安徽机电职业技术学院机床夹具毕业设计论文.docx
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安徽机电职业技术学院机床夹具毕业设计论文
安徽机电职业技术学院
anhuijidianzhiyejishuxueyuan
课程设计
课程机械制造工艺与机床夹具
题目回转式钻模设计
系部机械工程系
班级
姓名
学号
指导教师
设计时间
目录
设计任务书………………………………………………………………3
前言………………………………………………………………………4
设计思想…………………………………………………………………8
1、钻床夹具设计过程…………………………………………………10
1.1工件本工序的加工要求分析…………………………………10
1.2确定夹具的类型………………………………………………11
1.3拟定夹具的定位方案和选择定位元件………………………11
1.4确定夹具的夹紧方案…………………………………………12
1.5确定夹具引导元件……………………………………………16
1.6夹具的精度分析与计算………………………………………17
1.7夹紧机构设计与夹紧计算……………………………………18
1.7.1夹紧机构设计……………………………………………18
1.7.2夹紧计算…………………………………………………19
1.8夹具操作过程说明……………………………………………20
2、绘制夹具总图………………………………………………………20
3、绘制夹具零件图……………………………………………………22
4、小结…………………………………………………………………24
5、设计心得体会………………………………………………………24
6、参考文献……………………………………………………………26
附图钻床夹具三维装配图
钻床夹具课程设计任务书
题目：
设计零件的钻床夹具
设计内容：
1、零件图1张
2、钻床夹具装配图1张
3、钻床夹具零件图3张
4、钻床夹具三维图3张
5、课程设计说明书1份
2013年6月18日
前言
1、主要技术指标
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
专用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快速高效夹紧装置，以缩短辅助时间，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中批量生产。
4）使用性好
专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。
5）经济性好
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。
2、设计方案、设计方法、设计手段
（一）研究原始资料
在明确夹具设计任务后，应对以下几方面的原始资料进行研究。
1、研究加工工件图样
了解该工件的结构形状、尺寸、材料、热处理要求，主要表面的加工精度、表面粗糙度及其它技术要求。
2、熟悉工艺文件，明确以下内容
（1）毛坯的种类、形状、加工余量及其精度。
（2）工件的加工工艺过程、工序图、本工序所处的地位，本工序前已加工表面的精度及表面粗糙度，基准面的状况。
（3）本工序所使用的机床、刀具及其它辅具的规格。
（4）本工序所采用的切削量。
（二）拟订夹具的结构方案
拟订夹具的结构方案包括以下几个内容
1）确定夹具的类型
各类机床夹具均有多种不同的类型、钻床夹具有固定式、翻转式、盖板式和滑板式等，应根据工件的型状、尺寸、加工要求及重量确定为回转式。
2）确定工件的定位方案，设计定位装置
根据六点定位原则，通过分析工序图确定工件以椎孔定位，定位元件为心轴。
3）确定工件的夹紧方式，设计夹紧装置
常用的夹紧机构有斜楔夹紧、螺旋夹紧、偏心夹紧、铰链夹紧等。
根据工件的结构，加工方法其因素确定为螺旋夹紧。
4）确定引导元件（钻套的类型及结构尺寸）
钻套的类型有固定式钻套、可换式钻套、快换式钻套、特殊式钻套，根据工件加工量确定为可换式钻套。
5）夹具精度分析与计算
6）绘制夹具总图
3、主要工作程序
1）零件本工序的加工要求分析
2）确定夹具类型
3）拟定定位方案和选择定位元件
4）确定夹紧方案
5）确定引导元件（钻套的类型及结构尺寸）
6）夹具精度分析与计算
7）绘制夹具总图
8）绘制夹具零件图样
9）编写设计说明书
设计思想：
本工序是为一挡环零件加工1个φ10H7的小孔,所设计的一套钻床专用夹具。
主要技术指标能保证工件的加工精度、提高生产效率、工艺性好和使用性好。
我们在设计专用夹具时为了能满足工件的加工精度要求，考虑了合理的定位方案、合适的尺寸、公差和技术要求，并进行了必要的精度分析。
由于是中批量生产，采用了固定式钻床夹具，提高了生产效率。
在工艺性方面使这种夹具的结构简单、合理、便于加工、装配、检验和维修。
在使用性方面这种夹具的操作简便、省力、安全可靠，排屑也方便，必要时可设置排屑结构。
通过对钻床夹具设计的制作，进一步巩固和所学基本知识并使所学知识得到综合运用。
学会查阅和收集技术资料，提高运用计算机辅助设计的能力，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。
设计思想：
以分度盘为主定位，以固定式套筒为辅助定位。
此次需要完成的题目如下：
如下图所示，设计加工挡环上距左端面15±0.05mm的4Xφ4H7小孔的钻床夹具。
图中其他各表面均已加工完毕。
1、钻床夹具设计过程
如下图所示为工件造型图：
1.1零件本工序的加工要求分析
钻距左端15±0.05mm的4Xφ4H7孔
本工序前已加工的表面有：
（1）φ22H7孔；
（2）外径φ36、φ30及两端面。
本工序使用机床为Z5125立钻。
刀具为通用标准工具。
1.2确定夹具类型
本工序所加工一个孔（φ4H7），位于工件外径φ30的圆周上，孔径较小，工件重量轻、轮廓尺寸以及生产量为中批量生产
等原因，采用固定式钻模。
1.3拟定定位方案和选择定位元件
（1）定位方案
根据工件结构特点，设计一下定位方案：
①以φ36孔及其左端面为定位面，以φ22孔内孔设置短销为定位面，限制5个自由度。
这一定位方案，这一定为方案设计基准与定位基准重合，所以ΔB=0。
（2）选择定位元件
选择带台阶面的定位心轴和分度盘的端面，作为以φ4H7孔及其端面距离15±0.05mm的定位元件。
（3）定位误差计算
加工φ4H7孔时孔距尺寸15±0.05mm的定位误差计算
由于基准重合，故ΔB=0；
不存在基准位移误差，故ΔY=0。
由此可知此定位方案能满足尺寸15±0.05mm的定位要求。
1.4确定夹紧方案
工件的夹紧
在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。
为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。
一、夹紧装置的组成及基本要求
工件定位后将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。
（1）夹紧装置的组成由以下三部分组成。
a、动力源装置它是产生夹紧作用力的装置。
分为手动夹紧和机动夹紧两种。
手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。
为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。
机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。
b、传力机构它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。
传力机构的作用是：
改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重。
c、夹紧元件它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。
（2）设计夹紧装置应遵循以下原则：
a、工件不移动原则夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。
b、工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。
c、工件不振动原则对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。
d、安全可靠原则夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。
e、经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。
夹紧机构是指能实现以一定的夹紧力夹紧工件选定夹紧点的功能的完整结构。
它主要包括与工件接触的压板、支承件和施力机构。
对夹紧机构通常有如下要求。
a、可浮动由于工件上各夹紧点之间总是存在位置误差，为了使压板可靠地夹紧工件或使用一块压板实现多点夹紧，一般要求夹紧机构和支承件等要有浮动自位的功能。
要使压板及支承件等产生浮动，可用球面垫圈、球面支承及间隙联接销不实现。
b、可联动为了实现几个方向的夹紧力同时作用或顺序作用，并使操作简便，设计中广泛采用各种联动机构。
c、可增力为了减小动力源的作用力，在夹紧机构中常采用增力机构。
最常用的增力机构有：
螺旋、杠杆、斜面、铰链及其组合。
铰链增力机构常和杠杆机构组合使用，称为铰链杠杆机构。
它是气动夹具中常用的一种增力机构。
其优点是增力比较大，而摩擦损失较小。
d、可自锁当去掉动力源的作用力之后，仍能保持对工件的夹紧状态，称为夹紧机构的自锁。
自锁是夹紧机构的一种十分重要并且十分必要的特性。
常用的自锁机构有螺旋、斜面及偏心机构。
二、夹紧力的确定
（一）夹紧力的三要素
（1）夹紧力的大小
夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。
理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。
其一般根据切削原理的公式求出切削力的大小，必要时算出惯性力、离心力的大小，然后与工件的重力及待求的夹紧力组成静平衡力系，列平衡方程式。
因此，实际设计中常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。
当采用估算法确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。
根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力。
即
公式（4.1）
式中:
Fwk——实际所需夹紧力，单位为N；
Fw——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N；
K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K＝2.5～3，精加工取K＝1.5～2。
（2）紧力的方向
紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。
选择时必须遵守以下准则：
a、夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。
b、夹紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。
c、夹紧力的方向应是工件刚性较好的方向。
由于工件在不同方向上刚度是不等的。
不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。
尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。
（3）夹紧力作用点
夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。
选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。
夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。
合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：
a、夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。
b、夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的部位。
这对刚度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。
c、夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和可靠性。
三、本组工件夹紧
以分度盘、定位轴为主定位，采用M10螺母、端盖、垫圈和定位轴在φ30孔右端面夹紧工件（分度盘与轴通过螺钉径向链接）。
1.5确定引导元件（钻套的类型及结构尺寸）
由于生产量为小批量生产故选用固定钻套。
主要尺寸由《机床夹具零、部件》国家标准GB/T2263—80、GB/T2265—80选取。
钻孔时钻套内径为φ4mm，外径为φ6mm。
。
钻套上端面至下端面面的距离取16mm。
引导元件至定位元件间的位置尺寸为15±0.02mm。
钻套轴线对基面的垂直度允差为0.02mm。
1.6夹具精度分析与计算
所设计夹具需保证的加工要求有：
尺寸15±0.02mm；钻套φ4轴线相对夹具体下底面和相对于定位轴的轴线的垂直度公差都为0.02mm，精度分别验算如下：
（1）尺寸15±0.02mm的精度校核
A、定位误差ΔD，由前计算，已知ΔD=0；
B、定位轴的定位端面至衬套中心距离（50mm）其尺寸公差按工件相应尺寸公差的三分之一取为ΔJ1=0.03mm；
D、麻花钻与钻套内孔的间隙X2=0.04mm；
E、钻头在钻套孔中的倾斜误差：
X1=（B+S+H/2）×X2÷H
由于B=5mm，S=8mm，H=15mm。
所以X1=（5+8+9）×0.04÷18=0.059
G、钻套中间衬套内外表面轴度公差e1=e2=0.02mm；
按概率法相加
ΔT=［（2ΔJ1）2+e12+e22+Δ12+X12］
=0.124mm
ΔD+ΔT=0.124mm＜0.2mm
因而该夹具能保证尺寸18±0.1mm的加工要求。
（2）孔φ10轴线对φ24轴线间垂直度公差0.1mm精度校核
钻套孔轴线对夹具底座间垂直度误差ΔT=0.02mm
因此此夹具能保证两孔轴线的垂直度要求。
1.7夹紧机构设计与夹紧计算
1.7.1夹紧机构设计
根据设计思想，则此钻床夹具采用固定式钻床夹具，草图如下所示：
1.7.2夹紧计算
1）
查表可得
=42.7、xf=1.0、yf=0.7、.
=.0.9
因此Fz=.595N
查表可得
=0.021、xM=2.0、yM=0.8、.
=.0.87
因此扭矩M=1.6Nm
由夹紧力机构产生的实际夹紧力应满足下式
P=K×
其中：
其余系数K=K1×K2×K3×K4
K1——基本安全系数1.3
K2——加工性质系数1.1
K3——刀具钝化系数1.15
K4——断续刀削系数1.2
所以K=1.3×1.1×1.15×1.2.=1.98
考虑实际夹紧力较小，以及所加工零件的结构特征，决定选用螺旋夹紧结构而且不需要进行强度.校核.。
1.8操作过程
扭松螺母将工件装到定位轴上，装上端盖扭紧螺母，则工件被固定。
扭松螺母，拆下垫片，则可取下工件。
2.绘制夹具总图
根据已完成的夹具结构草图，进一步修改结构，完善视图后，绘制正式夹具总装图。
如下所示;
3.绘制夹具零件图如下所示;
4.小结
1）目标完成情况：
经过几个月的努力，设计达到了预想的成功，加工出成品，对于我自己来说已经学到了不少东西。
2）存在不足：
一是对钻床的不熟悉，二是在公差与配合方面的知识所学较少。
3）程序设计中遇到的问题及解决方法：
主要困难：
学院图书馆相关资料有限，设计此项目任务重工作量大物力条件有限以及经济上的原因造成难以落实原材料加工出高精度产品。
5、课程设计心得体会
短暂的两周工艺夹具设计实习在匆匆忙忙中过去了，这次的实习让我受益非浅，学到了很多新的东西，比如工艺设计的流程，加工方案的确定，加工的顺序，刀柄刀具的选择，切削用量的选择，以前这些数据都是随便定的，通过这次的实习才知道真正设计的时候都是要通过查阅相关的手册得来的。
在两个星期中，我们学习了零件的工艺分析、机床的选用，零件工艺方案设计，包括进给路线、加工余量、切削用量、机床夹具的选择等内容。
最终完成零件的机械加工工艺过程卡片，工件的定位和夹紧方案草图，并且在学习以上知识的同时也练习了CAD、UG、数控仿真加工、数控机床加工等知识，既完成了课程，又对以往学习的知识进行了完整的复习，可以说是一举多得。
大大提高了我们的专业水平，培养了我们掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养我们掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼我们分析与解决工程实际问题的能力。
给我们树立正确的设计思想和培养我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。
在过几个月我们即将踏入工作岗位，这次实习正好为我们的未来的打下坚实的基础，让我们更好的适应工作环境，同时也锻炼了我们坚韧不拔，迎难而上的精神。
锻炼了我们发现问题，解决问题的能力。
使我们的专业知识和水平更加的完善。
我们要发扬实习期间的能力和精神，成为社会有用的人才就，为自己开创美好的未来。
在我实习过程中，我的设计老师李老师给了我很大的帮助，我了解到了什么叫工艺设计，怎么样去完成一个工件的全部工艺流程，通过查手册，找数据，给设计过程中的所有数据都能有一个详细的标准，这是我的最终学习目的，现在的学习为的就是以后在工作当中的熟练运用，我想在这两周的实习中我的确学到了很多东西，同时也懂得了很多做人的道理
总体来说，通过这次设计我受益匪浅。
在摸索该如何画出夹具零件图时的过程中，也特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操
最后，我要衷心地感谢老师,感谢同学给我的帮助。
致谢
参考文献
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[2]吴拓.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导.机械工业出版社
[3]徐娟.机械图样识读与绘制.中国科学技术大学出版社
[4]郑修本．机械制造工艺学．机械工业出版社
[5]谢正义．机械产品几何量检测.中国科学技术大学出版社
[6]徐春林．工艺装备三维设计与制造．中国科学技术大学出版社
[7]孟宪栋，刘彤安.机床夹具图册.机械工业出版社
[8]亓四华.工程材料及成型技术基础.中国科学技术大学出版社
[9]王亚芹.机械设计与应用.中国科学技术大学出版社
[10]司乃钧，许小村.机械制造技术基础.高等教育出版社
[11]李华.机械制造技术.高等教育出版社
附图一
附图二
附图三
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