机械制造装备设计课程设计-套筒钻3-M8孔专用夹具设计（全套图纸） .pdf

沈阳理工大学课设说明书 1 目 录 绪 论 2 1 夹具设计简介3 1.1 机床夹具的功能3 1.2 机床夹具应满足的要求3 1.3 已知工件4 2 夹具的结构设计5 2.1 设计机床夹具前的准备工作5 2.1.1 明确工件的生产要求5 2.1.2 充分理解工件的零件图和工序图5 2.2 确定机床夹具的结构方案5 2.2.1 选择定位原件5 2.2.2 选择夹紧机构6 2.2.3 机床夹具的总体形式7 2.3 绘制夹具装配图7 2.4 绘制夹具零件图8 3 夹具精度的验算9 3.1 定位误差的分析与计算 9 3.1.1 定位误差9 3.1.2 产生定位误差的原因9 4 课设说明10 4.1 设计方案论证10 4.2 设计方法手段与结果10 4.3 形成的论点10 4.4 仪器设备10 5 结论13 6 致谢与感想14 6.1 致谢14 6.2 感想14 参考文献15 沈阳理工大学课设说明书 2 绪论 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联接装置，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。 机床夹具的作用可归纳为以下四个方面： （1）保证加工精度 机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以 保证加工精度。 （2）提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。 （3) 减少劳动强度 采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。 （4）扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大，例如在卧式 车床刀架处安装镗孔夹具，可对箱体孔进行镗孔加工。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 沈阳理工大学课设说明书 3 1 夹具设计简介 1.1 机床夹具的功能 （1）保证加工精度，工件通过机床夹具进行安装，包含了两层含义：一是工件通过夹 具上的定位元件获得正确的位置，称为定位;二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加 工过程中保持不变，称为夹紧、这样，就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳 定。 （2）提高生产率，使用夹具来安装工件，可以减少划线，找正，对刀等辅助时间，采 用多件，多工位夹具，以及气动，液压动力基金装置，可以进一步减少辅助时间，提高 生产率。 （3）扩大加床的使用范围，有些机床夹具是指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夹具，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。 1.2 机床夹具应满足的要求 （1）保证加工精度，这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位，夹紧和导向 方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。 （2）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应，在大批量生产时，尽量采用快速，高效 的定位，夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求，在中，小批量生 产时，夹具应有一定的可调性，应适应多品种工件的加工。 （3）安全，方便，减轻劳动强度，机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置、 要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间，使工人操作方便、大 批量生产和加工笨重时，更需要减轻工人的劳动强度、 （4）排屑顺畅，机床夹具中积累切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量时工件和 夹具产生热变形，影响加工精度，清理切屑将增加辅助时间，降低生产率。因此夹具设 计中要给予排屑问题充分的重视。 （5）机床夹具应有良好的强度，刚度和结构工艺性，加床夹具设计时，要方便制造， 沈阳理工大学课设说明书 4 检查测，调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。 1.3 已知工件 图 1- 1 已知工件 注:本次课设是要为此图中的套筒钻 3- 8 孔专用夹具设计，最终实现将工件定位，更加 精确和方便的完成铣槽工作。 沈阳理工大学课设说明书 5 2 夹具的结构设计 2.1 设计机床夹具前的准备工作 2.1.1 明确工件的生产要求 工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。如工件的年生产量很 大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机床 夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手动夹 紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。 2.1.2 充分理解工件的零件图和工序图 零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，他决定了工件在机 床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据。工序图给出了零件本工序的工 序基准、以加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表 面、决定了机床夹具的定位方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方 案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要顶六个自由度， 但是要完全定位。工件的代待加工表面是选择机床，刀具的依据。确定夹紧机构要依据 零件的外形尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具 的运动轨迹相冲突。 2.2 确定机床夹具的结构方案 2.2.1 选择定位原件 利用定位心轴定位工件，长心轴可以限制工件的 5 个自由度，加上一大平面限制工件 z 轴上的移动，这样刚好可以限制六个自由度，符合六点定位的原理。再用螺钉把定位 心轴固定在夹具体上。这样就可使工件稳固的夹紧在机床上，通过钻模板能更加方便， 准确的进行铣槽加工。选用定位心轴见图如下： 沈阳理工大学课设说明书 6 图 2- 1 定位心轴 2.2.2 选择夹紧机构 （1）夹紧力的方向： 夹紧力的要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能是工件有脱离定位 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： 夹紧力的作用点应该选择在定位元件支撑点的作用范围内，以及工件刚度高的位 置。确保工件的定位准确、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： 安全性 夹紧机构应具备足够的强度和加紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。 手动夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。 夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。 手动夹紧机构应操作灵活、方便。 （4）夹紧力的大小： 夹紧力的大小一般按静力平衡条件计算，计算出夹紧力为理论夹紧力。为保证工件 装夹安全可靠，实际夹紧力应等于理论夹紧力乘以系数 k，一般 k=1.52.5。各种典型 沈阳理工大学课设说明书 7 夹紧机构的计算方法可参阅机床夹具手册 。 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，可以利用移动压板和螺柱，进行夹紧，因为移动压板和螺柱使用简单，而且 加工过程影响较小，因此最终选择移动压板和螺柱进行夹紧。螺钉简图如下： 图 2- 2 双头螺柱 2.2.3 机床夹具的总体形式 机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来 确定。 （1） 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。 （2） 确定联接体： 联接体是将装置与夹具体联接的工件，设计时主要考虑联接体的刚性，合理布置联 接体的位置，给定位元件、加紧机构留出空间。 （3） 确定夹具体： 夹具体一般是设计成平板式（有些夹具体铸造成特殊形状） ，保证具有足够的刚性。 它用来固定定位元件、夹紧机构和联接体，并与机床可靠联接。 2.3 绘制夹具装配图 （1）装配图应按照国家标准尽可能 1：1 地绘制，三视图要完整清晰的表示出夹具的 主要结构及夹具的工作原理。 （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 沈阳理工大学课设说明书 8 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 夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。 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。 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。 夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。 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。 （6）标注技术条件。 定位元件的定位面间相互位置精度。 定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。 定位表面与导向元件间的位置精度。 导向元件工作面间的位置精度。 （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。装配简图如下： 沈阳理工大学课设说明书 9 图 2- 2 装配图 2.4 绘制夹具零件图 对装配图中需加工的零件图均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽 可能与装配图上的位置一致。 （1）零件图尽可能按 1：1 绘制。 （2）零件图上的尺寸公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、位置精 度、技术要求而定。 （3）零件的其他尺寸，如尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整。 3 夹具精度的验算 3.1 定位误差的分析与计算 沈阳理工大学课设说明书 10 3.1.1 定位误差 （1）工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸，形状和位置三个方面偏离理想工件的 大小，它是由三部分因素产生的； （2）夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差， 也称对定误差。 （3）加工过程中误差，如机床几何精度，工艺系统的受力，受热变形，切削振动等原 因引起的误差。 其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起爱的加工误差。 3.1.2 产生定位误差的原因 （1）平面定位情形，夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反应 到被加工表面的位置上去，所产生的定位误差称之为基准转换误差。 （2）定位基准面与定位元件表面的形状误差。 （3）导向元件，对刀元件与定位元件间的位置误差。 （4）夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差。 （5）夹具在机床上的安装误差。 （6）定位元件与定位元件间的位置误差。 4 课设说明 4.1 设计方案论证 （1）首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用立式铣床加工比较合理，因为 加工方向是平行于水平面的。 （2）然后工件主要定位部分为工件底面与侧面，正面设置两个支承钉、侧面设置一个 支承钉，这样就定位了三个自由度，再加上底面的两个支承板这样就共限制了六个自由 度，正好满足六点定位原理。 （3）最后利用螺旋紧机构进行夹紧，在螺旋紧机构中用移动压板来共同对工件进行夹 紧，工件的夹紧力的方向应该垂直与工件的轴线方向。 4.2 设计方法手段与结果 （1）首先对工件的加工要进行分析，已知工件为带孔的支座，在中心铣长 110、宽 20 沈阳理工大学课设说明书 11 的槽，根据工件的形状和加工要求，我认为采用立式铣床比较合理。 （2）然后，根据六点定位原理，选用正面设置两个支承钉、侧面设置一个支承钉来进 行定位， 这样可以限制 3 个自由度， 加上底面的两个支承板这样就共限制了六个自由度， 由于限制了六个自由度，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，可以利用移动压板，进行夹紧，因为移动压板简单使用，而且不影响加工过程， 所以最终选择移动压板进行夹紧。 （3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位符合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以 此夹具设计可行。 4.3 形成的论点 （1）在设计过程中，我原打算使用定位销来实现定位，但因为没有合适尺寸的定位销 与两个定位孔配合，所以放弃该方案。后来我使用支承钉和支承板进行定位，这样做虽 然增加了一些结构上的复杂程度，但使该夹具的柔性得以提升，使其能加工一些尺寸、 形状类似的工件。 （2）因为三个支承钉和两个支承板已经完成了定位，只需要对工件进行夹紧就可以满 足要求，所以我在后来的设计中加入了一个移动压板。 4.4 仪器设备 （1）六角圆柱螺钉 4 个 材料：t7a 钢 （2）支承板 2 个 材料：t7a 钢 （3）快换垫圈 2 个 材料：20 钢或 45 钢 （4）移动压板 1 个 材料：45 钢 标准如下图： （5）螺母 2 个 材料：钢件 标准如下图： （6）双头螺柱 2 个 材料：钢件 公称 直径 （螺 纹直 径） l b h l l1 b b1 d h h1 k m a 型 b 型 c 型 沈阳理工大学课设说明书 12 6 40 40 18 6 17 9 6.6 7 m6 2.5 1 5 4 45 20 8 19 11 6 50 22 12 22 14 8 8 45 20 8 18 8 9 9 m8 3 6 4 50 22 10 22 12 6 60 60 25 14 27 17 10 10 10 14 11 10 m10 4 1.5 8 6 70 28 12 30 17 8 80 30 16 36 23 12 12 70 32 14 30 15 14 12 m12 5 10 6 80 16 35 20 10 100 36 18 45 30 15 120 22 55 43 25 16 80 18 35 15 18 16 m16 6 2 12 6 100 40 22 44 24 12 120 45 25 54 36 18 160 30 74 54 35 20 100 22 42 18 22 20 m20 7 15 10 120 50 25 52 30 15 160 30 72 48 25 200 55 35 92 68 40 移动压板标准 螺纹规格 d m 3 m 4 m 5 m 6 m 8 m1 0 m1 2 (m1 4) m1 6 (m1 8) m2 0 (m2 2) m2 4 (m2 7) m3 0 m3 6 da max 3 5 6 7 9 11 13 15 17 20 22 24 26 29 32 39 dw min 5 6 7 9 1 2 15 17 20 23 25 28 31 32 38 43 51 e min 6 8 9 1118 20 23 27 30 33 37 40 45 51 61 沈阳理工大学课设说明书 13 1 4 s max 6 7 8 1 0 1 3 16 18 21 24 27 30 34 36 41 46 55 c max 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 m(ma x) 六 角 螺 母 2 3 5 5 7 8 11 13 15 16 18 19 22 24 26 31 薄 螺 母 2 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 18 技术要求 材料 机械性 能等级 螺纹公 差 表面处理 公差产品等级 钢 6.8.10 6h 不经处理或镀 锌钝化 d 大于 m16 用 b，小于等于用 a 螺母标准 5 结论 （1）首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用铣床加工比较合理 （2）然后工件主要定位方式为正面两个支承钉、侧面一个支承钉限制三个自由 度，加上在工件底部两块条形支承板的限制，这样刚好可以限制六个自由度，符合六点 定位的原理。 （3）最后是将支承钉和支承板固定在夹具体上，利用螺柱、螺母、销结合压板 进行定位夹紧。 通过以上这些步骤，此机床夹具可以正常工作，此项设计方案行之有效 沈阳理工大学课设说明书 14 6 致谢与感想 6.1 致谢 首先要感谢无私给予我帮助的指导老师们，正是由于你们的耐心解答，才使我的设 计不断完善。其次，感谢学校安排了此次课程设计，本次课程设