钻床夹具设计

前言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，也是机械设计制造及其自动化专业学生应该学习的一门主要专业课。其目的在于： (1) 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。(2) 为了开阔视野，掌握制造技术最新发展，开阔专业视野，培养复合型人才，促进先进制造技术在我国的研究和应用，“先进制造技术”以作为许多学校的必修课程。为了提高学生综合运用机械设计基础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，通过课程设计训练可以巩固、加深有关机械设计方面的理论知识。(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。它们是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、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，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。第 1 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。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 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020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：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。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 5m。（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。（4）柔性化 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。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 2 章 夹具设计2.1 夹具的功用（1）稳定地保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置由夹具保证，不受工人技术水平的影响，因此可使一批工件的加工精度保持一致。（2）提高生产率 使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线、找正，可显著地减少辅助工时；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效的夹紧机构，进一步提高劳动生产率。（3）扩大机床的使用范围 有些机床夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。如在车床床鞍上安放镗模家具，就可以进行箱体零件的孔系加工。（4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全。2.2 夹具的设计2.2.1. 设计前的准备工作（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，决定了夹具的复杂程度和自动化程度。根据零件的工序要求，为单件小批量生产，从经济性和实用性综合考虑，采用手动夹具即可满足加工要求。（2）熟悉工件零件图和工序图已知待加工件如下图 2-1 所示，零件材料为 HT200，加工 B 向 2-8 通孔。（前工序已将各尺寸加工完成）（3）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反感、操作、估算加紧力等方面必不可少的。2.2.2 加工方法本工序是转 2-8 的通孔，选择的机床是摇臂转床，采用手动夹紧机构。1033014586 ?53H815201205601450 30A2R012.12.512.5R60.15A175.370.1 90.2 12.54C B R92XM8 7H图 2-1 工件视图2.3. 总体方案的确定2.3.1 定位方案 工序图只是给出了原理方案，此时应根据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原件。根据本工序的加工内容，在摇臂钻床上已 A 面和孔 35、12 钻 2-8通孔，采用一面两孔的定位方案。35H8 孔定位元件是短圆柱销，限制两个自由度，12H8 孔定位元件是菱形销限制一个自由度，与 35H8 孔配合限制一个自由度，A 面的定位元件是大平面限制三个自由度，符合六点定位原理的要求。如下图 2-2 所示：甲面 图 2-2 一面两孔定位1-菱形销 2 大平面 3 短圆柱销2.3.2 选择定位元件，设计定位方案为了更好的选择定位元件应注意以下问题：1.定位元件（机构）设计和布置应保证工件定位稳定，并有足够的刚度。2.定位元件的材料和技术条件应确保定位精度的稳定性和使用的持久性。3.多数定位元件已标准化，选择标准件或标准结构可简化夹具的设计制造成本。2-3 短圆柱销 2-4 菱形销2.3.3. 夹紧方案的设计和压紧装置的选择在机械加工工程中，工件的定位和夹紧是相互联系的两个工作过程。工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧在定位元件上。从而使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动。因此为了确定比较合理的夹紧方案，按如下步骤设计夹紧方案。（1）根据工件形状、大小、加工要求、定位装置的结构和布置情况，确定加紧点和作用方向。（2）分析工件的受力情况，确定夹紧力的大小。（3）按所需夹紧力，并根据生产批量，选择或设计夹紧装置。结合加工零件的具体情况，在分析考虑以上分析的基础上确定本加工零件的夹紧方案如 2-5 图所示： 图 2-5 夹紧方案示意图夹紧置除了要求能将工件夹紧压牢之外，还对工件的加工质量、生产效率、生产成本及操作工人的劳动强度等均有较大的影响。因此，在设计夹紧装置时应满足以下要求：（1）夹紧过程中，必须保证定位的准确可靠，即不破坏原有的定位。（2）夹紧力要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变，振动小，又要使工件不产生过大的夹紧变形。（3）夹紧装置的目的自动化和复杂程度应与生产类型相适应，在保证生产效率的前提下，其结构要力求简单，工艺性好，便于制造和维修。（4）夹紧装置应具有良好的自锁性能。（5）夹紧装置得到操作应当方便，安全，迅速。根据以上对夹紧机构的要求和钻床夹具的主要技术要求，本设计采用的夹紧机构比较简单，如图 2-6 所示。 2-6 快速螺旋夹紧机构2.3.4 导正装置的选择刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，保证孔加工的位置精度，常用的几种钻套如下图所示。图 2-7 固定钻套（A 型） 图 2-8 可换钻套 图 2-9 快换钻套 图示钻套均已标准化，设计时可以查夹具设计手册。本次设计由于加工方式只有钻一道工序，属于单件小批量生产，故选用 A 型固定钻套，可直接压入钻模中，过盈配合，定位精度高，结构简单。如下图 2-10 所示 图 2-10 固定钻套2.3.5 钻模板设计钻模板是供安装钻套用的。要求有一定的强度和刚度，以防止由于变形而影响钻套的位置精度和导向精度。按其与夹具体的连接方式不同，可分多种形式。根据生产纲领要求，本工序采用固定式钻模板，固定在夹具体上不可移动，因此加工孔氏可获得较高的位置精度。钻模板如下图 2-11 所示：2-11 转模板2.3.6. 夹具体的设计夹具体是整个夹具的基体和骨架，组成夹具的各个零件、机构等都要安装在上面。通过对夹具上各组成件的分布情况、零件形状、尺寸以及加工性质的考虑，采用铸造夹具体，铸造夹具体的优点是可铸出复杂形状，工艺性好，并具有较好的抗压强度、刚度和抗振型。夹具体如 2-12 图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以上要求所设计的夹具体如下图所示：2-12 夹具体第 3 章 夹具装配图上的尺寸和技术条件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。3.1. 夹具装配图上标注的尺寸（1）夹具总体外形轮廓尺寸，总长 425mm，总宽 246mm，总高 326mm。（2）夹具与钻模套导向的配合关系，如夹具与钻模套所需的配合15H7/n6。（3）各定位元件之间，定位元件与工件之间，与家具体之间装配后的位置尺寸及公差，如圆柱销与孔配合为 35H7/n6，菱形销与孔配合为 12H7/r6。（4）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 1/3-1/5,最常用的是 1/3，此次采用的是 1/3。如两个孔 12 之间尺寸是 700.11，孔 12 到 35H8 的尺寸为 900.2，则可以选择菱形销的中心线到专用长销的尺寸为 1620.1。3.2. 夹具装配图上应标注的技术要求夹具装配图上应标注的技术要求包括：相关元件表面间的位置精度，主要表面形状精度等 。（1） 钳工配做销；（2）定位大平面与夹具体基准平面间的垂直度为 0.05mm；（3）钻模孔与夹具体基准平面间的垂直度为 0.05mm；（4）圆柱销的轴线与定位大平面间的平行度为 0.02mm。夹具总装配图如 3-1 所示： 3-1 夹具装配图 第 4 章 夹具零件图上的尺寸和技术条件零件图上应标注必要的尺寸和技术要求，标注的主要目的是保证夹具体各个零件之间的尺寸要求和安装配合后的精度要求，也是为了各夹具零件加工后进行安装配合能满足制造工件的要求，本设计所画夹具零件图为夹具体。4.1 夹具零件图上标注的尺寸(1) 夹具体的外形尺寸，总长为 425m，总宽 246mm，总高 42mm。(2) 夹具体上各螺纹孔之间的位置尺寸要求，定位销的配做精度要求。4.2 夹具零件图上应标注的技术要求(1) 零件图中必须用规定的代号、数字和文字简明地表示出在制造和检验时所应达到的技术要求。(2) 夹具体零件图需要标注必要的表面粗糙度、形位公差、极限配合等技术要求，以满足加工精度。夹具体零件示意图如图 4 -1 所示图 4-1 夹具体零件示意 图 第 5 章 设计论证5.1 设计方案论证（1）根据所给工件的需要，选择加工机床，选用立式钻床加工比较合理。（2）然后工件主要定位部分为两个 8 的孔，工序要求以 A 面和35，12 孔进行定位。根据提供的要求一面两孔，用一面两销定位，正好满足六点定位原理且结构简单，所以这里就是选择一面两销的优点。（3）最后将专用长销先固定在平面上，以平面、长销和菱形销进行定位。一面两销把工件定位后，可利用螺旋夹紧机构来对工件进行夹紧，工件的夹紧力的方向应和工件待加工孔的轴线方向垂直，并保证该轴线和夹具体底面有一定的平行度要求。5.2 设计方法与结果（1）根据加工要求，钻两 8 孔，选用摇臂钻床。 （2）工序要求以 A 面和 35，12 孔进行定位。根据提供的要求一面两孔，用一面两销定位。大平面限制三个自由度，圆柱销限制两个自由度，菱形销限制一个自由度，工件完全定位，符合六点定位要求。（3）工件定位后，利用快速螺旋夹紧机构进行夹紧，夹紧简单而迅速，满足操作要求 课程设计心得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：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。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。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。致谢在老师和同学的共同努力下，完成了夹具课程设计。我们花费的时间很长，因为这