专用机床夹具设计的全过程
第4章 机床夹具设计(3)
∴
d0 tg ( 1 ) r tg 2 2 W—螺杆对工件的夹紧力；
W
d0 QL Wtg ( 1 ) Wtg 2 r 0 2 QL
—斜楔升角（°）；
Q —加在螺杆上的原始作用力（N）；
2 —螺杆端部与工件间的摩擦角（°）；
39
4.2
夹紧装置的设计
15
4.2
夹紧装置的设计
(2)设计特殊形状的夹爪、压脚等分散作用夹紧力，增大工件受 力面积。 图5-31：
16
4.2
夹紧装置的设计
3．夹紧力的作用点应尽量靠近工件，减小加工中的振动， 特别是对低刚度工件。
不能满足上述要求时，可以增设辅助支承，以提高定位稳 定性、承受夹紧力和切削力等。如图所示：
夹紧装置的设计 W=KW０
K—安全系数，与加工性质（粗、精加工）、切削特 点（连续、断续切削）、夹紧力来源（手动、机动夹紧）、 刀具情况有关：
一般取K＝1.5～3。粗加工时 K＝2.5～3；精加工时 K＝1.5～2.5。 各种典型切削方式所需夹紧力的静平衡方程式可参考 《机床夹具手册》。 夹紧力需准确的场合——类比法确定夹紧力或通过试 验确定夹紧力。
20
4.2 1．计算切削力
夹紧装置的设计
2．求出理论夹紧力W０
根据加工过程中，工件受到切削力F（按对夹紧最不 利的加工条件确定）、夹紧力W０、大型工件的重力、高 速运动的工件的惯性力、高速旋转的工件的离心力、支承 反力及摩擦力的作用处于静力平衡状态 → 求出理论夹紧 力W０。
21
4.2 3．求出实际夹紧力W
4
4.2
夹紧装置的设计
图示为采用液压夹紧的铣床夹具：
5
4.2
机床夹具设计步骤和实例
机床夹具设计步骤和实例机床夹具是用于在机床上夹持工件或刀具的装置，用于保持工件的位置稳定，使其能够被加工。
机床夹具设计的步骤主要包括需求分析、夹具类型选择、夹具基础结构设计、夹具强度计算、夹具定位系统设计、夹具操作系统设计、夹具零件设计和夹具组装等。
以下为机床夹具设计步骤和一个实例：步骤1：需求分析首先，需要了解加工工件的要求和工艺流程。
通过与工艺人员或工程师的交流，了解工件的形状、材料、尺寸等特性，以及工件的精度要求、加工工艺和工时要求等。
根据需求分析，明确夹具的基本功能、定位方式和操作方式。
步骤2：夹具类型选择根据加工工件的特性和加工工艺的要求，通过参考手册或专业书籍选择合适的夹具类型。
常见的夹具类型包括平板夹具、顶升夹具、转角夹具、滑块夹具、气垫夹具等。
根据不同的工件形状和加工要求，选择适合的夹具类型。
步骤3：夹具基础结构设计根据工件的形状和夹持要求，设计夹具的基础结构。
夹具的基础结构通常由夹紧装置、支撑装置和定位装置组成。
夹紧装置主要用于夹持工件，支撑装置用于保持工件的平衡和稳定，定位装置用于确保工件的位置准确。
步骤4：夹具强度计算根据夹具类型和加工工件的特性，计算夹具的强度。
夹具的强度计算包括静态强度和动态强度两个方面。
静态强度主要考虑夹具在夹持工件时的受力情况，包括切削力、惯性力等；动态强度主要考虑夹具在工件加工过程中的振动和冲击力，保证夹具结构能够承受夹持工件时的各种力。
步骤5：夹具定位系统设计根据工件的定位要求，设计夹具的定位系统。
夹具的定位系统应能够满足工件的精度要求，并确保工件的位置准确。
定位系统常采用定位销、定位块等形式，根据工件的形状和加工特点选择合适的定位方式。
步骤6：夹具操作系统设计根据夹具的使用要求，设计夹具的操作系统。
夹具的操作系统主要包括夹紧装置的控制方式和操作机构的设计。
根据夹紧力的大小和控制精度的要求，选择合适的液压夹紧系统或气动夹紧系统。
步骤7：夹具零件设计根据夹具的基础结构、定位系统和操作系统的设计要求，设计夹具的各个零件。
设计夹具的工艺流程
设计夹具的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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在开始设计夹具之前，必须进行全面的需求分析。
第二章机床夹具设计 共235页PPT文档
（五）工件定位时的几种情况
1、完全定位
工件在夹具中相对于刀具的六个自由度全部被限制的 定位方法称为完全定位。
举例：连杆工件在由定位支承板、短銷和挡銷组成的夹具中定
位，试对此定位方案进行定位分析。（如下图所示）
Z
短销
挡销
Y
支承板
Y
X
61
解：写出各定位元件所限制的自由度：
支承板限制工件三个自由度：
Y X
Y X
工件以平面定位
Y Y
36
对粗基准：使用三个支承銷（三点构成一个平面）作为定
位元件，限制工件三个自由度
对精基准：可用一支承板代替三个支承銷定位，同样限制
工件的三个自由度
工件
工件
图:支承钉、支
承板及其用法
支承板
用于粗基准 用于精基准
37
2、工件以圆孔定位 工件以圆孔定位多属于定心定位（定位基准 为圆柱孔轴线）。常用定位元件是定位销和心轴。 定位销有圆柱销、圆锥销、菱形销等形式；心轴 有刚性心轴（又有过盈配合、间隙配合和小锥度 心轴等）、弹性心轴之分。
8
三爪卡盘
四爪卡盘
万向平口钳
回转工作台
分度头
通用夹具
9
组合夹具实例
10
11
KH1 KH2 KH3 KH4
L φD
L φD
3
3
4 L
φD
4 L
φD
3
3
4 L φD
4 L φD
3
3
成组（部分元件可更 换）夹具
4
4
零件工序简图
12
2．按机床分类
1）车床夹具 2）铣床夹具 3）钻床夹具 4）磨床夹具 5）数控机床夹具
第2章 机床夹具设计4
对刀误差： 对刀误差：刀具相对夹具上定位面的准确位置产 生的变动， 生的变动，在工序尺寸方向上位置的最大变动量 影响因素： 影响因素：⑴夹具定位面到对刀表面的位置误差 ⑵工人用塞尺调整刀具位置存在误差
（三）各类铣床夹具
按进给方式分三类：直线进给式，圆周进给式， 按进给方式分三类：直线进给式，圆周进给式， 靠模铣床夹具。 靠模铣床夹具。 1.直线式进给式铣床夹具 1.直线式进给式铣床夹具
图2-91 料仓式铣床夹具
2.圆周进给式铣床夹具 2.圆周进给式铣床夹具
图2-93
圆周进给铣削原理示意图
3.靠模铣床夹具 3.靠模铣床夹具
图2-94 靠模铣床夹具
三、钻床夹具
在钻床上用于工件定位并夹紧的工艺装置称钻床 在钻床上用于工件定位并夹紧的工艺装置称钻床 工件定位并夹紧的工艺装置 夹具， 夹具，又钻模 （一）钻套 作用：用于确定和 作用： 引导钻头 扩孔钻、 钻头、 引导钻头、扩孔钻、 铰刀，增加刚性。 铰刀，增加刚性。
3.钻套材料 3.钻套材料
D≤10 CrMn钢 58～62HRC ； D=10～21时 T12 CrMn钢 58～ =10～21时
60～ 21时 20钢渗碳淬火 60～ 钢渗碳淬火， 60～62HRC ；D＞21时，20钢渗碳淬火，60～ 64HRC。 64HRC。 （二）对刀引导误差 刀具相对于定位 表面位置在工序 尺寸方向上的最 大变动量， 大变动量，用
⑶完成标题拦、明细表 完成标题拦、 ⑷绘制专用零件图 二、夹具设计举例 分析联杆钻孔工序图 1.定位方案 1.定位方案 工件应限制五个自由度。 工件应限制五个自由度。C 孔轴线为第一定位基准， 孔轴线为第一定位基准， 端面为第二定位基准， 端面为第二定位基准，B为 第三定位基准。 第三定位基准。
机床夹具设计方法及步骤
第四章 机床夹具的设计方法及步骤
§4-2 机床夹具设计实例
三、绘制夹具总图
1.应标注的尺寸及配合
⑴最大轮廓尺寸 ⑵定位元件尺寸 ⑶对刀元件与定位元件定 位面之间的位置尺寸
第29次课
教学课型：理论课
机床夹具设计
第四章 机床夹具的设计方法及步骤
§4-2 机床夹具设计实例
三、绘制夹具总图
1.应标注的尺寸及配合
机床夹具设计
一、研究原始资料、分析设计任务 夹具的设计任务由工艺人员提出，夹具设计人 为保证设计质量，设计前应搜集和研究下列资
员应根据设计任务书进行结构设计。
料：
生产纲领
机床夹具设计
生产纲领决定了批量： 大量生产时，宜采用气动或其它机动夹具，以提高 生产率和自动化程度，但结构较复杂； 小批生产时，宜采用结构简单、成本低的手动夹具， 以尽快投产。
机床夹具设计
四、确定并标注有关尺寸、配合和技术条件 1.应标注的尺寸与配合
尺寸公差的确定有两种情况： 定位元件之间，对刀、导引元件之间的尺寸公差，直 接对工件上相应的尺寸产生影响，故一般取相应尺寸公 差的1/3~1/5；
其它尺寸按一般极限与配合原则确定。
机床夹具设计
2.应标注的技术条件(位置要求)
教学课型：理论课
机床夹具设计
第四章 机床夹具的设计方法及步骤
§4-2 机床夹具设计实例
四、确定夹具的主要尺寸、配合及技术条件
1.应标注的尺寸及配合
⑴最大轮廓尺寸
据实际尺寸确定。
第29次课
教学课型：理论课
机床夹具设计
第四章 机床夹具的设计方法及步骤
§4-2 机床夹具设计实例
四、确定夹具的主要尺寸、配合及技术条件 1.应标注的尺寸及配合
《机床夹具设计》课件(6)
2024/8/25
夹具设计教学课件
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2）钻套的尺寸、公差及材料
A、钻套导向孔的基本尺寸一般取刀具的最大极限尺寸， 采用基轴制间隙配合。
B、钻套的导向高度H＝1～2.5d（其中，d为钻套孔径）。 加工精度高或被加工孔径小时取较大值，反之取较小值。
C、排屑空间h越大，排屑越方便，但刀具的刚度和孔的加 工精度都会降低，一般根据工件的材料和精度来确定。
2024/8/25
夹具设计教学课件
62
2、铣床夹具的设计要点
（1）定位元件和夹紧装置的设计要点
定位元件：除遵循一般的设计原则外，布置时应尽量 使主要支承面积大些。工件加工部位呈悬臂状态时， 应采用辅助支承。
夹紧装置：应保证足够的夹紧力，并具有良好的自锁性 能，以防止夹紧机构因振动而松夹。施力的方向和作用 点要恰当，并尽量靠近加工表面，必要时设置辅助夹紧 机构，以提高夹紧刚度。
2024/8/25
夹具设计教学课件
38
固定式镗套
2024/8/25
夹具设计教学课件
39
2） 回转式镗套
镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间 只有相对移动而无相对转动。这种镗套 大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而 “卡死”。因此，它适合于高速镗孔。
2024/8/25
夹具设计教学课件
40
回转式镗套
2024/8/25
2024/8/25
夹具设计教学课件
46
（2）镗杆直径和轴向尺寸
镗杆直径d及长度L主要是根据所镗孔的直径D 及刀具截面尺寸B×B来确定。镗杆直径d应尽 可能大，其双导引部分的L/d≤10为宜；而悬伸 部分的L/d≤4～5，以使其有足够的刚度来保证 加工精度。
2024/8/25
机床夹具的设计步骤
机床夹具的设计步骤一、夹具的设计步骤1．设计准备工作——研究原始资料，明确设计要求和生产条件（1）生产纲领（生产类型）——了解生产批量和对夹具的需用情况；（2）零件图及工序图——了解工件情况、工序要求和加工状态；（3）零件的工艺规程——了解所用机床、刀具等的情况；（4）夹具制造能力——了解夹具制造车间的生产条件和技术现状（5）典型夹具结构及标准——同类型产品的夹具结构、有关夹具标准。
2．确定夹具的结构方案（总体方案）主要包括：（1）确定工件的定位方案，设计定位装置。
根据六点定位原理，确定工件的定位方式，选择和设计定位元件，计算定位误差。
（2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。
确定夹紧力、夹紧机构及动力装置。
（3）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。
对刀块或钻套、镗套等的设计。
（4）确定其它元件或装置的结构形式。
定位键、分度装置、连接元件等。
（5）协调各装置、元件的布局，确定夹具在机床上的安装方式以及夹具体的结构型式。
3．绘制夹具装配图按照国家制图标准绘制，应清楚表达出夹具的结构及各装置、元件之间的位置关系。
主视图应取操作者实际工作时的位置。
具体方法和步骤如下：（1）在装配图上，工件看作透明体，用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。
（2）依次绘出定位元件或装置、夹紧元件或装置、对刀或导向元件、其它元件、夹具体及连接元件。
（3）标注必要的尺寸、公差和技术要求。
（4）编制夹具明细表及标题栏。
图5-69 实例4．绘制夹具零件图。
画出夹具中非标零件图，并按夹具装配图的要求确定零件的尺寸、公差及技术要求。
——尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度等标注要完整、正确。
二、夹具精度校核使用专用夹具加工工件时，影响加工精度的误差因素主要有三个方面：①工件在夹具中的安装误差，包括定位误差、夹紧误差（工件及夹具的夹紧变形）、夹具制造误差、导向误差等；②对定误差，即夹具在机床上的安装误差；③加工过程误差，与切削过程有关的误差。
夹具设计步骤【详解】
以下为工装夹具设计的一般步骤，一起来看看吧。
1、分析构件设计图纸，确定构件的装配方案。
2、在进行分析的基础上，提出夹具设计任务是。
设计任务书一般应包括工件图号、工件简图、夹具功能和用途、工件生产批量、对夹具的精度要求以及对夹具的结构形式提出参考性建议等。
3、设计人员根据任务书的要求，构思夹具的结构方案，并绘制草图，这是设计人员的重要步骤，包括以下几个任务。
①选择夹具的设计基准。
②设计各零件的定位方式及夹紧方法。
③夹具主体设计。
④完成设计草图。
4、绘制夹具工作总图。
绘制总图时应注意以下几点。
①主视图应尽量选择操作者正面相对的位置。
②应标注出装配尺寸、配合尺寸、外形尺寸还有安装尺寸。
③编写技术条件，包括制造、装配要求，调整、检验方法，夹具的使用方法及注意事项。
⑤审核。
由技术主管领导审核批准。
⑥绘制零件工作图。
⑦编写设计说明书。
说明书一般包括以下几个方面。
a、目录b、夹具设计任务书c、产品要求分析d、夹具设计技术条件e、夹具设计基准的确定f、夹具设计方案分析g、夹具技术经济分析h、夹具使用说明书夹具设计的要求方法和步骤：一、夹具设计的要求夹具设计时，应满足以下主要要求：1.夹具应满足零件加工工序的精度要求。
特别对于精加玉工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。
2.夹具应达到加工生产率的要求。
特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。
3.夹具的操作要方便、安全。
按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。
4.能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。
夹具元件的材料选择将直接影响夹具的使用寿命。
因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。
夹具的低成本设计，目前在世界各国都已相当重视。
为此，夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。
在大批量生产中，宜采用如气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。
5.要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。
机床夹具设计步骤
主要特点是：结构简单轻巧，清除切屑方便，但每次须从工 件上装拆、比较费时。
对于体积大而笨重的工件，采用盖板式钻模尤为适宜。
五、滑柱式钻模
滑柱式钻模是一种标准化、规格化的通用钻模。钻模体可以 通用于较大范围的不同工件。设计时，只需根据不同的加工 对象设计相应的定位、夹紧元件。因此，可以简化设计工作。 另外，这种钻模不需另行设计专门的夹紧装置，夹紧工件方 便、迅速。
钻床夹具设计要点
3、当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工 件和夹具的总重量超过150N，宜采用固定式钻模在 摇臂钻床上加工。 4、对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工 件，宜优先采用滑柱式钻模，以缩短夹具的设计周 期。如孔的垂直度公差小于0.1mm，孔距位置公差 小于±0.15mm时，如不采取特殊措施，一般不宜 采用这类钻模。
钻模的结构形式很多，按工件的结构形状、大小
和钻模的结构特点，钻模可分为以下几种：
一、固定式钻模
这类钻模在使用过程 中是被固定在机床工 作台上，因此这种钻 模的夹具体上，设有 专供夹压用的凸缘或 凸边。 一般用在立式钻床上 加工单孔或摇臂钻床 上加工轴线相互平行 的孔系。
二、翻转式钻模
这类钻模的特点就是整个工件和夹具可以一起翻转，可以 用来加工同方向的平行孔系，也可以用来加工不同方向的孔。
可换钻套用于大批量生产中， 由于钻套外圆与衬套内孔采用间 隙配合的关系，其加工精度不如 固定式钻套。
3、快换钻套
快换钻套更换迅速，只要将钻套逆时针转动一下，即 可从钻模板中取出。他与衬套的配合采用F7/m6或 F7/k6的间隙配合。
适用于在一个工序中使用 几种刀具（如钻、扩、铰） 依次连续加工的情况。