夹具设计(钻孔)说明书.doc

河南工业职业技术学院课设说明书

前言

机械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机械设计，如纺织机械设计、矿山机械设计、农业机械设计、船舶设计、汽车设计、机床设计、压缩机设计、内燃机设计、汽轮机设计、泵设计等专业性的机械设计分支学科。
在机械制造厂的生产过程中,用来安装工件使之固定在正确位置上,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。
机床夹具的作用可归纳为以下四个方面：
1.保证加工精度 机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。
2.提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。
3.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。
4.扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大，例如在卧式车床刀架处安装镗孔夹具，可对箱体孔进行镗孔加工。
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。

1.3零件工艺分析

本次课设是要为此图1-1-3中的端盖设计一个钻3-φ9孔的夹具，最终实现将工件定位，更加精确和方便的完成钻孔工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适中，不要使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。
零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据,本工件放置方法应如图1-3-1所示。工序图给出了零件本工序的工序基准、已加工表面、待加工表面，以及本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面决定了机床夹具的方位方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。工件的待加工表面是选择机床、刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。

2.夹具结构设计

2.1定位机构
在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工作定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。
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。
设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准，均应符合六点定位原理。
由于该零件的加工是钻3-φ9孔并以φ35孔内表面作为定位面，属孔定位类型，因此本次设计采用的定位机构为心轴定位。心轴定位的形式很多，有过盈配合心轴，限制工件四个自由度；间隙配合心轴，限制工件五个自由度；小锥度（1：5000～1：1000）心轴，装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工件，使用小锥度心轴定位可获得较高的定位精度，同样可以限制五个自由度。本次设计的心轴定位选用的是间隙配合心轴定位，分别限制工件的X、Y、Z方向的移动自由度以及X、Y方向的旋转自由度。心轴定位的特点为结构简单、制造容易、夹紧可靠，扩力比80以大，夹紧行程S不受限制，自锁性好，夹紧动作慢、效率低。

2.2夹紧机构
1 .夹紧力的方向的确定：
1）夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。
2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。
3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。
2 .夹紧力的作用点的选择：
1）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。
2）夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。
3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。
4）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。
3. 选择夹紧机构：
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。
2.3 导向装置的选择
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，钻床夹具中钻头的导向采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种。如图2-2-3所示。这些装置均已标准化，可按标准选择。综上分析，本次设计采用固定导向套加工工件，来提高其工作的连续性和其工作效率。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。
用于钻床零件加工的可换钻套装置。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。
钻夹具中的钻套,除要求它引导钻头，钻出正确的孔外，还要求它能在装卸时快而准确。一般在工厂中使用较多的是快换钻套，虽然这种钻套具有快换的优点，但在制造上较复杂；由于采用螺钉来压紧,所以占面大，而又增加制造步骤。
钻模板与支柱之间用开口销连接。

2.4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）夹紧元件及夹紧装置 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。
2.4.1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。
2.4.2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。
2.5绘制夹具零件图

对装配图中需加工的零件图均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽可能与装配图上的位置一致。
1.零件图尽可能按1:1绘制。
2.零件图上的尺寸公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、位置精度、技术要求而定。
3.零件的其他尺寸，如尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整。
2.6 绘制夹具装配图
1.装配图按1:1的比例绘制，用局部剖视图完整清楚地表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理。
2.视工件为透明体，用双点划线画出主要部分（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.按夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。
4.画出夹具体及其它联接用的元件（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)夹具的外形轮廓尺寸，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.夹具装备图上应标注的技术要求
(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、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的夹具图样资料。
7.对零件编号，填写标题栏和零件明细表：
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。
完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。
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。
8.机床夹具应满足的基本要求包括下面几方面：
1)保证加工精度 这是必须做到的最基本要求。其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。
2)夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 在大批量生产时，尽量采用快速、高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求。在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工
3)安全、方便、减轻劳动强度 机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置。要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便。大批量生产和工件笨重时，更需要减轻工人劳动强度。
4)排屑顺畅 机床夹具中积集切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间，降低生产率。因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。
5)机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性 机床夹具设计时，要方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。

3.定位误差设计

3.1误差分析

3.1.1定位误差
工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸，形状和位置三个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的：
1）工件在夹具中的定位、夹紧误差。
2）夹具带着工件安装在机床上，夹具相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差。
3）加工过程中误差，如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差。
其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起爱的加工误差。
3.1.2产生定位误差的原因
1.基准不重合来带的定位误差：
夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准转换误差。
2.间隙引起的定位误差
在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。
3.与夹具有关的因素产生的定位误差
1）定位基准面与定位元件表面的形状误差。
2）导向元件、对刀元件与定位元件间的位置误差，以及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差。
3）夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差。
4）夹紧力使工件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。

3.2定位误差的计算

1.定位误差此项主要是定位孔∮35与定位销∮35的间隙产生，最大间隙为-0.028mm。
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20±0.015mm，误差为0.03mm。
3.钻套与衬套的配合间隙，有∮18H7／h6可知最大间隙为0.024mm。
4.钻套内孔与外圆得同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽 略。
5.钻头与钻套间隙的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e，由下式求出：
e=( H/2 + h + b )△max/H
e----刀具引偏量（mm）
H----钻套导向高度（mm）
h----钻套下断面与工件间的空间高度（mm）
△max----刀具与钻套的最大间隙

刀具与钻套的配合为∮35/r6，可知△max=0.028mm；将H=36mm, h=20, B=30mm代入，可求得e=0.05mm。
由于上述各项都是按最大误差计算，实际上各项也不可能同时出现最大值，各误差方向也很可能不一致，因此，其最和误差可按概率法求和：

该项误差大于中心距允差0.1mm的2/3，可用。
结论

两周的课程设计很快的结束了。在这次课程设计中，我感觉到了自己以前学的知识只是皮毛而已，在实际运用上还有很多不足。理论和实际不能很好的运用，在设计过程中遇到了一些不懂得知识。
在设计的过程中，虽然感觉到不足的地方很多，但是也学到了不少知识。在一定程度上，使我对以前学习过的东西有了加深理解和熟练操作。课程设计是机械专业学习的一个重要的、总结性的理论和实践相结合的教学环节，是综合运用所学知识和技能的具体实践过程。通过本次夹具设计，我对所学的专业知识有了更深刻的理解和认识。课程设计内容源于生产实践，使得课程设计和实践得到了充分的结合，有利于培养解决工程实际问题的能力。以前进工厂实习或参观的时候对夹具也有所了解，而这次课程设计的经历，使我对夹具有了更深刻的认识。
首先根据已知工件的需要，选择加工机床，工件主要定位部分为直径为φ35mm的中心孔和一侧端面，用长销小平面定五个自由度。虽然没有满足六个自由度的要求，但是不影响机床夹具的工作。因为被加工件需要钻三个孔不限制Z向的旋转会增进效率。最后是将定位销和支承板固定在夹具体上，利用销定位、定位轴、螺母和内六角螺钉进行定位、夹紧。这样将工件稳固的夹紧在机床上，能更方便，准确的进行钻孔加工。通过以上这些步骤，此机床夹具可以正常工作，此项设计方案可实施。工件的定位、夹紧符合要求。
这次课设使我对机床夹具设计有了更深刻的理解，特别使其中的技术要求，比如：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，夹具体一般设计成平板式，保证具有足有的刚性，还有设计的装配图应按照1：1的比例画出，视图要完整清楚的表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理，并视所有工件为透明体，用双点划线画出主要部分，并画出定位元件，夹紧机构和导向装置的位置。
希望以后还可以有这样的实习机会，可以学到更多时间性的知识，而且在实习过程中老师还可以教我们许多他以前的工作经验，对我们来说受益匪浅。这两周的课程设计对我来说就像经历了一次考验，结果可能不是最好的，与其他同学相比可能有一定差距，但是相信通过这次的学习和以后的努力，一定可有有所提高！

文献

[1] 作者：吴宗泽，罗圣国，书名《机械设计课程设计手册》，出版者：高等教育出版社，出版年：1999，引用部分起止页：37～46。
[2] 冯辛安，书名《机械制造装备设计》，出版者：机械工业出版社，出版年：2007年，版次：2版
[3] 作者：张海华，书名《机械制造装备设计指导书》 ，出版者：机械工程系，引用部分起止页：44～46页。

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