钻床夹具课程设计说明书

洛阳理工学院课程设计

钻床夹具课程设计任务书

题目：设计“轴座”零件的钻床夹具

设计内容：

1、轴座零件加工图 1张

2、钻床夹具装配图 1 张

3、钻床夹具零件图 1张

4、课程设计说明书 1份

设计要求：

1、在摇臂钻床上加工工件顶部的B向φ10的通

孔。以甲面（底面），乙面（前面），φ26H7

定位.

2、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

率和减轻工人的劳动强度，便于大批量生产。

设计（论文）开始日期 2013年 12 月 23 日

设计（论文）完成日期 2014年 01 月 03 日

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指导老师

课程设计评语

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： 1

课程名称：机械制造装备设计

设计题目：轴座钻床夹具设计

课程设计片篇幅：

图纸三张

说明书 16 页

指导老师评语：

年月日指导老师

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目录

1前言.............................................................................................................

1第1章零件的分析 ..................................................................................

2 1.1加工零件图简介 .................................................................................

3 1.2加工零件图分析 ................................................................................. 第2章结构方案设计 . (5)

5 2.1 定位方案设计 ................................................................................

2.1.1确定定位方案 (5)

2.1.2 选择定位元件，设计定位装置 (7)

7 2.2 夹紧方案设计 ..................................................................................

2.2.1 确定夹紧方案 (7)

2.2.2 夹紧装置设计 (8)

9 2.3 钻孔导向装置设计 ..........................................................................

11 2.4 夹具体设计..................................................................................... 第3章夹具装配图的绘制 .. (13)

3.1 夹具总装图上应标注的尺寸及公差 (13)

3.2 夹具总装图应标注的技术条件 (13)

15总结...........................................................................................................

16致谢...........................................................................................................

17参考文献...................................................................................................

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前言

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，也是机械设计制造及其自动化专业学生应该学习的一门主要专业课。其目的在于：

(1) 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。

(2) 为了开阔视野，掌握制造技术最新发展，开阔专业视野，培养复合型人才，促进先进制造技术在我国的研究和应用，“先进制造技术”以作为许多学校的必修课程。为了提高学生综合运用机械设计基础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，通过课程设计训练可以巩固、

加深有关机械设计方面的理论知识。

(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。它们是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、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，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。

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第1章零件的分析

1.1加工零件图简介

零件图应该无遗漏的给出加工零件的全部信息，包括几何形状、全部尺寸、

加工面的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度要求、材料和热处理要求、其它特殊技术要求等。

该加工零件如下图：

图1-1

零件实体图如下所示：

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图1-2

已知该零件的材料为HT200,年产量为30000件，加工Ф10孔（其它工序已经加工完成）。要求为该零件设计专用钻床夹具，用甲面（底面）、乙面（前面及Ф26H7的孔定位，所用机床为Z3040立式摇臂钻床。

1.2加工零件图分析

该工序为加工Ф10孔，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工

表面相互之间的位置精度。使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖工人的技术水平。所设计的夹具应有以下基本要求：

1)夹具结构方案应与生产纲领相适应在大批量生产时应尽量采用快速、高效

夹具结构，如多件夹紧、联动结构等，以缩短辅助时间；对于中、小批量生

产，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单、制造方便，以

降低夹具制造成本。

2)保证工件精度要求这是夹具设计的最基本要求，其关键是正确地定位方

案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具刀具技术要求。必要时应进

行误差分析与计算。

3)便于排屑切屑积集在夹具中，会破坏工件的正确定位；切屑带来的大量热

量会引起夹具和工件的热变形；切屑的清理又会增加辅助时间。切屑积集严

重时，还会损伤刀具甚至引发工伤事故。故排屑问题在夹具设计中必须给以

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充分注意，在设计高效机床和自动线夹具是尤为重要。

4)操作方便、安全、省力如采用气动、液压等夹紧装置，以降低工人强度，

并可好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合工人操作习惯，必要时应有安全防护装置，以确保使用安全。

5)有良好的结构工艺性设计的夹具要便于制造、检验、装配、调整、维修

等。

6)此次设计的是钻床专用夹具，要求装卸方便，生产效率高等特点。

7）夹具元件应满足通用化标、准准化、系列化的“三化”原则，并具有一定的使用寿命和较低的夹具设计制造成本。

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第2章结构方案设计

2.1 定位方案设计

2.1.1确定定位方案

工件定位的目的是为了保证工件加工面与加工面的设计基准之间的位置公差（如同轴度、平行度、垂直度等）和距离尺寸精度。工件加工面的设计基准与机

床的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间位置公差的保证；工件加工面的设计基准与刀具的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间距离尺

寸精度的保证。所以工件定位时有以下两点要求：

一是使工件加工面的设计基准与机床保持一正确的位置；

二是使工件加工面的设计基准与刀具保持一正确的位置。

下面分别从这两方面进行说明：

1 ．为了保证加工面与其设计基准间的位置公差（同轴度、平行度、垂直度等），工件定位时应使加工表面的设计基准相对于机床占据一正确的位置。

2 ．为了保证加工面与其设计基准间的距离尺寸精度，工件定位时，应使加工面的设计基准相对于刀具有一正确的位置。

表面间距离尺寸精度的获得通常有两种方法：试切法和调整法。

试切法是通过试切——测量加工尺寸——调整刀具位置——试切的反复过

程来获得距离尺寸精度的。由于这种方法是在加工过程中，通过多次试切才能获得距离尺寸精度，所以加工前工件相对于刀具的位置可不必确定。

调整法是一种加工前按规定的尺寸调整好刀具与工件相对位置及进给行程，

从而保证在加工时自动获得所需距离尺寸精度的加工方法。这种加工方法在加工时不再试切。生产率高，其加工精度决定于机床、夹具的精度和调整误差，用于

大批量生产。

工件定位的方法有三种：

（一）直接找正法定位

直接找正法定位是利用百分表、划针或目测等方法在机床上直接找正工件加工面的设计基准使其获得正确位置的定位方法。这种方法的定位精度和找正的快慢取决于找正工人的水平，一般来说，此法比较费时，多用于单件小批生产或要求位置精度特别高的工件。

（二）划线找正法定位

划线找正法定位是在机床上使用划针按毛坯或半成品上待加工处预先划出

的线段找正工件，使其获得正确的位置的定位方法，此法受划线精度和找正精度的限制，定位精度不高。主要用于批量小，毛坯精度低及大型零件等不便于使用夹具进行加工的粗加工。

（三）使用夹具定位

夹具定位即是直接利用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的定位方法。

由于夹具的定位元件与机床和刀具的相对位置均已预先调整好，故工件定位时不必再逐个调整。此法定位迅速、可靠，定位精度较高，广泛用于成批生产和大量

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生产中。

在考虑到以上问题的基础上，根据零件的具体情况提出以下定位方案：

方案：工件采用“一面两孔”定位，即用甲面和φ20H7和φ1411H7孔定位，这种定位方式，夹具结构简单，装卸工件方便，定位稳定可靠，并且在一次安装中，可以从加工除定位面以外的剩余各个平面和孔系，也可以作为从粗加到精加工大部分工序的定位基准，实现“基准统一”。因此，显然此方案满足“六点定位原理”的要求。但此方案采用“一面两孔”进行定位，工件的六个自由度被完全

限制，并且产生过定位，但只需严格保证φ20H7和φ1411H7孔轴线的垂直度要求就能较小的产生过定位带来的加工误差，顾采用上述定位方案可行。

“两面一销”

（面为工件下表面，销为工件中插入所示）

图2-1

2.1.2 选择定位元件，设计定位装置

定位方案一旦确定，接着就应该选择或设计相应的定位元件来体现定位方

案。

工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准表面与夹具的定位元件的工

作表面接触或配合来实现的，因此设计中选用的定位方法与定位元件的具体结构

应与工件的定位基准表面相适应。

工件上被选作定位基准表面的常有平面、圆柱面、圆锥面和其他成形表面及它们的组合。当工件以平面定位时，常用支撑钉或支撑板作为定位元件；当工件以圆柱孔定位时，常用定位销（圆柱销）、定位心轴以及圆锥销等作为定位元件；当工件以外圆柱定位时，常用的定位元件有V型块、定位套以及半圆套等。

为了更好的选择定位元件应注意以下问题：

1)定位元件（机构）设计和布置应保证工件定位稳定，并有足够的刚度。

2)定位元件的材料和技术条件应确保定位精度的稳定性和使用的持久性。

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3)多数定位元件已标准化，选择标准件或标准结构可简化夹具的设计制造成

本。

根据加工零件的具体情况和定位方案分析设计出对Ф20H7孔支撑定位元件专用圆柱销如下图：

图2-2

2.2 夹紧方案设计

2.2.1 确定夹紧方案

在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上。从而使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动,以保证加工精度,避免机床、刀具的损坏和发生人身安全事故。

因此为了确定比较合理的夹紧方案，按如下步骤设计夹紧方案（应该注意的问题）：

1)根据工件的形状、大小、加工要求、定位装置的结构和布置情况等，确定夹

紧点与作用方向。

2)分析工件的受力情况，运用类比、试验或估算等方法，确定所需夹紧力的大

小。

3)按所需夹紧力，并根据生产批量，选择或设计夹紧装置。

4)在设计时，尽可能采用已有的、可靠的夹紧方式，这样可以免除复杂的设计

计算，加快设计过程。

在考虑到以上问题的基础上确定夹紧方案，夹紧方案的确定，其实就是夹紧力的确定。夹紧力的确定就是确定夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。在进行这项工作时，必须结合定位装置的结构形式和布置方式，并分析工件的结构特点、加工要求及其他作用于工件上的外力情况，在此基础上确定夹紧力的方向、

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作用点和大小。

结合加工零件的具体情况，在充分考虑以上分析的基础上确定本加工零件的夹紧方案如下图：

加工零件的夹紧方案示意图

图2-3

上述夹紧方案是靠左边的手动拉杆带动v型块去压紧工件圆弧面部分和右

侧立柱部分的左侧面压紧工件的右侧突出圆柱端面来实现工件的夹紧的。

2.2.2 夹紧装置设计

夹紧装置除要求能将工件夹紧压牢之外，还对工件的加工质量、生产率、生产成本及操作工人的劳动强度等均有较大影响。因此，在设计夹紧装置时应满足以下要求。

1)在夹紧过程中，必须保证定位准确可靠，既不破坏原有的定位。

2)夹紧力要适当，既要保证工件在整个加工过程中位置稳定不变、振动小，又

要使工件不产生过大的加紧变形。

3)夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产类型相适应，在保证生产效率的前提

下，其结构要力求简单，工艺性好，便于制造和维修。

4)夹紧装置的操作应当方便、安全、省力、迅速，符合操作习惯。

在考虑到以上要求的基础上，根据加工零件的具体情况和夹紧方案分析设计

出夹紧装置如下图：

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夹紧结构示意图

图2-4

2.3 钻孔导向装置设计

此次设计是钻床专用夹具设计，主要用于孔加工。为了便于确定刀具位置和运动方向，应在夹具上设计对应的钻孔导向元件。

1.钻套的设计

使用钻床钻孔，钻头的导向可采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种。如图2—5所示：

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四中钻套示意图

图2-5

钻套是引导刀具的元件，用以保证被加工孔的位置精度，并防止加工过程中刀具的偏斜。通过对加工零件图分析可知，所加工的是4个Ф11的均布孔,不适宜采用标准钻套，必须根据加工条件的特殊性设计快换钻套。因此根据零件图的特殊情况和具体加工条件选用如下图所示的快换钻套：

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此次加工零件所用的特殊钻套

图2-6

2.钻模板设计

钻模板用于安装钻套在钻模上的位置。要求具有一定的强度和刚度，以防止由于刀具变形而影响钻套的位置精度和导向精度。所加工的是4个Ф11的平行孔，相对于底面A面有垂直度的位置要求，位置精度要求较高，而且孔距相距较小。因此考虑到零件的具体要求和夹具的具体情况，所设计的钻模板如下图所示：

加工零件所用的钻模板

图2-7

2.4 夹具体设计

夹具体是整个夹具的基体和骨架，组成夹具的各个零件、机构等都要安装在上面。夹具体的类型分为铸造夹具体（a）、焊接夹具体（b）、锻造夹具体（c）和装配夹具体(d)。如下图所示：

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（a）（b）（c） (d)

夹具体类型

图2-8

通过对夹具上各组成件的分布情况、零件的形状、尺寸以及加工性质的考虑，以及加工零件的方便性，我选择装配式夹具体，装配式夹具体优点装拆方便、安装灵活、缩短生产准备周期等。基于以上分析，设计出本夹具的夹具体如下图所示：

所设计夹具的夹具体

图2-9

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第3章夹具装配图的绘制

夹具装配图的绘制，是在夹具结构方案草图经过老师审定之后进行的。

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制，绘图比例尽量采用1：1。主视图应按操作者的视线方向绘制，总装配图应将夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。在完整地表达出夹具工作原理和构造的基础上，视图的数量尽可能少。

应先用细双点画线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适的位置上,然后依次绘出定位装置、夹紧装置、其它装置和夹

具体。在夹具总装配图上工件可以看做透明体，不遮挡后面的线条。

3.1 夹具总装图上应标注的尺寸及公差

1)夹具的最大轮廓尺寸为410mm ×218mm×160mm。

2)快换钻套与衬套的配合尺寸为Ф20H8/r7。

3)衬套与钻模板的配合尺寸为Ф29H7/n6。

3.2 夹具总装图应标注的技术条件

1)钳工配作销。

2)所有零件装配前应清洗干净。

3)定位销对夹具体下端面A垂直度误差不大于0.05mm。

基于以上分析绘制出夹具总装配图如下图所示：

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总结

这次的课程设计是大学中的第二个课程设计，是对这一学期的学习生活中所学的知识一个汇总，使我们每个人都能总合运用所学的知识进行设计，使我们初步具备机械设计解决实例问题的能力。就我个人而言，主要体会有以下几点：

1、扎实的基础课，专业课是夹具设计的基础。

由于以前所学的课程难免有些理解不深，遗忘等，而本次设计又或多或少的用到了这些知识，从而迫使我再次回顾以前的课程，并加深了对这些课程的理解，如机械制图中的各种线型的特点应用，公差配合与测量技术中公差的正确选用，

夹具的加工与制造技术。夹具的设计与制造步骤，夹具材料的正确选用等。

2理论与实践相结合的重要性

以前的学习中，基本上是纯理论的学习，虽然有金工实习、毕业实习等实践的体味，但却停留在表面上，没有进行过真正的设计，从而使理论与实践严重脱节，在作设计的过程中，我才真正感觉到眼高手低的含义，同时也“窥一斑而知

全豹”，自己的学习中的不足和薄弱环节暴露无遗，但是在张洪涛老师的帮助下

以及自己的努力下，我终于克服了重重困难，使设计得以顺利的进行。

3、对夹具设计中的安全性，经济性，使用寿命等问题加深了认识

在设计工作中，要不断对安全性进行分析，要充分从操作者的角度进行设计，严格保证设计的夹具对操作者带来使用方面的方便和绝对的安全。在设计中，需要考虑到夹具的成本问题，经济效益是工业生产的前提，成本的高直接决定了产品的竞争力，故在设计中尽可能的选用标准件，另外还要保证设计的夹具能有一定的寿命，能够在一定的加工周期内不至损坏而耽误生产加工。

4、电脑成为设计中重要的辅助工具。

此次设计老师要求采用cad画图，而不是再采用原来的手工绘制的土办法。这样带来很多的方便，采用cad绘图，绘图的质量有了严格的保证，另外修改也比较方便。采用电脑cad进行绘制图型，能在老师给指正后能顺利的修改，并且出图效果要远比手绘优美。通过此次设计，我充分意识到了cad的魅力所在和学好它的重要性。在这样一个高速发展的时代，如果还是墨守陈规的使用手工绘制，那么制图的效率将受的很大的限制，只有学好它你才能紧跟上时代的步伐。

5、设计态度直接决定着设计质量

足够的时间不一定都能设计出优秀的夹具，除了能力水平的问题外，重要一点便是态度问题，作为学生必须要态度谦虚、勤学好问、实事求是，才能正确对

待设计综合运用好这些课程，加之我们平时的知识积累和老师的极大的帮助和指导，为这次毕业设计提供了非常有利的保障。

因水平有限，设计中仍然有许多不足之处，还望老师批评指正。

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致谢

此次设计为期是按老师的安排是两周，但由于指导老师考虑的我们有可能

在指定的时间内无法完成此次课程设计，因此指导老师张提前给我安排了设计任务，让我们提前下手。这样我们会有充足的时间来设计出合适的夹具。首先，我

先提前感谢张老师在此次设计对对自己的大力帮助。

本设计在张洪涛老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从零件选择、定位方案提出到具体设计，无不凝聚着张老师您的心血和汗水，在此次夹具课程设计期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向张老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

通过此次课程设计，使我学到了许多知识，比如说夹具整体的设计过程和设

计夹具的实用性，你所设计的夹具的最终目的是用夹具来生产出合格的产品，其中还包括许多课本上学不到的知识。当然，在设计过程中出现的一些难题。但这些问题经老师和同学们的帮忙都一一的到了解决。比如夹紧问题，我想出了两套方案，我方案给张老师说了以后，张老师说：“用v型块带手动拉杆那种夹紧的方案较用螺钉去夹紧底座的方案要好。”两外在工件定位方面张老师也给出了我

极大的指导，张老师给出的方案：“是上课是经常讲的一面两销去定位。”但我

感觉此方案会产生过定位现象，张老师又解决这这方面的问题，这样在这些问题得到解决后我才开始正式进入设计，在此之后的设计中张老师也给我指出了许多

设计的不足，并耐心帮助我解决这些问题，我非常感谢张老师您！通过设计我从张老师身上看到了他致学的严谨性以及对待学生和蔼可亲的态度。

此次设计让我受益匪浅，我相信通过此次课程设计会对我在以后的工作会有

很大的帮助，通过在此次设计中得到的经验会对今后工作有很大的指导意义。在此，我深深的感谢我们的指导老师——张洪涛老师在百忙之中给予我们设计的悉

心指点与帮助。感谢他为我们指点迷律、出谋划策。同时，也感谢我们的这组的

成员在这次设计中给予自己的帮助,另外还要感谢班里的马许、杜明远、曹耀强、钱文台、申长璞、程顺鹏、王立霄、乔政贸等以及外班的几位同学对自己的指导

和帮助，此后还有给我在cad上对自己极大帮助的杨老师！对于以上各位老师及同学我深表感谢！

最后,再次向张洪涛老师致以诚挚的谢意！

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参考文献

1.赵雪松《机械制造装备设计》武汉：华中科技大学出版社，2011.1

2.陈明《机械制造工艺学》北京：机械工业出版社，2011.6

3.吴拓《简明机床夹具设计手册》北京：化学工业出版社，2010.4

4.李名望《机床夹具设计实例教程》北京：化学工业出版社，2009.9

5.陈立德《机械制造装备设计课程设计》北京：高等教育出版社，2010.8

6.孙恒《机械原理》北京：高等教育出版社，2000.8

7.成大先《机械设计手册》北京：化学工业出版社，1999.8

8.高小康《互换性与测量技术》北京：高等教育出版社，2002.3

9.何铭新《机械制图》北京：高等教育出版社，2010.7

10.吴宗泽《机械设计课程设计手册》北京：高等教育出版社，2012.5

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hqke.html