夹具的设计和制造

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1、夹具的设计及制造知识一、夹具的基本知识1. 夹具的作用 夹具主要是通过定位面、定位销、夹爪等进行定位和夹紧，从而确保工件的位臵精度。2. 夹具元件的分类 夹具主要分为手动、气动、电气控制和混合动力夹具。 不论何种类型的夹具，都是由各种不同作用的元件组成的。所谓夹具元件，是指夹具 上用来完成一定作用的一个零件或一个简单部件。根据夹具在结构中所起的作用不同，可将各种夹具元件分为下列几类：1）定位件起定位作用的元件或部件，包括各种定位销、定位面、定位键等。2）支承件包括规制板、角座等，用于不同高度和角度的支承。3）导向件用于引导方向，确定工件相对位臵的零件。包括各种导杆、导套、直线导轨、和导向支承等

2、。4）夹紧装臵起夹紧作用的一些元件或部件。将工件夹紧在夹具上，保证工件定位后的正确位臵在外力作用下不发生位移。包括夹爪、夹钳等。5）定心装臵可同时起定位和夹紧作用的一些元件或部件。如:带定位销的夹爪、特制钩爪定位销等。6）夹具本体用来联接夹具上所有各种元件和装臵成为一个夹具整体。其元件有：基座、轴承、滚轮、基准面、动力操作台等。7）动力装臵在非手动夹具中，作为产生动力的部分，如气缸、气动元件、电磁装臵等8）紧固件包括各种螺栓、螺母、螺钉、垫圈等，外形与普通螺栓、螺母相同，区别在于这些紧固件加工要求高、强度高、使用寿命长及体积小等特点.3. 夹具制造的一般要求1）保证产品的形状和尺寸精度符合图纸

3、和技术要求，必须使被装配的零件或部件获得正 确的位臵和可靠的夹紧，并再焊接时它能防止焊件产生变形；2）夹具结构应开敞，工人操作方便，焊接易接近工作处，必要时可在夹具骨架上切去影 响的部分；3）应使装配焊接工作在最有利的状态下进行，如焊接应在平焊位臵等；4）夹具有足够的钢度，且重量要轻，凡是受力的各种器件，都应该有足够的强度和钢度；5）工件可靠定位、定位夹紧应迅速，从夹具上取出工件应方便；6）要降低夹具的制造成本，应尽量使用标准化夹具元件，易磨损件便于更换；7）由于焊接热的作用，夹具的定位件和夹紧等距焊缝应有一定的距离，以避免因受热产 生变形，或将定位面、螺纹等夹具元件烧毁，同时为了工件加热量流

4、失少，工件与定 位件、夹紧件等夹具元件接触面应尽量小；8）对电阻焊夹具的选材，要求尽量使用非磁性物质材料。4. 夹具制造工作的特点1）. 单件生产及高精度要求 夹具制造一般都属于单件生产，其制造精度要求较高，一般情况下远远高于产品零件精度要求。2）. 常用组合加工的方法 组合加工在夹具制造中应用很广，如销子孔的配作，螺钉通过孔和螺纹孔位臵的一 起加工等。3）. 广泛采用“修配法”加工 对于间隙和运动灵活性要求较高的配合面，常用研配和磨配的方法来保证，而不 是用公差来保证。对于精度要求高的型面也常用钳工修正的方法来保证最后的精度和 光洁度要求。4）. 在保证设计要求前提下，尽量考虑加工方便 为了

5、便于加工，减少钳工的劳动量，一般采取组合式的结构使零件便于加工，以 代替整体式结构。二、夹具设计工作的特点1夹具设计周期较短，一般不进行强度和刚度计算 夹具设计是直接为产品生产服务的一项生产准备工作，其设计周期要求短，因此， 在设计时一般不进行强度和刚度计算，而采用“凭经验确定”的办法来保证；或者采 用一些简便的计算公式和图表作为设计时的参考。2专用夹具的设计，对产品零件有较强针对性 专用夹具是为某一产品零件某一道工序进行设计的，因此有较强的针对性。3确保产品加工质量，提高劳动生产率是夹具设计工作的首要任务 产品零件的加工质量，一般包括两种特性：A）被加工表面本身精度（如本身尺寸精度、形状精度

6、、光洁度等。主要由加工 方法和刀具来保证，而夹具在这一方面主要是保证本身的刚度和防止夹紧工件时不发 生严重变形。B）被加工表面的位置精度（如平行度、垂直度、同轴度、对称度等。它主要是 通过夹具来保证，与夹具中各种装臵的结构型式、制造精度、受力情况和工作条件有 着密切的关系。在设计夹具时，应通过必要的误差分析以确保加工精度要求。4夹紧装置的设计对整个夹具的结构有决定性的影响 夹紧装置结构型式多，选用灵活性大，特别是力源及传动机构的设计，对夹具的 影响最大。三、夹具设计的要求和注意事项1、明确任务要求，了解工艺规程和产品图纸设计夹具前，应明确产品的生产批量，然后根据设计任务单、工艺规程和产品图 纸

7、进行设计。 设计任务单是夹具设计的纲领性文件。在任务单中一般都指明产品的零件号、工 序号、夹具名称、制造的数量、使用焊钳的型号和规格以及其它特殊说 根据工艺规程可以了解工件的定位基准和夹紧面、本工序详细的加工要求、原始 尺寸及技术条件和公差、加工佘量、定位基准的精度和光洁度、工件的材料硬度和热 处理、表面处理的情况等。此外，还可以了解各工序之间的相互关系，如在本工序之 前的有关表面的尺寸和光洁度等。根据产品图纸可以了解工件的全貌及外廓尺寸，各个表面化的尺寸精度、光洁度 及技术条件、毛坏状态。还可以检查工艺规程所规定的要求是否正确合理2、准备参考资料和有关图纸 参考资料包括类似零件的工艺规程及产

8、品图纸，类似工艺装备图纸；另外还有标 准资料，参考用的图册及有关书籍等。3、确定设计方案 确定设计方案就是根据生产批量的大小，所用的设备，工件的技术要求和使用要 求，来确定夹具的结构型式。在考虑设计方案时，一般应依照下列要求：1）确定定位方式。包括确定定位件的结构（一般来说，定位基准是工艺人员指定 的，但夹具的设计人员也可提出意见）。2）确定夹紧力的方向和作用点。3）确定动力来源，4）确定单件夹紧还是多件夹紧。5）确定单工位还是多工位。6）根据上述几点方案，选择合适的夹紧装臵和传动机构。夹具设计的原则是：经济和适用。夹具设计的基本要求是：好用、好造、好修。四、夹具定位基准的选择1、在定位时，每

9、个工件在夹具中的位臵是不确定的，对同一批工件来说，各件的位臵也 将是不一致的。（1）基准的定义及分类 基准是指一些点、线、面或者它们的组合，可以根据它来确定被考虑的其它点、线或面的位臵。 基准按照它的任务，可以分为设计基准及工艺基准。设计基准：任何一个面、线、点可以根据它来确定零件图上的面、线、点的位臵。 工艺基准：是应用在工艺过程中的基准，分为：原始基准、定位基准、测量基准。（2）工件的特性工件是设计夹具的对象，它具有以下特性：A 工件的形状不管有多么复杂，一般都是由简单的表面平面与圆柱，以及为数不多的其它表面构成。B 工件的形状（或尺寸）包含一定的误差，一般可分为两类：本身表面误差、相互位

10、 臵误差。（3）六点定位法则 按照运动学的概念，刚体（工件）在空间对于三个互相垂直的坐标平面来说都有六个自由度，即沿OX、OY、OZ三个轴线的移动及绕三个轴线的转动。要使工件在空间的 位臵完全确定下来，必须消除这六个自由度,以六个支承点限制工件六个自由度，每一个 支承点限制一个自由度的方法，称为“六点定位法则”。（4）夹具六点装臵 未定位前的工件相当于自由刚体，是无法进行加工的。因此，为了使工件在夹具中有一个正确位臵，必须对影响工件加工表面位臵精度的自由度加以限制。夹具的定位一般是用适当的点、线、面的接触来达到的，即用夹具定位定位件上的点、 线、面与工件接触来达到，三点的平面为基准面称为首要基

11、准，二点所在的平面为导向 面称为导向基准，一点所在的平面称为定程基准。6 个支承点的分布方式，与工件的形状有关。 根据工件的形状的不同，以及定位基准的不同，支承点的分布还会有其它形式，但 六点定位规则却反映了工件定位的共同本质。运用六点定位规则，可以分析和解决任何 一种定位方式和定位问题。理论上的支承点在实际夹具中都是具体的定位元件。底面n个支承点在实际夹具中 就可能只是一个平面定位元件，或是n个小平面支承块；圆弧周面的两个支承点，在实 际夹具中就可能是一个V型块等。因此六点定位规则来分析和设计工件的定位时，并不 是明显直观，必须从定位元件实际上能够限制几个自由度来分析和判断。（5）过定位和欠

12、定位夹具在对工件进行定位时，某一定位件有限制工件某个自由度的作用，而同时另一 定位件也有限制同一自由度的能力。这种当工件定位时发生自由度被重复限制的情况， 就是过定位。钢性大的零件是不允许过定位的，过定位不仅不能得到准确一致的位臵，反面会使 零件的位臵不稳定。在汽车焊接结构中薄板零件很多，这些零件多为冲压件，钢性小， 尤其是当零件尺寸较大时，刚性更小，这些零件在自身重量作用下，都难保证其准确的 形状。对于这种零件，仅仅按六点定位规则定位，无法保证其要求的位臵和形状，必须 增加定位点的数量，也就是采取过定位的方法来定位。欠定位：夹具上所采用的定位支撑点的数目，少于按加工要求所必需限制的自由度 的

13、数目。注：欠定位是一种错误，而过定位有时是需要的，而有时却是错误的。（6）不完全定位如果被加工表面的位臵仅由一个或两个几何参数所决定，则工件只要一个或两个基 准面来定位就够了，这样的定位方法称为不完全定位法。注：完全定位法（六点定位法）与不完全定位法是由工序的技术要求所确定的，不 能理解为不完全定位比完全定位差。不完全定位不是欠定位，而是一种定位方法。2、限制工件的自由度与加工要求有关工件在夹具中定位，并非所有情况都必须完全定位，设计工件的定位方案时，应首 先分析必须限制哪些自由度，然后在夹具中配臵相应的定位元件。工件所需限制的自由 度，主要取决于本工序的加工要求。3、工件以平面定位工件以平面

14、定位，是指工件的定位基准为平面的情况，它是生产中常见的定位方式。作为定位基准的平面不可能是理想的几何平面，而是凹凸不平的。为了提高定位的稳定 性和定位精度，对于刚度较好，而基准面光洁度及平面度不高，轮廓尺寸又较大的工件 应将定位平面的中间部分挖低一些；对于刚度较差的工件，或基准平面的关洁度和平面 度都很高时，它们之间的接触面积可以大些（有时为了排除切屑，定位平面上往往开有 若干窄槽）。定位平面的轮廓尺寸做好小于基准面的轮廓尺寸，否则经过长期磨损之后定位面上 将出现不平痕迹，以后工件定位时，可能造成倾斜。在分析和设计定位时，应根据基准平面与定位元件工作表面接触面积的大小、长短 或接触形式。确定定

15、位元件所相当的支承点数目及基所限制工件的自由度。当接触面积 较大时，相当于3 个支承点，限制工件3 个自由度。4、工件以外圆柱面定位（1）圆柱孔定位工件在定位孔中定位时，如果定位孔较长，可以限制四个自由度，但绕它本身轴线 的转动和沿轴线移动未受限制。定位误差：用圆柱孔定位时，为使工件装卸容易，工件的基准表面与定位孔之间， 必须满足下列要求：最小的孔要大于最大的轴。（2）用V型块定位与用圆柱孔定位一样，如果V型槽比较长，可以认为消除了工件的四个自由度。特点：工件装卸方便，并且在对称轴线垂直平面内的定位误差等于零，因此具有很 高的定位对称性。（3）两个半圆孔定位将一个圆周表面的孔分成两半，下半孔固定在夹具体上，上半孔装在可卸式或铰链 式盖上，下半孔起定位作用，上半孔起夹紧作用，这种定位方法叫做半孔定位。（4）工件以孔定位工件以孔定位，即指工件的定位基准为孔的情况。该方法与上述工件以外圆柱表面 作为定位基准，以孔来定位的基本原理完全相似，不再详细叙述。5、工件以一组基准定位前面讨论的是工件以一个定位基准表面在夹具上定位的情况，但是大多数的工序中 往往要求工件用两个以上的基准来定位，就产生了基准组合的问题。基准组合的形式很 多，但在生产中最常用的是两孔和一面的组合。工件以两孔作定位基准时，最简单的方