工装夹具设计的基本方法

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工装夹具设计的基本方法和步骤一
编号/Number：
序言
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❖ 工装是工艺装备的简称，工艺装备就是将零件加工至设计 图样要求，所必须具备的基本加工条件和手段。工艺装备 包含加工设备(标准、专用和非标准设备)、夹具、模具、 量具、刀具和工具等。
❖ 对本单位的工艺技术人员来讲，除了要消化设计图样和技 术要求后，进行产品零件加工的工艺文件编制及现场生产 服务外，还有一个重要的任务，就是要根据工艺规程的要 求，进行产品零件的装配焊接夹具和检测夹具等工装的设 计工作。
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2、工装夹具设计的基本方法和步骤
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2-3-1 零件在夹具中定位后的夹紧三原则：
❖ a) 零件在工装夹具中定位后的不移动原则
选择夹紧力的方向指向定位基准（第一基准），且夹 紧力的大小应足以平衡其它力的影响，不使零件在加工过 程中产生移动。
❖ b) 零件在工装夹具中定位后的不变形原则
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2-3 零件的夹紧及工装的夹紧结构设计
零件在工装中定位后，一般要夹紧，使得零件在加工 过程中，保持已获得的定位不被破坏。零件
在加工过程中，会产生位移、变形和振动，这些都将影响 零件的加工质量。
所以，零件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要 的问题。为了获得良好的加工效果，一定要把零件在加工 过程中的位移、变形和振动控制在加工精度的范围内。所 以，工装夹具的夹紧问题的处理，有时比定位设计更加困 难，绝不能忽视这个问题。
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2-1 熟悉产品零件的技术要求，确定工装夹具的 更佳设计方案
在接到设计任务书后，要准备设计工装夹具所需 要的资料，包括零件设计图样和技术要求、工艺规程 及工艺图、有关加工设备等资料。在了解了产品零件 的基本结构、尺寸精度、形位公差等技术要求后，还 要找出零件的关键和重要尺寸（必须要保证的尺寸）， 再基本确定工装夹具的设计方案。一些重要的工装夹 具的设计方案，还需要进行充分的讨论和修改后再确 定。这样，才能保证此工装设计方案能够适应生产纲 领的要求，是更佳的设计方案。
▪ 斜面施力机构：适用于夹紧力大而行程小，以气动和液压为动力 源的为主；
▪ 偏心施力机构：结构简单，动作迅速，但压紧力较小，多用于小 型零件的夹具中；
▪ 铰链施力机构：结构简单，增力比大，在气动夹具中用以减少气 缸或气室的作用力，获得广泛的应用。
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在夹紧力的作用下，不使零件在加工过程中产生精度 所不允许的变形，必须选择合适的夹紧部位及压块和零件 的接触形状，同时压紧力应合适。
❖ c) 零件在工装夹具中定位后的不振动原则
提高支承和夹紧刚性，使得夹紧部位靠近零件的加工 表面，避免零件和夹紧系统的振动。
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因此，为了操作简便，常采用使夹紧力同时 作用或自动地按大小顺序的联动机构，如本单位 的气缸联动机构就是如此。
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Hale Waihona Puke ❖2-3-4 夹紧机构的设计和确定
在选定夹紧点和确定夹紧力之后，就要进行 夹紧机构的设计和确定，通过具体的机构实现以 确定的夹紧力夹紧于夹紧点处。通常零件的夹紧 是由动力源、传动机构、夹紧机构所构成的夹紧 系统来实现的。
▪ b) 夹紧点选择应尽量靠近加工表面，不致引起过大的 夹紧变形。
可以采取减少夹紧变形的措施：如增加辅助 支承和辅助夹紧点、分散着力点和增加压紧件的 接触面积、利用对称变形等等。
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❖2-3-3 夹紧力的确定
力有大小、方向和作用点三要素。当零件上 有几个方向的夹紧力作用时，应考虑夹紧力作用 的先后顺序。对于仅为了使零件与支承可靠接触， 夹紧力应先作用，而且不能太大；对于以平衡作 用力的 主要夹紧力，应在最后作用。
如在进行燃油分配管组件的装配焊接夹具的 夹紧机构设计时，就必须考虑到实际生产过程是 离不开气缸的气动源的，它本身是属于夹紧系统 的一部分，所以我们必须了解气缸的气动动力源 的压强是多少，是否会对工装上的定位件产生位 移、变形和振动作用，是否需要增加与零件接触 的压板及支承件等辅助支承和辅助夹紧点，从而 达到减少位移、变形和振动作用。
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2、工装夹具设计的基本方法和步骤
定位基准的选择应该具备二个条件：
❖ a）应该选择工序基准作为定位基准，这样做能 够达到基准重合，基准重合可以减少定位误差；
❖b) 应该选择统一的定位基准，不仅能够保证零 件的加工质量，提高加工效率，还能够简化工装 夹具的结构（一般用孔和轴作为定位基准为佳）。
❖ 本文主要是根据本单位的实际情况，阐述工装夹具设计的 基本方法和具体操作步骤。
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目录/Contents
1、工装夹具的设计和使用目的 2、工装夹具设计的基本方法和步骤 3 、工装夹具设计的规范化程序
部门/Dept：技术部
编制/Per：
日期/Date：
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1、工装夹具的设计和使用目的
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一般来讲，当工艺基准与设计基准不一致时， 在工装设计时，设计人员应该按照工艺规程已确 定的工艺基准作为工装的设计基准，因为零件的 加工是按照工艺规程的流程进行的，先装焊油管， 再装焊四个小碗，最终装焊两个支架。若不按照 这个工艺流程进行夹具设计，零件最终是无法满 足设计图样的要求的，因为零件根本就无法加工 下去。
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b) 常用的定位元件
❖ 常用的定位元件有支承钉、支承板、定位销、锥 面定位销、V形块、定位套、锥度芯轴等，而本 单位常用的定位元件有支承板、定位销、定位套 等。支承板多用于精基准平面定位；定位销则用 于以零件上的孔为基准时最常用的定位元件，与 零件的基准孔之间留有一定的间隙，大小按零件 孔精度而定；定位套则用于以零件上的轴为基准 时最常用的定位元件，与零件的基准轴之间留有 一定的间隙，大小按零件轴的精度而定。
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如在进行燃油分配管组件的装配焊接夹具的 工装设计时，工装设计人员，在选择定位基准时， 先要看设计图的定位基准在哪里，再看工艺加工 定位基准（工艺规程上已确定）在哪里，这两者 确定的定位基准是否一致，若不一致时，则要通 过计算，将设计基准转化为工艺基准，但最终必 须要保证设计的基准要求。
这三项原则是相互制约的，因此，夹紧力设计时 应综合考虑，选择更佳的加紧方案，也可用计算 机辅助设计。
❖ 一般来讲，对粗加工用的夹具，选用较大的夹紧 力，主要考虑零件的不移动原则，对精加工用的 夹具，选用较小的夹紧力，主要考虑零件的不变 形和不振动原则。
❖ 燃油分配管组件的装配焊接夹具，应该属于精加 工夹具，不能选用太大的夹紧力。
夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧零 件选定的夹紧点的功能的完整结构，主要包括与 零件接触的压板、支承件和施力机构。
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❖ 夹紧施力机构可采用可浮动、可联动、可增力和可自锁的 结构形式，具体有以下四种形式：
▪ 螺栓螺母施力机构：结构简单，制造方便，夹紧范围大，自锁性 能好，已获得最广泛的应用；
一般来讲，使用工装夹具的目的可以归纳为以下四 个方面：
❖ a)可以稳定地保证零件的加工质量，减少废品率； ❖ b)可以提高零件的生产率； ❖ c)可以扩大加工设备的工艺范围； ❖ d)可以改善劳动者的劳动条件。
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1、工装夹具的设计和使用目的
❖ 总之，使用工装的最根本目的就是在保证产品零 件的质量稳定，满足技术要求的前提下，还要达 到提高产品零件的生产率，获得较好经济效益的 目的。所以，设计工装夹具也是和其它技术工作 一样，不仅仅是一个技术问题，而且还是一个经 济问题，每当设计一套工装时，都要进行必要的 技术经济分析，使所设计的工装获得更佳的经济 效益。
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c)对定位元件的基本要求
❖ 在设计定位元件时，其基本技术要求为：精度合 适、耐磨性好、有足够的强度和刚度、工艺加工 性好、便于拆装等。
❖ 如燃油分配管组件的装配焊接夹具的定位件选择， 按照上述要求主要应采取定位销定位的形式，定 位销与零件的基准孔之间应留有一定的间隙，大 小按零件孔精度而定，不能人为的加严定位销的 公差带；同时，对选用45#钢和Cr12合金钢为 材料的定位销，必须进行调质热处理和淬火热处 理，使之有足够的强度和刚度，增强耐磨性，延 长使用寿命。
对于此类夹具，一般均采用螺栓螺母施力机 构的结构形式作为夹紧方式。
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2-4 工装夹具的经济精度及常用配合 ❖ 使用夹具的首要目的是保证零件的加工质量，
具体来讲就是使用夹具加工时，必须保证零件的 尺寸（形状）精度和位置精度. ❖ 零件的加工误差是工艺系统误差的综合反映， 其中夹具的误差是加工误差直接的主要的误差成 分。夹具的误差分静态误差和动态误差两部分， 其中静态误差占重要的比例。所谓夹具的精度是 指夹具的静态误差，或称静态精度，过程误差则 被认为是动态误差。
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2、工装夹具设计的基本方法和步骤
2-2-1 夹具上的定位基准的确定 每设计一套工装，都应该将零件的关键和重