夹具设计步骤.docx

1、夹具设计步骤夹具设计步骤一、机床夹具设计要求1保证工件加工的各项技术要求要求正确确定定位方案、夹紧方案，正确确定刀具的导向方式，合理制定夹具的技术要求，必要时要进行误差分析与计算。2具有较高的生产效率和较低的制造成本为提高生产效率，应尽量采用多件夹紧、联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简单，造价要低廉。3尽量选用标准化零部件尽量选用标准夹具元件和标准件，这样可以缩短夹具的设计制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具制造成本。4夹具操作方便安全、省力为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面；为便于夹紧工件，操纵夹紧件的手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间；为减轻工人劳动强度，在条件允许的情况下，应

2、尽量采用气动、液压等机械化夹紧装置。5夹具应具有良好的结构工艺性所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整和维修。二、机床夹具设计的内容及步骤1明确设计要求，收集和研究有关资料在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。2确定夹具的结构方案1）确定定位方案，选择定位元件，计算定位误差。2）确定对刀或导向方式，选择对刀块或导向元件。3）确定夹紧方案，选择夹紧机构。4）确定夹具其他组成

3、部分的结构形式，例如分度装置、夹具和机床的连接方式等。5）确定夹具体的形式和夹具的总体结构。在确定夹具结构方案的过程中，应提出几种不同的方案进行比较分析，选取其中最为合理的结构方案。3绘制夹具的装配草图和装配图夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均应按1：1绘制，以使所设计夹具有良好的直观性。总图上的主视图，应尽量选取与操作者正对的位置。绘制夹具装配图可按如下顺序进行：用双点划线画出工件的外形轮廓和定位面、加工面；画出定位元件和导向元件；按夹紧状态画出夹紧装置；画出其他元件或机构；最后画出夹具体，把上述各组成部分联结成一体，形成完整的夹具。在夹具装配图中，被加工件视为透明体。4确定并标注有关尺寸

4、、配合及技术要求1）夹具总装配图上应标注的尺寸 工件与定位元件间的联系尺寸，例如，工件基准孔与夹具定位销的配合尺寸。 夹具与刀具的联系尺寸，例如，对刀块与定位元件之间的位置尺寸及公差，钻套。锤套与定位元件之间的位置尺寸及公差。 夹具与机床联接部分的尺寸，对于铣床夹具是指定位键与铣床工作台T型槽的配合尺寸及公差，对于车、磨床夹具指的是夹具联接到机床主轴端的联接尺寸及公差。 夹具内部的联系尺寸及关键件配合尺寸，例如，定位元件间的位置尺寸，定位元件与夹具体的配合尺寸等。 夹具外形轮廓尺寸。2）确定夹具技术条件在装配图上需要标出与工序尺寸精度直接有关的下列各有关夹具元件之间的相互位置精度要求。 定位元

5、件之间的相互位置要求。 定位元件与联接元件（夹具以联接元件与机床相联）或找正基面间的相互位置精度要求。 对刀元件与联接元件（或找正基面）间的相互位置精度要求。 定位元件与导向元件的位置精度要求。5绘制夹具零件图绘制装配图中非标准零件的零件图，其视图应尽可能与装配图上的位置一致。6编写夹具设计说明书41 夹具的对定一、夹具的对定概念：使夹具相对于机床、相对于机床上的刀具、相对于机床上刀具的切削成型运动，处于正确的空间位置的过程。主轴的联接形式取决车床主轴的前端结构。图b的联接形式是：过渡盘上与机床主轴相配合的定位内孔按（H7/h6）或（h7/js6）与主轴轴颈相配合，并同时有螺纹与主轴相联接。为

6、了安全，可在此基础上采用其它措施，把过渡盘和主轴固紧在一起，防止倒车时使过渡盘与主轴的联接松开。1过渡盘2平键3螺母 4夹具 5主轴如果主轴前端为圆锥体并有凸缘结构，如图c所示，则过渡盘1以锥体定心，用套在主轴上的螺母3锁紧。旋转运动的转矩则由平键2传递给过渡盘。这种结构定心精度高。（3） 用平面短销连接C620、C630车床用这种连接形式。（4） 平面短锥销连接利用主轴前端的短锥体及轴肩端面实现的对定连接，而且是利用重复定位实现两者间的稳固连接。42 夹具的对刀夹具一般多用于大批量、高效率生产中，而高效率往往伴随着刀具的高效磨损，特别是在工件粗加工过程当中，换刀、调刀对刀成为正常生产的主要内

7、容。1、定义：夹具的对刀：是指夹具的定位系统相对刀具应满足本工序对刀尺寸的要求。这一工作称为夹具的对刀。2、对刀方法：找正调整对刀专用样板调刀试件检验对刀专门对刀装置对刀3对刀装置（以铣床夹具为例） 对刀装置（根据情况，自行设计） 1）、组成 专用对刀块（可采用标准对刀块，亦可自行设计） 对刀塞尺2）、对刀元件对刀元件是用来确定刀具与夹具的相对位置的元件。其由对刀块和塞尺寸组成。如（4-1）中铣床对刀块2。常见标准对刀块有：圆形对刀块图a，加工水平面时对刀用。方形对刀块图b，调整铣刀两相互垂直凹面。直角对刀块图c调整刀具两相互垂直凸面，侧装对刀块图d，装在夹具侧面，在加工两相互垂直面或铣槽时作

8、对刀用。具体结构尺寸可参阅“夹具标准”（GB/T22402243-91）。对刀时，铣刀不能与对刀块的工作表面直接接触，以免损坏切削刃或造成对刀块过早磨损，而应通过塞尺来校准它们之间的相互位置，即将塞尺放在刀具与对刀块工作表面之间，凭借抽动塞尺的松紧感觉来判断铣刀的位置。图表示各种对刀块使用情况。图cd是用于铣成形面的特殊对刀块。下图cd是用于铣成形面的特殊对刀块。各种对刀块使用举例对于加工精度要求较高的工件，要检首件，最后确定刀具的位是否准确置。或者不设置对刀元件采用找正法确定定位元件相对刀具位置，或采用试切法。4、对刀塞尺：可自行设计，也可采用标准塞尺（P118 图4-7） 对刀平塞尺（JB

9、/T8032。11995） 厚度：1、2、3、4、5mm 公差取h8 对刀圆塞尺（JB/T8032。21995）：应用于曲面或成型刀具对刀的场合。d=35mm，公差取h8。对刀用的标准塞尺5、夹具的对定误差： 1/3T =+1/3T这是夹具调装精度及对刀精度要求。6、小结43 夹具的转位及其对定机构一、常用转位分度及其对定机构1、夹具的转位问题的提出 像这样的工件：沿着直线方向等距分布着一些等径的孔或槽，在同一圆周上分布着的等径的孔或槽，要求工件在一次装夹的情况下将所有的孔或槽全部加工完，这时夹具就要带动工件进行数次的移动或转动，完成工件的加工，夹具所具有的这种功能称为夹具的转位。 定义：夹具

10、带动工件所进行的加工位置转换动作称为夹具的转位。 直线移动分类 回转运动2、夹具的分度工件在一次装夹中每加工完一个表面之后，通过夹具上可动部分连同工件一起转过一定的角度或移动一定距离，以改变加工表面的位置。实现上述分度要求的装置称为分度装置。分度装置能使工序集中，减少安装次数，从而减轻劳动强度和提高生产率，因而广泛用于钻、铣、车、镗等加工中。定义：把对转位的严格控制称为夹具的分度。作用：对工件一次装夹实现多工位加工。夹具的分度是靠专门设置的分度装置来完成的，而对分度运动部件相对夹具体的位置，是靠夹具的分度对定机构来完成的。分度装置 直线分度: 对直线尺寸进行分度，适用于沿直线分度的孔和槽 回转

11、分度: 对圆周角进行分度，适用于沿圆周分度的孔和槽生产实践中以回转式分度装置应用较多，故本章主要介绍回转式分度装置。3、回转分度装置的一般结构组成： 转动部分、分度对定机构、抬起与锁紧机构、固定部分、润滑部分1）、转位分度机构：分度装置的运动件，包括分度盘、衬套和转轴（转动部分） 等。材料：45#、 40Cr淬火HRC404520钢渗碳淬火，HRC58632）、分度对定机构分度对定机构确保是转动部分相对固定部分得到一个正确的定位。如图4-12所示件2、4，分度对定销5等组成了分度对定销机构。分度盘与分度装置的转动部分相连，对定销与分度装置的固定部分相连。（1）构成：操纵组件、对定销（2）作用：

12、对分度盘进行定位3）、分度盘抬起（大型分度机构）与锁紧机构分度装置经分度以后，锁紧机构应使夹具的转动部分锁紧在固定部分。其目的是为了增强分度装置工作时的刚性及稳定性,防止加工时受切削力引起振动。如图4-12所示，螺母1就起锁紧作用。（1）抬起机构：作用：使分度转动灵活，减少摩擦；（2）锁紧机构：作用：防止切削时产生振动。4）、固定部分 分度装置中相对不运动的部分。对于专用回转分度夹具则是夹具体，对于通用转台的固定部分，则是转台体。（分度装置的基体，与机床工作台或机床主轴相连。）材料：一般灰口铸铁5)、润滑部分 减少相对运动部分的磨损，使机构运动灵活。4、常用分度对定机构1）、类型：分度对定机构

13、是分度装置的关键部分。按照分度盘与对定销相互位置来分，一般分为 轴向分度：对定销轴线平行于分度盘轴线两种 径向分度：对定销的运动是沿着分度盘的径向方向。 对于分度盘直径相同时，径向分度作用半径较大，由于间隙引起的分度转角误差较小；轴向分度结构紧凑，但分度误差较大。因此，生产中轴向分度应用较多，分度精度要求要高的场合，常采用径向分度。分度对定机构的结构形式（1）钢球对定 结构简单，操作方便，但定位不可靠，仅适用于切削力较小而分度精度要求不高的场合；轴向、径向均可应用。（2）圆柱销对定 结构简单，制造容易，无法补偿配合间隙对分度精度的影响。分度孔中一般镶硬的衬套。圆柱销材料：T7A 淬火 HRC5

14、358 配合：H7/g6间隙配合。（3）菱形销对定 对圆柱销的改进，能补偿分度盘分度孔德中心距误差，结构工艺性较好，减少了孔销间的配合间隙。（4）圆锥销对定 能消除销与孔间的配合间隙。能自动定心，分度精度较高，=100，但圆锥面上有污物，将影响配合间隙。需防尘。（5）双斜面对定 能自动消除结合面的间隙，有较高的分度精度。缺点是分度盘制造复杂，槽需经磨削。但结构上应考虑防尘装置。 材料：小尺寸 T7A、T8A 大尺寸 20、20Gr热处理：淬火 HRC5560 热处理：渗碳淬火 HRC5560分度盘的槽形角 200、300在条件允许的情况下，可用45级的圆柱齿轮代替分度盘。（6）单斜面对定 （斜

15、面产生的分力能使分度盘始终反靠在平面上）分度槽的直边始终与锲的直边保持接触（分度对定基准），且分度的转角误差始终在斜面一侧，多用于分度精度较高的场合。（误差为正负10秒。）（7）滚柱对定 由分度盘、套环、精密滚柱装配而成。相间排列的滚柱组成分度槽。为提高分度盘的刚度，在滚柱与圆盘套环之间从满环氧树脂。对定销端部制成100锥角。2、对定操纵机构（1）拉销式控制机构图412向外拉出手柄6，克服弹簧力作用。拔出对定销1，当横销5脱离导套2夹槽后，手柄转过90，使横销搁在导套的顶端平面上，转动分度盘进行分度。当分度盘转过一定角度后，将手柄转回90，当分度盘转到下一分度孔对准对定销时，对定销在弹簧力的作

16、用下，插入分度孔，完成对定动作。（2）齿条式控制机构齿轮齿式操纵机构，在其对定销1的侧面铣有齿条，齿轮轴2与齿条齿合。当转动手柄7，对定销1便退出，转动分度盘。当下一分度孔到时，对定销1在弹簧力作用下，插入分度孔，完成对定动作。（3）杠杆式控制机构杠杆上开有长槽，压下杠杆，可使对定销拔出，即可按如上所述的方式进行分度。这种结构动作迅速，但工作可靠性不如齿条式好。（4）偏心式控制机构（5）脚踏式控制机构3、抬起与缩紧机构1）、分度盘抬起机构 （1）弹簧式抬起机构：（2）偏心式抬起机构：2）、分度盘锁紧机构（1）螺母轴向锁紧机构（2）卡箍轴向锁紧机构（3）偏心轴轴向锁紧机构（4）圆锥轴向锁紧机构（

17、5）径向锁紧机构 为减少回转台与夹具体的端部支撑平面的摩擦与磨损，使分度盘在转位时转动灵活、省力，一般较大规格的回转分度装置均设置抬起锁紧机构。 图为联动锁紧机构。当逆时针转动手柄1时，螺杆2放开卡箍5，分度工作台8松开；同时，固定在螺杆2上的横销3将在齿轮4（活套在螺杆上）的扇形槽内走一段空程（见c-c剖面），再继续转动，就会带动齿轮4转动，而将带有齿条的分度销7拔出。这就实现了先松开分度工作台，后拔销的动作要求。当分度工作台转过某一角度，下一个分度孔到位时，齿条对定销借助弹簧力插入分度孔内，同时也迫使齿轮4顺时针转动，使扇形槽的右边侧面紧靠横销，待对定销全部插入后再顺时针转动手柄1，螺杆继

18、续转动。这时横销走空行程，就会通过卡箍5和锥套10将回转轴9下拉，从而使工作台8锁紧。为了保证螺杆2在规定的转角内对工作台锁紧的需要，可以调整顶杆6的轴向位置，以确保卡箍5的位置及锁紧位移量。用上述单手柄操纵不但能缩短辅助时间，提高生产率，减轻劳动强度，而且也不会出现动作顺序失误现象。二、精密分度原理当采用两个圆锥销A1、A2同时来对定时（其效果相当于在两个圆锥销的中间点有一个A圆锥销在起对定作用）此时的分度运动不是按1、2、3、4、等单个分度孔对定，而是按1-2、2-3、3-4等相邻两分度孔同时对定。整个分度的动作就转化为由A 圆锥销每次按1-2、2-3、3-4等的中点位置来对定，也就按1、

19、2、3、等位置来对定。于是分度盘每次转过的实际角度便相应为分度盘每次分度的转角误差为由此可见，分度盘在相同精度的条件下，由于采用了两个圆锥销同时对定，所产生的分度转角误差是分度盘上相邻分度孔位置误差的平均值，从而使分度误差因均分而减小。 误差均化原理：分度机构采用多点对定，可使分度盘分度误差得以平均，从而得到比分度盘精度还要高的对定结果。这一原理称误差均化原理。三分度误差的分析计算1分度误差的概念 分度机构实际位置与理想位置的差值。2分度精度的等级（1）超精密级 分度误差0.10.5（2）精密级 分度误差110（3）普通级 分度误差1103影响分度精度的因素 分度盘本身的误差、分度盘相对于回转

20、轴线的径向圆跳动所造成的附加误差、对定误差和有关元件的误差等。4分度误差的计算（1）单个分度误差单个分度误差是指两个分度的实际数值与理论数值之间的代数差。式中：a分度角度误差()； 一分度线值误差(um)；d分图盘计算直径(mm)公式推导：由弧长公式（2）总分度误差在规定的区间内，正分度位置偏差与负分度位置偏差的最大绝对值之和。三、精密分度机构在精密分度机构中，最常用的机械式精密分度装置一般分为两种：钢球盘分度装置和端齿盘分度装置。它们利用的原理就是误差均化原理。多点对定可使对定误差均化，利用误差均化原理，可以大幅度提高分度精度，这就是机械式精密分度工作台所采用的原理。1、钢球分度盘回转工作台

21、利用钢球撞入上下盘形成分度槽（热装）。工作过程：P126图420 抬起、锁紧。2、端齿盘精密分度工作台1结构：2组成：（1）固定部分：底座11、下齿盘8（2）转动部分：移动轴1、轴承内座圈9、转盘10（3）分度对定机构：定位器6、定位销7（4）抬起与锁紧机构：手柄4、扇形齿轮3、齿轮螺母2、移动轴1、轴承内座圈9、转盘103工作原理（1）抬起：手柄4（顺时针） 扇形齿轮3 齿轮螺母2 移动轴1 （ ） 轴承内座圈9 转盘10（ ） （2）拔销：定位器6 定位销7（3）转位：转盘10（4）锁紧：手柄4（逆时针） 扇形齿轮3 齿轮螺母2 移动轴1 轴承内座圈9 转盘104端齿盘分度的误差平均效应在

22、分度盘精度相同的条件下，齿盘实际分度误差为单个分度误差的平均值，即式中 单个分度误差() z端齿盘齿数。5端齿盘分度的特点(1)分度精度高。(2)分度范围大。(3)刚度好。(4)研合性好。(5)端齿盘的加工工艺较复杂，制造成本较高。端齿盘对防尘和锁紧也有较高的要求。四、小结一、对夹紧装置的基本要求1、夹紧不允许破坏原有的定位；2、夹紧要可靠，保证工件稳固不动；3、操作要方便、安全、省力；4、夹紧结构要尽量简单、制造和维修方便。二、夹紧力设计中的几个应注意的问题1、夹紧力的三要素：夹紧力的大小、方向和作用点。2、几个注意的问题：1）夹紧力的方向应指向主要定位基准面；图4-11分析2）夹紧力的方向

23、应施加在工件刚性较大的方向上；图4-12分析3）夹紧力的方向应尽量与切削力、重力方向一致；4）夹紧力的作用点应尽量对准工件的支撑面；图4-13分析5）夹紧力的作用点应选择在工件刚性较好的位置上；图4-14分析6） 夹紧力的作用点应尽量靠近加工部位，以减少振动。图4-16分析三、工件的一般安装方法（P68）1、直接找正安装 这是一般小批量生产和单件生产中经常采用的方法。2、划线找正安装法是首先在划线平台上对零件进行划线，再利用这些线作为工件安装的位置依据，来找正工件。划线法一般适合于外形轮廓比较复杂的工件。3、采用夹具来安装工件这种方法一般应用于大批量生产中，可以保证整批工件的定位质量，也有利于

24、提高装夹效率。四、常用夹紧机构图4-19分析课堂小结：1、夹紧不破坏原有的定位；夹紧可靠；操作方便；夹紧结构要简单，是对夹紧装置所提出的四条基本要求。2、夹紧力的大小、方向和作用点是夹紧力的三要素。3、在设计夹具时，需要对夹紧力的大小、方向和作用点引起足够的重视。4、在大批量生产中，经常采用高效率的夹具来安装工件。作业与思考1、设计夹具时，对夹紧装置有哪些基本要求？2、夹紧力的三要素是什么？3、设计夹紧力时，应该注意些什么问题？夹具在机床上安装完毕，在进行加工之前，尚需进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。对刀的方法通常有三种：试切法对刀，调整法对刀，用样件或对刀装置对刀。不管采

25、用哪种对刀方法，都涉及到对刀基准和对刀尺寸。通常是以与工年定位基准重合的定位元件上的定位面作为对刀基准，以减少基准变换带来的误差。铣床夹具的对刀尺寸是从对刀基准到刀具切削表面之间的位置尺寸，和对刀块位置尺寸差一个塞尺厚度。影响对刀块位置尺寸的因素主要有对刀需要保证的工件上的加工尺寸、定位基准在加工尺寸方向的最小位移量imin及塞尺的厚度S，本文以常见的定位方式孔定位、圆柱面定位为例，进行铣床夹具对刀块位置尺寸的分析计算。 1计算实例 例1：如图1在工件上加工80.06mm的键槽，保证对称度0.2mm和位置尺寸30-00.2mm，图2所示为定位对刀图，工件内孔为?J20H70+0.021mm，心

26、轴为?J20h6-0.020-0.007mm,为固定单边接触，选用直角对刀块，塞尺厚度S1mm，确定对刀块位置尺寸的计算如下： 图1 图2 用hh/2表示对刀块的位置尺寸，其对应工件上的尺寸即对刀直接保证的尺寸用HH/2表示，此处H为对刀直接保证的尺寸的平均值。根据HH/2求出hh/2的关键是要把刀具对到尺寸HH/2的公差带的范围内，通常取h（1513）H。 标出对刀块位置尺寸如图2中h1h1/2和h2h2/2，根据工件上的尺寸求得： H2H2/2=(30-0.1)0.1=29.90.1mm H1H1/2需通过解尺寸链求得，如图3所示。H1H1/2=40.07mm 取h1H14=0.1440.

27、035mm h2H24=0.240.05mm 故h1h1/2=4+10.0352=50.0175mm,(i1min=0) h2h2/2=(H2-S-i2min)0.05/2 =29.9-1-0.00720.025 ?贰?=28.8970.025mm 另外还可用图2中的h2h2/2来表示对刀块垂直方向的位置，此时以工件内孔上母线A作为定位基准加工槽，对刀块表面的位置尺寸h2h2/2从定位基准A的支承点a(心轴上母线)标注起。h2按图1中工件工序尺寸平均值减去塞尺厚度S计算。即： h2需通过解尺寸链求得H2后求得，(见图4)。 H2=0.2-0.021/2=0.1995 取h2=H24=0.199

28、54?0.0499 故h2h22/2=18.8950.02495mm 例2：图5为工件工序图，图6为定位对刀图，对刀块工作表面的位置尺寸由V形块的标准心棒中心注起，此时imin=0,故对刀块顶面的位置尺寸h按工序尺寸平均值(H-TH/2)及塞尺厚度S决定： 图3 图4 h=H-TH/2-S 取h=H4=TH4 因此hh/2=H-TH/2-STH8 图5 图6 2计算对刀块位置尺寸的一般公式 由上面两个例子的分析计算，可归纳出计算对刀块位置尺寸hh/2的一般公式为： hh/2=HSiminh/2 式中：H定位基准至加工表面的距离的平均值； S塞尺厚度； imin定位基准在加工尺寸方面的最小位移量

29、。当imin使加工尺寸增大时，imin前取“-”号； 当imin使加工尺寸缩小时，imin前取“+”号。 h对刀块位置尺寸h的公差，通常取h（1513）H，其中H为尺寸H的公差。 3确定铣床夹具对刀块位置尺寸的步骤 (1)确定对刀基准，标出对刀块的位置尺寸hhv/2。 (2)找出与尺寸hh/2对应的对刀直接保证的工件上的尺寸HH/2，此尺寸在有的情况下为已知，有的情况下需要解尺寸链求得。 (3)由hh/2=HSiminh/2及h（1513）H根据HH/2求出hh/2，从而保证把刀具对到尺寸HH/2公差带的范围内。 4精度校验 采用标准塞尺和对刀块对刀，必须保证对刀误差DA、夹具位置误差W满足不

30、等式 DA+W/3 或AZ+DA+W23 才能最终保证加工精度。 其中：AZ工件安装误差(包括定位误差DW、夹紧误差J； 工件加工尺寸的公差。 2 ）对刀装置 用于确定刀具与夹具的相对位置。一般有对刀块和塞尺。 图 9-80 所示 为 常见几种铣刀的对刀装置，图 a 是高度对刀装置，用于对准铣刀的高度， 3 是标准圆形对刀块（ GB/T2240-91 ）；图 b 中 3 是直角对刀块（ GB/T2242- 91 ），用于对准铣刀的高度和水平方向位置；图 c 、 d 是成形刀具对刀装置；图 e 组合刀具对刀装置， 3 是方形对刀块（ GB/T2241-91 ），用于组合铣刀的垂直和水平方向对刀。 图 9-80 对刀装置