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摘 要： 通用夹具是以组合夹具为基础的适用于不同机床、不同产品、或同一产品不同规格型号的机床夹具。本文主要以齿轮外壳钻孔夹具设计为中心，对设计方案进行分析和选择。对夹具结构、定位、夹紧、工作原理等详细的阐述和分析，完成夹具的总体设计。
关键词： 夹具；多品种；通用性
一 设计目的
1.1设计背景
试制齿轮外壳新产品，该产品与以前的产品不同，主要是孔的位置有变化，新产品孔位与轴线成80°角，（以前产品90°角）因此生产线原夹具不能使用，只能考虑设计新夹具加工。
1.2 设计方向的确定
方案一：按新产品设计夹具，完成试制任务。此方案难度小，夹具简单。
方案二：根据现有的生产性质及生产实际需要，不局限于本次试制的产品，按多品种设计通用夹具，为以后产品试制提供方便条件。此方案难度大，夹具复杂。
针对以上思路结合产品结构、特点，对现生产进行分析，对成本、生产方式、发展方向、劳动效率等方面进行综合比较，选用方案二。
二 设计思路及方案
2.1 零件的结构分析
图示；齿轮外壳零件图，形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多紧固孔。
2.2 加工位置及精度
本工序要加工的孔是注油孔，该孔的作用是将润滑油准确地注入到指定位置，否则会使轴的运转情况恶化，轴温度升高，轴承磨损加剧，配合齿轮的精度下降，产生振动和噪声，直接影响减速器的润滑和换挡，因此它的位置精度有很高的要求。
针对不同品种的外壳注油孔的位置不同，下面是几种产品该孔位置尺寸要求。
归纳如下：
因此，要对这一系列的产品设计通用的钻孔夹具。
2.2 夹具设计方案
2.2.1定位基准的选择
外壳的主要平面是与减壳结合面（底面），既是装配基准，也是前序加工基准，有较高的平面度和较小的表面粗糙度，因此选择零件的底面为定位基准面。
外壳通过两销孔与减壳定位，并与其轴承孔有精确的位置尺寸，因此两销孔作为设计夹具的定位基准孔。
轴承孔是经过精加工的孔，用来做辅助定位基准，采用辅助定位是因为外壳的腔型结构，用两个心轴定位起支撑作用，避免在钻孔时由于切削力等的作用引起变形。
定位基准以一面两销定位，符合基准的选择原则。
2.2.2 夹紧方式的选择
齿轮外壳形状复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，因此，夹紧力不能过大；加工时既有重力又有扭力、切削力、摩擦力等的作用，考虑各个方向的受力情况，采用沿着法兰平面圆周上向下的压紧方式，使夹具始终保持对外壳的夹紧状态，实现定位夹紧。
由于受力点是非加工面，加工需要的夹紧力很大，采用液压夹紧法兰平面方式，利用气缸的压力实现夹紧。
夹紧方式：是以气压缸按设定的排列顺序依次夹紧的，确保夹紧的正确位置；松开时为了节省时间则是同时松开。
2.2.3 夹具本体结构方案确定
选择结构方案，在保证产品质量的前提下，还要从经济上对各种方案进行综合比较。效率高、质量好、成本低，是设计夹具的重要标准。
一般情况下夹具大多采用铸造本体或焊接本体两种结构，两种本体各有优缺点，由于焊接本体具有刚性好、重量轻、加工容易、制造周期短等特点被广泛采用，因此选用焊接结构的夹具本体。
三 夹具基本结构
3.1 夹具底座
夹具底座是夹具的基本件，由夹具底板和两侧支架组成。底座采用整体底板。底板上多条定位槽设计，方便安装在不同的设备上；
两侧支架采用焊接合件，由底板、立板、定位板、筋板组成；两侧立板上孔通过键与转轴连接，筋板一方面协助立板起支撑作用，另一方面对减少夹具焊接时产生的变形起加固作用。
3.2 定位板（下图左）
定位板是夹具的主要定位件，齿轮外壳以法兰面和销孔为基准，以轴承孔为辅助支撑，通过上面的四个压紧油缸固定在定位板上；定位板通过连接板、限位板及转轴分别与两侧支架连接，形成夹具加工主体。
定位板上孔分别是外壳上主销孔和轴承孔的定位孔，通过定位轴定位套连接对外壳起辅助支撑，主销孔多孔设计是满足不同品种加工需要。在定位板上中间预留位置是为以后新产品加工做准备。
3.3 限位板（上图右）
主要作用是限制外壳上加工孔的角度。通过销孔与定位板连接，上面三个销孔准确定位实现不同品种外壳孔加工。限位板超大设计，满足多品种加工需要，与定位挡块共同完成多品种角度定位加工，并预留新产品加工位置。
3.4翻转钻模板
精确加工外壳上孔位置元件。固定在夹具上，通过孔与定位销配合并绕其翻转。钻模板上φ25+0.021孔是安装钻套的底孔，其位置精度直接影响外壳上注油孔的位置精度，一块翻转钻模板只能加工一种外壳，因此是多块钻模板设计。
四 夹具的工作原理
4.1 定位夹紧
将待加工件放在定位点上，通过两个辅助支撑预定位，再由2-φ12销准确定位，手动按钮气缸按设定的排列顺序依次夹紧，完成夹紧动作，反向则实现松开动作。
4.2 角度定位
夹具的角度定位方法：手动开关，摆动气缸工作，定位板及工件转动到预定位置，限位销滑入限位孔。 实现角度精准定位
4.3 锁紧销锁紧
加工时踏下踏板--通过杠杆28--带动连接杆26、25、24、23带动锁紧插销于限位板的锁紧插销位置，插入限位板的孔中。
钻底孔，攻丝，完成。
五 夹具的加工精度
对多个品种外壳调整加工，经过仪器检查，尺寸精度、形位公差等均符合工艺要求。
六 夹具的特点
结构工艺性好：采用分体式装配，结构简单，操作安全方便； 制造成本低：使用标准件及通用件，缩短制造周期，经济实用； 可扩展功能强：调整方便，减少更换夹具时间，具有较高的实用价值，真正地实现多品种加工； 降低生产成本：减少N套夹具设计制造，缩短生产准备周期； 美化作业环境：减少现场管理和夹具库存； 提高产品质量：采用钻模板产品质量可控； 扩大机床范围：提高现场应变能力和机床的加工能力，小设备解决大问题。
通过该夹具的设计使用，使我认识到夹具设计不是越复杂越好，而是在满足使用功能的条件下设计出结构简单、使用安全方便的夹具更受用户的欢迎；我们技术人员要站在用户的角度思考问题，用户的真正需要是我们工作不断追求的目标。
由于知识的局限性，设计时考虑的可能不够全面，还存在一些缺陷，请各位老师给予批评指正，使该夹具更加完善也使我有所提高。
参考文献
1、叶瑞文 主编《机床大件焊接结构设计》北京机械工业出版社1986年10月
2、秦大同 谢里阳 主编《现代机械设计手册》北京化学工业出版社 2011.1月
关键词： 夹具；多品种；通用性
一 设计目的
1.1设计背景
试制齿轮外壳新产品，该产品与以前的产品不同，主要是孔的位置有变化，新产品孔位与轴线成80°角，（以前产品90°角）因此生产线原夹具不能使用，只能考虑设计新夹具加工。
1.2 设计方向的确定
方案一：按新产品设计夹具，完成试制任务。此方案难度小，夹具简单。
方案二：根据现有的生产性质及生产实际需要，不局限于本次试制的产品，按多品种设计通用夹具，为以后产品试制提供方便条件。此方案难度大，夹具复杂。
针对以上思路结合产品结构、特点，对现生产进行分析，对成本、生产方式、发展方向、劳动效率等方面进行综合比较，选用方案二。
二 设计思路及方案
2.1 零件的结构分析
图示；齿轮外壳零件图，形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多紧固孔。
2.2 加工位置及精度
本工序要加工的孔是注油孔，该孔的作用是将润滑油准确地注入到指定位置，否则会使轴的运转情况恶化，轴温度升高，轴承磨损加剧，配合齿轮的精度下降，产生振动和噪声，直接影响减速器的润滑和换挡，因此它的位置精度有很高的要求。
针对不同品种的外壳注油孔的位置不同，下面是几种产品该孔位置尺寸要求。
归纳如下：
因此，要对这一系列的产品设计通用的钻孔夹具。
2.2 夹具设计方案
2.2.1定位基准的选择
外壳的主要平面是与减壳结合面（底面），既是装配基准，也是前序加工基准，有较高的平面度和较小的表面粗糙度，因此选择零件的底面为定位基准面。
外壳通过两销孔与减壳定位，并与其轴承孔有精确的位置尺寸，因此两销孔作为设计夹具的定位基准孔。
轴承孔是经过精加工的孔，用来做辅助定位基准，采用辅助定位是因为外壳的腔型结构，用两个心轴定位起支撑作用，避免在钻孔时由于切削力等的作用引起变形。
定位基准以一面两销定位，符合基准的选择原则。
2.2.2 夹紧方式的选择
齿轮外壳形状复杂，壁薄且不均匀，内部呈腔形，因此，夹紧力不能过大；加工时既有重力又有扭力、切削力、摩擦力等的作用，考虑各个方向的受力情况，采用沿着法兰平面圆周上向下的压紧方式，使夹具始终保持对外壳的夹紧状态，实现定位夹紧。
由于受力点是非加工面，加工需要的夹紧力很大，采用液压夹紧法兰平面方式，利用气缸的压力实现夹紧。
夹紧方式：是以气压缸按设定的排列顺序依次夹紧的，确保夹紧的正确位置；松开时为了节省时间则是同时松开。
2.2.3 夹具本体结构方案确定
选择结构方案，在保证产品质量的前提下，还要从经济上对各种方案进行综合比较。效率高、质量好、成本低，是设计夹具的重要标准。
一般情况下夹具大多采用铸造本体或焊接本体两种结构，两种本体各有优缺点，由于焊接本体具有刚性好、重量轻、加工容易、制造周期短等特点被广泛采用，因此选用焊接结构的夹具本体。
三 夹具基本结构
3.1 夹具底座
夹具底座是夹具的基本件，由夹具底板和两侧支架组成。底座采用整体底板。底板上多条定位槽设计，方便安装在不同的设备上；
两侧支架采用焊接合件，由底板、立板、定位板、筋板组成；两侧立板上孔通过键与转轴连接，筋板一方面协助立板起支撑作用，另一方面对减少夹具焊接时产生的变形起加固作用。
3.2 定位板（下图左）
定位板是夹具的主要定位件，齿轮外壳以法兰面和销孔为基准，以轴承孔为辅助支撑，通过上面的四个压紧油缸固定在定位板上；定位板通过连接板、限位板及转轴分别与两侧支架连接，形成夹具加工主体。
定位板上孔分别是外壳上主销孔和轴承孔的定位孔，通过定位轴定位套连接对外壳起辅助支撑，主销孔多孔设计是满足不同品种加工需要。在定位板上中间预留位置是为以后新产品加工做准备。
3.3 限位板（上图右）
主要作用是限制外壳上加工孔的角度。通过销孔与定位板连接，上面三个销孔准确定位实现不同品种外壳孔加工。限位板超大设计，满足多品种加工需要，与定位挡块共同完成多品种角度定位加工，并预留新产品加工位置。
3.4翻转钻模板
精确加工外壳上孔位置元件。固定在夹具上，通过孔与定位销配合并绕其翻转。钻模板上φ25+0.021孔是安装钻套的底孔，其位置精度直接影响外壳上注油孔的位置精度，一块翻转钻模板只能加工一种外壳，因此是多块钻模板设计。
四 夹具的工作原理
4.1 定位夹紧
将待加工件放在定位点上，通过两个辅助支撑预定位，再由2-φ12销准确定位，手动按钮气缸按设定的排列顺序依次夹紧，完成夹紧动作，反向则实现松开动作。
4.2 角度定位
夹具的角度定位方法：手动开关，摆动气缸工作，定位板及工件转动到预定位置，限位销滑入限位孔。 实现角度精准定位
4.3 锁紧销锁紧
加工时踏下踏板--通过杠杆28--带动连接杆26、25、24、23带动锁紧插销于限位板的锁紧插销位置，插入限位板的孔中。
钻底孔，攻丝，完成。
五 夹具的加工精度
对多个品种外壳调整加工，经过仪器检查，尺寸精度、形位公差等均符合工艺要求。
六 夹具的特点
结构工艺性好：采用分体式装配，结构简单，操作安全方便； 制造成本低：使用标准件及通用件，缩短制造周期，经济实用； 可扩展功能强：调整方便，减少更换夹具时间，具有较高的实用价值，真正地实现多品种加工； 降低生产成本：减少N套夹具设计制造，缩短生产准备周期； 美化作业环境：减少现场管理和夹具库存； 提高产品质量：采用钻模板产品质量可控； 扩大机床范围：提高现场应变能力和机床的加工能力，小设备解决大问题。
通过该夹具的设计使用，使我认识到夹具设计不是越复杂越好，而是在满足使用功能的条件下设计出结构简单、使用安全方便的夹具更受用户的欢迎；我们技术人员要站在用户的角度思考问题，用户的真正需要是我们工作不断追求的目标。
由于知识的局限性，设计时考虑的可能不够全面，还存在一些缺陷，请各位老师给予批评指正，使该夹具更加完善也使我有所提高。
参考文献
1、叶瑞文 主编《机床大件焊接结构设计》北京机械工业出版社1986年10月
2、秦大同 谢里阳 主编《现代机械设计手册》北京化学工业出版社 2011.1月