钻孔夹具的设计

辽宁职业学院

毕业论文(设计)

题目钻孔夹具的设计

系（分院）机械工程学院

专业班级机自1034班

姓名

指导教师姓名

职称

日期

辽宁职业学院

毕业论文（设计）任务书

专业班级：机自1034班

学生姓名：

题目：钻孔夹具的设计

上交论文（报告）日期：

答辩日期：

指导教师：

年月日

本人声明

我声明，本论文及其设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。

毕业生签名：

时间：年月日

目录

摘要 (1)

1 钻孔夹具设计 (2)

1.1 设计的目的 (2)

1.2 机床夹具的主要功能 (3)

1.3 机床夹具的特殊功能 (3)

1.4 生产条件 (3)

1.5 夹具总体设计的要求 (3)

1.6 机床夹具的总体形式 (4)

1.6.1 确定夹具体 (4)

1.6.2 确定联接体 (5)

1.7 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则 (5)

1.8 钻孔夹具方案设计 (5)

1.9 制定出合理的设计方案 (5)

2 夹具分类 (6)

3 夹具的定位方式 (7)

4 设计夹紧装置时应注意什么 (8)

5 总结 (9)

参考文献 (10)

致谢 (11)

摘要

在设计的过程中，我综合运用了系统的设计方法和相关设计软件（如CAXA），且应用相关设计资料（包括手册、标准和规范等）以及进行经验估算等方法。运用在学校所学基本理论知识，正确解决工件在加工时的定位和夹紧问题，选择合理的设计方案，进行计算，设计出符合要求、优质、高效、低成本的夹具。并运用所学基本理论知识，解决工件在加工时的定位和夹紧问题，选择了合理的方案和计算，设计出符合优质、高效、低成本的夹具。

关键词：钻孔夹具设计

1 钻孔夹具设计

1.1 设计的目的

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。其目的在于：

1.培养学生综合运用机械设计基础以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，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。

2.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，为以后的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。

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。我国的装备制造业尽管已有一定的基础，规模也不小，实力较其它发展中国家雄厚。但毕竟技术基础薄弱，滞后于制造业发展的需要。我们要以高度的使命感和责任感，采取更加有效的措施，克服发展中存在的问题，把我国从一个制造业大国建设成为一个制造强国，成为世界级制造业基础地之一。

夹具是一种装夹工件的工艺装备 它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中 机床夹具是一种不可缺少的工艺装备 它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等 故机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作在机械加工过程中，夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。对于大批量生产的产品一般选用专用夹具。钻夹具的主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置，根据工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性，选择不同形式的钻模以保证产品精度和生产率。

1.2 机床夹具的主要功能

定位:确定工件在夹具中占有正确的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件的定位面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工面的尺寸和位置精度要求。夹紧 工件定位后将其固定 使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时 受到各种力的作用 若不将工件固定 则工件会松动、脱落。因此 夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。

1.3 机床夹具的特殊功能

1 对刀调整刀锯切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块 它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。

2 导向如钻床夹具中的钻模板和钻套 能迅速地确定钻头的位置 并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式 故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具也具有导向功能。

1.4 生产条件

直径从1毫米以下至120毫米的所有规格钻头都可以使用钻床加工。台式钻床的加工范围通常在15毫米以下。立式钻床的最大加工范围通常在15~75毫米之间。摇臂钻的最大加工范围在25~120毫米之间。各种钻床主轴的锥孔型号和功率不同。最小的高速台钻的功率只有200W，最大的摇臂钻的功率可以达到25KW。台钳常用在立式钻床和台式钻床上，只能夹持小型零件，大中型零件通常在摇臂钻上加工，直接夹紧在工作台上。Z5025型号立式钻床，最大钻孔直径25mm，主轴端至底面距离1000mm，主轴级数9级，主轴转速范围500-2000转每分钟，主轴行程200mm，外形尺寸1050×687×1980

1.5 夹具总体设计的要求

1 夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。

2 夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。

3 夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板

以及各种安全器具。

4 能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。夹具元件

的材料选用将直接影响夹具的使用寿命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。夹具的低成本设计在世界各国都以相当重视。为此，夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产中。宜采用气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产，则宜采用较简单的夹具结构。

5 要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。

6 必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。以上要求有时是互相矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。例如钻模设计中，通常侧重于生产率的要求。

1.6 机床夹具的总体形式

机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。夹具的组成归纳为：

1 定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置。

2 加紧元件及夹紧装置用于固定元件已获得的正确位置的元件或装置。

3 导向及对刀元件用于确定工件与刀具相互位置的元件。

4 动力装置在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液动等动力装置。

5 夹具体用于将各种元件装置连接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。

6 其他元件及装置根据加工需要来设置的元件或装置。

1.6.1 确定夹具体

夹具体上一般不设定位和定向装置，特别是台钻、立钻和摇臂钻上使用时，但夹具体底板上一般都设有翻边或留一些平台面，以便夹具在机床工作台上固定。夹具体一般是设计成平板式（有些夹具体铸造成特殊形状），保证具有足够的刚性。它用来固定定位元件、加紧机构和联接体，并于机床可靠联接。

1.6.2 确定联接体

联接体是将导向装置与夹具体联接的工件，设计时主要考虑联接体的刚性，合理布置联接体的位置，给定位元件、夹紧机构留出空间。此夹具体的联接装置通过内六角螺栓和圆柱销来定位，考虑到刚性问题，在相对应的位置上在用一个联接体支承钻套板，同样用内六角螺栓定位。

1.7 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则

1 夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。

2 工件和夹具的变形必须在允许的范围内。

3 夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构

4 必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。

5 夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。

6 夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。

1.8 钻孔夹具方案设计

方案设计是夹具设计的重要阶段，它在分析各种原始资料的基础上，要完成下列设计工作：

①研究壳体零件原始资料，明确设计要求。

②拟订钻孔夹具结构方案，绘制夹具结构草图。

③绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求。

④绘制零件图。

1.9 制定出合理的设计方案

从另外一方面来说，机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。

1.钻φ4mm的孔

(1)进给量：f=0.2mm/r 查《手册》表10-6 （P429）

(2)切削速度：v=0.41m/s=24.6m/min 查《手册》表10-15 （P437）

(3)机床主轴转速:

ns=1000vc/(Лdw)=1000*24.6/(3.14*4)=1958.6(r/min)

查《工艺手册》表4-5-1 （P176）取ns=1360r/min

所以实际切削速度：v=Лdn/1000=1360*4*3.14/1000=17.08(m/min)

(4)切削工时：

L1=(D-d1)/2*ctgKr+(1-2)=(9-0)/2*ctg60°+(1-2)=2.5mm

L2=1-4 取L2=3mm

L=5.5mm

所以 tm = (L1+L2+L)/nf=（3+2.5+5.5）/(0.2*1360)=0.04(min)

2铰φ6mm的台阶孔

(1)进给量：f=0.3mm/r

(2)切削速度：v=0.33m/s=19.8m/min

2 夹具分类

按钻模有无夹具体，以及夹具体是否可动，而分为下面几类：

1.固定式钻模

这种钻模在使用时，是被固定在钻床工作台。用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系，则需要在机床主轴上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺刀具伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度比较高。

2.回转式钻模

回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。由于回转台已标准化，并作为机床附件由专门厂生产供应，固回转式钻模的设计，大多数情况是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用。

3.翻转式钻模

主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻转式钻模可减少工件装夹的次数，提高工件上各孔之间的位置精度。

4.盖板式钻模

这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。

5.滑柱式钻模

滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了，具有不同的系列。使用时，只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置，就可用于加工。

此次设计的夹具是盖板式，图1为其中部分结构。

图1盖板式夹具

3 夹具的定位方式

加工中，工件定位中的几种情况：完全定位不完全定位欠定位过定位

(1)完全定位

工件的六个自由度全部被限制的定位，称为完全定位。当工件在x、y、z三个坐标方向上均有尺寸要求或位置精度要求时，一般采用这种定位方式。

(2) 不完全定位

根据工件的加工要求，并不需要限制工件的全部自由度，这样的定位，称为不完全定位。

(3) 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，所以是绝不允许的。

(4) 过定位

夹具上的两个或两个以上的定位元件，重复限制工件的同一个或几个自由度的现象，称为过定位。

夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。

4 设计夹紧装置时应注意什么

设计夹紧装置时，应满足下述主要要求：

1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位，为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。

2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。

3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。

4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。

该工件在z轴上的定位，通过v型块和弧形压板实现（如图1所示），y轴上通过两个内六角螺栓定位并加紧（如图2所示）。

图2装夹

5 总结

通过这次课程设计，我们系统地回顾和复习了所学的相关专业知识，同时也深刻体会到学习的重要性并领会到设计也是一种学习的方式。在设计的过程中，我们综合运用了系统的设计方法和相关设计软件（如AUTOCAD），且应用熟悉相关设计资料（包括手册、标准和规范等）以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高。在本次课程设计中，能运用所学基本理论知识，正确解决工件在加工时的定位和夹紧问题，选择合理的设计方案，进行必要的计算，根据课题设计出符合要求、优质、高效、低成本的夹具。并能运用所学基本理论知识，正确解决工件在加工时的定位和夹紧问题，选择合理

的方案，进行必要的计算，根据题意设计出符合优质、高效、低成本的夹具。

参考文献

[1] 陈立德主编．机械制造技术基础课程设计．北京：高等教育出版社，2009

[2] 赵大兴主编．工程制图．北京：高等教育出版社，2006

[3] 王伯平主编．互换性与测量技术基础(第一版)．北京：机械工业出版社，2004

[4] 罗圣国，吴宗泽主编．机械设计课程设计手册(第三版)．北京：高等教育出版社，

2007

[5] 梁炳文主编．机械加工工艺与窍门精选(第一版)．北京：机械工业出版社，2004

[6] 何铭新，钱可强主编．机械制图(第五版)．北京：高等教育出版社，2004

致谢

本论文是在我的指导老师李浩然的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的各位同学们门，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。也特别感谢我的班主任门宏老师，他在百忙之中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见，给予我不少的帮助。