连接头钻床钻孔夹具设计.docx

目 录
毕业设计概述........................................................................................................2
1、任务分析及设计思路................................................................................3
1.1任务分析.........................................................................................................3
1.2设计思路.........................................................................................................3
2、钻床夹具 3
1．1钻床夹具在加工中的作用 3
1．2钻床夹具的确定 3
1．3钻模类型的选择 4
1. 4钻套的选择................................................................................................. 4
1. 5钻模板的类型...............................................................................................4
1. 6专用夹具的组成..........................................................................................4
1．7 工件零件图 4
3、夹具设计 5
2．1 夹具设计的基本原则 5
2．2 定位方案 5
2．2．1 定位元件的确定 5
2．2．2 定位基准的确定 6
2．3 夹紧方案 7
2．3．1 夹紧元件的注意事项 7
2．3．2 夹紧元件的确定 7
2. 4辅助装置 8
2．4．1 对刀装置的确定 8
2．5夹具体装置 9
2. 5. 1夹具体装置的确定......................................................................11
2. 5. 2夹具体装配图的绘制..................................................................11
2. 5. 3误差分析......................................................................................11
2. 6夹具装配总图..................................................................................................11
2. 6. CAD图展示.....................................................................................11

4、作品特点 12
5、设计总结.........................................................................................................13
附录：（设计图纸、工艺卡片、程序等）......................................................15

毕业设计概述
毕业设计是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识以及基本技能，是对学生在校期间所学知识的综合考察，也是对知识转化为能力的实际测验，使学生受到一次较为全面的科研实践与训练。其目的在于： 
一、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。 
二、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。 
三、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。
夹具设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的夹具设计。在产品的生产过程中,用来安装工件固定在正确位置上,完成其切削加工 、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备统称为夹具。如机床夹具、检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。 
钻床专用夹具的作用可归纳为以下四个方面： 
 一、保证加工精度：钻床夹具可准确提高工件孔及孔系间的位置精度可以保证加工精度。 
二、提高生产效率：钻床夹具可快速地将工件定位和夹紧同时还可以省下划线找正的辅助时间，提高生产效率。
三、减少劳动强度：采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。   
四、扩大钻床的生产产量：利用钻模其结构简单制造方便，可使其的批量生产得到广泛应用。
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一、任务分析及思路
1.1 任务分析:
1、明确夹具的功用，选择夹具的类型
2、定位方案的选择、分析、比较和确定
3、夹紧方案的选择、分析、比较和确定
4、对定方案的选择、分析、比较和确定
5、夹具各部分元件的选择
6、夹具的精度分析
7、夹具的特点
1.2 设计思路:
确定夹具功能以及夹具类型，选择定位方案及夹紧方案，对定位方案的选择，夹具各部位零件的选择，夹具的精准度以及夹具的特点
二、钻床夹具
1.1钻床夹具在加工中的作用
（1）保证加工精度，并使工件的加工精度稳定
（2）提高劳动生产率，降低生产成本
（3）减轻工人的操作强度，降低对工人的技术要求

1.2 钻床夹具的确定
钻床夹具的种类繁多，可按夹具的应用范围分为以下几类。
（1） 固定式钻模：固定式钻模是指在使用过程中，其位置在机床固定不动。一般用于在立式钻床上加工直径大于10mm的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。固定式钻模的夹具体上需设置凸缘或耳座，以便将其固定在钻床工作台上。

（2） 移动式钻模：用于钻削中小型工件同一表面上的多个孔。
（3） 分度式钻模：加工同一圆周上的平行孔系，同一截面内的径向孔系或同一直线上的等距孔系时，钻模上应设置分度装置。带有分度装置的钻模称为分度式钻模。
（4） 翻转式钻模：组翻转式钻模一般用于加工小型工件上分布在不同表面上的孔。
（5） 盖板式钻模：盖板式是定位元件，夹紧装置及钻套均设在钻模板上，钻模板在工件上装夹。
（6） 滑盖式钻模：是是一种带有升降钻模板的通用可调夹具。
1.3钻模类型的选择
钻模设计时首先要根据工件的尺寸，形状，重量，加工要求和批量等选择夹具的结构类型，①在加工工件精度要求高且钻孔直径大于10mm时，应选择固定式钻模。②翻转式钻模和移动式钻模适用于中小型工件上的孔的加工，工件装入夹具后的总重量不宜超过10kg。③加工同一圆周上或同一平面内的多个平行孔系时，若夹具和工件的总重量超过15kg，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工。④对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的小型工件，宜采用滑柱式钻。

根据上述介绍本设计夹具采用固定式钻模专业钻床夹具
1.4钻套的选择
钻床夹具的结构特点是它具有特有的钻套和钻模板。钻套是保证钻模中被加工的孔的位置精度，引导刀具，防止其在加工过程中发生偏斜，提高刀的刚性，防止加工时的振动。钻套的类型已经标准化。
①固定钻套:配合或固定钻套结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批量生产。
②可换钻套：采用或配合，间隙配合装入衬套内，用螺丝固定。
③快换钻套：配合或能快速更换不同孔径的钻套。
④特殊钻套：因工件的形状或被加工的孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套。
1.5钻模板的类型
钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。钻模板可分为以下几种类型。
①固定式钻模板：钻模板直接固定在夹具体上。采用两个圆锥销定位及螺钉紧固的结构也可采用整体的铸造或者焊接结构。
②铰链式钻模板：当钻模板妨碍工件装卸或钻孔后需要攻螺纹时，钻模板用铰链装在夹具体上。
③可卸式钻模板：钻模板以两个定位孔在夹具体上的圆柱销和菱形销上定位，并用铰链螺栓将钻模板和工件一起夹紧。加工完毕后需要卸下钻模板才能装卸工件。
④悬挂式钻模板：在立式钻床上采用多轴传动头加工平行孔系时，所采用的钻模板通过两导柱直接悬挂在传动箱上，并随机床主轴往复移动。

1.6专用夹具的组成
（1）定位元件
它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。常用的定位元件有支承钉、定位销、V型块等。
（2）夹紧装置
用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置
（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。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为引导元件。常用的对刀、引导元件有对刀块、钻套等。
(3) 夹具体
用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。
(5) 元件及装置
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。铣床夹具还要有定位键等。

1.7工件零件图
本次设计的是根据所给出零件图的尺寸和结构，设计出适合这个零件的夹具，钻出如下图所示Φ10H7的孔。

图1

零件的加工工艺初步分析
 对于该零件的工艺分析，主要从结构、尺寸上分析，该零件结构属于较规则，
该零件的钻床夹具设计，主要是针对Φ10H7的孔，设计出一个专用夹具以便能够更好的达到加工精度，同时扩大生产效率。采用一般的加工方式，尺寸上可以看出该零件为对称图形、经过查看一些资料对这些尺寸进行了合理的标注：长68±0.2、宽26±0.03。在本工序前各个尺寸要求均以加工完成，对于H7级公差要求的孔可以通过先钻孔后铰孔实现加工精度的要求。

2、夹具设计

2.1 夹具设计的基本原则
（1）保证工件的加工精度，首先在于正确的选定定位基准，定位方法和定位元件，注意要有足够的刚度可以承载或夹持力度保证工件的加工精度：
（2）提高生产效率。专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间：
（3）工艺性能好。专用夹具的结构应力求简单，合理，便于制造，装配，调整，检验，维修等：
（4）使用性能好。专用夹具的操作应简便，省力，安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应遵循手动、气动、液压、伺服的依次优先选用原则；
（5）经济性好。专用夹具应尽可能采用标准元件和非标准结构，力求结构简单，制造容易，尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；

2.2 定位方案
2．2．1定位元件的确定
定位方式和定位元件的选择包括定位元件的结构，形状，尺寸及布置形式等，主要取决于工件的加工要求，工件定位基准和外力的作用状况等因素。
常见的定位元件：
1、 平面定位：一般可分为主要支承和辅助支承两类。
主要支承包括： 支承钉、支承板、可调支承、自位支承。特点:用来限制工件的自由度，具有独立定位作用。辅助支承：用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用，适用于精基准。
2、 内孔定位：包括定位销、圆柱销、定位心轴。特点：适用于粗精准定位，限制转向自由度
3、 外圆定位：包括V形块、定位套和半圆套。特点：对中性好，安装方便，成本低，可用于粗精基准。

该工件的加工精度有Φ10的孔精度为H7的孔的粗造度为1.6，同时也要保证Φ10H7的孔中心线与Φ20H7的孔中心线距离在34±0.01内。考虑到与Φ10H7孔的加工精度及加工要求，现在满足加工要求的前提下设计夹具。

2．2．2定位基准的确定
工件在机床上或夹具中未占用正确位置是无法进行加工的如（图2）因此要对工件的自由度进行限制。通过对工件进行分析，可采用圆柱心轴Φ20H7的孔进行定位，此时就限制了X,Y,方向上的移动和旋转。

图2

由于工件置于水平面上进行定位，以此来限制Z方向的自由度的移动，同时更有利于工件的加工时的稳定。但是此时还有Z方向上的旋转这一自由度未被限制。Z方向的旋转会影响工件的加工精度，因此必须将Z方向的旋转自由度进行限制。此时就需要一个可移动的V型块在工件的左端进行限制，同时可以避免过定位。（如图3）

图3

对于工件的定位装置时，除根据六点定则确定限制自由度和定位元件外，还必须考虑工件的定位精度是否足够。对于精度为H7级公差的孔通常采用精度为 g6或f7的定位稍或者圆柱心轴与工件定位基面进行配合，定位稍与夹具体可采用的过盈配合，（如图4）此外定位原件上的定位表面还有较小的表面粗糙度，例如Ra0.4μm，Ra0.1μm，Ra0.2μm。此外由于定位基准和定位表面的误差以及基准不重合误差的影响，工件在夹具中的位置发生变动，导致工件的定位精度下降，因此定位原件应还具备较好的耐磨性。

图4

对于V型块其精度，强度及耐磨性等一般都能满足正常的加工需求，可直接从市场购买，购买时应选择90°夹角的可移动V型块（如图5）

图5
在设计定位平面时要对夹具的总体进行考虑，此处选择长方体平面作为定位平面，定位平面需要比工件大，即此处应选择尺寸为66×36的平面，考虑到夹具的整体结构性，所以该平面需更大，可使用150×120厚20mm的毛胚，再将平面铣平，以此作为定位平面。（如图6）

图6

2．3 夹紧方案
2．3．1 夹紧元件的注意事项
（1）夹紧力的方向：夹紧力的方向应朝着定位基准面，同时加紧力的方向尽可能的与切削力和工件重力相同。从而能简化夹紧装置的结构和便于操作，减小工人的劳动强度。
（2）夹紧力的作用点的选择：夹紧力的作用点应选择在定位元件的支承范围内。夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形对加工精度的影响。加紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小工件转动趋势或变形。
（3）夹紧力大小的估算：需要考虑工件受到的切削力，离心力，惯性力及重力，利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出，但是实际上，夹紧力的大小还与工艺的系统的刚性，夹紧机构的传递效率有关因此只能进行粗略的计算。
(4）减小夹紧变形的措施：增加辅助之承和辅助夹紧点，分散着力点，增加压紧件接触面积。

确定夹紧机构要注意以下几方面的问题： 　
夹具的动力源有手动，气压，液压，电动，电磁，弹力，离心力，真空吸力等。在设计夹紧机构时应同时考虑所采用的动力源。选择动力源时通常应遵以下几方面的问题。
（1）安全性：夹紧机构应具备足够的夹紧力，以防止因反作用力夹伤操作人员。
（2）经济性：要考虑经济效益，不仅应使动力源设施的投资减少，而且应适当使夹具结构简化，降低夹具的成本。
（3）适应性：动力源的确定很大程度上决定了所采用的夹紧机构，因此动力源必须与夹紧机构结构特性，技术特性，以及经济价值相适应，以提高夹具的工作效率。 　
（4）操作性：手动夹紧机构应具备操作灵活、方便等特点。
2．3．2 夹紧元件的确定
常用的夹紧机构：
（1）斜楔结构：是利用其斜面移动产生的压力来夹紧工件，即起楔紧的作用，由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力较小，且操作费力的特点，所以仅在一些小型钻床和铣床上应用
（2）螺旋夹紧机构：采用单个螺旋夹紧或其他元件组合实现工件夹紧的机构，具有增力比大，自锁性能好两大特点，适用于手动夹紧装置中
（3）偏心轮机构：用偏心件直接或间接与其他元件组合来实现夹紧工件的机构，其特点省力、安全、更换元件方便，对工人技术要求低，制造成本低。
（4）铰链夹紧机构：是由铰链杠杆组合而成的一种增力机构，其特点是结构简，增力倍数较大，摩擦损失较小，但无自锁性能在机械化装置中得到广泛应用。
（5）联动夹紧机构：利用一个原始作用力实现单件或多件的特点，多向同时夹紧。
(6) 定心夹紧机构：一种能同时实现定位和夹紧的特殊夹紧机构。主要适用于在装夹回转体的夹具例如（三爪卡盘，弹簧夹头）。

根据上述在定位时在定位时，采用可移动V型块进行定位，防止过定位的发生，同时也为加紧装置的设计做了铺垫在夹紧时，可使用梯形螺纹传动，来带动V型块移动实现工件的夹紧，同时螺纹夹紧自锁性好，适用于手工夹紧。对于传动螺纹（在此处使用最常用的传动螺纹梯形螺纹Tr10×2）夹紧装置如图7所示，当需要夹紧工件进行加工时，只要旋紧螺杆就可以实现V型块的夹紧，加工完成后，旋开螺杆，在螺杆的带动下将V型块拉开，就可以卸下工件。

图7

2．4 辅助装置
2．4．1 对刀装置的确定
钻套是钻模上特有的元件，用来引导刀具，来保证加工孔的位置精度以及提高工艺精度以及工艺系统的刚度。因为被加工孔的基准（H7），所以钻套导向孔的基本尺寸可取被加工的孔的基本尺寸，加工孔的尺寸为Φ10，精度为G7或F8，因为加工的孔Φ10H7（），为保证精度，钻套的内孔应选G7的公差（）。钻套并非单独使用，其要被安装在钻模上才能发挥其作用，因此钻套也要与钻模配合，可采用的配合精度。此外钻模板还需要安装在夹具上，为了确保钻模板安装在夹具体上的精度符合加工要求，钻模板通过定位销定位与夹具体连接，确保钻模板的位置精度，然后再用螺栓连接上紧。如（图8）所示。

图8

2．5夹具体装置
2.5.1夹具体装置的确定
夹具体是将夹具上的各种装置和原件连接成一个整体的最大，最复杂的基础件。夹具设计原则应遵循以下几点。
（1）应有适当的精度和尺寸的稳定性。
（2）应有足够的强度和刚度。
（3）应有良好的结构工艺性和使用性。
（4）应便于排除切屑。
（5）在机床上的安装应稳定可靠。
夹具上的各种装置通过夹具连接成一个整体，实现夹具的功能。如（图9），该夹具可以通过铸造完成，材料为HT200，这样的夹具体同时可以省去定位平面，因为可以在夹具体的上表面铣出一个平面用来定位，但要确保与工件底面接触的面都要被铣到，为了保证夹具体上个装置的安装精度，在影响安装精度位置要进行加工，加工的粗糙度为0.8。

2.5.2夹具体装配图的绘制

图9

2.5.3误差分析

用夹具装工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度很多，与夹具有关因素有，定位误差ΔD，对刀误差ΔT,夹具在机床上安装误差ΔA和夹具误差ΔJ。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其他因素综合称为加工方法的误差ΔG。上述各项误差均导致刀具相对于工件的位置不确定，从而形成总的加工误差ΣΔ。
（1） 定位误差

工件定位孔Φ20H7（Φ20mm），定位稍为Φ20g6（Φ20mm），工序尺寸（34±0.1）mm，的工序基准为A，故定位基准与工序基准不重合，基准不重合误差为：∆B＝δ
s＝0.02mm。
由于定位基准的偏移是单方向的，所以其移动方向最大偏移量为半径方向上的最大间隙，

∆Y＝＝＝＝0.0205mm

所以定位误差为∆D＝∆Y+∆B＝0.0205+0.02＝0.0405mm。

（2） 对刀误差

在不考虑钻头偏斜，钻套导向孔尺寸为Φ10mm；铰刀为Φ10mm对刀误差为∆T＝0.020-0.006＝0.014mm

（3） 安装误差
∆A＝0
（4） 夹具误差
定位元件相对于安装基准的误差∆J因为定位稍安装在夹具体上是过盈配合，所以∆J1＝0，定位元件相对于刀具或导向元件的误差∆J2,∆J2＝0.01+0.01＝0.02mm。导向元件相对于安装基准的误差∆J3，钻套安装在钻模板上位过盈配合，但是在钻模板安装在夹具体上的误差为0.01mm，所以∆J3＝0.01mm。
综上所诉∆J＝∆J1+∆J2+∆J3＝0+0.02+0.01＝0.03mm
（5） 加工方法的误差∆G
∆G＝工件加工公差/3＝0.2/3＝0.067mm
工件在夹具中加工时，总的加工误差为上述各项误差之和，由公式Σ∆＝√（∆A)²+(∆T)²+(∆A)²+(∆J)²+(∆G)²可知Σ∆等于√0.0405²+0.014²+0+0.03²+0.067²＝0.085mm
Jc＝δk-Σ∆＝0.2-0.085≥0
经计算该夹具具有一定的精度储备，可以满足加工尺寸的精度要求。

2．6夹具装配总图

作品特点
本产品能使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生震动，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。安装定位方便快捷；可调范围大，通用性好；操作调整简单省力，加紧动作迅速可靠。能降低工人技术等级要求，生产效率大大提高，且本产品制作成本低，物美价廉。
设计总结
在本这次的设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，也学会了理解。
夹具设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
通过这次夹具设计，我在很多方面都有所提高。综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次套筒零件键槽专用夹具设计工作的实际训练，从而培养和提高自我独立学习工作能力，巩固与扩充了夹具设计等课程所学的内容，掌握夹具设计的方法和步骤，掌握夹具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了夹具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程也都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，我体现出自己单独设计夹具的能力以及综合运用知识的能力，也体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦之情！
参考文献

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[2] 机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994 年

[3] 机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年

[4] 机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990 年

[5]金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月

[6]机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997