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摘 要：工装夹具是一种装夹工具的工艺装备，在生产实践中用来固定工件的机构，工件在外力的影响下产生运动，夹具起到定位和夹紧的作用，使工件与刀具或焊具等设备处于相对稳定的位置，从而达到加工和安装的目的，其广泛用于机械加工、装配、检验、热处理、焊接等工艺过程中。随着现代生产专业分工的细致化，夹具的种类繁多，大致可分
前言
为了快速准确地生产或者安装一个零部件，特别是批量生产时，在编制零部件的加工工艺时就要结合生产条件综合考虑：每道工序需用到的加工设备和工装夹具，需要设计制作的工装夹具。工装夹具的设计制作与生产条件和工件特点及工序要求是紧密联系在一起的。工厂的生产条件决定了设计制作的必要性。有些生产厂家特别焊接车间基本上都需要工厂生产时自己制作夹具。在一个新开发的产品投入生产时，工装夹具的设计制作任务是非常得大。时间紧，工作量大，夹具设计员的工作压力非常大。这时就需要有一套完整的工作程序来确保夹具设计制作的准确性。设计制作工装夹具的最根本的目的就是提高生产效率和产品质量。
1. 工装夹具设计的基本要求
（1）工装夹具应具备足够的强度和刚度；
（2）夹紧的可靠性；
（3）提高生产效率；
（4）保证工件的加工精度；
（5）良好的工艺性。
（6）使用性好，便于操作，拆装时有必要的操作空间。
（7）经济性好，根据工厂生产的特点需考虑工装夹具的通用性。
在设计时要尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；满足装夹过程中的简单与快速操作；满足夹具使用国家或地方的安全法令法规；满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；尽可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件；设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优选原则；有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程；易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行。
2. 工装夹具设计的基本方法与步骤
2.1 设计前的准备
工装夹具设计的原始资料包括以下内容：
（1）夹具设计任务单；
（2）工件图样及技术条件；
（3）工件的装配工艺规程；
（4）夹具设计的技术条件；
（5）夹具的标准化和规格的标准化资料，包括国家标准，工厂标准和规格化结构图册等。
首先要对任务书进行仔细阅读与深入研究，认真了解工件的作用、特点、材料、生产规模及技术要求，详细分析加工工艺过程及本工序的加工要求，如加工余量、加工精度、加工表面、定位基准及前后工序的联系等等。这些设计前的准备工作不仅要做，还要做好、做细，只有这样才能使我们的设计顺畅、稳妥，少出麻烦和错误。
其次，要根据工件的特点多动脑筋，换个思维方向，多提出几个设计方案以留备用，因为在实际的设计过程中，根据同一工件，每一个设计人员的设计思想及考虑重点都不相同，因而会给出不同的设计方案，由此设计出的工装夹具的结构自然也就不同，应用到实际生产中产生的效果也会有所不同。通过对多个方案的分析比较确定一个更合理、更符合要求的结构方案，在设计时还要注意多听取和吸收其他好的意见和建议。
2.2 设计的步骤
（1）确定夹具结构方案；
（2）绘制夹具工作总图阶段；
（3）回执装配焊接夹具零件图阶段；
（4）编写装配焊接夹具设计说明书；
（5）必要时，还需要编写装配焊接夹具使用说明书，包括夹具的性能，使用注意事项等内容。
3. 工装夹具设计的精度要求
工装夹具设计的基本思路是工件的定位和夹紧。定位又可分导向定位和加工定位。一般有孔定位、面定位、外圆柱面定位等。定位不准影响产品的加工精度，定位出错可能导致零件的报废。按夹具的结构一般可分为：导向定位机构、定位机构、夹紧机构、机座等几部分。当然并不是每个夹具都有这几部分。其核心部分是定位机构和夹紧机构，对工件直接影响，决定了工件的加工形状和加工精度。工装夹具设计的精度要求分为如下四类。
（1）第一类是直接与工件接触，并严格确定工件的位置和形状的，主要包括接头的定位件，V形块，定位销等定位元件；
（2）第二类是各种导向件，此类元件虽不与定位工件直接接触，但它确定第一类元件的位置；
（3）第三类属于夹具内部结构零件互相配合的夹具元件，如夹紧装置各组成零件之间的配合尺寸公差；
（4）第四类是不影响工件位置，也不与其他元件相配合，如夹具的主体骨架等。
工装夹具的设计要满足机床受力的需要，例如铣床要知道顺铣和逆铣时受力，估算加工过程的受力情况，还要计算夹紧力的大小及夹紧时对工件的影响，不能因此引起工件的变形。有可能的情况下要充分利用加工时受力的相互抵消来减轻工装夹具的重量和夹紧力。对于一些大型的焊接件。还需考虑受力的平衡。同时又要求夹具有足够的强度和刚度。
夹具的结构尽可能采用可调性的。对于经常使用的夹具依靠螺栓标准件紧固，销钉定位等方式。调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便地修磨。还可采用在零件与部件之间设置调整垫圈，调整垫片或调整套等来控制装配尺寸。补偿其他零件的误差，提高夹具精度。
4. 夹具结构工艺性
4.1对夹具良好工艺性的基本要求
（1）整体夹具结构的组成，应尽量采用各种标准件和通用件，制造专用件的比例应尽量少，减少制造劳动量和降低费用。
（2）各种专用零件和部件结构形状应容易制造和测量，装配和调试方便。
（3）便于夹具的维护和修理。 4.2合理选择装配基准
（1）装配基准应该是夹具上一个独立的基准表面，其他元件的位置只对此表面或线进行调整和修理。
（2）装配基准已经加工完毕，其位置和尺寸就不应再变动。因此那些在装配过程中自身的位置和尺寸尚须调整或修配的表面或线不能作为装配基准。
（3）机构的可调性 经常采用的是依靠螺栓紧固，销钉为的方式，调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便的修磨。还可以采用在元件与部件之间设置调整垫圈，调整垫片或调整套来控制装配尺寸，补偿其他元件的误差，提高夹具精度。
（4）维修工艺性 进行夹具设计时，应考虑到维修方便的问题。
5. 工装夹具的应用
工装夹具的设计根据产品批量和加工复杂程度的大小来定。例如工件的钻孔。对于小批量，自由装夹就可以了，中批量可以钻模工装定位钻孔，大批量就可以设计专机，永久性夹具，特大批量可设计专机流水线。考虑定位基准的统一性，装夹的一致性。但对于一些复杂的加工件。虽然量小但还没有工装夹具无法保证其加工的准确性，这时也需要设计制作工装夹具，例如需要多次焊接的工件。这时就需要尽可能使用便于装拆的，由标准件或通用件组成的组合夹具。现在有许多由模块组成的夹具，模块化的夹具大大减少了中小批量多类型的产品制作时间和成本。
再次工装夹具的结构要符合工人加工操作习惯。装拆时要有足够的操作空间。便于日后的维修和装拆。在生产过程中要正确使用夹具.安装要到位，夹紧的螺栓螺母要锁紧。对于使用较为复杂的工装夹具要编制使用说明书，并要求操作时严格按此执行。
结论
夹具设计是一项相当复杂的工作。容易受加工过程中各种力和热的影响.反复的物理实验需要时间和材料，成本很高。随着计算机辅助设计，工装夹具的设计系统也在一些先进的企业渐渐得到应用。先进的计算机辅助设计系统在改进工装夹具的设计效率、检校仿真并完善设计方案、降低开发成本等方面有巨大的优势。以后计算机辅助设计肯定会越来越多地应用于夹具的设计中。■
参考文献
[1] 杜全麟. 《工装夹具设计方法的探讨》[J]. 科技风，2013（12）.
[2] 董天毅. 《工装夹具设计也要“以人为本”》[J]. 制造技术与机床，2010（07）.
[3] 李晔维. 《工装夹具设计中材料及热处理问题的处理》[J]. 机械工程师，2013（04）.
前言
为了快速准确地生产或者安装一个零部件，特别是批量生产时，在编制零部件的加工工艺时就要结合生产条件综合考虑：每道工序需用到的加工设备和工装夹具，需要设计制作的工装夹具。工装夹具的设计制作与生产条件和工件特点及工序要求是紧密联系在一起的。工厂的生产条件决定了设计制作的必要性。有些生产厂家特别焊接车间基本上都需要工厂生产时自己制作夹具。在一个新开发的产品投入生产时，工装夹具的设计制作任务是非常得大。时间紧，工作量大，夹具设计员的工作压力非常大。这时就需要有一套完整的工作程序来确保夹具设计制作的准确性。设计制作工装夹具的最根本的目的就是提高生产效率和产品质量。
1. 工装夹具设计的基本要求
（1）工装夹具应具备足够的强度和刚度；
（2）夹紧的可靠性；
（3）提高生产效率；
（4）保证工件的加工精度；
（5）良好的工艺性。
（6）使用性好，便于操作，拆装时有必要的操作空间。
（7）经济性好，根据工厂生产的特点需考虑工装夹具的通用性。
在设计时要尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；满足装夹过程中的简单与快速操作；满足夹具使用国家或地方的安全法令法规；满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；尽可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件；设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优选原则；有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程；易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行。
2. 工装夹具设计的基本方法与步骤
2.1 设计前的准备
工装夹具设计的原始资料包括以下内容：
（1）夹具设计任务单；
（2）工件图样及技术条件；
（3）工件的装配工艺规程；
（4）夹具设计的技术条件；
（5）夹具的标准化和规格的标准化资料，包括国家标准，工厂标准和规格化结构图册等。
首先要对任务书进行仔细阅读与深入研究，认真了解工件的作用、特点、材料、生产规模及技术要求，详细分析加工工艺过程及本工序的加工要求，如加工余量、加工精度、加工表面、定位基准及前后工序的联系等等。这些设计前的准备工作不仅要做，还要做好、做细，只有这样才能使我们的设计顺畅、稳妥，少出麻烦和错误。
其次，要根据工件的特点多动脑筋，换个思维方向，多提出几个设计方案以留备用，因为在实际的设计过程中，根据同一工件，每一个设计人员的设计思想及考虑重点都不相同，因而会给出不同的设计方案，由此设计出的工装夹具的结构自然也就不同，应用到实际生产中产生的效果也会有所不同。通过对多个方案的分析比较确定一个更合理、更符合要求的结构方案，在设计时还要注意多听取和吸收其他好的意见和建议。
2.2 设计的步骤
（1）确定夹具结构方案；
（2）绘制夹具工作总图阶段；
（3）回执装配焊接夹具零件图阶段；
（4）编写装配焊接夹具设计说明书；
（5）必要时，还需要编写装配焊接夹具使用说明书，包括夹具的性能，使用注意事项等内容。
3. 工装夹具设计的精度要求
工装夹具设计的基本思路是工件的定位和夹紧。定位又可分导向定位和加工定位。一般有孔定位、面定位、外圆柱面定位等。定位不准影响产品的加工精度，定位出错可能导致零件的报废。按夹具的结构一般可分为：导向定位机构、定位机构、夹紧机构、机座等几部分。当然并不是每个夹具都有这几部分。其核心部分是定位机构和夹紧机构，对工件直接影响，决定了工件的加工形状和加工精度。工装夹具设计的精度要求分为如下四类。
（1）第一类是直接与工件接触，并严格确定工件的位置和形状的，主要包括接头的定位件，V形块，定位销等定位元件；
（2）第二类是各种导向件，此类元件虽不与定位工件直接接触，但它确定第一类元件的位置；
（3）第三类属于夹具内部结构零件互相配合的夹具元件，如夹紧装置各组成零件之间的配合尺寸公差；
（4）第四类是不影响工件位置，也不与其他元件相配合，如夹具的主体骨架等。
工装夹具的设计要满足机床受力的需要，例如铣床要知道顺铣和逆铣时受力，估算加工过程的受力情况，还要计算夹紧力的大小及夹紧时对工件的影响，不能因此引起工件的变形。有可能的情况下要充分利用加工时受力的相互抵消来减轻工装夹具的重量和夹紧力。对于一些大型的焊接件。还需考虑受力的平衡。同时又要求夹具有足够的强度和刚度。
夹具的结构尽可能采用可调性的。对于经常使用的夹具依靠螺栓标准件紧固，销钉定位等方式。调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便地修磨。还可采用在零件与部件之间设置调整垫圈，调整垫片或调整套等来控制装配尺寸。补偿其他零件的误差，提高夹具精度。
4. 夹具结构工艺性
4.1对夹具良好工艺性的基本要求
（1）整体夹具结构的组成，应尽量采用各种标准件和通用件，制造专用件的比例应尽量少，减少制造劳动量和降低费用。
（2）各种专用零件和部件结构形状应容易制造和测量，装配和调试方便。
（3）便于夹具的维护和修理。 4.2合理选择装配基准
（1）装配基准应该是夹具上一个独立的基准表面，其他元件的位置只对此表面或线进行调整和修理。
（2）装配基准已经加工完毕，其位置和尺寸就不应再变动。因此那些在装配过程中自身的位置和尺寸尚须调整或修配的表面或线不能作为装配基准。
（3）机构的可调性 经常采用的是依靠螺栓紧固，销钉为的方式，调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便的修磨。还可以采用在元件与部件之间设置调整垫圈，调整垫片或调整套来控制装配尺寸，补偿其他元件的误差，提高夹具精度。
（4）维修工艺性 进行夹具设计时，应考虑到维修方便的问题。
5. 工装夹具的应用
工装夹具的设计根据产品批量和加工复杂程度的大小来定。例如工件的钻孔。对于小批量，自由装夹就可以了，中批量可以钻模工装定位钻孔，大批量就可以设计专机，永久性夹具，特大批量可设计专机流水线。考虑定位基准的统一性，装夹的一致性。但对于一些复杂的加工件。虽然量小但还没有工装夹具无法保证其加工的准确性，这时也需要设计制作工装夹具，例如需要多次焊接的工件。这时就需要尽可能使用便于装拆的，由标准件或通用件组成的组合夹具。现在有许多由模块组成的夹具，模块化的夹具大大减少了中小批量多类型的产品制作时间和成本。
再次工装夹具的结构要符合工人加工操作习惯。装拆时要有足够的操作空间。便于日后的维修和装拆。在生产过程中要正确使用夹具.安装要到位，夹紧的螺栓螺母要锁紧。对于使用较为复杂的工装夹具要编制使用说明书，并要求操作时严格按此执行。
结论
夹具设计是一项相当复杂的工作。容易受加工过程中各种力和热的影响.反复的物理实验需要时间和材料，成本很高。随着计算机辅助设计，工装夹具的设计系统也在一些先进的企业渐渐得到应用。先进的计算机辅助设计系统在改进工装夹具的设计效率、检校仿真并完善设计方案、降低开发成本等方面有巨大的优势。以后计算机辅助设计肯定会越来越多地应用于夹具的设计中。■
参考文献
[1] 杜全麟. 《工装夹具设计方法的探讨》[J]. 科技风，2013（12）.
[2] 董天毅. 《工装夹具设计也要“以人为本”》[J]. 制造技术与机床，2010（07）.
[3] 李晔维. 《工装夹具设计中材料及热处理问题的处理》[J]. 机械工程师，2013（04）.