一文读懂：夹具形式选择、设计、加工……整套设计流程的做法

加工中心是汽车发动机行业使用量最大的加工设备之一，下面详细介绍了工艺人员设计和制造某加工中心夹具的全过程，包括夹具形式选择、夹具设计和夹具加工等。

选择夹具的形式

为了选择适合的夹具，首先需对已知形式的夹具的优缺点进行对比分析。如下表所示各种夹具形式的优缺点，根据周期等条件，最终选择液压自动夹紧外接油路形式的夹具。

设计夹具的细节

设计的总体思路为便于装夹、降低操作难度，装夹后位置可以满足产品所要加工内容，最大程度减少夹紧变形，便于油路排布等。

第一套夹具（铣顶面）

零件安装姿态如图1所示。由于零件装夹时需整体抬起安装于夹具上，为降低劳动强度，选择横向装夹。

图1 加工顶面时零件安装状态

将产品安装后的最边缘贴近于工作台最边缘，使产品选用固定尺寸铣刀后能得到有效加工的前提下，离操作者装夹位置最近。

第二套夹具（加工底面的槽及孔）

零件安装姿态如图2所示。零件定位点为侧面直角方向的三处毛坯基准，以及底面三处毛坯高度基准。

图2 加工底面的零件安装姿态

为便于装夹，使产品可以平移进夹具，以减少操作者拿取产品的劳动强度，选择顶面为定位面，纵向装夹（如果横向装夹，操作者需将产品抬高过于油缸再落入夹具支撑上，增加难度）。

夹具体的设计

在设计夹具体之前，要先考虑好零件加工使用的机床，以便根据机床的工作台间距设计夹具体上螺钉孔安装位置。

夹具体的大小须满足工件装夹需求，但不可过大，防止在工作台未移动到极限位置，工件加工部位没有移动到位时，就因为夹具体与机床轮廓接触而发生干涉现象，进而导致零件无法有效安装加工。同时夹具体的外侧边缘距离机床门距离应尽可能近，使操作者拿取工件时距离最近，用力最小。

油缸的选用及设计

按照简单可靠的思路，油缸选择压紧式单动油缸。压紧形式为上下压紧（由于零件整个加工过程中没有定位销进行限位，所以防止零件压紧过程中发生移动，不能选择旋转式压紧结构）。油缸型号根据油缸的夹紧力及外形尺寸选择。

图3 油缸座设计

油缸座设计

外接油路需设计油缸座，以模拟油路在夹具子板中的走向，实现油压夹紧。为便于夹具外接油路走向规整合理，油缸座上进出油口同侧油缸设计方向选择尽量一致，并考虑油管接头安装拆卸方便。油缸座设计如图3所示。

另外，油缸座设计时需综合考虑安装油缸后的安装高度。基本原则是其高度要适用于所加工零件的安装高度和加工行程，并考虑防止由于过高而造成的装夹困难，还有油缸组件过高时定位支撑装置高度的相对增大。

定位方案及装置设计

定位精度对尺寸精度非常重要，而且定位好坏还关系劳动强度和装夹效率。

第一套夹具（加工顶面）

由于本套夹具只加工顶面，因此只需保证高度方向的定位精度即可。如图4所示，定位时采用顶面三处毛坯基准为高度基准，同时设计三处辅助限位装置（图4中方形框），便于零件装夹及零件限位，防止零件装偏。

图4 加工顶面夹具

三处辅助限位装置高于零件外轮廓，与零件边缘约2mm位置，起到限位作用。高度基准结构设计如图5所示，三处高度基准的平面度保证在0.02mm以内。

图5 夹具高度基准设计

第二套夹具（加工底面的槽及孔）

第二套夹具，按“六点定位原理”设计，底面为高度基准，两侧面的三处毛坯基准如图6所示。另外，为便于装夹，设计了一处限位装置（图6长方形框所示），为保证侧向定位精度，设计了一个辅助夹紧装置用于侧向夹紧（图6带凸起的长方形框所示）。

图6 加工底面夹具

定位装置（支撑）设计方案

定位装置（支撑）结构与第一套夹具的高度基准结构相同，第一套夹具（加工顶面），无特殊要求，支撑结构共三处，高度差0.02 mm；第二套夹具（加工底面的槽及孔），为便于装夹，支撑结构共9处，其中6处支撑高度一致，用于定位，另外3处略低，用于保证装夹便利性（第二套夹具采用工件平移上料方案，如果只有3个支撑，由于缸盖上孔较多，平移时容易被卡住）。

压板设计

按照成本最小化、结构简单化和通用性最大化的原则，压板设计如图7所示。

图7 压板设计

左侧压板设计了压头安装装置，便于更换调整；右侧压板根据零件结构限制设计成圆弧头部，减少干涉。

根据夹具方案，加工时直接使用加工缸盖的机床加工夹具，加工后直接进行安装调试；夹具加工时定位销孔一次性加工完成，保证定位销孔相互间位置精度；螺纹孔攻丝时选择使用通用高速钢丝锥攻丝，然后使用手动丝锥攻各尺寸螺纹孔。这样的方案下来，产品质量满足要求，说明夹具结构和精度合理。

（夹具侠）

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