第四章专用夹具的设计方法

1、1第 二 篇主讲：陶福春主讲：陶福春机床夹具设计机床夹具设计2机床夹具设计机床夹具设计课件课件第五部分第五部分 专用夹具的设计方法专用夹具的设计方法3第四章第四章 专用夹具的设计方法专用夹具的设计方法 专用夹具的基本要求和设计步骤专用夹具的基本要求和设计步骤 夹具的精度和总图设计夹具的精度和总图设计第三节第三节 夹具设计实例夹具设计实例4 1、专用夹具的基本要求、专用夹具的基本要求 （1）能够保证工件的加工精度要求。）能够保证工件的加工精度要求。 （2）能够提高机械加工的生产效率。）能够提高机械加工的生产效率。 （3）能够降低工件的生产成本。）能够降低工件的生产成本。 （4）夹具的操作要方便、

2、安全。）夹具的操作要方便、安全。（5）尽可能提高夹具元件的通用化和标准化程度。）尽可能提高夹具元件的通用化和标准化程度。 （6）具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使）具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使用和维修。用和维修。 52、夹具设计的步骤、夹具设计的步骤 （3）分析计算；）分析计算；（1）设计的准备；）设计的准备；（2）方案设计；）方案设计；（4）审核；）审核；（5）总体设计；）总体设计；（6）零件设计。）零件设计。 绘制夹具零件图确定并标注有关尺寸和夹具技术要求绘制夹具总图确确定定夹夹具具的的结结构构方方案案，绘绘制制结结构构草草图图研究原始资料，明确设计任务6（1）设计的

3、准备）设计的准备 （1）分析研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规）分析研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程等文件，了解零件的作用、形状、结构特点、材料和本程等文件，了解零件的作用、形状、结构特点、材料和本工序的加工要求、切削用量和所使用的工艺基准及所使用工序的加工要求、切削用量和所使用的工艺基准及所使用的工艺装备，对设计任务书所提出的要求进行可行性研究，的工艺装备，对设计任务书所提出的要求进行可行性研究，以便发现问题，及时与工艺人员进行磋商。以便发现问题，及时与工艺人员进行磋商。 （2）收集有关资料，包括所使用机床的技术参数，所）收集有关资料，包括所使用机床的技术参数，所使用刀具、量具的

4、规格，夹具零部件的国家标准、行业标使用刀具、量具的规格，夹具零部件的国家标准、行业标准和企业标准，夹具设计资料（图册和设计手册），工厂准和企业标准，夹具设计资料（图册和设计手册），工厂的生产组织、制造工艺及制造水平等。的生产组织、制造工艺及制造水平等。 7（2）方案设计）方案设计（1）确定夹具的类型。）确定夹具的类型。（2）定位设计。）定位设计。（3）确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。）确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。（4）确定刀具的对刀导向方案。）确定刀具的对刀导向方案。（5）确定夹具与机床的连接方式。）确定夹具与机床的连接方式。（6）确定其它元件和装置的结构形式，如定位键、分

5、度装）确定其它元件和装置的结构形式，如定位键、分度装置和靠模装置等。置和靠模装置等。（7）确定夹具总体布局和夹具体的结构形式。）确定夹具总体布局和夹具体的结构形式。（8）绘制夹紧方案设计图。）绘制夹紧方案设计图。8（3）分析计算）分析计算（1）定位误差、加工精度分析；）定位误差、加工精度分析；（2）对动力夹紧装置进行夹紧力验算；）对动力夹紧装置进行夹紧力验算；（3）当夹具有多个方案时可进行经济分析，取效益高的）当夹具有多个方案时可进行经济分析，取效益高的方案。方案。 9（4）审核）审核（1）夹具的标志是否完整、夹具的搬运是否方便。）夹具的标志是否完整、夹具的搬运是否方便。（3）夹具与机床的连接

6、是否牢固和正确。）夹具与机床的连接是否牢固和正确。（4）定位元件是否可靠和精确。）定位元件是否可靠和精确。（5）夹紧装置是否安全和可靠。）夹紧装置是否安全和可靠。（6）工件的装卸是否方便。）工件的装卸是否方便。（7）夹具与有关刀具、辅具等之间的协调关系是否良好。）夹具与有关刀具、辅具等之间的协调关系是否良好。（8）加工过程中切屑的排除是否良好。）加工过程中切屑的排除是否良好。（9）操作的安全性是否可靠。）操作的安全性是否可靠。（10）加工精度能否符合工件图样所规定的要求。）加工精度能否符合工件图样所规定的要求。（11）生产率能否达到工艺要求。）生产率能否达到工艺要求。（12）夹具是否具有良好的

7、结构工艺性扣经济性。）夹具是否具有良好的结构工艺性扣经济性。（13）夹具的标准化审核。）夹具的标准化审核。10（5）夹具总装配图的设计）夹具总装配图的设计（1）尽量选用1：1的比例。（2）尽可能选择面对操作者的方向作为主视图。（3）总图应把夹具的工作原理、结构和各种元件间的装配关系表达清楚。（4）用双点划线绘制工件外形轮廓、定位基准面、夹紧表面和加工表面。待加工表面的加工余量可用网格线或粗实线表示。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面的线条。（5）合理标注尺寸、公差和技术要求（附表11）。（6）合理选择材料 11绘图的步骤绘图的步骤（1）用双点划线绘出工件轮廓线；）用双点划线绘出工件轮廓线；

8、（2）绘制定位元件的详细结构；）绘制定位元件的详细结构；（3）绘制对刀导向元件；）绘制对刀导向元件；（4）绘制夹紧装置；）绘制夹紧装置；（5）绘制其它元件或装置；）绘制其它元件或装置；（6）绘制夹具体。）绘制夹具体。（7）标注视图符号、尺寸、技术要求，编制明细表。）标注视图符号、尺寸、技术要求，编制明细表。 121、五类尺寸、五类尺寸（1）夹具外形轮廓尺寸；）夹具外形轮廓尺寸；（2）工件与定位元件间的联系尺寸；）工件与定位元件间的联系尺寸；（3）夹具与刀具的联系尺寸；）夹具与刀具的联系尺寸；（4）夹具与机床联系部分的联系尺寸；）夹具与机床联系部分的联系尺寸；（5）夹具内部的配合尺寸。）夹具内部

9、的配合尺寸。五类尺寸和四类技术要求五类尺寸和四类技术要求132、四类技术要求、四类技术要求（1）定位元件之间的定位要求；）定位元件之间的定位要求；（2）定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相）定位元件与连接元件和（或）夹具体底面的相互位置要求；互位置要求；（3）导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要）导引元件和和（或）夹具体底面的相互位置要求；求；（4）导引元件与定位元件间的相互位置要求。）导引元件与定位元件间的相互位置要求。 14常用夹具元件的常用夹具元件的材料及热处理材料及热处理15常用夹具元件的公差配合常用夹具元件的公差配合16 1、夹具的精度分析、夹具的精度分析172、应标注的尺寸

10、和公差配合、应标注的尺寸和公差配合（1）夹具外形的最大轮廓尺寸；）夹具外形的最大轮廓尺寸；（2）工件与定位元件之间的联系尺寸；）工件与定位元件之间的联系尺寸；（3）对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸；）对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸；（4）与夹具位置有关的尺寸；）与夹具位置有关的尺寸；（5）其它装配尺寸。）其它装配尺寸。 183、应标注的位置公差、应标注的位置公差（1）定位元件之间的位置公差；）定位元件之间的位置公差；（2）连接元件（含夹具体基面）与定位元件之间）连接元件（含夹具体基面）与定位元件之间的位置公差；的位置公差；（3）对刀或导向元件的位置公差。）对刀或导向元件的位置公差

11、。 19几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求20几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求214、公差数值的确定、公差数值的确定（1）夹具上的尺寸公差和角度公差取（）夹具上的尺寸公差和角度公差取（1/21/5）k。（2）夹具上的位置公差取（）夹具上的位置公差取（1/21/3）k。（3）当加工工件尺寸为末注公差时，夹具取）当加工工件尺寸为末注公差时，夹具取0.1mm。（4）工件为未注形位公差的加工面时，按）工件为未注形位公差的加工面时，按GB1184中中7、8级精度的规定选取。级精度的规定选取。 22常见夹具元件的公差配合

12、常见夹具元件的公差配合235、夹具总图上应标注的其它技术要求、夹具总图上应标注的其它技术要求 夹具总图上无法用符号标注而又必须说明夹具总图上无法用符号标注而又必须说明的问题，如夹具的平衡和密封、装配性能和要的问题，如夹具的平衡和密封、装配性能和要求、有关机构的调整参数、主要元件的磨损范求、有关机构的调整参数、主要元件的磨损范围和极限、打印标记和编号以及使用中应注意围和极限、打印标记和编号以及使用中应注意的事项等，要用文字标注在夹具的总图上。的事项等，要用文字标注在夹具的总图上。 24 第三节第三节 夹具设计举例夹具设计举例示例一、钢套钻孔夹具设计示例一、钢套钻孔夹具设计 钢套工件如图钢套工件如

13、图1-1061-106所示，其它表面均已所示，其它表面均已加工，现本工序在钢套上钻加工，现本工序在钢套上钻5mm5mm孔，工序孔，工序加工要求：加工要求： 5mm5mm孔轴线到端面孔轴线到端面B B的距离为：的距离为：20200.1mm0.1mm， 5mm5mm孔对孔对20H720H7孔的对称度孔的对称度为为0.1mm0.1mm。工件材料。工件材料Q235AQ235A钢，产量钢，产量N=500N=500件。件。试设计钻试设计钻5mm5mm孔钻模。孔钻模。25图1-10626确定定位方案确定定位方案根据工序加工要求，保证尺寸200.1须限制保证对称度要求须限制： 平衡钻削力须限制总共需限制五个自

14、由度需限制五个自由度。相应的定位方案有： 方案方案I 长圆柱销、端面小台肩。限制符合工序限制自由度要求，但不利于夹紧。 方案方案II 短圆柱销、端面大台肩。限制符合工序限制自由度要求，但降低了工件加工时的刚度。 方案方案III 长圆柱销、端面大台肩。限制 属于过定位，由于两个定位面均已加工垂直度较高，允许过定位。同时工件的装夹、加工时刚度均较好，长圆柱销右上部铣平，以便让刀或便于装卸工件。因此，最后确最后确定为方案定为方案III。YX,ZY,ZXZYZY.,;,.,;,YZZYX.,;,ZYZY.,ZYX（一）定位方案（一）定位方案27（二）导向方案（二）导向方案 在钻模板上设置一钻套，引导钻

15、头迅速、准确地进入加工表面。（三）夹紧方案（三）夹紧方案由于产量不大，宜采用手动夹紧，根据具体情况采用开口垫圈、螺旋夹紧机构，使工件装卸方便迅速。如图1-107所示：（四）夹具体（四）夹具体由于工件为钢套，宜选用型材夹具体制成钢套钻模。（五）绘制夹具总图（五）绘制夹具总图，如图1-108所示：图1-10728（六）在夹具总图上标注尺寸、公差及技术要求（六）在夹具总图上标注尺寸、公差及技术要求图1-10829三：工件在夹具中的加工精度分析三：工件在夹具中的加工精度分析（一）影响加工精度的因素（一）影响加工精度的因素1：定位误差：定位误差D以钢套钻模为例：加工尺寸2001的定位误差 D=0对称度0

16、.1的定位误差D为工件定位孔与定位心轴之间的配合的最大间隙。如为：2：对刀误差：对刀误差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为对刀误差。影响加工尺寸2001、对称度0.1的对刀误差因素有：钻套mmXgHYD041. 0)020. 0021. 0()(620),(720max007. 0020. 0021. 0030导向孔尺寸3：夹具的安装误差：夹具的安装误差因夹具在机床上安装不精确而造成的加工误差为安装误差。夹具在工作台面上安装，则没有安装误差，夹具在机床主轴上安装则有安装误差。4：夹具误差：夹具误差Z因夹具上定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置不精确而造成的加工误差为

17、夹具误差。影响加工尺寸2001的夹具误差为导向孔对安装基面B的垂直度0.03mm导向孔轴线到定位端面的尺寸公差0.06mm；影响对称度0.1的夹具误差导向孔对定位心轴的对称度0.03mm。003. 0022. 0010. 05),(75钻头尺寸FmmXT052. 003. 002. 0max315：加工方法误差：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、工艺系统受力变形和受热变形等因素造成的加工误差为加工方法误差。因影响因素多，又不便于计算，因此一般取G=k/3（ k 工件公差）。（二二）：）：保证加工精度的条件保证加工精度的条件总加工误差应为各单项误差之和，由于上述各单项误差

18、均为独立随机变量，应用概率法叠加。0:,22222KCCKCGZATDJJJ或上式改写为应留出一定的精度储备为保证夹具有一定寿命32（三）用钻模在钢套上钻（三）用钻模在钢套上钻5mm孔的加工精度计算孔的加工精度计算 200.1mm 对称度0.1mmD 0 0.054T 0.052 0.052A 0 0J 0.06+0.03 0.03G 0.2/3=0.067 0.1/3=0.033mm108. 0067. 003. 006. 0052. 02222mm087. 0033. 003. 0052. 0054. 02222CJ0092. 0108. 02 . 00013. 0087. 01 . 03

19、3示例二示例二 车床尾座铣夹具设计车床尾座铣夹具设计 铣车床尾座顶尖套的键槽和油槽的工序图如图铣车床尾座顶尖套的键槽和油槽的工序图如图1-1091-109所示，生产类型：大批大量生产。所示，生产类型：大批大量生产。其它表面均已加工，本工序的加工要求：其它表面均已加工，本工序的加工要求：1 1：键槽宽：键槽宽12H1112H11。槽侧面对。槽侧面对70.8h670.8h6的对称度为的对称度为 0.1mm,0.1mm,平行度为平行度为0.08mm0.08mm。槽深控制尺寸。槽深控制尺寸64.8mm64.8mm。键槽长度键槽长度60600.4mm0.4mm。2 2：油槽半径油槽半径3mm3mm，圆心

20、在轴的圆柱面上。油槽长度，圆心在轴的圆柱面上。油槽长度170mm170mm。3 3：键槽与油槽的对称面应在同一平面。：键槽与油槽的对称面应在同一平面。34图图1-10935一：定位方案一：定位方案1：根据工序加工要求、定位原理分析应限制的工件自由度：根据工序加工要求、定位原理分析应限制的工件自由度 铣键槽：保证键槽对轴心线的平行度、对称度应限制：铣键槽：保证键槽对轴心线的平行度、对称度应限制： 保证尺寸保证尺寸64.8mm、键槽长度尺寸键槽长度尺寸282（或（或600.4）应限制：）应限制： 铣油槽：由于键槽与油槽的对称面应在同一平面，且键槽与油铣油槽：由于键槽与油槽的对称面应在同一平面，且键

21、槽与油槽在同一工序加工，因此，需限制六个自由度。槽在同一工序加工，因此，需限制六个自由度。2：选择定位元件、确定定位方案：选择定位元件、确定定位方案1）方案）方案I工件以工件以70.8h6外圆在两个相互垂直的平面上定位，端面加止外圆在两个相互垂直的平面上定位，端面加止推销，铣油槽件在夹具上设置止转销。如图推销，铣油槽件在夹具上设置止转销。如图1-110（a）所示。）所示。YZY,ZX,36方案方案II工件以工件以70.8h6外圆在外圆在V形块上定位，端面加止推销，形块上定位，端面加止推销，铣油槽件在夹具上设置止转销。如图铣油槽件在夹具上设置止转销。如图1-110（b）所示。）所示。 比较以上两

22、种方案，方案比较以上两种方案，方案I使加工尺寸使加工尺寸64.8mm的定位误差的定位误差为零，方案为零，方案II则使对称度的定位误差为零。由于加工尺寸则使对称度的定位误差为零。由于加工尺寸64.8mm未注公差，加工要求低，而对称度的公差较小，故选未注公差，加工要求低，而对称度的公差较小，故选用方案用方案II较好，从承受切削力的角度来看，方案较好，从承受切削力的角度来看，方案II也较可靠。也较可靠。二：夹紧方案二：夹紧方案根据夹紧力的方向应朝向主要定位基面；夹紧力作用点应根据夹紧力的方向应朝向主要定位基面；夹紧力作用点应图图1-11037落在定位元件支承的范围内的原则，夹紧力作用线应落落在定位元

23、件支承的范围内的原则，夹紧力作用线应落在图示的在图示的角范围内。为保证夹紧可靠，铰链压板的两个角范围内。为保证夹紧可靠，铰链压板的两个弧形面的曲率半径应大于工件的最大半径。弧形面的曲率半径应大于工件的最大半径。 由于顶尖套较长，由于顶尖套较长，须用两块压板在两处须用两块压板在两处夹紧。如果采用手动夹紧。如果采用手动夹紧，装卸工件时间夹紧，装卸工件时间较长，不能适应大批较长，不能适应大批大量生产的要求；采大量生产的要求；采用气动夹紧，则夹具体积较大，不便于安装在铣床工作用气动夹紧，则夹具体积较大，不便于安装在铣床工作台上，因此宜采用液压夹紧，油缸固定在台上，因此宜采用液压夹紧，油缸固定在I、II

24、工位之间，工位之间，采用联动夹紧机构使两块压板同时均匀地夹紧工件。如采用联动夹紧机构使两块压板同时均匀地夹紧工件。如图图1-111所示：所示：三：对刀方案三：对刀方案键槽铣刀需两个方向对刀，故应选用直角对刀块。由于键槽铣刀需两个方向对刀，故应选用直角对刀块。由于图图1-11138两铣刀直径相等，油槽深度由两工位两铣刀直径相等，油槽深度由两工位V形块的定位高度差形块的定位高度差保证。两铣刀的距离则由两铣刀间的轴套长度确定。保证。两铣刀的距离则由两铣刀间的轴套长度确定。四：夹具体与定位键四：夹具体与定位键 为了在夹具体上安为了在夹具体上安装油缸及联动夹紧机装油缸及联动夹紧机构，夹具体应有适当构，夹

25、具体应有适当的高度，中部应有较的高度，中部应有较大的空间。大的空间。 为保证夹具在工为保证夹具在工作台上安装稳定，应作台上安装稳定，应按夹具体的高宽比不大于按夹具体的高宽比不大于1.25的原则确定其高度与宽度，并的原则确定其高度与宽度，并在两端设置耳座，以便固紧在铣床工作台上。在两端设置耳座，以便固紧在铣床工作台上。 为保证槽的对称度要求，夹具体的底面应设置定向键，为保证槽的对称度要求，夹具体的底面应设置定向键，两定向键的侧面应与两定向键的侧面应与V形块的对称平面平行。为减小形块的对称平面平行。为减小39夹具的安装误差，宜采用有沟槽的方形定向键。夹具的安装误差，宜采用有沟槽的方形定向键。五：绘

26、制夹具总图、标注尺寸、公差和技术要求五：绘制夹具总图、标注尺寸、公差和技术要求1：夹具最大轮廓尺寸，：夹具最大轮廓尺寸， 570230 2702：影响定位精度的尺寸，影响定位精度的尺寸，1）两组）两组V形块的高度尺寸形块的高度尺寸640.02mm,610.02mm；2）两止推销的距离尺寸两止推销的距离尺寸112 0.1mm，3）定位销与工件上键槽的配合尺寸定位销与工件上键槽的配合尺寸12h8。3：影响夹具在机床上安装精度的尺寸影响夹具在机床上安装精度的尺寸 定向键与铣床工作台定向键与铣床工作台T形槽的配合尺寸形槽的配合尺寸18h8（ T形槽形槽18H8）。）。 4：影响夹具精度的尺寸和公差影响

27、夹具精度的尺寸和公差 1）定向键与夹具体的配合尺寸）定向键与夹具体的配合尺寸18h6（夹具体槽夹具体槽18H7）。）。402）I工位工位V形块设计心轴轴线对定向键侧面形块设计心轴轴线对定向键侧面B的平行度的平行度0.03mm， I工位工位V形块设计心轴轴线对夹具底面形块设计心轴轴线对夹具底面A的平行的平行度度0.05mm；3）I-II工位工位V形块的距离尺寸形块的距离尺寸125 0.03mm； I-II工工位位V形块设计心轴轴线间的平行度形块设计心轴轴线间的平行度0.03mm。4）对刀块的位置尺寸）对刀块的位置尺寸11 0.015mm、24.40.015mm。对刀块的位置尺寸应从限位基准标起，

28、如图对刀块的位置尺寸应从限位基准标起，如图1-112所示，所示，标注时，要考虑定位基标注时，要考虑定位基准在加工尺寸方向上准在加工尺寸方向上的最小位移量的最小位移量imin当最小位移量使加当最小位移量使加工尺寸增大时：工尺寸增大时：图图1-11241图图1-11342h = H s - imin ；当最小位移量使加工尺寸减小时：当最小位移量使加工尺寸减小时：h = H s + imin h-对刀块的位置尺寸；对刀块的位置尺寸； H-定位基准至加工表面的距离；定位基准至加工表面的距离； s-塞尺厚度。塞尺厚度。 当工件以圆孔在心轴上定位或以圆柱面在定位套中定位、当工件以圆孔在心轴上定位或以圆柱面

29、在定位套中定位、且定位基准单向移动时，且定位基准单向移动时，imin =Xmin/2 Xmin-圆柱面与圆孔的最小配合间隙。圆柱面与圆孔的最小配合间隙。 当工件以圆柱面在当工件以圆柱面在V形块上定位时，形块上定位时， imin = 0 。本例中，由于工件定位基面直径本例中，由于工件定位基面直径70.8h6的平均尺寸为的平均尺寸为70 .79mm，塞尺厚度为塞尺厚度为5h6，所以对刀块水平方向的位所以对刀块水平方向的位置尺寸为：置尺寸为：h1=(6+5)=11mm对刀块垂直方向的位置尺寸为：对刀块垂直方向的位置尺寸为：mmhH4 .2454 .294 .29279.708 .64243对刀块位置

30、尺寸的公差，取工件相应尺寸公差的对刀块位置尺寸的公差，取工件相应尺寸公差的 因此，因此， h1=110.015mm h2=24.40.1mm5：影响对刀精度的尺寸及公差：塞尺的厚度尺寸影响对刀精度的尺寸及公差：塞尺的厚度尺寸 5h6=6：夹具总图上应标注的技术条件夹具总图上应标注的技术条件 键槽铣刀与油槽铣刀的直径应相等。键槽铣刀与油槽铣刀的直径应相等。六：加工精度分析六：加工精度分析 顶尖套铣双槽工序中，键槽两侧面对顶尖套铣双槽工序中，键槽两侧面对70.8h6的轴线的对称的轴线的对称度和平行度要求较高，应进行精度分析，其它加工要求未注公度和平行度要求较高，应进行精度分析，其它加工要求未注公差

31、或公差很大，可不进行精度分析。差或公差很大，可不进行精度分析。（一）键槽侧面对（一）键槽侧面对70.8h6的轴线的对称度的加工精度的轴线的对称度的加工精度1：定位误差：定位误差D5121mm0009. 0544由于对称度的工序基准是由于对称度的工序基准是70.8h6的轴线，定位的轴线，定位基准也是基准也是70.8h6的轴线，故的轴线，故B= 0；由于由于70.8h6的轴线与的轴线与V形块设形块设计心轴轴线重合，计心轴轴线重合， Y= 0 。因此，因此， D = 0 。 2：安装误差安装误差A定向键在定向键在T形槽形槽中有两种位置中有两种位置如图如图1-114所示，位置所示，位置为为a）图时，图时