机床专用夹具及其设计方法

机床夹具设计方法与实例分析1. 引言机床夹具是机械加工过程中不可或缺的工具，它能够稳定固定工件，使得加工过程更加精确和高效。

机床夹具设计的好坏直接影响到加工质量和生产效率。

本文将介绍机床夹具设计的一些常用方法和实例分析，旨在帮助读者了解机床夹具设计的基本原理和实际应用。

2. 机床夹具设计的基本原则2.1 稳定性原则机床夹具设计的首要原则是保证夹具对工件的稳定性。

稳定的夹具能够防止工件在加工过程中产生位移或者抖动，确保加工精度和表面质量。

为了提高稳定性，可以采用合理的夹持方式、合适的夹持力和稳定的夹持位置等方法。

2.2 安全性原则机床夹具设计必须考虑操作人员的安全。

夹具必须能够保护操作人员免受意外伤害，避免夹具本身或者工件脱落造成的意外事故。

合理的设计结构和使用材料能够提高夹具的安全性能。

2.3 便捷性原则机床夹具设计还需要考虑加工过程的便捷性。

合理的夹具设计可以提高工件的装夹和取卸的速度，从而提高生产效率。

夹具的设计应该尽量避免复杂的操作步骤和繁琐的调整过程。

3. 机床夹具设计的方法3.1 夹具定位和夹持方式的选择夹具定位和夹持方式是机床夹具设计的重要环节。

定位方式包括点定位、线定位和面定位等，可以根据工件的形状和加工要求来选择合适的定位方式。

夹持方式包括机械夹持、液压夹持和气动夹持等，可以根据工件的材料和尺寸来选择合适的夹持方式。

3.2 夹具结构设计夹具的结构设计要考虑到工件的形状和尺寸，以及加工过程中的力和热变形等因素。

夹具的结构应该尽量简洁紧凑，便于加工和装夹，同时要保证足够的刚度和稳定性。

合理的结构设计可以提高夹具的寿命和稳定性。

3.3 夹具夹持力的控制夹具的夹持力需要根据工件的材料和加工要求来进行控制。

夹持力过大会导致工件变形或者损坏，夹持力过小则无法稳定固定工件。

夹持力的控制可以通过选择合适的工作面材料、调整夹紧装置的参数和使用适当的夹紧手段等方法。

4. 实例分析4.1 水平加工中心的工件装夹夹具设计水平加工中心是一种常见的工件加工设备，其夹具设计直接关系到工件的加工精度和生产效率。

机床夹具的设计步骤一、夹具的设计步骤1．设计准备工作——研究原始资料，明确设计要求和生产条件（1）生产纲领（生产类型）——了解生产批量和对夹具的需用情况；（2）零件图及工序图——了解工件情况、工序要求和加工状态；（3）零件的工艺规程——了解所用机床、刀具等的情况；（4）夹具制造能力——了解夹具制造车间的生产条件和技术现状（5）典型夹具结构及标准——同类型产品的夹具结构、有关夹具标准。

2．确定夹具的结构方案（总体方案）主要包括：（1）确定工件的定位方案，设计定位装置。

根据六点定位原理，确定工件的定位方式，选择和设计定位元件，计算定位误差。

（2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

确定夹紧力、夹紧机构及动力装置。

（3）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

对刀块或钻套、镗套等的设计。

（4）确定其它元件或装置的结构形式。

定位键、分度装置、连接元件等。

（5）协调各装置、元件的布局，确定夹具在机床上的安装方式以及夹具体的结构型式。

3．绘制夹具装配图按照国家制图标准绘制，应清楚表达出夹具的结构及各装置、元件之间的位置关系。

主视图应取操作者实际工作时的位置。

具体方法和步骤如下：（1）在装配图上，工件看作透明体，用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。

（2）依次绘出定位元件或装置、夹紧元件或装置、对刀或导向元件、其它元件、夹具体及连接元件。

（3）标注必要的尺寸、公差和技术要求。

（4）编制夹具明细表及标题栏。

图5-69 实例4．绘制夹具零件图。

画出夹具中非标零件图，并按夹具装配图的要求确定零件的尺寸、公差及技术要求。

——尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度等标注要完整、正确。

二、夹具精度校核使用专用夹具加工工件时，影响加工精度的误差因素主要有三个方面：①工件在夹具中的安装误差，包括定位误差、夹紧误差（工件及夹具的夹紧变形）、夹具制造误差、导向误差等；②对定误差，即夹具在机床上的安装误差；③加工过程误差，与切削过程有关的误差。

机床夹具及其设计方法机床夹具是用于固定工件以及使其达到所需位置和姿态的装置。

其设计方法需要考虑工件的形状、尺寸和加工要求，以及加工过程中的精度要求和安全性。

一、机床夹具的设计方法：1.确定夹具类型：根据工件形状和加工要求，选择合适的夹具类型，如平板夹具、钳式夹具、真空吸盘夹具等。

2.分析工件形状和尺寸：根据工件的几何形状和尺寸，确定夹具的支撑点和固定点，考虑夹持力的传递和均衡。

3.考虑工件加工要求：根据工件的加工要求，确定夹具的定位点和定位方式，使工件在加工过程中保持所需位置和姿态。

4.设计夹具的基准面：确定夹具的基准面，用于定位和固定工件，同时保证夹具的刚性和稳定性。

5.选择夹具元件：选择合适的夹具元件，如夹具座、夹具钳爪、定位销等，根据工件的特点和夹具的使用要求进行选择。

6.考虑夹持力和阻尼：设计夹具时要考虑夹持力和阻尼的大小和分布，避免在加工过程中产生振动和变形，保证加工质量和稳定性。

7.考虑夹具的刚性和稳定性：设计夹具时要考虑夹具的刚性和稳定性，避免在加工过程中产生变形和松动，保证加工精度和安全性。

8.进行夹具的装配和调试：根据夹具设计图纸，进行夹具的装配和调试，确保夹具的各个部分正常工作和配合精度满足要求。

9.进行夹具的试运行和修改：进行夹具的试运行，检查夹具在加工过程中的实际工作情况，根据需要进行夹具的修改和调整。

二、机床夹具的设计要点：1.夹具设计应满足工件加工的要求，保证工件在加工过程中的位置和姿态稳定可靠。

2.夹具设计应符合机床工艺规范和安全规定，保证加工过程中的安全性。

3.夹具设计应考虑加工精度要求，保证工件加工的精度和质量。

4.夹具设计应考虑加工效率要求，尽可能减少夹具更换和调整的时间和工作量。

5.夹具设计应考虑夹具耐用性和易维护性，方便夹具的维修和更换。

6.夹具设计应遵循经济性原则，尽可能降低夹具的制造和运行成本。

机床夹具的设计方法是一个复杂而重要的工作，需要综合考虑多个因素，如工件形状和尺寸、加工要求、精度要求、安全性等。

专用夹具的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，机床使用说明书降低劳动强度，需要设计专用的夹具。

车床夹具设计要点：（1）定位装置的设计要求在车床上加工回转面时要求工件被加工面的轴线与车床主轴的旋转轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置，必须保证这一点。

因此，对于轴套类和盘类工件，要求夹具定位元件工作表面的对称中心线与夹具的回转轴线重合。

对于壳体、接头或支座等工件，被加工的回转面轴线与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，应以夹具轴线为基准确定定位元件工作表面的位置。

（2）夹紧装置的设计要求在车削过程中，由于工件和夹具随主轴旋转，除工件受切削扭矩的作用外，整个夹具还受到离心力的作用。

此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向是变化的。

因此，夹紧机构必须产生足够的夹紧力，自锁性能要可靠。

对于角铁式夹具，还应注意施力方式，防止引起夹具变形。

（3）夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。

因此，要求夹具的回转轴线与主轴轴线应具有尽可能高的同轴度。

心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。

有的心根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：1) 对于径向尺寸D<140mm，或D<(2～3)d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧。

这种连接方式定心精度较高。

2) 对于径向尺寸较大的夹具。

一般通过过渡盘与车床主轴头端连接。

过渡盘的使用，使夹具省去了与特定机床的联接部分，从而增加了通用性，即通过同规格的过渡盘可用于别的机床。

同时也便于用百分表在夹具校正环或定位面上找正的办法来减少其安装误差。

因而在设计圆盘式车床夹具时，就应对定位面与校正面间的同轴度以及定位面对安装平面的垂直度误差提出严格要求。

（4）总体结构设计要求车床夹具一般是在悬臂的状态下工作，为保证加工的稳定性，夹具的结构应力求紧凑、轻便，悬伸长度要短，使重心尽可能靠近主轴。

节机床夹具设计实例一、钻夹具的设计实例图2-2-21所示为本零件工序图图2-2-20所示为杠杆类零件图样。

1零件本工序的加工要求分析①钻、扩、铰© 10H9孔及© 11孔'②© 10H9孔与© 28H7孔的距离为0. 2)mm ;平行度为0.3mm③© 11孔与© 28H7孔的距离为0. 25)mm。

④© 11孔与端面K距离为14mm本工序前已加工的表面如下。

①© 28H7孔及两端面。

②© 10H9两端面。

本工序使用机床为Z5125立钻，刀具为通用标准工具。

2.确定夹具类型本工序所加工两孔(© 10H9和© 11)，位于互成90°的两平面内，孔径不大, 工件质量较小、轮廓尺寸以及生产量不是很大，因此采用翻转式钻模。

3.拟定定位方案和选择定位元件(1)定位方案。

根据工件结构特点，其定位方案如下。

①以© 28H7孔及一组合面(端面K和© 10H9一端面组合而成)为定位面，以© 10H9孔端外缘毛坯面一侧为防转定位面，限制六个自由度。

这一定位方案，由于尺寸8&0.5mm公差大，定位不可靠，会引起较大的定位误差。

如图2-2-22(a)所示。

②以孔© 28H7孔及端面K定位，以© 11孔外缘毛坯一侧为防转定位面，限制工件六个自由度。

为增加刚性，在©10H9的端面增设一辅助支承，如图2-2-22 (b)所示。

比较上述两种定位方案，初步确定选用图2-2-22(b)所示的方案。

(2)选择定位元件。

①选择带台阶面的定位销，作为以©28H7孔及其端面的定位元件，如图2-2-23所示。

定位副配合取28H7。

g6②选择可调支承钉为©11孔外缘毛坯一侧防转定位面的定位元件，如图2-2-24(a)所示。

也可选择如图2-2-24 (b)所示移动V形块。

专用夹具的设计方法夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。

制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。

夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。

第一节专用夹具设计的基本要求一个优良的机床夹具必须满足下列基本要求：（1）保证工件的加工精度保证加工精度的关键，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，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

（2）提高生产效率专用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，夹具上应设置调整和修配结构。

（4）使用性能好专用夹具的操作应简便、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。

（5）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，以降低夹具的制造成本。

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。

第二节专用夹具设计的规范化程序一、夹具设计规范化概述1．夹具设计规范化的意义研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：（1）保证设计质量，提高设计效率夹具设计质量主要表现在：1）设计方案与生产纲领的适应性；2）高位设计与定位副设置的相容性；3）夹紧设计技术经济指标的先进性；4）精度控制项目的完备性以及各控制项目公差数值规定的合理性；5）夹具结构设计的工艺性；6）夹具制造成本的经济性。

第二章专用夹具的设计方法2.1 专用夹具的基本要求和设计步骤2.1.1对专用夹具的基本要求1、保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2．提高生产效率应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

3、工艺性好专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修．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，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

4、使用性好专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

5、经济性好除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

2.1.2专用夹具设计步骤1. 明确设计任务与收集设计资料2．拟定夹具结构方案与绘制夹具草图1) 确定工件的定位方案，设计定位装置。

2) 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

3) 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

4) 确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

5) 确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、预定位装置及吊装元件等。

6)确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。

7) 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

3．进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。

有动力装置的夹具，需计算夹紧力。

当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案． 4．审查方案与改进设计夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改．5．绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。

绘图比例尽量采用1：1。

主视图按夹具面对操作者的方向绘制。

总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。

数控机床夹具的设计与制造数控技术的广泛应用，促进了数控机床的快速发展，给制造业发展带来了很大的便利。

作为数控加工的关键板块，数控机床夹具更是发挥着重要作用。

正确的设计和制造数控机床夹具，不仅可以提高加工效率，降低成本，还可以提高产品的质量和精度。

那么，如何进行数控机床夹具的设计和制造呢？一、夹具设计在夹具的设计中，关键步骤为工作原理的确定和夹具的工作方式的选择。

对于机床夹具的设计，在考虑表面损耗和使用寿命的前提下，主要考虑以下几点：1.夹紧力的确定夹具的夹紧力度直接影响产品的加工精度和质量。

夹紧力大小要根据所加工的产品情况和工艺规定灵活设置，夹紧力不宜过大或过小。

2.结构形式的选择数控机床夹具的结构形式可以根据产品形状和特点来选择不同的结构形式。

常见的有钳子夹具、卡盘夹具、万向夹具和手柄夹具等。

二、夹具制造制造夹具需要在夹具设计之后，进行制造流程规划和夹具加工工艺的制定。

现代夹具制造已经采用高效的加工工艺，包括数控加工、电化学加工、电火花加工和激光加工等。

夹具制造的关键要素包括夹具板材的选择、制造夹具的顺序和夹具部件的制造。

1.夹具板材的选择通常数控夹具板材的选择包括钢板、铝板和铜板等。

不同板材的加工方法和选择都会直接影响到夹具的质量和使用寿命，因此对板材的质量和规格要求也很高。

2.顺序制造在数控夹具的制造中，先制造夹具的核心部件，例如夹爪和夹持口等，然后制造夹具的支架。

最后安装好所有部件即可。

3.夹具部件制造制造夹具的各个部件的过程中，需要注意以下几方面的问题：①夹爪加工：需要掌握夹爪加工的基本知识和配合加工的技术。

②制造夹紧口：夹紧口的制造应尽可能保持精度和平衡性，在制造时应注重提高加工技术。

③方便操作：夹具的操作方便性和快捷性也是制造过程中必须考虑到的。

夹具的精度显然是一个重要的问题，所以制造加工夹具的过程中需要非常注重精度和质量的控制。

夹具制造并非简单的加工过程，需要制造者具备丰富的技术经验和精准的加工技能。

机床夹具设计步骤
一、机床专用夹具的设计步骤
（一）设计前的预备工作
1）明确工件的年生产纲领。

2）熟识工件的零件图和工序图。

3）了解工艺规程中本工序的加工内容、机床、刀具、切削用量、工时定额和同时加工工件数。

（二）总体方案的确定
1）定位方案——依据工序图分析本工序的工序内容和加工精度要求，根据六点定位原理拟定定位方案和选择定位元件。

要拟定几种详细方案进行分析比较，通过分析和计算定位误差，从中确定合理的方案。

2）夹紧方案——确定夹紧力的方向、作用点，选择和确定夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，选择和设计动力源。

夹紧方案也需反复分析比较。

3）夹具的总体形式——一般应依据工件的外形、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。

（三）绘制夹具装配图——总装配图应按比例1:1 绘制，主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清晰地表示出夹具的工作原理和结构。

机床专用夹具的设计步骤及绘制夹具装配图的一般挨次：
（四）绘制夹具零件图
装配图中的非标准零件均应绘制零件图，视图尽可能与装配图上的位置全都，尺寸及公差、形位公差、协作精度及表面粗糙度等要标注完整。

二、夹具精度的验算
1）工件在夹具中的定位误差和夹紧误差。

2）夹具在机床上的对定误差。

3）加工过程中的其他误差。