端盖钻模的夹具的设计

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第一章绪论

在机床上对工件进行切削加工，首先需要将工件夹紧。为了能加工出符合

精度要求的工件，仅将工件进行夹紧，以进行加工切削是不够的，还需要使工件在机床上占有正确的位置，并使之夹紧的过程，称为工件的安装。用于安装工件的装置称为机床夹具。有时候习惯上还将一些用于扩大机床工艺范围的装置，如靠模，仿型装置也称为夹具。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要作为人的单纯的辅助工具，使加工过程加速和趋于完善；其次个阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁,夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位及夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三个阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。

在夹具的发展过程中，为适应不同批量的生产，专用夹具和通用夹具都得到了很好的发展。专用夹具主要用于要求定位精度高，保证加工质量，又便于采用各种快速夹紧机构，提高生产效率的固定的较大批量的生产，但生产成本较高。当生产效率要求不高时，使用专用夹具显然是不划算的，这为通用夹具提供了用武之地，通用夹具可以适用于不同工件的生产，降低生产费用，但是生产效率则较低。

随着社会的发展，介乎于大批量和单件小批量之间的多品种中小批量生产日益增多，单有专用夹具已不能满足生产要求，于是出现了介于通用夹具和专用夹具之间的一系列新的夹具形式。多见的形式为由通用件临时组成的专用夹具的专门化拼装夹具和用于有限通用目标的专用可调夹具。除此之外还发展了自动化生产用夹具。

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其次章零件的分析

2.1零件的作用

此零件为端盖，主要起密封固定作用

图2-1

2.2零件的工艺分析

该零件的材料为HT200.该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。

该零件主要加工面为n面、r面和￠63孔。

N面的平面度0.1mm直接影响端盖与零件接触的精度及密封。

63孔内表面的粗糙度分别为3.2直接影响孔与轴协同的精度，因此在加工这些孔的时候应当在一次装夹下完成。

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第三章总体方案设计

3.1夹具的概念、基本要求和特点

3.1.1夹具的定义

：

在机床上对工件进行切削加工，首先需要将工件夹紧。为了能加工出符合精度要求的工件，仅将工件进行夹紧，以进行加工切削是不够的，还需要使工件在机床上占有正确的位置，并使之夹紧的过程，称为工件的安装。用于安装工件的装置称为机床夹具。有时候习惯上还将一些用于扩大机床工艺范围的装置，如靠模，仿型装置也称为夹具。夹具的历史背景及发展趋势

3.1.2夹具的分类

（1）通用夹具

适用范围较大，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同工件。这类夹具已经标准化，在机床上一般都装配有，如车床上的三爪卡盘或四爪卡盘、顶尖和鸡心夹头；平口钳和回转台等。通用夹具主要用于单件小批量生产。(2)专门化组装夹具

这类夹具是有预先制好的标准元件和组件组装而成，是针对一定的工件和一定的工序的专用夹具。只要有足够的种类和数量的标准件，就可以组装出各种各样的夹具。它具有专用夹具的优点和很大的通用性。用完可以拆卸并保存入库，不会存在专用夹具报废问题。因此这类夹具很适合于新产品试制和多品种小批量生产。对于没有夹具不能加工的单件生产，以及批量较大、但轮番周期较长的生产，用这类夹具是比较经济的。由于它具有缩短生产准备周期，减少专用夹具品种、数量和存放面积等优点。缺点是初期投资较大。（3）专用可调夹具

此类夹具用于装夹和加工多品种‘中小批量生产中的一组工件。可以根据具体工件形状更换专用元件；或者是调理某些夹具元件的位置。这类夹具实在专用夹具基础上少量更换或调解夹具元件，因此能达到有限目标的通用化，及大地提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。（4）专用夹具

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专用夹具是针对某一工件的一定工序而专门设计，不需要考虑通用性的问题，可以把夹具设计的结构紧凑，操作便利，并采用各种省力机构或动力装置。因此使用专用夹具可以保证较高的加工效率和生产效率，是根据工件的加工要求自行设计与制造的，其设计和制造周期较长，制造费用也较高，适用于固定的较大批量的生产。（5）自动化生产用夹具

自动化生产专用夹具主要是自动线夹具，分固定式夹具和随行夹具两类。固定夹具和专用夹具类似；而随行夹具除了一般夹具所担负的装夹工件任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，及跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移动到下一个工位的任务。

3.1.3夹具的作用

（1）保证加工精度

在机械加工中采用夹具安装工件，可以确凿地确定工件与刀具、机床之间的相互位置，工件加工表面的尺寸精度和位置精度主要靠夹具保证。采用预先调好的机床和刀具来加工，不受划线质量和找正技术水平等主观因素的影响，所以加工精度稳定。

（2）提高劳动生产效率和降低成本

工件采用夹具安装，一般不需要划线找正，安装快捷，减少辅助时间。特别是多件夹具或多工位夹具，可使辅助时间与加工基本时间重合，工件效率提高的更为显著。此外，由于采用夹具，工件安装更为稳定，可以加大切削用量，减少加工基本时间。这些都能提高劳动生产率，同时降低成本。（3）扩大机床的工艺范围

每种机床的工艺范围是有限的，而且能达到精度范围是一定的。在批量不大、工件种类和规格较多、机床品种和数量有限的状况下，可采用机床夹具扩大机床的工艺范围，如在车床或铣床上安装镗孔夹具就能镗孔。（4）平衡生产线的节拍

在生产线上，某一道工序所需要的加工时间性其他工序长，需要采取措施达到各工序的平衡生产时，可以使用高效率的快速夹具和多工位夹具加以解决。另外，在成批生产中，有时平均节拍较长，而每件加工一、二个表面所需的时间又

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很短，为了组织流水生产，就需要集中工序，否则机床负荷率过低。这就需要集中几个甚至更多表面加工于一个工序，采用完善的夹具可以帮助解决这个问题。（5）减轻劳动强度及保证操作安全

使用专用夹具安装工件，定为便利，可以采用增力、机动夹紧等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。根据加工条件，可以设计防护装置，确保操安全。

3.1.4夹具的组成

机床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。（1）定位元件

定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置。（2）夹紧装置

夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确位置。（3）对刀或导向装置

对刀或导向装置用于确定刀具相对定位元件的正确位置。（4）连接元件

连接元件是确定夹具在机床正确位置的元件。因此，夹具体可兼做连接元件。车床夹具上的过度盘、铣床夹具上的定位键都是连接成一个整体。（5）夹具体

夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具体的所有元件连接成一整体。（6）其他装置或元件

它们是指夹具中因特别需要而设置的装置或元件。若需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置：为了能便利、确凿地定位，常设置预定装置：对于大型夹具，常设置吊装元件等。

3.1.5夹具的设计要求

（1）保证工件的加工精度保证加工精度的关键，首先在于正确地选择定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需要进行定位误差的分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能够满足工件的加工精度要求。

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（2）提高生产效率专用夹具的繁杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作便利，缩短辅助时间，提高生产效率。

（3）工艺性能好专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验和维修等。专用夹具的制造属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整和修配机构。

（4）使用性能好的专用夹具的操作应简单、省力、安全可靠。在客观条件允许且有经济适用的前提下，应尽可能采用气动或液压等机械化夹紧机构，以减轻操的劳动强度。专用夹具还应排屑便利。必要时可设置排屑机构，以防止切屑破坏工件的定位和损坏刀具，防止切屑的积聚带来大量的热量而引起工艺系统变形。

（5）经济性好的专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造简单，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

3.1.6夹具设计精度的设计原则

要保证设计的夹具制造成本低，规定零件的精度要求时应遵循以下原则（1）对一般精度的夹具

1）应使主要组成零件具有相应终加工方法的平均经济精度；

2）应按获得夹具精度的工艺方法所达到的平均经济精度，规定基础件夹具体加工孔的形位公差。

对一般精度或精度要求低的夹具，组成零件的加工精度按此规定，既达到了制造成本低，又使夹具具有较大精度裕度，能使设计的夹具获得最正确的经济效果。（2）对缜密夹具除遵循一般精度夹具的两项原则外，对某个关键零件，还应规定与偶件配作或配研等，以达到无间隙滑动等。

3.1.7夹具设计的规范程序

在编制零件的工艺规程时，便会提出相应的夹具设计任务书，经有关负责人批准后下达给夹具设计人员。根据任务书提出的任务进行夹具结构设计。现将夹具结构设计的规范化程序具体分述如下。

1．明确设计要求，认真调查研究，收集设计资料（1）细心研究零件工作图、毛坯图及其技术条件。

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（2）了解零件的生产纲领、投产批量以及生产组织等有关信息。（3）了解工件的工艺规程和本工序的具体技术要求，了解工件的定位、夹紧方案，了解本工序的加工余量和切削用量的选择。

（4）了解所使用量具的精度等级、刀具和辅助工具等的型号、规格。（5）了解本企业制造和使用夹具的生产条件和技术现状。

（6）了解所使用机床的主要技术参数、性能、规格、精度以及与夹具连接部分结构的联系尺寸等。

（7）准备好设计夹具用的各种标准、工艺规定、典型夹具图册和有关夹具的设计指导资料等。

（8）收集国内外有关设计、制造同类型夹具的资料，吸取其中先进而又能结合本企业实际状况的合理部分。2．确定夹具的结构方案

在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：（1）根据工艺的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件。（2）确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构。

（3）确定夹具的其它组成部分，如分度装置、对刀块或引导元件、微调机构等。

（4）协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。在确定方案的过程中，会有各种方案供选择，但应从保证精度和降低成本的角度出发，选择一个与生产纲领相适应的最正确方案。

3.1.8夹具设计的工作特点

1、定位确凿可靠，尽量避开分模线，且与设计基准和检验基准统一；2、夹紧力要牢靠；3、装卸便利快捷；4、出屑顺畅；

5、铣夹具还要考虑对刀装置；6、便于装夹在机台上。

3.2夹具的总体设计

由零件图，11孔和M10螺纹孔不在同一面上，需要做两套钻模。

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从对工件的结构分析，零件的底面放置在支撑板上，定位比较稳定，可靠，简单实现。在支撑板上加上两根阶梯轴与工件的63孔和56孔协同，零件上方放置钻模板，并用螺母夹紧，零件被固定图3-1总体设计如图，零件被固定。1为阶梯轴，来对零件进行定位找正。2为U形卡子，起夹紧工件的作用。3为M16的螺母，用于装夹工件4为底板，起支撑的作用5为钻模板，加紧定位钻孔

6为垫套，起支撑和增加间隙的作用

3.3夹具的定位和夹紧原理

工件在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定工件的位置，就必需消除这六个自由度，寻常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。夹具正是根据

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六点定位原理来限制零件的自由度，固定零件。

3.4本夹具怎样实现定位和夹紧

从对工件的结构分析，零件的底面放置在支撑板上，定位比较稳定，可靠，简单实现。这样就限制了三个自由度。在支撑板上加上两根阶梯轴与工件的63孔协同，则限制了2个自由度。零件上方放置钻模板，并用螺母夹紧，则六个自由度全被限制，零件被固定。

两阶梯轴与两孔协同，郑州信息科技职业学院毕业设计专用纸说明书

图4-34.4底板的设计

图中4-4为底板，起支撑整个零件的作用，对于材料要求较高的强度及减震性，我们选用45号钢，经过调制处理。底板上的一个凹槽，是便于与阶梯轴的协同，螺栓通过底板的三个通孔与阶梯轴上的螺纹孔相协同。

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图4-4

4.5钻模板的设计

图中4-5为钻模板，主要用来安装钻套，有的还兼有夹紧功能，故应有一定的强度和刚度，也选用45号钢，经过调制处理。本设计中的钻模为固定式钻模，板上的孔与衬套相协同，防止模板与阶梯轴的直接接触，磨损模板。

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图4-5

4.6挡板的设计

图4-6为挡板，主要用来与螺杆组合顶住零件夹紧，因此应有一定的强度和刚度，也选用45号钢，经过调制处理。挡板上面有一个螺孔，用来和螺杆协同，装夹零件的。挡板是通过2个M10的螺钉与底板固定。

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图4-6

4.7U形卡子的设计

图中4-7为U形卡子，起夹紧工件和快换零件的作用，材料为45号钢，有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性。夹具设计中，螺母设计的直径小于螺栓穿过钻模板的孔，这样U形卡子拔出，钻模板就可以很简单的取出，减少了零件的加工时间，提高工作效率。

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图4-7

4.8钻套的设计

图中4-8为钻套，材料为GCR15。钻套的结构和尺寸已经标准化了，设计中主要是根据使用特点来选用钻套。钻套的作用：

1、引导钻头对中。2、保证产品的精度。3、提高生产率，4、降低工人要求。

本次设计中采用的固定钻套8F11*20m9*16(GB/T2264)，当钻套磨损后。只要拧去螺钉，