钻床夹具设计说明书

专业课程设计

设计题目：变速箱体的机械加工

钻床夹具设计

系别:机械工程学院

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目录

第一章前言 (1)

第二章设计任务 (1)

第三章定位方案设计 (2)

3.1对定位元件的基本要求 (2)

3.2 定位基准的选择 (3)

3.3 定位误差的计算 (3)

第四章夹紧方案设计 (4)

4.1 夹紧装置的基本要求 (4)

4.2夹紧类型的确定 (5)

4.3 钻扩切削力和功率的计算 (5)

4.4 夹紧力的确定及验证 (7)

第五章夹具体结构设计 (8)

5.1 夹具体结构方案 (8)

5.2 夹具元件的选用和设计 (8)

参考文献 (11)

第一章前言

机床夹具是机械制造中一项非常重要的工艺装备，也是机械加工工艺系统的一个重要组成部分。机床夹具设计是工艺装备设计中的重点之一，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。

机床夹具的作用：1、保证加工精度的稳定；2、缩短辅助时间，提高生产效率；3、扩大机床的适用围；4、减轻劳动强度，保证生产安全[3]。

第二章设计任务

本套夹具是在变速箱体生产过程中，针对第12道工序钻扩Φ16孔和Φ18孔，用来定位和夹紧零件的钻床夹具。工序过程如下表所示。

表格 1 工序容

本道工序任务是钻扩Φ16和Φ18孔，需达到的技术要求为孔的尺寸精度达到IT9，同时保证两孔公共轴线与Φ62和Φ95孔的公共轴线的距离为+0.08

63.75mm，以及两公共轴线的平行度达到0.03mm。

(a)(b)

图1 工件三维图和工序简图

第三章定位方案设计

3.1对定位元件的基本要求

1) 足够的精度

由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。

2) 足够的强度和刚度

定位元件不仅限制工件的自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。

3) 耐磨性好

工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。

4) 工艺性好

定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。

3.2 定位基准的选择

在本工序中，最重要和要优先保证的尺寸为孔的中心距+0.08063.75mm 以及两

公共轴线的平行度，而这两个尺寸的设计基准都是Φ62孔的轴线，因此为使得定位误差尽可能小，这里选择主要的定位基准为Φ62孔轴线，并且由于在前面的工序中Φ62孔已经经过了粗镗，因此可以将其作为主要基准，另外Φ62孔的端面也经过了粗加工，可以作为定位基准限制自由度，而由于Φ62孔的长度比较小，自由度只能限制2个，因此确定定位方式为短圆柱销和大平面的方式限制5个自由度，最后用一个调节v 形块限制一个自由度并起到一定的夹紧作用。

3.3 定位误差的计算

定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。定位误差的来源主要有两个方面：

（1）由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确而引起的定位误差，称为基准位置误差ΔJW

（2）由于工件的工序基准与定位基准不重合而引起的定位误差，称为基准不重合误差ΔJB

定位误差[3]

cos +cos DW JB JW βγ∆=∆∆ (1)

其中β、γ为误差与工序尺寸方向的夹角

本夹具设计的定位误差分析如下：

1） 基准位置误差

在粗镗Φ62孔的工序中，Φ62孔经过加工可以达到IT8的精度，定位轴的尺寸公差选择IT6，由于定位后用调整v 形块起到一定的夹紧作用，因此使得轴和孔始终处于单边接触的状态，因此基准位置误差为孔的最大尺寸与轴的最小尺寸的差值的一半，即[6]

max min 111=()=(IT8IT6)=(0.046+0.019)0.03mm 222

JW D d ∆-+⨯≈ 基准位置误差与工序尺寸方向的角度β=0°

2） 基准不重合误差

本工序的定位基准为Φ62孔的轴线，工序尺寸（两孔的中心距）的工序基准也是Φ62孔的轴线，因此定位基准和工序基准是重合的，即基准不重合误差ΔJB =0。

因此定位误差ΔD =0.03mm ，小于工序尺寸的公差0.08mm ，定位精度符合要求，故所选定位方案合理。

第四章 夹紧方案设计

4.1 夹紧装置的基本要求[3]

(1) 夹紧时不破坏工件在夹具中占有的正确位置；

(2) 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件表面及产生加紧变形；

(3) 夹紧机构操作安全、省力，加紧迅速；

(4) 夹紧机构的复杂程度、工作效率应与生产类型相适应。结构应尽量简单，便于制造与维修；

(5) 具有良好的自锁性能。

4.2夹紧类型的确定

常用的夹紧机构包括斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、定心夹紧机构和联动夹紧机构[3]。

根据此定位形式，夹紧机构选择螺旋夹紧机构，同时为了能够快速方便的装卸工件，选择快撤螺旋夹紧装置，即加入开口垫圈，如图所示。

4.3 钻扩切削力和功率的计算

（1）钻削切削力和功率

查参考文献可知，钻削时的切削力由轴向力和扭矩组成，扭矩T 、轴向力F 和钻削功率P 的公式为[5]

009.819.812F F M M X Y F F

X Y M M m F C d f K T C d f K P Tn

π=== (2)

由表1可知，钻削的进给量为f =0.2mm/r ，d 0=10mm

由手册查得C F =42.7，X F =1.0，Y F =0.8，C M =0.021，X M =2.0，Y M =0.8 由机械手册查得灰铸铁的硬度如下表2[8]

表格 2 铸铁硬度