典型钻床夹具的设计

典型钻床夹具的设计
摘要：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。

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。

关键词：夹具的基本概念，分度装置，零件分析，精度分析，零件的加工工艺
目录
引言 (3)
第1章夹具的基本概念 (4)
1.1夹具的概念 (4)
1.2夹具的组成 (4)
第2章分度装置的设计 (4)
第3章零件分析 (6)
3.1工艺分析 (6)
3.2零件工艺规程设计 (6)
第4章典型夹具的设计 (7)
4.1典型夹具的设计要点 (7)
4.2夹具的设计 (8)
4.3夹紧力的确定 (10)
4.4夹紧表面的选择 (10)
4.5夹紧元件的确定 (12)
第5章夹具设计精度分析 (12)
5.1定位误差的分析与计算 (12)
5.2螺栓的公称直径 (13)
5.3夹具加工精度的分析 (15)
第6章夹具各零件的加工工艺 (19)
6.1底板加工工艺路线 (19)
6.2支撑板加工工艺路线 (20)
6.3钻模板加工工艺路线 (22)
6.4轴加工工艺路线 (23)
6.5分度盘的加工工艺路线 (23)
6.6定位端盖的加工路线 (24)
6.7定位销的加工工艺路线 (25)
机械加工工艺过程卡片 (25)
结论 (27)
【参考文献】 (28)
致谢 (29)
引言
毕业设计是对学生在学完本专业的课程之后进行的一次综合考察，是对学到基本理论、基本原理付诸于实践,经培养其分析问题和解决总是的能力。

它是一次对学生是知识结构、理论水平、实践经验、操作技能、创作思维能力的培养和训练。

我的毕业设计课题典型钻床夹具的设计。

主要内容是：制定被加工工件的工艺规程，并对其尺寸精度进行分析，确定定位基准，设计的夹具并行进行夹具的制作。

夹具设计不仅是新产品投产的重要工艺措施，也是老厂技术改革提高生产率和保证产品质量的主要技术途径。

机床夹具主要有四项功用：1、保证加工精度2、提高生产率降低成本3、扩大机床工艺范围4、减轻工人劳动强度，保证生产安全。

为了适应现代机械工业各向高、精、尖方向发展的需要和多品种、中小批量生产的特点，机床夹具发展方向表现为：精密化、高效化、自动化、标准化、通用化。

我设计的夹具是按工件的某道工序加工，便于成批加工的扇形、圆周上钻孔，保证尺寸精度孔所用的专用夹具。

由于我的水平和经验有限，出现错误请各位老师提出批评和指教。

第1章夹具的基本概念
1.1夹具的概念
机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。

1.2夹具的组成
1、定位元件及定位装置；
2、夹紧元件及夹紧装置（或称夹紧机构）；
3、夹具体；
4、对刀、导引元件及装置（包括刀具导向元件、对刀装置及靠模装置等）；
5、动力装置；
6、分度、对定装置；
7、其它元件及装置（包括夹具各部分相互连接用的以及夹具与机床相连接用的紧固螺钉、销钉、健和各种手柄等）。

第2章分度装置的设计
回转分度装置由固定部分、转动部分、分度对定控制机构、抬起锁紧结构以及润滑部分等组成。

（一）固定部分
它是分度装置的基体，其功能相当于夹具体。

通常采用经过时效处理的灰铸铁制造，精密基体则可以选择孕育铸铁。

孕育铸铁有较好的耐磨性、吸振性和刚度。

（二）转动部分
转动部分包括回转盘、衬套和转轴等。

回转盘通常用45钢经淬火至40-45HRC或20钢经渗碳淬火至58-63HRC加工制成。

转盘工作平面的平行度公差为0.01mm,圆端面
的圆跳动公差0.01-0.015mm,工作面对底面的平行度公差为0.01-0.02mm.。

轴承的间隙一般在0.005-0.008mm之间，以减少分度误差。

如图2—1所示。

图2—1衬套
（三）分度对定机构及控制机构
分度对定机构由分度盘和对定销组成。

其作用是在转盘转位后，使其相对于固定部分定位。

分度对定机构的误差会直接影响分度精度，因此是分度装置的关键部分。

设计时应根据工件的加工要求，合理选择分度对定机构的类型。

如图2—2所示。

图2—2分度盘
（四）抬起锁紧机构
分度对定后，应将转动部分锁紧，以增强分度装置工作时的刚度。

（五）各个结构的材料
分度盘的材料用20钢，渗碳淬火，回火HRC 58-64，定位元件的材料用T8A，淬火HRC 55-60夹紧零件材料用45钢淬火，回火HRC40-45。

第3章零件分析
3.1工艺分析
该零件材料为45号调质钢，具有较高的强度、耐热性、耐磨性及减振性，适用承受较大的压力，要求耐磨的零件。

该零件的加工尺寸为φ160、角度为60度圆形面上钻3个深孔，深度为20±0.05,分度精度和装配误差将影响孔的尺寸精度。

因此，在加工中，保证分度精度和装配很重要。

为了减小定位误差，应保证零件和各项尺寸及相对于零件中心的垂直度和同轴度要求
3.2零件工艺规程设计
1、定位基准的确定：
该项零件是以工件的中心为设计基准的。

根据粗、精基准选择原则，选择转动轴作为定位基准，以保证孔与转动轴轴心线的垂直度及孔的尺寸20±0.05,再以其右端的定位端盖为基准保证圆上孔的位置。

2、确定工艺方案，拟订工艺路线：
根据先加工基准面后加工其他表面，先粗加工后精加工的原则，根据各加工面的要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法，拟订编写机械工艺过程卡片。

第4章典型夹具的设计
4.1典型夹具的设计要点
1、钻模类型的选择
钻模类型很多，在设计钻模时，首先需要根据工件的尺寸、质量、加工要求和批量来选择钻模的结构类型。

选择时注意以下几点：
（1）被钻孔直径大于10mm时，（特别是加工钢件），宜采用固定式钻模。

（2）翻转式钻模使适用于加工中小件，包括工件在内的总质量不宜超过10kg。

（3）肖加工分布不在同心圆周上的平行孔系时，如工件和夹具的总质量超过期15 kg，宜采用固定钻模在摇臂钻床上加工，如生产批量大，则可在立式钻床上采用。

（4）对于孔的垂直孔心距离要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱钻模。

如孔的垂直度公差小于0.1mm，孔距集团公差δ小于±0.15mm时，一般不宜采用这类钻模。

（5）钻模板和夹具体为焊接式的钻模板，因焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般在工件孔距公差要求不高（δ≥±0.15mm）时才用。

（6）孔距与孔和基面公差小于0.05mm时用用固定式钻模。

2、钻套的选择和设计
根据钻套的结构有固定钻套、可换钻套、快换钻套、及特殊钻套四种类型，分别适用不同情况。

3、钻套板的设计
钻模板是供安装钻套用的，钻模板多装配在夹具体或支架上，与夹具上的其他元件相连接或夹具体铸成一体。

如图4—1所示。

图4—1钻模板
4.2夹具的设计
1、夹具方案的选择方案
以圆柱凸台和端面为基准，在转动轴和分度盘上定位。

在用一个圆锥销插在分度盘上的以加工好的锥槽里作径向定位，用螺母和开口垫片将工件夹紧在分度盘上手柄拨动分度销来分度。

这样就可以对工件在一次安装中来变更工位，钻出12个φ10的径向孔。

2、定位元件的选择
在以转动轴和定位端面定位中，定位的最大特点是：工件是以转动轴的中心和定位端盖的端面定位，不论是经过加工与否或精度的高低，也不论是圆柱面或是圆弧面，它们在经转动轴和定位端盖上定位时，其定位基准（轴线）和一个侧面，始终处于中心位置，即定位性很好。

3、夹具体的选择
夹具体是夹具的基础件，如图4—2所示。

要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置等，夹具应满足：1）用有足够的强度和刚度。

2）结构简单，具有良好的工
艺性。

3）尺寸要稳定。

4）便于排屑。

(1)根据钻床与夹具的固定连接，由钻床工作台T形槽的尺寸设计带U形槽耳座的夹具体。

(2)选择夹具体毛坯结构时，根据结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性选择装配结构。

(3)根据工件、定位元件、加紧装置、对刀引导元件以及其它辅助机构和装置在总体上的培植，确定夹具体外形尺寸为180×180×120．
(4)为了便于排除切屑，不使其聚积在定位元件工作表面上而影响工件正确定位，使钻摸板和工件及定位元件相距5-l0mm。

图4—2夹具体
4．夹具辅助支承的选择
工件以转动轴定位时，工件在夹具中的位置，主要是由基本支承按定位基本原理来确定的，但是工件在加工过程中，往往由于工件的支承刚性较差，在切削力、夹紧力、或工件本身重力作用下，单由基本支撑定位，仍然可能发生定位不稳定或引起工件加工部位变形，因而这时需要增设辅助支承。

辅助支承不是定位元件，决不能允许它破坏基本支承应起的主要定位作用。

辅助支承也不能使制件的基准面靠牢定位元件表面，所以它不能起夹紧作用，它仅是用以增加
制件在加工过程中的刚性的装置。

在此夹具中，采用螺钉——螺母式辅助支承的结构简单，缺点是操作麻烦，效率较低。

辅助支承弹簧设置时应使其弹力适当，不可过强，也不可过弱。

通常以能在螺母松开后维持弹力，而受工件重力作用后又能缩回，并保持与工件接触为宜。

否则便将失去辅助支承的作用。

4.3夹紧力的确定
夹紧力包括大小、方向和作用点三个要素，他们的确定是夹紧机构设计中首先要解决的问题。

1、夹紧力方向的选择应遵守以下原则：
夹紧力的作用方向有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。

为此，一般要求夹紧力应垂直指向主要定位表面。

夹紧力的作用方向应尽量与工件刚度最大的方向相一致，以减小工件变形。

夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需夹紧力。

2、夹紧力作用点的选择：
夹紧力作用点的选择是指在夹紧力方向已定的情况下，确定夹紧元件与工件接触点的位置和接触点数目。

一般应注意以下几点：
夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内，以保证工件已获得的定位不变。

夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形。

夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以便减小切削力对工件造成的翻转力矩。

4.4夹紧表面的选择
加工前，工件在夹具的定位原上获得正确的位置后，还必须在夹具上设置夹紧机构将工件夹紧，以保证工件在加工过程中不致因受到切削力、惯性力、离心力或重力等外
力作用而产生位置偏移和振动，并保持已由定位元件所确定的加工位置。

由此可见夹紧机构在夹具中占有重要的地位。

对夹紧装置的要求：
1) 在夹紧过程中应能保持工件在定位时已获得的正确位置。

2) 夹紧应适当和可靠，夹紧机构一般要有自锁作用，保证在加工规程中工件不会产生松动或振动。

在夹压工件时，不允许工件产生不适当的变形和表面损伤。

3) 夹紧机构应操作方便、安全省力、以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产率。

4) 夹紧机构的复杂程度和自化程度应与工件的生产批量和生产方式相适应。

5) 结构设计应具有良好的卜艺性和经济性，结构力求简单、紧凑和刚性奸。

尽量采用标准化夹紧装置和标准化元件，以便缩短夹具的设计和制造周期。

6)、保证规定加工精度实现的条件
机械加工过程中，产生加工误差的因素很多；若规定工件的加工允许差为δ工件，并以Δ夹具表示与采用夹具有关的误差，以Δ加工表示除夹具外，与工艺系统其它一切因素(诸如机床误差、刀具误差、受力变形、热变形等)有关的加工误差，则为保证工件的加工精度要求，必须满足：δ工件≥Δ夹具+Δ加工。

此不等式即为保证实现加工精度要求的条件，称为采用夹具加工时的误差计算不等式。

上式中的Δ夹具包括有关夹具设计与制造的各种误差，如工件在夹具中定位、夹紧时的定位夹紧误差、夹具只机床上安装时的安装误差、确定刀具位置的元件和引导刀具的元件与定位元件之间的位置误差等。

因此，只夹具的设计与制造中，要尽量可能设法减少这些与夹具有关的误差。

这部分误差所占比例越大，留给补偿其它加工误差的比例就越小。

其结果不是降低了零件的加工精度，就是增加了加工难度，导致加工成本增加。

所以，减少与夹具有关的各项误差是设计夹具时必须认真考虑的问题之一。

制订夹具公差时，应保证夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过零件公差的三分之一。

4.5夹紧元件的确定
为了使螺母可靠的夹紧攻击或使螺母实现多点夹紧，由于工件上各点之间的位置误差，一般要求夹紧机构中的螺母和支承要有浮动自位的能力。

否则将会使夹紧机构产生变形或达不到夹紧工件的目的，使螺母及支承件等产生浮动可用垫圈来实现。

此夹紧装置简单，操作方便。

第5章夹具设计精度分析
5.1定位误差的分析与计算
能否保证工件的加工精度，定于刀具与工件之间正确的相互位置，影响这个正确位置关系的误差因素有以下几种：
(1)定位误差：它是指一批工件在夹具中的位置不一致而引起的误差。

如定位副的制造误差而引起的位置不一致；工序基准与定位基准不重合而引起的位置不一致，都属于定位误差，以ΔD表示。

(2)安装误差和调整误差：安装误差是指夹具在安装时，引起定位元件与机床上
安装夹具的装—E面之间位置不确定的误差，以ΔA表示。

调整误差是指夹具上的对刀元件或导向元件与定位元件之间的位置不准确而引起的误差，以ΔT表示。

通常把安装误差和调整误差统称为调整误差，以ΔT—A表示。

(3)加工过程误差，此项误差是由机床运动精度和工艺系统的变形因素而引起的误差，以ΔG表示。

为了保证加工要求，上述三项误差合成后应小于或等于工件公差Δk，即
ΔD+ΔT—A+ΔG≤Δk
在对定位方案进分析时，可先假设上述三项误差各占工件公差的1／3。

定位误差及其产生的原因：
当一批工件用夹具安装，以调整法加工时，一批工件的工序基准在加工尺寸方向上，
相对定位基准的位置变动范围有多大，该加工尺寸边会产生多大的误差，这种由于定位引起的加工尺寸的最大变动范围称为定位误差，以ΔD表示。

1．由基准不重合所引起的定位误差，即定位基准与工序基准不重合。

所以当定位尺寸与工序尺寸方向一致时，则定位误差就是定位尺寸的公差，若定位尺寸与工序尺寸方向不一致时，则定位误差就等于定位尺寸公差在加工尺寸(即工序尺寸)方向的投影，若定位尺寸有两个或两个以上，那么基准补充和误差就是定位尺寸各组成环的尺寸公差在加工方向上的投影和．
2．由定位基准发生位移所引起的定位误差，对于有些定位方式，即使基准重合，加工尺寸也不能保持一致。

是由于定位副有制造误差及包含定位副间的配合间隙引起的。

所以定位基准在加丁尺寸方向上的最大位置变动范围称为基准位移误差，以Δy 表示。

综合上述定位误差产生的原冈分析，无论是基准不重合误差还是基准位移误差，皆是由定位引起的，因此统称为定位误差，定位误差是基准位移误差和基准不重合误差的综合结果。

可表示为ΔD=Δy±ΔB。

定位误差主要发生在调整法加工一批工件。

如果用逐件试切法加工，则根本不存在定位误差。

本套夹具只采用一转动轴和一削边销及定位端盖支承定位，也可相当于一圆柱销和一削边
5.2螺栓的公称直径
(一) 螺栓选用45钢，由表5-1查得σs=355MPa，若装配时不控制预紧力，则螺栓的许用应力与其直径有关，故需采用试算法。

假定螺栓直径d=16mm，有表5-3查的，s=3，则许用应力[σ]=σs／S=355MPa／3= 118．3MPa
(1)由式求得螺栓小径
查表得M=16mm，P=2mm，d=13．84mm，所以M=16mm满足夹紧时的要求。

表5—1螺纹连接件常用材料的机械化性能
表5-2螺栓连接的许用应力和安全系数
表5—3 不控制预紧力时紧螺栓连接的安全系数S(静载荷)
所以选用M16的螺栓，它的许用夹紧力为10300能够满足钻孔所需的夹紧力。

钻孔时还应考虑，钻孔时会产生扭矩，会使工件产生转动趋势，所以还应考虑怎么消除这一力的作用。

由于支承件和工件的两侧面转动时产生摩擦力，即
F=μN，μ=0．15 N=F+G=4084+392=4476
F=μN=O．15*4476=671．4 N
M反=fX0．17=671．4X0．17=114．14N·M
所以M扭(M反)，且方向相反，因此只要工件在夹具体中定位准确可靠，钻削时就不会有偏差。

5.3夹具加工精度的分析
一、加工精度的基本概念
机器零件的加工质量直接影响整台机器的使用性能和寿命。

机器零件的加工选题指标分为两大类：一是加工精度，二是加工表面质量。

所谓加工精度就是指零件在加加工经后是实际几何参数（尺寸、几何形状和表面相互位置）与理想几何参数相符合的程度。

符合程度越高，加工精度越高。

由于加工中的种种原因，实际上不可能把零件做得绝对精确，不可能同理想手完全相符合，总会产生一些偏离。

零件加工后的实际参数与理想参数之间的偏差，就是加工误差。

加工误差的大小可用来评价加工精度的高低。

加工误差小，表明零件的加工精度
高；反之则为加工精度低。

加工误差也可具体分为尺寸误差、形状误差和位置误差三类。

从机器的使用性能上来看，没有必要将零件的尺寸、形状及位置关系做得绝对精确。

从机器加工的经济要求来看，只需要满足零件设计图样所规定的允许误差范围（既公差）既可。

我们研究机械加工精度的目的是要弄清各种因数对加工精度的影响规律，找出提高加工精度的途径，经保证零件的加工质量。

二、获得规定的加工精度的方法
（一）获得尺寸精度的方法
机械加工中达到尺寸精度的方法有如下几种：
（1）试切法——既通过试切—测量—调整—再试的反复过程来获得尺寸精度的方法。

在单件小批生产中常用此法。

（2）定尺寸刀具法――它是用刀具的相应尺寸来保证被工件部位尺寸的方法。

（3）调整法――按工件规定的尺寸预先调整机床、夹具、刀具与工件和相应位置，再进行加工。

工件尺寸在加工中自动获得。

加工精度很大程度上取决于调整精度。

（4）自动控制法――用测量装置、进给装置和控制系统构成一个自动加工系统，使加工过程中的测量、补偿调整和切削等一系列工作自动完成。

（二）获得几何形状精度和方法
零件和几何形状精度，主要由机床精度和刀具精度来保证。

机械加工中获得工件形状精度和方法有以下三种：
（1）轨迹法――轨迹法是得用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面形状的方法。

如利用工件的回转和车刀的直线运动车削圆柱表面。

这种加工方法所能达到在精度，主要取决于成形运动的精度。

（2）成形法――成形法是利用刀具切削刃的几何形状来切削出工件的方法。

如用成形车刀或成形砂轮来加工同转曲面。

这种加工方法所能达到的精度主要取决于切削刃的形状精度与刀具的安装精度。

(3)展成法一—展成法是利用刀具和工件做展成切削运动时，由切削刃在被加工表面
上的包络表面形成成形表面的方法。

(三)获得相互位置精度的方法
零件各表面的相互位置精度，主要由机床精度、夹具精度和工件的安装精度来保证。

零件的尺寸、几何形状及相互位置这三项精度指标是相互联系的，为了达到零件的加工精度要求，必须分析研究加工过程中影响精度的误差因数。

三、影响加工：精度的误差因数
在机械加工过程中，机床、刀具、夹具和工件构成一个完整的系统，称为工艺系统。

在完成一个工序(或一个工艺过程)的加工时，有很多误差因数在起作用，这些因素大致可以分为两部分：一部分是与工艺系统本身的结构和状态有关的因数：另一部分是与金属切削过程有关的因数。

根据研究结果进行归纳，可以将产生加工误差的主要因数具体分成三个方面：
(1) 工艺系统的几何误差一—一它包括机床、夹具、刀具的制造误差和磨损、尺寸链误差、机床传动链的静态和动态误差以及工件、夹具、刀具的安装误差等。

(2) 工艺系统力效应产生的误差———它包括工艺系统弹性及塑性变形产生的误差，工件夹紧误差，惯性力和传动力所引起的误差以及工件残余应力引起的误差等。

(3)：工艺系统热变形产生的误差———它包括机床、刀具、夹具以及工件热变形产生的误差。

四、装配工艺
装配工艺的基本概念任何机器都是由许多零件组成的。

零件是组成机器的最小单位。

按照规定的程序和技术要求，将零件进行结合，使之成为机器或部件的工艺过程称之为装配。

组成整台机器的过程称为总装配(简称总装)，组成部件的过程称为部件装配(简称部装)。

机器的装配是整个机器生产过程中的最后一个阶段。

它主要包括装配、检验、实验、涂装利包装等工作。

通过装配，最终保证产品的质量要求。

常见的装配工作主要内容有：
(1)清洗一—清洗是用清洗剂清除产品或工件在制造、贮藏、运输等环节造成的油污及机器杂质的过程。

在清洗过程中，清洗对保证产品质量和延长产品使用寿命均有重要意义，特别是对像轴承、密封圈、精密元件及有特殊清洗要求的工件更为重要。

(2)连接一—装配过程中有大量的连接工作。

通常连接的方式有两种：一种为可拆卸连接，如螺纹连接、键连接和销钉连接等，其中以螺纹连接应用最广。

另一种为不可拆卸连接，如焊接和过盈连接等。

过盈连接多用于轴、孔的配合，通冷缩配合法常有压入配合法、热胀配合法和冷缩配合法。

一般的机械常用压入配合法，重要和精密机械常用热胀或冷缩配合法。

(3)校正———校正是指正装配过程中对相对零、部件的相互位置的找正、找平和相应的调整工作。

(4)调整—一调整是指在装配过程中对相关零部件的相互位进行的具体调整工作。

除了配合校正工作去调整零部件的位置精度外，还需调整运动副之间的间隙，以保证其运动精度。

(5)平衡一—对于转数高、运转平稳性要求高的机器，为防止振动和噪声，对旋转的零部件要进行平衡，且在总装后，在工作转数下进行整机平衡。

其方法有静平衡和动平衡两种。

五、装配结构的工艺性
装配结构的工艺性，对于装配是一个重要的问题。

工艺人员必须了解设计者的意图，而设计者在设计中也尽可能满足装配的工艺性要求。

通常对装配结构工艺性有下面三个方面的理解：
(1)产品能够被分解成若干个独立的装配单元。

(2)装配中的修配工作和机械加工工作应尽可能少。

(3)装配与拆卸都方便。

装配结构工艺性的优劣，对于能否顺利地拆、装产品，保证装配质量和装配生产率关系甚大。