工装夹具设计原理

1、工装夹具设计原理第一页，共16页。一：什么是工装夹具工装即工艺装备： 指制造过程中所用的各种工具的总称.包括刀具/ 夹具/模具/检具/工位器具等.工装为其通用简称.工装分为专用工装/通用工装工装。 一般来说，工装都是某种产品专属的东西。比如说冲压车间内部，模具属于工装（模具只能生产对应的冲压件），液压机、冲床属于设备（液压机、冲床可以填装不同模具生产）；焊装的焊接夹具属于工装（焊接夹具只能特定使用于某种焊接总成），焊钳、焊机属于设备（焊钳、焊机只要适合，就都能用得上）。 注意不要把“工装”和“设备”混淆了！ 夹具：顾名思义,用以装夹工件(或引导刀具)的装置。属于工装的一种，不仅仅是焊装用，在机

2、加工方面也有用，许多时候，需要装配几个部件并保证其定位准确的时候就需要。模具：用以限定生产对象的形状和尺寸的装置.刀具：机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料,所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。 工位器具：用以在工作地或仓库中存放产品或工具的各种装置.检具：生产中检验所用的器具工装夹具：简单的说，就是用于工件装夹的工具。用于在机械加工中对工件进行夹持或定位,以达到一定工艺要求的特制的装备或工具. 设计工装夹具要紧扣产品，因为工装夹具是专门为某些产品特定的，要保证生产时无时无干涉现象、定位准确、操作工操作便捷等 第二页，共16页。二：工装夹具在机械加工中的作用 1保证工件的加工精度

3、，稳定产品质量 a.比划线找正所达到的加工精度稳定、可靠、废品；(不受划线质量限制) b.有利装配，工效，使用性能，寿命；2提高生产率，降低成本 a.增大切削用量； b.压缩辅助时间。（省去划线，找正，试切等工作了）气、液装置，大为突出。快速，联动。3改善工人劳动条件； a.方便 b省力 c .安全4扩大设备工艺范围、改变机床用途 可根据公司的生产情况,安排空置的设备加工. 由车床加工改为钻床加工,第三页，共16页。三、工装夹具的组成： 工装夹具种类很多，但功用是共同的。工作原理基本相同。为了保证定位夹紧，顺利进行，各类夹具中各部分元件，机构都以担负一定的作用。这些元件既是独立的，也是互相联系

4、的。 1定位元件： 作用：确定工件在工装中位置的元件。象V型块，台阶销，定位销等 2夹紧装置： 作用：将工件压紧固定，克服加工中所受的外力，保证工件受外力后不位移，降低振动。例：螺母，螺栓旋紧，液压夹紧。注：若在起定位作用的同时，又能起工件夹紧的作用的机构称为定心夹紧机构。 3确定夹具对设备相互位置的元件： 作用：与设备安装面（工作面，主轴锥孔）连接。例：定向键。 4确定夹具，刀具间位置的元件： a.导向元件：确定刀具位置引导刀具加工，钻套等。 b.对刀元件：确定刀具在加工前的正确位置，对刀块 5其它装置或元件： a.分度装置：为使工作在一次安装中多次转位而加工不同位置上的表面而设。 b.顶出

5、器：为便于卸下工件而设置的顶出器。 6夹具体：使夹具成为一整体，上面安装定位装置，夹紧机构及其它元件。注：夹具基本组成部分：定位装置，夹紧机构，夹具体等。第四页，共16页。四：工装夹具设计的基本要求 1：工装夹具应具备足够的强度和刚度 工装夹具的零部件应有足够的强度和刚度，特别是对于加工精度要求较高，力较大时更应注意。若强度和刚度不够，工装夹具在使用中会产生较大的变形或损坏，从而影响产品的加工精度。2：夹紧的可靠性 产品夹紧必须可靠稳定，但夹紧力不可过大。以免产品或工装产生过大变形。为防止变形，可采用多点夹紧或宽爪夹紧，以降低单位面积的夹紧力，或在产品刚性薄弱的部位，增加适当的辅助到承。 在选

6、择夹紧方式时，应注意以下几点： 夹紧力应通过或靠近主要支承点，或支承点所组成的平面内。 夹紧力应靠近受力部位，并在产品刚性较好的部位。 夹紧力应垂直主要定位基准，以免因夹紧而损坏产品原有的定位状态。第五页，共16页。3：定位精度 产品在工装中的定位精度，主要与定位基准是否与（产品）工序基准重合；定位基准的形式与精度；定位元件的形式与精度；定位元件的布置；定位元件的与定位基准的配合状况等有关。这些因素所造成的误差，可通过数学计算求得。 在采取提高定位精度的措施时，要注意到工装制造上的可能性，在总的定位精度满足加工条件下，不要过高的提高产品在工装中定位精度。 一个自由的物体，它对于三个互相的座标面

7、来说，有六种活动的可能性。三种移动，三种转动（我们规定正，反方向的移动，转动只各算一处活动）。如果说自由物体在空间有任意不同的位置，那就是这六种活动综合结果。习惯上把这种活动的可能性称为自由度。要使物体在某一方向有确定的位置，就须限制某个方向的自由度。当物体的六个自由度均被限制，那么物体在空间的位置也就完全确定了。 在工装夹具中，工件定位基面与定位元件接触，就能限制自由度。两者脱离，就表示定位元件（支承点）失去了限制工件自由度的作用，即也失去定位作用。第六页，共16页。（1）完全定位： 六个支承点限制了工件的全部自由度称完全定位。适用：当工件在X，Y，Z三个坐标方向都有尺寸，或位置要求时。（2

8、）不完全定位，欠定位。 A：不完全定位：在加工中有些零件，根据加工要求 ，并不是要限制全部自由度。例：轴上铣一个单键槽 Y可不限制。 这种在满足加工要求的前提下，釆用少于六点的定位，称不完全定位，也是允许的，但必须限制的自由度一定要限制，一个也不能少。 B：欠定位：工件实际定位所限制的自由度数目，少于按其加工要求所必须限制的自由度数目。 注：欠定位的结果，将导致产生应予限制的自由度，而未予限制的不合理现象，所以是无法保证工序所规定的加工要求，欠定位是不允许存在的，在定位方案确定时要避免这种原则性的错误。 例 轴上铣双键，要求对称，若不用防转销，就无法保证。第七页，共16页。（3）过定位 工装中

9、，当两个或两个以上定位元件限制同一自由度时，将产生过度定位，当定位基准制造误差较大，产品误差较大时，过定位产生的不良后果： A：工件定位发生干涉，不稳定；降低加工精度。 B：工件夹紧后，工件或定位元件产生变形。 C：严重时无法安装工件。 当工装中出现过度定位时，可通过撤消多余定位元件或做成浮动定位来解决。（4）定位误差 为了保证加工精度的要求，我们加工时应满足如下关系式： E定WT W-除定位误差以外，其他因素所引起的误差总和 。 E定- 定位误差的总和； T-工件被加工尺寸的公差。定位误差-是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差，即工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 第八页，

10、共16页。定位误差的组成及产生原因有以下两个方面： A: 定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序相对定位基准在加工尺寸方向上最大变动量以 E不 表示。B: 定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以 E基表示。 故有: E定 E不 E基4：结构的合理性 工装夹具结构既要可靠，以要适应生产工艺，这样才能符合简单、好用、安全的原则。大批生产与试制所用的工装，在结构上有所区别。 在大批生产中，既要解决产品的加工质量问题，又要解决产品的产量问题。因此，在设计时应采用高效、省力的结构，（如气动、液压

11、、电动等）来实现压紧动作，减轻劳动强度，使加工时间与辅助时间重合，提高生产效率。 在试制产品时，主要是为了保证产品的加工质量，不考虑生产效率。所以力求简单、实用，以满足生产工艺要求为主。第九页，共16页。5：良好的工艺性 （1）对工装夹具良好工艺性的基本要求 A:整体夹具结构的组成，应尽量采用各种标准件和通用件，制造专用件的比例应尽量少，减少制造劳动量和降低费用。 B:各种专用零件和部件结构形状应容易制造和测量，装配和调试方便。 C:便于夹具的维护和修理。 （2）合理选择工装基准 工装基准应该是夹具上一个独立的基准表面或线，其它元件的位置只对此表面或线进行调整和修配。工装基准一经加工完毕，其位

12、置和尺寸就不应再变动。因此，那些在工装装配过程中自身的位置和尺寸尚须调整或修配的表面或线不能作为装配基准。所以选择工装基准应考虑： A:工装基准与工序基准重合，降低因基准不符产生误差； B:尽量用精基准作为定位基准，以保证足够精度；（若用表面，只用一次） C: 使工件安装稳定，变形小。 D: 基准统一，降低设计制造夹具费用； E: 定位方便，夹紧可靠，便于操作。第十页，共16页。（3）结构的可调性 经常采用的是依靠螺栓紧固、销钉定位的方式，调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便地修磨。还可采用在元件与部件之间设置调整垫圈、调整垫片或调整套等来控制装配尺寸，补偿其它元件的误差，提高夹具精度。

13、（4）维修工艺性 进行夹具设计时，应考虑到维修方便的问题。 特别是易损件的更换.（5）制造工装夹具的材料 6：操作的灵活性 、安全性 工装应保证操作方便、使用安全。产品取放容易，夹紧稳定可靠；旋转部分应注意平衡和防护装置；对于排屑和冷却液的流向确定都应注意。第十一页，共16页。五： 工装夹具设计的基本方法与步骤 工装设计是工艺人员工作的一个极其重要组成部分，是保证产品质量和提高主产效率的一项重要技术措施。在设计过程中，应深入生产实际进行产品及流程的研究，并吸取前人的经验及先进技术，制定出合理的设计方案。 1：设计前的准备 工装夹具设计的原始资料包括以下内容： （1）工装夹具设计任务单； 在设计

14、任务单中，不仅提出定位、夹紧、生产率等一般设计要求，而且对设计中的一些特殊问题也作了说明。（2）工件图纸及技术条件； 详细阅读产品图纸，了解产品被加工表面的技术要求，产品在整机中位置和作用，以及装配中的特殊要求。 （3）工件的装配工艺规程； 了解产品的工艺过程及本工序的加工内容，产品已加工面及待加工面的状况，基准面的选择情况，可用加工设备的主要参数，产品与工装、工装与设备连接部分的尺寸。（工艺过程控制有时与产品图纸不一样。象氩弧焊点焊工装） （4）工装夹具的标准化和规格化资料，包括国家标准、工厂标准和规格化结构图册等。第十二页，共16页。2：设计的步骤 （1）确定夹具结构方案 设计上以简单、好

15、用和安全为原则，体现在工装结构上也体现在产品加工上。设计构思考虑最多的，往往不是机械本身，而是产品或制造过程方面，谁都知道工装简单，可是要构思出一套好的工装，还是要费不少头脑的，涉及的东西很多。我自认为精髓的，归纳为一句话：定位准，限位稳，取放易，加工少，结构巧。别看就这几个字，可综合了成本、人机、机构等相关内容了的，每个人可能掌握和应用的层次不一样，但绝对在应用着。而具体到实际设计中，用的东西就更多了，凸轮、连杆、弹簧、气缸、马达、轴承等等。需要考虑的也很多，刀具是否有较强互换性，机架是否能撑得住，定位槽的间隙留得是否合适，万一卡料了怎么处理.综上，其实，这一步可以说是最费头脑的，也就是通常

16、所说的，有实质意义的设计。 要构思出一套好的工装要做好以下几点：了解产品熟悉工序加工内容了解公司的加工能力思路广、多借鉴经验善于总结归纳第十三页，共16页。（2）绘制工装总装配图 在绘制总装图时，主视图尺可能选取面对操作者的工作位置。并先用双点划线画出产品的轮廓各主要表面，（如定位面、夹紧表面、待加工面等）产品在工装上可看作一个假想的透明体，按定位元件、导向元件、传动压紧装置等顺序，画出具体结构，最后画夹具体。 在总装图上要标注各部件的主要尺寸、公差配合和技术要求；并编制零件编号和零件明细表。（3）绘制工装夹具零件图 （4）必要时，还需要编写装配工装夹具使用说明书，包括夹具的性能、使用注意事项

17、等内容。 （5）改进提高 再接下来，等工装加工完就装上产品试试，有问题赶紧趁早改好，免得到时来不及，然后就是做样品阶段了，可能会很顺畅也可能有麻烦，要费点心思琢磨下，最好不要事不关己高高挂起，把问题解决把样品送出去，设计基本完成了70%，（至少说明没有致命错误：）还有20%则要留待正式生产时才能发现和解决。也只有经过量产确认OK的工装才是成功的，设计到此也就基本结束。那么还有10%呢，请注意，绝对不会有完美的工装，这10%留给产线去改善，直到产品结束了，设计宣告彻底完成。-注意哦，以上是一个成功的设计过程，如果是失败的呢？其过程有时是让很多人痛苦的，越往后惹上的人越倒霉痛苦，甚至客户：）说到这，大家也许可