钻床夹具设计论文

本科毕业设计
题目钻夹具设计
学院工学院
专业机械设计制造及其自动化专业
毕业届别2014届
姓名浪万琦
指导教师胡靖明
职称副教授
甘肃农业大学教务处制
二〇一四年五月
钻床夹具设计
浪万琦
（甘肃农业大学工学院机械设计制造及其自动化，甘肃兰州，730070）
摘要：基于在阶梯轴轴颈方向上钻孔的前提下，为了满足加工精度的需要而设计一套钻床组合夹具。

组合夹具属于柔性夹具，柔性夹具是以组合夹具为基础的能适用于不同的机床、不同的产品或同一产品不同规格型号的机床夹具。

柔性夹具元件具有较好的互换性和较高的精度及耐磨性，可根据不同机床和不同零件的加工要求，选用配套中的部分元件组装成所需要的夹具。

首先要分析加工零件的工艺以及技术要求，运用柔性夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案以达到对阶梯轴进行合理的安装、定位、夹紧的目的。

在完成夹具草图以后，进一步考虑元件之间的连接关系和固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动。

然后，运用soildworks进行零件三维图的绘制以及装配体的装配，并完成装配体的二维图。

最后进行论文的撰写、整理、修改和工艺规程卡的编写。

关键词：夹具；组合夹具；钻床夹具；精度；soildworks
Drilling fixture design
Lang wan qi
（Major in mechanical design and manufacturing and automation in the College of institute of Gansu Agriculture University，Gansu Lanzhou，730070）Abstract:Under the premise of the stepped shaft journal drilling direction , in order to meet the needs of precision designed based on a modular fixture drilling . Modular fixture belong flexible fixture , the fixture is a flexible modular fixture based can be applied to different machines, different products or the same product to different specifications of jigs and fixtures . Flexible clamp member having a good compatibility and high accuracy and wear resistance , according to the different processing requirements and different parts of the machine , use the supporting part of the clamp member to the desired assembly . First, you want to analyze processes and technical requirements of machined parts , using the basic principles and methods of flexible fixture design , fixture design scheme proposed in order to achieve a reasonable stepped shaft installation , positioning, clamping purposes. After the completion of the draft fixture further consider the relationship between the components connected and fixed manner , well-designed structure to achieve relative movement between the various components . Then , using soildworks assembly drawing and three-dimensional map of assembly parts , and complete the two-dimensional map of the assembly . Finally, write papers , organize, modify, and write technical rules of the card.
Keywords:Fixtures; modular fixture; drilling jig; accuracy; soildworks
目录
1 绪论 (4)
1.1 机床夹具的发展概括 (4)
1.2 机床夹具的发展方向 (4)
1.4 夹具的设计要点 (6)
1.5 组合夹具 (6)
2 夹具的设计步骤 (7)
2.1 设计方案、设计方法、设计手段 (7)
2.1.1 研究原始资料 (7)
2.1.2 拟订夹具的结构方案 (7)
3 SolidWorks设计软件 (8)
3.1 SolidWorks简介 (8)
3.2 SolidWorks的设计思路 (9)
4 钻床夹具的总体设计 (10)
4.1 设计任务 (10)
5 车床组合夹具原件 (28)
5.1组合夹具原件库 (28)
5.2组合夹具装配体 (36)
参考文献 (38)
致谢 (39)
1 绪论
1.1 机床夹具的发展概括
机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的空间位置，用来加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。

夹具最早出现在18世纪后期。

随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。

现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50％～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10％～20％左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。

近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
1）能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；
2）能装夹一组具有相似性特征的工件；
3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；
4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
6）提高机床夹具的标准化程度。

1.2 机床夹具的发展方向
现代机床夹具的发展方向：主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。

（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。

目前我国已有
夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148～T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。

机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。

精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。

常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。

例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。

目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。

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、模块化夹具、数控夹具等。

为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

（5）模块化模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。

模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。

1.3 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小批量生产。

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。

1.4 夹具的设计要点
确定各表面加工方案，在选择各表面孔的加工方法时，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。

1.5 组合夹具
组合夹具属于柔性夹具，方便组装、拆卸,在一定程度上满足了夹具设计在节约材料上的要求，组合夹具可根据用户的需求任意的组装，以满足用户的需求，同时减少了对材料的浪费。

柔性夹具是以组合夹具为基础的能适用于不同的机床、不同的产品或同一产品不同规格型号的机床夹具，它是由一套预先制造好的各种不同规格和功能的系列化、标准化元件组装而成。

柔性夹具元件具有较好的互换性和较高的精度及耐磨性，可根据不同机床和不同零件的加工要求，选用配套中的部分元件组装成所需要的夹具。

柔性夹具元件可以通过组装、使用、分解、再组装循环使用，与专用夹具相比较具有明显的优势。

可以节约夹具设计制造工时；缩短生产准备周期；节约金属材料；降低生产成本。

2 夹具的设计步骤
2.1 设计方案、设计方法、设计手段
2.1.1 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。

根据设计任务书收集有关材料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和装订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计样图，以供参考。

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。

2.1.2 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快换式钻套。

5）用soildworks绘制夹具零件。

6）用soildworks完成零件的装配体，并导出装配体的CAD二维图。

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)绘制夹具零件的三维图以及完成装配体。

7)导出夹具的装配图。

8）编写设计说明书和工序卡。

3 SolidWorks设计软件
3.1 SolidWorks简介
Solidworks是美国生信国际有限公司推出的基于Windows的三维机械设计软件,是微机版全参数化特征造型软件。

图形界面简捷友好,用户上手快。

只要熟悉Windows，无论有无 CAD的使用经验。

都基本上能用 Solidworks进行设计。

Solidworks 具有功能强大的实体建模能力，形象直观的装配设计，及从三维模型自动转换为二维工程图的功能。

还具有动画和渲染的功能等。

此外。

Solidworks 还提供了全相关的钣金设计和模具设计能力。

以及自由的、开放的、功能完整的包括VB、VC++和支持OLE的开放程序在内的开发工具和强大的数据转换功能。

几乎可以对当今市场上所有CAD软件的输入输出格式进行转换。

传统的夹具设计方法是先根据要加工的零件绘出二维装配图。

再将二维装配图拆画成单个零件图。

设计周期长，尤其是二维装配图直观性差。

对零部件之间的运动
干涉不易判断。

而soildworks则可以避开这些问题，从而方便建模和设计。

自从1995年问世以来，由于其实用性、方便性、创新性、界面的友好性、资源的丰富性、功能的强大性、兼容的多样性，得到了迅速的推广和应用，在全球已拥有超过30万用户。

为了满足中国市场，SolidWorks软件包含了中国机械制图标准，扩大了使用范围，赢得了中国大量用户，而且每天都有新用户出现。

SolidWorks采用的是Windows界面，使用下拉菜单和图标工具相结合的操作指令方式，根据设计内容的不同，可以添加或隐藏不需要的指令工具栏，大部分操作指令可通过图标指令执行，对于熟悉Windows的用户特别易学易用，普遍的设计人员在很短的时间内就可掌握SolidWorks的使用方法，并尽快运用到设计实践中。

SolidWorks属于CAD/CAM类软件，但又与传统的CAD/CAM软件不同。

如AutoCAD等，是名副其实的电子图板，只是提供了一种用于计算机代替手工进行绘图的工具和手段。

SolidWorks软件是一种三维机械设计软件，零件模型、装配体与工程图三种图形模型相互连接，对于任何一种模型的修改，其它两种模型都会发生相应的变化；而且，它具有尺寸驱动功能，通过尺寸标注，可以精确地描述、确定模型的结构和尺寸。

3.2 SolidWorks的设计思路
(1)零件三维模型的建立
要建立起零件的三维模型，首先要根据零件的具体结构勾画出零件的草图，一般来说这些草图是由点、线或者面组合而成的单一、封闭的图形。

根据这些草图进行特征的设计如拉伸、旋转、放样、扫描、倒角、抽壳、拔模等，形成所需的零件的三维模型。

(2)装配造型的建立
装配零部件首先要有装配关系的零件嵌入到装配环境中，按照相切、同轴、重合、平行、垂直等装配关系将零部件之间添加装配约束关系，限制零部件的自由度。

(3)干涉检查
检查相互有接触的零部件之间是否会产生运动干涉，软件可自动进行检查，在系统提示了检查结果后，要对干涉的零件进行尺寸或者位置的修改。

(4)生成爆炸视图
使装配后的零件再次分离，重新设定它们之间的相对位置，明确的显示零部件的结构和相互之间的装配关系。

(5)装配体的运动仿真
根据装配体实际的运动状态，设置有运动关系的零部件之间的相对运动状态，用来检查零部件之间的位置约束和相对运动关系的正确性，并简单明了的进行仿真运动，是运动件的运动轨迹在装配体中的显示。

(6)二维工程图的设计
可以由三维视图直接生成，在二维工程图上可以加注尺寸和技术要求生成工程图样，使三维实体转换成工程图纸。

4 钻床夹具的总体设计
4.1 设计任务
本设计的主要任务是设计一个钻床夹具，在阶梯轴径向钻两个孔，为了使钻孔的位置精确，必须对阶梯轴进行固定定位，提高加工精度，使之满足使用要求。

被加工零件如下：
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。

由于是批量生产，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，进一步巩固了所学的基本知识，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。

此次需要完成的题目如下：
如下图所示，设计加工阶梯轴上的两个φ10H7孔的钻床夹具。

查资料得加工过程中粗车轴端面余量为1.4，半精车轴端面余量为1.3，精车余量为0.1；粗车外圆面余量为2，半精车余量为1.5，精车余量为0.1.图中其他各表面均已加工完毕。

下图所示为工件钻床加工部分：
工件三维实体
钻孔之前已加工的表面有：外径φ30、φ40三个外圆面，两个轴端面。

本工序使用机床为 Z5125立钻。

刀具为通用标准工具。

确定夹具类型：本工序所加工一个孔 (φ10H7)，位于工件外径φ 30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。

4.2工件工艺规程
走刀
工步
工步内容工艺装备主轴
转速
切削
速度
走刀
量
（毫
5 车床组合夹具原件
5.1组合夹具原件库
基础板是组合夹具元件中的最大元件，用作组装夹具的基础，通过把其他元件连接起来成为一套夹具。

按其形状特征可分为方形、长方形、角铁形、圆形等四个组别。

其结构特征又分为简式方形板，二侧槽方形基础板和四侧槽方形基础板。

正方形基础板
支承件包括各种垫片、垫板和支承、伸长板等。

它在夹具中起上下连接的作用，把定位件、导向件同基础板连接起来，是组合夹具中的骨架元件。

下图为三竖槽长方形支承
三竖槽长方形支承
伸长板
定位件包括各种键、定位销、定位盘、角度定位件、定位支承、定位板和V形件等，
这类元件主要用来保证元件与元件间的定位连结和元件间的正确安装与定位。

简式V形支承
导向件包括各种钻模板、钻套和导向支承等，主要用来确定刀具与工件的相对位置，加共时正确引导刀具。

沉孔支承环
快换钻套
下横槽右立式钻模板
沉孔钻模板
紧固件包括各种螺母、螺钉、螺母和垫圈等。

主要用于把夹具上的各种元件连接紧固成一体，以及通过压板夹紧工件。

长方头螺栓
正方头螺栓
平垫圈
带肩螺母
六角螺母
叉形压板夹具原件明细表：
5.2组合夹具装配体
三维立体图
装配体
装配体—爆炸图装配体—二维图
参考文献
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致谢
本论文是在胡靖明老师的悉心关怀和指导下完成的。

在此论文完成之际，谨向胡老师致以最诚挚的感谢。

感谢胡老师对我的悉心指导和培养，给予我许多学习和锻炼的机会，在我论文的选题、研究和撰写过程中倾注了极大的心血和精力。

他乐观豁达的生活态度、严谨务实的教学风格深深地影响着我。

促使我在今后的学习生活以及工作中要踏实勤勉。

他渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐独到的眼光和无穷的创新思维是我永远学习的榜样。

在整个毕业设计的过程中，我学到的不仅仅是毕业设计本身，还有很多毕业设计之外的东西，一种态度，既是对学术的态度，也是对人生的态度，尽自己所能，认真做好手边的事情。

有些东西，最开始接触的时候，我们会觉得很陌生、很难，不知从何入手，这时，我们需要静下心来，仔细分析，将问题一点一点的解决，这是一个漫长的过程，也是一个学习的过程，期间会觉得茫然、困惑、不知所措，但是当我们坚持到最后，完成它的那一刻，我们会觉得很有成就感，那是一种对自己能力的肯定，对自己的认可。

四年的大学时光在我们交上这封论文的这一刻便即将画上句号，无论这份答卷满意与否，我们都将与这份青春告别，但我知道求学之路不会就此而终结，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

四年，无论是在学习还是在生活上，老师们都会悉心给以指导和解答，让我获益匪浅。

一日为师，终生为父，在此，真诚的向所有的老师道一声：“谢谢！”，老师，您们辛苦了。

最后，谨向审阅论文和参加答辩的每一位老师，表示由衷的敬意和感谢，祝愿全天下所有老师身体健康，全家幸福!。