第11章-夹具设计

第十一章夹具设计本章的重点是分析讨论夹具的结构方案的确定和设计、夹具的误差、精度分析、夹具总图上尺寸、公差与配合和技术条件的标注。一、夹具设计的基本要求

夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、工人的劳动强度、生产率和加工成本。因此对设计的夹具，提出以下几点基本要求：（1）能稳定可靠地保证工件的加工技术要求。若工件达不到加工技术要求，成为废品，则夹具设计是失败的，该夹具不能用于生产；（2）操作简单，便于工件安装（即定位和夹紧），以减轻工人的劳动强度，节省工件安装时间，降低辅助工时，保证高的生产效率；（3）具有良好的工艺性，以便于制造，降低夹具制造成本，从而降低分摊在工件上的加工成本。第一节夹具设计步骤和基本要求

为保证上述基本要求，夹具的生产过程应按下面框图所表示程序进行：夹具生产任务书夹具的结构设计使用、制造部门会签夹具制造夹具验收生产使用二、夹具的设计步骤

当接到夹具设计任务书后，按下面六个步骤，逐步设计：1．明确设计任务，收集研究设计的原始资料。2．确定夹具结构方案，绘制结构草图。3．绘制夹具总图。绘制夹具总图时，注意以下几点：（1）绘制夹具总图，尽量按1：1绘制，以保证直观性；（2）主视图尽量符合操作者的正面位置；（3）工件轮廊用双点画线绘制，并视为假想透明体，不影响其它元件的绘制；（4）绘图顺序为：工件→定位元件→引导元件→夹紧装置→其它装置→夹具体。4．标注总图上的尺寸、公差与配合和技术条件，夹具总图结构绘制完成后，需标注五类尺寸和四类技术条件（后面详述）。5．编写零件明细表，明细表应包括：零件序号、名称、代号（指标准件代号或通用件代号）、数量、材料、热处理、重量。6．绘制总图中非标准件的零件图。三、夹具总图上尺寸、公差与配合和技术条件的标注

（一）夹具总图上应标注的五类尺寸：1．夹具外形轮廓尺寸；2．工件与定位元件间的联系尺寸；3．夹具与刀具的联系尺寸；4．夹具与机床的联接部分尺寸；5．夹具内部的配合尺寸。（二）夹具总图上应标注的四类技术条件1．定位元件之间的相互位置要求；2．定位元件与连接元件或夹具体底面的相互位置要求；3．引导元件与连接元件或夹具体底面的位置要求；4．引导元件与定位元件之间的相互位置要求。

（三）五类尺寸、四类技术条件的分类五类尺寸、四类技术条件根据是否与本工序加工要求相关而分为两类，其精度值大小和取法不同。

（四）夹具调刀尺寸的标注当夹具设计完成，按要求标注尺寸后，对有些夹具如铣夹具，往往还要标注调刀尺寸，即刀具相对调刀基准的尺寸，它与工件加工尺寸直接相关，也是夹具总图上关键尺寸要求。夹具总体设计中最后完成的主要元件是夹具体。夹具体是夹具的基础件。组成夹具的各种元件、机构、装置都要安装在夹具体上。在加工过程中，它还要承受切削力、夹紧、惯性力及由此而产生的振动和冲击。所以，夹具体是夹具中一个设计、制造劳动量大、耗费材料多，加工要求高的零部件。在夹具成本中所占比重较大，制造周期也长，设计时，应给以足够的重视。第二节夹具体设计一、夹具体的毛坯结构

实际生产中所用夹具体常用的有三种结构：1．铸造结构：见图11-6a，具体的优点是：（1）可铸出复杂的结构形状；（2）铸件抗压强度大、抗振性好，特别适用于加工时振动大、切削负荷大的场合；（3）铸件易于加工，价格低廉，成本低。但铸件生产周期长，因存在铸造内应力，易引起变形，影响夹具精度的保持性，因此，夹具体必须进行时效处理。2．焊接结构：见图11-6b，其优点是：（1）容易制造，周期短；（2）采用钢板、型材，如结构合理，布置得当，可减轻重量。但焊接结构夹具体在焊接过程中的热变形和残余应力对夹具精度会有不利影响，因此，焊完后要进行退火处理；另外，为提高刚性需加加强筋。图11-6夹具体的三种结构3．装配结构见图11-6c，装配夹具体是选用夹具专用标准毛坯件或标准零件，根据使用要求组装而成，可得到精确的外形和空间位置尺寸。标准毛坯和标准零件可组织专业化生产，这样不但可以大大缩短夹具体的生产周期，还可降低生产成本。要使装配夹具体在生产中得到广泛使用，必须实行夹具零部件的标准化、系列化。图11-7组成夹具的标准零件二、对夹具体的基本要求1．有一定的形状和尺寸：夹具的外形，取决于安装在夹具上的各种元件、机构、装置的形状及它们之间的布置位置。2．有足够的强度和刚度：目的是减小在加工过程中因受到切削力、夹紧力等而发生变形或振动。当刚度不够时，可增设加强筋或用框形结构。若用加强筋，其壁厚取0.7～0.9倍壁厚，高度不大于壁厚5倍。3．有良好的结构工艺性：以便于制造、装配，并减少加工工时。如夹具体上大平面上要局部加工，可铸出3-5mm凸台；各加工表面，最好在同一平面内或在同一回转表面上，以便于加工；尽量减少加工表面面积。另外，对于切削量大的工件所使用夹具，要注意应能方便排屑，清理切屑，以免影响安装精度；对于大而重的夹具体，要考虑起吊装置，加吊环螺钉或起重螺拴。加工工件如图11-12所示壳体零件。现设计加工φ145mm大孔所使用的车床夹具。图11-12壳体第三节车床夹具设计示例

一、明确设计任务，收集原始资料

1．熟悉工件零件图，加工工艺、本工序加工要求：该零件为铸钢壳体件；材料ZG45，中批量生产；工件加工工艺。①铸造；②清理；③退火；④铣底平面；⑤铣紧固螺钉孔4个凸台平面；⑥钻铰螺钉过孔4-φ11H8（作下道工序安装基准）；⑦车φ145H10孔和两个端面（设计本工序的车床夹具）。2．工件技术要求及所使用设备。本工序加工要求：①φ145H10（φmm），粗糙度Ra3.2；②孔中心线距底面距离116±0.3mm；③车两端面尺寸90h11（90mm）；④两端面对工件中心对称45±0.2mm。设备C630，（利用过渡盘与夹具联接，利用锥度心轴，保证车夹具回转中心与机床主轴同轴）。刀具：使用硬质合金镗刀和端面车刀。二、确定夹具定位方法和机构方案（1）定位方法：根据零件本工序的加工要求，零件定位时，应消除5个自由度。从零件该工序的工序卡知：零件定位面为底面和两φ11mm孔。相应的定位元件，采取一面、一圆柱销，一棱形销，消除6个自由度，能满足加工要求。（2）夹具机构：为便于安装工件，加工φ145mm孔，采用弯板式车夹具。为保证两端面对称，夹具安装工件的中心线距车床（或夹具）端面为90±0.03mm，夹具的定位平面距车床中心距离116±0.10mm；为保证夹具回转中心与机床主轴同心，利用锥度心轴，锥部用5号莫氏锥，装入主轴锥孔内，圆柱部与夹具体φ35H7孔相配，安装夹具后，把过度盘与夹具用螺钉紧固。夹紧工件采用两对勾形压板和杠杆，转动压紧螺母，即可夹紧工件。为安全起见，安装防护罩。三、绘制夹具总图

按比例绘制总图，其步骤：（1）双点划线绘零件图外形轮廓；（2）绘制定位元件；（3）绘制夹紧装置；（4）绘制夹具体，为保证平衡回转，装可调配重块；（5）绘制夹具与机床连接部分的过渡盘。图11-13角铁式车床夹具四、标注尺寸和技术要求

1．标注尺寸：（1）外形尺寸φ420mm，长度285mm；（2）安装工件的定位板平面距夹具回转中心116±0.10mm；夹具安装工件的对称中心距夹具端面尺寸90±0.03mm。定位圆柱销轴心距夹具安装工件的检验孔中心距离70±0.015mm，定位圆柱销轴心距夹具回转中心距25±0.015mm。（3）夹具与机床联接部分尺寸用5号莫氏锥和φ35H7/n7圆柱配合保证。（4）夹具内部配合尺寸：勾形压板φ20mm与衬套配合尺寸φ20H8/f8；衬套与夹具体配合尺寸φ30H8/h8。（5）因刀具和夹具回转中心位置操作时可任意调整、不标。2．技术要求：（1）定位元件之间的位置要求。定位板平面与夹具回转轴线平行，平行度为100:0.01。（2）检测表面与机床主轴端面全跳动为0.01mm。设计车夹具时，几个注意要点：（1）必须保证车床夹具回转中心与机床主轴同轴，为保证同轴度，必须在车床和夹具上确定合适的安装基面，常用的有两种方法。①车床主轴锥孔为安装基面，利用锥度心轴（锥部与圆柱部分同轴）安装到主轴锥孔内，夹具利用圆孔安装在圆柱上；②利用安装在车床主轴上的过渡盘，车出止口（与车床主轴同轴），作为安装基面，车床夹具上的止口与之相配。（2）车床夹具要带着工件一起作旋转运动，当夹具体和工件重心偏向一边时，会产生很大离心力，产生振动，损坏车床主轴轴承。所以必须加配重，以保证平衡。可作成固定配重，也可作成可调节配重。（3）车夹具在加工过程中要受到离心力、切削力、重力的作用，其合力的大小和方向又是变化的，所以，夹紧装置必须有足够夹紧力和良好的自锁性，以保证夹紧安全可靠。但不能破坏工件定位精度，常用螺旋夹紧。（4）对车床夹具总体要求车床夹具是一般都是在悬臂状态下工作的，为保证加工过程的稳定定性，夹具结构力求简单紧凑，轻便且安全，悬伸尽量小，重心靠近主轴前轴承；为保证安全，夹具各元件不允许伸出夹具体直径之外等。设计图11-14所示工件铣槽工序的专用夹具。零件材料为45号钢。图11-14块状零件图第四节铣床夹具设计实例此铣槽夹具的设计过程如下：一、明确设计任务，收集原始资料二、确定夹具结构方案1．确定定位方案，设计定位元件2．确定夹紧方式，设计夹紧机构三、绘制夹具总图四、标注总图上的尺寸、公差与配合和技术条件五、夹具工作精度的分析计算

图11-24a所示为陀螺马达壳体零件。端面A和两个凸耳平面B和φ10N7孔已加工，现加工4-φ3.5mm孔，设计钻床夹具。第五节钻床夹具设计实例图11-24夹具精度分析举例1．工艺过程①精铸；②车：端面A和止口φ51H9；③铣：铣两凸耳平面B，保证18±0.1mm；④车：钻镗φ10N7孔；⑤钻：4-φ3.5mm孔，设计钻夹具。2．零件加工要求分析及定位分析3．定位基准及定位元件：根据零件加工工艺及本工序加工要求，定位表面为A端面和φ10N7孔及小平面B。相应的定位元件为环形支承平面、圆柱销、防转销。共消除6个自由度，属完全定位。一、明确设计任务

根据零件形状、定位基准，定位元件布置、结构如图11-24b所示。因为零件在x方向，两面都有孔，故用翻转式钻摸，上下都有四个支承钉，组成钻模在钻床工作台的支持面。为方便、均匀夹紧零件，采用铰链压板，浮动压块、旋转螺母夹紧工件。二、结构设计

按第一节中绘制夹具总图的注意事项和步骤。1．首先绘制各视图的假想工件轮廓图。2．绘制定位元件；3．绘制导向元件钻套；4．绘制夹紧装置；5．夹具体。三、绘制夹具总装图

标注尺寸：1．钻套孔径；2．钻套孔中心线距定位端面11.4±0.02mm；3．钻套外径与夹具体采用φ10H7/n6；4．支承钉与夹具体采用φ15H7/n6；5．定位心轴与夹具体配合采用φ10H7/n6。技术条件：1．夹具体的圆柱支承端面在同一平面内，高度差≤0.02mm；2．四个钻套中心线与定位端面平行度≤0.02mm；3．钻套中心线与底面垂直度