机械制造装备设计课程设计-双孔钻床夹具设计机械装备设计.doc

洛阳理工学院洛阳理工学院 1 洛阳理工学院洛阳理工学院 课课程程设设计计说说明明书书 课课程程名名称称：机机械械制制造造装装备备设设计计 设设计计课课题题：钻钻床床夹夹具具设设计计 专专 业业：机机械械设设计计制制造造及及其其自自动动化化 班班 级级： 姓姓 名名： 学学 号号 : : 年年 月月 日日 洛阳理工学院洛阳理工学院 2 钻床夹具课程设计任务书钻床夹具课程设计任务书 题目：设计题目：设计“接头接头”零件的钻床夹具零件的钻床夹具 设计内容：设计内容： 1 1、 钻床夹具装配图钻床夹具装配图 1 1 张张 2 2、 钻床夹具零件图钻床夹具零件图 1 1 张张 3 3、 课程设计说明书课程设计说明书 1 1 份份 设计要求：设计要求： 1 1、 在摇臂钻床上加工弯板的在摇臂钻床上加工弯板的 M M 向向 212212 的通孔。的通孔。 以甲面（底面）以甲面（底面） ，32H832H8 定位；保证定位；保证 32H832H8 的的 轴线到甲面的距离为轴线到甲面的距离为 500.10500.10。 2 2、 夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证夹具设计要求合理，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，便于批量生产。减轻工人的劳动强度，便于批量生产。 设计（论文）开始日期设计（论文）开始日期 年年 月月 日日 指导老师指导老师 设计（论文）完成日期设计（论文）完成日期 年年 月月 日日 年年 月月 日日 洛阳理工学院洛阳理工学院 3 课课 程程 设设 计计 评评 语语 机械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 学生姓名： 班级： 学号： 课程名称： 机械制造装备设计 设计题目： 钻床夹具设计 课程设计片篇幅：课程设计片篇幅： 图图 纸纸 二二 张张 说明书说明书 1818 页页 指导老师评语：指导老师评语： 年年 月月 日日 指导老师指导老师 洛阳理工学院洛阳理工学院 4 目 录 绪论绪论.1 第一章第一章 夹具的发展概况夹具的发展概况.2 第二章第二章 专用夹具设计专用夹具设计.4 2.1 设计前的工作准备设计前的工作准备.4 2.1.1 明确工件的年生产纲领.4 2.1.2 熟悉工件零件图和工序图.4 2.1.3 加工方法.5 2.2 总体方案的确定总体方案的确定.5 2.2.1 定位方案.5 2.2.2 夹紧机构.6 2.2.3 选择导向装置.8 2.2.4 夹具体.9 2.3 绘制夹具装配图绘制夹具装配图.11 2.3.1 定位、夹紧、导向、夹具体.11 2.4 夹具精度的验算夹具精度的验算.13 2.4.1 误差分析.13 2.4.2 误差计算.14 第三章第三章 方案设计论证方案设计论证.15 3.1 设计思路设计思路.15 3.2 设计方法与结果设计方法与结果.15 致谢致谢.16 感想感想.17 参考文献参考文献.18 洛阳理工学院洛阳理工学院 1 绪论绪论 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 是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。其目的在于： 1培养学生综合运用机械设计基础以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，通过课设训练可以巩固、加深有关机 械课设方面的理论知识。 2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。 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。他们时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 3 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。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一 次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的 “四化”建设打下一个良好的基础。 洛阳理工学院洛阳理工学院 2 第一章第一章 夹具的发展概况夹具的发展概况 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。它的主要作用是：可靠的保证工件的加工质量，提高加工 效率，减轻劳动轻度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，机床夹具在机械 制造中占有重要的地位。 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： （1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产 成本； （2）能装夹一组具有相似性特征的工件； （3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； （4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； （5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和 提高劳动生产率； （6）提高机床夹具的标准化程度。 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。目前我国 已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991 以及各类通用夹具、组 合夹具标准等。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。 洛阳理工学院洛阳理工学院 3 （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。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效 率可提高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速 为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前， 除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤 其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分 发挥了数控机床的效率。 （4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过 调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序 特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。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。 洛阳理工学院洛阳理工学院 4 第二章第二章 专用夹具设计专用夹具设计 2.1 设计前的工作准备设计前的工作准备 1）熟悉任务书，明确设计的内容与要求。 2）熟悉设计指导书、有关资料、图纸等。 3）观看实物，了解夹具的工作过程。 2.1.1 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，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。 如大批量生产时，一般选择机动、多工件，自动化程度高的方案，结构也随之复 杂，成本也提高较多。 经分析所加工工件属于轻型零件。结合实际生产类型属于大批生产。根据所 加工工件可知，属于中批生产，经过经济性和实用性考虑,夹具设计成手动，即 可满足要求。 2.1.2 熟悉工件零件图和工序图 零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工 序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工 表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。 图 2-1 弯板零件图 洛阳理工学院洛阳理工学院 5 已知待加工工件如上图 2-1 所示，零件材料 HT200，加工2-12孔（左边 两个孔，前工序已将各部尺寸加工） 。 2.1.3 加工方法 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方案、操作、估算夹紧力等方 面必不可少的。 根据零件图可知，本道工序的内容是钻两个 12 的孔，所选用的是摇臂钻 床，在手动的专用夹具中加工完成。 2.2 总体方案的确定总体方案的确定 2.2.1 定位方案 工序图只是给出了原理方案，此时应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 元件。 要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。 根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组 合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标 准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。选用两段短 圆柱销加上窄面上的一个菱形定位销定位在夹具体上，用两段短圆柱销定工件的 四个自由度，一窄面上菱形定位销限制两自由度，工件被完全定位。 因此根据本次夹具设计的零件，我设计的定位方案为两短圆柱销和菱形销组 合定位，可以制 6 个自由度。 所选用定位销类型及对比分析： 图 2-2 短形定位销 图 2-3 菱形定位销 图 2-4 长形定位销 洛阳理工学院洛阳理工学院 6 如图 2-2 短形圆柱销能够使所设计的夹具体占用的空间小且能够满足夹紧要 求。 如图 2-3 菱形定位销，本夹具定位方式为两短圆柱销和菱形销组合定位，选 用一个菱形销，这样可以避免过定位，有利于很好的定位，所以选用菱形定位销。 如图 2-4 长型定位销，不能够满足定位方式同时其所占用的空间太大，不利 于节省材料，不经济，也不利于夹具的设计，所以不选用长型的定位销。 如图 2-5 一个圆柱销和一个面定位，另外一个圆柱销辅助支撑，这样可以避 免过定位，定位可靠，而且便于工人操作。 图 2-5 短圆柱销和端面定位 综上所述所选用的定位方式为如图 2-5 短圆柱销和端面定位。 2.2.2 夹紧机构 (1)夹紧力的方向： 夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有 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： 夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的 位置。确保工件定位准确、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夹紧力，以防止以外伤及夹具操作 人员。 手动夹具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。 洛阳理工学院洛阳理工学院 7 手动夹紧机构应操作灵活、方便。 选用 M12 的螺栓、斜锲夹紧机构组合来夹紧工件。 确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小， 要选择和设计动力源。夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能 在具体结构上作一些修改。 方案一 使用气动斜锲夹紧机构 方案二 使用螺栓手动斜锲夹紧机构 方案三 使用偏心夹紧机构 洛阳理工学院洛阳理工学院 8 由于工件批量小，宜用简单的手动装置。气缸成本比较高，且要求密封性良 好，同时加工零件时必须保证钻头竖直向下，因此有 30 度角度要求，因此夹紧 力应垂直指向 30 度斜面。采用螺栓手动斜锲夹紧机构，使工件装卸迅速、方便。 同时斜锲夹紧机构，夹紧力较小，满足自锁条件。同时采用螺栓控制前进距离， 效果较好，操作不便，安装不易。偏心夹紧机构夹紧力和夹紧行程都较小，同时 对于加工零件此种夹紧方式操作不适合，而且结构简单，操作方便。因此选择方 案三使用偏心夹紧机构。 2.2.3 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，常用的几种钻套如下图所示 图 2-6 可换钻套 图 2-7 快换钻套 图 2-8 固定钻套（A、B 型） 根据本设计夹具类型，工件大批大量生产，为提高加工效率，所选快换钻套， 如下图 2-9 所示： 洛阳理工学院洛阳理工学院 9 图 2-9 快换钻套 2.2.4 夹具体 用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机 构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。 夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并 通过它将夹具安装到机床上。它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、 尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，切削力、重力等大 小的影响。 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； 洛阳理工学院洛阳理工学院 10 6、具有适当的精度和尺寸稳定性 根据要求夹具体选用铸件，这样既满足要求而且工艺性较锻造好，然后对夹 具体毛皮加工成如下图 2-10 所示： 2-10 夹具体零件图 洛阳理工学院洛阳理工学院 11 2.3 绘制夹具装配图绘制夹具装配图 2.3.1 定位、夹紧、导向、夹具体 画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双 点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，画出夹具体，其他元件或机构，以及 上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条 件。对零件编号，填写标题栏和零件明细表。其中还要在定位，导向完成后进行 定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机 构的强度、刚度验算。如下图所示： 图 2-11 夹具体总装图 洛阳理工学院洛阳理工学院 12 （1）总装配图应按国家标准尽可能 1：1 地绘制，这样图样有良好的直观性。 主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结 构。 （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。如本次设计中的长 420mm，宽 220mm，高 205mm。 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。如快换钻套与衬套之间采用间隙配合，其尺寸公差为 ，衬套与钻模板之间采用过盈配合，其尺寸公差为。 7 18 6 F k 7 22 6 H n 夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。如定位螺杆14与 夹具体孔的配合。 7 26 6 H r 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。如设计中菱形定位销 7 相对于已加工好两孔中心线位 置要求mm； 200.02 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 1/31/10,最常 用的是 1/3。 （6）标注技术条件和要求。 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。如定位螺杆 14 与夹具 体底面的平行度不得大于 0.01；菱形定位销 7 和加工工件孔配做，定位销 1 10 与钻模板 2 和夹具体 30 上的孔配做，定位销 1 还与斜面体 6 和夹具体 30 上的孔 配做，圆锥销 21 和固定板 22 和夹具体 30 上的孔配做。 洛阳理工学院洛阳理工学院 13 定位表面与导向元件间的位置精度。快换钻套 2 孔中心线对于夹具体 28 底面的垂直度误差不得大于 0.01/100。 导向元件工作面间的位置精度。两个快换钻套中心线之间满足。 500.04mm 夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，导向工作面与该基准面 间的位置精度。 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。 （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。 2.4 夹具精度的验算夹具精度的验算 2.4.1 误差分析 1、位置精度 夹具的主要功能是用来保证工件加工表面的位置精度。影响位置精度的主要 因素有三个方面： 1）工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差。 2）夹具在机床上对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位 置误差。 3）加工过程中出现的误差，包括机床的几何精度、运动精度，机床、刀具、 工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形，受热变形，磨损，调整、测量中 的误差，以及加工成形原理上的误差等。 第三项一般不易估算，夹具精度验算是指前两项，其和不大于工件允差的 2/3 为算合格。 洛阳理工学院洛阳理工学院 14 2.4.2 误差计算 1、验算中心距 500.2mm 影响此项精度的因素有： 1）定位误差，此项主要是定位孔 32H8 与定位轴 32h7 的间隙产生，最 大间隙为 0.05mm; 2）钻套与衬套的配合间隙，由可知最大间隙为 0.025mm； 7 18 6 F k 3）钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽 略； 4）钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差 e=0.034mm。 由于上述各项都是按最大误差计算，实际上各项误差也不可能同时出现最 大值，各误差方向也可能不一致，因此，其综合误差可按概率法求和=0.07mm。 该项误差略大于中心距允差 0.13mm 的 2/3，勉强可用。应减小定位和导向 的配合间隙。 洛阳理工学院洛阳理工学院 15 第三章第三章 方案设计论证方案设计论证 3.1 设计思路设计思路 （1）首先根据已知工件需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合 理。 （2）然后工件主要定位部分为直径为 32H8 的圆孔，这样我设想用两短圆 柱销和菱形销组合定位，正好满足六点定位原理，因此本次设计采用此种定位方 案有其优点。 （3）最后将两短圆柱销先固定在夹具体上，利用螺杆和斜锲组合机构夹紧， 用两短圆柱销和菱形销组合把工件定位后，可利用螺纹前进来对工件进行夹紧， 工件的夹紧力的方向应该垂直与工件的轴线方向，作用点为轴的切点。 3.2 设计方法与结果设计方法与结果 （1）首先对工件的加工要进行分析，在工件上钻 2-12 的孔，根据工件的 形状和加工要求，我认为采用钻床比较合理。 （2）然后，根据六点定位原理，选用两短圆柱销和菱形销组合，正好满足 六点定位原理，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，可以利用螺纹前进来推动斜锲，进行夹紧，因为螺 杆的运动控制简单，而且不影响加工过程，所以最总选择螺杆和斜锲组合机构进 行夹紧。 （3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位约合六点定位原理，夹紧工件 稳定，所以此夹具设计可行。 洛阳理工学院洛阳理工学院 16 致谢致谢 在老师和同学的共同努力下，我们在三周的时间内完成了夹具课程设计。 我们花费的时间很长，因为这是同学第一次进行这样的课程设计。虽然过程中我 们遇到了遇到困难，但是在张老师的指点下，同学们都的十分的努力。我们这次 终于把我们所学的知识运用到现实中来了，这对同学们加深对课本知识的理解很 有好处。同学学会了对于不同的待工件设计不同的夹具，对于夹具的各种标准件 都学会了如何查标准件手册、如何使用它们。这些都是因为老师的帮助下，我们 才能完成的。在这里真心感谢张老师。 经过前段时间的辛辛苦苦，我受益匪浅。这次课程设计把我们所学的专业 知识有机的结合在了一起，并在现实生活现实得以应用。这让我们加深对课本知 识的理解的同时，又让我们学会并掌握夹具，专用夹具设计的一般基本方法和步 骤。培养独立设计和思考能力，为后续的专业课程毕业设计打好基础，做好准备， 并为以后的工作打下坚实的基础，收获确实不小。 这次课程设计让我对机械装备设计有了进一步的了解，并对机床夹具有所了 解。并收获了很多，给即将踏入工作岗位我们一次很好的锻炼机会。在此我要特 别感谢院系领导给我们这次机会，再次感谢张老师在百忙之中给我课程设计导， 衷心地说一句 “老师您辛苦了”。 洛阳理工学院洛阳理工学院 1