机床夹具设计说明书

钻床夹具设计

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，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练

在工场机器生产中，夹具起到至关重要的作用，工件安装主要靠专用夹具来完成，专用夹具的设计直接关系到零件能否满足加工质量的要求，以及生产力水平效率的提高。

专用夹具的设计步骤：

1、设计前的准备工作

在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部件装配图，了解零件的作用结构特点和技术要求;其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。

（1）明确工件的年生产纲领

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，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。

（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，4个螺纹孔的直径为ψ8，圆柱高为38mm，外圆ψ70mm。里孔ψ35设计钻4—M8底孔的孔夹具。

（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4个M8螺纹孔。

2、总体方案的确定

（1）定位方案

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。

选用内六角螺栓将长圆柱销定位在夹具体上，在圆柱销的面上钻四个通孔。用一面两销定工件的五个自由度。根据本次夹具设计的零件，我设计的定位方案为心轴定位和销组合定位，可以制6个自由度。还有个方案为在零件的3个面布置6个支撑钉或底面放一个支撑板，个侧面布置3个支撑钉，但这个方案较为复杂，切不利于夹紧结构的布置，从总体上讲比较复杂，故不选。

（2）选择加紧机构

①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。

②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。

③选择夹紧机构：

（3）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。

选用M12的镙柱、开口垫圈和M18的外六方螺母来夹紧工件。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。

方案一使用快速螺旋夹紧机构

方案二使用螺旋夹紧机构

因定位方案选择的是心轴定位，快速螺旋夹紧机构更合适于本方案，所以采用方案一

1、选择导向装置

导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择，为提高加工效率，选择快换导向套加工工件。

2、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。

绘制夹具装配图

3、制图比例1：1

把工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工表面，无关表面可以省略。

4、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松开位置时的夹紧元件的轮廓，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。

5、装配图

（1）总装配图应按国家标准尽可能1：1地绘制，这样图样有良好的直观性。主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结构。考虑到我的加工件比较简单。工件尺寸较小，需放大显示清楚。我采用1：1.5。

（2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位面‘夹紧面和加工表面）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置

（3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。

（4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。

（5）标注必要的尺寸、配合、公差等

①夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。

②夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、国定尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、

铣床夹具的对定装置等。

③夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸即公差。

④夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。

⑤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。

（6）标注技术条件。

①定位元件的定位面间相互位置精度。

②定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。

③定位表面与导向元件间的位置精度。

④导向元件工作面间的位置精度。

（7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。

①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。

②完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。

③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。

6、绘制夹具零件图

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。

夹具精度的验算

1、误差分析

（1）位置精度

夹具的主要功能是用来保证工件加工表面的位置精度。影响位置精度的主要因素有三个方面：

①工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差。

②夹具在机床上对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。

③加工过程中出现的误差，包括机床的几何精度、运动精度，机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形，受热变形，磨损，调整、测量中的误差，以及加工成形原理上的误差等。第三项一般不易估算，夹具精度验算是指前两项，其和不大于工件允差的2/3为算合格。

2、误差计算

（1）验算中心距46±0.03mm，影响此项精度的因素有：

①定位误差，此项主要是定位孔与定位销的间隙产生，最大间隙为0.03mm;

②钻模板衬套中心与定位销中心距误差，装配图标注尺寸为25±0.01mm，误差为

0.02mm；

③钻套与衬套的配合间隙，可知最大间隙为0.025mm；

④钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽略。

⑤钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e，由下式求出刀具与钻套配

合为Φ16H8，可知为0.025mm；可求出e=0.034mm;由于上述各项都是按最大误差计算，实际上各项误差也不可能同时出现最大值，各误差方向也可能不一致，因此，其综合误差可按概率法求和0.07mm.该项误差略大于中心距允差0.1mm的2/3，勉强可用。应减小定位和导向的配合间隙。

(2) 验算两孔平行度精度

工件要求Φ16H8孔全长上允差0.02mm。导致产生两孔平行度误差的因素有：

①设计基准与定位基准重合，没有基准转换误差，但Φ16H8配合间隙及孔与端面的垂直度误差会产生基准位置误差，定位销轴中心与大头孔中心的偏斜角处最大间隙，为定位销轴定位面长度。

②定位销轴中心线对家居体底平面的垂直度。

③钻套孔中心与定位销轴的平行度。

④刀具引偏量e产生的偏斜角。

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。

1、夹具装配图上标注的尺寸

（1）夹具外形轮廓尺寸。

（2）夹具与机床工作台或主轴的配合尺寸，以及固定夹具的尺寸等。

（3）夹具与刀具的联系尺寸，如对刀塞尺的尺寸，对刀块表面到定位表面的尺寸及公差。

（4）夹具中工件与定位元件间，导向元件与刀具、衬套间，夹具中所有相互间有配合关系元件应标注配合尺寸，种类和精度。

（5）各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间装配后的位置尺寸及公差。

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1/3~1/10,最常用的是1/3。

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间相互位置精度。

（2）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。

（3）定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度。

（4）各导向元件的工作面间的相互位置精度。

（5）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。

对于不同的机床夹具，对于夹具的具体结构和使用要求，应进行具体分析，订出该夹具的具体的技术要求。设计中可以参考机床夹具设计手册以及同类夹具的图样资料。

方案设计论证

1、首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较

合理。

2、然后工件主要定位部分为直径为35mm的圆孔，这样我设想用两面一销定位，正好满足六点定位原理，所以这里就是选择两面一销的优点。

3、最后将两面一销先固定在一块底板上，利用内六角螺钉和定位销定位

和夹紧，两面一销把工件定位后，可利用移动压板来对工件进行夹紧，工件的夹紧力的方向应该垂直与工件的轴线方向，作用点为轴的切点。

4、设计方法与结果

（1）首先对工件的加工要进行分析，已知工件为圆柱柱，在圆柱端面上钻4-M8的孔，根据工件的形状和加工要求，我认为采用钻床比较合理。

（2）然后，根据六点定位原理，选用两面一销，大面短圆柱销定5个自由度，短销定1个自由度，正好满足六点定位原理，由于限制了六方自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧，可以利用移动压板，进行夹紧，因为移动压板简单使用，而且不影响加工过程，所以最总选择移动压板进行夹紧。

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

对夹具设计的心得体会

经过本次的设计，我深深的了解到自己还有非常非常多的不足，书本上的东西不能做到很好的应用，体会到了自己还只是一菜鸟，需要更加的努力。充实自己的知识，才能更好的运用，做出更好的系统。

在陈木其老师和同学的共同努力下，我们在两周的时间内完成了夹具课程设计。我们花费的时间很长，因为这是同学第一次进行这样的课程设计。虽然过程中我们遇到了遇到困难，但是在老师的指点下，同学们都的十分的努力。我们这次终于把我们所学的知识运用到现实中来了，这对同学们加深对课本知识的理解很有好处。同学学会了对于不同的待工件设计不同的夹具，对于夹具的各种标准件都学会了如何查标准件手册、如何使用它们。这些都是因为老师的帮助下，我们才能完成的。谢谢老师。

四周的夹具课程设计过去了，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。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，在这两周短暂的课程设计里，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。

作为一个工科的学生，这样的设计实践是很必要的，我是第一次接触，在这非常感谢老师。也希望类似的工作能多开展，这对我们以后的工作应该很有帮助。在做设计中细心是很重要的，难事只怕有心人。我也学会真正静下心来，认真做工作。这种感觉我很喜欢，也会记住，用在以后的工作中。

最后，希望我的工作也同样得到老师的认同。谢谢！

参考文献

1 刘守勇·机械制造工艺与机床夹具·北京：机械工业出版社，2004

2 王光斗主编《机床夹具设计手册》上海科学出版社1995

3 张世昌·机械制造技术基础·北京：高等教育出版社，2005

4 丁年雄·机械加工工艺辞典·北京：学苑出版社，1998

5 张权民史朝辉主编《机床夹具设计》科学出版社2006

6 王宪魁·机械制造工艺学·北京：机械工业出版社，2002

7 张权民史朝辉主编《机床夹具设计》科学出版社2006

8 赵家齐主编《机械制造工艺学课程设计指导书》机械工业出版社1996

9 洛阳农业机械学院编《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社，1990

10 艾兴肖诗纲主编《切削用量手册》机械工业出版社1990