机床夹具设计

1、 网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目： 机床夹具设计 学习中心： 层 次： 专 业： 年 级： 2014 年 春/秋季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 内容摘要在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工的一种工艺装备，统称为夹具。因此，无论是在机械加工，装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具，我们称其为机床夹具。它在保证产品优质，高产，低成本，充分发挥现有设备的潜力，以便工人掌握复杂或精密零件加工技术，

2、以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。因此，机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。为此，在本次毕业论文选择了机床夹具设计。本文主要围绕机床钻孔夹具设计为中心。用以钻HBC6700方向机壳体，首先通过参观实习让我们对夹具设计有了初步的了解，特别是对盖板式钻模夹具设计的了解更为深刻。然后，在导师的指导下，对夹具设计方案进行分析和选择。选定方案后，通过查阅相关夹具设计书籍、相关图例和相关文献后完成夹具的总体设计。关键词：机械；夹具；钻模；加工目 录内容摘要I引 言2第1章 钻孔夹具设计的要求31.1 钻孔夹具方案设计31.2 了解夹具总体设计的要求23第2章 钻床夹具设计特

3、点42.1 确定夹具的类型142.2 钻模的主要类型42.3 盖板式夹具特点25第3章 工件的夹紧计算及其选择73.1 工件的夹紧73.1.1 夹紧基本原理理论173.1.2 夹紧座2 4 683.1.3 夹紧压板83.1.4 夹紧螺钉1 493.2 夹紧力的选择103.2.1 夹紧力方向103.2.2 夹紧力的作用点103.2.3 夹紧力的计算103.2.4 夹具精度计算与分析312第4章 夹具结构分析与设计134.1 夹具的夹紧装置和定位装置1 2134.2 夹具的导向1144.3 钻孔与工件之间的切屑间隙1 2154.4 钻模板164.5 总体分析夹具16参考文献17引 言在机械加工过程

4、中，夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。我这次设计的是盖板式钻夹具。 这是一种专用夹具，专为工件的一道工序而设计的夹具。 钻夹具的主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置，根据 工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性， 选择不同形式的钻模以保证产品精度和生产率。在众多钻模夹具机床中，综合考虑设计要求、特点及夹具设计原理等的各 方面的因素，选择了用盖板式钻模，它一般用于加工小型工件上分布在一个面上的孔。本文就围绕此夹具的方案选择，确定夹具，设计夹具等等展开的。但是，由于知识的缺陷，设计时考虑的不够周全，还存在一些

5、错误，请老师指出，我将努力提高自己。第1章 钻孔夹具设计的要求1.1 钻孔夹具方案设计方案设计是夹具设计的重要阶段，它在分析各种原始资料的基础上，要完成下列设计工作：1 研究壳体零件原始资料，明确设计要求。 拟订钻孔夹具结构方案，绘制夹具结构草图。 绘制夹具总图，标注有关尺寸及技术要求。 绘制零件图。从另外一方面来说，机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深人实际，进行调查研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。而深入生产实际调查研究中，应当掌握下面的一些资料：1(1)工件图纸；详细阅读工件的

6、图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该零件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。(2)工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。(3)生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。(4)制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。1.2 了解夹具总体设计的要求21）

7、夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。2）夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。3）夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。4）能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。夹具元件的材料选用将直接影响夹具的使用寿命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。夹具的低成本设计在世界各国都以相当重视。为此，夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产中。宜采用气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产，

8、则宜采用较简单的夹具结构。5）要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。6）必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。以上要求有时是互相矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。例如钻模设计中，通常侧重于生产率的要求。第2章 钻床夹具设计特点2.1 确定夹具的类型1 按使用范围，夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。通用夹具适用于各种不同尺寸的零件加工，如导尺、分度盘等。这类夹具是作为附件与机床一起配套供应的。专用夹具是专门为某一工件在某一工序进行加工而设计的夹具，如在铣床上加工弯曲

9、零件必须采用相应的夹具，在压刨上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。2.2 钻模的主要类型 钻床专用夹具一般通称为“钻模”。可按钻模有无夹具体，以及夹具体是否可动，而分为下面几类：11.固定式钻模 这种钻模在使用时，是被固定在钻床工作台。用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系，则需要在机床主轴上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺刀具伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度比较高。2.回转式钻模 回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。由于

10、回转台已标准化，并作为机床附件由专门厂生产供应，固回转式钻模的设计，大多数情况是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用。3.翻转式钻模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻转式钻模可减少工件装夹的次数，提高工件上各孔之间的位置精度。4.盖板式钻模 这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。5.滑柱式钻模 滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了，具有不同的系列。使用时，只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，

11、专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置，就可用于加工。此次设计的夹具工件是侧盖，图为其中部分结构。图2.1 钻孔零件此设计针对这四个孔设计盖板式钻孔夹具。2.3 盖板式夹具特点2盖板式钻模的特点是没有夹具体。图所示为加工车床溜板箱上多个小孔所用的盖板式钻模，它用圆柱销1和菱形销3在工件两孔中定位，并通过3个支承钉4安放在工件上。盖板式钻模的优点是结构简单，多用于加工大型工件上的小孔，如图2所示。图2.2 盖板式钻模1圆柱销；2钻模板；3菱形销；4支撑钉1）工件的定位该套夹具采用的定位：该套夹具采用“一销一孔”的定位.通过一个销及工件上一个孔及其该工件的一

12、个平面进行定位。其中孔限制X、Y方向上移动，销限制绕Z旋转。若定位销为长销，则出现过定位。所以定位销为短定位销。2）定位销的选择2 3从上可知此套夹具选取的定位销为一圆柱销实现定位，此销应可换。按表选取 D=13，H=18。根据尺寸选取的可换圆柱定位销为A型:A13n6X24 GB2204-1980。在“一销一孔”定位方式中，销是限制Z旋转自由度的。工件以“一销一孔”定位时的定位误差：设计中两销为垂直放置，孔和销皆为13H7/h6。由公差和配合表可知，定位孔为，定位销为。01XW=g1+j1+1=0.018+0.011+0=0.029D.W=01XW/2=0.0146由上述分析可知，欲减少系统

13、定位误差，可以采取提高定位孔、定位销的精度或配合类别，采用消除间隙的结构，选取孔距大的双孔定位等，设计中选择的工件定位孔是10，精度是7级。孔距公差为±0.015，定位平面的平面度为0.06，表面粗糙度为Ra=1.6。从对加工零件进行分析之后，可知采用盖板式钻模，不管是装夹还是在效率上都优于其他的钻模。所以选择了这种方案。第3章 工件的夹紧计算及其选择3.1 工件的夹紧3.1.1 夹紧基本原理理论1夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工

14、过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。夹紧对象特征加工信息特征夹紧要求特征动力源项元功能解项技术性经济性社会性应用实例技术参数夹紧功能原理方案设计功能项原理解项评价项备注项图3.1 夹紧功能原理方案设计组成结构分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性，夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。夹紧对象特征项目：包括夹紧

15、对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。夹紧要求特征项：主要指性能要求，包括定位要求、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能。它们是：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜

16、楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。设计夹紧装置时，应满足下述主要要求：21.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位，为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。3.1.2 夹紧座2 4 6在不考虑重力和其它的伴生力的情况下，夹紧力的大小既与切削力的大小有 关，也与切削力对支承的作用有关。W=KM(f1Rf1+f2Rf2)N(其中K=K1K2K

17、3K4，K1=1.52，K2=1.2，K3=1.11.3，K4=1.2)M为切削扭矩W=1.8×1.2×1.2×1.2×85×(0.2×7+0.2×7)=740.28(N)Q 需=KP/(f1+f2)=1.8×1.2×1.2×1.2×100/(0.2+0.2)=777.4NQ 需为切削力为简化夹具的成本及考虑工厂实际情况，拟用螺钉夹紧装置。计算螺钉的夹紧力：W=2QL/ D中/tg(+1)。此公式采用中的数据以M16标准螺纹计算。为螺纹升角;t“g=S/D中;1螺纹摩擦角；D中螺纹中径

18、；Q人工作用力；其中有f=0.1(螺母端面与工件间的摩擦系数)，1=6。34，；计算W=836.8（N）。很明显，可以使用螺钉夹紧机构。夹紧座加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:T10A，淬火HRC6064；渗碳深度0.20.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M16配做。3.1.3 夹紧压板夹紧支板和夹紧座的目的相同，都是夹紧工件的，保证在加工过程中工件不移动，限制它的自由度，夹紧支板的工件接触装置拟用夹紧螺钉，支板在其中是辅助支承的，最终起决定作用的还是人的操作，不同人操作同样的夹具或者是在夹紧的过程中用力和速度的不同，都对工件的加工精度有影响。由于取用的夹紧螺钉

19、是一样的，前面已经计算过了，在此不重复了。5具体的结构见零件图。图3.2 压板夹紧压板加工要求：1.表面发蓝或其它的防锈处理；2.热处理:T10A，淬火HRC3845；渗碳深度0.20.6mm；3.锐边无毛刺；4.螺纹孔以国家标准的M27配做。1 63.1.4 夹紧螺钉1 4根据公司的实际情况选用夹紧螺钉，人工操作。节省成本，制造夹具的时间缩短并以国家标准的规格生产。夹紧功能的原理方案设计目录是设计目录应用的具体体现，由于夹具种类繁多，如何对其进行抽象化整理，以利于运用设计目录的结构形式，还需要更深入的研究。建立原理方案设计目录涉及的知识面较广，难度较大，目录本身的构造规律也很复杂。这里仅作最

20、基本的原理方案设计研究。为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保持不变，就要用夹紧装置将工件夹紧.保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠的接触，防止在加工过程中移动、振动、或变形。因为此套夹具加工的工件刚度较好，防止了切削力作用是所引起的振动，侧面在加上移动压板的定位，免除夹紧力对加工表面几何形状精度的不利影响夹具的夹紧选用加工表面的松态夹紧，夹紧力的作用线不通过加工表面的周围，使加工表面的材料处在自由状态下。 3.2 夹紧力的选择3.2.1 夹紧力方向在保证安装的真确可靠，减少工件的变形，定位方便和在可以减少所需夹紧力的大小的前提下，此套夹具的夹紧方向和工件重力方向和切削方向相同。

21、工件的定位工作面为垂直方向上，则工件的夹紧通过工件的一个定位销与水平方向的移动压块完成。夹紧力的方向为平行重力方向垂直夹紧。2在本次夹具设计中，夹紧力是由中心螺杆和一边压板提供的。3.2.2 夹紧力的作用点夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。现在夹紧力的方案已定。考虑夹具的结构尺寸特征可以确定夹紧力的作用点个数为2个。考虑夹紧力作用点的一般要求：11）夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不至引起工件发生位移和偏转；2）夹紧力的作用点，应使被夹紧的夹紧变形尽可能的小些；3）夹紧力的作用点应尽可能靠近加工表面，以提高定位稳定性。 夹紧力的计算夹紧力的大小重要取决于切削P和重力G，

22、重力是可认为不变的，而切削力在切削的过程中是变化的。影响切削力的大小因素很多，如工件质量的不均匀，加工质量的不均匀，刀具磨损以及切削用量的变化等等。同时夹紧力也和其他因素有关，如夹紧件和工件及工件与定位件间接触表面的光洁度，工艺系统的刚性等等，因此夹具夹紧力的设计只能对其作初略的估算。W:实际夹紧力 Wi:理论夹紧力 K:安全系数安全系数:K= K1×K2×K3×K4式中: K1-基本安装系数 K2-加工安装系数K3-刀具钝化系数 K4-切削特点系数 工件切削孔的位置如图:图3.3 钻孔零件其加工直径全部为12.5此套夹具的夹紧力计算如表1: 1表 1 孔号孔坐标

23、(毫米)孔径 (毫米)走刀量 (毫米/转)xy171.81123.6112.50.102126.61129.5612.50.10377.7457.0312.50.104132.6761.8212.50.10切削力P:P=2.6×D×S0.8×HB0.6式中:D-钻孔直径 S-走刀量 HB-材料布氏硬度HB=Hbmax-(Hbmax-Hbmin)/3=230P1=P2= P3= P4=2.6×12.5×0.100.8×2300.6=134.6 (公斤力)切削合力P=Pi=4×P1=538.3 (N)合力的位置: x=Pixi/

24、Pi y=Piyi/Pi表 2孔号PixiPixiyiPiyi1134.671.819665.626123.6116637.9062134.6126.6117041.706129.5617438.7763134.677.7410463.80457.037676.2384134.6132.6717857.38261.828320.972 X=102.21mm y=93.00mm安全系数K: K= K0×K1×K2×K3×K4取: K0=1.5、K1=1.0、K2=1.5、K3=1.2、K4=1.3得: K=1.5×1.0×1.5

25、5;1.2×1.3=3.51夹紧力的计算夹紧工件所需的夹紧力wW=K×P =3.51×538.3 =1889.433(N) 夹具精度计算与分析3 精度等级的选择：首先根据所要加工的零件进行分析，看其在各方面的精度及表面粗糙度等的要求。然后，根据设计好的夹具（即零件在夹具上的配合和装配来确定。表3 标准公差数值表（节录）基本尺寸IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12>50801319304674120190300>801201522355487140220350>120180182540563100160250400由国家标准推荐的

26、各公差等级的应用范围可知：IT5IT12级用于配合尺寸公差。其中（1）IT5（孔到IT6）级用于高精度和重要的配合处； （2）IT6（孔到IT7）级用于要求精密配合的情况；（3）IT7（孔到IT8）级用于一般精度要求的配合。选用公差等级时，除上述有关原则和因素外，还应考虑以下问题。.相关件配合的精度；.加工成本。在本次设计的夹具中可得知零件与夹具体的配合要求较高精度配合，所以选择(1），而用于定位零件中间的孔和轴，在钻孔只能够要求这个孔和轴要有较高的位置度，所以选择（2），钻模板和零件上用来定位的插销，因为它是用来对零件钻孔装夹定位的，所以同样选（2）。第4章 夹具结构分析与设计4.1 夹具的

27、夹紧装置和定位装置1 2夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他

28、包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套

29、夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。图4.1 装配图如图4.1所示在这次夹具设计中，定位是采用定位V形块来定位水平方向的。在垂直方向，用两个同心半圆环来定位。当被加工零件放到夹具体同心圆环上后，用定位插销把夹具上的钻模板和零

30、件通过先加工的孔进行定位，把压板压紧，之后取出定位插销。4.2 夹具的导向1在钻床上加工孔时，大都采用导向元件或导向装置，用以引导刀具进入正确的加工位置，并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的刚性，从而保证零件上孔的精度，在钻床上加工的过程中，导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等，因此，导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用。导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。在这套钻床夹具上用的导向套是钻套。钻套按其结构可分为固定钻套，可换钻套，快换钻套及特殊钻套。因此套钻夹具加工量不大，磨损较小，孔距离精度要求较高，则选用固定钻套。如图4.2。直接压入钻模板或夹具体的孔中。图4.2 钻套钻模板与固定钻套外圆一般采用H7/h6的配合。且必须有很高的耐磨性，材料选择20Mn2。淬火HRC60。我选择的钻套:12.5F7*22K6*35 GB2264