夹具毕业设计论文-钻床专用夹具设计

洛阳理工学院

课程设计说明书

课程名称机械制造装备设计

设计课程钻床专用夹具设计

专业机械设计制造及其自动化姓名顾小威

课程设计任务书

机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名顾小威班级 B100214 学号 B10021415

课程名称：机械制造装备设计

设计题目：钻床专用夹具设计

课程设计内容与要求：

设计内容：钻削夹具装配图一张，零件图一张。

要求：1、设计（装配图按夹具要求设计，相关的配合尺寸要标明，在说明书中要有夹具定位计算，夹紧等方案的选择）。

2、零件图要符合工程图的根据要求，图纸的标题要有材料。

设计（论文）开始日期年月日指导老师

设计（论文）完成日期年月日

课程设计评语第页

机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名顾小威班级 B100214 学号 B10021415 课程名称：机械制造装备设计

设计题目：机床专用夹具设计

课程设计片篇幅：

图纸共 2 张

说明书共页指导老师评语：

年月日指导老师

洛阳理工学院注：

目录

第1章概述 (5)

1.1 夹具的功用和分类 (5)

1.1.1 夹具的功用 (5)

1.1.2 夹具的分类 (5)

1.1.3 夹具的组成 (5)

第2章零件的加工要求 (6)

2.1 零件的加工要求 (6)

2.1.1 设计要求 (6)

2.2 待加工工件图 (6)

2.2.1 减速器下箱体工件图 (6)

第3章工件的定位分析和结构设计 (7)

3.1 工件定位的基本原理 (7)

3.1.1 自由度的概念 (7)

3.1.2 六点定位原理 (7)

3.1.3定位中的几种情况 (7)

3.2 常用定位元件及选用 (8)

3.2.1定位中的几种情况 (8)

3.2.2常用定位元件所能限制的自由度 (8)

3.3 定位方案的确定：一面两孔定位 (8)

第4章夹紧装置的组成 (10)

4.1 夹紧装置 (10)

4.1.1 夹紧要则 (10)

4.1.2 夹紧机构的分类 (10)

4.1.3 夹紧装置的组成 (10)

4.2 夹紧方案的确定 (11)

第5章夹具相关部件设计 (12)

5.1 夹具体设计 (12)

5.2 支撑板 (12)

5.3 压紧装置 (12)

5.4 导向装置 (13)

5.5 液压缸 (14)

5.6 钻模板 (15)

第6章夹具相关部件设计 (16)

6.1 夹具体设计 (16)

6.2 夹具装配图的绘制 (16)

6.3 装配图上尺寸、公差的标注 (16)

谢辞 (18)

感想 (19)

参考文献 (20)

第1章概述

1.1 夹具的功用和分类

1.1.1 夹具的功用

机床夹具是在机床上用以准确，迅速地安装工件或刀具，从而保证工件与刀具间正确相对位置的一种工艺装备。使用夹具可以有效地保证工件的加工质量，提高劳动生产率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度；因此，夹具在机械制造中占有重要的地位。

1.1.2 夹具的分类

夹具有多种分类方法，一般使用范围和特点可分为通用夹具、专用夹具、组合夹具和可调夹具，或按所使用的机床分为车床夹具、钻床夹具、镗床夹具等。

1.1.3 夹具的组成

通常，夹具的组成部分如下：

（1）定位装置

定位装置包括定位元件及其组合，其作用是确定工件在夹具中的位置。常用的定位元件有支撑板、支承钉、定位销、定位心轴、定位套、V型块等。

（2）夹紧装置

在机械加工过程中，工件的定位和夹紧是相互联系非常紧密的两个过程。工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上。夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢、保证工件在定位是所占据的位置，在加工过程中不因受外力（切屑力、重力、惯性力等）和动力装置（气缸、液压缸等）等的作用而使位置发生变化或产生震动，以保证加工精度，避免机床、刀具的损坏和发生人身安全事故。通常，把工件夹紧的装置成为夹紧装置。

（3）对刀、引导装置

对刀、引导装置的作用是确定刀具相对于夹具的位置，或引导刀具进行加工。常用的对刀、引导元件有对刀块、钻套等。

（4）其他原件及装置

根据夹具特殊功能需要而设置一些元件或装置。如分度装置、靠模装置、连接件、操作建议及其他辅助元件等。

第2章零件的加工要求

2.1 零件的加工要求

2.1.1 设计要求

此设计主要运用所设计的钻床夹具以A面和两个4xΦ11H8孔定位完成对图2-1工件4xΦ11钻削加工。

2.2 待加工工件图

2.2.1 减速器下箱体工件图

图2—1 工件三视图

第3章工件的定位分析和结构设计

3.1 工件定位的基本原理

3.1.1 自由度的概念

由刚体运动学可知，一个自由刚体，在空间有且仅有六个自由度。它在空间的位置是任意的,即它既能沿Ox、Oy、Oz三个坐标轴移动，称为移动自由度；又能绕Ox、Oy、Oz三个坐标轴转动，称为转动自由度。

3.1.2 六点定位原理

由上可知，如果要使一个自由刚体在空间有一个确定的位置，就必须设置相应的六个约束，分别限制刚体的六个运动自由度。在讨论工件的定位时，工件就是我们所指的自由刚体。如果工件的六各自由度都加以限制了，工件在空间的位置也就完全被确定下来了。因此，定位实质上就是限制工件的自由度。

分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度。用合理设置的六个支承点，限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是六点定位原则。

通过机械制造工艺学的学习，我们了解到六点定位原则的几个主要问题是：

一、定位支承点是定位元件抽象而来的。在夹具的实际结构中，定位支承点是通过具体的定位元件体现的，即支承点不一定用点或销的顶端，而常用面或线来代替。根据数学概念可知，两点决定一条直线，三点决定一个平面，即一条直线可以代替两个支承点，一个平面可以代替三个支承点。在具体应用时还可以用窄长的平面（支承条）来代替直线，用较小的平面来代替点。

二、定位支承点与工件定位基准面始终保持接触，才能起到限制自由度的作用。

三、分析定位支承点的定位作用时，不考虑力的影响。工件的某一自由度被限制，是指工件在某个坐标方向有了确定的位置，并不是指工件在受到使其脱离定位支承点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不能运动，要靠夹紧装置来完成。

3.1.3定位中的几种情况

一、完全定位：完全定位是指不重复的限制了工件的六个自由度的定位。当工件在x、y、z三个坐标方向均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。

二、不完全定位：根据工件的加工要求，有时并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位方式称为不完全定位。

三、欠定位：根据工件的加工要求，应该限制的自由度没有完全被限制的定位称为欠定位。欠定位无法保证加工要求。因此，在确定工件在夹具中的定位方案时，决不允许有欠定位现象的产生。

四、过定位：夹具上的两个或两个以上的定位元件重复限制同一个自由度的现象，称为过定位。它会造成定位的不稳定，严重时会引起定位干涉，因此，应该尽量避免和消除过定位现象。消除或减少过定位引起的定位干涉，一般有两种方法：一是改变定位元件的结构，如缩小定位元件工作面的接触长度或者减少定

位元件的配合尺寸，增大配合间隙等；二是控制或者提高工件定位基准之间以及定位元件工作表面之间的位置精度。

3.2 常用定位元件及选用

工件在夹具中要想获得正确位置，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。

3.2.1定位中的几种情况

一、限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。

二、限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和摩擦，容易磨损。为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。

三、支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用时变形和损坏。

四、定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。

五、定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。

3.2.2常用定位元件所能限制的自由度

常用定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：

一、用于平面定位的定位元件包括固定支承（支承钉和支承板），自位支承，可调支承和辅助支承。其中一个平面可以限定3个自由度。

二、用于外圆柱面定位的定位元件包括v形架，定位套和半圆定位座等。其中一个v形架短可以限定2个自由度、一个长v形架可以限定4个自由度。一个短的定位套可以限定2个自由度、一个长的定位套可以限定4个自由度、一个锥面定位套，同锥面销对工件圆孔定位时一样限制3个自由度。

三、用于孔定位的定位元件包括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），圆柱心轴和小锥度心轴。在夹具中，以圆孔表面定位的工件使用的定位销一般分为固定式和可换式两种。其中一个短销可以限制2个自由度、一个长销可以限制4个自由度。一个菱形销可以限制一个自由度。带小锥度的心轴可以限制5个自由度。

3.3 定位方案的确定：一面两孔定位

如图1-1所示，工件以A面作为主要定位基准面，用支撑板限制3个自由度，以工件B面定位，限制2个自由度，保证定位基准与工序基准重合，即零件尺寸22±0.1mm,最后以Φ11H9孔位定位面，用菱形销限制1个自由度，工件共限制5个自由度，上下移动的自由度不用限制。如图3-1所示：

图3-1 削边削的布置

支撑板如图所示，以底面及侧面对工件进行定位，常用于大、中型零件的精基准。平面型支承板结构简单，适用于作侧面和顶面定位。当工件定位面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制来两个自由度；两个支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。

为装卸方便，通常定位销是可动，而且可以伸缩。即加工前能使之进入工件孔中定位，加工完后能从孔中退出。这样可以很方便地将工件（或随行夹具）推

入或推出夹具（或自动线的机床夹具）。

第4章夹紧装置的组成

4.1 夹紧装置

4.1.1 夹紧要则

一、在夹紧的过程中，不至于因工件重力的影响而破坏正确定位；

二、在夹紧的过程中，夹紧力不应使已经获得正确定位的工件脱离正确位置；

三、在夹紧过程中，应使工件不产生超出表面形状精度（如平行度，垂直度，圆柱度等）允许范围的变形；

四、在切削过程中，应避免工件产生不能允许的振动；

五、在切削过程中，切削力不应破坏工件的正确位置，并使平衡切削力所需的夹紧力最小。

4.1.2 夹紧机构的分类

夹紧机构的种类虽然很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三中夹紧机构合称为基本夹紧机构。、

（一）斜楔夹紧机构采用斜楔作为传动元件或夹紧元件称为斜楔夹紧机构由于用斜楔直接加紧工件的夹紧力较小，且操作费时，所以实际生产中应用不多，多数情况下是将斜楔与其他机构联合起来使用。

（二）螺旋夹紧机构采用螺杆做中间传力元件的夹紧机构成为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构结构简单、容易制造，而且由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹具上用得最多的一种夹紧机构。

（三）偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。偏心件有圆偏心和曲线偏心两种类型，其中，圆偏心机构因结构简单、制造容易而得到广泛的应用。偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都较小。一般用于切削力不大、振动小、没有离心力影响的加工中。

4.1.3 夹紧装置的组成

动力装置

夹紧装置中间机构

夹紧机构

夹紧元件

夹紧装置的设计或选用是否正确合理，对于确保加工质量和提高生产率有着很大的影响，因此在夹具设计中，对夹紧装置提出了如下要求：

1、夹紧作用准确、安全、可靠；

2、夹紧动作迅速，操作方便省力；

3、加紧变形小；

4、结构简单，制造容易。

4.2 夹紧方案的确定

根据以上准则及对夹紧机构的要求和铣床夹具的主要技术要求，本设计采用的连杆式铰链夹紧机构，连杆之间由销钉连接，其特点是动作迅速、增力比大，且易于改变力的作用方向。考虑其自锁性能差，因此采用气压动力源。具体的来说是用液压缸活塞杆推动连杆机构，通过连杆的链接关系改变力的方向，最后靠终端压块压紧加工工件。斜楔夹紧机构结构简单，具有自锁性，能改变夹紧力的方向；且斜楔升角越大，增力越大，但是夹紧行程变小。故一般用于工件毛坯质量高的机动夹紧装置中，且很少单独使用。螺旋夹紧机构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性好，夹紧力和夹紧行程都很大，因此在手动夹具上应用很多。偏心夹紧机构操作方便、夹紧迅速，但其夹紧力和夹紧行程都较小，一般用于切削力不大、振动小的场合。铣削加工断续切削，振动较大，铣床夹具一般都不采用偏心夹紧机构。

本设计采用气动夹紧装置，手动夹紧机构在各种生产规模中都有广泛应用，但手动夹紧机构动作慢，劳动强度大，夹紧力变动大。在大批量生产中往往采用机动夹紧，如气动、液动、电磁和真空夹紧。机动夹紧可以克服手动夹紧的缺点，提高生产率，还有利于实现自动化，但机动夹紧的成本也随之提高。

第5章 夹具相关部件设计

5.1 夹具体设计

为提高钻床夹具在钻床上安装的稳定性，除要求夹具体有足够的强度和刚度外，还应使被加工表面尽量靠近工作台面，以降低卡具的重心。因此卡具体的高宽比限制在 B

H 1～1.25范围内。 5.2 支撑板

此夹具采用固定支承，在工件定位过程中，支承点的位置固定不变。此支撑工作特点：以底面及侧面对工件进行定位，常用于大、中型零件的精基准。平面型支承板结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适用于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板，在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位。当工件定位面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制来两个自由度；两个支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。

支承板的长度为60mm ,宽度为16mm ,材料为T8，按GB/T1298的规定；热处理 55～60HRC ；其它技术条件按GB/T2259的规定。如图5-1所示

图5-1 固定支承

5.3 压紧装置

此设计采用的的压紧装置是连杆铰链式夹紧机构，连杆材料为45号钢，淬火、回火40～45HRC;其在装配图中的结构图如图5-2所示

图5-2 工件夹紧机构

5.4 导向装置

刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头的支撑一提高其刚度，减少刀具的变形，保证孔加工的位置精度。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。

上述钻套均已标准化了，设计时可以查夹具设计手册。但对于特殊场合，可以根据加工条件的特殊性设计专用钻套。本次设计中使用快换钻套。其结构和各相关部件如图5-3所示;

图5-3 快换钻套装置

5.5 液压缸

本次设计的液压缸为单杆活塞式气压缸，为节省空间选用卧式连接结构，其尺寸由《机床夹具设计手册》液压部分选取满足夹紧要求的缸体。其结构如图5-5所示：

图5-4 单活塞气压缸

5.6 钻模板

钻模板用于安装钻套在钻模上的位置，常见的钻模版有固定式钻模板、铰链式钻模版等。此设计用的是固定式钻模版，如图5-5所示：

图5-5 工件翻转装

第6章夹具相关部件设计

6.1 夹具体设计

为提高钻床夹具在钻床上安装的稳定性，除要求夹具体有足够的强度和刚度外，还应使被加工表面尽量靠近工作台面，以降低夹具的重心。因此夹具体的高

宽比限制在1～1.25范围内。

6.2 夹具装配图的绘制

夹具装配图的绘制，实在架构的结构设计方案在经过老师的审定后进行的。

夹具的总装配图应按照国家标准制进行绘制，绘制比例尽量采用1:1，主视图应按操作者的视线方向绘制。总装配图应将夹具的工作原理、各种元件的结构及其相互之间连接关系表达清楚。在此基础上应尽量减少视图的数量并在构件原理方面的连接，尽可能通过各种方法表达清楚明白。

6.3 装配图上尺寸、公差的标注

一般来说，装配图上应标注的基本尺寸和公差主要由以下几个方面：

（1）、夹具的轮廓尺寸是指夹具各构件组合后形成的最大轮廓尺寸。但夹具中包含有活动构件时，应标注其在极限位置时，在空间所占的尺寸。夹具的轮廓尺寸为521mm x 150mm x 427mm。

（2）、影响定位精度的尺寸和公差主要指工件与定位元件以及定位元件与定位元件之间的尺寸与公差配合关系。如快换钻套与钻模板的配合尺寸为Φ22H7/r6 ；圆柱销与菱形销之间的中心尺寸为108 0.01mm；定位衬套与连接杆之间的配合尺寸为Φ30H7/r6 。

（3）、影响位置精度的公差与配合主要指定位元件相对于基准面之间的形位公差。如：钻套相对于定位表面的垂直度误差为0.050mm；钻模板相对于定位基准面的平面度误差为0.020mm；连接杆与定位基准面之间垂直度误差也为0.050mm。

通过这一段时间的努力,这次课程设计结束了。

感谢我的指导老师—张洪涛，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样！他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。经过一个多月的忙碌和工作，本次课程设计已经接近尾声，作为一个本科生的课程设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。张老师平日里工作繁多，但在我做课程设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。

我的设计较为复杂烦琐，但是张老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩张老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。敬爱的导师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，领会了基本的思考方式，从课程设计题目的选定到设计过程的指导，经由您悉心的点拨，再经思考后的领悟，常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。

大学的学习时光我学到很多知识。母校洛阳理工给了我在大学深造的机会，让我能继续学习和提高。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲，同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的充满了感动。我要感谢我母校——洛阳理工学院，是母校给我们提供了优良的学习环境。另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！！！。

我相信通过这次设计以及在这个过程中张老师不断点拨，在今后的学习和工作中我一定会做到更好！！

通过此次夹具课程设计让我在获益匪浅，在这次课程设计之前我对机械制造装备设计这门课程没有一个清楚的认识。不知道这门课是让我们学习什么，学会什么。再设计刚开始之前我还真是不知道该怎么下手，真是觉得很难，没有一点思路，心里又有点抵触情绪，所以刚开始没有能端正自己的态度，正是由于这个不良动机让那个我在开始做的时间吃了个不小的亏。从这以后他让我清晰的认识到一定要有一个正确的态度，只有这样才能完成这个看似容易其实需要我们付出很多努力的任务。

机械制造装备设计是我们机械设计制造及其自动化专业同学的一门主要专业课，其任务是通过课程的学习，掌握主要机械制造装备的工作原理极其正确使用和选用方法、原则，并且具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。通过这门课程的学习尤其是这次课程设计的进行让我对这门课程有了更深刻的理解，知道了机械加工过程中最基础的一个环节，而这个环节是对我这个制动的理论知识而没有操作经验的初学者一个很要的经历在课程设计的过程中我也遇到了很多的问题，在这些问题中有很多是自己不懂的，还有一些是自己在学习中知道的，但在运用过程中没有注意的。在这些问题的解决的背后离不开我们小组同伴的帮助，经过这次让我更加相信集体的力量是巨大的，通过小组的讨论让我对设计有了更多的想法和好的思路。

紧张和具有更大挑战的毕业设计就要到来了，我相信有了这次课程设计的基础和经历，会对我们的毕业设计产生更多的更好的影响，我会以这次课程设计为契机，努力更加认真地对待他，给老师一个满意的答卷！