毕 业 论 文钻夹具.doc

山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸目 录前 言 （2）一钻夹具概论 （3）1. 夹具的发展 （3） 2. 钻夹具的作用 （4）二. 钻夹具设计 （6）1. 夹具体的基本要求 （6）2. 钻夹具的组成 （7）3. 钻夹具的特点（12）三工件在夹具中的定位 （14）1工件在工位上的位置不确定度 （14）2工件在夹具中的定位 （15）3. 定位原理 （17）四钻夹具工作原理 （17）论文总结（19）致谢（19）参考文献（20）山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸前 言制造业中广泛应用的夹具，是产品制造个工艺阶段中十分重要的工艺装备之一，生产中所使用夹具的质量、工作效率、及夹具使用的可靠性，都对产品的加工质量及生产效率有着决定性的影响。一向优秀的夹具结构设计，往往可以得到生产效率大幅度提高，并且是产品的加工质量得到极大的稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计、制造工作量，占新产品工艺准备工作量的（50%80%）。 生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作量的重视程度丝毫也不亚于对机床设备及各类工艺参数的选择慎重程度。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。随着电子技术、数字技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经是夹具与机床融为一体，是的中小批量生产的逐步趋近于专业化大批量生产的水平。夹具发展的主要特点是高精度、高适应性。可以预见，在夹具下一个阶段的发展趋势是将逐步提高智能化水平。 山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸关键词钻模 钻套 钻模板 装夹 对定 不定度 第一部分 夹具概论在机械制造过程中,用来固定加工对象,使其占有正确的位置,以使工件接受施工在钻床上进行孔的钻 铰 扩,攻螺纹加工时所用的夹具称为钻夹具,又称为钻模。机床夹具为机床的一种附加装置，安装工件后使之获得相对机床成刀具的正确位置，并把工件可靠的夹紧。（一） 机床夹具的发展 随着现代科学技术的进步，社会生产力的发展，机床夹具已由一种简单的辅助工具发展成为门类齐全的重要机械加工工艺装备。现代机床夹具的发展方向，主要表现为高精度 高效率 柔性化和标准化等几方面。1高精度 随着各类产品制造精度日益提高，对机床及其夹具的精度要求也越来越高，为适应高精度产品的加工需要，各类高精度向前发展，高精度成为近代机床夹具发展的一个重要方向。2高效率高效率切削加工主要体现在高切速，大用量，重负荷三个方面。而高效率夹具除了适应高效加工的夹紧要求外，还表现在工件安装的自动化程度及准确性和灵活性，以尽量减少装夹辅助时间，减少工人的劳动强度。近代夹具，尤其是应用于各类自动作业线上的夹具，基本上都采用气动、液动、电动和机动等动力夹具使工件的装夹快速准确，可以实现运程控制。另外，多件装夹夹具和复合工位夹具也都幽相当的发展，在高效生产中发挥很大的作用。山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸3柔化性夹具的柔化性是指夹具依靠其自身的结构灵活性进行简单的组装 调整，即可适应生产加工不同情况需要，是夹具对生产条件的一种自适应能力。随着数控机床、加工中心（MC）及柔性制造系统（FMS）等高精度、高机动性自动化机床，以及以它们为核心的作业线、自动线的不断发展，对机床的配套夹具要求也越来越高，夹具与机床间的关系越来越密切，现代夹具将逐渐与机床融为一体，夹具与机床的适应性发展、极大的提高了机床加工能力的机动性能，使得原来功能较为单一的高效、 精密专用机床的功能大为改善。具有自动回转、反转功能的高效能夹具的普及应用，已使得有些中、小批量产品的生产效率逐渐接近于专业化的大批量生产水平。4标准化机床夹具的标准化，是夹具标准化、系列化、通用化的体现，是促使现代夹具发展的十分重要的一项技术措施。（二） 钻夹具的作用1 提高劳动生产效率依靠夹具所设置的专门定位元件和高效夹紧装置，可以快速而准确的完成缸盖在加工工位上的定位和夹紧，省去对缸盖的逐个找正调整的装夹过程，大大缩短了每一个缸盖的装夹辅助工时，这对于大批量生产的工件，尤其是对外形轮廓较复杂、不易找正装夹得缸盖，选用高效夹具来安装，其效用就更大。正确运用夹具合理装加工件，可以是工件安装更加稳定、可靠，并能采用较大的切削用量合同是采用多把刀具来进行切削加工，是的切削效率显著增高。所以，采用钻夹具，对提高整批工件的劳动生产效率可发挥相当大的作用。2 保证工件的加工精度，稳定整批工件的加工质量。钻夹具的设计和应用注重于解决工件的可靠定位和稳定装夹，可使同一批工件的安装结果高度统一，稳定的装夹使各工件间的加工条件差异性大为减小。所以，采用夹具可以在保证工件的加工精度的基础上极大的稳定整批工件的加工质量。3 改善工人劳动条件采用钻夹具后，是工件的装卸方便而快捷，减轻了工人的劳动强度。对于较重的大型缸盖，涉及夹具时往往同时要考虑工件的恭位间的流动输送装置基本工序得初始定位。另外，为保证工人生产安全，夹具设计还需考虑必要的防护装置，加之自动化的机械手，无疑使工人的劳动条件大为改善。山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸4 降低对操作工人的技术要求钻夹具的应用是的工件的装夹，大为简化，使得一些生产技术并不熟练的技工有可能胜任原来只能由熟练技术工人才能完成的复杂工件的精确装夹工作。因此，自动高效夹具的实际应用可以相应的降低对操作工人的装夹技术要求。第二部分 夹具设计（一） 夹具体的基本要求夹具体是整个夹具的基座骨架，通过它将夹具的各组成装置和元件连接为一个整体，并且通过它将夹具安装在机床上。因此夹具体的形成和尺寸由夹具上各组成元件的分布情况及工件的形状尺寸所决定，所以应提出如下要求。夹具体必须具有足够的强度和刚度，以保证加工过程中，在切削力、夹紧力等作用下，不会产生不允许的变形和振动，为此夹具体要有足够的壁厚。如铸造夹具体的壁厚一般取825mm。 在保证所需结构形状和强度、刚度的前提下，应尽量使夹具体结构简单、紧凑，尽量使夹具体重量轻、体积小。 夹具体要有良好的结构工艺性和实用性，便于制造和装配。 要变于切屑的清除。 夹具体在机床上的安装要正确、稳定、可靠。 山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸 （二）钻夹具的组成1 固定部分 固定部分是整个分度装置的基体，通过它与机床工作台和机床主轴相联接，分度装置上的其它组成部分一般都装在它上面。如图1-1上的底座1即属于固定部分。为了保证整个分度装置的精度，要求固定部分的刚度要好，铸件不得有气孔、砂眼等缺陷，并且需经时效处理来消除内应力。固定部分底座1的支撑平面尺寸最好小于工件的定位表面尺寸，以保证夹具整个定为基准面均匀磨损，防止因夹具制成表面过大，外援磨损不军而在夹具定位基准面的边缘出留下凸边，破坏了定位表面的平面性。2活动部分活动部分是回转运动装置的运动件，工件安装在上面，并由它带动攻坚实现分度转位。对专用回转分度装置，共建的定位和加紧装置往往就设置在活动部分上。图1-1中铸件转盘2，定位销3，螺母6，开口垫圈10等组成的整体即为活动部分。活动部分出应保证工件的正确定位和加紧外，它与固定部分之间发生相对运动，二者之间必然产生摩擦，因此铸件转盘2不得有气孔、砂山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸眼等缺陷，并且要经过时效处理来消除内应力，从而提高其耐磨性。3分度对定机构 分度对定机构的作用实施转动部分相对固定部分运动后得到的定位，以确保实现工件得分度要求。如图1-1转盘2，它是分度装置中的关键部分。（1）锁紧部分分度对定后，需将活动部分锁紧在固定部分上，使之成为一个整体，以保证分度后的位置在加工中不被破坏，保证分度装置工作时的钢性，防止振动，提高分度定位精度，如图1-1中的手把13、方转销3都是起锁紧作用的。 （2）分度对定机构前述已经提到，分度对定机构是分度装置的关键部分，主要是由分度盘和对定机构两部分组成（如图1-1中的转盘2，防转销3）。分度盘与活动部分装在一起，而对定机构则安装在固定部分的集体上。图1-1则运用了插销式分度机构，主要是由转盘2和防转销3组成。按照分度盘与对定销相互位置的配置情况，本分度对定机构属于轴向分度。（3）轴向分度所谓轴向分度是指对定销沿着分度盘回转轴线向平行方向进行工作的。图1-2所示为轴向分度得分度盘机对定销的结构形式，图中1为轴向分度钻模板，其上的对定孔孔数与分度数目一致，为了减少磨损，常在对定孔中压入带肩钻套，如图1-3所示。山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸a. 钻模板钻床夹具的钻模板是夹具体中的一个关键部件，它的结构形式在夹具上的安装形式，以及其制造精度都直接影响到工件孔加工的位置精度。钻模板与夹具体的连接形式属分离是连接。如图1-1。 分离式连接的钻模板和夹具体是分离的，每装卸一次工件，钻模板需从夹具体及工件上装卸一次。由于钻模板与夹具体的分离关系，钻模板常是依靠工件表面安装的，所以，模板相对工件的位置关系可以借助专门的定位元件挡销12、六头螺栓11和开口垫圈10来严格控制的，孔位精度极高。山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸钻套的作用为防止加工过程中，刀具直对钻模板上的孔进行挤压、摩擦甚至切削破坏，钻模板上的引导孔一般都装有硬度较高的钻套引导刀具。所以，钻套的作用除可用来引导刀具，以保证被加工孔的位置精度外，还具有保护钻模板孔隙精度的作用。另外，由于一般孔加工刀具的刚性较差，尤其像普通麻花钻，钻孔时在巨大轴向力作用下，及易发生弯曲失稳，所以钻套还可以起到对刀具的辅助支撑作用，防止刀具切削过程中的过大弯曲变形及切削震动，有效的提高工艺系统的刚性。钻套的设计钻套是机床夹具的导向元件，实践证明，用钻逃避不用钻套可以平均减少误差50%，因此钻套的选用与设计是否正确，影响加工工件的加工质量和生产效率。钻套的结构和尺寸都以标准化，根据本设计要求查找了机械部推荐的标准JB/T8045.1-1995JB/T8045.5-1995。根据本设计的要求，特设计一个相对较高标准尺寸较高的钻套，如下图1-3所示。钻套设计要点钻套根据加工要求确定参数后选择合适的标准件，因此设计就是确定参数。（1） 钻套内孔直径的选择，钻套内孔直径基本尺d应是所用尺寸的最大极限尺寸，钻套与刀具是间隙配合，一般应根据被加工孔的尺寸精度和选用刀具来确定钻套内孔d的公差，一般以基准制选 择。当钻孔、扩孔、铰孔时（即孔的精度IT8），d的公差安F8 或G7选择制造。（2）钻套的高度H，排屑距离S的确定，钻套高度对刀具的导向作山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸用和刀具与钻套的摩擦影响很大。H大到向性能好，但摩擦大;反之，相反。一般取高度H与钻床直径d之比为H/d=12.5,孔径小，加工精度要求高的孔应取大值，然后取整，便于制造。钻套与工件的排屑距离S的确定，此距离是为了有利于排屑。此距离过大，影响导向作用，是刀具意偏斜，距离过小，排屑困难，一般取S=(0.31.5)d .（如上图1-3中钻套8）图1-4为圆柱形对定销。 其优点是结构简单，易于制造，适用是不易受污物，碎屑的影响，因此选此类的对定销。缺点，是它们与分度孔间隙配合，由于无法补偿配合间隙，使得分度精度受到影响。（三）钻夹具的特点1在一般钻床上对工件进行孔加工，多具有下述特点： （1）刀具本身的钢性较差钻床夹具所加工的孔多为中小尺寸的孔，其工序内容不外乎钻、扩、铰或攻螺纹等的加工，所以刀具直径往往较小，而轴向尺寸较大，刀具的刚性均较差。 （2）多刀刃的不对称，亿造成孔的形位误差 钻、扩、铰等孔加工刀具，多为多刃刀具，当刀刃分布不对称，或刀刃长度不相等，会造成被加工孔的制造误差，尤其是采用普通麻花钻钻孔，手工刃摩钻头所造成的两侧刀刃的不对称，极易造成被加工孔的孔位偏移，孔经增大及孔轴线歪斜，严重影响孔的形状和位置精度。（3） 通麻花钻头起钻时，孔位精度及差山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸普通麻花钻轴，结构刚性差，加上钻芯结构所形成的横刃，破坏定心，是钻尖运动不稳定，往往在其钻过程中造成较大的孔位误差。在单件，小批量生产中，往往要靠操作工在其钻过程中进行人工校正控制孔位精度，而在大批量高效生产中，则需依靠刀刃的改进和夹具对刀刃的严格引导解决。综合以上孔加工特点，钻床加剧的主要任务是要解决好攻坚相对刀具的正确加工位置的严格控制问题。在大批量生产中，为有效的解决钻头钻孔孔位精度不稳定的问题，多直接设置带有刀具引导孔的模板，（如图1-1中钻模板7）对钻头正确引导和对孔位进行强制性限制。尤其是对箱体、盖板类工件的钻孔，往往要同时有多支钻头一次性钻出众多的孔，为保正加工系的位置精度，一定要经过一块精确的模板，把多个孔位有引导孔限制好。这种用来正确引导钻头控制孔位精度的模板，称为钻模板。专业化、高效生产的钻床夹具，通常具有较精确的钻模板，以正确、快速的引导钻头控制孔位精度，这是钻床夹具的最主要的特点。所以，习惯上又把钻床夹具称为钻模。为防止钻刃破坏钻模板引导孔的孔壁，多在引导孔中设置高硬度的钻套，以维持钻摸板的精度。2钻夹具设计和使用中应注意的问题除上述结构特点外，设计和使用钻夹具，尚需注意以下几个问题：（1） 应正确的确定夹具夹紧力的大小和方向孔加工工序一般轴向力较大，尤其是钻孔，普通钻头的横刃既利于钻削得进行，将产生相当大的抗力，若加紧工件的加紧力方向选择不当，将会严重的影响钻削工件加紧的可靠性，特别是当采用大直径，多钻头高速机动进给时。夹具设计时多把加紧力与切削轴向力取在相同方向上,并直接指向夹具的主要定位基准面，以借住钻头的轴相切效力增大安装面上的摩擦力，保持工减加工过程中的稳固性。（2） 注意夹居与工作台间的牢固连接问题由于普通麻花钻的螺旋结构，使得两个左右主切削刃的外援处具有较大的正前角，钻头即将钻通工件，钻心横刃不再受工件材料阻碍时，钻头原来所受的巨大轴向抗力由于钻心的穿透而瞬间消失，而此时尚未切除工件的左右钻刃外援德正前角，由于主轴旋转的作用，使的钻头上所受的轴向力突然反向，是进给机构的转动间隙反向，造成钻刃进给量的突然增大，从而造成较大的把钻力（工件孔底材料咬住钻刃）。这个把钻力严重时，会把钻头强行从钻套中拔出，若钻头装夹牢固，则旋转着的钻头可能会把夹具中的工件连同模板一起拔出，造成事故，所以，除非是较小型的翻转式夹具，一般钻床夹具在专业化生产中，多强调与机床保持牢靠的连接，尤其是钻孔直径大于200mm，并采用较大进给量机山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸动进给时，更应特别注意钻头即将钻通工件的一瞬间的安全性。第三部分 工件在夹具中的定位1工件在工位上的位置不确定度 为保证工件的加工要求，工件在工位上安装时必须保证其相对于刀具及刀具的成形运动处于正确的空间位置。凡是用夹具的工序应通过两个环节来保证满足这一要求：一个环节时，工件在夹具中装夹是，要保证相对夹具处于正确的空间位置。对于批量生产的工件，要考虑多个工件重复的放置在夹具中时，应能保证整批工件相对夹具的应占据同一个空间位置。这一环节要靠夹具的定位装置来保证。另一环节时，要保证夹具与机床连接时，其相对机床、刀具及其切削成形运动应具有以正确的相对位置，这一环节要靠夹具的对定装置和通过夹具的正确调装来保证。不定度，是用来描述工件在某一预先设定得空间直角坐标系中定位时，其空间位置不确定程度的六个独立位置参量，称为工件再次坐标系中的六个位置不确定度，简称六个不定度。可见当工件具有六个不定度时，是空间位置不确定的最高程度。工件具有的不确定程度越少，说明工件的空间位置确定性越好。当工件的六个不定度都被消除时，它在这一空间的位置即被完全确定下来，具有位值得唯一性。工件在夹具中的定位，就是跟据加工的需要，消除工件的某些不定度。夹具对工件消除不定度是通过对工件位置提供定位点来实现的。2工件在夹具中的定位（1）当工件与固定不动的定位元件六角头螺栓11保持接触式（见1-5a图）我们沿尺面方向建立坐标轴，则工件沿尺面法线方向（n-n方向）的移动不定度将受到限制，工件再次方向上的最终移动位置便有了依据。此时的定位情况，可以简化为沿尺面直线方向上直线较远的两个定位点对工件的定位作用，见图1-5b。这两个定位点除对两点连线的法线方向上的移动不定度起约束限制作用外，这两个距离较远的约束点实际上也形成对工件在此两点法线方向上的最终摆动位置的约束。所以，当工件与定位元件保持直线（或两点）接触时，我们称定位元件对工件的定位起到两点的约束作用，他消除工件的两个不定度：消除了一个（两点连线法线方向上的）一定不定度;消除了一个（绕两点中人一点的法线方向的）转动不定度。其定位示意图可以以图1-5b 和图1-5 c方式表达。 山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸 图1-5 （2）工件以加工过的平面与定位平面相接触使，见图1-6，此定位平面为工件的空间位置提供如下依据：工件沿定位平面的垂直方向上的最终移动位置得到确定；工件绕定位方向平面内任意方向轴得最终转动位置分别得到确定。此定位平面的作用，可以简化为此平面内不在一条直线上的三个定位点对工件的定位约束作用，见图1-6b。有前书的定位作用可推知：保持一定距离的不在一条直线上的三点，在空间确定一个平面，工件若与这三点保持接触，则工件沿此垂直方向的最终移动位置将得到确定。另外，三点中的任意一点与其它两点均会产生对其它两点连线方向转动位置的限制，即工件绕此平面内两个坐标轴的转动位置最终由此平面所确定。见图1-6b。由此，我没有如下结论：定位平面（或不在一条直线上的三个定位电）对工件的定位起到三个点的约束，他消除了工件的三个不定度；一个沿平面垂直方向上的移动不定度和两个绕平面坐标轴的转动不定度。其定位示意图1-6b、图1-6c. 图1-63 定位原理由前面的论述，我们看到，为工件的定位提供一个定位点，可消除工件的一个位置不定度；为工件提供两个定位点，可消除工件的两个位山 东 华 宇 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 用 纸置不定度；为工件提供三个定位点，可消除工件的三个定位点，我们自然会联想：四个点，六个点又会怎样的情况？有点的定位原理，我们可进一步推知：空间保持一定距离、且不共面的四个定位点，可以消除工件的四个不定度（两个移动不定度和两个转动不定度）。同样， 工件的全部六个空间位置不定度，可以有空间合理分布的六个定位点予以全部限制住，这就是工件的六点定位基本原理。六点定位基本原理，在工件的定位中，我们拥有空间合理分布的最多六个定位点，来限制工件得最多六个空间位置不定度，这一原理称为工件的六点定位基本原理，简称工件的定位原理。第四部分 钻夹具加工原理图1-1时钻八个孔的分度式钻夹具。工件以端面、170止口和八个R20的圆弧面之一在转盘2和底座1上定位。逆时针转动防转销3，使转盘2转到与底座连接孔对应的位置，在拧紧防砖销3，限制工件绕轴线的自由度，通过螺母6、六角螺栓11、开口垫圈10（便于装卸工件）、分度是钻模板7压紧工件。钻完一个孔后，松开防转销3，拉下手把13并旋转转盘2至45。向里推动手把13，使防转销3顺利插入转盘2和底座1的连接孔，实现分度对定；便可钻削第二个