第1单元
轴类零件夹具

项目1
长键槽铣夹具

设计资料

零件图 ：光杆结构如图1-1所示。

零件结构类型 ：该零件属细长轴，加工过程中应严格控制能引起变形的各种因素。工艺控制虽然不是本书的讨论重点，然而零件加工工艺方案中对键槽的铣削工序应作深入研究。

零件生产批量 ：该零件为中等批量生产。

零件加工方案

1．零件结构特征

一般轴类零件在加工中，内外回转结构多以车、磨为主要加工方法，而轴上的键槽则一般在铣床上切削，由于零件上的槽相对较长，常用铣床行程不够长常需要接刀才能完成加工。

2．零件加工方案

在选择铣削加工设备时，首先要考虑一般铣床的纵向进给行程均无法满足键槽长度1 504 mm的要求。X63和X53T的纵向进给最大行程分别为900 mm和1 260 mm。因此，在没有大型设备的情况下选用X63或X53T加工应中途接刀。中途接刀会出现两个质量问题，一是键槽两侧面会产生接刀刀痕，二是难于保证对称度要求。为避免中途接刀，在第8道工序中设计一铣床夹具，以满足加工要求。

值得一提的是，在一般的零件加工时，铣键槽工序应安排在磨削之前，这样主要是为了不损坏已加工表面。但是本项目若采用传统的工艺路线先铣削键槽，则在磨削外圆时无法使用中心架或跟刀架。为了解决这一矛盾，采用先磨后铣的工艺。

光杆的加工工艺过程见表1-1。

设计任务

设计光杆铣槽夹具。

1.1.1 第8序（铣加工）详解

1．第8序（铣加工）工序图

如图1-2所示为第8道工序工序图。

2．第8序的加工装夹位置

零件第8序加工位置如图1-2所示。

1.1.2 光杆铣加工工序的夹具设计方案

夹具设计包含定位方案及定位元件，夹紧方案及夹紧元件，对刀方案及对刀元件以及夹具与机床的对定等部分内容。

1．定位方案及定位元件

[定位装置设计要点]

（1）定位方案：以工件的外圆在长V形块上定位，限制 、 4个自由度；以工件的端面在圆柱销上定位，限制 自由度。此方案是一个不完全定位方案，但能满足加工要求。

（2）定位元件：用于定位的可移动座较长，大于工件总长。其上安装4对（8块）支承块，即把工件长度分成4等分，使工件与夹具支承有较多的接触。工件与8个支承点接触，从理论上讲是一个过定位方案，但因工件是一个柔性件，且每个支承之间相隔400 mm，不会产生“别劲”和悬空现象。采用过定位方案，可以有效地增加工艺系统的刚性，防止工件变形。与此同时，可大幅度提高切削用量，提高生产率。第8道工序定位方法见图1-3。

（3）轴向定位便于控制走刀行程，并使尺寸96 mm得以保证，同时还可以支承部分轴向切削力，使主要夹紧力不一定很大。

（4）因为铣键槽是最后一道工序，工件与定位支承板接触时，应垫上0.1 mm铜皮（图中未画出），以免损伤已加工的外圆柱表面。

2．夹紧方案及夹紧元件

[夹紧装置设计要点]

（1）该夹具采用螺旋压板夹紧机构，这样可以使夹具结构简单；虽然要拧动8次螺母，但所花时间占工序时间的百分比还是很小的。

（2）因工件被压部分为圆弧，压板与工件接触处也设计成相同半径的圆弧，这样可以使压力分散，不至于压伤工件表面。在具体操作时，在压板与工件之间应垫上一定厚度的铜皮（图中未画出），以免损伤工件已加工表面。

（3）为了防止施压时压板后退，影响压紧效果，在每一压板后端设计了一圆柱档销。

（4）压板下端设计了弹簧，当加工完毕装卸工件时压板能自动抬起，以使装卸操作方便。第8序夹紧机构见图1-4。

3．对刀方案及对刀元件

[对刀装置设计要点]

为了减小夹具的复杂程度，该夹具不设计对刀装置，一般可使用以下方法对刀：

（1）使用专用对刀游标尺对刀。按图1-5a所示方法进行第一次测量，记住游标卡尺读数；将游标卡尺旋转180°，角铁接触铣刀右侧，游标卡尺接触工件左侧进行第二次测量，又得一读数，两次读数差的1/2则为工作台移动数。此对刀尺既可测三面刃铣刀，也可测立铣刀。

（2）如图1-5b所示，定位块安装在百分表座的适当高度并与工件侧母线贴平，百分表测头与铣刀侧面接触，得一读数并记住；将百分表及表座移至工件另一侧，移动百分表及表座，使定位块与工件母线贴平，得百分表另一读数，两读数差的1/2即为工作台移动数，这样铣刀即可对中。

（3）试切法或其他方法

4．夹具与机床的对定

[对定装置设计要点]

（1）夹具的固定座底面在机床工作台面上定位，用标准对定键在机床工作台中央梯形槽内定位，从而完成了夹具在机床上的定位。

（2）夹具体上设计有标准的耳座，使用梯形槽螺钉即可将夹具固定在机床工作台上。夹具对定如图1-6所示。

至此，夹具的各组成部分均已设计完毕，将各组成部分装配到夹具体上，再完成某些细节（如移动座的具体结构、移动座的固定、防油档板等）即可完成这台夹具的全部设计构思。夹具总装图上还应标注相关尺寸（总体尺寸、定位尺寸、配合尺寸、关联尺寸），位置公差等。最后总装成的夹具如夹具装配草图1-7所示。

1.1.3 夹具装配图

1．铣床夹具图及明细表

铣床夹具及明细表详见图1-7。

2．夹具主要非标准零件草图

夹具零件的设计过程即是拆分装配图上的零件草图，因此必须遵循相关的设计规定和原则，这样才能使所设计的夹具零件可靠、实用和有良好的工艺性。

固定座和移动座是该夹具的两个重要零件，图1-8和图1-9为其草图。

说明： 图1-9中移动座上安装防油档板的螺孔尚未表示出来，若用于生产，可根据具体情况确定其大小、位置和数量。

1.1.4 夹具设计方案评估

1．夹具的使用操作过程

（1）本工序的工序尺寸键槽宽度尺寸 由三面刃铣刀宽度保证；键槽深度尺寸 由试切获得；对称度公差由试切法获得。尺寸96 mm由夹具保证。故夹具定位方案能保证加工精度。

（2）在压紧工件时，应从中间向两端逐渐压紧，以免引起工件夹紧变形。

（3）当走刀走到第一个规定的键槽长度尺寸（比如800 mm）后，停车、退刀、将移动座松开，并移动相应走刀长度，同时将机床工作台移动到起点，压紧移动座，重新对刀键槽深度，然后走刀，加工余下键槽长度，两次走刀即可将零件键槽全长加工完毕。

2．夹具设计特点

（1）该夹具采用移动座移动接刀，因为移动座与固定座有较高的配合精度，故不会产生接刀刀痕。

（2）为了确保接刀无痕，对固定座和滑动座的配合工作面应进行括研，以确保接刀精度。

（3）该夹具的主要零件共计22种、其中非标准件5个，标准化率77%。有利于组织生产，并且夹具设计、生产周期短，易于更换零部件。

1.1.5 单件生产时的接刀方法

若零件为单件生产时不可能设计夹具，为确保不出现接刀刀痕，可采用如图1-10的方法进行加工。

图1-10a采用了误差放大原理找正工件。钢丝越长，找正精度越高。如钢丝长600 mm，铅锤离刻线1 mm，计算倾斜为：tgα=1/600，则α=0.000 03°。如果键槽深度为5 mm，则在其深范围内的误差为5×0.000 03=0.000 15 mm，此误差可忽略不计。具体操作步骤是：铣第一刀时转动工件找正刻线，铣第二刀时移动工件并将工作台恢复到初始位置，转动工件找正刻线，找正精度控制在1 mm范围内即可。

图1-10b采用了水平仪校正的方法：铣第一刀前用框形水平仪先将工件横向（径向）校正，铣第二刀时，松开并移动工件，将工作台移至起始位置，再用水平仪找正工件。然后压紧即可。这种方法获得的找正精度取决于水平仪的精度，一般为0.01～0.02 mm。此二法均只适用于单件生产，因为找正费时较多。