UG专用夹具设计 教学课件 ppt 作者 张士军 第5单元　铣床夹具的设计

第5单元 铣床夹具的设计,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤 5.2 单件铣夹具的设计 5.3 多件铣夹具的设计 5.4 分度铣夹具的设计,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,5.1.1 铣床夹具的类型 铣床夹具按其使用范围的大小，可分为通用铣床夹具和专用铣床夹具两大类。通用铣床夹具主要有平口虎钳、自定心卡盘或单动卡盘等。此类铣床夹具已经标准化，成为工业商品，由专门的厂家标准化生产，故本书只讲述专用铣床夹具的设计。专用铣床夹具按其应用的铣床类型的不同，分为卧式铣床夹具和立式铣床夹具。专用铣床夹具按其装夹工件特点的不同，又可分为单件铣夹具、多件铣夹具和分度铣夹具。 1.单件铣夹具,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,单件铣夹具，是指在加工中夹具一次只装夹一个工件，完成特定表面加工的专用夹具。单件铣夹具按工件的主要定位基准表面特征的不同分为外圆面定位夹具、内孔面定位夹具和平面定位夹具等。 2.多件铣夹具 多件铣夹具，是指在加工中夹具一次装夹多个工件，同时完成多个工件相同特征面加工的专用夹具。多件铣夹具也是按工件主要定位基准表面特征分为外圆面定位夹具、内孔面定位夹具和平面定位夹具等。 3.分度铣夹具,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,分度铣夹具，是指在加工中对工件一次性装夹而完成多工位相同特征面加工的专用夹具。此类夹具的结构可分为两个部分，即固定部分和转动（或移动）部分。工件是固定在转动（或移动）机构上，当完成一个特征面的加工后，工件会随可动部分机构转过一定角度或移动一定距离，对下一个特征面进行加工，直至完成全部加工内容。分度铣床夹具按一次装夹工件的数量划分，分为单件分度铣夹具和多件分度铣夹具。分度铣夹具按工件的主要定位基准表面的不同，又可分为外圆面定位夹具和内孔面定位夹具等。 5.1.2 铣床夹具的设计要点,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,铣床夹具是通过定位键安装在铣床的工作台上的，并依靠专门的对刀装置决定铣刀相对于工件加工表面的位置。对铣床夹具的设计有如下要求。 1.夹具应具有足够的夹紧力 由于铣削过程不是连续切削，且加工余量一般较大，不但所需的切削力较大，切削力的大小和方向随时都可能变化，会在铣削过程中产生振动。因此，铣床夹具必须要具有足够的夹紧力，以防止工件在夹具中松动。 2.夹具应具有足够的刚性,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,鉴于上述原因，夹具不但应有足够的夹紧力，夹具本身还必须具有足够的刚性。工件的加工表面应尽量不超出夹具体或工作台外。在确保夹具具有足够排屑空间的前提下，尽量降低夹具的高度。建议夹具的高宽比h/w1125。 3.要考虑工件毛坯状况 对于以铸造、锻造毛坯面定位的夹具，应以毛坯图作为设计夹具的依据，以免因毛坯余量尺寸和形状误差影响定位的可靠性和合理性。 4.增设辅助支承 为减轻毛坯误差和铣削中可能发生的变形，在薄弱部位要适当增设辅助支承，以加强夹具的总体刚性。 5.夹具应具有自锁功能,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,为了防止工件在加工过程中，因振动而使夹紧产生松脱现象，夹紧装置应具有足够的自锁能力。 6.夹具应具有必要的对刀装置 为了调整和确定夹具与铣刀的相对位置，应正确选用对刀装置。对刀装置应设置在方便使用塞尺和易于观察的位置，并应放置在铣刀开始切入工件的一端。 7.夹具中应具有足够的排屑空间 由于铣削过程中会产生大量切屑，因此要确保排屑通畅，且要安排有足够的排屑和容屑空间。同时，根据加工的需要，要考虑冷却液的浇入和排除。 5.1.3 铣床夹具的设计步骤,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,使用UG软件进行铣床夹具的设计，一是，要明确工件的加工工艺要求，分析工件工程图所注明的加工精度、已加工和未加工的表面，特别是要明确未加工的铸造毛坯或锻造毛坯表面。二是，确定工件的加工方式和定位方案，选择合适的定位元件或支承元件，初步设计出此类元件，并将这些元件的实体与工件的实体组装到一起。三是，确定夹紧方案，初步设计出夹紧机构和元件，并将这些元件按配合关系组装到一起。四是，确定是否设置对刀装置，如果有对刀装置，应根据工件加工表面的要求，设计出对刀块等相关元件，并预组装到装配结构中。最后，确定夹具体结构，设计出夹具体及其与机床的连接方式，并通过夹具体将夹具所有元件装配到一起。 1.确定定位方案,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,按拟定的定位方案，根据工件工程图、工序要求和设计任务，选择工件的定位基准。采用UG的建模应用模块，设计出工件的实体模型，并按照实际加工方位将其固定在三维空间上。设计出所有的定位元件的实体模型，并根据相应的配合关系组装到已完成安装的工件中。 2.确定夹紧方案 按拟定的夹紧方案，根据工件和定位元件的结构及尺寸，设计出所有夹紧元件和相关紧固元件的实体模型，并按相应的配合方式组装到已完成的装配结构中。在装配过程中，如发现配合不合适的地方，对前面所设计的元件进行修改更正，并调整装配结构。 3.确定对刀装置,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,依据工件加工表面的方位，构思具体的对刀装置，设计出对刀元件及其相关的定位和紧固元件的实体模型，并按对刀装置与工件加工表面的位置，预先装配到已完成的装配结构中或空间的相应位置上。在设计时，要注意对刀装置需与哪些元件保持一定的配合关系和连接方式。 4.确定夹具体结构,5.1 铣床夹具的分类及设计要点和步骤,按拟定的夹具结构，根据工件、定位元件、夹紧元件和对刀装置，设计出夹具体、相关紧固元件和辅助元件的实体模型，并按照相应的配合方式组装到已完成的装配结构中。在装配过程中，如发现配合不合适的地方，应对前面所设计的元件进行修改更正，并调整装配结构。完成全部装配后，要检验整个夹具结构是否能满足设计任务目标，如果有差错，要对相关元件进行修改编辑，并重新调整装配结构，直至实现设计目标。 5.绘制夹具工程图 按照设计任务要求，采用UG的制图应用模块，绘制全部的夹具元件和夹具装配工程图，并根据第1单元的15夹具中常用的公差配合的内容，对全部图样进行技术标注。,5.2 单件铣夹具的设计,5.2.1 外圆面定位单件铣夹具的设计 外圆面定位单件铣夹具，其主要定位基准是选择工件已加工的外圆柱面，再选择其他表面作为辅助定位面。此类夹具通常采用固定V形块和活动V形块来夹紧工件。具体的设计方法通过小卡轴工件的加工来讲述。,图5-1 小卡轴加工件的工程图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-2 小卡轴实 体模型的定位,5.2 单件铣夹具的设计,1.确定定位方案 根据定位要求，选择20圆柱面作为主要定位基准面。将该圆柱面的左端面作为辅助定位基准面。本工序只限制工件5个自由度即可。定位元件分别为固定V形块和活动V形块，辅助定位平面就设定在V形块的平面上。 (1)设计工件的实体模型 按小卡轴工程图设计出工件的实体模型，在UG的装配环境下将其调入，并按加工时的状态，将其固定在三维空间适合的位置上，如图5-2所示。 (2)设计定位元件 根据工件的外圆柱面直径和长度尺寸，分别设计出固定V形块和活动V形块。,5.2 单件铣夹具的设计,图5-3 固定V形块,5.2 单件铣夹具的设计,图5-4 活动V形块,5.2 单件铣夹具的设计,图5-5 支承板,(3)组装定位元件 根据定位方案的构思，,5.2 单件铣夹具的设计,将设计好的固定V形块、活动V形块和支承板，按相应的配合关系装配到小卡轴工件上。,图5-6 完成小卡轴定位元件装配的实体图和工程图,5.2 单件铣夹具的设计,2.确定夹紧方案 外圆面定位夹具需要利用工件的圆柱面将工件夹紧。利用活动V形块的移动从工件定位的圆柱面处施加压力，将其夹紧到固定V形块上。因此，本夹具的两个V形块既是定位元件，也是主要的直接夹紧元件。夹紧的方式采用偏心槽轮机构，当旋转偏心槽轮时，通过安装在偏心槽中的滑柱使活动V形块移动，实现夹具动作。为了实现这一夹紧操作，还需要其他一些辅助夹紧元件，如偏心槽轮、导轨板及轮轴等。 (1)设计夹紧元件 根据定位元件固定V形块、活动V形块和支承板的结构和尺寸，先设计出导轨板。,5.2 单件铣夹具的设计,图5-7 导轨板的工程图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-8 偏心槽轮的工程图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-9 轮轴的工程图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-10 滑柱的工程图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-11 操作柄的工程图,(2)设计紧固元件 在夹紧机构中所用到的紧固元件主要是尺寸不同的沉头螺钉和平头螺钉，这两种螺钉用来将定位元件和紧固元件固定在支承板或夹具体上，,5.2 单件铣夹具的设计,M6×10沉头螺钉和M6×20平头螺钉，如图5-12和图5-13所示。,图5-12 M6×10沉头螺钉,5.2 单件铣夹具的设计,图5-13 M6×20平头螺钉,5.2 单件铣夹具的设计,图5-14 垫圈,(3)组装夹紧机构 根据夹紧方案，,5.2 单件铣夹具的设计,首先将夹紧元件组装到装配结构中，然后，再将紧固元件装配到相应的元件上。,图5-15 完成小卡轴夹紧元件和紧固元件装配的实体图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-16 完成小卡轴夹紧元件和紧固元件装配的工程图,3.确定对刀装置,5.2 单件铣夹具的设计,根据设计任务要求，在夹具中要有对刀装置，以便在铣削时将两把三面刃铣刀正确地对准工件加工的部位。 (1)设计对刀块 本夹具采用侧装对刀块结构形式。 (2)设计对刀装置上的紧固元件 对刀装置中所用的紧固元件主要是紧固螺钉和定位销。,图5-17 对刀块的工程图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-18 定位销的工程图,(3)组装对刀装置 依据对刀方案，,5.2 单件铣夹具的设计,将对刀块及其紧固元件组装到已完成夹具的装配结构中，图5-19和图5-20所示分别为完成的对刀装置装配的实体图和工程图。,图5-19 完成的对刀装置装配的实体图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-20 完成的对刀装置的装配工程图,4.确定夹具体结构,5.2 单件铣夹具的设计,本夹具的夹具体拟采用铸造毛坯的平板式结构。设计夹具体时，主要考虑其承载性、刚性和便于加工制造，同时，在满足承载全部夹具元件的前提下，尽量减小其体积和重量。由于整个夹具通过夹具体安装在铣床的工作台上，因此，要设计定位键，以便将夹具体准确地固定在工作台上。 (1)设计夹具体 在设计夹具体时，先要测算一下全部夹具元件所占空间的位置和大小，以确定夹具体的总体尺寸。,图5-21 完成设计的夹具体,5.2 单件铣夹具的设计,(2)设计定位键 定位键可按机床夹具零件及部件 定位键(JB/T 80161999)A型进行设计，完成设计的定位键如图5-22所示。,图5-22 完成设计 的定位键,5.2 单件铣夹具的设计,(3)组装夹具体等元件 根据夹具设计的整体方案，先将夹具体组装到已完成的装配结构中；再将定位键组装到夹具体上；最后，将尚未组装的相应的紧固元件，即M6×20沉头螺钉组装到装配结构中。,图5-23 完成的铣削小卡轴的夹具装配实体图,5.2 单件铣夹具的设计,图5-24 铣削小卡轴的夹具装配工程图,5.夹具的特点,5.2 单件铣夹具的设计,本夹具的特点是结构简单，所用元件的数量少，夹具结构及其元件的工艺性能好、制造容易，且夹具的维护与元件的更换方便，适用于小型零件的加工。 6.夹具的使用方法 将夹具安放在铣床工作台面上，调整夹具体上定位键与工作台定位槽基准面的间隙，确保对刀块与刀具之间准确的进刀方位。然后，用紧固螺栓将夹具固定在工作台上。,图5-25 凸轮轴的工程图,5.2 单件铣夹具的设计,1.确定定位方案,图5-26 凸轮轴实体模型的定位,5.2 单件铣夹具的设计,(1)设计工件的实体模型 按凸轮轴工程图设计出工件的实体模型，在UG的装配环境下将其调入，并按加工时的状态，将其固定在三维空间的适合位置上，如图5-26所示。 (2)设计定位元件 根据凸轮轴工件定位的三处外圆柱面的直径和长度尺寸，分别设计出两个固定V形块、一个活动V形块和一个限位钉。,图