夹具毕业设计

2024-07-16

夹具毕业设计（通用8篇）

夹具毕业设计篇1

摘要

本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。

夹具座的工艺规程及钻、攻2-M8螺纹的工装夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。

关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。

序言…………………………………………………………………1

一.零件分析 ……………………………………………………2

二.工艺规程设计…………………………………………………3 2.1确定毛坯的制造形式 ……………………………………3 2.2基面的选择传 ……………………………………………4 2.3制定工艺路线 ……………………………………………5 2.4确定切削用量及基本工时……………………………… 7

三夹具设计 ……………………………………………………26

3.1问题的提出………………………………………………26 3.2定位基准的选择…………………………………………26 3.3切削力及夹紧力计算……………………………………26 3.4定位误差分析……………………………………………26 3.5钻套的设计………………………………………………28 3.6夹具设计及操作简要说明………………………………29

总结………………………………………………………………31 致谢………………………………………………………………32 参考文献 …………………………………………………………33

序言

机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。

夹具座的工艺规程及钻、攻2-M8螺纹的工装夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。

本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。

第 1 页

一、零件的分析

夹具座共有八组加工表面，现分述如下：

1.320155面

2.105两侧面及32025面 3.6-Φ9孔、6-Φ13 4.32038面 5.32067面 6.6-M8螺纹深20 7.2Φ6锥孔 8.2-M8螺纹

第 2 页

二.工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式

零件材料为HT150，考虑到零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。

夹具体零件材料为 HT150，硬度选用260HBS，毛坯重约1Kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下：

1.320155面

320155面，表面粗糙度为Ra0.8，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4，知铸件机械加工余量Z=5.0mm.粗铣单边余量Z=3.0mm 半精铣单边余量Z=1.5mm 精铣单边余量Z=0.4mm 磨削单边余量Z=0.1mm 2.105两侧面及32025面

105两侧面及32025面，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4，知铸件机械加工余量Z=3.0mm.3.6-Φ9孔、6-Φ13孔

6-Φ9孔、6-Φ13孔的尺寸不大，采用实心铸造。4.32038面

第 3 页

32019面，表面粗糙度Ra0.8，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4，知铸件机械加工余量Z=3.0mm.粗铣单边余量Z=2.0mm 半精铣单边余量Z=0.5mm 精铣单边余量Z=0.4mm 磨削单边余量Z=0.1mm 5.32067面

32067面，表面粗糙度Ra1.6，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4，知铸件机械加工余量Z=3.0mm.粗铣单边余量Z=2.0mm 半精铣单边余量Z=0.8mm 精铣单边余量Z=0.2mm 6.6-M8螺纹深20 6-M8螺纹深20，螺纹尺寸不大，采用实心铸造。7.2Φ6锥孔

2Φ6锥孔，尺寸不大，采用实心铸造。8.2-M8螺纹

2-M8螺纹，螺纹尺寸不大，采用实心铸造。

9.其它表面均为不加工表面，砂型机器铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。

2.2 基面的选择的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，第 4 页

不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择重要表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面。因此，夹具座以32067的槽作为定位粗基准。

对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

2.3 制定工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。

方案一工序01：铸造工序02：人工时效

工序03：粗铣、半精铣、精铣320155面工序04：铣105两侧面及32025面工序05：钻6-Φ9孔、扩Φ9孔到Φ13 工序06：粗铣、半精铣、精铣32019面工序07：粗铣、半精铣、精铣32067面

第 5 页

工序08：钻、攻6-M8螺纹深20 工序09：与件3配作2Φ6锥孔工序10：钻、攻2-M8螺纹工序11：磨320155面工序12：磨32038面工序13：去毛刺工序14：检验至图纸要求工序15：入库方案二

工序01：铸造工序02：人工时效

工序03：粗铣、半精铣、精铣320155面工序04：铣105两侧面及32025面工序05：粗铣、半精铣、精铣32019面工序06：粗铣、半精铣、精铣32067面工序07：钻6-Φ9孔、扩Φ9孔到Φ13 工序08：钻、攻6-M8螺纹深20 工序09：与件3配作2Φ6锥孔工序10：钻、攻2-M8螺纹工序11：磨320155面工序12：磨32038面工序13：去毛刺工序14：检验至图纸要求工序15：入库

方案一与方案二的区别在于钻6-Φ9孔、扩Φ9孔到Φ13加工

第 6 页的先后，孔加工之后为后面工序的加工提供了定位基准，简化了夹具设计，减少了成本，提高了效率，故采用方案一，具体的加工路线如下工序01：铸造工序02：人工时效

工序03：粗铣、半精铣、精铣320155面工序04：铣105两侧面及32025面工序05：钻6-Φ9孔、扩Φ9孔到Φ13 工序06：粗铣、半精铣、精铣32019面工序07：粗铣、半精铣、精铣32067面工序08：钻、攻6-M8螺纹深20 工序09：与件3配作2Φ6锥孔工序10：钻、攻2-M8螺纹工序11：磨320155面工序12：磨32038面工序13：去毛刺工序14：检验至图纸要求工序15：入库

2.4 确定切削用量及基本工时

工序01：铸造工序02：人工时效

工序03：粗铣、半精铣、精铣320155面工步一：粗铣320155面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8，第 7 页

ap3.0mm，d060mm，v125m/min，z4。2.决定铣削用量 1）决定铣削深度

ap3.0mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出

fz0.2mm/齿，则

ns1000v1000125663r/min d60按机床标准选取nw＝675r/min

vdnw1000606751000m/min127.2m/min

当nw＝675r/min时

fmfzznw0.24675540mm/r 按机床标准选取fm500mm/r 3）计算工时

切削工时：l320mm，l13.0mm，l23mm，则机动工时为

tmll1l2320332.415min nwf6750.2工步二：半精铣320155面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8, ap1.5mm，d060mm，v125m/min，z4。

第 8 页

2.决定铣削用量 1）决定铣削深度

ap1.5mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出

fz0.2mm/齿，则

ns1000v1000125663r/min d60按机床标准选取nw＝675r/min

vdnw1000606751000m/min127.2m/min

当nw＝675r/min时

fmfzznw0.24675540mm/r 按机床标准选取fm500mm/r 3）计算工时

切削工时：l320mm，l11.5mm，l23mm，则机动工时为

tmll1l23201.532.404min nwf6750.2工步三：精铣320155面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8, ap0.4mm，d060mm，v125m/min，z4。2.决定铣削用量

第 9 页

1）决定铣削深度

ap0.4mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出

fz0.2mm/齿，则

ns1000v1000125663r/min d60按机床标准选取nw＝675r/min

vdnw1000606751000m/min127.2m/min

当nw＝675r/min时

fmfzznw0.24675540mm/r 按机床标准选取fm500mm/r 3）计算工时

切削工时：l320mm，l10.4mm，l23mm，则机动工时为

tmll1l23200.432.396min nwf6750.2工序04：铣105两侧面及32025面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合双面刃铣刀，刀片采用YG8, ap3.0mm，d080mm，v125m/min，z4。2.决定铣削用量 1）决定铣削深度

第 10 页

切削工时：l320mm，l11.5mm，l23mm，则机动工时为

tmll1l23201.531.014min nwf16000.2工步三：精铣32019面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用YG8, ap0.4mm，d060mm，v125m/min，z4。2.决定铣削用量 1）决定铣削深度

ap0.4mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出

fz0.2mm/齿，则

ns1000v10001251592.3r/min d25按机床标准选取nw＝1600r/min

vdnw10002516001000m/min125.6m/min

当nw＝1600r/min时

fmfzznw0.2416001280mm/r 按机床标准选取fm1200mm/r 3）计算工时

切削工时：l320mm，l10.4mm，l23mm，则机动工时

第 11 页

为

tmll1l23200.431.011min nwf16000.2工序07：粗铣、半精铣、精铣32067面工步一：粗铣32067面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合三面刃铣刀，刀片采用YG8, ap2.0mm，d0100mm，v125m/min，z4。2.决定铣削用量 1）决定铣削深度

ap2.0mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出

fz0.2mm/齿，则

ns1000v1000125398.1r/min d100按机床标准选取nw＝375r/min

vdnw10001003751000m/min117.8m/min

当nw＝375r/min时

fmfzznw0.24375300mm/r 按机床标准选取fm300mm/r 3）计算工时

切削工时：l320mm，l12.0mm，l23mm，则机动工时

第 12 页

为

tmll1l23202.034.333min nwf3750.2工步二：半精铣32067面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合三面刃铣刀，刀片采用YG8, ap0.8mm，d0100mm，v125m/min，z4。2.决定铣削用量 1）决定铣削深度

ap0.8mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出

fz0.2mm/齿，则

ns1000v1000125398.1r/min d100按机床标准选取nw＝375r/min

vdnw10001003751000m/min117.8m/min

当nw＝375r/min时

fmfzznw0.24375300mm/r 按机床标准选取fm300mm/r 3）计算工时

切削工时：l320mm，l10.8mm，l23mm，则机动工时为

第 13 页

tmll1l23200.834.317min nwf3750.2工步三：精铣32067面 1.选择刀具

刀具选取不重磨损硬质合三面刃铣刀，刀片采用YG8, ap0.2mm，d0100mm，v125m/min，z4。2.决定铣削用量 1 为

tmll1l23200.234.309min nwf3750.2工序08：钻、攻6-M8螺纹深20 工步一：钻6-M8螺纹底孔Φ6.8 选用6.8mm高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）

由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得f机0.28mm/r

Vc查16m/min（《切削》表2.15）n1000Vc10007.5r/min351.2r/min D6.8 按机床选取n=375r/min VcDn10006.837510008.（0m/min)

基本工时：tll1l2203.43min0.2514min nf3750.28总的工时：T=6t=1.509min 工步二：攻丝6-M8深20

第 14 页

选择M8mm高速钢机用丝锥

f等于工件螺纹的螺距p，即f1.25mm/r

Vc机7.5m/min

n1000Vc10007.5r/min341.2r/min D8 按机床选取n=375r/min 基本工时：tll1l2200.63min0.0503min nf3751.25总的工时：T=6t=0.302min 工序09：与件3配作2Φ6锥孔

1、加工条件

加工材料: HT150，硬度200~220HBS，铸件。

工艺要求：孔径d=6mm。通孔，精度H12~H13,用乳化液冷却。机床：选用Z3025钻床和专用夹具。

2、基本工时：tll1l2190.63min0.0482min nf3751.25总的工时：T=2t=0.096min 工序11：磨320155面工件材料：灰铸铁HT150 加工要求：磨320155面

机床：平面磨床M215A

刀具：砂轮

量具：千分尺（1）选择砂轮

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见《工艺手册》表4.8—2到表4.8—8，则结果为

WA46KV6P350×40×127 其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为46号，硬度为中软1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为350×40×127（D×B×d）（2）切削用量的选择

砂轮转速为N砂 =1500r/min,V砂=27.5m/s

轴向进给量fa =0.5B=20mm(双行程)

工件速度Vw =10m/min

径向进给量fr =0.015mm/双行程（3）切削工时

tm 2 L b Zb k1000 v fa f

《工艺手册》

式中L—加工长度，L=320mm Zb——单面加工余量，Zb =0.1mm

K—系数，1.10

V—工作台移动速度（m/min）

fa—— 工作台往返一次砂轮轴向进给量（mm）

fr——工作台往返一次砂轮径向进给量（mm）3201101.10.051.291min tm 

100010200.015工序12：磨32038面工件材料：灰铸铁HT150 加工要求：磨32038面

机床：平面磨床M215A

刀具：砂轮

量具：千分尺（4）选择砂轮

见《工艺手册》表4.8—2到表4.8—8，则结果为

第 16 页

WA46KV6P350×40×127 其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为46号，硬度为中软1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为350×40×127（D×B×d）（5）切削用量的选择

砂轮转速为N砂 =1500r/min,V砂=27.5m/s

轴向进给量fa =0.5B=20mm(双行程)

工件速度Vw =10m/min

径向进给量fr =0.015mm/双行程（6）切削工时

tm 2 L b Zb k1000 v fa f

《工艺手册》

式中L—加工长度，L=320mm Zb——单面加工余量，Zb =0.1mm

K—系数，1.10

V—工作台移动速度（m/min）

fa—— 工作台往返一次砂轮轴向进给量（mm）

fr——工作台往返一次砂轮径向进给量（mm）3201101.10.051.291min tm 

100010200.015工序13：去毛刺工序14：检验至图纸要求工序15：入库

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三、夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。有老师分配的任务，我被要求设计工序10：钻、攻2-M8螺纹的夹具设计，选用机床：Z525立式钻床

3.1、问题提出

本夹具主要用来钻、攻2-M8螺纹，生产批量：中大比量，钻、攻2-M8螺纹与其他面没有任何位置度要求，设计时主要考虑效率上。

3.2 定位基准的选择

以加工后的Φ9孔和320155的端面作为定位基准进行定位。

3.3定位元件的设计

本工序选用的定位基准为二孔、一平面定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对一面两销进行设计。

3.4切削力和夹紧力的计算

1、由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得：

钻削力 F26Df0.8HB0.6 式（5-2）钻削力矩 T10D1.9f0.8HB0.6 式（5-3）式中：D10.5mm

T1010.51.90.200.81740.646379Nmm

2、夹紧力的计算

选用夹紧螺钉夹紧机由Nf1f2KF

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其中f为夹紧面上的摩擦系数，取f1f20.2

5F=Pz+G G为工件自重 N

螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为  [s]=3.5~4 取[s]=4 得 120MPa

F3551.4N f1f2s

s4FH2dc22.8 满足要求

1.34Ndc215MPa

经校核：满足强度要求，夹具安全可靠，3.5:定位误差分析

(1)移动时基准位移误差jy

jyd1D1X1min（式5-5）

式中： d1 ———— 圆柱销孔的最大偏差

D1 ————圆柱销孔的最小偏差

1min ————圆柱销孔与工件Φ9孔最小配合间隙

代入（式5-5）得： jyd1D1X1min=0.019+0-0.015 =0.004（mm）

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(2)转角误差

dD1X1mind2D2X2min tg1

2L（式5-6）

式中： d1 ———— 圆柱销孔的最大偏差

D1 ————圆柱销孔的最小偏差

1min ————圆柱销孔与定位销最小配合间隙

d2 ———— 削边销孔的最大偏差

D2 ———— 削边销孔的最小偏差

X2min ———— 削边销定位孔与定位销最小配合间隙

其中：X2min2(LxLgX1min)2 则代入（式5-6）得：

tg0.01900.0150.01500.010.0000622

247则： 0.00006219

3.6夹具设计及简要操作说明

本工件采用圆柱销定位，通过圆柱销和工件的过盈配合来固定工件，通过一削边销防止工件转动，这们工件被完全定位。这样操作更加简单，迅速，特别适合大批量生产，总体来说这套夹具是非常不错的。能满足批量生产要求

装配图附图如下：

第 20 页

夹具体附图如下

第 21 页

总结

课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入毕业设计打下了好的基础。

课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。

第 22 页

致谢

这次课程设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了课程设计。

这次课程设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

第 23 页

参考文献

1.切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年

2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年

3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年

4.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年

5.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月

6.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年

第 24 页

夹具毕业设计篇2

夹具是连接机床与工件的机械装置, 其功能是定位与夹紧工件, 使工件相对机床有正确的位置和良好的连接刚性, 进而能够优质高效地完成工件的切削加工, 达到设计要求的尺寸精度、形位精度、表面质量等。机床夹具主要由夹具主体、定位元件、夹紧装置、对刀元件、导引元件等组成。

2 夹具总体设计

2.1 确定工艺路线, 注意各工序节拍平衡, 使夹具规划与

生产匹配

工艺路线决定各工序加工内容, 进而决定各工序夹具形式。同时, 夹具设计时也要考虑各工序节拍平衡, 保证生产流畅, 加工节拍短的工序可以考虑一次装夹多件工件, 以达到延长加工时间、平衡加工节拍的目的。

2.2 确定各工序定位和夹紧方式

粗加工基准只使用一次, 在首序加工时, 加工出后续工序的精基准, 并尽量使后续工序基准统一。

2.3 确定机床各轴行程及机械尺寸, 保证无干涉无超程

等问题

夹具体或夹具零件, 以及工件非加工部位可以超出机床行程, 但须保证在运动过程中无干涉, 否则将使工件或夹具与机床碰撞, 造成损坏。同时, 我们在布置工件时, 应尽量将加工部位避开机床行程极限, 一方面, 机床在行程极限时各轴定位精度有所下降, 另一方面, 某些机床在行程极限时刚性不足, 易造成振刀等问题。笔者曾设计过一套卧式加工中心夹具, 该机床Y轴行程730mm, 工件Y轴方向最高加工部位为700mm, 在工件Y轴方向400mm以上加工时, 就出现严重振刀, 铣面时产生很严重的振纹, 孔加工也由于振刀使孔径偏大超差。

2.4 确定机床工作台载荷, 夹具装夹上工件毛坯后, 其总

重量应小于机床额定载荷

机床切削力与机床载荷受力方向相同时, 其切削力也将成为机床载荷的一部分, 故根据切削力大小不同, 夹具总重量应留有一定安全系数。比如立式加工中心, 其钻孔时切削力全部成为机床工作台载荷的一部分, 那么设计夹具时就应将夹具和工件总重量留有一定安全量。

2.5 保证夹具体具有足够的刚性, 较大型夹具主体可采

用整体铸造形式

对于精密夹具, 其夹具主体如采用铸造件或焊接件, 应经过时效处理, 使其释放残余应力, 减小夹具后期变形, 以防止产生定位精度误差。

2.6 保证工件具有一定的刚性

使工件既不会因为装夹过远造成工件颤振, 也不会因为装夹太近造成加工干涉。同时, 工件装夹受力点应避开工件薄弱部位, 比如需精密加工的内孔正对外表面等。

2.7 夹具基准应尽量统一

夹具基准主要有夹具调校基准、对刀基准、工件测量基准。夹具调校基准是夹具安装时, 其自身相对机床的调校基准, 对刀基准是工件加工时用于确定刀具相对工件位置的基准, 测量基准是工件加工后部分需在线检测的检测基准。以上基准应尽量统一。

2.8 部分夹具应设计防错装置

对于工件具有对称性, 或用于加工系列类似工件的夹具, 应设计防错装置, 以防止工件装夹错误。

3 定位设计

3.1 定位原理

根据理论力学原理, 我们知道刚体在空间具有六个自由度, 定位的原理就是要限制工件的六个自由度, 使其在空间具有确定的几何位置。根据限制自由度的不同, 工件定位存在以下几种情况:

(1) 完全定位。即工件六个自由度刚好被限制, 工件在夹具上占有完全确定的唯一位置, 此种定位方式是夹具设计的理想方式, 也是我们在设计夹具时应努力追求达到的一种状态。

(2) 不完全定位。即工件未完全限制六个自由度, 但是已满足加工要求。例如, 夹具限制了工件五个自由度, 而剩余一个未限制自由度由于不是受力方向, 不会造成工件移位和晃动, 此种情况即为不完全定位, 是夹具设计的次理想状态。

(3) 欠定位。即工件工序加工要求应该限制的几个自由度未得以限制, 此种情况称为欠定位。欠定位可能造成工件加工过程中的移位、崩刀、工件与机床碰撞等严重事故, 是夹具设计的严重失误。

(4) 过定位。部分自由度被重复限制的现象称为过定位。过定位也会造成工件位置的不确定, 可能造成工件加工误差, 但其危害应比欠定位小。

3.2 夹具本身的定位

夹具是连接机床与工件的机械装置, 我们设计夹具的目的, 是使工件相对机床具有确定的几何位置, 而工件的几何位置, 是通过夹具传递到机床上, 所以夹具本身相对机床的定位与工件相对夹具的定位一样重要, 任何一个定位误差, 都将造成工件几何位置的误差, 并最终造成加工质量偏差。不同机床具有不同定位方式, 立式加工中心工作台多采用T型槽定位, 中间一条T型槽是定位槽, 精度较高, 其余槽是夹具夹紧槽, 不具备定位精度;卧式加工中心多采用工作台中心芯轴定位 (也有采用T型槽定位的) , 车床主轴则是以主轴外圆定位, 我们应根据不同机床确定夹具的定位方式。同时, 夹具自身定位基准, 应与本文2.7节所阐述的基准具有确定的几何关系 (平行、垂直或一定的角度等) , 从而达到工件定位准确传递到机床的目的。

3.3 工件在夹具上的定位

根据不同工件, 选用不同定位方式, 箱体类、液压阀体、壳体类零件, 多采用“一面两销”定位方式, 轴类零件则采用外圆定位。

3.4 定位元件的要求

(1) 具有一定的强度和刚性。某些时候, 定位元件要承受工件重力或切削力, 如刚性和强度不足, 久而久之可能造成定位元件的变形甚至损坏。

(2) 具有较高耐磨性。由于工件的拆装, 定位元件经常与工件产生摩擦, 必须具有较高耐磨性, 否则易造成定位元件本身磨损, 带来定位精度误差。

(3) 具备防屑防尘功能。定位元件应具备防屑防尘功能, 避免铁屑和灰尘造成定位精度误差。例如面定位时, 定位平面可开斜槽, 用于容纳铁屑和灰尘等。

(4) 应避开加工边缘和毛刺部位, 进而保证定位精度。例如, 在定位面的直角处开槽, 可防止工件边缘毛刺造成定位误差。

(5) 定位元件拆装方便。由于定位元件是易损件, 需要更换。加工系列化零件时, 也可能需要更换定位元件, 故定位元件应拆装方便。

4 夹紧设计

4.1 夹紧力源

夹具常用夹紧力源主要有机械夹紧、液压夹紧、气动夹紧。机械加工中一般切削力较大, 需要夹紧力也较大, 故气动夹紧使用较少, 多为机械夹紧和液压夹紧。

4.2 夹紧力设计

(1) 主要夹紧力的作用方向应指向主要定位基准。 (2) 夹紧力的作用方向尽可能有利于减小夹紧力。夹紧力过大, 可能造成工件的弹性和塑性变形, 甚至造成夹具夹紧装置的变形。 (3) 夹紧力的作用点和作用方向应不破坏工件的准确定位。例如, 采用一面两销方式定位时, 夹紧力不应施加在定位销径向方向, 而应是轴向方向夹紧。 (4) 尽可能在工件刚性较好的部位。应避免夹紧力方向工件悬空, 同时也应避免工件薄弱部位夹紧。 (5) 夹紧力应尽可能靠近加工部位, 以防止工件振动。但同时需保证不产生刀具干涉, 产生工件加工中“夹具被加工”的现象。

5 结语

以上是笔者在多年工艺工作中从事夹具设计的一些体会, 在实际设计中, 还应根据不同机床、不同工件具体问题具体分析。

摘要：机械加工中, 工件相对机床应具有唯一确定的几何位置。夹具是连接工件与机床的机械装置, 同时起到传递工件位置精度、固定工件的作用。文中介绍了夹具设计的常用方法、设计思路及设计禁忌等经验。

关键词：机床,夹具,设计

参考文献

[1]陈宏钧.机械加工工艺装备设计员手册[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2]曹岩, 等.机床夹具手册与三维图库[M].北京:化学工业出版社, 2010.

[3]钟俊杰, 姚晓东.多工位零件定位的夹具设计[J].广西轻工业, 2011 (11) :50-51.

[4]陈杰, 等.浅谈卧式加工中心专用夹具的设计[J].机电工程技术, 2011 (11) :103-105.

[5]吴磊, 等.计算机辅助夹具设计发展现状与趋势[J].装备制造技术, 2011 (11) :89-91.

试论机床夹具设计篇3

【关键词】机床夹具经济设计

【中图分类号】TG751【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0182-02

在机械加工的过程中，为了能够保证工件的加工精度，使之相对于机床、刀具占有确定的位置，并能迅速可靠地夹紧工件，以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具，简称夹具。夹具设计中主要要基于夹具的特点，从夹具体、定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或导向元件、其他装置或元件以及标准化了的其他联接元件中设计。

1、机床夹具设计的必要

机床夹具是在机床上用以定位装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围和保证生产安全，因此，机床夹具在机械制造中占有很重要的地位。随着现代机械加工的日趋完善和各种高精加工机床的出现，这要求与之配套的机床附件更加精确和可靠，而机床夹具的性能直接影响加工工件的安装、定位及制造精度。因此，良好的机床夹具设计是保证高精度机床加工的前提条件。

2、机床夹具设计

2.1 高精、高效

为了提高机床的加工精度，机床夹具应具有较高的定位安装精度和转位、定位精度。工件在夹具的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面。设计中常用的定位方法与定位元件如下。

2.1.1工件以平面定位

平面定位的主要形式是支承定位。夹具上常用的支承元件有以下几种：

1）固定支承。固定支承有支承钉和支承板两种形式。

2）可调支承。支承点位置可以调整的支承称为可调支承。当工件定位表面不规整以及工件批于批之间毛坯尺寸变化较大时，设计中使用可调支承。有时，可调支承也可用作成组夹具的调整元件。

3）自位支承。自位支承在定位过程中，支承本身可以随工件定位准面的变化而自动调整并与之相适应。自位支承一般只起一个自由度的定位作用，即一点定位，毛坯表面、断续表面、阶梯表面的定位以及有角度误差的平面定位，设计中多采用自位支承。

4）辅助支承。辅助支承是在工件定位后才参与支承的元件，它不起定位作用，设计中可选择相对廉价的材料。

夹具设计中，选择不同支承定位，要根据不同的设计课题入手，从怎样限制零件的自由度；怎样夹紧；设计的夹具怎样排削；怎样使夹具使用合理，便于装卸等几方面综合考虑。

在加工回转体类工件时，要考虑夹具的可靠及通用性，使用可调支承加工不同尺寸的相似工件，这样可以使夹具最大范围地发挥其使用和通用性。而在选择定位支承时，可以根据不同工件定位面来选取。

2.1.2 工件以圆柱孔定位

工件以圆柱孔定位大都属于定心定位（定位基准为孔的轴线），夹具上相应的定位元件是心轴和定位销。

2.1.3 工件以心轴定位

心轴的结构形式很多，工件安装时轻轻敲入或压入，通过孔和心轴接触表面的弹性变形来夹紧工件。设计中使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度。除了刚性心轴以外，在生产中为安装夹紧方便可采用弹性心轴，液塑心轴，自动定心心轴等。这些心轴在工件定位的同时将工件夹紧，使用起来很方便。

2.1.4 工件以定位销定位

定位销与夹具体的连接可采用过盈配合，也可采用间隙配合。设计中当要求孔销配合只在一个方向上限制工件自由度时，可使用菱形销，工件也可用原柱销定位。

2.1.5 工件以外圆表面定位

工件以外圆表面定位有两种形式，一种是定心定位，一种是支承定位。工件以外圆表面定位的情况与工件与圆柱孔定位的情况相仿，只是用套筒或卡盘代替心轴或柱销，以锥套代替了锥销。

工件以外圆表面支承定位设计中优先选择V形块。因为V形块对中性好，是可用于非完整外圆表面的定位。V形块两斜面之间的夹角一般取60°，90°和120°，设计中以90°为主，90°夹角V形块结构已标准化。

2.1.6 工件以其他表面定位

工件除了以平面、圆孔和外圆表面定位外，设计中也可以锥孔定位，以渐开线齿面定位。

2.1.7 快速装夹工件，提高机床的生产效率

设计中要以各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动、液压夹紧和多件装夹的夹具等为主，并要根据装夹要求选择不同的夹具附件，如对切削时间较长的工件夹紧，选择液压夹具时应在夹紧系统中附加储能器，以防止泄液；若对自锁性要求较严格时，则多选择快速螺旋夹紧机构，并利用高速风动扳手辅助安装。

夹紧装置是夹具的重要组成部分。在设计夹紧装置时，应满足以下基本要求：

1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。夹紧应可靠和适当。夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工过程中不会产生松动或振动。夹紧工件时，不允许工件产生变形和表面损伤。

2）夹紧装置应操作方便、省力、安全。

3）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。结构设计应力求简单、紧凑，并尽可能采用标准化元件。

2.1.8 夹具应有良好的机动性和安全可靠性

夹具设计不但要保证加工精度、提高劳动生产率、扩大机床的使用范围，而且应有良好的机动性和安全可靠性，保证生产安全。

2.2 模块、组合

夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用CAD/CAM、CAXA、Pro＼E等技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。模块化夹具与组合夹具之间有许多共同点。它们都具有方形、矩形和圆形基础件。在基础件表面有坐标孔系。两种夹具的不同点是组合夹具的万能性好，标准化程度高；而模块化夹具则为非标准的，一般是为本企业产品工件的加工需要而设计的。

2.3 通用、经济

夹具设计要大力提倡标准化、系列化的通用性设计，这样，才能提高设计质量，缩短设计周期，降低设计成本，提高其设计制造水平和质量，从而使夹具行业的整体劳动生产率得到提高。

3、结论

夹具设计中采用高精、高效、模块、组合、通用经济方向发展的思路，在组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，充分利用现代信息和网络媒体，引进技术，争取合资与合作，与时俱进地创新和发展夹具技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。

参考文献

[1] 胡建新.机床夹具[M].中国劳动社会保障出版社，2001

[2] 冯道.机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册[M].安徽文化音像出版社，2003

夹具课程设计篇4

课程名称机械制造装配设计

设计课程钻模夹具设计专业机械设计制造及其自动化姓名

年月日

课程设计任务书

机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名班级学号

课程名称：机械制造装备设计设计题目：钻模夹具设计

课程设计内容与要求：

设计内容：钻削夹具装配图一张，零件图一张。要求：

1、设计（装配图按夹具要求设计，相关的配合尺寸要标明，在说明书中要有夹具定位计算，夹紧等方案的选择）。

2、零件图要符合工程图的根据要求，图纸的标题要有材料。

设计（论文）开始日期年月日指导老师

设计（论文）完成日期年月日

年月日

课程设计评语第页

机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名班级学号

课程名称：机械制造装备设计设计题目：钻模夹具设计

课程设计片篇幅：

图纸共 2 张

说明书共 16 页

指导老师评语：

年月日指导老师

序言................................................................................................................................1 第一章设计准备工作..................................................................................................2

1．1 设计前的准备工作.........................................................................................................2

1．1．1明确工件的年生产纲领....................................................................................2 1．1．2 机床的选择.......................................................................................................2 1．2 熟悉工件图.....................................................................................................................2

第二章夹具设计..........................................................................................................4

2.1 定位方案...........................................................................................................................4

2．1．1 定位基准的选择...............................................................................................4 2．1．2 定位元件的布置...............................................................................................5 2．2 结构方案.........................................................................................................................5

2．2．1 夹具体设计.......................................................................................................5 2．2．2 分度装置设计...................................................................................................7 2．2．3 对刀—导向装置设计.......................................................................................8 2．2．4 加紧装置设计...................................................................................................9 2．3 夹具装配图的绘制.......................................................................................................10 2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准.................................................................10 2．3．2 夹具公差与配合的选择.................................................................................11 2．3．3 夹具装配图上形位公差的标准.....................................................................11 第三章方案设计论证................................................................................................14

3．1 设计思路.......................................................................................................................14 3．2 设计方法与结果...........................................................................................................14 致谢..............................................................................................................................15 参考文献......................................................................................................................16

序言

本课程设计的目的：

1、运用已学过的机床夹具设计及有关课程的理论知识以及生产实习中所获得的实际知识，根据被加工零件的要求，设计既经济合理又能保证加工质量的夹具。

2、培养结构设计能力，掌握结构设计的方法和步骤。

3、学会使用各种手册、图册、设计表格，规范等各种标准技术资料，能够做到熟练运用机械制造技术课程中的基本理论，正确的解决一个零件在加工中的加工基准的选择、定位、夹紧等。

4、进一步培养机械制图、结构设计、等基本技能。专用夹具设计的基本要求 :

1、夹具设计应满足零件加工工序的精度要求。

2、应能提高加工生产率。

3、操作方便、省力、安全。

4、具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本。

5、具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。机床夹具在机械加工中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几个方面。

1、缩短辅助时间，提供劳动生产率，降低加工成本。

2、保证加工精度，稳定加工质量。

3、降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产。

4、扩大机床的工艺范围，实现“一机多能”。

5、在自动化生产和流水线生产中，便于平衡生产节拍。

第一章设计准备工作

1．1 设计前的准备工作

1．1．1明确工件的年生产纲领

企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。

该产品年产量为1000件，其设备品率为2%，机械加工的废品率为3%。

N=Qn(1+α%)(1+β%)=1000*1*(1+2%)(1+3%)=1051

该工件的年产量为1051件，其属于轻型零件。故生产类型属于中批生产。

1．1．2 机床的选择

夹具与机床的连接方式，主要可以分为以下两大类：第一类属于夹具安装在机床的回转主轴上。第二类属于夹具安装在机床的工作台上。

根据工件设计要求，此工件要求加工3－Φ16H7的孔。因此该夹具设计应选用第二类连接方式。查《机床夹具设计手册》，选用Z525-1立式钻床。

1．2 熟悉工件图

工件图应该无遗漏地给出制造零件所需的全部信息，包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度要求、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。

该工件的工件图如下：

已知该工件的材料为HT200，加工3–Φ16H7(其它工序已经加工完成)。

第二章夹具设计

2.1 定位方案

2．1．1 定位基准的选择

加工时，使工件在机床上或夹具上占据一正确位置所依据的基准称为定位基准。分析该工件所要加工的孔，该孔与Φ32H7孔之间的距离为60±0.2mm,又是工件的测量基准，这样设计基准与工序基准重合。因此确定该孔的中心线为定位基准。

2．1．2 定位元件的布置

为了限制其自由度，定位元件的布置有一下三种方案： 1）、方案一：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面这样限制了三个自由度，用一个浮动圆柱销伸入Φ16H7mm的孔中限制了两个自由度。显然此方案不能满足“六点定位”原理，出现了过定位，并且加工时比较费时需不断移动工作台。

2）、方案二：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面这样限制了三个自由度，用一个浮动V形块限制Φ40的外圆表面。虽然V形块有对中作用，但是其外圆表面没有进行任何加工，其不能保证加工精度的要求。

3）、方案三：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面限制了三个自由度，用一个浮动菱形销伸入Φ16H7mm孔中限制一个自由度。很明显此时满足了“六点定位”原理，在加工完一个孔后，旋转工件90度，在其位置安装一个菱形销用其定位，之后加工第二个孔，以此类推加工第三个。此方案不仅能满足“六点定位”原理，还缩短了加工时间。

在以上三个方案中，第一、二种方案不能采用；第三种方案使定位误差等于零，其结构比前两种方案复杂，但中批量生产的条件下来看，第三种方案较合适。

2．2 结构方案

2．2．1 夹具体设计

夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，切削力、重力等大小的影响。

夹具体应满足以下几点计算要求：

1、应有足够的强度和刚度。

2、力求结构简单及装卸工件方便。

3、结构工艺形好。

4、排屑切屑要方便。

5、在机床上安装稳定可靠。

6、具有适当的精度和尺寸稳定性。

夹具体毛坯可以分为四类：

1、铸造夹具体。铸造夹具体如图2-1（a）所示。

2、焊接夹具体。焊接夹具体如图2-1（b）所示。

3、锻造夹具体。锻造夹具体如图2-1（c）所示。

4、装配夹具体。装配夹具体如图2-1（d）所示。

（a）

（b）

（c）

（d）

图2-1 夹具体毛坯的类型

分析工件本次夹具体的设计采用装配式夹具体，这样可以降低生产成本，减少生产周期，并且精度稳定。

2．2．2 分度装置设计

为了易于保证加工表面间的位置精度，或减少装夹次数，提高生产率，通常多采用分度加工的方法。即在完成一个表面加工以后，依次使工件随同夹具的可动部分转过一定角度或一定距离，对下一个表面进行加工，直至完成全部加工内容，具有这种功能的装置称为分度装置。

按分度的运动形式可以分为回转式和直线移动式两类：

1、回转分度装置。

2、直线分度装置。

对于本工件来说，该工件体积较小，质量较轻，易于手动操作。在夹具设计中，该夹具为单件加工。这样可以提供以下几个方案。

1）、方案一：利用伸入Φ32的圆柱销当做旋转装置，进行手动旋转。分别用浮动菱形销和夹具体底座上的菱形销当做定位装置。

2）、方案二：用浮动菱形销定位Φ16H7的孔，在A面上安装一个旋转装置，使之与Φ16H7的一起旋转。在旋转装置上进行定位。

3）、方案三：在夹具体底座上安装三个浮动菱形销，手动旋转工件，依次对Φ16H7的孔进行定位。

由于加工的工件体积较小质量较轻且夹具为单件生产，不宜采用较复杂的夹具。在上述三个方案中属方案一比较简单，因此采用方案一的方案。

2．2．3 对刀—导向装置设计

对刀装置由对刀块和塞尺组成。借助对刀装置可以迅速而准确地确定夹具与刀具的相对位置。

导向装置用于在钻、镗类机床上加工孔和孔系时对刀具进行导向，引导元件主要有钻模和镗模。借助于引导元件可提高被加工孔的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。

这次加工是对孔系的加工，因此选取导向装置。钻套按其结构和使用特点可以分为以下几种类型。1）、固定钻套。如图2-2（a）和图2-2（b）所示，固定钻套分为A型和B型两种。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为H7/n6或H7/r6.固定钻套的结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批生产。

2）、可换钻套。如图2-2（c）所示，当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套于衬套之间采用F7/m6或H7/m6配合，衬套与钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止加工时钻套的转动，或退刀时随刀具自行拔出。

3）、快换钻套。如图2-2（d）所示，当工件需钻、扩、铰多工序加工时，为能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。快换钻套的有关配合同可换钻套。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可去钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。

（a）固定钻套

（c）可换钻套

（d）快换钻套

图2-2 标准钻套

由于钻孔只能到达IT10~IT13精度，不能达零件所要求的IT7精度，零件所钻孔径为Φ16mm，钻、扩两次便能达到所要求精度，因此需要快换钻套。

2．2．4 加紧装置设计

工件定位后将其位置固定下来，称为夹紧。设计夹紧装置应遵循以下原则：

1、工件不移动原则；

2、工件不变形原则；

3、工件不振动原则；

4、安全可靠原则；

5、经济实用原则。

设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。1）、夹紧力的方向

夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。

2）、夹紧力的作用点

夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。

3）、夹紧力的大小

夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力的大小要适当。

在实际设计中，常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。当采用估算法确定夹紧力时，其公式为

FwkKFw

式中

Fwk——实际所需夹紧力，N；

Fw——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，N；

K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K=2.5~3，精加工取K=1.5~2。

夹紧机构的旋转 1）、方案一：在Φ50mm圆柱上表面采用开口垫圈的螺旋夹紧机构。2）、方案二：在Φ50mm圆柱外圆表面利用夹紧机构夹紧外圆。

由于本工件体积较小质量较轻，在加工工件时为单件生产，劳动强度不大。为了是夹紧力的方向与切削力、重力同向，则夹紧力在Φ50mm的轴心上，因此可以选用螺母夹紧。

2．3 夹具装配图的绘制

夹具装配图的绘制，是在夹具结构方案草图经过老师审定之后进行的。夹具的总装配图应按国家制图标准绘制，绘制比例尽量采用1：1。主视图应按操作者的视线方向绘制。总装配图应将夹具的工作原理、各种装置的结构及其互相关心表达清楚。在完整地表达出夹具工作原理和构造的基础上，视图的数量尽可能少。

2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准

一般说来，在夹具总装配图上应标注的基本尺寸和公差有以下几种： 1）、夹具的轮廓尺寸

指夹具的最大轮廓尺寸。当夹具结构中有可动部分时，应包括可动部分处于极限位置时，在空间所占的尺寸。

2）、影响定位精度的尺寸和公差

主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。

3）、影响对刀精度的尺寸和公差

主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差。

4）、影响夹具在机床上的安装精度的尺寸和公差

主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差。

5）、影响夹具精度的尺寸和公差

主要指定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。

6）、其他重要尺寸和公差

主要指定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。

2．3．2 夹具公差与配合的选择

夹具尺寸会直接影响工件加工精度，取其公差为

j~k

35式中

j——夹具装配图上的尺寸公差或位置公差；

11k——与j相应的工件尺寸公差。

2．3．3 夹具装配图上形位公差的标准

1）、钻套轴线相对于定位表面（或轴线）的平行度、垂直度、对称度。2）、钻套轴线相对于底座底平面的垂直度。3）、处于同一圆周位置上的钻套所在圆的圆心相对定位元件的轴心的同轴度。

4）、活动定位件的对称中心线相对定位元件、钻套轴心线的位置度。

第三章方案设计论证

3．1 设计思路

1）、首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合理。

2）、工件主要定位部分为Φ32mmH7的圆孔轴心以及Φ16H7的圆孔，我设想用长销小平面组合与菱形销定位，这样虽限制了五个自由度，但可以满足定位要求。

3）、最后将长销小平面组合固定在一块底板上，长销小平面组合与菱形销定位后，利用内六角螺钉和定位销定位进行夹紧，工件的夹紧力的方向垂直与工件的轴线方向，作用点为轴线上。

3．2 设计方法与结果

1）、首先对工件的加工要进行分析，已知工件上钻3-Φ16H7的孔，根据工件的形状和加工要求，采用钻床比较合理。

2）、在定位方面，采用了长销小平面组合与菱形销定位方式，仅限制了五个自由度，但满足了定位要求。所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧。利用六角螺母拧紧的方式进行夹紧，由于工件是中批量生产，并且此方式简单使用，而且不影响加工过程，所以最总选择此方案进行夹紧。

3）、最后，对整个夹紧方案分析得出，定位可靠，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。

致谢

本次课程设计是在指导老师的关怀和悉心的指导下完成的。他严谨的治学精神，严肃的科学态度，精益求精的工作作风，深深的感染了我。在指导老师的指导和关心下，我才有信心更好的完成此次课程设计。

机械制造装备课程设计是学完了机械制造装备设计和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中我遇到了不少的困难，在老师的帮助和在图书馆查阅资料下，最终解决了困难。

这次课程设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力和独立解决问题的能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

参考文献

1.赵雪松《机械制造装备设计》武汉：华中科技大学出版社，2011.1 2.王先逵《机械制造工艺学》北京：机械工业出版社，2011.6 3.吴拓《简明机床夹具设计手册》北京：化学工业出版社，2010.4 4.李名望《机床夹具设计实例教程》北京：化学工业出版社，2009.9 5.陈立德《机械制造装备设计课程设计》北京：高等教育出版社，2010.8 6.孙恒《机械原理》北京：高等教育出版社，2000.8 7.喻子建 8.张玉 9.成大先 10.高小康

连杆盖夹具课程设计. 篇5

连杆盖夹具设计说明书

第十组 3-10图

专业：机械制造及自动化课程名称：机械制造工艺学指导教师：张俊纪学生：范耕川

黄德盛谢望春杨滨

张周郭浩二零一三年六月二十六日

四川交通职业技术学院

四川交通职业技术学院课程设计

提出问题

1.选择哪道工序进行夹具设计？

答：我们选择了上端15mm凹槽进行夹具设计。2.怎样定位？

答：我们选择的是一面一销定位。以大端面定位侧面。用一个菱形销定位Φ20的孔。用底座将工件底面压紧。

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小组成员分配。

定位方案：范耕川画零件图：谢望春画装配图：郭浩、张周写说明书：黄德盛

计算（查表）：范耕川、杨滨

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摘

要

本学期我们进行了机械制造夹具设计。我们组设计的设计题目是连杆盖，经商讨决定针对铣上端15mm槽工序设计专用夹具。本夹具有以下优点：1.安装方便，将工件放入1个菱形销即可定位，再用压扳压紧，即可对工件加工；2.便于拆卸，在普通压板上改进，使用梯形设计，可以很快拆卸和安装。提高了生产效率；3.夹具结构简单，夹紧可靠。

本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。

本次设计阐述了专业夹具结构设计及工作过程。本夹具性能可靠，运行平稳，提高生产效率，降低劳动强度和生产成本。

关键字：连杆盖 ,夹具设计,现代加工工艺

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1.1确定定位基准................................................................................6 1.2 确定夹具整体方案.......................................................................7 1.3定位误差的分析............................................................................8 1.4夹紧力的计算................................................................................8 1.5夹具精度分析................................................................................9 1.6误差分析........................................................................................9 1.7 夹具总体设计...............................................................................9 1.8夹具的设计及操作的简要说明..................................................12 1.9结构特点......................................................................................12 总

结...................................................................................................13 参考文献...................................................................................................14

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夹具体的总体设计

1.1 确定定位基准

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。

根据工艺决定设计第十道工序精铣上端槽铣床专用夹具，本夹具将用于 XX52型号立式铣床，刀具为高速钢错齿三面刃铣刀。

方案1：由零件及零件加工工艺可知由大端侧面为和Φ81的孔为定位精基准，采用一面两销的定位方案完全定位，如下图：

图6.1 定位方案一

方案2：采用一个长销定位Φ81的通孔加一个V形块在小端定位，在左边采用活动的V形块夹紧。如下图：

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图6.2 定位方案二

1.2 确定夹具整体方案

方案一：采用一面一销的定位方案：用大端面定位侧面，用一个菱形销定位Φ20孔，底端通过夹具底面定位，然后通过压板夹紧侧面。

方案二：采用一个长销定位Φ81的通孔加一个V形块在小端定位，在左边采用活动的V形块夹紧。

方案比较：第二个方案有些不足，采用长销定位Φ81的通孔加一个V形块定位难以保证槽的侧面的平行度，而且在左端加V形块示以夹紧力会导致工件向右偏差影响Φ20孔的同轴度。

而第一个方案中采用一面两销的定位，既能保证Φ20孔轴的同轴度又能保证槽侧面的平行度，所以第一个方案是最合理的方案。

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1.3定位误差的分析

本工序加工要求保证的位置精度主要是平行度公差0.2mm。本工序的定位销和20孔的配合选用的是H6/h5孔的尺寸为20，查表经过计算得到定位销尺寸为，由于在选择定位基准时，所选择的定位基准与工序基准重合，不存在不重合定位误差又由于定位副制造误差引起的定位误差Δ=0.023+0.009=0.032mm 定位误差小于零件要求的公差的三分之一，所以以上方案可行。

1.4夹紧力的计算

针对成批生产的工艺，此夹具选用螺旋夹紧机构夹压工作。

根据文献[3]表9.4-10查的铣削力的计算公式如下：

FzxFyFuFCFapafawZd0fnqwf

此次工序选用的刀具为高速钢错齿三面刃铣刀：d0=160,l=12,Z=24,切削厚度ap=1，铣削宽度ae=40 查9.4-10得到

CF=294, xF=1.0,yF=0.72,uF=0.86,wF=0,qF=0.86, 带入公式得到Fz=662.3N 垂直分力Fv=0.3Fz=199N 考虑到安全系数K=K1K2K3K4,其中K1=1.5，K2=1.1，K3=1.1，K4=1.1 所以 F=KF=397N,所以选用的机构的夹紧力N>397N 根据《夹具设计手册》表1-2-25查得用扳手M8六角螺母的夹紧力为1024.5N远远满足要求了，故选用M8螺母.四川交通职业技术学院课程设计

1.5夹具精度分析

使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差因素主要有；

1、定位误差

工件安装在夹具上位置不准确或不一致。

2、夹具制造与装夹误差

包括夹具制造误差、夹紧误差、导向误差。

3、加工过程误差

在加工过程中由于工艺系统的几何误差、受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差。

1.6误差分析

由于每一个工件的尺寸和表面形状上存在着公差范围内的差异，夹具定位元件也有一定的制造误差，结果会使每个具体表面相对于理想位置产生位置变动量，产生定位误差。

定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。这个变动量相对于基本尺寸而言是个微量，因而可将其视为某个基本尺寸的微分。找出以工序基准为端点的在加工尺寸方向上的某个基本尺寸，对其进行微分，就可以得到定位误差。

1.7 夹具总体设计

图6.3 装配图主视图

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图6.4 装配图俯视图

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图6.5 装配图左视图

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1.8夹具的设计及操作的简要说明

放置工件时,将工件以销定位放在夹具体上,压动压压板,旋紧M8的螺母使工件压紧,工完成后, 旋松M8螺母，旋转压板90度,松开钻模板,旋松M8螺母，即可以取出零件。

1.9结构特点

该夹具结构简单,操作方便。

此次设计的夹具有如下优点：

(1)安装方便，将工件放入一个定位销内便可以定位，再用压扳压紧，即可对工件加工；

(2)便于拆卸，在普通压板上改进，使用梯形设计，可以很快拆卸和安装。提高了生产效率；

(3)夹具结构简单，夹紧可靠。

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总

结

机械制造工艺学课程设计终于完成了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益匪浅。通过这次设计作业我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论与实践相结合进行了自己的设计。在课程设计的过程中，我们组员们通过不断的努力，弄清楚了本次设计的主要来龙去脉，最重要的是我们通过这次的设计不但加深了对工艺这么专业课程中学到的知识有了进一步的巩固，而且学会了应用以前学到的知识，更深一层次的体会到工艺的重要性和设计的灵活性。在此过程中使我们的团队精神得到了充分的体现同时也锻炼了我们团队合作的能力。而夹具的设计是需要个人去思考与设计，要做出自己的东西，使得我们的个人思考能力和独自处理问题的能力对到了很大的提高。

通过这次设计，我们学会了如何用已有的知识来解决问题，同时旧的知识得到了温故，我们在这个过程中用到了大一学习的CAD，还有大二设计变速箱的相关知识，各科与此同时各科的联系更加紧密。同时还掌握了怎样查询资料。通过

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将书本知识和实践相结合，使我对零件的制造和工艺设计有了很深刻的认识和详尽的了解，同时对夹具的设计也有了一定的了解。通过和组员的合作制定出工艺和具体的夹具，使我懂得了团结合作和个人能力的重要性。既分工又合作才能更快更好的完成设计任务，在体现个人特色的同时又从别人那里学到更好的方法，同时又给予了同学前进的动力。在设计过程中让我又深入的悟到做人和学习的很多道理，确实使得个人方面的能力得到了提高。同时也非常感谢张老师给予了我们的指点和帮助。

参考文献

机械制造工艺学课程设计指导书（张龙勋主编）

机械工业出版社

机械制造工艺学（徐嘉元曾家驹主编）

机械工业出版社

机床夹具设计手册（王光斗王春福主编）

上海科技技术出版社

横梁装焊夹具毕业设计论文篇6

小组成员：蒋燕洲、王芳芳、马丽翠

前言

焊接工装夹具就是将焊件进行准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊接结构精度方面要求的工艺装置。在现代焊接结构生产中，积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻焊接工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等诸方面起着非常重要的作用。

焊接工装夹具的主要作用有以下几方面：

1)准确、可靠地定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和装配时的划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和互换性。

2)有效地防止和减小焊接变形。

3)使工件处于最佳的施焊位置，焊缝的成形性优良，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。

4)以机械装置取代手工装配零部件时的定位、夹紧及工件翻转等繁重工作，改善了工人的劳动条件。

5)可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产机械化和自动化的综合发展。

—个完整的焊接工装夹具，一般由定位器、夹紧机构和夹具体三部分组成。夹具体（底板）起工作平台的作用，在其台面上开有安装槽、孔，用来安放和固定各种定位器和夹紧器件，有时还用于焊件的支承。其中，定位是夹具结构设计的关健问题，定位方案一旦确定，则其它组成部分的总体配置也基本随之而定。

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。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。

②、夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。

③、焊接操作的灵活性。使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态

④、便于焊件的装卸。操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。

⑤、良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换

易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。

前言.....................................................................................................................................................................1

一、夹具设计零件图（设计任务）....................................................................................................................5

二、焊接产品主要技术要求分析.......................................................................................................................5

三、横梁装焊夹具设计方案的确定....................................................................................................................5

1、装焊夹具设计方案...........................................................................................................................................5

四、夹具主要零件设计及特点...........................................................................................................................7

1、夹具体...............................................................................................................................................................7

2、U型定位槽........................................................................................................................................................8

4、V型组合压管器................................................................................................................................................9

5、快速自锁拉紧器...............................................................................................................................................9

6、钩形正压夹管器.............................................................................................................................................10

五、夹具的装配及要求......................................................................................................................................10

六、装焊夹具使用说明......................................................................................................................................11

1、夹具的操作步骤.............................................................................................................................................11

2、夹具使用注意事项、保养及维护..................................................................................................................11

七、设计总结.....................................................................................................................................................11

八、参考资料.....................................................................................................................................................12

一、夹具设计零件图（设计任务）

?160±0.5

图 1夹具设计零件图

如图1所示，所焊接的零件：横梁为在一材料为20钢的钢管上焊接两个材料为45钢的支撑及一个材料为Q235的板，生产批量按较大批量生产执行（非图纸上所示的100件）。

二、焊接产品主要技术要求分析

（1）、φ40轴线与支撑（3号件）的垂直度要求为0.3，φ12孔与支撑轴线的垂直度为0.5，即三者要求两两垂直，且精度都较高，故必须在夹具的约束作用下完成整个焊接过程，以防止变形；

（2）、支撑（3号件）及与板（1号件）之间有相对位置度的要求；

（3）、支撑与板的表面有粗糙度的要求，所以设计夹具的时候需考虑防止擦伤该表面；（4）、板最远端到φ40轴线的距离仅为80mm，支撑最远端到φ40轴线的距离也仅为100mm，故设计夹具时还必须考虑保留足够的施焊空间；

（5）、较大批量生产，需考虑夹具使用过程中的磨损等。

三、横梁装焊夹具设计方案的确定

1、装焊夹具设计方案

焊接方法

根据被焊材料及对焊件使用的相应要求，可确定该焊件可以采取CO2气体保护焊，或采用酸性焊条用手工焊条电弧焊，两种方法的工艺性都能满足全位置焊接，故在约束条件下完成整个焊接过程的方案可行。

方案设计

焊接工件为一钢管上焊接两支撑和一板，主受焊体为钢管，故需先将钢管位置确定，再在其基础上确定焊接结构的相对位置。

⑴、钢管的装夹

用两个V型块可限制钢管的四个自由度，再加上端部V型块上的可换销钉则可限制钢管的六个自由度。可换式销钉为重要的定位工具，不但是确定支撑位置的基准，还保证了φ12轴线处于竖直位置，从而与支撑和板的夹具相配合来保证φ12孔轴线与支撑、板、φ40轴线之间的相互垂直度要求。夹紧机构根据两V型块不同要求分别选用钩形正压夹管器和压板快速自锁夹紧机构。如图2所示。

图 2

夹紧机构：钩形正压夹管器和压板快速自锁夹紧机构

以上两夹紧装置均有夹紧作用准确，夹紧动作迅速，操作方便省力，处于夹紧状态时能保持自锁等特点，且结构较为简单，制造和维修均较方便。对于本次焊接的零件，可保证夹紧定位的安全可靠。

⑵、支撑和板的装夹

如图3所示，支撑和板的装夹采用带退刀槽的U型槽机构，可限制工件的5个自由度（注：Z向及X自由度靠夹紧力产生的摩擦力控制），支撑和板轴线方向的自由度不用限制。夹紧机构采用楔槽式自锁夹紧器，可在保证有效夹紧的同时快速拆装。

图3 U型槽和楔槽式自锁夹紧器

⑶、夹具总体方案

夹具总体方案如图4所示。

图 4 夹具总体方案

2、夹具的基准及定位

由零件图要求可知，近孔（φ12孔）端支撑的定位是以φ12孔为基准，然后以该支撑定位焊接另一支撑和板，故夹具定位亦可按此设计定位基准。

首先，以自由公差在夹具体上确定φ12孔轴线的位置，然后以该轴线为基准，确定近孔端支撑夹具的轴线位置，之后再以此为基准，使用较大的公差确定远孔端支撑和1号件板的轴线位置。当φ12孔确定后，φ40的轴线（钢管）也就确定了，则可以此定位中间V型块位置，该V型块在φ40轴线方向为自由公差。以φ40轴线自由公差定位U型槽距离钢管的位置。该距离在保证足够施焊空间的条件下，可尽量减少距离，以保证支撑及板的重心在U型槽上或接近U型槽。

由于被焊零件结构较为简单，且没有自由曲线，故各夹具零件的定位和安装可以通过在夹具体上划线安装的方法得以实现。

四、夹具主要零件设计及特点

1、夹具体

夹具体作为夹具的基础件，它既要把央具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑上件装卸的方便。因此，夹具体的设计显得尤为重要。主要需要考虑以下几个方面的问题：(1)具有足够的刚度和强度；(2)力求结构简单、重量轻；(3)安装稳定可靠；(4)结构工艺性好，便于制造、装配和检验；(5)尺寸要稳定；(6)清理方便。

综合以上因素，本次夹具的夹具体采用焊接方法制造毛坯。材料用Q235，焊后对夹具体进行退火处理，也可以采用振动时效的方法，消除焊接残余应力，以保证夹具体加工和使用过程中尺寸的稳定性。以焊接方法制造夹具体，制造容易，生产周期短、成本低(一般比铸造夹具体成本低30％～40％)；由于采用钢板、型材等焊接而成，故重量较轻。

整个夹具体总尺寸为580mm×280mm×10mm，在其上焊接加强筋，以增加其刚度，同时将主体板上不影响强度和刚度的部位开窗口、凹槽等，以减轻结构质量。夹具体上的销钉孔配作。夹具体焊接毛坯如图5所示。夹具体详细零件图见附件。

图 5 夹具体零件毛坯

2、U型定位槽

U型定位结构更像一个H，但工作部分主要是上面的U型部分，下面的孔是在不影响强度和刚度的前提下为了减轻自身重量而设计的。同时为方便加工，最下面是的底板是采用焊接的方法连接上去的。由于对板的定位有一定的位置精度，故需要在焊接后进行消除应力的热处理，以消除焊接残余应力，保证夹具加工和使用过程中尺寸的稳定性。热处理后再进行表面精加工。材料选用20钢。淬火硬度40~45HRC，详细参数及技术要求见附件。

图6 U型定位槽

3、楔槽式夹紧器

该夹紧器用于与U型定位槽配合定位和夹紧两块支撑及板，U型定位槽起定位作用，楔槽夹紧器主要起夹紧作用，由于直槽的存在，该夹紧器动作快速，配合楔槽可实现快速夹紧与卸载。由于楔槽角度较小，螺钉在夹紧时可实现自锁。由于支撑及板有表面粗糙度要求，故设计成摆动压块，以防止损伤零件表面。

顶杆与螺钉接触，需较高的硬度，材料选用20钢，热处理为渗碳深度0.8~1.2mm，淬火硬度60~64HRC。手柄要求较低，选用Q235钢，螺纹按3级精度制造。如图7所示，详细零件图见附件。

ＡＡＡＡ

图 7 楔槽式夹紧器

4、V型组合压管器

焊件上φ12孔是一个十分重要的定位基准，因此在V型块上加放定位销，与压板上的圆锥销共同定位φ12孔的轴线。同时，考虑到较大批量生产时对销钉的磨损，设计为可换式销钉。定位于V型块上的销钉设计为弹性销钉，以防止加工误差导致的φ12孔轴线的偏移（事实上，由于该弹黄销的长度有限，从而对防止加工误差所起的实质性作用较小）。为方便加工，最下面是的底板是采用焊接的方法连接上去的。由于对板的定位有一定的位置精度，故需要在焊接后进行消除应力的热处理，以消除焊接残余应力，保证夹具加工和使用过程中尺寸的稳定性。热处理后再进行表面精加工。

支座的材料选用20钢。淬火硬度40~45HRC，压板材料选用Q235，如图8所示，详细参数及技术要求见附件。

图 8 组合压板夹紧器

安装可换式销钉

5、快速自锁拉紧器

该拉紧器用于与组合压管器配合定位和夹紧两块支撑及板，组合压管器主要起定位作用，而快速自锁拉紧器固定于V型块上，可实现压板的快速压紧或缷载。其钢丝伸出轴销的长度依靠钢丝两端的螺纹和螺母可根据需要调节，从而很方便地改变拉紧力的大小。当

钢丝调节合适的伸出长度，并在拉紧状态时，由于力的方向与轴线在同一条直线上，故可实现自锁。该拉紧器具有结构简单，通用性强，动作快速，且能自锁等一系列优点。零件图如图9所示，详细参数及技术要求见附件。

图表 9 快速自锁拉紧器

6、钩形正压夹管器

钩形正压夹管器如图10所示，主要作用是对钢管进行轴向定位并夹紧。有动作快速，稳定可靠等特点。该零件可属于标准件一类，在此选用为 D＝40mm的A型夹管器，即：A40 HB2495.支座材料20钢，淬火硬度40~45HRC；钩为R＝40mm的钩，即：钩 40 HB2497，材料选用45钢，按GB/T699《优质碳素结构钢》，淬火硬度40~45HRC。

图 10 钩形正压夹管器

五、夹具的装配及要求

1、在夹具体上划线，按夹具体零件图相应尺寸和公差在夹具体上划线，确定各夹具体轴线的位置；

2、夹具体与各夹具零件配作定位的销钉孔，要求相应位置精度不得低于零件图上所注精度；

3、安装V型组合压管器，须保证V型块上的可换销钉轴线与夹具体基面垂直度小于0.15；

4、安装其他夹具零件。各零件内有配合且需相对运动的地方注入适量黄油，以保证正常动作；

5、各零件安装完毕后，需试焊工件，并检验所焊工件是否符合技术要求，然后根据实际情况调节相应夹具零件，直到所焊工件至少达到相应的技术要求；

6、安装调试完毕后，进行清理，并涂上防锈油。

六、装焊夹具使用说明

1、夹具的操作步骤

⑴、各夹紧装置松开，放入2号件钢管，φ12孔穿入末端V型块上的可换式销钉； ⑵、首先放下压板，让圆锥销末端进入φ12孔，动作快速自锁拉紧器到自锁位置，紧固钢管一端；

⑶、夹紧钩形正压夹紧器，固定好钢管；

⑷、将3号件支撑及1号件板放入相应位置，动作楔槽式夹紧器夹紧工件。此步须保证工件下端与U型槽的底部良好平稳接触。

⑸、装载完成。在约束条件下实施全部焊缝的焊接； ⑹、松开各夹紧机构，缷载工件，完成焊接过程。

2、夹具使用注意事项、保养及维护

⑴、使用前先在夹具上涂防飞溅油，并及时清理飞溅物，以免影响工件的正确定位； ⑵、夹具作为重要的定位夹紧机构，由螺栓连接，应轻拿轻放，防止夹具变形、损坏和夹具零件相对位置的改变；

⑶、每次使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置，装缷过程动作需轻柔； ⑷、使用过程中应定期抽查所焊零件合格与否，并更换或修复经磨损或其他原因而不能保证精度的零件；

⑸、使用后应及时涂上防锈油。

七、设计总结

历时三个星期的焊接工装夹具设计即将结束了，在这其中，有用心学习和设计的同学，但也不缺少习惯于坐享其成地复制粘贴的现象。但认真去做过了，就会有不同的感受，异样的笑容。虽然在这整个过程中，有过通宵的忙碌、有过腰酸背痛的疲劳、有过遇到问题的纠结，但最后这份收获的喜悦是未认真设计者之不能体会到的。设计之末，细细回想，感慨颇多，收获颇多，问题依旧颇多。

1、知识的掌握得到巩固和加强。通过本次课程设计，初步感受了设计工作的整个过程，虽然只是一个小小的而且不十分正规的设计，但设计过程中，所需要的知识却促使我去学习巩固以前学过的东西，并将它们运用在整个设计过程中。小小的课程设计，让我熟悉了常用的机械零件，焊接夹具装置和简单机械零件的设计方法和步骤。而且能够较熟练的运用UG、CAD等制图软件。通过设计的使用，对以前会用的东西更加巩固了，对于不会的知识又在逐渐地掌握。

2、理论联系实际的能力得到进一步提高。通过本次设计，提高了综合运用所学的专

业知识，初步解决一般性焊接工装夹具问题的技能，提高了分析问题和解决实际问题的工作能力。也进一步培养了自己工程设计中独立思考能力，对树立正确的设计思想有很大的帮助。当然在设计前期与同学讨论方案过程中也展现了团队合作精神，也从其他组员那学到了很多知识。而老师的谆谆教导和肯定，使我在设计过程中有了更多的信心。

3、没解决的问题依然很多。第一次做焊接夹具设计，问题自然不会少，但通过努力解决了很多设计中遇到的问题。但同时，本次课程设计与实际较为接近，但受经验和能力的限制，直到整个设计结束，没有解决的问题依然很多。比如：夹具零件中各夹具零件设计的强度与刚度，如何控制在一个安全又经济的范围内：用多厚的钢板合适？如何设计加强筋的数量与分布？如何在夹具体上开窗才能既不影响夹具体的刚度和强度而又能减轻夹具体的自重？螺纹连接时选用多大的螺纹，用多少合理……还有太多太多设计中的一系列在实际设计工作中必须解决的问题，而在本次设计中只是想到了，思考了，却没有真正地用科学的方法去计算解决。而整个设计过程中，经验是我最缺乏的东西。

4、要感谢的人太多。指导设计的老师，一起讨论方案的组员，设计尽致之时而忘了吃饭时送来饭的室友……有太多的人需要去感谢，不仅在此次设计的三个星期中，而是在生活的每一天中。在此，真诚地说一声：谢谢！

八、参考资料

鞋楦夹具设计方法研究篇7

制鞋业是我国国民经济中的一个重要产业, 经过多年的发展, 已经有了相当的基础。我国虽然是制鞋大国, 但不是制鞋强国, 国内的制鞋工业仅靠廉价的劳动力、产量和规模的优势获取经济效益。国内鞋类产品在款式和质量上都不及国外, 因而在国际市场上缺乏有力的竞争。根本原因在于国内鞋业设计缺乏创新性和高水平的独立开发能力, 鞋类制作生产力落后, 自动化水平非常低, 很多工序尚未摆脱手工操作。技术的欠缺正越来越成为其发展的桎梏[1,2]。

而鞋楦的夹具设计正是利用现代科学技术改造传统制鞋业的一个重要方面。近十几年来, 学者们对表面几何形状规则的工件夹具的设计投入了大量的研究, 但对鞋楦这类表面为自由曲面的工件的夹具的设计研究非常少, 所以对鞋楦设计没有统一的规定。

本研究主要讨论鞋楦夹具设计的方法, 并提出运用CATIA软件二次开发功能进行鞋楦模型信息的提取, 从而得到一种新的曲面法向量计算方法, 对鞋楦夹具设计进行分析并提出初步方案, 并对鞋楦夹具布局和夹紧力进行同步优化设计。

1 鞋楦

鞋楦是以人体脚的形状为依据, 用作设计皮鞋或其它品种鞋的模型和定型工具, 目前以塑料鞋楦为主。它的造型、材料、结构、精度与鞋的生产和质量都有着密切联系。在皮鞋的生产过程中, 很多工艺比如打磨、喷胶、烘干等都必须要有鞋楦在鞋腔内的支撑, 皮鞋的造型才能坚固。

鞋楦是一个由复杂的不规则的异形曲线和曲面所组成的自由型闭合曲面体, 如图1所示, 其外形轮廓不能由初等解析曲面构成, 也不能用简单的机械三视图来描述它[3]。

a—底面;b—底面的对立面;c—左后表面;d—右后表面;e—左前表面;f—右前表面

2 鞋楦夹具设计流程

根据夹具的实际设计过程, 本研究将鞋楦夹具的设计过程分为3个阶段:概念、优化设计和结构设计。将鞋楦夹具的概念和优化设计融合在一起, 可以更好的发挥数字化设计的优势, 减少夹具设计和试制的成本。

基于零件的数学模型以及Pro/E、ANSYS、CAD/CAM/CAE软件上的鞋楦现代夹具设计流程图如图2所示。本设计流程的特点是采用主模型原理, 建立统一的鞋楦夹具分析模型, 从概念设计、结构分析指导优化设计以及后面的环节都采用唯一的数学模型, 设计能够在虚拟状态下构思、设计、制造、测试和对产品进行分析, 以提前解决那些将在时间、成本、质量等方面产生的问题。

3 鞋楦表面信息提取

鞋楦表面信息主要包括采样点坐标和法向量, 本研究中的夹具设计中的夹紧点正是基于这两种数据。由于鞋楦表面是由复杂的不规则的异形曲线和曲面所组成的自由型闭合曲面体, 其外形轮廓不能由初等解析曲面构成。鞋楦表面难于用上述曲面、曲线方法表示出曲面函数, 且该方法计算复杂。而在本例中, 因为鞋楦CAD模型是已知的, 所以采取的是CATIA二次开发技术[4], 求取曲面上的点作为采样点, 并通过CATIA中自动计算功能计算该采样点相对于曲面表面的法向量。结合三维软件CATIA的二次开发功能来进行求取鞋楦表面信息, 操作方便, 且计算简单。程序主要的提取过程:

(1) 定义基本参数和变量。

用Initvars () 函数初始化全局变量, 设定偏移平面、偏移距离、主控元素、基准平面、参考平面、构造线等参数及变量。

(2) 创建主控元素MasterElement () 。

首先添加一个几何图形集“主控元素”, 用set命令在鞋楦模型坐标系中创建4个点, 根据三点确定一个平面的原理, 用AddNewPlane3Points通过空间三点对应建立相互垂直的两个基准平面, 分别为水平平面和垂直平面。

(3) 创建参考平面。

用添加偏移平面的命令AddNewPlane-Offset对水平方向和垂直方向上的基准平面分别进行偏移。偏移个数和偏移距离可以通过VB程序主界面输入框输入。本研究中水平偏移平面个数为n, 垂直偏移平面个数为m。

(4) 创建构造线。

通过AddNewIntersection相交命令首先对鞋楦表面和垂直偏移平面进行相交处理, 可以得到多组交线, 作为构造线。

(5) 创建构造点。

通过AddNewIntersection相交命令对 (3) 中所得到的水平偏移平面和 (4) 中的构造线进行相交处理, 得到本研究中所需要的采样点, 采样点个数为n×m, 且这些采样点均匀分布。

(6) 创建作为法向量的直线。

在采样点上通过AddNewLineNormal命令添加直线, 使直线通过采样点, 并垂直于曲面表面, 直线长度为一个单位, 则该直线的方向信息即为研究中所需要的法向量信息。

(7) 提取采样点坐标值和法向量。

最后通过CATIA函数GetCoordinates和GetDirection分别提取出采样点的坐标值和法向量, 并保存为文本文档输出。

鞋楦表面采样点坐标和法向量信息提取结果图如图3所示。

4 鞋楦夹具布局方案分析

鞋楦夹具方案设计主要是指概念设计阶段, 主要任务是根据鞋楦工件的表面形状和打磨喷胶等工艺要求, 分析具体的设计要求, 对鞋楦工件进行定位夹紧规划, 确定整个鞋楦夹具的定位元件和夹紧元件的布局方案。

鞋楦CAD模型如图1所示, 是通过三维设计软件CATIA生成的鞋楦几何模型。根据模型生成过程, 可以把鞋楦表面分解成6块自由曲面, 曲面a为鞋机打磨、喷胶等工艺的待加工面;b面是一普通平面;其余四面均为自由曲面。基于点的鞋楦模型理论可得, 主要的鞋楦表面特征点有两点:楦头点和楦尾点, 且c面和d面为近似对称面。

据鞋楦表面形状分析可得, b面可以用来作为定位面来使用, 但考虑实际鞋楦外形, 则作为加工面的鞋底表面上, 鞋楦头部和鞋楦尾部曲率有可能相差很大。所以假如用b面作为定位面, 有可能会导致鞋机打磨、喷胶时z轴方向移动范围较大, 而且可能导致鞋底曲率变化较大的地方无法加工, 所以在此不能选择b面作为定位面。考虑鞋机的加工需要, 通过鞋楦底面创建一个辅助定位面进行辅助定位。

鞋机提取出来的鞋底打磨、喷胶等工艺的轨迹线如图4所示, 根据鞋底加工轨迹上40个离散点的坐标值及法向量, 确定一个平面, 使加工轨迹上40个点到该平面的总距离最小。为了简化计算, 在本研究中, 取40个轨迹操作点的三维坐标平均值 $\bar{x}$ , $\bar{y}$ , $\bar{z}$ 作为该平面上的一点Q, 法向量的平均值 $\bar{n}$ 作为平面的法向量 $\overset{⇀}{n}$ 。这样就可以用上面得到的平面 (记作α) 近似作为鞋楦零件的辅助定位面。其次鞋楦c面和鞋楦d面为近似对称面, 可以通过对c面和d面进行辅助定位夹紧, 转换成以中间对称面作为第2定位面。由于主要的鞋楦表面特征点有两点:楦头点和楦尾点。楦尾点附近区域的曲率变化小, 所以可以选取楦尾点作为第3个定位基准并建立定位面。

在本研究中, 笔者采用形封闭定位夹紧原则[5,6], 夹具元件与零件保持点接触, 选择夹紧点的时候尽量要使夹紧点分布均匀。因为定位与夹紧的相互联系, 夹紧并非是工件完全定位后为防止定位被破坏而附加的夹紧元件提供的夹紧, 而是包含有定位与夹紧双重功能, 所以定位元件和夹紧元件可以是同一个夹具元件。且根据形封闭定义可知[7], 定位夹紧接触点数目m≥6+1=7。考虑鞋楦底面为加工面, 所以需从底面的对立面选取两点作为代替定位点。鞋楦定位夹紧布局安排步骤如下:

(1) 在c面和d面上分别选取近似的对称点作为辅助定位基准, 执行定位夹紧功能;

(2) 以鞋楦底面加工轨迹线建立的近似平面α为辅助定位面, 转化为待加工面上的点S1和点S2作为辅助定位点, 因为鞋楦底面为加工面, 所以在b面上选取一个定位点L1, e、f面上选择一个定位点L2;L1和L2分别为S1和S2对应的两点, 作为该鞋楦的主定位点进行定位, 执行定位后点S1和点S2撤去;

(3) 最后把鞋楦楦尾点作为第三定位点L3, 在e面和f面也分别选取夹紧点C3和C4夹紧。

鞋楦夹具布局图如图5所示。

根据研究中确定的夹具方案以及定位夹紧算法, 选定一组采样点L1、L2、L3, C1、C2、C3和C4。这些点的坐标值及此处的法向量 (指向零件) 如表1所示。

根据零件的确定性定位判定[8], 组成的雅可比矩阵J为:

$J = [\begin{matrix} 0.000 9 & 0.068 5 & 0.114 2 & - 0.902 4 & 0.911 1 & - 0.942 4 & 0.999 3 \\ - 0.026 4 & - 0.471 6 & 0.994 0 & 0.001 5 & - 0.141 3 & 0.314 3 & 0.015 4 \\ 0.999 6 & 0.879 1 & 0 & - 0.430 8 & - 0.387 2 & - 0.114 4 & 0.035 2 \\ - 27.981 & 33.120 4 & 73.064 & 21.069 & 6.987 1 & 3.157 6 & 3.940 3 \\ - 4.077 1 & - 17.910 & - 8.394 3 & 75.806 & - 76.296 & 39.788 & - 49.888 \\ - 0.0825 & - 12.189 & 10.496 & - 43.870 & 44.283 & 83.30 & - 90.037 \end{matrix}]$

通过矩阵的初等变换, 可得出矩阵J的秩R (J) =6, 并且这些点都符合上述的夹具设计方案, 所以可以作为合理定位夹紧点。

5 结束语

本研究针对如鞋楦等表面形状为不规则自由曲面的工件, 提出了一种基于CATIA二次开发的曲面鞋楦表面信息提取方法, 其表面采样点相对于曲面的法向量计算方法, 简单有效, 且操作方便。笔者还对鞋楦模型进行了分析, 根据形封闭原则确定鞋楦零件的定位夹紧方案, 并运用雅可比矩阵进行方案夹紧验证, 可以得出:提出的定位夹紧方案是符合要求的。

参考文献

[1]韦桂华.中国制鞋业面临五大挑战[J].中外鞋业, 2001 (10) :41-42.

[2]陶维, 史伟民, 陈赵颖.前帮机轨迹涂胶系统设计[J].机电工程, 2009, 26 (4) :12-14.

[3]徐从富, 刘勇, 蒋云良, 等.个性化鞋楦CAD系统的设计与实现[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2004, 16 (10) :1437-1441.

[4]何朝良, 杜廷娜, 张超.基于CAA的CATIA二次开发初探[J].自动化技术与应用, 2006, 25 (9) :37-40.

[5]来新民, 陈关龙, 林忠钦, 等.薄板冲压件焊装夹具设计方法[J].机械科学与技术, 2000, 19 (5) :785-787.

[6]刘雯林, 熊蔡华.夹具的封闭性和工件的可分离性分析[J].华中科技大学学报:自然科学版, 2003, 31 (8) :7-9.

[7]熊有伦.点接触约束理论与机器人抓取的定性分析[J].中国科学A辑:数学, 1994, 24 (8) :874-883.

夹具毕业设计篇8

关键词：SolidWorks；夹具设计；基本方法；关键技术

近些年来，计算机软件技术也是进步飞快，在实际的生产生活中应用十分广泛，为工业生产提供了较大的便利。其中，目前有很多三维实体造型软件相继被研发出来，最为典型的有Solidedge、UG、Pro/E、SolidWorks等，这就可以让设计人员通过软件绘图技术在计算机上建立三维实体模型，并且还能运用设计出的三维模型进行计算机模拟装配及一系列的检查分析，对产品的实际生产具备十分有效的指导意义。在众多的三维绘图软件中，SolidWorks软件相对要易学易懂，且能够解决夹具设计中所产生的高精度性、复杂性等问题。

1. 创建机床夹具标准件库的基本方法

在机械制造方面标准件存在较多，其中机床夹具的生产制造也需要运用到各种类型的标准件，根据功能的不同分成：（1）夹紧部件与零件；（2）定位部件与零件；（3）其它相关的夹紧零件；（4）对刀零件；（5）导向部件与零件；（6）支承用零部件；（7）操作件；（8）对定部件与零件；（9）键；（10）其它零件。

在设计夹具时就规定设计人员尽可能地选择系统化、标准化的元件，这样就可以有效提高工作效率，减少设计成本。对于这个特征，采用SolidWorks三维绘图软件所提供的系列零件设计表功能，进而就可以有效地建立出设计机床夹具所需要用到的标准件库。

1.1. 机床夹具标准件参数数据库

Access是一种关系性数据库系统，在计算机上操作较为简便，且具备良好的通用性，与VC程序连接使用也十分方便。在建立标准件数据库时运用到Access软件，可以将不同类型的机床夹具及其不同的规格设定为不同的数据文件，进而为使用SolidWorks软件制作一系列的三维模型打下基础。建立数据文件时需要根据夹具标准中的数据，选用数据库一方面可以使在夹具零部件的管理上更加方便，另一方面还有利于拓展数据更加方便。

1.2.螺钉的建模和模型库的建立

1.2.1.分析零件

铰链支座（JB/T8034-1999）的二维图，其外形为圆柱状，因此在建模过程中选择“旋转”指令就可以构建模型，再对螺纹进行切制，最后在顶部进行打孔且倒角。

1.2.2.建模

打开SolidWorks三维制图软件后，将新建模型改名为铰链支座（JB/T8034-1999）。然后再选择旋转、螺旋扫描、拉伸、倒角等指令就可以实现自动完成该铰链支座的整个建模过程。

1.2.3.零件的系列化

在铰链支座模型的文件夹里新建一个Excel表格，且同样命名为铰链支座（JB/T8034-1999）。再把数据库中所收集的数据直接复制粘贴到此Excel表格中，再将与控制尺寸无关的“极限偏差”列、“标准件模板”列、“ID”列等，再对尺寸修改进行命名。然后打开SolidWorks软件中，双击零件，就会自动呈现一系列不同的尺寸，然后将鼠标停留在某一个尺寸上时就会随之出现其特性。

1.2.4.分解子零件

运用外挂程序来分解零件，就能迅速生成数据库中所有的子零件。

1.3. 调用夹具标准件库的方法

机床夹具标准件库在SolidWorks软件中的显示页面中，单击图标“二维示意图”就能看到此标准件的二维工程图以及相关的控制参数，然后再单击图标“三维渲染图”就能够看到此标准件的三维图片。

在参数模块中观看零件的规格尺寸参数，就可以点击该栏目，且单击“确定”图标就能够看到此零件的三维模型，再将这些图形保存到新建的文件夹中可以在装配过程中使用到。

2. 非标准的建模与装配

2.1.夹具的准确定位

如果要求制造两个宽度为38nm的槽口，就需要进行完全定位。此时，可以选择花键轴套与台阶状心轴来进行夹具的完全定位。

2.2.机床夹具的夹紧

夹紧装置一般是由螺母、球面垫圈、弹簧、带肩六角螺母、活节螺栓、联动压板、球头支承、铰链压板和调节支承等部分构成，这些零件就能够在“机床夹具标准件库”中直接选择调用。在工件的安装过程中，首先将带肩六角螺母进行松开，然后后撤压板，在定位套上安装两个工件，转动手把，让定位齿准确插进工件齿槽中，再把两个压板的压紧面推到工件的上方部位，再将带肩六角螺母拧紧，即完成了夹具的夹紧工作。

2.3.夹具的装配

夹具的装配的过程也就是限制零件自由度的过程，在SolidWorks三维制图软件中就能很方便快捷的完成这个过程。一般装配过程分为两种方法，一种是自上而下，一种是自下而上。其中，第一种设计方法是先生成一个个单独的零件，且把这些零件的相关数据放到空白装配体文件，再按照设计的相关规定，在零部件之间建立一定的配合和约束关系，最终就形成了装配体。第二种方式，首先从装配中开始整个设计工作。

3.结语

运用SolidWorks软件进行三维制图直接提高了机床夹具设计的效率和准确性，缩短了产品的设计周期，也能够对产品进行模拟检测，这样能够保证产品的实用性和可行性，对工厂生产意义重大。当然，随着科技的不断发达，还会有更多简单易用的三维制图软件将会被运用到工业生产中，为工厂创造更大的经济效益。

参考文献：

[1]张茂鹏. 基于SolidWorks的组合夹具快速设计技术研究[D].南京航空航天大学，2005.

[2]刘保臣. 基于SolidWorks的夹具实例库研究与开发[D].哈尔滨理工大学，2008.

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