第三章 夹具设计
3.1 概述
在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的装置，都可统称为“夹具”。对于单件、小批量生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本。但是由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时往往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低。
夹具是机械制造厂使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。
各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备，称机床夹具，如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。
一、 机床夹具在机械加工中的作用
对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，首先要将工件装夹好。
工件的装夹方法有两种：一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。
采用第一种方法夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备，但效率低，一般用于小批生产。批量较大时，大都用夹具装夹工件。
用夹具装夹工件有下列优点：
（1） 能稳定地保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。
（2）能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高生产率。
（3）能扩大机床的使用范围
（4）能降低成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。
二、机床夹具的分类
机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类方法有以下几种。
1.按夹具的使用特点分类
（1）通用夹具 已经标准化的，可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，如三爪定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁力工作台等。这些夹具已作为机床附件的专门工厂制造供应，只需选购即可。
（2）专用夹具 专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。专用夹具一般在批量生产中使用。
（3）可调夹具 夹具的某些元件可调整或可更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。它还分为通用可调夹具和成组夹具两类。
（4）组合夹具 采用标准的组合夹具元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。
（5）拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装夹具而成的夹具，称为拼装夹具。它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。。此类夹具更适合在数控机床上使用。
2. 按使用机床分类
夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其它机床夹具等。
3. 按夹紧的动力源分类
夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。
三、机床夹具的组成
机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面几个部分。
1.定位装置
定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。
2.夹紧装置
夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用是不离开已经占据的正确位置。
3.对刀或导向装置
对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。
4.连接元件
连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。
5. 夹具体
夹具体是机床夹具的基础件。
6.其它装置或元件
它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。如需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为能方便、准确地定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。本次设计要求设计钻M8孔夹具，该零件属于中批生产，零件外形也不适于使用通用夹具，为保证工件加工精度，提高生产效率，设计专用钻床夹具就显得非常必要。
3.2 钻、攻3—M8螺纹孔夹具设计
3.2.1 研究原始质料
利用本夹具主要用来钻三个
6.7mm孔并攻M8螺纹。加工时应保证螺纹孔与侧面的位置距离及螺纹孔中心线与锥孔中心线距离。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。
3.2.2 定位基准的选择
由零件图可知：三螺纹孔与侧面有位置要求，在对螺纹孔进行加工前，大孔已进行了加工。因此，选侧面定位，内圆孔定心限制了除在X轴的旋转自由度以外的所有自由度，为了限制X轴的旋转自由度，可在工件边装棱型销，从而来满足螺纹孔与端面的位置要求。
3.2.3 夹具方案的设计选择
根据任务书要求，三螺纹孔分布在零件底端，利用心轴上加工螺栓来夹紧，其夹紧刚度比较低，且夹紧、定位在一起相互有一定影响 ，夹紧力比较理想，但夹具装备比较复杂，成本也高， 采用移动压板夹紧，夹紧、定位分开，且夹具装备简单。
3.2.4 切削力及夹紧力的计算
由参考文献[8]查表
可得：
切削力公式：
式中 
查表
得：
即：
实际所需夹紧力：由参考文献[8]表
得：
安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：
式中：
为各种因素的安全系数，见参考文献[13]表
可得：
所以 
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
取
，
，
螺旋夹紧时产生的夹紧力，有：：
式中参数由参考文献[8]可查得：
其中：
由参考文献[8]表
得：原动力计算公式：
由上述计算易得： 
因此采用该夹紧机构工作是可靠的。
3.2.5 误差分析与计算
该夹具以侧面和 内孔为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。
孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由参考文献参考文献[12]表
可知：
⑴ 定位误差：定位尺寸公差
，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向垂直。即：故
。
⑵ 夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： 
⑶ 磨损造成的加工误差：
通常不超过
⑷ 夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即
误差总和：
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
3.2.6 夹具设计及操作的简要说明
本夹具用于在钻床上加工端面的三螺纹孔。工件以侧面和内孔为定位基准。采用手动螺旋移动弯压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。
