机床夹具设计

机床夹具设计

夹具设计一般是在零件的机械加工工艺制定之后，按照某一工序的具体要求进行的。

夹具设计质量的高低应以能稳定地保证工件的加工精度，达到加工的生产效率要求，成本低，排屑方便，操作安全省力和制造维护容易等为衡量指标。

一、机床夹具设计的基本要求

一个优良的机床夹具，必须满足下列基本要求：

1、保证工件的加工精度

保证工件加工精度的关键在于正确地选定定位基准、定位方法、定位元件以及夹紧装置，确定合适的夹具尺寸、公差和计数要求，并进行必要的夹具精度分析。同时还要注意夹具中其他零部件的结构对工件加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2、工艺性能好

专用夹具应尽可能地采用标准元件和标准结构，力求结构简单，制造容易，便于装配、检验和维修。当夹具最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置适当的调整间隙和可修磨的垫片等调整或修配结构。

3、达到加工的生产效率要求

专用夹具的复杂程度应与生产批量相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的快速高效装夹机构，以缩短辅助生产时间，提高生产效率。

4、使用性能好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠。应尽可能采用气动、液压等快速高效夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。

夹具的操作位置应符合操作工人的操作习惯。

专用夹具应排屑方便，必要时应设置排屑结构，防止切屑破坏工件的正确定位和损坏刀具，防止切屑热量引起工艺系统变形。

5、经济性好

除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产批量对夹具进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

以上基本要求中保证工件的加工精度是最重要的。在此前提下，要处理好其他要求的辩证统一关系。

二、机床夹具设计的一般步骤

1、明确设计要求，收集和研究有关资料

工艺人员在编制零件的工艺规程时，提出了相应的夹具设计任务书，对其中的定位基准、夹紧方案及有关要求作出说明。夹具设计人员则应根据夹具设计任务书进行夹具的结构设计。为了使所设计的夹具能够满足上述要求，设计前要认真收集和研究如下有关资料。

（1）生产批量

夹具结构的合理性及经济性与生产批量有着密切的关系。

大批量生产多采用气动、液压或其他机动夹具，其自动化程度高，同时夹紧的工件数量多，结构也比较复杂。

单件小批生产时，宜采用结构简单、成本低廉的手动夹具以及万能通用夹具或组合夹具，以便尽快的投入使用。

（2）加工工件图样及工序图

加工工件图样是夹具设计的重要资料之一，它给出了工件的结构形状、尺寸、材料和热处理要求，主要表面的加工精度、表面粗糙度及其他技术要求。

工序图则给出了所用夹具加工工件的工序尺寸、工序基准、已加工表面、待加工表面和工序加工精度要求等，它是设计夹具的主要依据。

（3）加工工件工艺规程

加工工件工艺规程表明了该工序所使用机床的主要技术参数、性能、规格和精度，所使用的量具的精度等级，刀具和辅助工具等的型号、规格，还表面了该工序的加工余量、切屑用量、工步安排、工时定额及同时加工的工件数目等，这些都是确定夹具的尺寸、类型、夹紧装置以及夹具与机床部分结构尺寸的主要依据。

（4）夹具典型结构及有关标准

准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计知道资料等。了解本企业制造和使用夹具的生产条件与技术现状、收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，以便使所设计的夹具能够适合本厂实际，吸取其中先进而又能结合本企业实际情况的合理部分。

2、拟定夹具的结构方案，绘制夹具结构方案草图

在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：

（1）确定夹具类型

各类机床夹具均有多种不同的类型，如车床夹具具有角铁式、圆盘式等，钻床夹具具有固定式、翻转式和盖板式等。应根据工件的形状、尺寸、加工要求及重量确定合适的夹具类型。

（2）确定工件的定位方案，选择定位元件

根据工件的六点定位原理，分析工序图上所规定的定位方案是否可取，是否应提出修改意见或提出新的方案，并在与有关工艺人员协商后确定。

工件的定位方案确定后，根据定位基准面的形状，选取相应的定位元件，确定尺寸精度和配合公差。

用于平面定位的定位元件有支承钉、支承板和可调支承等；用于内孔定位的定位元件有定位销和心轴等；用于外圆柱面的定位元件有V形架或定位套等。

（3）确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构，计算所需的夹紧力

夹紧机构应保证工件夹紧可靠、安全，不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。同时，夹紧装置的复杂程度应与工件的生产类型相适应。

在大批生产中，既要解决工件的质量问题，又要解决工件的产量问题。因此，应尽量采用省力、高效的夹紧装置。

在小批量生产中，采用夹具的目的主要是保证加工质量和扩大机床的工艺性能，因此对夹紧装置的要求主要是加工质量，而效率问题则次之。

必要时，还应进行夹紧力的估算。

（4）确定刀具的导向方式或对刀装置

对刀精度、导向精度取决于对刀元件、导向元件的位置精度，可通过计算得到。

对于钻床夹具应正确地选择钻套的类型和结构尺寸；

对于铣床夹具应合理地设置对刀装置；

镗床夹具则应合理地选择镗套类型和镗模导向的布置方式。

（5）确定其他元件或装置的结构形式

如确定夹具在机床上的定位元件、分度夹具的分度装置、装卸工件的辅助装置等。应尽量采用通用标准元件和机构，以缩短夹具的设计周期、制造周期和提高夹具的标准化程度。只有在标准元件和机构不能满足要求时才自行设计。

（6）协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸

夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体，因此夹具体的形状及尺寸取决于夹具各种装置的布置及夹具与机床的连接。

在确定夹具结构方案的过程中，工件定位、夹紧、对刀和夹具在机床定位等各部分的结构以及总体布局都会有几种不同的方案可供选择，因而，都应画出草图并通过必要的计算（如定位误差及夹紧力计算等）和分析比较，从中选取较为合理的方案。

3、绘制夹具装配图

（1）绘制夹具装配图应遵循国家制图标准，绘图比例应尽量取1：1，以便使图形有良好的直观性。

如被加工工件的尺寸过大，夹具装配图可按1：2或1：5的比例绘制；

如被加工工件的尺寸过小，装配图也可按2：1或5：1的比例绘制。

夹具装配图中视图的布置也应符合国家制图标准，在能清楚表达夹具内部结构、各元件内部和各元件装置位置关系的情况下，视图的数目应尽量少。

（2）夹具装配图的主视图应取操作者实际工作时的位置，以便于夹具装配及使用时参考。被加工工件在夹具中被看作透明体，所画的工件轮廓线与夹具上的任何线彼此独立，不相干涉，其外轮廓以双点画线表示。

（3）绘制装配图的顺序是先用双点画线绘出工件轮廓外形和主要表面的几个视图，并用网纹线表示出加工余量。围绕工件的几个视图依次绘出定位元件、夹紧机构、对刀元件以及其他元件，最后绘制出夹具体及连接元件，把夹具的各组成元件和装置练成一体。

（4）夹具装配图上，还应画出零件明细栏和标题栏，写明夹具名称及零件明细栏上所规定的内容。

4、夹具装配图上有关尺寸、公差及技术要求的标注

（1）夹具装配图上应标注的尺寸。

1）夹具的外轮廓尺寸。一般指夹具的最大外形轮廓尺寸。

当夹具上有可动部分时，应包括可动部分处于极限位置时所占的空间尺寸。

标出夹具最大外形轮廓尺寸，就能知道夹具在空间实际所占的位置和可能活动的范围，以便能够发现夹具是否会与机床、刀具发生干涉。

2）工件与定位元件的联系尺寸。常指工件以孔在轴心或定位销上定位时，工件孔与上述定位元件间的配合尺寸。

3）夹具与刀具的联系尺寸。用来确定夹具上对刀、导向元件位置的尺寸。

对于铣、刨床夹具，是指对刀元件与定位元件的位置尺寸；

对于钻、镗床夹具，则是指钻、镗套与定位元件间的位置尺寸，钻、镗套之间的位置尺寸以及钻、镗套与刀具导向部分的配合尺寸等。

4）夹具内部的配合尺寸等。它们与工件、机床和刀具无关，主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求。如工件定位孔与夹具定位销（或定位心轴）的配合尺寸；夹具组成元件间（如定位销与夹具体、固定衬套与模板、可换导套与固定衬套以及铰链轴与支架等）的配合尺寸。

5）夹具与机床的联系尺寸。用于确定夹具在机床上正确位置的尺寸。

对于车、磨床夹具，主要是指夹具与主轴端的配合尺寸；

对于铣、刨床夹具，则是指夹具上的定向键与机床工作台上的T形槽的配合尺寸。

标注尺寸时，常以夹具上的定位元件作为相互位置尺寸的基准。

（2）夹具公差的确定

为满足加工精度要求，夹具本身应有较高的精度。由于目前分析计算方法不够完善，因此，对夹具的有关公差仍按经验来确定。如生产规模较大，要求夹具具有一定寿命时，

夹具有关公差可取得小些；对加工精度较低的夹具，则取较大的公差，一般可按以下方法选取：

1）一般情况下，夹具的尺寸公差取工件相应尺寸公差的1/3~1/5；

2）夹具的相互位置公差取工件相应的相互位置公差的1/3/~1/5；

3）当加工未注公差时，夹具一般可取±0.1mm；

4）未注形位公差的加工面按照GB/T1184-1996中形位公差未注公差值的规定，查相应形位公差对应的表格确定。

注意：夹具有关公差均应在工件公差带的中间位置，即不管工件偏差对称与否，都

要将其化为双向对称偏差，然后取其值的1/3~1/5以确定夹具上有关的基本尺寸和公差。

（3）夹具装配图上应标注的技术条件

夹具的安装基面、定向键侧面以及与其向垂直的平面是夹具的安装基准，也是夹具的测量基准，因而，应该以此作为夹具的精度控制基准来标注技术条件。在夹具总图上应标

注的技术条件（位置精度要求）有如下几个方面：

1）定位元件之间或定位元件与夹具体底面间的位置要求，其作用是保证加工面与工件定位基准面间的位置精度。

2）定位元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。

3）对刀元件与连接元件（或找正基面）间的位置要求。

4）定位元件与导向元件间的位置要求。

5）夹具在机床上安装时的位置精度要求。

上述技术条件是保证工件相应的加工要求所必需的，其数值应取工件相应技术要求所规定数值的1/3~1/5。当工件没注明要求时，夹具上的那些主要元件间的位置公差可以按经验取为（100：0.02）~（100：0.05）mm或在全长上不大于0.03~0.05mm。

5、夹具精度校核

在夹具设计中，当结构方案拟定之后，应该对夹具的方案进行精度分析和估算。在夹具总图设计完成后，还应该根据夹具有关元件的配合性质及技术要求再进行一次复核。这是确保产品加工质量而必须进行的误差分析。

6、绘制夹具零件工作图

夹具装配图绘制完毕后，对夹具上的非标准件要绘制零件工作图。绘制夹具零件图样时，除应符合制图标准外，其尺寸、位置精度应与装配图上的相应要求相适应。同时，还应考虑为保证总装精度而作必要的说明，如指明在装配时需补充加工等有关说明。零件的结构、尺寸应尽可能标准化和规格化，以减少品种规格。

在夹具设计图纸全部绘制完毕后，还有待于精心制造、时间和使用来验证设计的科学性。经试用后，有时还可能要对原设计作必要的修改，因此，要获得一项完善的优秀的夹具设计，设计人员通常应参与夹具的制造、装配、鉴定和使用的全过程。

7、编写说明书

说明书应概括地介绍设计全貌，对设计中的各部分内容应作重点说明、分析论证及必要的计算。要求系统性好、条理清楚、图文并茂，充分表达自己的见解，避免抄书。文内公式、图表和数据等出处应在参考文献中注明。

说明书要求语言简练、文字通顺、图例清晰。说明书包括的内容有：

1）目录

2）设计任务书

3）总论或前言

4）定位夹紧方案分析与论证

5）刀具的导向方式或对刀装置设计

6）夹具精度校核

7）夹具总体结构分析及夹具的使用说明

8）设计心得体会

9）参考文献