工装夹具设计标准化手册

前言

随着我公司的不断发展壮大，能力不断提高，产品种类的不断增多，对工装夹具、检具、刀具的设计提出了更高的要求。工装设计的规范化、标准化已迫在眉睫。为此，在公司各级领导和同事们的帮助和努力下，特此制定了本手册。

工装夹具、检具、刀具的标准化旨在统一并规范其设计标准，进而提升设计速度与质量，提高工作效率，降低设计成本，进行集成化、模块化设计并充分优化组合，方便日后的维修、维护，使设计完全符合国家标准和企业内部标准，并为以后的改造创新奠定坚实的基础，促进工装夹具、检具、刀具的设计能力不断的可持续发展。

本手册根据我公司的实际情况，结合个人的经验总结以及领导同事们的帮助和指教而编制出来的，因此只适用于本公司内部使用。在编制过程中，通过大量的表格与示图将常用资料和标准分类并集中进行归纳、总结，对设计进行统一、标准化，方便日后的查询和使用，并使本手册更有条理和层次感。最后通过几个常用夹具、检具具体工装进行标准化的例子来规范设计要求、统一设计标准。

由于本人经验、知识有限，其中难免瑕疵，希望大家能予以谅解和批评指正。

一设计基础标准

1 图框：根据现实工装夹具设计的实际情况，可将图框分为以下7类，具体尺寸见表1-1。

表1-1 图纸幅面尺寸

2 图线：零部件视图经常采用不同颜色、类型和粗细的图线来表示，其中图线的颜色可以根据设计者自身的喜好选择，而不同类型的图线其粗细则有了明确的规定，现规定如下：见表1-2。

表1-2 图线的类型与应用

3 比例：为了在图纸上清晰表达机件的形状，结构及标注尺寸和技术要求，并使图纸幅面得到合理使用，图纸上的结构尺寸可选用1-3表中列出的比例表示，也便于图样交流和统一比例尺，提高绘图效率。

表1-3 图样比例

4 标注样式：不同的图框，其标注样式也相应对应着不同的参数，以便更合理地使用图框空间并使标注样式与图纸幅面相应称，使人们看图更方便和舒适。现将不同图框的标注样式的关键尺寸规定如下，请见表1-4。

表1-4 标注样式

5 视图表示方法：工装夹具设计图纸中，一律采用第一视角表示法。俯视图配置在主视图的下方，仰视图配置在主视图的上方，左视图配置在主视图的右方，右视图配置在主视图的左方，后视图配置在左视图的右方。一些简单的零件，如圆柱销，台阶销，立柱等简单圆柱类零件可以用一个主视图表示清楚的允许只画一个主视图，一些如立板，底板，加强筋等板类零件可以用两个视图表示清楚的允许只画两个视图，其他较复杂零件或难以用一个或两个视图表示清楚的零件必须绘制三视图，必要时需要辅助加上剖视或局部剖视图或比例放大、缩小等其他各类视图，以便将零件表示清楚，让使用者能清楚明白所绘制视图的内容。

6 图面的布置：一张图纸中，一般包含3个基本内容：标题栏、基本视图、技术要求。前两者有固定的位置，技术要求要求写在视图面的空白处，一般安排在视图的偏下方。

7 标题栏样式：不同的图纸标题栏并不一样，具体可分以下4类，见表1-5。

表1-5 标题栏样式

图纸类别标题栏样式

零件图

装配图

塞规

（直径≤

8mm）

塞规

（直径＞

8mm）或

环规

钻套

刀具

注：不同图幅的标题栏大小与图幅比例相对应。

8 剖面符号及画法：工装设计图纸中零部件材料的选择多种多样，不同零件的剖视符号及画法也不一样。根据实际情况，现将工装设计中主要应用到的材料剖视符号及画法规定如下，见表1-6。

表1-6 常用材料剖视符号及画法

材料类别

剖面符号及画法

常用材料 金属材料

Cr12、45#、硬

质合金、硬铝合金、1Cr13、2Cr13

非金属材料

尼龙，橡胶

透明材料

玻璃、塑料

微粒类材料

型砂、填砂、粉末

冶金、砂轮、硬质合金片、陶瓷刀片

液体

水、油

9 工装夹具、检具、刀具编号：为了方便识别和使用，工装夹具、检具、刀具图纸编号均做出了明确的规定，见表1-7。

表1-7 夹具、检具、刀具编号标准

类别 装配图编号 零件图编号

使用范围 备注 夹具 K-产品编号-夹具编号 K-产品编号-夹具编号-零件图编号 夹具 可参照表1-5

检具 J-产品编号-检具编号

J-产品编号-检具编号-零件图编号

检具及量具 刀具

无

D-产品编号-刀具编号

刀具

二零部件选择及设计标准

在工装夹具设计过程中，经常会采用到一些标准化的零部件，如内六角螺栓、气缸、轴承等，并且在工装夹具制作时所加工的原料毛坯尺寸都有一定的规格。因此，在工装夹具设计时必须充分考虑到以上因素，尽可能标准化，进而提高工装质量及制作效率，降低制造难度与成本，方便日后的维护与维修。

1 板类零件的设计标准：板类零件是工装夹具设计中应用最多的一种零件，根据不同材料、原料采购时的不同尺寸来规定不同的设计标准，这里主要规定板类零件的厚度标准，其长、宽可根据实际情况进行设计。详见表2-1。

表2-1 板类零件设计标准

2 常用零件材料设计标准：一副完整的工装夹具、检具、量具均由一系列零件组装而成，根据各零件的强度、硬度和使用要求对零件材料必须有明确的规定，常用零件详见表2-2。

表2-2 常用零件材料选择标准

3 压紧部分设计标准：工装夹具对零件固定压紧时，一般采用手动或气动两种方式。其中手动压紧又可分为螺栓压紧和快速夹头压紧零件等压紧方式，气动压紧则一般采用气缸压紧零件。由现实使用情况，可将气缸主要分为SDAS和SC以及MF等类别。根据其截面和行程，可详细分为以下规格，可表示为SDAS-内径×行程、SC-内径×行程-S、MF-内径×行程-S，S表示附磁石。常用气缸见表2-3。

表2-3 气缸的分类

气缸的内径与行程根据零件的工装夹具的实际情况进行选用的，内径大的气缸在同等气压的情况下，压紧力也相应增大。无特殊说明，只采用附磁性气缸。

手动压紧零件除了使用螺栓压紧之外，主要采用快速夹头压紧零件。根据实际使用情况，快速夹头主要分为JA系列和KL系列。根据快速夹头头部和手柄运动方向，可分为以下四种类型。见表2-4。

表2-4 快速夹头类别

JA系列和KL系列在使用时可随机选择，其大小可根据零件和工装的实际情况考虑，越大的快速夹头压紧力越大。

采用螺栓压紧零件时，考虑到可以采用体积较小且可灵活操作的内六角扳手，因此一般采用内六角螺栓。

4 轴承设计规范：工装夹具设计过程中，经常会采用到直线滑动轴承来做精确导向。该轴承的种类很多，根据实际使用情况可将该轴承分为以下几种规格。见表2-5。

表2-5 常用直线滑动轴承类别及规格

类别规格内径（mm）总长（mm）示意图

LM系列LM20UU 20 42 LM25UU 25 59 LM30UU 30 64

L M□L系列LM20LUU 20 80 LM25LUU 25 112 LM30LUU 30 123

LMF/LMK系列LMF/LMK20UU 20 42 LMF/LMK25UU 25 59 LMF/LMK30UU 30 64

以上所介绍的是直线滑动轴承，也是应用最广泛的一类。实际使用过程中，有时也会应用到滚动轴承，如TT129钻序夹具中应用到的6005深沟球轴承。工装设计实际常用的滚动轴承一般主要包括60000型（深沟球轴承）、70000C型（角接触球轴承）、30000型（圆锥滚子轴承），应用轴承时可优先从其中选择。

5 弹簧设计规范：弹簧作为能量缓冲和能力蓄积的一个重要元件，在工装夹具、检具设计中应用非常广泛，特别是压力较大、结构较复杂的装配类和检验类工装更是不可或缺的一个重要部件，如轴承、衬套装配夹具，气密性检测检具等。另外，在有些工装中加入弹簧对工装的使用也会起到很好的辅助作用。因此选择一个合适的弹簧也对工装的成功设计起到很大的作用。根据现实弹簧的使用情况，对工装设计中常用到的弹簧进行总结如下，见表2-6。

表2-9 常用弹簧及适用范围

弹簧种类适用范围使用频次模具弹簧轴承、衬套装配类夹具，气密性检测检具，冲压夹具等较多压缩弹簧反贴夹具，手动压板夹具，浮动销等一些浮动装置较多

拉簧手动压板类夹具等较少

卡簧、扭簧等工装零件限位等很少

6 钻套、导套设计标准化：钻序工装大部分都需要钻套用来对刀具进行导向，一些检具如位置度检具等同样也需要导套对检测销进行导向。现使用中的钻套、导套总体可分为台阶式和直立式，考虑到制造工艺性和制造难度，一般优先选用直立式钻套或导套。虽然钻套或导套规格繁多，但其与连接板配合的外径及配合公差在使用中均有了明确的规定。详见表2-7。

表2-7 钻套、导套设计规格

7 常用螺纹底孔标准化：螺纹加工是一个非常重要也是广泛应用的工艺，对常用螺纹底孔进行规范及标准化对工装夹具、量具的设计亦非常重要。现将常用螺纹所对应的底孔及检测塞规做出如下规定。见表2-8。

表2-8 常用螺纹底孔标准

注：“T”指通规，“Z”指止规。

8 法兰盘设计标准：车序是机械加工中的一项非常重要也是应用非常广泛的工序，由于机床和零件的大小、规格不一，从而引起与机床连接的法兰盘规格也不一致。我公司现使用的车床大体上可分为普通车床、数控车床、仪表车床。工装夹具使用的机床一般都是数控车床和仪表车床，现对以上两种车床的法兰盘尺寸规格做出如下规范。见表2-9。

表2-9 法兰盘规格

9 螺栓孔设计标准：在工装夹具、检具设计过程中，不可避免会用到螺栓连接。在我公司若无特殊要求，一般均采用内六角螺栓对各部件进行连接。由于不同规格的螺栓尺寸不一致，设计过程中的螺栓孔的设计也必须与之对应，根据国家标准和公司实际使用情况，对内六角螺栓孔的设计做出如下规范，见表2-10。

表2-10 内六角螺栓孔设计标准

注：如有特殊要求，可适当缩小相关尺寸。

10 内六角圆柱头螺钉选择标准：在实际工装设计过程中，采用螺栓连接时，基本上均采用内六角圆柱头螺钉进行连接。在选择和使用内六角螺钉的时候须符合国家标准，现将常用内六角圆柱头螺钉的设计主要尺寸摘录如下，详见表2-11。

表2-11 内六角圆柱头螺钉（GB 70—85摘录）

螺纹规格d M4 M5 M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 K 4 5 6 8 10 12 16 20 24 d27 8.5 10 13 16 18 24 30 36 l范围6~40 8~50 10~60 12~80 16~100 20~120 25~160 30~200 40~200 全螺纹l≤20 25 30 35 40 45 55 65 80

l系列(公称)

8，10，12，（14），16，20~50（5进位），（55），60，（65），70~160（10进位），

180，200

注：括号内规格尽可能不采用。

11 螺母选择标准：与螺纹连接件相配的螺母在实际生产应用过程中也非常广泛。螺母根据

厚度大小可分为普通六角螺母和薄螺母，在设计选择螺母时，可以根据实际情况综合考虑，但必须要符合国家标准。现将常用螺母设计的主要尺寸摘要如下。见表2-12。

表2-12 六角螺母（GB6170—86摘录）

螺纹规格D M4 M5 M6 M8 M10 M12 M16

e min 7.66 8.79 11.05 14.38 17.77 20.03 26.75

s max 7 8 10 13 16 18 24 m

(max)

六角螺母 3.2 4.7 5.2 6.8 8.4 10.8 14.8

薄螺母 2.2 2.7 3.2 4 5 6 8

12 定位销设计标准：大多数零件定位时，均需要定位销来限定其位置。在没有特别说明的情况下，设计定位销时，需遵循以下几个原则：

1）采用台阶销时，与连接板配合部分配合公差选择H7/n6，与零件定位部分公差选择零件最大实体尺寸+g6（若该定位孔未加工，则与零件配做）。

2）定位销的台阶数量尽可能≤3，以保证其同轴度。

3）若单靠配合定位销有可能脱离连接板的危险，如处于车床连接法兰盘偏心位置的定位销，倒立的定位销等，此时需要用螺栓或其他方式将定位销与连接板进行刚性连接，防止定位销脱离。

4）若有两个定位销同时定位时，其中一个必须削边，且装配时，长边必须与两定位销连线方向垂直，以补偿中心距误差。见图2-1。

图2-1 削边销装配方向示意图

三工装结构及设计标准

工装夹具原则上整体可分为两部分：定位与夹紧。如何限制好零件的六个自由度（三个平动自由度，三个旋转自由度），以及施以合适的夹紧力（既不使零件变形，又会固定好零件不至于工作时松动）是设计好一个成功工装夹具的基础。虽然从结构设计上工装夹具可以说是千变万化，更甚者会跟随着设计者的习惯和喜好，但从我公司的实际工装夹具设计情况依旧可从中归纳、总结出一些常用的、典型的结构及设计要求，继而汇集成内部标准，为日后的设计工作提供便利和参考。

四安全设计标准

工装夹具、检具是机械加工、检验不可缺少的一部分，并直接影响到产品的质量和生产效率，运用非常广泛。然而在工装夹具、检具设计过程中，必须将安全放在第一位，必须在确保人员操作安全的前提下进行工作。“安全第一”是生产操作的第一原则，因此，在工装夹具、检具设计阶段，就必须将安全因此考虑其中，进而对工装夹具、检具的安全设计提出了更高的要求和规范。根据工装夹具、检具现场使用情况和现实设计基础，对一些基本且常用的安全设计进行标准化，统一设计标准，实现安全生产。

1 用手动按钮自动控制的设备上所使用的工装夹具、检具必须使用双启动按钮设计，即将两个启动开关串联，以保证只有在双手同时操作启动按钮的情况下，设备才能工作。如自动台钻、自动攻丝机、各种装配工装设备、气密性检具设备等设备上所使用的工装夹具、检具。

2 用手动阀控制气缸压紧零件时，必须设双手动阀，以保证只有当两个手动阀同时操作时，气缸才能动作。如自动台钻、自动攻丝机、各种装配工装设备、气密性检具设备、加工中心、铣床、仪表车等设备上所使用的工装夹具、检具。原理图请见图4-1。

图4-1 双手动阀设计原理图

3 气缸与连接板连接时，连接板上的孔不可过大，防止操作者将手指误放入孔中而造成危险。设计时，应将该孔设计为台阶孔，示意图见图4-2。

图4-2 连接板气缸孔设计示意图

4 气密性检具、各种装配工装夹具等设计时必须设计传感器闭锁装置和安全防护装置，确保操作者身体任何部位不在工作范围内，设备方可工作。

5 其他安全设计规范。如人体工程学，运输、维修、调试的安全和方便性等。其中主要注意以下几点：

1）工装设计必须考虑到工装制造的工艺性，可靠性、安全性，确保所设计的工装安全顺利的制造以及方便日后的维修。

2）工装设计设计时需考虑工装所适用的机床及使用的工作环境，如与机床的连接方式、是否与机床或刀具干涉等。

3）工装设计时需考虑工装的运输、维修、和调试。如大型工装需配备必要的支撑架以方便移动，必要时要设计吊环、钻攻工装等需要设计钻套或导套以便于调试。

4）工装设计需尽可能考虑到人体工程学要求。如设计时需要考虑到工作时工装放置的高度、是否方便右手操作、操作时是否省事省力等。

五典型工装夹具、检具的标准化

工装夹具、检具的种类、结构多种多样，也不拘泥于一定的形式，但实际设计过程中，有相对不少的工装虽然大小不一，却有着相同的结构，对此我们希望通过规定其具体尺寸对这些工装进行标准化，以便日后的设计和制造。

1 反贴类夹具的标准化。反贴类夹具在实际生产过程中应用非常广泛，特别是用于自动台钻、自动攻丝机等设备。根据实际情况可将此类夹具分为两大类：普通类（不带轴承）和带轴承类。现将分别对这两大类夹具进行标准化。

1）普通类（不带轴承）反贴夹具：该类夹具主要运用于零件定位面朝上，直接与顶板贴平