回转式钻床夹具设计.docx

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回转式钻床夹具设计

鄂东职业技术学院

毕业设计（论文）

题目：

回转式钻床夹具设计

系　　别：

机械工程系

专业班级：

数控0911

学生姓名：

林斌易佳伟

学号：

5862

指导教师：

董菊明

诚信声明

本人郑重声明：

本人所呈交的毕业设计（论文）《回转式钻床夹具设计》是在董菊明教师的指导下，根据任务书的要求，独立撰写的。

本设计（论文）中所引用的其他个人或集体已发表的文字和研究成果，或为获得教育机构的学位或证书所使用过的材料，均已明确注明。

凡为本文的撰写所提供的各种形式的帮助，本人在致谢中已经明确表达了谢意。

本人完全意识到本声明的法律结果。

毕业论文（设计）作者签名：

林斌易佳伟

2012年4月12号

学生姓名

易佳伟、林斌

专业班级

S0911

学　　号

62、58

课题名称

回转式钻床夹具设计

指导教师及职称

董菊明

（以下内容指导教师可根据实际情况进行调整）

一、课题介绍

1、目的

综合、归纳、运用机械方面的知识，掌握机械零部件设计方法、设计步骤、设计计算过程，具有运用计算机分析和设计常用机械零件和简单传动装置的能力。

2、任务

为一套筒零件孔加工设计一套钻床夹具

3、拟重点解决的问题

二、主要内容

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

专用夹具的结构应简单、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用量。

（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，如车床夹具可有角铁式、圆盘式等，钻床夹具有固定式、翻转式、盖板式等，应根据工件的形状、尺寸、加工要求及重量确定合适的夹具类型。

2）确定工件的定位方案，设计定位装置

根据六点定位原则，分析工序图上所规定的定位方案是否可取，否则应提出修改意见或提出新的方案，与有关工艺人员协商后确定。

3）确定工件的夹紧方式，设计夹紧装置

夹紧机构应保证工件夹紧可靠、安全、不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。

同时夹紧机构的复杂程度应与工件的生产类型相适应。

必要时还应进行夹紧力的估算。

4）确定引导元件（钻套的类型及结构尺寸）

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

三、主要仪器设备

机算机（CAD绘图）

四、主要资料及参考文献

1、《机床夹具设计》

2、《机械制造技术》

3、《公差配合与技术测量》

五、预期设计（论文）成果

1、提高运用机算机（CAD）进行绘图、设计的能力。

2、掌握钻床夹具设计方法、设计步骤、设计计算及分柝过程。

任务下达时间

2012年3月20日

毕业设计（论文）开始

与完成时间

预计毕业答辩时间

毕业设计进度安排

周　　次

工　作　内　容

检查方式

第8周至第8周

相关文献,资料和参考书的准备阶段

第　周至第　周

研究原始资料阶段

第　周至第　周

夹具概要设计、计算阶段

第　周至第　周

拟订夹具的结构方案阶段

第　周至第　周

绘制夹具总图及零件图样阶段

第　周至第　周

撰写毕业论文阶段

第　周至第　周

论文修改及准备答辩阶段

第　周至第　周

答辩日期

专业教研室负责人意见

签名：

年　月　日

系审核意见

（系公章）　

年　月　日

任务下达人签　字

年　月　日

任务接受人签　字

年　月　日

备　注：

1、此表由各专业教研室统一规格后打印。

2、本任务书一式三份，由指导教师填写相关栏目，经系审核同意后，系、指导

教师和学生各执一份。

3、本任务书须与学生的毕业设计（论文）一并按要求装订存档。

目录

摘要…………………………………………………………1

1、钻床夹具设计过程…………………………………………2

1.1工件本工序的加工要求分析………………………………………2

1.2确定夹具的类型………………………………………2

1.3拟定夹具的定位方案和选择定位元件…………………2

1.4确定夹具的夹紧方案……………………………3

1.5确定夹具引导元件………………………3

1.6夹具的精度分析与计算…………………………3

2、绘制夹具总图………………………………………………5

3、绘制夹具零件图……………………………………………6

4、小结………………………………………………7

参考文献………………………………………………………8

致谢……………………………………………………………9

附录…………………………………………………………10

1、套筒（工件）加工图样…………………………………10

2、套筒（工件）加工工艺过程图…………………………………11

3、夹具总装图……………………………………………12

4、夹具零件图………………………………………………13

4.1钻套…………………………………………………13

4.2衬套……………………………………………………14

4.3中间衬套……………………………………………15

4.4定位心轴……………………………………………………16

4.5圆柱销………………………………………………17

4.6导套……………………………………………………18

一、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。

二、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

（5）对于孔的垂直度和孔距精度要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱钻模，以缩短夹紧的设计之中周期。

如孔的垂直度公差小于0.1mm，孔距位置公差小于±0.15mm时，如不采取特殊措施，一般不宜采用这类钻模。

若钻模板和夹具体为焊接结构的钻模，因焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般只在工件孔距公差要求不高（大于±0.15mm）时才采用。

当工件被加工孔与定位基准的孔距公差小于0.05mm时，以采用固定式钻模和固定式侧面进行加工。

在大型工件上加工位于同一平面上的孔时，为简化夹具结构，可采用回转式钻模。

2、钻模类型的选择

在设计钻模时，首先需要根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，并考虑生产批量、工厂工艺装备的技术状况等具体条件来选择夹具的结构类型。

在选择时，应注意以下几点：

加工孔径大于10mm的中小型工件时，由于钻销扭矩大，宜采用固定式钻模。

翻转式和自由移动式钻模适用于加工中小件，包括工件在内的总重量不宜>100N。

否则，应采用具有回转式或直线分度装置的钻模。

当加工几个不在同心圆周上的平行孔系时，如工件和夹具的总重量不宜超过150N，宜采用固定式钻模在摇臂钻床上加工。

1.1零件的工艺分析

本工序是为一套筒零件加工4个互成90º的φ10H9的孔,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，采用了回转式钻床夹具，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。

回转式钻模

回转式钻模的结构形式按其转轴的位置可分为立轴式，卧轴式和斜轴式三种。

这类钻模的引导元件－钻套，一般是固定不动的，为了实现工件在一次安装中进行多工位加工的目的，钻模一般采用回转式分度装置。

当工件上的几个被加工的孔，是轴线互相平行的轴向孔或是分布在圆柱面上的径向孔时，使用回转式钻模是很方便的，即可保证加工精度，又可以提钻床夹具

（2）

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

钻模板

   钻模板的结构有3种：

固定式

   钻模板与夹具体固定在一起，如所示。

铰链式

   用铰链1与夹具体2固定在一起，松开螺母7，钻模板3可绕铰销1旋转，方便工件装卸。

悬挂式

   悬挂于机床动力头上，随动力头升降。

下降时靠钻模板夹紧工件。

高生产效率。

1、钻床夹具设计过程

附录图1所示为套筒类工件图样，附录图2为工件工序图，图2中序号15为本工序加工要求。

1.1零件本工序的加工要求分析

1.2钻φ10H9孔

本工序前已加工的表面有：

（1）φ40H7孔及两端面；

（2）外径φ100g6两端面。

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

本工序所加工四个孔（φ10H9），均匀分布位于工件外径φ110g6的圆周上，四个孔互成90º均匀分布，孔径不大，工件重量轻、轮廓尺寸以及生产量为中批量生产等原因，采用回转式钻模。

1.3拟定定位方案和选择定位元件

分度盘的夹紧方案的选择

为了保证工件的加工精度，分度盘除了要相对于夹具体有一个正确的位置外，还要夹紧，通过初步的设计之后，和徐老师商量，选定两套夹紧方案。

1、夹紧方案一

把夹紧件与分度盘定位的圆柱销做成一体，做成阶梯单头螺纹轴的形式，从分度盘上插入，通过夹具体螺纹轴的下端，通过螺母拧紧，通过松紧螺母来实现分度盘与夹具体的松开与夹紧，考虑到当下端面螺母松开或拧紧的时候，螺纹轴会随之转动，所以在螺纹处上一台阶圆柱面处加了一个普通的平键，这样无论怎样松紧下端的螺母，螺纹轴都不会随之转动的。

2、夹紧方案二

把夹紧件与分度盘的圆柱销不做成一体，把分度盘的定位圆柱做成双头螺纹轴的形式，与方案一中同样的部位加一个普通平键，来防止下端面松紧时，螺纹轴随之转动。

3、夹紧方案的比较分析

方案一中的螺纹轴少加工了一段螺纹，减少了加工成本，不需要考虑上端会否松动，但是在夹具体拆装的时候很不方便，因为下面有个键，不容易对准键与键槽的位置，而且拆装时，只能从上往下拆装，而第二套方案则不同，虽然做成双头螺纹轴，增加了工作量，但是拆装比较方便，只要扭掉上端的螺母，可以任意的拆装，经过综合分析比较，选用第二套夹紧方案。

（1）定位方案

根据工件结构特点，其定位方案有二：

①以φ40H7孔及端面B为定位面，以开口垫圈一侧面与外缘毛坯面一侧为防转定位面，限制六个自由度。

这一定位方案，存在基准不重合误差，会引起较大的定位误差。

②以孔φ40H7孔及端面C为定位面，以开口垫圈一侧面与外缘毛坯面一侧为防转定位面，限制工件六个自由度。

这一定为方案设计基准与定位基准重合，所以ΔB=0比较上述两种定位方案，初步确定选用第二种方案。

（2）选择定位元件

选择带台阶面的定位心轴，作为以φ40H7孔及其端面的定位元件。

定位副配合取φ40H7/f6。

（3）定位误差计算

加工φ6H9孔时孔距尺寸36±0.1mm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ΔD=0。

由此可知此定位方案能满足尺寸36±0.1mm的定位要求。

1.4确定夹紧方案

参考夹具资料，采用M20螺母、圆柱销、开口垫圈和定位心轴在φ40H7孔两端面夹紧工件。

1.5确定引导元件（钻套的类型及结构尺寸）

由于生产量为中批量生产故选用可换钻套。

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φ602800100mm、外径为φ12mm01800070；中间衬套内径为φ1202400160mm、

中间衬套外径为φ1802300120mm。

钻套端面至加工面的距离取8mm。

麻花钻选用φ600120mm。

引导元件至定位元件间的位置尺寸为36±0.03mm；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36±0.1mm；孔φ6轴线对φ40轴线间

垂直度公差0.1mm等二项，精度分别验算如下：

（1）尺寸36±0.1mm的精度校核

A、定位误差ΔD，有前计算，已知ΔD=0；

B、钻套与中间衬套间的最大配合间隙ΔT1=0.027mm；

C、定位心轴的定位端面至衬套中心距离（36mm）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、钻套外径与中间衬套内径间的最大配合间隙ΔI=0.027mm；

F、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36±0.1mm的加工要求。

（2）孔φ6轴线对φ40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。

4、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

图。

5、绘制夹具零件图

4.结束语

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，由于条件的限制没能加工出成品，

但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成品

解决方法：

在互连网上收集相关资料与有关公司联系落实加工

4）总结和体会：

这次课程设计给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料，到对夹具精度分析与计算和运用CAD画出夹具零件图到最后夹具总图的成型。

都对我所学的知识进行了检验。

可以说，本次课程设计有苦也有甜。

设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。

因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。

制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，要心平气合的一步一步来。

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，增加了实际操作能力。

在让我体会到了搞设计艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

参考文献

[1]李华.机械制造技术.高等教育出版社,2007

[2]薛彦成.公差配合与技术测量,1992

[3]莫章金·周跃生.AutoCAD2007工程绘图与训练,2007

[4]隋明阳.机械设计基础,2002