钻床专用夹具设计3

XXX 大学设计说明书课程名称机械制造装备设计设计课题钻床专用夹具设计专业机械设计制造及其自动化班级XXX姓名XXX目录设计任务书机械械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名XXX班级 XXXXX 学号 XXXX课程名称：机械制造装配设计设计题目：钻床专用夹具设计设计内容与要求：内容：为变速叉设计一套钻模夹具。

设计要求：1.在摇臂钻床上加工8 孔。

2.要求绘制A1夹具装配图一张、A3零件图一张、设计说明书一份。

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，便于大批量生产。

设计（论文）开始日期年月日指导教师设计（论文）完成日期年月日年月日设计评语第页机械工程系机械设计制造及其自动化专业学生姓名 XXX 班级XXXX 学号XXXX课程名称：机械制造装备设计设计题目：钻床专用夹具设计设计篇幅：图纸张说明书页指导教师评语：年月日指导教师XXXX前言机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门主要专业课，其任务是通过该课程的学习，掌握主要机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。

本次夹具设计是机械制造装备设计这门课程的一个重要环节，它是对平时所学理论知识的一个总结和应用。

对所学知识的理解掌握及实际应用能力的培养提高很有帮助。

由于知识能力不足及实际经验的缺乏，设计中难免存在许多错误和不足之处，还望老师多多指点。

第1章 定位方案设计在机械加工过程中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。

这种正确的相互位置关系，是通过工件在夹具中的定位，夹具在机床上的安装，刀具相对于夹具的调整来实现的。

在研究和分析工件的定位问题时，定位基准的选择是一个关键问题。

一般地说,工件的定位基准一旦被选定，则工件的定位方案也基本上被确定。

定位方案是否合理，直接关系到工件的加工精度能否保证。

在分析工件定位时，为了简化问题，习惯上都是利用定位支撑点这一概念，但是工件在夹具中定位时，是把定位支撑点转化为具有一定结构的定位元件与工件相应的定位基准面相接触或配合而实现。

在夹具设计时，工件在夹具中的定位可能有多种方案，为了进行方案之间的比较和最后确定满足工序加工要求的最佳方案，需要进行定位方案的设计。

CC+0.52图1.1 变速叉零件图结合任务书所给零件图，从加工要求考虑，要在变速叉工件上钻一个8φ孔，有角度要求，深度要求和位置度要求，结合图1.1必须限制的自由度有yyz 三个自由度。

方案一：21图 1.21-长定位销；2-支撑板如图1.2所示，工件以变速叉两叉脚左侧面为主要定位面，用支撑板2限制xyz 三个自由度，用长定位销1与0.1050.04512φ++孔配合限制xxzz 四个自由度，其中xz 两个自由度被重复限制，即存在过定位。

虽然变速叉两叉脚允许轻微变形，且有利于增加装夹刚性，但这将不利于保证尺寸00.087.25-。

所以考虑其他方案以消除过定位现象。

方案二：如图1.3所示，工件以变速叉两叉脚左侧面为主要定位面，用支撑板2限制xyz 三个自由度，用短定位销1与0.1050.04512φ++孔配合限制xz 两个自由度，消除了过定位的影响，在工件右端设置一个辅助支撑，其作用是在工件定位后才参与支撑，只起到提高工件刚度和稳定性、承受切削力及辅助定位的作用，不能限制工件的自由度。

但考虑到加紧装置的选择与布置，若采用支撑板则影响加紧装置的放置。

12图 1.31-短定位销；2-支撑板方案三：如图1.4所示，工件以变速叉两叉脚左侧面为主要定位面，用一个支撑钉2 12图 1.41-短定位销；2-支撑钉与变速叉两叉脚左侧面接触，限制xyz 三个自由度，用调整垫片调整两支撑钉高度，减小夹紧后两叉脚变形。

用短定位销1与0.1050.04512φ++孔配合限制xz 两个自由度，消除了过定位的影响，在工件右端设置一个辅助支撑，其作用是在工件定位后才参与支撑，只起到提高工件刚度和稳定性、承受切削力及辅助定位的作用，不能限制工件的自由度。

而且用两个支撑钉定位便于夹紧装置的布置。

比较上述三种方案可知，图1.4所示方案较好，故选择方案三作为定位方案。

按照加工要求，还必须限制工件绕y 轴的旋转自由度y ，限制方法如图1.5所示，挡销放在图1.5()a 所示位置时，由于侧面与0.1050.04512φ++孔轴线的距离较小，又为铸造面，尺寸公差大，因此防转效果差。

挡销放在图 1.5()b 所示位置时与0.1050.04512φ++孔轴线的距离较远，因而防转效果好，定位精度高。

()a ()b图1.5 挡销的布置第2章 定位误差分析与计算用调整法加工一批工件时，工件在定位过程中，会遇到由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准(基面)与定位元件工作表面存在制造误差，这些都能引起工件的工序基准偏离理想位置，由此引起工序尺寸产生加工误差，及定位误差D ∆，其数值大小为工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量。

只有定位误差小于工件相应加工要求的公差的1/5~1/3,定位方案才认为是合理的，因此在夹具设计时必须对定位进行分析与计算。

定位误差由基准不重合误差B ∆和基准位移误差Y ∆两部分组成，定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和，即D B Y ∆=∆±∆其中基准不重合误差B ∆的大小等于因定位基准与工序基准不重合而造成的加工尺寸的变动范围。

需要注意的是，当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向成夹角时，基准不重合误差等于定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。

基准位移误差Y ∆的大小等于因定位基准与调刀基准不重合造成工序尺寸的最大变动量。

当定位基准的变动方向与加工尺寸的方向不一致，两者之间成一定夹角时，基准位移误差等于定位基准的变动范围在加工尺寸方向上的投影。

因此，基准位移误差Y ∆是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于调刀基准的最大变动范围在加工尺寸方向上的投影。

由加工零件图可知，除孔0.108φ+的大小由钻头保证外，本工序的主要加工要求是孔的深度、孔轴线与叉脚左侧面位置度及孔的轴线与垂直面的夹角。

由于夹角未注公差，所以只需计算孔的深度、孔轴线与叉脚左侧面位置度这两项定位误差即可。

1.加工尺寸0.52026mm +的定位误差 采用图1.4所示定位方案时，这种定位方式属于孔销间隙配合的情况，而且在钻孔加工时，切削力向下，即孔0.1050.04512φ++与夹具上的定位销保持固定边接触(如图 2.1)，在这种情况下，孔在销上的定位实际上已由定心定位转变为支撑定位的形式，定位基准变成了孔的一条母线(图2.1所示为孔的上母线)。

此时的定位误差是由于定位基准与工序基准不重合造成的，属于基准不重合误差，与销子直径公差无关。

由此可求出由于孔径变化造成孔心在接触点与销子中心线连线方向的最大变动量为：max min 11()22D D D T -= 即孔径公差的一半。

由前面分析已经知道工件工序基准仍是孔心，且工序尺寸方向与固定接触点和销子中心连线方向相同，所以有：图2.1 孔销单边接触时的定位误差max min 11()22D D D D T ∆=-= 110.52(12.10512.045)mm 0.06mm=0.03mm<mm 223D ∆=-=⨯由此可知，定位误差小于深度误差要求的1/3，因此定位方案的定位精度满足要求。

2.加工尺寸0-0.087.25mm 的定位误差 采用图1.4所示定位方案时，叉脚左侧面既是定位基准，又是工序基准。

对一批工件来讲，叉脚左侧面始终是紧靠在支撑钉2的端面上的，所以叉脚左侧面与夹具上的定位元件基准也是重合的，属于基准重合，所以加工尺寸0-0.087.25mm 没有定位误差。

第3章 引导装置的设计钻床夹具的刀具导向元件为钻套。

钻套的作用是确定刀具相对于夹具定位元件的位置，并在加工过程中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工过程中发生偏斜。

3.1钻套类型的选择按钻套的结构和使用情况，可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种，前三种钻套均已标准化，可根据需要选用，必要时也可自行设计。

固定钻套是直接压入钻模板或夹具体的孔中的，属于过盈配合。

这种钻套位置精度高，结构简单，但磨损后不易更换，故适合于中、小批生产的钻模上或用来加工孔距甚小以及孔径精度要求较高的孔。

为了防止切屑进入钻套孔内，钻套的上下端应稍突出钻模板为宜，一般不能低于钻模板。

带肩固定钻套主要用于钻模板较薄时，用以保持必需的引导长度，也可作为主轴头进给时轴向定程挡块用。

对于要连续加工的孔，如钻-扩-铰的孔加工，则要采用可换钻套或者快换钻套。

可换钻套是先把衬套用过盈配合H7/n6或H7/r6固定在钻模板或夹具体孔中，再采用间隙配合H6/g5或H7/g6将可换钻套装入衬套中，并用螺钉压住钻套。

这种钻套更换方便，适用于中批以上生产。

对于在一道工序中需要连续加工的孔，应采用快换钻套。

快换钻套与可换钻套结构上基本上相似，只是在钻套头部多开一个圆弧状或直线状缺口。

换钻套时，只需将钻套逆时针转动，当缺口转到螺钉位置时，即可取出，换套方便迅速。

由设计任务书可知，要加工的孔+0.108φmm ，精度等级属于IT11~12，a 20μm R ，只需钻削加工即可满足精度要求。

综合考虑到加工类型为大批量生产，最终选用可换钻套。

钻套代号为：8F712k612JB/T8045.21999⨯⨯-。

3.2钻套高度和排屑间隙3.2.1 钻套高度H (图3.1)钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。

钻套高度H 越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H =(1~2.5)d ，孔径小精度高时，H 取较大值。

根据要加工的孔的尺寸，H =(1~2.5)d=8~20mm ，由于孔径精度并不高，取H =12mm 。

3.2.2 排屑间隙h(图3.1)图3.1 钻套高度与排屑间隙钻套底部与工件间的距离h称为排屑空间。

h值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被破坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。

加工铸铁时，h=(0.3~0.7)d；加工钢时，h=(0.7~1.5)d。

取h=12mm。

钻套高度和排屑间隙可按表3-1选取。

表3-1钻套高度和排屑间隙（单位：mm）上钻孔时，h尽量取小一些。

3.3确定钻套位置尺寸和公差钻套轴线在夹具上的位置是以定位元件的定位表面或定位元件轴心线为基准来标注的。

钻套位置尺寸以工件相应尺寸的平均尺寸为基本尺寸，其公差取为工件相应尺寸公差的1/5~1/2，偏差对称标注。