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1、工裝夾具設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備(標準、專用和非標準設備)、夾具、模具、量具、刀具和工具等。 對本單位的工藝技術人員來講，除了要消化設計圖樣和技術要求后，進行產品零件加工的工藝文件編制及現場生產服務外，還有一個重要的任務，就是要根據工藝規(guī)程的要求，進行產品零件的裝配焊接夾具和檢測夾具等工裝的設計工作。 本文主要是根據本單位的實際情況，闡述工裝夾具設計的基本方法和具體操作步驟。,Page 3,目錄/Contents,,1、工裝夾具的設計和使用
2、目的 2、工裝夾具設計的基本方法和步驟 3 、工裝夾具設計的規(guī)范化程序,編制/Per：,部門/Dept：技術部,日期/Date：,Page 4,1、工裝夾具的設計和使用目的,進行工裝夾具的設計和使用，是能夠使得零件迅速而準確地安裝于夾具中的確定位置，夾具定位 安裝于加工設備的確定位置。因此，使用夾具加工零件時，能使零件迅速而準確地處于加工位置，從而保證零件的加工質量滿足要求，這就是夾具在生產中得到廣泛運用的主要原因。,Page 5,1、工裝夾具的設計和使用目的,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量，減少廢品率； b)可以提高零件的生產率； c)
3、可以擴大加工設備的工藝范圍； d)可以改善勞動者的勞動條件。,Page 6,1、工裝夾具的設計和使用目的,總之，使用工裝的最根本目的就是在保證產品零件的質量穩(wěn)定，滿足技術要求的前提下，還要達到提高產品零件的生產率，獲得較好經濟效益的目的。所以，設計工裝夾具也是和其它技術工作一樣，不僅僅是一個技術問題，而且還是一個經濟問題，每當設計一套工裝時，都要進行必要的技術經濟分析，使所設計的工裝獲得更佳的經濟效益。,Page 7,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,2-1 熟悉產品零件的技術要求，確定工裝夾具的更佳設計方案 在接到設計任務書后，要準備設計工裝夾具所需要的資料，包括零件設計圖樣和技術要求、
4、工藝規(guī)程及工藝圖、有關加工設備等資料。在了解了產品零件的基本結構、尺寸精度、形位公差等技術要求后，還要找出零件的關鍵和重要尺寸（必須要保證的尺寸），再基本確定工裝夾具的設計方案。一些重要的工裝夾具的設計方案，還需要進行充分的討論和修改后再確定。這樣，才能保證此工裝設計方案能夠適應生產綱領的要求，是更佳的設計方案。,Page 8,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,2-2-1 夾具上的定位基準的確定 每設計一套工裝，都應該將零件的關鍵和重要尺寸部位，作為工裝夾具上的定位部位（定位設計），還要確定理想的定位設計（精度設計），確定主要的定位基準（第一基準）和次要的定位基準（第二基準）。第一基準原則
5、上應該與設計圖保持一致。當然，若不能保證時，則可以通過計算，將設計基準轉化為工藝基準，但最終必須要保證設計的基準要求。,Page 9,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,定位基準的選擇應該具備二個條件： a）應該選擇工序基準作為定位基準，這樣做能夠達到基準重合，基準重合可以減少定位誤差； b) 應該選擇統(tǒng)一的定位基準，不僅能夠保證零件的加工質量，提高加工效率，還能夠簡化工裝夾具的結構（一般用孔和軸作為定位基準為佳）。,Page 10,2、工裝夾具設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計時，工裝設計人員，在選擇定位基準時，先要看設計圖的定位基準在哪里，再看工藝加工定位基
6、準（工藝規(guī)程上已確定）在哪里，這兩者確定的定位基準是否一致，若不一致時，則要通過計算，將設計基準轉化為工藝基準，但最終必須要保證設計的基準要求。,Page 11,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,一般來講，當工藝基準與設計基準不一致時，在工裝設計時，設計人員應該按照工藝規(guī)程已確定的工藝基準作為工裝的設計基準，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計，零件最終是無法滿足設計圖樣的要求的，因為零件根本就無法加工下去。,Page 12,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,2-2-3 定位基準選擇后應選擇合適的定位元件 a)
7、 零件的六點定位方法 零件的定位基準和工裝的定位元件接觸形成定位面，以實現零件的六點定位（自由剛體的六個運動自由度）。當然在大多數工裝設計時，我們都不會采納六點定位（三個沿坐標軸移動，三個撓坐標軸轉動），往往采取六點以下大于二點以上的定位設計，這種定位設計不僅允許，而且還常常被采用。另外在定位設計時，要注意不要因定位點太多（超過六點）而造成過定位（重復定位），過定位會出現定位不穩(wěn)定的現象，將起反作用。根據經驗，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平面定位；定位銷則用于以零件上的孔為基準時最常用的定位元件，與零件的基準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時最常用的定位元件，與零件的基準軸之間留有一定的間隙，大小按零件軸的精度而定。,Page 14,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,c)對定位元件的基本要求 在設計定位元件時，其基本技術要求為：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采取定位銷定位的形式，定位銷與零件的基準孔之間應留有一定的
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，必須進行調質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、工裝夾具設計的基本方法和步驟,2-3 零件的夾緊及工裝的夾緊結構設計 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，會產生位移、變形和振動，這些都將影響零件的加工質量。 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。所以，工裝
10、夾具的夾緊問題的處理，有時比定位設計更加困難，絕不能忽視這個問題。,Page 16,2、工裝夾具設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（第一基準），且夾緊力的大小應足以平衡其它力的影響，不使零件在加工過程中產生移動。 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，夾緊力設計時應綜合考慮，選擇更佳的加緊方案，也可用計算機輔助設計。 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，使夾緊力作用在支承上，可減少變形； b) 夾緊點選擇應盡量靠近加工表面，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。當零件上有幾個方向的夾緊力作用時，應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，夾緊力應先作用，而且不能太大；對于以平衡作用力的 主要夾緊力，應在最后作用。
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，如本單位的氣缸聯(lián)動機構就是如此。,Page 21,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,2-3-4 夾緊機構的設計和確定 在選定夾緊點和確定夾緊力之后，就要進行夾緊機構的設計和確定，通過具體的機構實現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、夾緊機構所構成的夾緊系統(tǒng)來實現的。 夾緊機構是指能實現以一定的夾緊力夾緊零件選定的夾緊點的功能的完整結構，主要包括與零件接觸的壓板、支承件和施力機構。,Page 22,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,夾緊施力機構可采用可浮動、可聯(lián)動、可增力和可自鎖的結
14、構形式，具體有以下四種形式： 螺栓螺母施力機構：結構簡單，制造方便，夾緊范圍大，自鎖性能好，已獲得最廣泛的應用； 斜面施力機構：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：結構簡單，動作迅速，但壓緊力較小，多用于小型零件的夾具中； 鉸鏈施力機構：結構簡單，增力比大，在氣動夾具中用以減少氣缸或氣室的作用力，獲得廣泛的應用。,Page 23,2、工裝夾具設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設計時，就必須考慮到實際生產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
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的結構形式作為夾緊方式。,Page 24,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,2-4 工裝夾具的經濟精度及常用配合 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)定位元件及導向元件本身的尺寸誤差； e)對于有分度或轉位的夾具，還有分度或轉位誤差。,Page 26,2、工裝夾具設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、工裝夾具設計的基本方法和步驟,所以，我們在設計夾具時，應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該收嚴，其它尺寸不必都收嚴，應該根據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要求即可。 在進行燃油分配管組件的裝配焊接夾具設計時，工裝上必須要保證的設計尺寸就應該收嚴，如油管裝焊時，先要收嚴角
18、度要求；四個小碗裝焊時，必須收嚴孔距要求；兩個支架裝焊時，也必須收嚴孔距要求，這樣，加上夾具上定位件的尺寸已收嚴，就能保證其裝焊后的精度滿足設計要求。,Page 28,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,根據經驗，夾具上需收嚴的尺寸和位置精度，應是產品零件圖上標注的公差帶三分之一左右，其它尺寸不必都收嚴。對于夾具上與設計圖樣無關的一些尺寸，就不一定要將公差帶收得太嚴，除非是作為加工過程中需保證的工藝基準（最終與設計基準重合），是可以收嚴的（應該查有關標準確定其公差帶）。,Page 29,,太嚴 正確,Page 30,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,其它的尺寸（夾具上與設計
19、圖樣無關的），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計要求。,Page 31,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,這樣做，既能達到設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人員的應有職責。,Page 32,2、工裝夾具設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，精度的確定應以夾具零件制造的平均經濟精度為依據，這樣才能保證夾具制造成本低。 夾具設計中常用的配合種類及精度見下表：,Page 33,,,Page 34,2、工裝夾具設計的基本方法和步驟,2-4-4 工裝夾具設計中標準件的應用 在工裝夾具的設計中，我們經常要用到螺母、螺栓、墊圈、圓柱銷、圓錐銷，彈簧等緊固件。像此類的緊固件，國家都有專用標準。所以在設計時一定要采用（應該在總圖上表示出），做到能夠用標準件的，必須100%地用，只要學會查標準就可以了。實在用不上的，只能設計非標準的，出零件圖加工，對非標零件的設計和制造，不但需要一定的周期，而且加工費用也高得多。因為，標
21、準件是大批量生產制造的，價格便宜，質量可靠，在五金商店很容易買到的，而且對設計人員來講，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 工裝夾具總圖應按照最后討論的結果繪制（三基面體系法），被加工零件應用雙點劃線標明，標題欄要填寫正確，標準件應標明其規(guī)格和標準號。還要按照夾具中常用的配合及精度，規(guī)定定位、導向元件的精度，對主要零件的組合要規(guī)定恰當的尺寸公差，其它位置公差應達到各項公差值規(guī)定的合理性要求。最后標注其它尺寸，包括外形尺寸、連接尺寸和重要的配合尺寸。其精度控制，在總圖上的技術條件欄，應逐
22、條提出精度控制項目和有關要求，達到項目的完備性要求。,Page 36,2、工裝夾具設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；在技術要求欄，根據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；零件圖的右上角應標明未注粗糙度及倒鈍的具體要求；零件加工數量要與總圖一致等。要標注恰當的尺寸公差，特別是對定位尺寸的標注應與總圖一致。尺寸公差和位置公差精度的標注，應符合平均經濟精度規(guī)定的要求。,Page 37,3、工裝夾具設計的規(guī)范化程序,
23、我們已經按照上述的基本方法和步驟進行了工裝夾具的設計工作，初步了解和掌握了工裝夾具的設計方法和操作步驟，這些都是近年來夾具設計的理論研究和實踐經驗的總結，夾具設計自身的理論和方法步驟已趨于完善，在此基礎上已經總結出夾具的規(guī)范化設計程序，使初級夾具設計人員的設計能力提高到一個新的水平。 下次，將重點講工裝夾具設計的規(guī)范化程序（結合夾具設計圖樣上的一些問題進行）。,Page 38,3、工裝夾具設計的規(guī)范化程序,總之，工裝夾具的設計目的，就是要達到保證設計質量和提高設計效率，使之能夠滿足生產綱領、定位設計與零件的相容性、夾緊設計技術經濟指標的先進性、精度控制項目的完備性及各控制公差數值規(guī)定的合理性、結構設計的工藝性和制造成本的經濟性。盡可能做到在設計圖樣完成后，就能從圖面上的結構和數據，把握所設計的夾具制造的難易程度和使用的好壞與否，保證夾具設計的一次成功率，從而保證用此工裝夾具加工的零件質量，不但滿足設計的技術要求，還能夠降低零件的生產成本，大大提高生產率，獲得更佳的經濟效益。,Page 39,謝謝,
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