成组可调夹具设计(终稿)
面向套类零件的成组夹具设计
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零件工艺 分析 ，生产类 型属于小批量生产 ，需设计 制 造车削 内孔工序 的装夹 装 置。壳体零 件如 图 １所示 。 由于该壳体零件 结构 简单 ，选 用 １ ０号无缝 钢 管作 为 零件毛坯 。需加 工的壳 体零件 品种较 多 ，长度 尺寸最 大 为 １８ ，最 小 为 ９ ０ ；止 口 尺 寸 最 大 为 ７ｏ ０
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３ ２・
机床与液压
第４ ０卷
进行 调整 ，保 证 工 件 轴 线 与 机 床 主轴 的轴 线 一 致 ， 从而达到 同轴要求 ，保证 零件的加工质量 。 该夹具 的工 作原 理 是 ：首 先 根 据轴 套 零 件 的尺 寸 ，形成零件组 ；然后根 据所需加工工件止 曰的不 同
２１ ０ ２年 ２月 第４ ０卷 第 ４期
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ ＮＥ Ｔ Ｉ
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７ 垫铁 一
８ 一压 板
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ｌ 校正环 卜
图 ４ 壳体零件成组夹具结构
单 、结构 紧凑 、装 卸工件方便 ；还应保证具有足 够的 强度和 刚度 。成 组夹具 的夹具体应尽量保 证在可能 的
范 围内 ，力 求 能加 工 全部 零 件组 。应 根据 零 件 的形 状 、尺 寸 、精 度及其 加工工艺方法来确定 成组夹具夹 具体 的形状 、尺 寸 ，以满 足加 工所 有 相 似零 件 的要 求 。壳体零 件成组夹具 的夹具体 ，如 图 ３所示 。通 过它组成车壳体 内孔 的成组夹具 ，可 以完成一定 尺寸
成组夹具、可调及拼装夹具
及拼装夹具由于科学技术的进步和生产的发展，产品更新换代的周期缩短、品种规格增多，从而导致多品种小批量生产类型的比重逐步增大。
由此产生了可调夹具、组合夹具等新的夹具形式。
采用这类夹具可以大大减少夹具数量，节省设计与制造夹具的费用，减少金属消耗，降低生产成本，缩短生产周期，是实现机床夹具标准化、系列化、通用化的有效途径。
这类夹具只要更换或调整个别定位、夹紧、导向元件，就可以用于多种零件的加工，所以它不仅适合多品种、小批量生产的需要，而且也适合在少品种、较大批量生产中应用。
成组夹具的结构特点和用途与万能可调夹具相类似，都可用作零件的成组加工。
不同的是，成组夹具的设计有一定的针对性，它是为加工某一组几何形状、工艺过程、定位及夹紧相似的零件而设计的，因此与专用夹具很接近。
例如， 零件的钻孔加工，考虑其形状与工艺基本相似，所选定的基准也相同，就归为同一组。
成组夹具的设计特点 成组夹具的设计方法与专用夹具大体相同，主要区别在于成组夹具的使用对象不是一个零件而是一组零件。
因此设计时需对一组零件的图纸、工艺要求和加工条件进行全面分析，以确定最优的工件装夹方案和夹具调整形式。
1．建立成组夹具设计的资料；2．确定综合工件；3．确定夹具形式；4．结构设计（1）确定夹具调整部分的结构;（2）确定夹具基础部分的结构;（3）夹具的精度分析和夹紧力计算;5．绘制夹具总体结构草图。
成组夹具的设计步骤可调整夹具简介具有小范围柔性，通过调整部分装置或更换部分零件，以适应具有一定相似性的不同零件的加工。
可调整夹具的特点结构组成：基础部分、可调整部分。
基础部分：夹具的通用部分，在使用中固定不变，通常包括夹具体、夹紧传动装置和操作机构等。
此部分结构主要依据零件组内各零件的轮廓尺寸、夹紧方式及加工要求等因素确定。
可调整部分通常包括定位元件、夹紧元件和刀具引导元件等。
更换工件品种时，只需对该部分进行调整或更换元件，即可进行新的加工。
一、通用可调夹具的特点1．通用可调夹具适应的加工范围更广。
成组可调夹具设计
成组可调夹具设计曹建中【摘要】根据企业实际生产情况,对产品特性进行分析,设计出成组可调夹具,以满足产品生产需求,提高了加工效率,降低了生产成本.【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷),期】2016(044)010【总页数】3页(P35-37)【关键词】成组可调夹具;设计;产品特性【作者】曹建中【作者单位】常州刘国钧高等职业技术学校,江苏常州213000【正文语种】中文【中图分类】TG751江苏金坛某企业承接某产品配套零件加工，共有三个品种，材质均为2A12硬铝，毛坯尺寸分别为270 mm×110 mm×13 mm、270 mm×80 mm×13.5 mm、270 mm×140 mm×7.5 mm，主要加工内容为两面轮廓及孔系加工。
产品均为板类零件且具有一定的相似性，企业用于产品生产的设备为两台850立式加工中心，目前有熟练操作工1名。
根据实际情况，企业要求将生产这三种工件的夹具合并在一起，更换产品时只需调整某些定位原件即可，以便减少夹具数量，降低使用成本；同时夹具还要具备多工位加工，以延长基本加工时间，缩短操作工装夹等辅助时间，使操作工可以同时操作两台机床。
2.1 材料分析2A12铝合金为变形铝合金的一种，属硬铝合金，主要为铝铜合金，其成份比较合理，综合性能较好，在硬铝合金中用量最大[1]。
该合金的特点如下：①密度小；②强度高，经过一定程度的冷加工可强化基体强度，也可通过热处理进行强化；③导电导热性好；④耐蚀性好；⑤易加工，2A12铝合金是一种高强度硬铝，合金在淬火和冷作硬化后切削性能较好，但在退火状态时切削性能欠佳。
本产品在加工前未作任何热处理，加工完成后需作阳极氧化处理，所以产品加工时所需切削力较小，夹具也不需要很大的夹紧力；2A12加工时容易产生粘刀，夹具设计时要能保证冷却液的充分供给。
2.2 零件加工特性分析根据零件图要求，产品为典型的薄板类零件。
可调整夹持力的多功能夹具设计
111中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2017.06 （下）1 夹具是什么夹具的权威定义是指在机械的生产、制造过程中用来固定待加工的主要工件，又称为卡具（qi ǎj ǜ），目的就是使待加工的工件稳定在恰当的位置，帮助待加工工件完成进一步的装配、加工和检测。
广义上来说，只要是能快速、方便、安全、准确地辅助安装工件零件的设备、装置我们都可称为夹具。
例如焊接的时候帮助固定的压板夹具、查看工件质量时用的检验夹具、装车卸货的时候使用的诸如抱夹车之类的装配夹具、车间里使用的机床夹具等。
而在实际使用中又以机床夹具最为常见。
我们拿最常见的机床夹具作为例子来解释一下夹具。
使用机床加工零件设备的时候，为了让被加工的工件表面达到预想的几何形状、尺寸等技术要求，我们在加工之前肯定要将工件固定牢靠，这个时候就用到了所谓的夹具，机床夹具通常是由以下各部分组合而成：固定装置、夹紧装置、引导装置、分度装置、连接装置以及夹具底座等。
2 夹具使用趋势在日常生产生活中，常会见到一些不同外形、不同表面形态的工件或物件，在越来越人性化的使用趋势下，夹具因其便利性被广泛应用于多种生产生活方式，工艺也日臻完善，结构也越来越细腻。
综合来看，传统的夹具有以下几点弊端。
（1）传统的夹具因其刚性平面与工艺物件的曲面直接接触，会使工艺物件表面形成不可避免的损伤，这种损伤往往是不可逆的。
比如我们在使用“懒人手机支架”的时候，很多人会将这种支架直接夹在床头床板上，因这种支架的夹力相当之大，往往会给刷漆的床头或床板造成一定的压痕，严重的可以造成床板掉漆、褪皮，这样就降低了原本床板的公益性和美观性。
（2）传统的夹具因其用力恒定，无法变通，导致有些脆性工件出现了直接被夹碎的现象，造成不必要的经济损失。
再者，因传统的夹具往往都采用短距杠杆，施力人往往要用更大的力气去掰开夹子，但在瞬时释放夹子的过程中往往无法做到慢拿轻放，不仅容易造成工可调整夹持力的多功能夹具设计卜祥正（广东省高级技工学校，广东 广州 510800）摘要：随着社会的发展，人们对夹具的要求也越来越高，研发可调节夹持力的多功能夹具成为了业界共识。
支座类成组工艺及夹具毕业设计论文
支座类成组工艺及夹具毕业设计论文因此它常用于加工精度不高或工件的次要定位等场合。
（３）综合式兼用上述两种调整方式，即同一套成组夹具即采用可换元件有采用可调元件。
取两者之所长，故可获得较好的效果。
（４）组合式将一组零件的有关的安装元件（有时也包括到导向元件）同时组合在一个夹具体上，以适应同族各种零件先后加工的安装需要。
这样，一种零件安装进使用其相应的一套安装元件，并占据其各自得确定的安装位置。
由于免除了有关元件的更换与调节，节约了夹具的调整时间。
此种形式的成组夹具主要用于同族零件种数少，批量较大的场合。
5.1.3.成组夹具设计原则除应考虑到成组夹具的特点以外，它与专用夹具设计的一般方法是基本相同的。
根据成组夹具的特点，设计时应注意以下几个问题。
１．设计的成组夹具应具有良好的可调整性如上所述，成组夹具包括基础部分和可调部分。
基础部分设计的方法大体与专用夹具的相同。
当然，射击基础部分是不能不考虑到调整方式以及调整部分在夹具体上的配置位置。
调整部分是成组夹具的重要组成部分，在很大程度上，它决定了成组夹具使用的效果。
为此，应作多反感分析比较，慎重决定。
良好的可调整性首先表现在成组夹具的调整简易可行，并能保证同族各零件确定的安装位置。
为了调整迅速，精确，有时可采用专用的调整校正元件。
２．夹具结构应紧凑成组夹具应适合用于一组零件，零件分组不当，往往会造成夹具结构复杂，庞大，使用不便。
夹具总体轮廓尺寸重要取决于零件组中最大零件，各种零件安装位置的布置以及加紧和调整方式。
当零件组内零件品种多，尺寸又分散的情况下，宜于将零件组划分为若干尺寸组（调整组），按尺寸组分别设计成结构相近而大小不等的若干套成组夹具，以保证结构紧凑，使用方便。
尺寸组的划分出根据零件的总体外形，尺寸及安装方式以外，尚应考虑到零件组的成组生产量和机床负荷。
29３．应保证同族零件的加工技术要求设计的成组夹具应是零件组任一种零件均能迅速，可靠的安装，并能保证同组各零件的加工质量。
斜度可调式专用夹具设计
４ ．夹具体 ５ ．双头螺柱 ６ ．套
ｌ． 位套 Ｏ定 １．定位轴 １ ｌ．底座 ２
ＭＷ （ 收稿 日期 ：２ １０ １ ） ０ ０６ ９
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Ｄ。 Ｄ ： ＋ｓ Ｄ， Ｄ 一 同斜度的斜铁 ，在夹具体右 侧加工 了几种调
整斜铁 斜 度 用 的定 位孑 ，以适 应 １ ２ Ｌ ：０、１ ３ ：０、１ ５ 、 ： ０ １ １０ 不 同斜 度 斜 铁 的 加 工 需 要 。该 夹 具 的使 用 方 ：０ 等 法 ：调 整夹具 的斜 度 ，根据 需要加 工 的斜铁 零件 的 斜
度 ，将 定位轴 穿过 底座 和夹具 体上 已打 好斜 度标 记 的 定 位孔 ，使夹 具体倾 斜 的斜度 与工 件 的斜度 相 同 ，旋
转 小螺 母 将 夹 具 体 锁 紧 、固 定在 底 座 上 ，如 附 图所
示。
斜度可调式专用夹具结构
１ ．斜铁 ２ ．调整孔 ３ ．固定孔
７ 卡爪 ． ８ ．大螺母 ９ 小螺 母 ．
～
底部为平面 ，如 图 １ （ 一Ｂ旋转 图）所示 。 曰 ） （ ）沿垂直于兜孔 中心线方 向车削一平 面，与加工 平 面有关的参数如下 （ 设刀具直径为 ）
Ｄ ：Ｄ ＋
＝
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（ ）） ｓ ａ＋ （ ｓ ） ＣＳＬ Ｄ 一， ｉ ｎ Ｌ ＋２ ２ ＯＯ
— — — — — — — — — 一
ｃ
式 中，ｓ 、Ｃ 为系数 ；Ｒ 为 兜孔 曲率半径 ；Ｒ为滚子 曲 ２
率半径；Ｌ 为兜孔球台高度；Ｌ 为保持架兜孔斜边高
度 ；Ｌ为兜孔 总深度 ；Ｄ 为保 持架 兜 孔直 径 ；Ｄ ｃ 为 保
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成组可调夹具设计
曹建中
（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏常州，213000）
【摘要】夹具的设计基本要求在保证产品质量的前提下，尽量减少辅助时间， 减轻操作人员的劳动强度等[1]。
除此之外，还要考虑企业的实际情况，根据企业现有的条件；产品的产量，供货周期；操作人员的素质等。
本文中根据企业要求，对产品特性分析，设计出成组可调夹具，满足了产品生产需求，提高了加工效率，降低了加工成本。
【关键词】精度保证、批量生产、成组可调
Adjustable fixture design
CAO Jian-zhong
(Changzhou Liuguojun Higher Vocational Technology College,Changzhou Jiangsu 213000
China)
【Abstract 】Fixture design basic requirements in the premise of ensuring the quality of products, as far as possible to reduce the auxiliary time, reduce the labor intensity of the operator, etc.. In addition, but also consider the actual situation of enterprises, according to the existing conditions of the enterprise, product yield, supply cycle, the quality of the operator, etc.. In this paper, according to the requirements of the enterprise, the product characteristic analysis, the design of the adjustable clamp, to meet the production needs of the product, improve the processing efficiency, reduce the cost of processing.
【Key words 】Precision assurance, batch production, group adjustable
1 设计背景：江苏金坛某企业承接某产品配套零件加工，共有三个品种（如下图），材质为2A12硬铝，毛坯尺寸为270×110×13,270×80×13.5, 270×140×7.5，加工内容主要为两面轮廓及孔系加工。
图1 图2 图3
产品具有一定的相似程度，都为板类零件。
企业用于产品生产的设备为850立式加工中心两台；目前有熟练操作工一位。
根据实际情况，企业要求将三种工件的夹具合成在一起，更换产品时只要调整某些定位原件，以减少夹具加工，使用成本；同时夹具要具备多工位加工，以延长基本加工时间，减少操作工装夹等辅助时间，操作工可以同时操作两台机床。
2工艺分析：夹具设计前，首先对零件加工进行工艺分析。
2.1 材料分析。
2A12铝合金是国内L Y12的材料代号，变形铝合金的一种，是硬铝合金，主要为铝铜合金，其成份比较合理，综合性能较好，属于硬铝合金中用量最大的。
该合金的特点是：1、密度小；2、强度高，经过一定程度的冷加工可强化基体强度,可以通过热处理进行强化处理；3、导电导热性好；4、耐蚀性好；5、易加工，2A12铝板特性是一种高强度硬铝,合金在淬火和冷作硬化后可切削性能尚好，在退火状态时切削性能不良[2]。
本产品在加工前未作任何热处理，加工完成后做需阳极氧化处理，所以产品加工时切削力较小，夹具设计时不需要很大的夹紧力；2A12加工时容易产生粘刀，夹具设计时要能保证冷却液的充分供给。
2.2 零件加工特性分析。
根据零件图样要求，产品为典型薄板类零件。
薄板类零件加工时常见问题为加工过程中的震颤和加工后的变形。
产生震颤的主要原因为加工工艺系统刚性差，其中夹具系统刚性对整个加工工艺系统影响较大[3]。
薄板类零件的加工变形主要是由切削力和切削振动引起的，零件加工中去除材料较多，加工后由于加工应力释放可能导致较大程度变形，为了保证零件加工过程中的平稳和加工质量，需要采用合理的加工工艺方法和切削参数。
3 设计思路及过程：在设计过程中，通过分析零件的加工工艺，零件为硬铝板类，主要要求上下面尺寸及相互平行度，难点主要在减小工件加工的变形。
按企业要求夹具设计方向为成组可调夹具，以适应企业产品需求；在此基础之上，夹具要便于工人操作，最大限度减少辅助时间，减轻工人劳动强度。
3.1 精度保证。
分析零件图，产品主要要求上下面尺寸及相对平行度，同时这三种零件均属于薄板件，加工后产生变形的可能性较高。
根据以上分析，设计夹具底座时，采用30mm 厚度的45钢板料，装配时，先将夹具底座一面精铣，将该面直接与立式加工中心工作台面贴合，然后采用自加工加工底座另一面，可使夹具底座的定位面平行于机床工作台面。
夹具底座在机床上的固定分散于六点，使之受力均匀，减少夹具底座变形的可能。
同时，这样设计可使夹具底座与机床工作台面联为一体，减少整个加工工艺系统中间环节，增加工艺系统刚性，减少加工过程中的震颤[3]。
为适应不同工件加工，为每种零件设计专用定位底板，均采用45钢淬火后两面精磨，以保证定位地板两面的平行度。
同时该定位底板设计中还考虑到加工中的排屑问题以及避让刀具加工的位置[4]。
为使工件夹紧后紧贴定位底板，在侧定位及夹紧元件侧面均设置了3°的斜角，夹紧工件时形成一定的下压力且不至于夹伤工件表面，这样设计从原理上保证工件底面平行于机床工作台面，以保证加工后工件两面的平行度。
3.2 变形保证。
工件加工后最薄处只有1.3mm，为防止加工后出现变形主要从两方面解决。
工艺上，要求工件粗加工后取下，以释放加工应力以及粗加工时较大的夹紧力带来的变
形，再次装夹进行精加工时，可采用较小的夹紧
力，也就是通常所说的二次装夹（粗加工时留有
足够的加工余量，以抵消二次装夹带来的定位误
差）；同时，由于精加工时切削力较小，由此带来
的加工应力的影响也较小。
夹具设计时，为减小
夹紧力带来的影响，如采用传统的整块定位板，夹图4
紧板，一旦产生变形或产品毛坯外形有误差、毛刺等就有可能带来局部夹紧力过大，工件加工完成后夹紧力释放，工件就会产生变形。
本夹具采用多点夹紧的方式，对每个零件强度相对较好的部位布置三对定位夹紧机构（图4），以分散夹紧力，使得工件各个位置受力均匀。
同时也带来一个问题，要求操作人员在夹紧工件时保持良好的手感，在各处施加比较均匀的夹紧力。
3.3多工位设计。
为尽量减少辅助时间所占比例，减轻操作人员劳动强度，提高加工效率，夹具设计考虑采用多工位配置，一次装夹可连续加工多个工件。
该加工中心使用行程为850×500 。
工件长度为270mm，宽度最大为140mm，如采用前后对称放置，则靠近机床立柱一侧（机床内侧）的工件不利于操作人员的装夹，测量。
在充分利用机床有效加工区域的前提下，将工件长度方向平行于机床Y轴，工件最大宽度为140mm，加上定位夹紧原件，每个工件在机床X轴方向上占用200mm左右，机床X轴行程为850mm，可同时布置4个工件。
计算后，夹具底板设计尺寸为800×365×30。
3.4 可调式设计。
为减少夹具成本，同时也为了减少更换产品时整体更换夹具，设计夹具时方向定为成组可调夹具，将三种零件设计在同一夹具底座上。
（图5为工件一，图6为工件二，图7为工件三）三种零件在长度上一致，所以在Y方向的定位夹紧原件放置尺寸
图5 图6 图7
可保持统一。
零件厚度最小为7.5mm，设计定位夹紧部分为5mm；对于宽度上的差异，在夹具底板上设计相应的定位孔位，调整时，将定位原件向相应的位置移动，利用定位销准确定位就可以完成。
为保证多次调整后的夹具精度，定位孔用镶套设计，定位套采用45钢淬火后精磨[5]。
3.5 操作性设计。
为方便操作人员装夹，将夹紧机构
设计成双向导轨式斜楔（如图8），导轨采用燕尾结构，
用定位销和平头螺钉固定在夹具底座，以保证夹紧块移动
的方向和平滑。
工人向下拧动三只M8六角螺钉时，左右
斜楔向两边撑开，可以同时夹紧两个工件。
这样，每次只
需调整六只内六角螺钉，就可以夹紧或松开四个工件，大
大减少了辅助时间，提高了加工效率。
夹紧机构设计尺寸
小，有利于冷却液对加工部位的充分冷却，避免粘刀发生。
图8
4效果与总结：该企业按夹具设计图加工组装后，经过两次简单调试，迅速投入了产品试制。
经检测，加工的零件符合图样所有技术要求；经过简单培训，操作人员很快掌握夹具使用技巧。
投入生产后，经测试，每次装夹工件时间小于一分钟，每次调整夹具时间小于30分钟，完全满足企业的生产要求。
由于设计周期较短，本夹具设计中仍然存在一定的不足，
如未设计专门的数控对刀装置；夹紧装置可设计联动方式以更进一步提高效率等。