工装夹具设计的基本方法和步骤

所以，设计工装夹具不仅是一个技术问题，而 且还是一个经济问题，每当设计一套工装夹具时， 都要进行必要的技术经济分析，使所设计的工装夹 具获得更佳的经济效益。
2、工装夹具设计的基本方法和步骤
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。
（1）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；
（2）对于以平衡作用力的 主要夹紧力，应在 最后作用。
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。
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。
– 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。
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。
• 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。
2-3-2 夹紧点的选择
夹紧点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素，正确 选择夹紧点后，才能估算出所需要的夹紧力，选的不当 不仅增大夹具变形，甚至不能夹紧零件。
夹紧点的选用原则： 1) 尽可能使夹紧点和支承点对应，使夹紧力作用在支承上，
连接尺寸和重要的配合尺寸。 其精度控制，在总图上的技术条件栏，应逐条
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。
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；
• 另外在定位设计时，要注意不要因定位点太多（超过六点） 而造成过定位（重复定位），过定位会出现定位不稳定的现 象，将起反作用。
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。
1）支承板多用于精基准平面定位； 2）定位销则用于以零件上的孔为基准时最常用的定
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: 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。
实在不能够使用标准件的，只能设计非标准的，出零件 图加工，对非标零件的设计和制造，不但需要一定的周期， 而且加工费用也高得多。因为标准件是大批量生产制造的， 价格便宜，质量可靠，在五金商店很容易买到的，而且对设 计人员来讲，还不需要出图，显然是减少了工作量的。
2-5 工装夹具图样的绘制
2-5-1工装夹具总图的绘制
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； 3）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。
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。
可减少变形； 2) 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。
2-3-3 夹紧力的确定
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（因为力有大小、方向和作 用点三要素）。
夹具设计中常用的配合种类及精度见下表：
2-4-4 工装夹具设计中标准件的应用
在工装夹具的设计中，我们经常要用到螺母、螺栓、垫 圈、圆柱销、圆锥销，弹簧等紧固件，以及一些通用件等。 像此类的紧固件，国家都有专用标准。所以在设计时一定要 采用（应该在总图上表示出），做到能够用标准件的，必须 100%地用，只要学会查标准就可以了。
例如：某组件的装配焊接夹具的定位件选择， 按照要求应采取定位销定位的形式；其定位销与 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。
工装夹具设计的基本方法和步骤
Prof. Dr. 陶学恒 大连工业大学机械制造（系）教研室
序言
• 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，进行产品零件的加工、装配、焊接 夹具和检测夹具等工装的设计工作。
2-2-3 定位基准选择后应选择合适的定位元件
a) 零件的六点定位方法
• 零件的定位基准和工装的定位元件接触形成定位面，以实现 零件的六点定位（自由刚体的六个运动自由度）。
• 当然在大多数工装设计时，我们都不会采纳六点定位（三个 沿坐标轴移动，三个挠坐标轴转动），往往采取六点以下大 于二点以上的定位设计，这种定位设计不仅允许，而且还常 常被采用。根据经验，有两个以上的定位就可以起到定位作 用了。
第一基准原则上应该与设计图保持一致。若不 能保证时，则可以通过计算，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。
定位基准的选择应该具备二个条件：
• 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；
• 应该选择统一的定位基准，不仅能够保证零件的加工质量，
根据经验，夹具上需收严的尺寸和位置精度，应是产 品零件图上标注的公差带三分之一左右，其它尺寸不必都 收严。
对于夹具上与设计图样无关的一些尺寸，就不一定 要将公差带收得太严，除非是作为加工过程中需保证的工 艺基准（最终与设计基准重合），是可以收严的（应该查 有关标准确定其公差带）。
这样做既能达到设计出合理有效的工装夹具（加工 精度高且又合理），又能达到降低夹具的制造成本（平均 经济精度降低了）的目的。夹具的加工精度提高了，而加 工费用又降低了，这两个目的都达到了，这也是每个工艺 技术人员的应有职责。
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。
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。
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。
专用夹具设计的基本要求
一个优良的机床夹具应满足以下基本要求
保证工件的加工精度 能提高生产效率 工艺性能好 使用性能好 经济性好
1、工装夹具的设计和使用目的
• 进行工装夹具的设计和使用，是能够使得 零件迅速而准确地安装于夹具中的确定位 置，夹具定位
• 安装于加工设备的确定位置。因此，使用 夹具加工零件时，能使零件迅速而准确地 处于加工位置，从而保证零件的加工质量 满足要求，这就是夹具在生产中得到广泛 运用的主要原因。
夹紧机构，是指能实现以一定的夹紧力来夹紧 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、支承件和施力机构等。
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；
– 斜面施力பைடு நூலகம்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；
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。
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要 尺寸部位，作为工装夹具上的定位部位（定位设 计），还要确定理想的定位设计（精度设计），确 定主要的定位基准（第一基准）和次要的定位基准 （第二基准）。
工装夹具总图应按照最后讨论的结果绘制（三
基面体系法），被加工零件应用双点划线标明，标
题栏要填写正确，标准件应标明其规格和标准号。 还要按照夹具中常用的配合及精度，规定定位、
导向元件的精度，对主要零件的组合要规定恰当的 尺寸公差，其它位置公差应达到各项公差值规定的