说明书夹具

江学院夹具设计说明书
院系：机械工程学院
专业：数控
班级：312152A
学号：32012152032
姓名：王璐
目录
前言 ...................................................... -.2 -
第1章机床夹具概述 ..................... -2 -
1.1机床夹具的概念 .............................................. -2 -
1.2机床夹具的分类 .............................................. -2 -
1.2.1按夹具的使用分类............................................. -3
1.2.2 按夹具上的动力源分类............................................. -3 -
1.3机床夹具的组成 .............................................. -4 -
1.4机床夹具的功用 .............................................. -5 -
1.5机床夹具的现状及发展........................................ -6 -
1.5.1机床夹具的现状.................................................... -6 -
1.5.2机床夹具的发展方向................................................ -6 -
第二章工艺规程设计................................................... -8 -
2.1摆块的分析 ................................................. -8 -
2.1.1摆块的工艺分析.................................................... -8 -
2.1.2摆块的工艺要求.................................................... -8 -
2.2加工工艺路线方案制定 ........................................ -9 -
第三章夹具设计....................................................... -10 -
3.1夹具设计的基本要求 ........................................ -10 -
3.2工件在夹具中的定位 ........................................ -11 -
3.2.2定位元件的选择与设计.............................................. -14 -
3.2.3定位误差的分析与计算.............................................. -17 -
3.3导向装置设计 ............................................... -18 -
3.3.1钻套的四种形式.................................................... -18 -
3.3.2引导元件的相关尺寸计算............................................ -20 -
3.4工件在夹具中的夹紧 ........................................ -21 -
3.4.2夹紧机构设计...................................................... -21 -
3.4.3布置夹紧元件...................................................... -22 -
3.5分度装置 .................................................. -22 -
3.5.1转角分度装置的基本形式............................................ -22 -
3.5.2分度定位器的操纵机构.............................................. -23 -
3.5.2精密分度.......................................................... -24 -
3.6夹具体设计 ................................................ -25 -
3.7夹具装配图的绘制 .......................................... -26 -
设计心得 ................................................. -28 -
参考文献 .................................................. 7.29 -
、八、，
刖言
摆块零件上钻三个© 8孔的夹具设计是我们融会贯通自己所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的毕业设计打下良好的基础。

机械加工工艺师规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要技术性文件，它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，
生产规模的大小、工艺水平的高低以及各种解决工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量保证的重要依据。

在编制工艺时必须要保证其合理性、科学性、完善性。

而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以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个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。

它们的研究对于机械工业有很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专业夹具。

而本次对于摆块加工工艺及夹具设计的主要任务是：
(1)完成摆块零件加工工艺规程的制定；
(2)完成钻三个© 8孔的夹具的设计。

通过对摆块零件的初步分析，了解其零件的主要特点，加工难易程度，主要加工面和加工粗、精基准，从而制定出摆块加工工艺规程；对于专用夹具的设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据切削力的大小、批量生产情况选取夹紧方案，接着再布置引导元件、确定导向装置、选择夹具体、其他元件或装置。

第一章机床夹具概述
1.1机床夹具的概念
机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。

在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位，以使加工工件获得相对于机床
和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧，以便于对零件的加工。

1.2机床夹具的分类
根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。

1.2.1按夹具的使用特点分类
1•通用夹具
通用夹具是指已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。

这类夹具适应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。

这些夹具已作为机床附件由专门工厂制造供应，只需选购即可。

其缺点是夹具的精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。

2•专用夹具
专用夹具为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。

在产品相对稳定、批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。

专用夹具的设计周期较长、投资较大。

一般在批量生产中使用。

除大批大量生产之外，中小批量生产中也需要采用一些专用夹具，但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。

3•可调夹具
可调夹具是指某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调
夹具。

可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。

对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。

它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。

前者的通用范围比通用夹具更大；后者则是一种专用可调夹具，它按成组原理设计并能加工一族相似的工件，故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。

4•组合夹具
组合家具是指采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的
夹具，称为组合夹具。

组合夹具是一种模块化的夹具。

标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。

夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。

由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量等优点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。

5•拼装夹具
拼装夹具是指用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为
拼装夹具。

它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。

它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。

此类夹具更适合在数控机床上使用。

1.2.2按夹具上的动力源分类
1•手动夹具
此类夹具是以操作工人之臂力作为动力源，通过夹紧机构夹紧工件。

为了尽量减轻工人的操作强度和保证加紧工件的可靠性，此类夹具的夹紧机构必须具有赠力和自锁作用。

手动夹具一般采用结构简单的螺旋或偏心压板机构，制造方便，但使用时的工作效率较低。

2•气动夹具
此类夹具是用压缩空间作为动力源，通过管道、气阀、气缸等元件，产生夹紧工件的夹紧力。

当需要较大的夹紧力时，常在气缸和夹紧元件之间增设斜楔式、铰链式、杠杆式等扩力机构。

因此气动夹具的夹紧动作迅速、夹紧力稳定、操作
方便，故在机械加工中得到广泛的应用。

3•液压夹具
此类夹具是用压力油作为动力源，通过管道、液压阀，液压缸等元件，产生夹紧工件的夹紧力。

液压夹具具有气动夹具的各种优点，而加紧动作更为平稳。

采用较高油压的液压夹具，一般不用增力机构即可直接夹紧工件，因而结构简单，体积较小。

在没有液压泵和液压系统的加工机床上，可采用手动增压或气动增压等装置使液压夹具获得所需的高压油源。

4•电动夹具
此类夹具是以电动机的扭力作为动力源，通过减速器产生夹紧工件的夹紧力。

此种夹具的传动部分常采用齿轮减速装置，线的结构比较复杂，夹紧的动作比气动和液压夹紧缓慢。

5•磁力夹具
此类夹具是以电磁铁或永久磁铁产生的磁力作为动力源直接夹紧工件，一般多用于切削力较小的精加工，如车床上的电磁吸盘、平面磨床的磁力工作台等。

近年来已设计制造出强力磁盘，将逐步应用于切削力较大的加工中去。

6•真空夹具
此类夹具利用真空泵或以压缩空气为动力源的抽气嘴筒，使夹具的内腔产生
真空，依靠四周大气的压力将工件压紧。

这类夹具的夹紧力较小，故一般适用于精加工本身刚度很低的工件，如磨削加工不到此的薄形工件等。

7•切削力、离心力夹具
切削力离心力夹具，是一种不用专门动力装置的机动夹紧夹具。

这类夹具，通常是利用机床的运动或切削力加工过程中产生的离心力或切削力夹紧工件。

1.3机床夹具的组成
虽然加工工件的形状、技术要求不同，所使用的机床不同，但在加工时所使用的夹具大多由以下五个部分组成
1•定位元件及定位装置
在夹具中确定工件位置的一些元件称为定位元件，它们的作用是使一批工件在夹具中占有同一位置，只要将共建的定位基面与夹具上的定位元件相接触或相配合，就可以使工件定位。

有些家具还采用由一些零件组成的定位装置对工件进行定位。

2•夹紧装置
在夹具中由动力装置（如汽缸、油缸等）、中间传力机构（如杠杆、螺纹副、斜楔、凸轮等）和夹紧元件（如卡爪、压板、压块等）组成的装置成为夹紧装置，
它们的作用是用以保持工件在夹具中已确定的位置，并承受加工过程中各种力的作用而不发生任何变化。

3•对刀及引导元件
在夹具中，用来确定加工时所使用刀具位置的元件成为对刀及引导元件，它们的作用是用来确定夹具相对刀具（如铣刀、刨刀等）的位置，或引导刀具（如孔加工用的钻头、扩孔钻、铰刀及镗刀等）的方向。

4•夹具体
在夹具中，用于连接上述各元件及装置使其成为一个整体的基础零件成为夹具体，它们的作用，除用于连接夹具上的各种元件和装置外，还用于夹具与机床有关部位进行连接。

5•其他元件及装置
在夹具中，除上述定位元件、夹紧装置、对刀及引导元件以外的其他元件及装置，它们的作用是确定夹具在机床有关部位的方向或实现工件再夹具同一次装夹中的分度位置。

1.4机床夹具的功用
通过上述夹具装夹的实例和各类夹具的性能和特点可以看到，机床夹具具有
如下作用：易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定；由于工件在夹具中的定位，以及夹具在机床上的定位都有专门的元件保证，夹具相对刀具的位置又可通过对刀及引导元件调整，因此可以较容易的保证工件再该工序的加工精
度。

此外，采用夹具装夹法加工，工件的定位不再受划线、找正等主、客观因素的影响，故对一批工件的加工精度也比较稳定。

1.5机床夹具的现状及发展
1.5.1机床夹具的现状
夹具最早出现在18世纪后期。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

有关统计表明，目前的中小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的
85%左右。

现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，再多品种生产的企业中，每隔3〜4年就要更新50%-80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%〜20%左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS等新加工技术的盈盈，对机场夹具提出如下新的要求：
(1)能迅速而方便的装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本;
(2 )能装夹一组具有相似性特征的工件；
(3)能适用于精密加工的高精度机床夹具
(4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
(5)采用以液压站等动力源的高校夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
(6)提高机床夹具的标准化程度
所以，老式的夹具已经不能满足生产需要了，更经济化、高效化的夹具也就慢慢的发展出来。

1.5.2机床夹具的发展方向
现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四
个方面。

(1)标准化
机床夹具的标准化与通用化具有相互联系的两个方面。

目前我国已有夹具零件及不见的国家标准；GB/T2148〜T2259-9通用夹具、组合家具标准等。

机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

(2)精密化
随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。

精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿板，其分度精度可达土0.1。

用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5卩m
(3)高效化
高效化家具主要用来减少工件的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率。

减轻工人的劳动强度。

常见的高效化夹具具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。

目前除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动更换家具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

(4)柔性化
机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。

工艺可变因素主要有：供需特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。

具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。

为适应现代机械工艺多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

综上所述，夹具在机械加工生产过程中起着重大的作用，夹具的发展是为了满足当代机械加工工艺的需要，可以说是社会的发展、生产的需要带动着夹具的发展，其发展过程是必然的。

第二章工艺规程设计
2.1摆块的分析
2.1.1摆块的工艺分析
摆块是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，其结构形状较复杂，加工孔和表面的精度要求较高，此外还有© 22± 0.01孔要求加工，对精度要求也较高。

孔表面粗糙度要求与外圆、端面一致，均为Ra3.2，其余表面粗糙度为Ra12.5,在几何形状精度和相互位置精度方面没有要求。

2.1.2摆块的工艺要求
一个好的结构不但要求应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时能最大限度上降低加工劳动量。

而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

设计者要求考虑加工工艺问题，工艺师又要考虑从工艺上保证设计的要求。

图2.1摆块零件图
图2.2摆块零件实体图
该加工有个6个加工表面：平面加工包括上端面和下端面；孔系加工包括© 22 ± 0.01孑L、3个© 8小孔；槽类加工包括半圆槽；R50摆块弧面加工。

(1)平面主要有；摆块上、下端面的粗铣加工，其表面粗糙度要求是Ra3.2;
(2)摆块R50弧面采用立铣刀粗加工，其表面粗糙度要求是Ra3.2；
(3)孔系加工有：①© 22 ± 0.01孔的钻、扩、铰加工，其表面粗糙度要求是
Ra3.2:②3- © 8孔的钻、铰加工，其表面粗糙度要求是Ra3.2，有20° 分度要求；
(4)粗铣半圆槽，其表面粗糙度要求是Ra3.2。

摆块毛坯的选择铸造，因为生产率较高，可以免去每次造型，单边余量一般在1〜3mm结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小，为中小批量生产。

上面主要是对摆块零件的结构、加工精度和主要加工表面进行分析，选择了其毛坯的制造方法为铸造和中批量的生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。

2.2加工工艺路线方案制定
因为摆块毛坯选用的是铸件，已经过一定的加工，对于粗、精基准的选择不再赘述。

在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。

综合考虑各种加工的合理性，得到的机械加工工艺过程卡片如图2-3所示。

第三章夹具设计
3.1夹具设计的基本要求
一个优良的机床夹具必须满足下列要求。

（1）保证机床的加工精度。

保证加工精度是关键，首先在于正确地选定定
位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，注意夹具应具有足够的刚度，多次重复使用的夹具还应注意相关元件强度和耐磨性，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

（2）提高生产效率。

专业夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采
用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。

（3）工艺性能好。

专用夹具的结构应力要求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。

专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具应设置调整和修配机构。

（1）使用性能好。

专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠。

在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻
操作者的劳动强度。

专用夹具还应排屑方便，必要时可设置排屑结构，防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。

（2）经济性好。

专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低家具的制造成本。

因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行
必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

3.2工件在夹具中的定位
采用夹具装夹法加工时，为了保证零件在某一工序的加工精度（即工件加工
表面相对其工序基准的尺寸和位置精度）要求，在加工前就必须使共建相对刀具急切学成形运动处于准确位置。

在加工过程中，被加工工件正是通过夹具使其相对刀具及切削成形运动保持准确位置，并实现该工序的加工精度要求的。

但在夹具设计中所提及的工件定位问题，一般仅限于工件在夹具中通过定位元件使其占有某一固定位置而言。

事实上，为了达到工件在加工时的准确位置，还需解决夹具在机床夹具的定位和夹具相对刀具的准确调整等问题。

工件在夹具中定位的作用和意义，对于单个工件来说就是使工件准确占据定位元件所规定的位置；而对一批逐次放入夹具的工件来说，则是使它们都占有一致的位置。

一批工件在夹具中中位置的一致性，也是由工件上的定位基准表面与夹具中的定位元件相接触或配合得到的，前者称为支撑定位，如何保证一批工件位置的一致性，就是攻在夹具中定位的根本问题。

3.2.1工件定位原理
工件在空问具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制关键的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度，在如y平面上，不在同一直线上的三个支承点限制了工件的王、于三个自由度，这个平面称为主基准面；在平面上沿长度方向布置的两个支承点限制了工件的拿两个自由度，这个平面称为导向平面；工件在xoz乎面上，被一个支承点限制了，一个自由度，这个平面称为止动平面。

综上所述，若要使工件在央具中获得唯一确定的位置. 就需要在夹具上合理设置相当于定位元件的六个支承点.使工件的定位基准与定位元件紧贴接触，即可消除
工件的所有六个自由度•这就是
工件的六点定位原理
沿X轴位置的不确定，称为沿
沿丫轴位置的不确定，称为沿
沿Z轴位置的不确定，称为沿
绕X轴位置的不确定，称为绕
绕丫轴位置的不确定，称为绕
绕Z轴位置的不确定，称为绕
图3.1工件在夹具中的六个不定度
根据工件各工序的加工精度要求和选择定位元件的情况，工件在夹具中的定位通常有如下几种情况。

1.完全定位
工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，而在夹具中占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。

如图2.2所示在工件上铣槽，保证槽在三个方向上的位置要求，试确定定位
①分析满足加工要求必须限制的自由度，也简称理限。

保证槽的上下位置
要求：必须限制'■;保证槽的左右位置要求：必须限制■';保证槽的前后位置要求：必须限制。

综合结果：必须限制【■一六个自由度。

②用定位元件来限制理论上应该限制的自由度。

用长V形块与工件外圆面接触限制■;用定位支承钉与工件端面接触限制；用定位销与工件槽面接触限制一；综合结果：限制了二」■ o
X轴的不定度，以•表示;
丫轴的不定度，以表示; Z
轴的不定度，以「表示;
X轴的不定度，以•表示;
丫轴的不定度，以•表示;
Z轴的不定度，以.表示;
图3.2铣槽定位分析
2•部分定位
根据工件加工表面的不同加工要求，定位支承点的数目可以少于六个。

有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，这种定位情况为部分定位，是被允许的。

如图2.3所示在工件上铣通槽，保证槽宽和槽的上下、左右位置要求，试确
① 分析满足加工要求必须限制的自由度，也称理论上应该限制的自由度，简称理限。

保证槽的上下位置要求：必须限制；保证槽的左右位置要求：
必须限制■ '■；槽宽由定尺寸刀具保证；综合结果：必须限制■ ■五个自由度。

②用“定位元件”来限制理论上应该限制的自由度。

在与机床工作台面平行的平面上“合理”布置三个支承钉与工件底面接触，限制了〕三个自由度，在与机床进给方向平行的平面上“合理”布置两个支承钉与工件侧面接触，限制了■•两个自由度，综合结果：限制了•「；五个
自由度
3.欠定位
按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。

欠定位是不允许的。

因为欠定位保证不了加工要求。

4.过定位
过定位(重复定位)：工件定位时，几个定位元件重复限制工件同一自由度的定位。

如图2.4所示，位于同一平面内的四个定位支承钉限制了三个自由度，是否
允许，视具体情况而定，若工件定位平面的平面度较高，定位能保证一批工件定位位置一致，允许存在，否则，A工件与这三个支承钉接触、B工件与另外三个支承钉接触，造成一批工件定位位置不一致，这种情况就不允许。

图3.4重复定位分析
3.2.2定位元件的选择与设计
工件在夹具中位置的确定，主要是通过各种类型的定位实现的。

在机械
加工中，虽然被加工工件的种类繁多和形状各异，但从它们的基本结构来看，不外乎是由平面、圆锥面以及各种成型面所组成。

工件在夹具中定位时，可根据各自的结构特点和工序加工精度要求，选取其上的上平面、圆柱面或它们之间的组合表面作为定位基准。

本次夹具设计根据需要选取平面定位元件和圆孔表面定位元件。

1•选择平面定位元件
(1)标准固定支承钉
1)圆头：水平面粗基准定位用［图3.5(a)］；
2)锯齿头：侧平面粗基准定位用［图3.5(b)］；
3)平头：较小精基准平面定位用［图3.5(c)］；。