专用夹具设计

序言机械制造工艺装备设计是一个非常重要的学习环节，它一方面要求我们通过设计能获得综合应用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，另外，这也是以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动法强度，需做一种专用夹具，省去加工中繁琐的工序。

我们已经学习了机械制造技术基础，对夹具设计有了初步的了解。

对于一种批量较大的产品可设计制造一种专业夹具，操作迅速方便，减少了工人的劳动量，可获得较高的加工精度和生产率，对工人的技术水平要求也相对较低。

但专用夹具设计制造周期长、夹具制造费用较高。

专用夹具的针对性极强、没有通用性，很明显只能适用于产品相对稳定的大批量生产中。

由于本人所学知识有限，设计能力有限在设计中难免会有许多错误和不足，恳请各位老师批评指正。

夹具设计1、产品零件图如下图所示，本工序需在钢套上钻φ5mm孔，应满足如下加工要求：1、φ5mm孔轴线到端面B的距离20士0．1mm；2、φ5mm孔对φ20H7孔的对称度为0．1 mm。

3、已知工件材料为Q235A钢，批量N=500件。

试设计钻φ5mm孔的钻床夹具。

一、定位方案工序号工序内容定位基准1 车右端面轴线2 车外圆φ30 轴线及右端面3 车孔φ01.07. 19轴线及右端面4 车左端面轴线及右端面5 钻孔φ5 轴线及左端面6 磨内孔至φ20H7 轴线及右端面7 去毛刺8 检查9 若某道工序有误返工按基准重合原则定位基准确定为：B面及φ20H7孔轴线。

采用一凸面和一心轴组合定位。

二、制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

三、导向方案为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件——钻套。

钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间，如右图所示。

四、夹紧方案由于工件批量小，宜用简单的手动夹紧装置。

钢套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指向限位台阶面。

如下图所示，采用带开口垫圈的螺旋夹紧机构。

五、夹具体的设计加工小孔时，需要限制工件径向方向移动和转动自由度、垂直方向移动和转动自由度和轴向方向移动自由度，需要限制工件5个自由度。

但考虑到加工时工件定位的稳定性，可以将六个不定度全部限制。

工件相对中心面对称，要实现加工槽两侧面相对中心面对称的要求，且根据基准重合的原则选中心线作为定位基准，故可选工件的左端面和轴线作为定位基准。

图示采用铸造夹具体的钢套钻孔钻模。

铸造夹具体钻模1—铸造夹具体 2—定位心轴 3—钻模板 4—固定钻套5—开口垫圈 6—具紧螺母 7—防转销钉 8—锁紧螺母六、绘制夹具装配总图为采用型材夹具体的钻模。

夹具体由盘l及套2组成，定位心轴3安装在盘l上，套2下部为安装基面8，上部兼作钻模板。

此方案的夹具体为框架式结构。

采用此方案的钻模刚度好、重量轻、取材容易、制造方便、制造周期短、成本较低。

型材夹具体钻模1一盘 2一套 3一定位心轴 4一开口垫圈 5一夹紧螺母 6一固定钻套 7一螺钉 8一垫圈 9一锁紧螺母 10一防转销钉 11一调整垫圈夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注一、夹具总图上应标注的尺寸和公差1．最大轮廓尺寸若夹具上有活动部分，则应用双点划线画出最大活动范围，或标出活动部分的尺寸范围。

最大轮廓尺寸为：84mm 、φ70mm 和60mm 。

2．影响定位精度的尺寸和公差主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。

定位基面与限位 基面的配合尺寸φ2067f H ；右图中标注为圆柱销及菱形销的尺寸 1d 、2d 及销间距L±L 。

3．影响对刀精度的尺寸和公差主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差，上图中标注的钻套导向孔的尺寸φ5F74．影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差，如图中的尺寸D 1H75．影响夹具精度的尺寸和公差主要指定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基面相互之间的尺寸、公差和位置公差，如图中尺寸：20土0．03mm 、对称度0．03mm 、垂直度60：0．03、平行度0．05mm 。

6．其它重要尺寸和公差一般是机械设计中应标注的尺寸、公差，如图中标注的配合尺寸φ1467n H 、φ40 67n H 、φ1067n H 。

二、夹具总图上应标注的技术要求1、夹具的装配、调整方法，如几个支承钉应装配后修磨达到等高、装配时调整某元件或临床修磨某元件的定位表面等，以保证夹具精度；2、某些零件的重要表面应一起加工，如一起镗孔、一起磨削等；3、工艺孔的设置和检测；4、夹具使用时的操作顺序；5、夹具表面的装饰要求等。

三、夹具总图上公差值的确定 ．夹具总图上标注公差值的原则是：在满足工件加工要求的前提下，尽量降低夹具的制造精度。

1．直接影响工件加工精度的夹具公差夹具总图上的尺寸公差或位置公差为j δ=(1／2～1／5)k δ式中k δ与jδ相应的工件尺寸公差或位置公差。

当工件批量大、加工精度低时，取小值，反之取大值。

j①工件的加工尺寸未注公差时，工件公差娃视为ITl2～ITl4，夹具上相应的尺寸公差按 IT9～ITll标注；②工件上的位置要求未注公差时，工件位置公差文视为9～11级，夹具上相应的位置公差按7～9级标注；③工件上加工角度未注公差时，工件公差＆视为士307～士l07，夹具上相应的角度公差标为±10′～±37′(相应边长为10～400mm，边长短时取大值)。

2．夹具上其它重要尺寸的公差与配合这类尺寸的公差与配合的标注对工件的加工精度有间接影响。

在确定配合性质时，应考虑减小其影响，其公差等级可参照“夹具手册”或《机械设计手册》标注。

工件在夹具上加工厂的精度分析影响加工精度的因素用夹具装夹工件进行机械加工时,其工艺系统中用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。

与夹具有关的因素如图中所示，有定位误差△D对刀误△T、夹具在机床上的安装误差△A和夹具误差△DJ。

在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差△G。

上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差∑△。

以钢套钻Φ5mm孔的钻模为例计算。

1、定位误差△D加工尺寸20±0.1mm 的定位误差，△D=0。

对称度0.1mm 误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。

工件定位孔的尺寸为Φ20H7(021.0020+∅mm)，定位心轴的尺寸Φ20f6(020.0033.020--∅mm))033.0021.0(max +==∆X D mm=0.54mm2、对刀误差盘T ∆因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。

如图中钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。

由于钢套壁厚较薄，可只计算钻头位移引起的误差。

钻套导向孔尺寸为声5F7(022.0010.05++φmm)，钻头尺寸为声5h9(003.05-φmm)。

尺寸201.0±mm 及对称度0.1mm 的对刀误差均为钻头与导向孔的最大间隙)03.0022.0(max +==∆X T mm=0.052mm3、夹具的安装误差∆A因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。

图中夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差,0=∆A 。

图中车床夹具的安装基面71H D 与车床过渡盘配合的最大间隙为安装误差,A ∆， 或者把找正孔相对车床主轴的同轴度2t δ作为安装误差。

4、夹具误差J ∆因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。

如图所示，夹具误差J ∆主要由以下几项组成。

1）定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差1J ∆；2）定位元件相对于对刀或导向元件(包含导向元件之间)的尺寸或位置 误差2J ∆；3）导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差3J ∆；工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素。

若有分度装置时，还存在分度误差F ∆。

以上几项共同组成夹具误差J ∆。

影响尺寸1.020±mm 的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸公差2J ∆=0.06mm ，及导向孔对安装基面B 的垂直度3J ∆=0.03mm 。

影响对称度0.1mm 的夹具误差为导向孔对定位心轴的对称度2J ∆=0.03mm(导向孔对安装基面B 的垂直度误差3J ∆=0.03mm 与2J ∆在公差上兼容，只需计算其中较大的一项即可)。

5．加工方法误差G ∆因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。

因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差K δ的31。

计算时可设 3KG δ=∆ 保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差∑△为上述各项误差之和。

由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。

因此保证工件加工精度的条件是 KG J A T D δ≤∆+∆+∆+∆+∆=∑∆22222即工件的总加工误差∑△应不大于工件的加工尺寸公差K δ。

为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量C J 。

因此将上式改写为CK J -≤∑∆δ 或0≥∑∆-=K CJ δ当0≥C J 时，夹具能满足工件的加工要求。

C J 值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值J δ确定得是否合理。

3、在钢套上钻5φmm 孔的加工精度计算钻模上钻钢套的5φmm 孔时，加工精度的计算列于下表中。

由表可知，该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。

表用钻模在钢套上钻5φmm 孔的加工精度计算误差计算加工要求 误差名称1.020±mm对称度为0.1mmD ∆ 0 0.054mm T∆0.052mm0.052mmA ∆J ∆ )03.006.0(32+=∆+∆J J mm03.02=∆J mmG∆ (0.2／3)mm=0.067mm(0.1／3)mm=0.033mm∑∆2222067.003.006.0052.0+++mm =0.108mm2222033.003.0052.0054.0+++mm=0.087mmC J)108.02.0(-mm 092.0=mm>0 )087.01.0(-mm=0.013mm>0设计心得夹具设计过去了，学到了很多知识。

通过这次设计，使我对夹具有了更进一步的了解。