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1、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟一,,編號/Number：,Page 2,序言,工裝是工藝裝備的簡稱，工藝裝備就是將零件加工至設(shè)計圖樣要求，所必須具備的基本加工條件和手段。工藝裝備包含加工設(shè)備(標(biāo)準(zhǔn)、專用和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備)、夾具、模具、量具、刀具和工具等。 對本單位的工藝技術(shù)人員來講，除了要消化設(shè)計圖樣和技術(shù)要求后，進行產(chǎn)品零件加工的工藝文件編制及現(xiàn)場生產(chǎn)服務(wù)外，還有一個重要的任務(wù)，就是要根據(jù)工藝規(guī)程的要求，進行產(chǎn)品零件的裝配焊接夾具和檢測夾具等工裝的設(shè)計工作。 本文主要是根據(jù)本單位的實際情況，闡述工裝夾具設(shè)計的基本方法和具體操作步驟。,Page 3,目錄/Contents,,1、工裝夾具的設(shè)計和使用
2、目的 2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟 3 、工裝夾具設(shè)計的規(guī)范化程序,編制/Per：,部門/Dept：技術(shù)部,日期/Date：,Page 4,1、工裝夾具的設(shè)計和使用目的,進行工裝夾具的設(shè)計和使用，是能夠使得零件迅速而準(zhǔn)確地安裝于夾具中的確定位置，夾具定位 安裝于加工設(shè)備的確定位置。因此，使用夾具加工零件時，能使零件迅速而準(zhǔn)確地處于加工位置，從而保證零件的加工質(zhì)量滿足要求，這就是夾具在生產(chǎn)中得到廣泛運用的主要原因。,Page 5,1、工裝夾具的設(shè)計和使用目的,一般來講，使用工裝夾具的目的可以歸納為以下四個方面： a)可以穩(wěn)定地保證零件的加工質(zhì)量，減少廢品率； b)可以提高零件的生產(chǎn)率； c)
3、可以擴大加工設(shè)備的工藝范圍； d)可以改善勞動者的勞動條件。,Page 6,1、工裝夾具的設(shè)計和使用目的,總之，使用工裝的最根本目的就是在保證產(chǎn)品零件的質(zhì)量穩(wěn)定，滿足技術(shù)要求的前提下，還要達到提高產(chǎn)品零件的生產(chǎn)率，獲得較好經(jīng)濟效益的目的。所以，設(shè)計工裝夾具也是和其它技術(shù)工作一樣，不僅僅是一個技術(shù)問題，而且還是一個經(jīng)濟問題，每當(dāng)設(shè)計一套工裝時，都要進行必要的技術(shù)經(jīng)濟分析，使所設(shè)計的工裝獲得更佳的經(jīng)濟效益。,Page 7,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-1 熟悉產(chǎn)品零件的技術(shù)要求，確定工裝夾具的更佳設(shè)計方案 在接到設(shè)計任務(wù)書后，要準(zhǔn)備設(shè)計工裝夾具所需要的資料，包括零件設(shè)計圖樣和技術(shù)要求、
4、工藝規(guī)程及工藝圖、有關(guān)加工設(shè)備等資料。在了解了產(chǎn)品零件的基本結(jié)構(gòu)、尺寸精度、形位公差等技術(shù)要求后，還要找出零件的關(guān)鍵和重要尺寸（必須要保證的尺寸），再基本確定工裝夾具的設(shè)計方案。一些重要的工裝夾具的設(shè)計方案，還需要進行充分的討論和修改后再確定。這樣，才能保證此工裝設(shè)計方案能夠適應(yīng)生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求，是更佳的設(shè)計方案。,Page 8,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-2-1 夾具上的定位基準(zhǔn)的確定 每設(shè)計一套工裝，都應(yīng)該將零件的關(guān)鍵和重要尺寸部位，作為工裝夾具上的定位部位（定位設(shè)計），還要確定理想的定位設(shè)計（精度設(shè)計），確定主要的定位基準(zhǔn)（第一基準(zhǔn)）和次要的定位基準(zhǔn)（第二基準(zhǔn)）。第一基準(zhǔn)原則
5、上應(yīng)該與設(shè)計圖保持一致。當(dāng)然，若不能保證時，則可以通過計算，將設(shè)計基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為工藝基準(zhǔn)，但最終必須要保證設(shè)計的基準(zhǔn)要求。,Page 9,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)該具備二個條件： a）應(yīng)該選擇工序基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，這樣做能夠達到基準(zhǔn)重合，基準(zhǔn)重合可以減少定位誤差； b) 應(yīng)該選擇統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，不僅能夠保證零件的加工質(zhì)量，提高加工效率，還能夠簡化工裝夾具的結(jié)構(gòu)（一般用孔和軸作為定位基準(zhǔn)為佳）。,Page 10,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,如在進行燃油分配管組件的裝配焊接夾具的工裝設(shè)計時，工裝設(shè)計人員，在選擇定位基準(zhǔn)時，先要看設(shè)計圖的定位基準(zhǔn)在哪里，再看工藝加工定位基
6、準(zhǔn)（工藝規(guī)程上已確定）在哪里，這兩者確定的定位基準(zhǔn)是否一致，若不一致時，則要通過計算，將設(shè)計基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為工藝基準(zhǔn)，但最終必須要保證設(shè)計的基準(zhǔn)要求。,Page 11,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,一般來講，當(dāng)工藝基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不一致時，在工裝設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該按照工藝規(guī)程已確定的工藝基準(zhǔn)作為工裝的設(shè)計基準(zhǔn)，因為零件的加工是按照工藝規(guī)程的流程進行的，先裝焊油管，再裝焊四個小碗，最終裝焊兩個支架。若不按照這個工藝流程進行夾具設(shè)計，零件最終是無法滿足設(shè)計圖樣的要求的，因為零件根本就無法加工下去。,Page 12,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-2-3 定位基準(zhǔn)選擇后應(yīng)選擇合適的定位元件 a)
7、 零件的六點定位方法 零件的定位基準(zhǔn)和工裝的定位元件接觸形成定位面，以實現(xiàn)零件的六點定位（自由剛體的六個運動自由度）。當(dāng)然在大多數(shù)工裝設(shè)計時，我們都不會采納六點定位（三個沿坐標(biāo)軸移動，三個撓坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動），往往采取六點以下大于二點以上的定位設(shè)計，這種定位設(shè)計不僅允許，而且還常常被采用。另外在定位設(shè)計時，要注意不要因定位點太多（超過六點）而造成過定位（重復(fù)定位），過定位會出現(xiàn)定位不穩(wěn)定的現(xiàn)象，將起反作用。根據(jù)經(jīng)驗，有兩個以上的定位就可以起到定位作用了。,Page 13,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,b) 常用的定位元件 常用的定位元件有支承釘、支承板、定位銷、錐面定位銷、V形塊、定位套、錐度芯
8、軸等，而本單位常用的定位元件有支承板、定位銷、定位套等。支承板多用于精基準(zhǔn)平面定位；定位銷則用于以零件上的孔為基準(zhǔn)時最常用的定位元件，與零件的基準(zhǔn)孔之間留有一定的間隙，大小按零件孔精度而定；定位套則用于以零件上的軸為基準(zhǔn)時最常用的定位元件，與零件的基準(zhǔn)軸之間留有一定的間隙，大小按零件軸的精度而定。,Page 14,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,c)對定位元件的基本要求 在設(shè)計定位元件時，其基本技術(shù)要求為：精度合適、耐磨性好、有足夠的強度和剛度、工藝加工性好、便于拆裝等。 如燃油分配管組件的裝配焊接夾具的定位件選擇，按照上述要求主要應(yīng)采取定位銷定位的形式，定位銷與零件的基準(zhǔn)孔之間應(yīng)留有一定的
9、間隙，大小按零件孔精度而定，不能人為的加嚴(yán)定位銷的公差帶；同時，對選用45#鋼和Cr12合金鋼為材料的定位銷，必須進行調(diào)質(zhì)熱處理和淬火熱處理，使之有足夠的強度和剛度，增強耐磨性，延長使用壽命。,Page 15,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-3 零件的夾緊及工裝的夾緊結(jié)構(gòu)設(shè)計 零件在工裝中定位后，一般要夾緊，使得零件在加工過程中，保持已獲得的定位不被破壞。零件 在加工過程中，會產(chǎn)生位移、變形和振動，這些都將影響零件的加工質(zhì)量。 所以，零件的夾緊也是保證加工精度的一個十分重要的問題。為了獲得良好的加工效果，一定要把零件在加工過程中的位移、變形和振動控制在加工精度的范圍內(nèi)。所以，工裝
10、夾具的夾緊問題的處理，有時比定位設(shè)計更加困難，絕不能忽視這個問題。,Page 16,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-3-1 零件在夾具中定位后的夾緊三原則： a) 零件在工裝夾具中定位后的不移動原則 選擇夾緊力的方向指向定位基準(zhǔn)（第一基準(zhǔn)），且夾緊力的大小應(yīng)足以平衡其它力的影響，不使零件在加工過程中產(chǎn)生移動。 b) 零件在工裝夾具中定位后的不變形原則 在夾緊力的作用下，不使零件在加工過程中產(chǎn)生精度所不允許的變形，必須選擇合適的夾緊部位及壓塊和零件的接觸形狀，同時壓緊力應(yīng)合適。 c) 零件在工裝夾具中定位后的不振動原則 提高支承和夾緊剛性，使得夾緊部位靠近零件的加工表面，避免零
11、件和夾緊系統(tǒng)的振動。,Page 17,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,這三項原則是相互制約的，因此，夾緊力設(shè)計時應(yīng)綜合考慮，選擇更佳的加緊方案，也可用計算機輔助設(shè)計。 一般來講，對粗加工用的夾具，選用較大的夾緊力，主要考慮零件的不移動原則，對精加工用的夾具，選用較小的夾緊力，主要考慮零件的不變形和不振動原則。 燃油分配管組件的裝配焊接夾具，應(yīng)該屬于精加工夾具，不能選用太大的夾緊力。,Page 18,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-3-2 夾緊點的選擇 夾緊點的選擇是達到最佳夾緊狀態(tài)的首要因素，正確選擇夾緊點后，才能估算出所需要的夾緊力，選的不當(dāng)不僅增大夾具變形，甚至不能夾緊零件。,
12、Page 19,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,夾緊點的選用原則： a) 盡可能使夾緊點和支承點對應(yīng)，使夾緊力作用在支承上，可減少變形； b) 夾緊點選擇應(yīng)盡量靠近加工表面，不致引起過大的夾緊變形。 可以采取減少夾緊變形的措施：如增加輔助支承和輔助夾緊點、分散著力點和增加壓緊件的接觸面積、利用對稱變形等等。,Page 20,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-3-3 夾緊力的確定 力有大小、方向和作用點三要素。當(dāng)零件上有幾個方向的夾緊力作用時，應(yīng)考慮夾緊力作用的先后順序。對于僅為了使零件與支承可靠接觸，夾緊力應(yīng)先作用，而且不能太大；對于以平衡作用力的 主要夾緊力，應(yīng)在最后作用。
13、 因此，為了操作簡便，常采用使夾緊力同時作用或自動地按大小順序的聯(lián)動機構(gòu)，如本單位的氣缸聯(lián)動機構(gòu)就是如此。,Page 21,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-3-4 夾緊機構(gòu)的設(shè)計和確定 在選定夾緊點和確定夾緊力之后，就要進行夾緊機構(gòu)的設(shè)計和確定，通過具體的機構(gòu)實現(xiàn)以確定的夾緊力夾緊于夾緊點處。通常零件的夾緊是由動力源、傳動機構(gòu)、夾緊機構(gòu)所構(gòu)成的夾緊系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 夾緊機構(gòu)是指能實現(xiàn)以一定的夾緊力夾緊零件選定的夾緊點的功能的完整結(jié)構(gòu)，主要包括與零件接觸的壓板、支承件和施力機構(gòu)。,Page 22,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,夾緊施力機構(gòu)可采用可浮動、可聯(lián)動、可增力和可自鎖的結(jié)
14、構(gòu)形式，具體有以下四種形式： 螺栓螺母施力機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，夾緊范圍大，自鎖性能好，已獲得最廣泛的應(yīng)用； 斜面施力機構(gòu)：適用于夾緊力大而行程小，以氣動和液壓為動力源的為主； 偏心施力機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，動作迅速，但壓緊力較小，多用于小型零件的夾具中； 鉸鏈?zhǔn)┝C構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，增力比大，在氣動夾具中用以減少氣缸或氣室的作用力，獲得廣泛的應(yīng)用。,Page 23,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,如在進行燃油分配管組件的裝配焊接夾具的夾緊機構(gòu)設(shè)計時，就必須考慮到實際生產(chǎn)過程是離不開氣缸的氣動源的，它本身是屬于夾緊系統(tǒng)的一部分，所以我們必須了解氣缸的氣動動力源的壓強是多少，是否會對工裝上的定位件產(chǎn)
15、生位移、變形和振動作用，是否需要增加與零件接觸的壓板及支承件等輔助支承和輔助夾緊點，從而達到減少位移、變形和振動作用。 對于此類夾具，一般均采用螺栓螺母施力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式作為夾緊方式。,Page 24,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-4 工裝夾具的經(jīng)濟精度及常用配合 使用夾具的首要目的是保證零件的加工質(zhì)量，具體來講就是使用夾具加工時，必須保證零件的尺寸（形狀）精度和位置精度. 零件的加工誤差是工藝系統(tǒng)誤差的綜合反映，其中夾具的誤差是加工誤差直接的主要的誤差成分。夾具的誤差分靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差兩部分，其中靜態(tài)誤差占重要的比例。所謂夾具的精度是指夾具的靜態(tài)誤差，或稱靜態(tài)精度，過程誤差
16、則被認為是動態(tài)誤差。,Page 25,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-4-1 工裝夾具的精度概念 工裝夾具的精度是指靜態(tài)精度，即非受力狀態(tài)下的精度具體包括以下內(nèi)容： a)定位及定位支承元件的工作表面對夾具底面的位置度（平行度、垂直度等）誤差（精度）； b)導(dǎo)向元件的工作表面或軸線（中心線）對夾具底面和定向中心平面或側(cè)面的尺寸及位置誤差； c)定位元件工作面或軸線（中心線）之間、導(dǎo)向元件工作表面或軸線（中心線）之間的尺寸及位置誤差； d)定位元件及導(dǎo)向元件本身的尺寸誤差； e)對于有分度或轉(zhuǎn)位的夾具，還有分度或轉(zhuǎn)位誤差。,Page 26,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-4-2 工裝夾
17、具制造的平均精度 為了使夾具制造盡量達到成本低、精度高的目的，需要研究夾具制造的平均經(jīng)濟精度（費用低而加工精度高的合理加工精度）。一般來講，零件的加工精度和加工費用成反比關(guān)系，加工精度越高，誤差就越小而費用也就越高。,Page 27,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,所以，我們在設(shè)計夾具時，應(yīng)該認真地考慮這個問題，不要人為地提高夾具的精度，一般來講，夾具上的定位件的尺寸精度應(yīng)該收嚴(yán)，其它尺寸不必都收嚴(yán)，應(yīng)該根據(jù)需要合理地確定精度要求，只要能保證加工后的零件最終滿足技術(shù)要求即可。 在進行燃油分配管組件的裝配焊接夾具設(shè)計時，工裝上必須要保證的設(shè)計尺寸就應(yīng)該收嚴(yán)，如油管裝焊時，先要收嚴(yán)角
18、度要求；四個小碗裝焊時，必須收嚴(yán)孔距要求；兩個支架裝焊時，也必須收嚴(yán)孔距要求，這樣，加上夾具上定位件的尺寸已收嚴(yán)，就能保證其裝焊后的精度滿足設(shè)計要求。,Page 28,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,根據(jù)經(jīng)驗，夾具上需收嚴(yán)的尺寸和位置精度，應(yīng)是產(chǎn)品零件圖上標(biāo)注的公差帶三分之一左右，其它尺寸不必都收嚴(yán)。對于夾具上與設(shè)計圖樣無關(guān)的一些尺寸，就不一定要將公差帶收得太嚴(yán)，除非是作為加工過程中需保證的工藝基準(zhǔn)（最終與設(shè)計基準(zhǔn)重合），是可以收嚴(yán)的（應(yīng)該查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定其公差帶）。,Page 29,,太嚴(yán) 正確,Page 30,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,其它的尺寸（夾具上與設(shè)計
19、圖樣無關(guān)的），若需要保證其配合精度要求，是可以采取配作加工的加工手段，同樣能夠達到夾具的使用精度要求，從而保證用該夾具裝焊的零件，其最終尺寸和位置精度都滿足設(shè)計要求。,Page 31,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,這樣做，既能達到設(shè)計出合理有效的工裝夾具（加工精度高且又合理），又能達到降低夾具的制造成本（平均經(jīng)濟精度降低了）的目的。夾具的加工精度提高了，而加工費用又降低了，這兩個目的都達到了，何樂而不為，我認為，這也是每個工藝技術(shù)人員的應(yīng)有職責(zé)。,Page 32,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-4-3 工裝夾具常用的配合種類及精度 夾具的配合精度要求高，配合種類也不同于一般的機器
20、，在選擇配合時，精度的確定應(yīng)以夾具零件制造的平均經(jīng)濟精度為依據(jù)，這樣才能保證夾具制造成本低。 夾具設(shè)計中常用的配合種類及精度見下表：,Page 33,,,Page 34,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-4-4 工裝夾具設(shè)計中標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用 在工裝夾具的設(shè)計中，我們經(jīng)常要用到螺母、螺栓、墊圈、圓柱銷、圓錐銷，彈簧等緊固件。像此類的緊固件，國家都有專用標(biāo)準(zhǔn)。所以在設(shè)計時一定要采用（應(yīng)該在總圖上表示出），做到能夠用標(biāo)準(zhǔn)件的，必須100%地用，只要學(xué)會查標(biāo)準(zhǔn)就可以了。實在用不上的，只能設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)的，出零件圖加工，對非標(biāo)零件的設(shè)計和制造，不但需要一定的周期，而且加工費用也高得多。因為，標(biāo)
21、準(zhǔn)件是大批量生產(chǎn)制造的，價格便宜，質(zhì)量可靠，在五金商店很容易買到的，而且對設(shè)計人員來講，還不需要出圖，顯然是減少了工作量的。,Page 35,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-5 工裝夾具圖樣的繪制 2-5-1工裝夾具總圖的繪制 工裝夾具總圖應(yīng)按照最后討論的結(jié)果繪制（三基面體系法），被加工零件應(yīng)用雙點劃線標(biāo)明，標(biāo)題欄要填寫正確，標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)標(biāo)明其規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)號。還要按照夾具中常用的配合及精度，規(guī)定定位、導(dǎo)向元件的精度，對主要零件的組合要規(guī)定恰當(dāng)?shù)某叽绻?，其它位置公差?yīng)達到各項公差值規(guī)定的合理性要求。最后標(biāo)注其它尺寸，包括外形尺寸、連接尺寸和重要的配合尺寸。其精度控制，在總圖上的技術(shù)條件欄，應(yīng)逐
22、條提出精度控制項目和有關(guān)要求，達到項目的完備性要求。,Page 36,2、工裝夾具設(shè)計的基本方法和步驟,2-5-2 工裝夾具零件圖的繪制 工裝夾具零件圖的繪制，同樣按照三基面體系法繪制。在零件圖上，要有正確的比例，足夠的投影和剖面，尺寸、粗糙度及加工符號要完整、正確；所用材料要明確；在技術(shù)要求欄，根據(jù)不同的材料確定是否表明熱處理硬度要求和表面處理要求；零件圖的右上角應(yīng)標(biāo)明未注粗糙度及倒鈍的具體要求；零件加工數(shù)量要與總圖一致等。要標(biāo)注恰當(dāng)?shù)某叽绻?，特別是對定位尺寸的標(biāo)注應(yīng)與總圖一致。尺寸公差和位置公差精度的標(biāo)注，應(yīng)符合平均經(jīng)濟精度規(guī)定的要求。,Page 37,3、工裝夾具設(shè)計的規(guī)范化程序,
23、我們已經(jīng)按照上述的基本方法和步驟進行了工裝夾具的設(shè)計工作，初步了解和掌握了工裝夾具的設(shè)計方法和操作步驟，這些都是近年來夾具設(shè)計的理論研究和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，夾具設(shè)計自身的理論和方法步驟已趨于完善，在此基礎(chǔ)上已經(jīng)總結(jié)出夾具的規(guī)范化設(shè)計程序，使初級夾具設(shè)計人員的設(shè)計能力提高到一個新的水平。 下次，將重點講工裝夾具設(shè)計的規(guī)范化程序（結(jié)合夾具設(shè)計圖樣上的一些問題進行）。,Page 38,3、工裝夾具設(shè)計的規(guī)范化程序,總之，工裝夾具的設(shè)計目的，就是要達到保證設(shè)計質(zhì)量和提高設(shè)計效率，使之能夠滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)、定位設(shè)計與零件的相容性、夾緊設(shè)計技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的先進性、精度控制項目的完備性及各控制公差數(shù)值規(guī)定的合理性、結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝性和制造成本的經(jīng)濟性。盡可能做到在設(shè)計圖樣完成后，就能從圖面上的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，把握所設(shè)計的夾具制造的難易程度和使用的好壞與否，保證夾具設(shè)計的一次成功率，從而保證用此工裝夾具加工的零件質(zhì)量，不但滿足設(shè)計的技術(shù)要求，還能夠降低零件的生產(chǎn)成本，大大提高生產(chǎn)率，獲得更佳的經(jīng)濟效益。,Page 39,謝謝,
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