支架钻孔夹具设计

课程名称：机械制造装备设计课程设计

设计题目：支架钻孔夹具设计

设计内容：

为支架设计一套钻模夹具，便于摇臂钻床上对工件孔的加工。

设计要求：

1.在摇臂钻床上加工两个Φ20的通孔。

2. 夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于小批量生产。

3.绘制A1夹具装配图一张，A3零件图一张，设计说明书一份。

设计（论文）开始日期 2014 年 2 月 17 日指导老师：张洪涛

设计（论文）完成日期 2014 年 3 月 2 日

课程设计评语

机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名朱钰班级 B100205 学号 B10020430

课程名称：机械制造装备设计课程设计

设计题目：支架钻孔夹具设计

课程设计篇幅：

图纸共 2 张

说明书共 15 页指导老师评语：

年月日指导老师

洛阳理工学院

目录

前言 (1)

1. 专用夹具设计 (2)

1.1设计前的准备工作 (2)

1.1.1. 明确工件的年生产纲领 (2)

1.1.2. 熟悉工件零件图和工序图 (2)

1.1.3. 加工方法 (3)

1.2．总体方案的确定 (3)

1.2.1. 定位方案 (3)

1.2.2选择夹紧机构 (4)

1.2.3选择导向装置 (5)

1.2.4. 夹具体 (7)

1.3. 绘制夹具装配图 (9)

1.3.1. 制图比例2：1 (7)

1.3.2. 定位、夹紧、导向，夹具体 (7)

2. 夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件 (10)

2.1. 夹具装配图上标注的尺寸 (10)

2.2. 夹具装配图上应标注的技术要求 (10)

3. 夹具零件图上应标注的尺寸和技术条件。 (12)

3.1夹具零件图上应标注的尺寸 (12)

3.2. 夹具零件图上应标注的技术要求 (12)

4. 方案设计论证 (13)

4.1设计方法与结果 (13)

设计总结................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献. (15)

前言

机械制造装备设计课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环节，也是机械设计与制造专业学生应该学习的一门主要专业课。其目的在于：（1〕学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后续的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。

〔2〕为了开阔视野，掌握制造技术最新发展，开阔专业视野，培养复合型人才，处进先进制造技术在我国的研究和应用，“先进制造技术”以作为许多学校的必修课程。为了提高学生综合运用机械设计基础及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课程设计训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。

〔3〕使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。

零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛。

1.专用夹具设计

1.1设计前的准备工作

1.1.1. 明确工件的年生产纲领

机床夹具是在机床上装加工件的一种装置，其作用是使工件相对机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持不变。它是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。如大批量生产时，一般选择机动、多工件同时加工，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。

1.1.

2. 熟悉工件零件图和工序图

零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。

已知待加工工件如下图1-1所示，Φ30H7孔及其他表面均加工成，钻2个通孔：2个Φ20H7孔夹具。

图1-1 工件零件图楷体五号

1.1.3. 加工方法

了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的,根据零件图可知，本道工序的内容是钻2个通孔：2个Φ20H7孔。

1.2．总体方案的确定

1.2.1. 定位方案

工件在机床上的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面。工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件

要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。

根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。

常有定位方法有：（1）工件以一面两销定位。

（2）工件以6个定位销定位。

根据本次零件设计的夹具，我设计的定位方案为一个面两个定位销组合定位，可以制6个自由度，同时保证了加工方向上的刚性，保证零件的加工精度及便于保证加工部位之间位置要求。

1.2.2选择夹紧机构

1.工件加紧装置的要求

在加紧过程中应保持工件定位时说获得的正确位置。

2：加紧力大小合适。

3：加紧装置应操作方便，省力，安全。

4：夹紧装置的复杂程度和制动化程度应与生产批量和生产方式相适应。

(2) 夹紧力的方向：

夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。

(3) 夹紧力的作用点：

夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。

(4)选择夹紧机构：

在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：

1安全性夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。

2手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。

3夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。

4手动夹紧机构应操作灵活、方便。

确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，要选择和设计动力源。夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。

方案一使用单螺旋夹紧机构

方案二使用螺旋压板夹紧机构

方案一中，由于螺钉头部直接压紧工件表面，这种结构在使用时容易压坏工件表面，而且拧动螺钉时容易使工件产生转动，破坏工件的定位，故该方案不好。而方案二中可拧动螺母通过压板压紧工作表面，避免了上述情况的发生，且夹紧力垂直于工件表面和主要的定位基面。在螺母端面和压板之间设置球面垫圈和锥面垫圈，可防止在压板倾斜时，螺栓不致因受弯矩作用而损坏。

图1-2 夹紧装置

1.2.3选择导向装置

刀具的导向是保证孔的位置精度，增加钻头的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度，使用钻床钻孔时，钻头的导向可采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种。

固定钻套是直接压入钻模板或夹具体得孔中，属过盈配合。这种钻套位置精度高，结构简单，但磨损后不易更换，故适用于中小批生产中只钻一次的孔。

可换钻套是先把衬套用过盈配合H7/n6或H7/r6固定在钻模板或夹具体上，再采用间隙配合H6/g5或H7/g6将可换钻套装入衬套中，并用螺钉压住钻套。这种钻套更方便，适用于中批以上生产，故我选用的钻套为可换钻套。

图1-4 钻套

1.2.4. 夹具体

用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。夹具体零件图如下：

1.3. 绘制夹具装配图

1.3.1. 制图比例2：1

把工件视为透明体，用粗实线划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工的孔，无关表面可以省略。

1.3.

2. 定位、夹紧、导向，夹具体

画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出工件旋转后夹具的轮廓，画出夹具体，其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。对零件编号，填写标题栏和零件明细表。其中还要在定位，导向完成后进行定位精度的验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构的强度、刚度验算。

图

1-5 夹具体零件图

图1-6 夹具装配图

2.夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件

夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。

2.1. 夹具装配图上标注的尺寸

1)夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高为238x180x155尺寸。

2)夹具在机床上安装精度的尺寸，即夹具安装基面与机床相应配合表面之间的位置尺寸。

3)夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。

4)各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。

5)影响对刀精度的尺寸，即刀具与对刀元件之间的尺寸.

上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的1/5~1/2，在夹具选取时，必须结合工件的加工精度要求、批量大小及工厂在制造夹具方面的生产技术水平等因素进行细致分析和全面考虑。

待选用精度=(1/5~1/2)x0.2=0.04~0.1.

我选用的精度为0.05mm。

2.2. 夹具装配图上应标注的技术要求

应标注的技术要求包括：相关元件表面间的位置精度，主要表面形状精度，保证装配精度和检测的特殊要求，以及调整、操作等必要的说明。通常有以下几方面：

1）定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度，如保证定位销的轴线与底面B的垂直度为0.02。

2）定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度。

3）各导向元件的工作面间的相互位置精度，如钻套的外圆与衬套之间采用H7/n6配合，衬套与钻模板采用H7/g6配合。

4）夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，导向工作面与该基准面间的位置精度。

5）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。

每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。

完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。

完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。

3夹具零件图上应标注的尺寸和技术条件。

对装配图中的非标准零件均应绘制零件图，视图尽可能与装配图位置一致，尺寸、形状、位置、配合、加工表面的表面粗糙度等要标注完整。标注的主要目的是保证夹具体各个零件之间的尺寸要求和安装配合后的精度要求，也是为了各夹具零件加工后进行安装配合能满足制造工件的要求。绘制1个关键的、非标准的夹具零件,如夹具体等。本设计主要画夹具体的零件图。

3.1夹具零件图上应标注的尺寸

1）零件图的投影应尽量与总图上的投影位置相符合，便于读图和核对。

2）尺寸标注应完整、清楚，避免漏注，既便于读图，又便于加工。

3）同一工种加工表面的尺寸应尽量集中标注。

4）对于可在装配后用组合加工来保证的尺寸，应在其尺寸数值后注晨“按总图”字样，如，钻套之间、定位销之间的尺寸等。

5）要注意选择设计基准和工艺基准。

6）某些要求不高的形位公差由加工方法自行保证，可省略不注。

7）为便于加工，尺寸应尽量按加工顺序标注，以免进行尺寸换算。

3.2. 夹具零件图上应标注的技术要求

应将该零件的形状、尺寸、相互位置精度、表面粗糙度、材料、热处理机表面处理要求等完整的表示出来。

本设计零件图选用夹具体底座，在标注粗糙度时，安装平面的粗糙度选用3.2，重要安装孔用1.6，其他用6.3。

在形位公差方面，夹具体上与零件定位的表面与夹具体底座的垂直度为

0.02mm.

3.方案设计论证

4.1设计方法与结果

（1）首先对工件的加工要进行分析，已知工件为支架类零件，要在凸出平面上加工2个Φ20H7的通孔，根据工件的形状和加工要求，我认为采用摇臂钻床比较合理。

（2）然后，根据六点定位原理，选用一面两个定位销定位，正好满足六点定位原理，由于限制了六个自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在竖直方向上进行夹紧，可以利用螺栓和压板和弹簧对工件进行夹紧。

（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位符合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。

设计总结

这次的夹具课程设计结束了，我从中学到了很多知识。通过这次课程设计实训，使我对机械装备课程有了更进一步的了解，对零件的生产加工也有了更深层次的了解。装备在现在工业中有着重要的作用，当然，我们现在对机械设计只不过时一个初步的了解，这门课程还有更多的知识等着我们去学习，在这短暂的课程设计里，我学会了一些机械设计的最基本的理论，同时也对机械装备产生了浓厚的兴趣。

通过这次实训，我能够熟练运用CAD绘图软件，在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多不足之处，在设计和计算过程中也出现了各种各样的错误，在同学和老师的帮助下也都尽量改正了，虽然还存在或多或少的问题，这也是我今后努力的方向，我会继续努力学习，来丰富自己的知识。

参考文献

（1）赵雪松任小中于华. 机械制造装备设计武汉：华中科技大学出版社，2009。

（2）陈立德. 机械制造装备设计课程设计.北京：高等教育出版社，2007。

（3）何铭新钱可强徐祖茂. 机械制图.第六版. 北京：高等教育出版社，2010。

（4）王先奎.机械制造工艺学.第二版.北京;机械工业出版社，2006。

（5）陈于萍周兆元.互换性与测量技术基础.第二版.北京：机械工业出版社，2010。

（6）冯辛安.机械制造装备设计.第二版.北京：机械工业出版社，2005。

（7）戴曙。金属切削机床.北京：机械工业出版社，1995。

（5）王昆何小柏汪信远机械设计、机械设计基础课程设计.高等教育出版社，2010

（6）杨可桢程光蕴李仲生机械设计基础.高等教育出版社，2010

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（8）吴宗泽机械零件设计手册.机械工业出版社，2004

（9）姬文芳机床夹具设计.航空工业出版社，1994

（10）郑金兴机械制造装备设计.哈尔滨工程大学出版社，2008