夹具设计说明书

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

设计课题：钻床专用夹具设计

专业：机械设计与制造及其自动化

班级：B100215

姓名：吴永刚

学号:B10021533

年月日

课程设计任务书

机械工程系专业：机械设计与制造及其自动化

学生姓名: 吴永刚班级: B100215 学号 : B10021533

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：

内容：

为三孔支承块设计一套钻模夹具，便于摇臂钻床的加工。

设计要求：

1.在摇臂钻床上加工四个Φ10的通孔。

2.要求绘制A1夹具装配图一张、A3零件图一张、设计说明书一份。

3.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，便于批量生产。

零件图

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

年月日

课程设计评语

机械工程系专业:机械设计与制造及其自动化学生姓名: 吴永刚班级: B100215 学号： B10021533

课程名称：机械制造装备设计

设计题目：钻床专用夹具设计

指导老师：张洪涛老师

课程设计篇幅：

图纸2张

说明书17 页

指导教师评语：

年月日指导老师

洛阳理工学院

目录

前言 (1)

第1章定位方案设计 (3)

第2章定位误差分析与计算 (7)

第3章夹紧机构的设计 (9)

3.1 夹紧装置的组成和基本要求 (9)

3.1.1 夹紧装置的组成 (9)

3.1.2 夹紧装置的基本要求 (9)

3.2.1 夹紧力大小的估算 (10)

第4章导向装置的选择 (11)

4.1钻套类型的选择 (11)

4.2钻套高度和排屑间隙 (12)

4.2.1 钻套高度H (12)

4.3确定钻套位置尺寸和公差 (13)

第五章夹具体的设计 (14)

5.1夹具体的设计 (14)

5.2 夹具在机床上的安装方式 (14)

第六章装配图的绘制 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

前言

机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门主要专业课，其任务是通过该课程的学习，掌握主要机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，并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。

金属切削机床夹具设计是机械制造类企业常见的设计任务，通过课程设计，使学生能综合应用夹具设计课程及相关其他专业的课程知识，学会用所学的理论知识指导设计实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机床夹具的一般设计方法和步骤，提高其今后走上工作岗位所需的专业技能。

Before the words

Machinery and equipment design is mechanical engineering and automation specialized courses, its task is through the study of this course, master the main machinery manufacturing equipment work principle and its proper use and selection methods, principles, and have a certain mechanical manufacturing equipment design, transmission design, structure design and basic knowledge the main process equipment design capability.Metal cutting machine tool fixture design is mechanical manufacturing enterprises common design task, through curriculum design, to enable students to comprehensive application of fixture design course and other related professional knowledge, learn to use the theory to guide the design practice, cultivate the students' ability to analyze and solve the engineering actual problem ability, so that students master the general machine tool fixture the design method and steps, improve its going to work in the required professional skills.

第1章定位方案设计

在机械加工过程中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。这种正确的相互位置关系，是通过工件在夹具中的定位，夹具在机床上的安装，刀具相对于夹具的调整来实现的。

在研究和分析工件的定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题。一般地说,工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。定位方案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证。在分析工件定位时，为了简化问题，习惯上都是利用定位支撑点这一概念，但是工件在夹具中定位时，是把定位支撑点转化为具有一定结构的定位元件与工件相应的定位基准面相接触或配合而实现。

在夹具设计时，工件在夹具中的定位可能有多种方案，为了进行方案之间的比较和最后确定满足工序加工要求的最佳方案，需要进行定位方案的设计。

图1-1：零件图

结合任务书所给零件图，从加工要求考虑，要在工件上钻四个∮10的孔，结合图一，必须限制的自由度有6个。

方案一：支撑板定位

图1-2：定位方案一

工件以3面定位，属于完全定位，夹具上有相应的定位原件，可以限制六个自由度，分别为x y z 的移动和x y z的转动，三个面的支撑板可以限制三个方向的转动，加工所需的自由度全部限制。满足加工要求。

方案二：支撑板和削边销定位

图1-3：削边销定位

工件以孔内表面定位，经常用到的定位元件是长削边销，不论定位基准是否经过加工，是完整的圆柱面还是圆弧面，都可以采用削边销定位，其优点是削边销的两侧被削去一部分安装时就有了更大装夹空间，易于装夹；也有对中性，能使工件的定位基准轴线对中在削边销两平面的垂直平分面上，但只限制了一个方向的自由度，长削边销限制两个自由度。

本工序中采用两个支撑板定位一侧表面和底面，可以限制其5个自由度，分别是x z 的移动和转动。又以定位销限制其y方向的移动，加工所需的自由度全部限制，满足加工要求。

总上所述，整个夹具的设计不仅要考虑定位，还需考虑安装，更换，夹紧，方案二便于加工，所以本工序选择定位方案二。

第2章 定位误差分析与计算

用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中，会遇到由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准(基面)与定位元件工作表面存在制造误差，这些都能引起工件的工序基准偏离理想位置，由此引起工序尺寸产生加工误差，及定位误差D ?，其数值大小为工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量。只有定位误差小于工件相应加工要求的公差的1/5~1/3,定位方案才认为是合理的，因此在夹具设计时必须对定位进行分析与计算。

定位误差由基准不重合误差B ?和基准位移误差Y ?两部分组成，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即

D B Y ?=?±?

其中基准不重合误差B ?的大小等于因定位基准与工序基准不重合而造成的加工尺寸的变动范围。需要注意的是，当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向成夹角时，基准不重合误差等于定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。基准位移误差Y ?的大小等于因定位基准与调刀基准不重合造成工序尺寸的最大变动量。当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，两者之间成一定夹角时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影。因此，基准位移误差Y ?是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于调刀基准的最大变动范围在加工尺寸方向上的投影。

加工尺寸￠8H7的定位误差 采用图二所示定位方案时，这种定位方式属于孔轴间隙配合的情况，而且在钻孔加工时，切削力向下，即孔￠45H7与夹具上的定位心轴保持固定边接触(如图四)，在这种情况下，孔在销上的定位实际上已由定心定位转变为支撑定位的形式，定位基准变成了孔的一条母线(图四所示为孔的上母线)。此时的定位误差是由于定位基准与工序基准不重合造成的，属于基准不重合误差，与心轴直径公差无关。由此可求出由于孔径变化造成孔心在接触点与心轴中心线连线方向的最大变动量。

但是此孔为通孔，所以定位心轴的定位误差可忽略不计。

图2-1：孔轴单边接触时的定位误差

采用图2-1所示定位方案时，十字轴的端面既是定位基准，又是工序基准。对一批工件来讲，十字轴的端面始终是紧靠在定位心轴的台阶上，由于制造误差和安装误差，会对所要钻的￠8孔有影响，所以其安装时必须保证端面到所钻孔的轴线距离为10±0.03.

第3章夹紧机构的设计

在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。

3.1 夹紧装置的组成和基本要求

3.1.1 夹紧装置的组成

夹紧装置由三部分组成

1. 动力装置

动力装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液

压、电动等动力装置。当然也有很多手动操作的夹紧机构。

2. 夹紧元件

夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触而

完成夹紧动作。

3. 中间传动机构

中间传动机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构，它将原动力以一定

的大小和方向传递给夹紧元件。

通常把夹紧元件和中间传动机构统称为夹紧机构。

3.1.2 夹紧装置的基本要求

(1) 夹紧时不破坏工件在夹具中占有的正确位置；

(2) 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面及产生加紧变形；

(3) 夹紧机构操作安全、省力，加紧迅速；

(4) 夹紧机构的复杂程度、工作效率应与生产类型相适应。结构应尽量简单，便于制造与维修；

(5) 具有良好的自锁性能。

3.2.1 夹紧力大小的估算

在夹紧力作用点位置和夹紧力方向后，还需合理地确定夹紧力的大小。夹紧力不可过小，否则，会因夹紧力不足引起加工过程中工件的位移；夹紧力也不可过大，否则，会使工件产生变形。计算夹紧力是一个很复杂的问题，一般只能粗略地进行估算。因为在加工过程中，工件受到切削力、重力、离心力和惯性力等的作用，从理论上讲，夹紧力的作用效果必须与上述作用力(矩)相平衡。但实际上，在不同条件下，上述作用力在平衡系中对工件所起的作用各不相同。如一般切削加工中、小工件时，起决定作用的因素是切削力(矩)；加工笨重大型工件时，还必须考虑工件的重力作用；高速切削时，不能忽视离心力和惯性力的作用。此外，影响切削力的因素也很多，例如工件材质不均匀，加工余量大小不一致，刀具的磨损程度及切削时的冲击等因素都使得切削力随时发生变化。为简化夹紧力的计算，通常假设工艺系统是刚性的，切削过程是稳定的，在这些假设条件下，根据切削原理公式或切削力计算图表求出切削力，然后找出在加工过程中最不利的瞬时状态，按静力学原理(即夹具和工件处于静力平衡下)求出夹紧力大小。为保证夹紧可靠，还须再乘以安全系数K ，作为实际所需的夹紧力J F ，可表示为O J J F KF

本设计中采用的夹紧机构为：复合铰链机构。（如下图）

图3-1

该结构夹紧迅速，方便可靠，图示为夹紧状态，6为复合铰链，当扳下手柄1时，

滚筒带着其上的铰链4向上运动。铰链6、9随着铰链4向上运动，铰链9带动着支撑体内的轴向后运动，松开工件。

第4章导向装置的选择

钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对于夹具定位元件的位置，并在加工过程中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工过程中发生偏斜。

4.1钻套类型的选择

按钻套的结构和使用情况，可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种，前三种钻套均已标准化，可根据需要选用，必要时也可自行设计。

固定钻套是直接压入钻模板或夹具体的孔中的，属于过盈配合。这种钻套位置精度高，结构简单，但磨损后不易更换，故适合于中、小批生产的钻模上或用来加工孔距甚小以及孔径精度要求较高的孔。为了防止切屑进入钻套孔内，钻套的上下端应稍突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。带肩固定钻套主要用于钻模板较薄时，用以保持必需的引导长度，也可作为主轴头进给时轴向定程挡块用。对于要连续加工的孔，如钻-扩-铰的孔加工，则要采用可换钻套或者快换钻套。

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孔中，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。这种钻套更换方便，适用于中批以上生产。对于在一道工序中需要连续加工的孔，应采用快换钻套。

快换钻套与可换钻套结构上基本上相似，只是在钻套头部多开一个圆弧状或直线状缺口。换钻套时，只需将钻套逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时，即可取出，换套方便迅速。

由设计任务书可知，要加工的孔￠8H7mm，粗糙度为R a1.6需钻削和铰削加工才可满足精度要求。综合考虑到加工类型为大批量生产，最终选用可换钻套。钻套代号为：8F7x15k6x36 JB/T8045.3-1999。

4.2钻套高度和排屑间隙

4.2.1 钻套高度H

钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(1~2.5)d，孔径小精度高时，H取较大值。根据要加工的孔的尺寸，H=(1~2.5)d=8~20mm，由于孔径精度高和定位心轴的影响，取H=36mm。

4.2.2 排屑间隙h

图4-1：钻套高度与排屑间隙

钻套底部与工件间的距离h称为排屑空间。h值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被破坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加

H

h

d

L

工精度。加工铸铁时，h=(0.3~0.7)d ；加工钢时，h=(0.7~1.5)d 。取h=12mm 。

钻套高度和排屑间隙可按表4-1选取。

表4-1 钻套高度和排屑间隙 （单位：mm ） 简 图

加工条件

钻套高度

加工材料

排屑间隙

一般螺孔、销孔、孔距公差为0.025±

H=(1.5~2)d

铸铁

钢

青铜

铝合金

h=(0.3~0.7)d

h=(0.7~1.5)d

H7以上的孔、孔距公差为

±0.1~±0.15

H=(2.5~3.5)d

H8以下的孔、孔距公差为

±0.06~±0.10

H=(1.25~1.5)?(h+L) 注：孔的位置精度要求高时，允许h=0；钻深孔(L/D>5)时，h 一般取1.5d ；钻斜孔或在斜面上钻孔时，h 尽量取小一些。 4.3确定钻套位置尺寸和公差

钻套轴线在夹具上的位置是以定位元件的定位表面或定位元件轴心线为基准来标注的。钻套位置尺寸以工件相应尺寸的平均尺寸为基本尺寸，其公差取为工件相应尺寸公差的1/5~1/2，偏差对称标注。

由设计任务书可知，十字轴零件图要加工孔的位置度公差为0.06mm ，设钻套位置尺寸为L ,钻套位置尺寸为工序尺寸的平均尺寸，即L=10mm 。尺寸L 的公差取工件工序尺寸公差的1/5~1/2，即取：0.03 mm 。

则钻套位置尺寸为10±0.03。 （如图4-2）

图4-2

第五章夹具体的设计

5.1夹具体的设计

夹具体是整个夹具的骨架和机体，组成夹具的各种零件、机构等都要安装在上面，其形状和尺寸主要取决于夹具上各组成件的分布情况、工件的形状、尺寸以及加工性质等。

夹具体常见的类型有：①铸造夹具体，其优点是工艺性好，可铸造出各种复杂的形状，目前应用最广。②焊接式夹具体，其制造方便、生产周期短、成本低，但易变形。

③组装式夹具体，其更换方便，铸造方便。

当加工的切屑多时，夹具体上还应考虑排屑结构。

5.2 夹具在机床上的安装方式

夹具在机床上的安装是通过夹具体上的安装基面与机床上相应的接触表面的配合来实现的。安装时力求夹具的重心尽量低，当夹具的重心较高时，还应考虑加大支撑面的面积。

本设计中的夹具体采用组合式，其材料为HT.结构如下图，其铸造方便，便于装夹和更换。

图5-1