钻床夹具说明书

课题：设计一钻床夹具专业：机械工程及自动化班级：

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一、机床夹具设计原理课程的任务与内容 (2)

二、绪论 (4)

2.1 机床夹具概括 (4)

2.2 机床夹具的发展方向 (5)

2.3 夹具的特点 (6)

2.4 夹具的设计要点 (7)

三、钻床夹具的总体设计 (7)

3.1 设计任务 (7)

2.2 夹具的设计步骤 (9)

2.3 钻床夹具的设计 (10)

四、夹具的工作原理与结构设计 (12)

4.1 对定位元件的基本要求 (12)

4.2 定位方案与定位元件 (13)

4.3 夹紧 (14)

4.4 夹紧方案的选择 (15)

五、钻床夹具体及夹具零件的设计 (16)

5.1 夹具体的要求 (16)

5.2 夹具体毛坯的类型 (17)

5.3 钻模板以及钻套的设计 (18)

六、夹具误差的计算 (21)

6.1 角度尺寸公差 (21)

6.2 定位误差 (22)

6.3 工件在夹具上加工的精度分析 (23)

七、零件材料 (23)

7.1 标准件 (23)

7.2 底板 (24)

7.3 压板 (25)

7.4 长型固定钻套、可换钻套 (26)

八、心得体会 (28)

一、机床夹具设计原理课程的任务与内容

“机床夹具设计原理”是在总结生产实际经验的基础上产生与发展起来的。本课程的任务就是论述如何设计出合理实用的夹具，能正确，牢靠地装夹工件，能保证加工质量，提高劳动生产率，而且经济性好。具体可分为下面几部分内容：

1.专用夹具各组成部分的设计与计算。

2.典型夹具介绍。

3.专用夹具的设计方法

4.现代机床夹具的发展方向。

通过对本课程的学习，要求达到下列目的：

一、综合运用学过的各门有关基础课，（数学，物理等），基础技术课

（如工程力学，机械原理等）、专业基础课（几何量公差与检测，AUTOCAD等）和专业课（如机械制造装备设计等）的知识，联系生产时间，学习国内外有关夹具方面的先进经验，来解决机床夹具的设计问题。

二、掌握专用夹具各组成部分以及专用夹具总体设计的基本原理，为进

行工艺装备的设计打下理论基础。

三、了解现代机床夹具的发展方向。

二、绪论

2.1 机床夹具概括

夹具设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性

地位。

1.运用已学过的机床夹具设计及有关课程的理论知识以及生产实习中所获得的实际只是根据被加工零件的要求设计既经济合理又能保证加工质量的夹具。

2. 培养结构设计能力掌握结构设计的方法和步骤

3. 学会使用各种手册、图册、设计表格规范等各种标准技术资料能够做到熟练运用机械制造技术课程中的基本理论正确的解决一个零件在加工中的加工基准的选择、定位、夹紧、加工方法选择以及合理安排工艺路线保证零件的加工质量。

4. 进一步培养机械制图、分析计算、结构设计、编写技术文件等基本技能。对我而言此次课程设计是一次难得的实践性环节是对所学理论知识的又一次更系统更全面的应用、巩固与深化。从中锻炼着我们的分析问题解决问题的能力。尤其对于机械制造方向的学生了更好的接触真正的生产加工步入社会，这次设计是个很好的锻炼机会。

机床夹具的现状：机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的空间位置，用来加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。

夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50％～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10％～20％左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量

的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。

近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

1）能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；

2）能装夹一组具有相似性特征的工件；

3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；

4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；

6）提高机床夹具的标准化程度。

2.2 机床夹具的发展方向

现代机床夹具的发展方向：主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。

（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148～T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min

的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现

了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

（5）模块化模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。

2.3 夹具的特点

1）保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2）提高生产效率

专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。

3）工艺性好

专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于小批量生产。

4）使用性好

专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。5）经济型好

除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

2.4 夹具的设计要点

确定各表面加工方案，在选择各表面孔的加工方法时，需综合考虑以下因素：（1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

（2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。

（3）要考虑被加工材料的性质。

（4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

（5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。

三、钻床夹具的总体设计

3.1 设计任务

本设计的主要任务是设计一个钻床夹具，在零件阶梯轴细轴上加工一个孔，采用固定式钻模，材料用45钢。被加工零件如下图：

图2-1 被加工零件及需要加工的孔

如上图所示，被加工零件材料为45钢，为总长50mm的阶梯轴，粗轴轴径为30mm，细端轴径为20mm；要在零件细轴上面钻一个直径为6mm的孔。

被加工零件安装到夹具上应对左端面和细轴进行定位，因为在钻孔时，可能发生零件的移动，在加工过程中采用可换钻套进行钻孔，以满足设计要求。

2.2 夹具的设计步骤

1）明确设计任务书与收集设计材料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

其次是根据设计任务书收集有关材料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和装订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计样图，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。

2）拟定夹具结构方案与绘制夹具草图

A）确定工件的定位方案，设计定位装置。

B）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

C）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

D）确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

E）确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、定位装置及吊装元件等。

F）确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。

G）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

3）进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较好的方案。

4）审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。

5）绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家标准绘制。绘图比例尽量采用1:1. 主视图按夹具面对操作者的反向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图的绘制次序如下：

A）用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具的线条。

B）依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

C）标注必要的尺寸、公差和技术要求。

D）编制夹具明细表及标题栏

完整的夹具装配总图可参阅夹具图册。

6）绘制夹具零件图

夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

2.3 钻床夹具的设计

钻床夹具装配图，如图2-2a、2-2b、2-2c所示。夹具类型是固定式钻模，在使用过程中是固定在钻床工作台上的，因此在其夹具体上设有专供夹压用的凸缘或凸边，钻模上采用V形块及其断面和支承板，支撑钉定位，用螺旋夹紧机构夹紧及压板压紧加工零件，夹具体周围留有专供夹紧用的凸缘。

如图2-2a，钻床夹具装配图的主视图，采用铸造型的夹具体，材料均为灰铸铁（HT200）；螺旋夹紧机构2的作用是实现零件的夹紧，采用梯形螺纹，将旋转运动转化为直线运动，传动效率高、定位准确、自锁性等特点，夹紧后，钻孔的过程中，即使有振动，也不会出现打滑的现象；螺钉3和螺纹圆柱销4的作用是实现V形块的定位和紧固；螺钉5的作用是实现支承板的固定；钻套7的作用是实现打孔时对刀具的引导；圆锥销8和螺钉9的作用是实现固定钻模版的定位和紧固。

2-2a 钻床夹具主视图

在图2-2b，钻床夹具装配图的俯视图中，支承板11的作用是实现加工零件的定

位，压板16的作用是实现工件的压紧。

2-2b 钻床夹具俯视图

在图2-2c，钻床夹具装配图剖开后的左视图中，可以清楚的看到整个压板装置和它的工作原理，在俯视图中可以看到装配把手17的大致形状。

2-2c 钻床夹具左视图

四、夹具的工作原理与结构设计

4.1 对定位元件的基本要求

1) 足够的精度

由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。

2) 足够的强度和刚度

定位元件不仅限制工件的自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。

3) 耐磨性好

工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。

4) 工艺性好

定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。

4.2 定位方案与定位元件

工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内。

该方案中采用支承板和V形块定位。

图3-1 零件的定位

4.3 夹紧

对夹紧装置的基本要求：

1）夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。

2）夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。

3）夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。

工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：

（1）工件不移动原则

夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。

（2）工件不变形原则

夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。

（3）工件不振动原则

对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

（4）安全可靠原则

夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。

（5）经济实用原则

夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。

夹紧机构---传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。

夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。

4.4 夹紧方案的选择

本设计是一个钻床夹具，加工一个孔，由于钻孔精度要求较高，必须保证在钻孔过程零件保持不动，所以必须设计夹紧装置。如下图所示

五、钻床夹具体及夹具零件的设计

5.1 夹具体的要求

1）有适当的精度和尺寸稳定性

夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。

为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。

2）有足够的强度和刚度

加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。

3）结构工艺性好

夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为4~15mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框架式结构等。

4）排屑方便

切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体开排屑槽、在夹具体下部设置排屑斜面。

5）在机床上安装稳定可靠

夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；当夹具在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。

5.2 夹具体毛坯的类型

1）铸造夹具体

铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁（如HT200），要求强度高时用铸钢（如ZG270-500），要求重量轻时铸铝（如ZL104）。目前铸造夹具体应用较多。

2）焊接夹具体

焊接夹具体，它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻（壁厚比铸造夹具体薄）。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。

3）锻造夹具体

锻造夹具体，它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需经退火处理。此类夹具体应用较少。

4）型材夹具体

小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各种心轴类夹具的夹具体及钢套钻模夹具体。

在该毕业设计中采用铸造夹具体，盖板、中间板、底板的材料均采用灰铸铁（HT200）。HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性、减振性均较好，铸造性能也较好，使用前需要进行人工时效处理，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。

工作条件:

1.承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）；

2.摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压

力>1.47MPa）；

3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。

5.3 钻模板以及钻套的设计

1、钻模板

钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。

钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式

（1）固定式钻模板

固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。

（2）铰链式钻模板

铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。翻转：装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形销定位。夹紧：采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。

（3）悬挂式钻模板

悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。

2、钻套

钻套是钻模上特有的元件，它的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。

根据使用特点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。

（1）固定钻套固定钻套（如图4-1）直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。

图4-1 固定钻套

（2）可换钻套可换钻套（如图4-2）用于零件单一、大批量生产中，方便更换磨损的钻套。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用

H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。

图4-2 可换钻套

（3）快换钻套在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个加工工步，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套（如图4-3）。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。

图4-3 快换钻套

（4）特殊钻套因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图4-4加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大，钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧，一般取H=1～2.5d。

图4-4 加长钻套