《机床夹具设计》课件
第五部分 专用夹具的设计方法
2
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
5.2 夹具体的设计
5.3 夹具的精度和总图设计
3
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
1、专用夹具的基本要求
（ 1） 能够保证工件的加工精度要求 。
（ 2） 能够提高机械加工的生产效率 。
（ 3） 能够降低工件的生产成本 。
（ 4） 夹具的操作要方便, 安全 。
（ 5） 尽可能提高夹具元件的通用化和标准化程度 。
（ 6） 具有良好的结构工艺性, 以便于夹具的制造, 使
用和维修 。
4
2、夹具设计的步骤
（ 3） 分析计算；
（ 1） 设计的准备；
（ 2） 方案设计；
（ 4） 审核；
（ 5） 总体设计；
（ 6） 零件设计 。
绘制夹具零件图
确定并标注有关尺寸和夹具技术要求
绘制夹具总图
确定夹具的结构方案，绘制结构草图
研究原始资料，明确设计任务
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
5
（ 1）设计的准备
（ 1） 分析研究被加工零件的零件图, 工序图, 工艺规
程等文件, 了解零件的作用, 形状, 结构特点, 材料和本
工序的加工要求, 切削用量和所使用的工艺基准及所使用
的工艺装备, 对设计任务书所提出的要求进行可行性研究,
以便发现问题, 及时与工艺人员进行磋商 。
（ 2） 收集有关资料, 包括所使用机床的技术参数, 所
使用刀具, 量具的规格, 夹具零部件的国家标准, 行业标
准和企业标准, 夹具设计资料 （ 图册和设计手册 ）, 工厂
的生产组织, 制造工艺及制造水平等 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
6
（ 2）方案设计
（ 1） 确定夹具的类型 。
（ 2） 定位设计 。
（ 3） 确定工件的夹紧方式, 选择合适的夹紧装置 。
（ 4） 确定刀具的对刀导向方案 。
（ 5） 确定夹具与机床的连接方式 。
（ 6） 确定其它元件和装置的结构形式, 如定位键, 分度装
置和靠模装置等 。
（ 7） 确定夹具总体布局和夹具体的结构形式 。
（ 8） 绘制夹紧方案设计图 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
7
（ 3）分析计算
（ 1） 定位误差, 加工精度分析；
（ 2） 对动力夹紧装置进行夹紧力验算；
（ 3） 当夹具有多个方案时可进行经济分析, 取效益高的
方案 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
8
（ 4）审核
（ 1） 夹具的标志是否完整, 夹具的搬运是否方便 。
（ 3） 夹具与机床的连接是否牢固和正确 。
（ 4） 定位元件是否可靠和精确 。
（ 5） 夹紧装置是否安全和可靠 。
（ 6） 工件的装卸是否方便 。
（ 7） 夹具与有关刀具, 辅具等之间的协调关系是否良好 。
（ 8） 加工过程中切屑的排除是否良好 。
（ 9） 操作的安全性是否可靠 。
（ 10） 加工精度能否符合工件图样所规定的要求 。
（ 11） 生产率能否达到工艺要求 。
（ 12） 夹具是否具有良好的结构工艺性扣经济性 。
（ 13） 夹具的标准化审核 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
9
（ 5）夹具总装配图的设计
（ 1） 尽量选用 1,1的比例 。
（ 2） 尽可能选择面对操作者的方向作为主视图 。
（ 3） 总图应把夹具的工作原理, 结构和各种元件间的
装配关系表达清楚 。
（ 4） 用双点划线绘制工件外形轮廓, 定位基准面, 夹
紧表面和加工表面 。 待加工表面的加工余量可用网格线
或粗实线表示 。 在总图中, 工件可看作透明体, 不遮挡
后面的线条 。
（ 5） 合理标注尺寸, 公差和技术要求 （ 附表 11） 。
（ 6） 合理选择材料
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
10
绘图的步骤
（ 1） 用双点划线绘出工件轮廓线；
（ 2） 绘制定位元件的详细结构；
（ 3） 绘制对刀导向元件；
（ 4） 绘制夹紧装置；
（ 5） 绘制其它元件或装置；
（ 6） 绘制夹具体 。
（ 7） 标注视图符号, 尺寸, 技术要求, 编制明细表 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
13
常用夹具元件的
材料及热处理
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
14
常用夹具元件的公差配合
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
15
5.2 夹具体的设计
1、夹具体的作用及其基本要求
（ 1） 夹具体的作用
夹具体是夹具的基础元件, 在加工过程
中, 夹具体要承受工件重力, 夹紧力, 切削
力, 惯性力和振动力的作用 。
16
1） 夹具体的结构形式应根据机床的有关参数和加工方式来定 。
2） 有一定的精度和良好的结构工艺性 。
3） 足够的强度和刚度 。
4） 在机床工作台上安装的夹具, 其重心尽量低, 高度尺寸要小 。
5） 夹具体的结构应简单, 紧凑, 尺寸要稳定, 残余应力要小 。
6） 要有适当的容屑空间和良好的排屑性能 。
7） 要有较好的外观 。
8） 在夹具体适当部位用钢印打出夹具编号, 以便于工装的管理 。
5.2 夹具体的设计
（ 2） 夹具体设计应满足的基本要求
17
夹具体结构比较
5.2 夹具体的设计
18
容屑空间
5.2 夹具体的设计
19
各种排屑方法
5.2 夹具体的设计
20
2、夹具体的结构设计
（ 1） 铸造结构
（ 2） 锻造结构
（ 3） 焊接结构
（ 4） 装配结构
5.2 夹具体的设计
21
（ 1） 铸造结构的夹具体
5.2 夹具体的设计
22
钻模夹具体示意图
5.2 夹具体的设计
23
车床夹具体示意图
5.2 夹具体的设计
24
（ 2） 锻造结构 的夹具体
对于尺寸较大且形状简单的夹具体, 可
采用锻造结构, 以使其有较高的强度和刚度 。
这类夹具体常用优质碳素结构钢 40钢, 合金
结构钢 40Cr,38CrMoAlA等经锻造后酌情采
用调质, 正火或回火制成 。
5.2 夹具体的设计
25
（ 3） 焊接结构 的夹具体
焊接结构是国际上一些工业国家常用的方法 。 这类
结构易于制造, 制造周期短, 成本低, 使用也较灵活 。
当发现夹具体刚度不足时, 可补焊肋和隔板 。
焊接件材料的可焊性要好, 适用材料有碳素结构钢
Q195,Q215,Q235,优质碳素结构钢 20钢, 15Mn等 。
焊接后需经退火处理, 局部热处理的部位则需在热处理
后进行低温回火 。
5.2 夹具体的设计
26
焊接结构和装配结构
5.2 夹具体的设计
27
标准化的夹具体
5.2 夹具体的设计
28
5.3 夹具的精度和总图设计
1、夹具的精度分析
29
2,应标注的尺寸和公差配合
（ 1） 夹具外形的最大轮廓尺寸；
（ 2） 工件与定位元件之间的联系尺寸；
（ 3） 对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸；
（ 4） 与夹具位置有关的尺寸；
（ 5） 其它装配尺寸 。
5.3 夹具的精度和总图设计
30
3,应标注的位置公差
（ 1） 定位元件之间的位置公差；
（ 2） 连接元件 （ 含夹具体基面 ） 与定位元件之间
的位置公差；
（ 3） 对刀或导向元件的位置公差 。
5.3 夹具的精度和总图设计
31
几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求
5.3 夹具的精度和总图设计
32
几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求
5.3 夹具的精度和总图设计
33
4,公差数值的确定
（ 1） 夹具上的尺寸公差和角度公差取 （ 1/2～ 1/5） δk。
（ 2） 夹具上的位置公差取 （ 1/2～ 1/3） δk。
（ 3） 当加工工件尺寸为末注公差时, 夹具取 ± 0.1mm。
（ 4） 工件为未注形位公差的加工面时, 按 GB1184中 7,8
级精度的规定选取 。
5.3 夹具的精度和总图设计
34
常见夹具元件的公差配合
5.3 夹具的精度和总图设计
35
5,夹具总图上应标注的其它技术要求
夹具总图上无法用符号标注而又必须说明
的问题, 如夹具的平衡和密封, 装配性能和要
求, 有关机构的调整参数, 主要元件的磨损范
围和极限, 打印标记和编号以及使用中应注意
的事项等, 要用文字标注在夹具的总图上 。
5.3 夹具的精度和总图设计
第五部分 专用夹具的设计方法
2
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
5.2 夹具体的设计
5.3 夹具的精度和总图设计
3
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
1、专用夹具的基本要求
（ 1） 能够保证工件的加工精度要求 。
（ 2） 能够提高机械加工的生产效率 。
（ 3） 能够降低工件的生产成本 。
（ 4） 夹具的操作要方便, 安全 。
（ 5） 尽可能提高夹具元件的通用化和标准化程度 。
（ 6） 具有良好的结构工艺性, 以便于夹具的制造, 使
用和维修 。
4
2、夹具设计的步骤
（ 3） 分析计算；
（ 1） 设计的准备；
（ 2） 方案设计；
（ 4） 审核；
（ 5） 总体设计；
（ 6） 零件设计 。
绘制夹具零件图
确定并标注有关尺寸和夹具技术要求
绘制夹具总图
确定夹具的结构方案，绘制结构草图
研究原始资料，明确设计任务
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
5
（ 1）设计的准备
（ 1） 分析研究被加工零件的零件图, 工序图, 工艺规
程等文件, 了解零件的作用, 形状, 结构特点, 材料和本
工序的加工要求, 切削用量和所使用的工艺基准及所使用
的工艺装备, 对设计任务书所提出的要求进行可行性研究,
以便发现问题, 及时与工艺人员进行磋商 。
（ 2） 收集有关资料, 包括所使用机床的技术参数, 所
使用刀具, 量具的规格, 夹具零部件的国家标准, 行业标
准和企业标准, 夹具设计资料 （ 图册和设计手册 ）, 工厂
的生产组织, 制造工艺及制造水平等 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
6
（ 2）方案设计
（ 1） 确定夹具的类型 。
（ 2） 定位设计 。
（ 3） 确定工件的夹紧方式, 选择合适的夹紧装置 。
（ 4） 确定刀具的对刀导向方案 。
（ 5） 确定夹具与机床的连接方式 。
（ 6） 确定其它元件和装置的结构形式, 如定位键, 分度装
置和靠模装置等 。
（ 7） 确定夹具总体布局和夹具体的结构形式 。
（ 8） 绘制夹紧方案设计图 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
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（ 3）分析计算
（ 1） 定位误差, 加工精度分析；
（ 2） 对动力夹紧装置进行夹紧力验算；
（ 3） 当夹具有多个方案时可进行经济分析, 取效益高的
方案 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
8
（ 4）审核
（ 1） 夹具的标志是否完整, 夹具的搬运是否方便 。
（ 3） 夹具与机床的连接是否牢固和正确 。
（ 4） 定位元件是否可靠和精确 。
（ 5） 夹紧装置是否安全和可靠 。
（ 6） 工件的装卸是否方便 。
（ 7） 夹具与有关刀具, 辅具等之间的协调关系是否良好 。
（ 8） 加工过程中切屑的排除是否良好 。
（ 9） 操作的安全性是否可靠 。
（ 10） 加工精度能否符合工件图样所规定的要求 。
（ 11） 生产率能否达到工艺要求 。
（ 12） 夹具是否具有良好的结构工艺性扣经济性 。
（ 13） 夹具的标准化审核 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
9
（ 5）夹具总装配图的设计
（ 1） 尽量选用 1,1的比例 。
（ 2） 尽可能选择面对操作者的方向作为主视图 。
（ 3） 总图应把夹具的工作原理, 结构和各种元件间的
装配关系表达清楚 。
（ 4） 用双点划线绘制工件外形轮廓, 定位基准面, 夹
紧表面和加工表面 。 待加工表面的加工余量可用网格线
或粗实线表示 。 在总图中, 工件可看作透明体, 不遮挡
后面的线条 。
（ 5） 合理标注尺寸, 公差和技术要求 （ 附表 11） 。
（ 6） 合理选择材料
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
10
绘图的步骤
（ 1） 用双点划线绘出工件轮廓线；
（ 2） 绘制定位元件的详细结构；
（ 3） 绘制对刀导向元件；
（ 4） 绘制夹紧装置；
（ 5） 绘制其它元件或装置；
（ 6） 绘制夹具体 。
（ 7） 标注视图符号, 尺寸, 技术要求, 编制明细表 。
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
13
常用夹具元件的
材料及热处理
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
14
常用夹具元件的公差配合
5.1 专用夹具的基本要求和设计步骤
15
5.2 夹具体的设计
1、夹具体的作用及其基本要求
（ 1） 夹具体的作用
夹具体是夹具的基础元件, 在加工过程
中, 夹具体要承受工件重力, 夹紧力, 切削
力, 惯性力和振动力的作用 。
16
1） 夹具体的结构形式应根据机床的有关参数和加工方式来定 。
2） 有一定的精度和良好的结构工艺性 。
3） 足够的强度和刚度 。
4） 在机床工作台上安装的夹具, 其重心尽量低, 高度尺寸要小 。
5） 夹具体的结构应简单, 紧凑, 尺寸要稳定, 残余应力要小 。
6） 要有适当的容屑空间和良好的排屑性能 。
7） 要有较好的外观 。
8） 在夹具体适当部位用钢印打出夹具编号, 以便于工装的管理 。
5.2 夹具体的设计
（ 2） 夹具体设计应满足的基本要求
17
夹具体结构比较
5.2 夹具体的设计
18
容屑空间
5.2 夹具体的设计
19
各种排屑方法
5.2 夹具体的设计
20
2、夹具体的结构设计
（ 1） 铸造结构
（ 2） 锻造结构
（ 3） 焊接结构
（ 4） 装配结构
5.2 夹具体的设计
21
（ 1） 铸造结构的夹具体
5.2 夹具体的设计
22
钻模夹具体示意图
5.2 夹具体的设计
23
车床夹具体示意图
5.2 夹具体的设计
24
（ 2） 锻造结构 的夹具体
对于尺寸较大且形状简单的夹具体, 可
采用锻造结构, 以使其有较高的强度和刚度 。
这类夹具体常用优质碳素结构钢 40钢, 合金
结构钢 40Cr,38CrMoAlA等经锻造后酌情采
用调质, 正火或回火制成 。
5.2 夹具体的设计
25
（ 3） 焊接结构 的夹具体
焊接结构是国际上一些工业国家常用的方法 。 这类
结构易于制造, 制造周期短, 成本低, 使用也较灵活 。
当发现夹具体刚度不足时, 可补焊肋和隔板 。
焊接件材料的可焊性要好, 适用材料有碳素结构钢
Q195,Q215,Q235,优质碳素结构钢 20钢, 15Mn等 。
焊接后需经退火处理, 局部热处理的部位则需在热处理
后进行低温回火 。
5.2 夹具体的设计
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焊接结构和装配结构
5.2 夹具体的设计
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标准化的夹具体
5.2 夹具体的设计
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5.3 夹具的精度和总图设计
1、夹具的精度分析
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2,应标注的尺寸和公差配合
（ 1） 夹具外形的最大轮廓尺寸；
（ 2） 工件与定位元件之间的联系尺寸；
（ 3） 对刀或导向元件与定位元件之间的联系尺寸；
（ 4） 与夹具位置有关的尺寸；
（ 5） 其它装配尺寸 。
5.3 夹具的精度和总图设计
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3,应标注的位置公差
（ 1） 定位元件之间的位置公差；
（ 2） 连接元件 （ 含夹具体基面 ） 与定位元件之间
的位置公差；
（ 3） 对刀或导向元件的位置公差 。
5.3 夹具的精度和总图设计
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几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求
5.3 夹具的精度和总图设计
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几种常见元件定位对夹具体基面的技术要求
5.3 夹具的精度和总图设计
33
4,公差数值的确定
（ 1） 夹具上的尺寸公差和角度公差取 （ 1/2～ 1/5） δk。
（ 2） 夹具上的位置公差取 （ 1/2～ 1/3） δk。
（ 3） 当加工工件尺寸为末注公差时, 夹具取 ± 0.1mm。
（ 4） 工件为未注形位公差的加工面时, 按 GB1184中 7,8
级精度的规定选取 。
5.3 夹具的精度和总图设计
34
常见夹具元件的公差配合
5.3 夹具的精度和总图设计
35
5,夹具总图上应标注的其它技术要求
夹具总图上无法用符号标注而又必须说明
的问题, 如夹具的平衡和密封, 装配性能和要
求, 有关机构的调整参数, 主要元件的磨损范
围和极限, 打印标记和编号以及使用中应注意
的事项等, 要用文字标注在夹具的总图上 。
5.3 夹具的精度和总图设计
