专用夹具设计案例

专用钻床夹具的设计
专用夹具的设计过程包括：
1、准备阶段
2、设计阶段
3、绘图阶段
4、标注尺寸、技术要求
5、编写零件明细表
6、绘制非标准夹具零件图
下面以某麦稻联合收割机中的一零件为例，介绍钻床专用夹具的设计过程。

1.1准备阶段
该零件的零件图见图1。

生产类型：中批生产。

毛坯类型：棒料：φ110X15
零件的加工工艺流程见表1。

现要求设计第30道工序的专用钻床夹具。

第30道工序的机械加工工艺卡片见表.2。

机床：Z5125 刀具：φ7钻头（W18Cr4V）
1.2设计阶段
1.根据零件图和工艺过程确定零件定位夹紧方案
根据零件特点，按照工艺过程要求，确定工件定位夹紧方案，设计夹具的总体结构。

结果见图2所示。

图 2 根据夹紧方案设计的夹具总体结构
图1 零件图
表1 零件的加工工艺流程
（续）
表 2 第30道工序机械加工工艺卡片
机械加工工序卡片产品型号零件图号4LG1-1.4-02
产品名称零件名称轴承盖共页第页
车间工序号工序名称材料牌号
30 钳A3
毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数
棒料φ110X15 1 2
设备名称设备型号设备编号同时加工件数
Z5125 1
夹具编号夹具名称切削液
专用夹具ZYJJ-03 冷却液
工位器具编号工位器具名称工序工时(分) 准终单件
工步号
工步内容工艺装备
主轴转速切削速度进给量切削深度
进给次数
工步工时
r/min m/min mm/r mm 机动辅助装夹钻头φ7（W18Cr4V）、
专用夹具（ZYJJ-03）
φ7塞规、游标卡尺（0~125：0.02）
孔距综合量具（ZYLJ-01）
1 钻3-φ7孔。

315 6.9
2 手动进给 3.5 1
2 去毛刺。

设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期
2.定位方案设计
（1）在本设计方案中，工序尺寸为φ85±0.27、φ7
1
.00+，工序基准为孔的中心线。

要满足加工要求理
论应限制的自由度为：。

（2）根据工序基准选择φ72孔中心线及工件大端面为定位基准，结合第2章的内容，确定内孔采用φ72
6
8
g H 的孔轴配合定位，工件大端面用平面定位。

通过定位实际限制了工件的五个自由度。

定位元件布置如图3所示。

图 7-3 布置定位元件
（3）定位误差分析
对尺寸φ85±0.27而言，工序尺寸为42.5±0.135。

Δjb ：
定位基准为φ72孔中心线，工序基准为φ72孔中心线，基准重合。

故Δjb=0； Δdb ：
工件以φ72圆孔定位，为任意边接触。

Δdb =ΔD+Δd+Δmin
ΔD=0.046 Δd=0.019 Δmin=0.010 Δdb =0.075
Δdw =Δjb+Δdb =0+0.075=0.075 ΔT=0.27 ΔT/3=0.090 Δdw =0.075＜ΔT/3=0.090
对φ71
.00
+而言，因为是钻孔加工，属定尺寸刀具加工，故其由刀具保证。

经校核，该定位方案可行。

3.布置导引元件 （1）确定钻套形式
根据零件的加工特点，钻套形式选用固定钻套，钻套以H7/n6固定在钻模板上。

（2）确定对刀位置尺寸：
对尺寸φ85±0.27确定对刀尺寸 工序尺寸：42.5±0.135。

对刀尺寸：基本尺寸与工序尺寸相同（42.5），公差取1/3IT ，即0.27/3=0.09。

故对刀尺寸为42.5±0.045。

（3）计算钻套导孔尺寸：
导孔的基本尺寸：取刀具刃部基本直径，即φ7。

导孔偏差：上偏差=刀具刃部上偏差+F7上偏差，即上偏差=0+0.028=+0.028 下偏差=刀具刃部上偏差+F7下偏差，即下偏差=0+0.013=+0.013. 故导孔尺寸为φ7028
.0013.0＋＋ （4）计算对刀误差：
△jd=2
32
12
22
12
1)
2(x x e e ＋＋＋＋δ
其中：1δ=0.09；e 1=0，e 2=0，X 2=0.028+0.022=0.05， X 3=H X 2
(B+h+0.5H)=0.05/10（16+7+0.5X10）=0.14 △jd=0.16
（5）确定夹具精度误差
由于钻床夹具没有位置误差，jw △=0。

所以夹具精度误差
222jd jw dw ＋△＋△△=22216.00075.0＋＋=0.177≤2/3T=0.27X2/3=0.18
根据总体结构设计，选择合理的导引元件。

布置导引元件见图7-4所示。

图4 布置导引元件
4.布置夹紧装置
根据总体结构设计，结合钻床夹具的特点和第3章的内容，选择合理的夹紧装置。

布置夹紧装置见图 5所示。

5.设计夹具体，完成夹具总装图
根据总体结构设计，结合前面钻床夹具的各部分结构，选择结构合理的夹具体。

夹具总装图见图7-6所示。

1.3绘图阶段
绘制夹具总装图时，一般绘图比例都选择为1：1。

主视图尽量选择为夹具在机床上工作时与操作者正对的位置。

被加工零件用双点划线画出外轮廓和主要表面（定位面、夹紧面、加工面），可视为透明体，可对其剖视表示，其加工余量用网纹线表示。

图5 布置夹紧装置
图 6 夹具总图
1.4标注尺寸和技术要求
1.尺寸标注
A 类尺寸：φ160、106。

B 类尺寸：φ72H8/g6。

C 类尺寸：φ85±0.09、φ7028
.0013.0++、42.5±0.045。

D 类尺寸：钻夹具无此类尺寸。

E 类尺寸：φ20H7/g6、φ30H7/g6、φ12H7/n6。

2.技术要求
夹具总装图上的技术条件包括：装配过程中的注意项目；装配后应满足的位置精度要求；操作要求等。

本夹具装配后应满足的位置精度要求主要有：
（1）H 1：心轴大定位面与定位心轴轴线的垂直度≯φ0.02：100mm 。

（2）H 2：心轴大定位面与夹具体底面的平行度度≯0.02：100mm 。

（3）H 4：钻套轴线与夹具体底面的垂直度≯φ0.05：100mm 。

（4）H 5：钻套轴线所在圆φ85的中心线与定位心轴轴线的同轴度≯φ0.02。

（5）H 6：各钻套线与定位心轴轴线的位置度≯φ0.05。

1.5编写零件明细表
按照国家机械制图标准的规定，对夹具总装图中的各个零件进行编号，并在标题栏上方画出零件明细表及填写具体信息。

如图7所示。

1.6绘制非标准夹具零件图
根据夹具总装图，拆画非标准零件的零件图。

标准零件按照国标要求标注出具体的规格型号。

非标准零件的零件图如图8、图9和图10所示。

图7 夹具总装图
图8 夹具体
图9 定位心轴
图10 钻模板
2 专用铣床床夹具的设计
下面仍以某麦稻联合收割机中的一零件为例（图1），介绍铣床专用夹具的设计过程。

2.1准备阶段
该零件的零件图见图1。

生产类型：中批生产。

毛坯类型：棒料：φ110X15 零件的加工工艺流程见表7.1。

现要求设计第35道工序的专用铣床夹具。

第35道工序的机械加工工艺卡片见表7.3。

机床：X6132 刀具：φ32立铣刀（W18Cr4V ） 2.2设计阶段
1.根据零件图和工艺过程确定零件定位夹紧方案
根据零件特点，按照工艺过程要求，确定工件定位夹紧方案，设计夹具的总体结构。

结果见图11所示。

图 11 根据定位夹紧方案设计夹具总体结构
2.定位方案设计
（1）在本设计方案中，工序尺寸为36±0.19、R1627
.00
＋，工序基准为孔的中心线。

要满足加工要求理
论应限制的自由度为：。

（2）根据工序基准选择φ72孔中心线及工件大端面为定位基准，结合第2章的内容，确定内孔采用φ726
8g H 的孔轴配合定位，平面定位用工件大端面，防转用φ7孔（菱形销）。

通过一面两销定位实际限制
了工件的六个自由度。

定位元件布置如图12所示。

（3）确定两销结构尺寸：
布置销位：圆柱销布置在大孔φ72中，菱形销布置在圆柱孔与缺口连线一侧的φ7孔中。

确定销间距：L ±△J=42.5±1/5X0.27=42.5±0.054。

确定圆柱销直径：d1 = D1g6 =φ72g6=φ72010
.0029.0－－。

确定菱形销直径：查表2.1得：b=3
表3 第35道工序的机械加工工艺卡片
机械加工工序卡片产品型号零件图号4LG1-1.4-02
产品名称零件名称轴承盖共页第页
车间工序号工序名称材料牌号
35 铣A3
毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数
棒料φ110X15 1 2
设备名称设备型号设备编号同时加工件数
X6132 1
夹具编号夹具名称切削液
专用夹具ZYJJ-04
工位器具编号工位器具名称工序工时(分) 准终单件
工步号
工步内容工艺装备
主轴转速切削速度进给量切削深度
进给次数
工步工时
r/min m/min mm/r mm 机动辅助装夹立铣刀φ32、
专用夹具（ZYJJ-04）
圆弧R规（R15~25）、
游标卡尺（0~125：0.02）
1 铣缺口。

375 37.68 手动进给 1
2 去毛刺。

设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改件号签字日期
△2=（2b/ D2）(△k +△j －△1/2) =（2×3/7）×（0.27+0.054-0.01/2）=0.27 d 2=( D 2－△2)h6=（7-0.27）h6=6.73h6=7270
.0279.0－－
图 7-12 布置定位元件
（4）计算定位误差
在本设计方案中，工序尺寸为36±0.19、R1627
.00
＋及圆弧槽中心线对两孔中心连线的对称性要求。

1）尺寸36±0.19
定位基准为φ72孔中心线，工序基准为φ72孔中心线，基准重合。

故Δjb=0； 工件以φ72圆孔定位，为任意边接触。

故Δdb =ΔD+Δd+Δmin
ΔD=0.046 Δd=0.019 Δmin=0.010 Δdb =0.075
Δdw =Δjb+Δdb =0+0.075=0.075 ΔT=0.38 ΔT/3=0.126 Δdw =0.075＜ΔT/3=0.126
2）尺寸 R1627
.00＋
对
R1627.00＋而言，因为是铣缺口加工，属定尺寸刀具加工，故其由刀具保证。

3）圆弧槽中心线对两孔中心连线的对称性
圆弧槽圆弧槽中心线对两孔中心连线的对称性分析。

由于该零件属农机产品零件，对称性要求不高，
且属于未注尺寸系列，在本方案设计中未对误差进行分析计算。

经校核，该定位方案可行。

3.布置对刀元件
本道工序主要保证被加工圆弧槽在两销连线方向上的对称度。

故采用一个侧装平面对刀块对刀，具体布置对刀元件见图7-14所示。

（1）R1627
.00
＋的对刀尺寸确定
对刀基准：φ72g6的轴线。

假设塞尺厚度2mm ，圆弧槽半径1627
.00
＋=16.135±0.135
故对刀尺寸为：（16.135+2）±0.135/5=18162
.0108.0＋＋ （2）对刀误差△jd ： △jd ≈J H δ+S δ
其中：J H δ=0.054，S δ=0 △jd=J H δ+S δ=0.054+0=0.054
图 14 布置对刀元件
4.布置夹紧装置
根据总体结构设计，结合铣床夹具的特点和第3章的内容，采用开口垫圈+螺母的快速夹紧装置，布置夹紧装置见图15所示。

因工件刚性较好，夹紧产生的加工误差较小可忽略不记，故Δd j =0 5.布置连接元件
为保证被加工圆弧在两销连线方向上的对称性要求，铣床夹具底面布置两个标准A 型定位键。

定位键与机床工作台T 型槽采用18 H7/h6配合，保证夹具位置精度要求。

（1）夹具位置误差计算
1） 定位键间隙造成水平面内夹具位置误差：
参考教材例4.1，因键与T 型槽（18 H7/h6）最大配合间隙Δmax = 0.018+0.011=0.029 两定位键间距212mm ，工件圆弧槽中心与距离42mm 。

夹具位置误差为：Δjw=0.029
在安装夹具时，尽量使两定位键同侧接触机床T 形槽，减小夹具位置误差。

2）夹具精度误差
222jd jw dw ＋△＋△△=222054.0029.0075.0＋＋=0.097≤2/3 T （T=0.27X2/3=0.18）
满足加工要求，夹具设计方案可行。

图 15 布置夹紧元件
6.设计夹具体，完成夹具总装图
根据总体结构设计，结合各部分结构，选择结构合理的夹具体。

夹具总装图见图16所示。

2.3绘图阶段
绘制夹具总装图时，一般绘图比例都选择为1：1。

主视图尽量选择为夹具在机床上工作时与操作者正对的位置。

被加工零件用双点划线画出外轮廓和主要表面（定位面、夹紧面、加工面），可视为透明体，可对其剖视表示，其加工余量用网纹线表示。

2.4标注尺寸和技术要求
1.尺寸标注
A 类尺寸：282、160、90。

B 类尺寸：φ72H8/g6、42.5±0.054。

C 类尺寸： 18162
.0108.0＋＋
图16 夹具总图
D类尺寸：18K7/h6、18 H7/h6。

E类尺寸：φ5H7/h6、φ8H7/h6、φ20H7/g6。

2.技术要求
夹具总装图上的技术条件包括：装配过程中的注意项目；装配后应满足的位置精度要求；操作要求等。

本夹具装配后应满足的位置精度要求主要有：
（1）H1：心轴大定位面与定位心轴轴线的垂直度≯φ0.02：100mm。

定位心轴轴线与菱形销轴线的平行度≯0.02：100mm。

（2）H2：心轴大定位面与夹具体底面的平行度≯0.02：100mm。

定位心轴轴线和菱形销轴线的连线与定位键侧面的平行度≯0.03：100mm。

（3）H3：对刀块工作面与定位键侧面的平行度≯0.03：100mm。

对刀块工作面与夹具体底面的垂直度≯φ0.03：100mm。

2.5编写零件明细表
按照国家机械制图标准的规定，对夹具总装图中的各个零件进行编号，并在标题栏上方画出零件明细表及填写具体信息。

如图17所示。

2.6绘制非标准夹具零件图
根据夹具总装图，拆画非标准零件的零件图。

标准零件按照国标要求标注出具体的规格型号。

非标准零件的零件图如图18、图19和图20所示。

图17 夹具总装图
图18 夹具体
图19 菱形销
图20 定位心轴。