双孔钻床夹具设计

洛阳理工学院
课程设计说明书
课程名称：机械制造装备设计
设计课题：钻模夹具设计
专业：机械设计制造及其自动化班级：
姓名：
课程设计任务书
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名：班级：学号：
课程名称：机械制造装备设计
设计题目：钻模钻削夹具设计
课程设计内容与要求：
内容：
见A4图为所示加工弯板，设计一套钻模夹具，便于摇臂钻床的加工。

设计要求：
1.在摇臂钻床上加工2-Φ12的通孔。

2.要求绘制A1夹具装配图一张，A3夹具中零件图一张，A4加工零件图一张，说明书一份。

3.夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于批量生产。

设计（论文）开始日期2012年月日指导老师：
设计（论文）完成日期2012年月日
年月日
课程设计评语
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名：班级：学号：
课程名称：机械制造装备设计
设计题目：钻模钻削夹具设计
指导老师：
课程设计篇幅：
图纸三张
说明书18 页
指导教师评语：
年月日指导老师
洛阳理工学院
目录
绪论 (1)
第一章夹具的发展概况 (2)
第二章专用夹具设计 (4)
2.1设计前的工作准备 (4)
2.1.1 明确工件的年生产纲领 (4)
2.1.2 熟悉工件零件图和工序图 (4)
2.1.3加工方法 (5)
2.2总体方案的确定 (5)
2.2.1 定位方案 (5)
2.2.2 夹紧机构 (6)
2.2.3 选择导向装置 (8)
2.2.4 夹具体 (9)
2.3绘制夹具装配图 (11)
2.3.1 定位、夹紧、导向、夹具体 (11)
2.4夹具精度的验算 (13)
2.4.1误差分析 (13)
2.4.2误差计算 (14)
第三章方案设计论证 (15)
3.1设计思路 (15)
3.2设计方法与结果 (15)
致谢 (16)
感想 (17)
参考文献 (18)
绪论
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，为以后续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。

零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。

在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。

他们时机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。

机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。

通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。

当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而3破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。

使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。

将工件定位、夹紧的过程称为装夹。

工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。

在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。

机床夹具在生产中应用十分广泛。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

第一章夹具的发展概况
机床夹具实在金属切削中用以准确地确定工件位置，并将其牢固地加紧，以接受加工的工艺装备。

它的主要作用是：可靠的保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动轻度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。

因此，机床夹具在机械制造中占有重要的地位。

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。

1、机床夹具的现状
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。

特别是近年来，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）能迅速而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。

2、现代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、高效化和柔性化等四个方面。

（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。

第二章专用夹具设计
2.1设计前的工作准备
1）熟悉任务书，明确设计的内容与要求。

2）熟悉设计指导书、有关资料、图纸等。

3）观看实物，了解夹具的工作过程。

2.1.1 明确工件的年生产纲领
它是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。

如大批量生产时，一般选择机动、多工件，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。

经分析所加工工件属于轻型零件。

结合实际生产类型属于大批生产。

根据所加工工件可知，属于中批生产，经过经济性和实用性考虑,夹具设计成手动，即可满足要求。

2.1.2 熟悉工件零件图和工序图
零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。

图2-1 弯板零件图
已知待加工工件如上图2-1所示，零件材料HT200，加工2-Φ12孔（左边两个孔，前工序已将各部尺寸加工）。

2.1.3加工方法
了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。

这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。

根据零件图可知，本道工序的内容是钻两个Φ12的孔，所选用的是摇臂钻床，在手动的专用夹具中加工完成。

2.2总体方案的确定
2.2.1 定位方案
工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工精度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件。

要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。

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。

选用两段短圆柱销加上窄面上的一个菱形定位销定位在夹具体上，用两段短圆柱销定工件的四个自由度，一窄面上菱形定位销限制两自由度，工件被完全定位。

因此根据本次夹具设计的零件，我设计的定位方案为两短圆柱销和菱形销组合定位，可以制6个自由度。

所选用定位销类型及对比分析：
图2-2短形定位销图2-3菱形定位销图2-4长形定位销
如图2-2短形圆柱销能够使所设计的夹具体占用的空间小且能够满足夹紧要求。

如图2-3菱形定位销，本夹具定位方式为两短圆柱销和菱形销组合定位，选用一个菱形销，这样可以避免过定位，有利于很好的定位，所以选用菱形定位销。

如图2-4长型定位销，不能够满足定位方式同时其所占用的空间太大，不利于节省材料，不经济，也不利于夹具的设计，所以不选用长型的定位销。

图2-5两短圆柱销定位销
综上所述所选用的定位方式为如图2-5两短圆柱销和短型菱形销组合定位。

2.2.2 夹紧机构
(1)夹紧力的方向：
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，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。

(2)夹紧力的作用点：
夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。

确保工件定位准确、不变形。

(3)选择夹紧机构：
在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。

确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：
①安全性夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。

②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。

③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。

④手动夹紧机构应操作灵活、方便。

选用M12的螺栓、斜锲夹紧机构组合来夹紧工件。

确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，要选择和设计动力源。

夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。

方案一使用气动斜锲夹紧机构
方案二使用螺栓手动斜锲夹紧机构
方案三使用偏心夹紧机构
由于工件批量小，宜用简单的手动装置。

气缸成本比较高，且要求密封性良好，同时加工零件时必须保证钻头竖直向下，因此有30度角度要求，因此夹紧力应垂直指向30度斜面。

采用螺栓手动斜锲夹紧机构，使工件装卸迅速、方便。

同时斜锲夹紧机构，夹紧力较小，满足自锁条件。

同时采用螺栓控制前进距离，效果较好，而且结构简单，操作方便。

偏心夹紧机构夹紧力和夹紧行程都较小，同时对于加工零件此种夹紧方式操作不适合，操作不便，安装不易，因此选择方案二螺栓手动斜锲夹紧机构夹紧方式。

2.2.3 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，常用的几种钻套如下图所示
图2-6可换钻套图2-7快换钻套图2-8固定钻套（A、B型）
根据本设计夹具类型，工件大批大量生产，为提高加工效率，所选快换钻套，如下图2-9所示：
图2-9 快换钻套
2.2.4 夹具体
用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。

具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。

夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。

它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，切削力、重力等大小的影响。

夹具体应满足以下几点计算要求：
1、应有足够的强度和刚度；
2、力求结构简单及装卸工件方便；
3、结构工艺形好；
4、排屑切屑要方便；
5、在机床上安装稳定可靠；
6、具有适当的精度和尺寸稳定性
根据要求夹具体选用铸件，这样既满足要求而且工艺性较锻造好，然后对夹具体毛皮加工成如下图2-10所示：
图2-10 夹具体零件图
2.3绘制夹具装配图
2.3.1 定位、夹紧、导向、夹具体
画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，画出夹具体，其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。

对零件编号，填写标题栏和零件明细表。

其中还要在定位，导向完成后进行定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构的强度、刚度验算。

如下图所示：
图2-11 夹具体总装图
（1）总装配图应按国家标准尽可能1：1地绘制，这样图样有良好的直观性。

主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结
构。

（2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（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）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。

（4）画出夹具体及其他联接用的元件（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夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。

如本次设计中的长
420mm ，宽220mm ，高205mm 。

②夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、国定尺寸。

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，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸即公差。

如快换钻套与衬套之间采用间隙配合，其尺寸公差为
7186F k φ，衬套与钻模板之间采用过盈配合，其尺寸公差为7226
H n φ。

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。

如定位螺杆14与夹具体孔的配合7266
H r φ。

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。

如设计中菱形定位销7相对于已加工好两孔中心线位
置要求200.02±mm ；
上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的1/3~1/10,最常用
的是1/3。

（6）标注技术条件和要求。

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的位置精度。

如定位螺杆14与夹具体
底面的平行度不得大于0.01；菱形定位销7和加工工件10φ孔配做，定位销1与
钻模板2和夹具体30上的孔配做，定位销1还与斜面体6和夹具体30上的孔配
做，圆锥销21和固定板22和夹具体30上的孔配做。

③定位表面与导向元件间的位置精度。

快换钻套2孔中心线对于夹具体28底面的垂直度误差不得大于0.01/100。

④导向元件工作面间的位置精度。

两个快换钻套中心线之间满足500.04mm
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。

夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。

（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。

2.4夹具精度的验算
2.4.1误差分析
1、位置精度
夹具的主要功能是用来保证工件加工表面的位置精度。

影响位置精度的主要因素有三个方面：
1）工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差。

2）夹具在机床上对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。

3）加工过程中出现的误差，包括机床的几何精度、运动精度，机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形，受热变形，磨损，调整、测量中的误差，以及加工成形原理上的误差等。

第三项一般不易估算，夹具精度验算是指前两项，其和不大于工件允差的2/3为算合格。

2.4.2误差计算
1、验算中心距50±0.2mm
影响此项精度的因素有：
1）定位误差，此项主要是定位孔Φ32H8与定位轴Φ32h7的间隙产生，最大间隙为0.05mm;
2）钻套与衬套的配合间隙，由
7
18
6
F
k
可知最大间隙为0.025mm；
3）钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽略；
4）钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e=0.034mm。

由于上述各项都是按最大误差计算，实际上各项误差也不可能同时出现最大值，各误差方向也可能不一致，因此，其综合误差可按概率法求和=0.07mm。

该项误差略大于中心距允差0.13mm的2/3，勉强可用。

应减小定位和导向的配合间隙。

第三章方案设计论证
3.1设计思路
（1）首先根据已知工件需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合理。

（2）然后工件主要定位部分为直径为Φ32H8的圆孔，这样我设想用两短圆柱销和菱形销组合定位，正好满足六点定位原理，因此本次设计采用此种定位方案有其优点。

（3）最后将两短圆柱销先固定在夹具体上，利用螺杆和斜锲组合机构夹紧，用两短圆柱销和菱形销组合把工件定位后，可利用螺纹前进来对工件进行夹紧，工件的夹紧力的方向应该垂直与工件的轴线方向，作用点为轴的切点。

3.2设计方法与结果
（1）首先对工件的加工要进行分析，在工件上钻2-Φ12的孔，根据工件的形状和加工要求，我认为采用钻床比较合理。

（2）然后，根据六点定位原理，选用两短圆柱销和菱形销组合，正好满足六点定位原理，由于限制了六方自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧，可以利用螺纹前进来推动斜锲，进行夹紧，因为螺杆的运动控制简单，而且不影响加工过程，所以最总选择螺杆和斜锲组合机构进行夹紧。

（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位约合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。

致谢
在老师和同学的共同努力下，我们在三周的时间内完成了夹具课程设计。

我们花费的时间很长，因为这是同学第一次进行这样的课程设计。

虽然过程中我们遇到了遇到困难，但是在张老师的指点下，同学们都的十分的努力。

我们这次终于把我们所学的知识运用到现实中来了，这对同学们加深对课本知识的理解很有好处。

同学学会了对于不同的待工件设计不同的夹具，对于夹具的各种标准件都学会了如何查标准件手册、如何使用它们。

这些都是因为老师的帮助下，我们才能完成的。

在这里真心感谢张老师。

经过前段时间的辛辛苦苦，我受益匪浅。

这次课程设计把我们所学的专业知识有机的结合在了一起，并在现实生活现实得以应用。

这让我们加深对课本知识的理解的同时，又让我们学会并掌握夹具，专用夹具设计的一般基本方法和步骤。

培养独立设计和思考能力，为后续的专业课程毕业设计打好基础，做好准备，并为以后的工作打下坚实的基础，收获确实不小。

这次课程设计让我对机械装备设计有了进一步的了解，并对机床夹具有所了解。

并收获了很多，给即将踏入工作岗位我们一次很好的锻炼机会。

在此我要特别感谢院系领导给我们这次机会，再次感谢张老师在百忙之中给我课程设计导，衷心地说一句“老师您辛苦了”。

感想
通过这次课程设计实训，使我对机械装备课程有了更进一步的了解。

装备在现在工业中有着重要的作用，当然，我们现在对机械设计只不过时一个初步的了解，这门课程还有更多的知识等着我们去学习，在这两周短暂的课程设计里，我学会了一些机械设计的最基本的理论，同时也对机械装备产生了浓厚的兴趣。

在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多不足之处，在设计和计算过程中也出现了各种各样的错误，在同学和老师的帮助下也都尽量改正了，虽然还存在或多或少的问题，这也是我今后努力的方向，我会继续努力学习，来丰富自己的知识。

在这段时间的不懈努力下，我了解了在课程设计中应注意的问题：
1）注意与工艺规程的衔接，夹具设计应和工序设计统一
所需设计的夹具绝大多数用于零件加工的某一特定工序。

在工艺设计环节中，对该工序的设计已要求设计其定位与夹紧方案，因此夹具设计的具体内容应与工序设计保持一致，不能相互冲突。

2）设计时要有整体观念
夹具设计有其自身的特点：定位、夹紧等各种装置在设计前是分开考虑的，设计后期通过夹具体的设计将各种元件联系为一个整体。

3）设计中应学习正确运用标准与规范
对于国家标准的规范要严格要求和执行。

夹具设计过程中选择各种功能元件时应注意尽可能选用标准件，减少非标准件的设计制造工作量，降低夹具成本。