翻转式杠杆臂钻夹具说明书.docx

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翻转式杠杆臂钻夹具说明书

摘　要

根据设计要求首先确定了杠杆臂的基本设计思路，通过对该零件作用分析，形位公差分析、加工工艺、工序设计完成零件的工艺制造思路。

而后确定了定位基准的选择，和夹紧方式的确定，最后经过反复比对后使用三维造型软件进行了初步的草图绘制，确定夹具的外形尺寸，然后设计钻模板和钻套等，为了简化设计减少非标零件的设计和制造成本，选用了较多的螺钉螺母等非标零件。

本次夹具设计过程中夹具采用进行紧凑的设计方案，这样较为节省材料和成本，但是夹具的安装定位显得比较细致，空间利用率较高。

为了方便的放入和取出工件而不对周边产生操作影响和降低生产效率，采用了钻模板的翻转设计模式，左侧的钻模板在非工作时可以方便的拉起，让工件可以顺利放入，安装完毕后翻下钻模板。

【关键字】杠杆臂，工艺，钻夹具，夹紧，定位

第一章绪论

1.1机床夹具介绍

夹具从1787年至今经过了在工业发展初期。

夹具仅作为加工工艺过程中的辅助工具；到后期机床、汽车、飞机等制造业大力发展后，成为主要工艺装备；直到目前近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具与机床的紧密结合的一路发展历程看来，夹具在工业生产中的重要地位。

现代生产要求企业制造激烈竞争夹具的应用五花八门，近年来年柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）的应用使大批量生产的水平大幅提升。

目前主流的夹具设计要求

1.缩短夹具的制造周期快速适用于新产品设计

2.提高夹具的通用性特征

3.向高精度机床等应用进行发展

4.适用于各种现代化制造技术的新型技术

5.气压液压等原动力的改进应用来提高装夹效率

1.2现代夹具的发展发向

现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：

1.精密化

机械产品精度要求快速提高，夹具的精度要求也应该同步提高。

精密化夹具的结构类型很多，比如应用于精密分度的多齿盘的精密夹具。

2.高效化

高效化夹具有自动化夹具、告诉化夹具、具有夹紧动力模块的夹具，该类夹具的应用将繁重的体力重复劳动力释放出来，节约了人力成本。

例如高速卡盘则可保证卡爪在高速状态下依然可以能正常夹紧工件，大幅度提高加工的效率。

3.柔性化

夹具的柔性化通过调组合方式适应工艺可变因素。

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、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的主要方向。

4.标准化

夹具的标准化与通用化是相关联的，通用化方法包括：

夹具、部件、元件、毛坯和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入并为工作图的审查创造了良好的条件。

目前，我国已有夹具零件、部件的国家标准：

GB2148~2249-80，GB2262~2269-80以及通用夹具标准，组合夹具标准等。

标准化是柔性化高效化的基础，标准化的发展利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

在现代化的机械和仪器的制造业中，利用夹具来提高加工精度和生产率，减少劳动力成本是主要的目标。

可以预见的是夹具四个方面发展后可保证加工质量降低生产成本。

1.3设计目标与任务

本次对于杠杆臂加工工艺及夹具设计的主要任务是：

1.完成杠杆臂零件加工工艺规程的制定；

2.完成钻孔专用夹具的设计。

3.运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

4.提高结构设计能力。

通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。

5.学会使用手册以及图表资料。

掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。

1.4主要研究方向与方法

详细分析零件的主要作用于零件尺寸外形结构，针对尺寸要求与形位公差要求，进行工艺设计和方案对比，择优选择，后续确定零件的粗基准与精基准要求后，针对双工位加工的特点设计出合理的夹紧方式，保证零件的安装与定位得到充分保证。

最后通过三维软件绘制三维夹具，并通过其与cad的转化功能进行转化，修改最后的工程图纸，书写全篇设计论文。

第二章零件分析

2.1零件的作用

课题给出的零件是机床的杠杆臂。

它的主要的作用是实现机床工作部件启起、停止、变速、变向、操纵机构中的传动装置。

要求该零件有足够的强度和刚度，尺寸精度，形状精度，是机床操纵机构中重要零件，影响机床操纵动作及控制机构装置运动的准确性。

2.2零件的工艺分析

对零件进行工艺分析就是研究、审查零件的结构工艺性。

零件设计是否满足加工的工艺性和经济性要求。

图2.1杠杆臂零件产品图

该零件的材料为QT500，球墨铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，强度刚度好、以下是杠杆臂零件需要加工表面以及加工表面的位置要求。

该零件是机床操纵结构中一个重要零件，根据产品零件图2.1分析，有四个面需加工，2个垂直平面铣削，3个通孔需钻铰加工（即Ø10+0.1Ø22+0.28Ø13+0.12）。

根据产品尺寸公差和形状公差要求，用普通铣床和钻床完全能保证该零件的加工质量。

第三章夹具设计

3.1.夹具的工作原理与结构设计

3.1.1定位方案与定位元件：

为了满足杠杆臂的需要，使杠杆臂左右两端底面定位固定，因不同零件存在一定的误差，应使杠杆臂被加工两孔轴线与钻模板轴线的重合，所以将钻模板固定，又因零件要求为垂直距离，所以设计右端平面固定，左端设置螺旋辅助支撑2进行左右两端垂直距离的调整定位。

使其孔轴线与钻模板轴线重合。

（如图3.2所示）

3.1.2夹紧机构：

防止钻孔时零件晃动，应对杠杆臂的两端底面以及前后移动进行定位固定，所以在右端设计定位销7、开口垫圈6、夹紧螺母5对零件零件进行固定；定位销7通过垫圈16和六角螺母15固定于夹具体上。

3.1.3其他辅助设备：

考虑到零件加工存在误差，所以设计螺旋辅助支撑2可以上下升降，使所有零件都能使左右两端面同时得到固定，为防止误差使加工时上下颠簸，设置锁紧螺母1对螺旋辅助支撑进行锁紧，防止钻孔时辅助支撑受力太大而下降影响加工。

设计可调支撑钉11为防止钻孔时零件前后移动，影响加工精度；设计锁紧螺母10，方便了可调支撑钉11的前后移动，提高了定位固定的精度。

设计定位体17为了使零件右端底面固定精度更高。

（如图3.2所示）

图3.1定位零件、固定零件和其他辅助零件

图3.2定位零件、固定零件和其他辅助零件

图3.3夹紧机构

3.2夹具的使用方法

被加工零件放在夹具体上时以右端底面与夹具体接触面重合为基准，将被加工零件右端底面放在平面上，调整螺旋辅助支撑2使零件左右底面同时接触夹具，拧紧锁紧螺母1是螺旋辅助支撑固定；调整可调支撑钉11使被加工零件的垂直孔轴线与钻套轴线重合，拧紧定位销7使零件固定于夹具体上。

3.3夹具与翻转式钻床的固定

夹具夹紧杠杆臂后，加工的时候将承受向下、向内的力以及钻孔时的旋转力，夹具将会受力而产生直线以及旋转运动，所以夹具固定在钻床上应受到约束，因夹具夹紧零件加工时，不因受力而产生位移，影响加工精度，所以对夹具的下面以及左面进行固定。

3.4定位误差分析

本夹具选用的定位元件为一面两销定位。

其定位误差主要为：

销与孔的配合0.05mm，铣/钻模与销的误差0.02mm，铣/钻套与衬套0.029mm

由公式e=（H/2+h+b）×△max/H

△max=（0.052+0.022+0.0292）1/2

=0.06mm

e=0.06×30/32=0.05625

可见这种定位方案是可行的。

3.5夹紧力计算

本夹具是在钻床上使用的，用于定位螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对“17”六角螺母和”11”螺母螺钉施加一定的夹紧力。

由计算公式

Fj=FsL/（d0tg（α+ψ1’）/2+r’tgψ2）（3-1）

Fj－沿螺旋轴线作用的夹紧力

Fs－作用在六角螺母

L－作用力的力臂（mm）

d0－螺纹中径（mm）

α－螺纹升角（゜）

ψ1－螺纹副的当量摩擦（゜）

ψ2－螺杆（或螺母）端部与工件（或压块）的摩擦角（゜）

r’－螺杆（或螺母）端部与工件（或压块）的当量摩擦半径（゜）

根据参考文献[6]其回归方程为

Fj＝ktTs

其中Fj－螺栓夹紧力（N）；

kt－力矩系数（cm－1）

Ts－作用在螺母上的力矩（N.cm）；

Fj=5×2000=10000N

第四章：

翻转式钻床夹具零件的具体设计

4.1钻床夹具的概括

钻床夹具的特点

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。

钻床夹具的设计要点

1、钻套

钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。

根据使用二点，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，赢采用有肩钻套。

（2）可换钻套在成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套

（3）快换钻套在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。

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。

（4）专用钻套在一些特殊场合，可以根据具体要求自行设计钻套

2、钻模板

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。

1.翻转。

装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形夹紧螺钉。

2.固紧。

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。

确定各表面加工方案

在选择各表面的及孔的加工方法时，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

4.2夹具零件的设计

为了节省零件的加工时间，减少家具的成本，在同样的情况下采用了国标零件，减少因为专用零件的开发要花费很多时间以及成本，螺母、垫圈、螺钉、锁紧螺母等零件采用国标零件

4.3夹具体的设计

夹具体是整个夹具的结构基础，它与翻转钻床连接，支撑整个夹具，所以夹具体的设计应符合与钻床连接要求也要符合支撑整个夹具体以及加工时承受的力的机械性能要求。

4.3.1夹具体机构分析设计

夹具体体型比较大，为了减轻其重量，方便在钻床上装卸，所以我将夹具体的后面以及下面个减去一个方形空间。

为了提高夹具体对零件定位的精度，在夹具体上左右两面各设一个突台，提高定位固定精度。

4.3.2夹具体的制造

夹具体是铸造件，铸造完成后要进行时效处理，满足加工强度要求，要对表面进行去除氧化层处理，保证表面粗糙度，满足定位精度。

4.3.3夹具体的固定

夹具下端固定于钻床上，通过凹槽直接防御钻床上，方便与装卸，并能满足加工时对夹具的约束。

4.4定位销的设计

4.4.1定位销的设计

定位销的作用是固定被加工零件的右端，时期在被加工时能够固定不动，提高加工精度。

定位销应先让自己固定于夹具体上，然后将零件放在夹具体上进行定位固定，因而定位销属于一个细长轴，所以定位销要具有足够的强度和韧性，一面在加工时承受不了冲击力而折断，影响加工。

所以定位销的材料选择为20号钢，并进行渗碳处理，渗碳深度为0.8~1.2mm，达到HRC为55~60。

4.5钻模板以及钻套的设计

4.5.1钻模板的设计

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。

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。

1.翻转。

装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形夹紧螺钉。

2.固紧。

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。

钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。

在上述各钻模板结构中，以固定式钻模板钻套底孔的位置精度最高，而以悬挂式钻模板钻套底孔的位置精度为最低。

杠杆臂的夹具属于专用夹具，进行小批量生产，考虑到夹具的加工成本，所以选择固定式钻模板。

为了减少成本又可以进行装卸，我将通过螺钉将它与夹具体固定（如图5.1所示）。

固定钻模板与夹具体，我选择国标零件圆锥销14（6X30）和螺钉9（M8X25）。

在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。

在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在10~30mm之间。

如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。

此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。

因为钻模板13的钻套在顶部，所以将钻模板13的厚度设计为21mm。

因为钻模板4的钻套位于靠右端，所以讲钻模板4厚度定位17mm。

钻模板材料的选择：

钻模板在满足刚性要求的情况下减轻其重量，所以对材料的选择进行了对比。

45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工,模具中常用来做45号钢管模板,梢子,导柱等。

45号钢广泛的应用于机械制造行业，二它的机械性能要求完全满足钻模板的要求，所以选择45号钢作为钻模板的材料。

图4-1

图4.2钻模板与夹具体的固定

4.5.2钻套的设计

钻套结构形式的选择：

钻套的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。

根据使用二点，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。

2）可换钻套在成批生产、大量生产中，为便于更换钻套，采用可换钻套

3）快换钻套在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个工步加工，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套。

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。

4）专用钻套在一些特殊场合，可以根据具体要求自行设计钻套

跟据钻套的选择原则，杠杆臂的加工属于小批量生产，所以选择固定钻套。

又因为右端垂直孔孔径大，钻模板薄，应采用有肩钻套（如图4.1所示）

图4-3

图4-4

钻套的选择：

由于钻套属于国标规定零件，按照杠杆臂钻孔的大小要求，选择国标内的钻套：

无肩钻套3（10G7）和右肩钻套12（B13F7X32）。

4.5.3钻模板与夹具的连接固定

钻模板支撑钻套，对钻套进行定位固定，所以在加工时钻模板将承受力而产生运动，影响加工，所以应对其进行固定。

因为螺钉固定会有空隙产生误差，影响加工精度，所以在应用螺钉的固定的基础上，再加上圆锥销进行定位固定，是钻模板与夹具体紧密结合，以免加工时螺钉松动产生误差，影响加工。

图4-5

第五章总结

通过这次毕业设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了对大学三年中所学基础知识的学习和理解。

毕业设计是理论联系实际的最有效方法。

在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。

这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，通过毕业设计使我学会了从实际出发设计机床夹具和制定工艺文件。

在本次设计中，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。

但也有不足之处，为此，钻孔的专用夹具还有待改进。

无论怎样，这次的毕业设计使我获益良多，是我在学校的最后一次答卷，也是我成功迈向社会的第一步。

通过这段时间对论文的设计让我受益良多，懂得理论与实践的相结合的重要性。

掌握设计步骤，为我们以后参加工作打下结实的基础。

本设计研究过程中仍然存在不足之处，还待于进一步深入，具体如下：

（1）对夹具的分析比较清楚，夹具设计新颖性有待进一步深入；

（2）在设计过程中，应加强CAD软件设计能力和文字编辑能力；

（3）缺乏实际工厂经验，对一些参数和元件的选用可能不是非常合理；

（4）在查阅资料能力方面，资料收集和设计计算等方面还有一些不足。

致谢

本设计是在武正权老师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，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。

在此谨向老师致以诚挚的感谢和崇高的敬意。

做毕业设计也是一个新学习和检验学习知识的过程，充分将学习的知识应用于实际的设计中，温故而知新，有助于我们更好的掌握所学的内容。

在此次论文写作中，我去图书馆查资料，在网上搜集资料，经过几个月的精心准备，在老师的指导下我终于把论文底稿给定了下来，在此要感谢所有曾在论文写作期间对我提供一臂之力的同学和朋友。

最后再次感谢我的指导老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

在这里请接受我诚挚的谢意。

在设计中我深刻的体会到：

无论做什么，都要做一个自始自终的人，尽力把每一个章节都做好，一切按照要求做，充分发挥自己的想象空间和创造能力。

虽然自己将要告别学生生活，但自己在以后工作中还要需要更加的努力学习，我坚信三年的大学搞毕业论文设计工作的过程中，我增长了知识的同时也深刻的发现自己知识的欠缺，自己在学校的书本上学的知识，还远远不能满足以后的需生活，将成为我人生中的一笔宝贵的财富。

最后，感谢学院的各位老师三年来对我们的教育，感谢学院能给我们提供这次非常好的学习实践机会！

参考文献

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化学工业出版社2009.

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