夹具，满足零件的加工需求。

二、制订夹具设计方案

1.夹具设计前应充分了解情况

夹具设计一般是在零件的加工工艺过程制定之后，按照某一工序的具体要求来进行的，专用夹具是针对某种具体的零件设计的，不会批量生产。优良夹具的衡量指标是：保证工件加工质量，生产效率高，生产成本低，排屑方便，操作安全、省力及制造容易、维护方便。夹具的设计应先充分了解以下几个方面的情况。

一是读零件图，了解尺寸精度、技术要求，获取零件的批量生产信息。二是确定零件加工工序，分析零件加工工艺，安排好各工序顺序及工艺要求、各工序之前的工艺情况及本工艺之后的工艺要求。三是了解所用加工设备主要技术参数、性能、精度及与夹具连接部分结构的形式及特性、精度。四是了解所用刀具的有关尺寸及其与夹具配合的要求。

2.夹具设计中应考虑的关键点

夹具设计要满足零件的质量要求，其设计方案的正确与否，必然会影响零件的加工质量。在设计中应考虑如下几个关键点：零件自由度的限制、定位基准的合理选择、定位元件的选择及使用、零件加工允差和制定技术条件、夹紧力的作用点、方向及支承方式及零件批量大小的需要。

（1）定位基本原理在夹具设计中的应用。当零件未和任何表面靠住时，它是一个自由的物体，对3个互相垂直的坐标面来说，有6种活动的可能性：3种是移动，3种是转动。自由物体在空间的不同位置，就是这6种活动的综合结果，称为自由度。当物体的6个自由度被完全限制之后，该物体和空间的位置也就完全确定了，所以定位就是限制自由度。要使一个物体完全定化，必须限制6个自由度。但在特殊的条件下，可不完全定位或过定位。

（2）限制好零件的自由度。零件相对于夹具的自由度分为两种：影响加工面位置尺寸或位置精度的自由度，称为第一种自由度；不影响加工面位置尺寸及位置精度的自由度，称为第二种自由度。当考虑零件在夹具中的定位问题时，首先要找出第一种自由度，它们必须要被限制。然后，再从承受切削力、夹紧力的需要等方面考虑，对某些第二种自由度加以限制。

三、铣槽夹具的制造与应用

1.加工传力杆工件的铣槽夹具

针对图1所示的零件，为解决它的装夹问题，以便在加工过程中能够尽可能地提高效率、增大夹具刚性，使加工的零件达到工艺要求，保证产品质量，提高工作效率，减少辅助时间，笔者设计了一个夹具（如图3所示），此夹具是一个梯形直角块，材料采用45#钢，对两孔采用固定式圆柱销及菱形销定位，此方案实现了工件的完全定位。对此工件的铣削加工，采用的是一面和两个定位销的原理，手动夹紧，采用一个压块、一个螺母对其压紧，具有足够的刚度与强度，安放稳定，工艺性好，实用安全。

2.铣槽夹具结构组成及定位原理

本套夹具的结构组成如下：夹具体、圆柱销、棱形销、压块、压紧螺母。

定位原理：根据加工槽两侧面相对于中心面对称要求，需要限制工件X方向转动自由度、Y方向转动自由度和Z方向转动自由度；根据加工槽宽度和深度要求，需要限制工件X方向移动自由度和Z方向移动自由度。但考虑到加工时工件定位的稳定性，可以将6个不定度全部限制。采用一面和两个定位销的原理，用固定式圆柱销及菱形销实现定位，夹具体通过安装在夹具体上的定向键，进而与铣床的工作台连接，实现对夹具的固定，也可不用定位键，直接安装在台虎钳上，都可确保零件的平行度和垂直度，传力杆零件安装在此夹具上可满足工艺要求（见图4）。

3.夹紧方式及元件选择

对此工件的铣削加工，采用一面和两个销的定位原理，通过一个开口压块、一个螺母对其压紧。利用压块和螺栓，将每件传力杆毛坯件压在夹具体上。放置毛坯时，只需依靠直角板进行装夹，装夹方便快捷，避免了工件在加工过程中受铣削力影响产生变形。

4.夹具的装配要求

铣床夹具依靠夹具体底面和定向键侧面与机床工作台上平面及T型槽相连接，以保证定位元件对工作台和导轨具有正确的相对位置。为了减小安装时的误差，安装定向键时应当使它们靠向T型槽的同一侧（图5）。

5.夹具工作原理

短销通过夹具体上的孔、本身的螺栓、螺母与夹具体紧紧连接。菱形销也是通过同样的方法装夹，菱形销上设置一长螺纹，用于压紧螺母对工件的夹紧。在夹具体的底平面上安装定向键，用于与铣床工件台面的连接与定位。工作时，只要把压紧螺母、压块卸下，即可把工件套上，利用一面二孔进行定位。当工件套上去后，先装入压块，再用压紧螺母进行夹紧。这时铣刀在导引装置的引导下对待加工工件进行加工，并且在导引装置的作用下完成铣床对工件的铣槽工序。

四、小结

笔者研制的这套夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需靠压板紧定螺栓的松紧即可实现。在实际生产中，零件的形状是千差万别的，没有任何一种夹具能适用于所有的零件。针对具体的零件加工要求，设计一些夹具、辅件，如运用合理、得当，则既能满足加工零件的质量和技术要求，又能降低生产成本，提高工作效率，降低废品率。

参考文献：

[1]朱海芳.机床夹具设计[M].北京：机械工业出版社，1993.

（作者单位：茂名市第二高级技工学校）