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第四章 夹具制造
夹具通常是单件制造，且制造周期很短,为了保证工件的加工要求，很多夹具要有较高的制造精度。企业的工具车间有多种加工设备，例如加工孔系的坐标镗床，加工复杂形面的万能铣床、精密车床和各种磨床等，都具有较好的加工性和加工精度。夹具制造中，除了生产方式与一般产品不同外，在应用互换性原则方面也有一定的限制，以保证夹具的制造精度。
4.1夹具零件加工工艺设计
零件的加工工艺设计是机械加工中重要技术工作，合理的机械加工工艺是保证零件加工精度，提高劳动生产效率重要环节。因此制订夹具零件机械加工工艺规程是夹具制造的必要技术工作。
4..1.1加工工艺设计要求
1、应保证零件的加工精度，达到设计图样上提出的各项技术要求；
2、在保证加工精度的前提下，尽可提高生产率和降低消耗；
3、要尽量减轻工人的劳动强度，必须考虑安全和工业卫生等措旋；
4、充分利用现有生产条件制定舍理的夹具制造工艺。
4.1.2设计工艺规程的原始资料
在进行夹具零件加工工艺规程设计时，必须具备下列原始资料：
1. 夹具装配图和待加工零件图及技术要求。
2. 现有生产条件。
3. 有关工艺标准。
4. 有关设备和工艺装备资料。
4.1.3规程的内容及步骤
1．熟悉原始资料并对零件进行工艺性分析
(1)了解零件的功用及各项技术要求
通过分柝夹具装配图和被加工零件的工作图；熟悉夹具的用途、性能，明确被加工零件在夹具中的位置和功用。在此基础上，进一步审查图样的完整性与正确性，例如视图是否正确完整，尺寸、公差标注是否齐全，及时对其中的错误和遗漏提出修改意见。 同时，还要了解零件上各项技术要求制订的依据，分析各零件的各项技术要求：被加工表面的尺寸精度、几何形状精度，互位置精度
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、粗糙度和热处理要求等。并找出主要加工表面，以便在制订工艺规程时采取相应的工艺措施予以保证，并对其不合理之处提出改进意见。
(2)分析零件的结构工艺性
零件的结构对机械加工工艺过程的影响很大。使用功能完全相同而结构不同的两个零件，它们的加工难易和制造成本可能存在很大的差别。对零件进行结构工艺性审查，目的是使其满足使用功能的前提下，符合一定的工艺性指标要求，以便在现有生产条件下能用比较经济、合理的方法将其制造出来。零件的结构工艺性包括其铸造工艺性、铸造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、执处理工艺性、切削加工工艺性和装配工艺性等。在审查零件的结构工艺性时注意以下几点；
①零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙的要求应经济、合理。
②各加工表面的几何形状应尽量简单。
③零件应有合理的工艺基准并与设计基准一致。
④零件的结构应便于装夹、加工和检查。
⑤零件加工部位的结构应便于刀具正确的切入及切出。
2、生产类型和工艺特点
夹具零件的制造是典型的单件生产，它的生产工艺特点见表2-1
表2-1 单件生产工艺特点
零件互换性
配对制造，钳工修配较多，不考虑互换
毛坯制造及加工余量
木模手工造型或自由锻，毛坯精度低，加工余量大
机床设备及布置
采用通用设备，机群式布置
夹具
多用通用夹具、，多由划线、试切保证尺寸
刀具与量具
采用通用刀具与万能量具
对工人技术要求
要求技术熟练的工人
工序划分
工序较少，工序内容集中、概略、不细分工步
工艺
只有简单的工艺过程卡
生产率
低
3、选择毛坯类型和制造方法
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零件毛坯对零件的机械加工工艺过程、材料消耗、加工劳动量等有很大影响，故正确选择毛坯种类与制造方法是非常重要的。
（1）零件常用毛坯类型
机械零件常用的毛坯类型见图4-1。

图4-1零件毛坯类型
夹具各类毛坯的特点及其应用范围见表2-2。
表2-2 夹具各类毛坯的特点及应用范围
毛坯种类
制造精度(IT)
加工余量
原 材 料
工件尺寸
工件形状
．适用生产类型
生产成本
型 材

大
各种材料
小型
简 单
各种类型
低
型材焊接件
13级以下
一般
钢材
大、中型
较复杂
单件
较低
砂型铸造
13级以下
大
铸铁、为主
各种尺寸
较复杂
各种类型
较低
自由锻造
13级以下
大
钢材为主
各种尺寸
简 单
单件小批
较低
(2)夹具零件毛坯制造方法
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由于夹具制造是单件生产。结构件以型材为主，而形状复杂的夹具体考虑采用砂型铸造或型材焊接件，有些结构件有特殊要求考虑采用自由锻。
4．设计零件的机械加工工艺过程
零件机械加工工艺过程是工艺规程设计的中心问题。其内容主要包括：选择定位基准，夹紧方法确定，各加工表面的加工方法选择，安排加工顺序及组织整个加工工艺过程中各个工序的内容，确定各工序所用机床设备和工艺装备等。
以上各方面与零件的加工质量、生产率和经济性有着密切的关系，“优质、高产、低消耗”三原则必然在此得到统一的解决。设计时应同时考虑几个方案，经过分析比较，选择出比较合理的方案。
夹具通常是单件制造，且制造周期很短,为了保证工件的加工要求，很多夹具要有较高的制造精度。企业的工具车间有多种加工设备，例如加工孔系的坐标镗床，加工复杂形面的万能铣床、精密车床和各种磨床等，都具有较好的加工性和加工精度。夹具制造中，除了生产方式与一般产品不同外，在应用互换性原则方面也有一定的限制，以保证夹具的制造精度。
4.2 夹具的制造方法
4.2.1夹具制造的基本要求
1、 保证夹具的质量
保证夹具的质量是指在正常生产条件下，按加工工艺过程所加工的夹具应达到设计图样上所规定的全部精度的要求，并能保证零件加工工序的加工要。
2、保证夹具的制造周期
夹具的制造周期是指在规定的时间内将夹具制造完毕。在制造夹具时在保证夹具精度的前提下，应力求制造周期短，以实际工件能按期生产。
3、保证夹具一定的使用寿命
夹具的使用寿命是指夹具在使用过程中的耐用度，一般用夹具加工合格工件数量为衡量标准。高的夹具使用寿命是衡量夹具制造质量的重要指标。
4、保证夹具制造成本低廉
夹具的制造成本是指夹具的制作费用。由于夹具是单件生产，在生产中不能按照批量组织生产，因而夹具和制造成本较高。为了降低夹具的制造成本，应根据加工工件的生产批量，合理设计夹具的结构，制定合理的夹具的制造方案，尽可能降低夹具的制造成本。
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4.2.2 夹具制造的过程
夹具的制造过程和其它机械产品的制造过程一样，包括以下内容：
1、 夹具设计
夹具图样设计是制造夹具中最关键的技术工作之一，是夹具制造的依所据。夹具设计内容见《机床夹具课程设计指导书》
2、 夹具零件制造工艺规程设计
夹具的加工工艺文件是制造夹具零件指令性文件。由于夹具是单件生产，其工艺规程是以加工工序为单位，简要说明夹具或零部件的加工工序名称、加工内容。加工设备以及必要的说明。
3、 夹具零部件的制造
夹具的零部件制造是按照加工工艺来组织生产的，一般可以采用机械加工，铸造和钳工等加工方法加工出符合要求的零件。
4、 夹具的装配与调试。
4.2.3 保证夹具制造精度的方法
由于夹具制造是单件生产,因而夹具的制造精度的保证方法也与其它机械产品有很大区别。所以在夹具制造过程中，夹具上与对于与工件加工尺寸直接有关的且精度较高的部位，在夹具制造时常用调整法和修配法来保证夹具精度。
1、 修配法的应用
对于需要采用修配法的零件，可在其图样上注明“装配时精加工”或“装配时与××件配作”字样等。
如图4-2所示，支承板和支承钉装配后，与夹具体合并加工定位面，以保证定位面对夹具体基面A的平行度公差。
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图4-2 支承钉与支承板相互位置精度保证方法

图4-3所示为一钻床夹具保证钻套孔距尺寸10±0.02mm的方法。在夹具体2和钻模板1的图样上分别注明“配作”字样，其中钻模板上的孔可先加工至留1mm余量的尺寸，待测量出正确的孔距尺寸后，即可与夹具体合并加工出销孔B。显然，原图上的A1、A2尺寸已被修正。这种方法又称“单配”。

图4-3 钻模的修配法
1-钻模板 2-夹具体 3-定位轴
 图4-4所示的铣床夹具也用相同的方法来保证V形块标准圆轴线对夹具体找正面A的平行度公差。
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图4-5 铣夹具保证精度的方法 图4-6 三爪自定心卡盘修配法
车床夹具的误差ΔA较大，对于同轴度要求较高的加工，即可在所使用的机床上加工出定位面来。如车床夹具的测量工艺孔和校正圆的加工，可通过过渡盘和所使用的车床连接后直接加工出来，从而使该两个加工面的中心线和车床主轴中心重合，获得较精确的位置精度。又如图4-6所示为采用机床自身加工的方法。加工时需夹持一个与装夹直径相同的试件(夹紧力也相似)，然后车削软爪即可使三爪自定心卡盘达到较高的精度，卡盘重新安装时需再加工卡爪的定位面。
镗床夹具也常采用修配法。例如将镗套的内孔与所使用的镗杆的实际尺寸单配间隙在0.008～0.01mm内，即可使镗模具有较高的导向精度。
夹具的修配法都涉及到夹具体的基面，从而不致使各种误差累积，达到预期的精度要求。
2．调整法的应用
　 　调整法与修配法相似，在夹具上通常可设置调整垫圈、调整垫板、调整套等元件来控制装配尺寸。这种方法较简易，调整件选择得当即可补偿其它元件的误差，以提高夹具的制造精度。
如将图4-7的钻模改为调整结构，则只要增设一个支承板，待钻模板装配后再按测量尺寸修正支承板的尺寸A即可
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图4-7 钻模的的调整法

4.3 夹具的结构工艺性与夹具验证
4.3.1夹具的结构工艺性
　 夹具的结构工艺性主要表现为夹具零件制造、装配、调试、测量、使用等方面的综合性能。夹具零件的一般标准和铸件的结构要素等，均可查阅有关手册进行没计。以下就夹具零部件的加工、维修、装配、测量等工艺性进行分析。
1、注意加工和维修的工艺性
夹具主要元件的连接定位采用螺钉和销钉。图4-8a所示的销钉孔制成通孔，以便维修时能将销钉压出；图4-8b所示的销钉则可以利用销钉孔底部的横向孔拆卸；图4-8c为常用的带内螺纹的圆锥销(GBll8—76)。
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图4-8销孔连接的工艺性
图4-9所示为两种可维修的衬套结构，它们在衬套的底部设计有螺孔或缺口槽，以便使用工具将其拔出

4-9衬套的连接的工艺性
图4-10所示为几种螺纹联接结构。图5-23a的螺孔太长；图5-23d所用的螺钉太长且突出外表面，在设计时都要避免。

图4-10 螺纹连接的工艺性
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a)成本较高 b)较好 c)好 d)较差
2．注意装配测量的工艺性
　　夹具的装配测量是夹具制造的重要环节。无论是用修配法或调整法装配，还是用检具检测夹具精度时，都应处理好基准问题。
为了使夹具的装配、测量具有良好的工艺性，应遵循基准统一原则，以夹具体的基面为统一的基准，以便于装配、测量，保证夹具的制造精度。

图4-11 夹具精度的检测
图4-11a所示为用数显高度游标尺测量钻模孔距的方法。由于盖板式钻模没有夹具体，故直接用钻模板及定位元件为测量基准。
图4-11b所示为用检验棒和量块测量V形块标准圆中心高和平行度的方法。
图4-11c所示为用检验棒测量镗模导向孔平行度的方法。装配时可通过修刮支架的底面来保证镗模的中心高尺寸和平行度要求。
　 当夹具体的基面不能满足上述要求时，可设置工艺孔或工艺凸台。

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图4-12 夹具上的工艺凸台与工艺孔
图4-12所示为两种常用的工艺方法。
图4-12a为测量V形架中心位置的工艺凸台，可控制其尺寸A。当尺寸较复杂时，可用工艺孔控制；
如图 4-12b所示的测量定位销座位置的工艺孔k。
当工件中心高为44mm时，可先设定工艺孔至定位座底面的高度尺寸为60±0.05mm，工艺孔水平方向的尺寸χ可计算得X
χ=(60-44)tg30°=27.71mm
图5-25c所示为测量钻套位置的工艺孔，图中l、 为已知尺寸，L为设定尺寸，则 χ=Lsinα
工艺孔的直径一般为φ6H7、φ8H7、φ10H7等。使用工艺孔或工艺凸台可以解决上述装配、测量中的问题。
3、注意夹具的使用性能
夹具的结构应保证使用方便，并协调好与加工的关系，防止工件产生热变形或受力变形。
图5-27所示为采用端面夹紧的心轴，以减小薄壁工件的受力变形对加工的影响
对于易磨损的元件，如心轴、可换式定位销、可换钻套、V形块等元件，应按企业标准制订元件的磨损公差，定期检测更换，以保证夹具的精度。也可制订夹具检定历史卡片。

图4-13 端面夹紧心轴
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1-十字垫圈 2-压环 3-弹簧 4-顶尖 5-心轴 6-圆柱销 7-垫圈 8- 螺母
4.3.2夹具的验证
　 夹具的验证是夹具设计与制造的最终结果，主要包括精度和生产率验证两部分内容。
1、夹具精度的验证
　 前面所讲述的夹具精度分析是一种静态的分析方法，通过对各种误差的估算，得以科学地制订出夹具的尺寸公差和位置公差。然而夹具真正的精度是以能否加工出合格的工件为标准的，故夹具精度的验证是一种动态的精度分析方法。
1）当夹具加工的超差方向和数值稳定时，可参照下列内容对夹具加以修正：
(1)夹具的精度不足。
(2)夹具安装不正确或安装时夹具体变形。
(3)导向精度不足或刀具磨损。
(4)所选用的机床精度偏低。
(5)车床夹具受离心力的影响。
(6)夹具体刚度不足。
(7)机床刚度不足。
(8)工件刚度不足。
　 2）当夹具加工的超差方向不变但数值不稳定时，可按以下情况分析查找：
(1)工件基面的误差。
(2)夹紧误差的影响。
(3)由切削力引起的变形。
(4)毛刺的影响。
(5)夹紧时工件的走动。
(6)由于基准不重合。
　 3）为了提高夹具的整体精度，可采用以下几个主要措施：
(1)提高关键元件的制造精度，减小由配合产生的误差。
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(2)关键元件间在可能的条件下尽量设置调整环节，以提高关键元件间的位置精度。
影响加工精度的因素是多方面的，设计时应抓住其中的主要因素，使所设计的夹具精度符合加工精度要求。
2、夹具生产率的验证
　 影响生产率的主要因素有以下几点：
(1)操作过程中需要装卸部分的配合间隙太小。
(2)装夹工件的动作繁多，不能快速夹紧。
(3)辅助支承的操作不方便。
(4)切屑的排除不方便。
(5)由于夹具的刚度不足而减小切削用量。
(6)切削时空行程太长。
　 除了夹具本身的问题外，有时工艺路线的制订也有很大影响，必须全面考虑。

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