内蒙古工业大学钻床夹具设计说明书

学校代码： 10128 学 号：

课程设计说明书

题 目： 钻床夹具设计 学生姓名：

学 院： 机械学院 班 级： 机电10 指导教师：

2013年7月 日

内蒙古工业大学课程设计

摘 要

夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

该论文的设计任务是加工零件（连杆）的端面的一个个孔，其他的孔都已经加工。由于该零件属于大批量生产，钻孔精度要求较高，所以设计一个专用的钻床夹具，保证零件的加工质量。由于夹具的利用率高，经济性好，使用元件的功能强并且数量少，配套费用低，降低了生产成本；采用夹紧装置，缩短停机时间，提高生产效率。

设计钻床夹具，首先要仔细分析加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧；在完成夹具草图后，进一步考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动；根据各零件的使用要求，选择相应的材料。

完成钻床夹具的定位方案设计后，用UG三维绘图软件把夹具的装配图绘制出来，然后在导出到CAXA里面进行二维图的修改，从装配图上拆画零件图，标注相关尺寸及技术要求，最后进行说明书的撰写、整理、修改完成该课程设计。

关键词： 夹具；钻床夹具；UG；CAXA

I

内蒙古工业大学课程设计

目 录

第1章 产品介绍 ............................................................................................................... 1 1.1 机床夹具的发展概括 ................................................................................................ 1 1.2 机床夹具的发展方向 ................................................................................................ 2 1.3 夹具的特点 ................................................................................................................ 3 1.4 夹具的设计要点 ........................................................................................................ 3 第2章 钻床夹具的总体设计 ........................................................................................... 4 2.1 课程设计任务 .......................................................................................................... 4 2.2 夹具的设计步骤 ........................................................................................................ 5 2.3 钻床夹具的设计 ........................................................................................................ 6 第3章 夹具的工作原理与结构设计 ................................................................................. 7 3.1 对定位元件的基本要求 ............................................................................................ 7 3.2 定位方案与定位元件 .............................................................................................. 7 3.3 夹紧 ............................................................................................................................ 8 3.4 夹紧方案的选择 ........................................................................................................ 9 3.4.1 钻削切削力 ........................................................................................................... 9 第4章 钻床夹具体及夹具零件的设计 ......................................................................... 12 4.1 夹具体的要求 ......................................................................................................... 12 4.2 夹具体毛坯的类型 .................................................................................................. 13 4.3 钻模板以及钻套的设计 .......................................................................................... 14 第5章 夹具误差的计算 ................................................................................................. 15 5.1 夹具误差的计算 .................................................................................................... 15 设计总结 ............................................................................................................................. 17 参考文献 ............................................................................................................................. 18

II

内蒙古工业大学课程设计

第1章 产品介绍

1.1 机床夹具的发展概括

机床夹具的现状：机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的空间位置，用来加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。

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。

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3～4年就要更新50％～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10％～20％左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。

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。

1

内蒙古工业大学课程设计

1.2 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、柔性化和模块化等五个方面。

（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/T2148～T2259－91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。

（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5μm。

（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。

（5）模块化 模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。

2

内蒙古工业大学课程设计

图3-1 零件的定位

3.3 夹紧

对夹紧装置的基本要求：

1）夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。

2）夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。

3）夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。

工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：

（1）工件不移动原则

8

内蒙古工业大学课程设计

夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。

（2）工件不变形原则

夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。

（3）工件不振动原则

对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

（4）安全可靠原则

夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。

（5）经济实用原则

夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。

夹紧机构---传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。

夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。

3.4 夹紧方案的选择

本设计是一个钻床夹具，加工一个孔，由于钻孔精度要求较高，必须保证在钻孔过程零件保持不动，所以必须设计夹紧装置。

首先计算钻孔的切削力，然后计算实际夹紧力。

3.4.1 钻削切削力

需要钻孔零件的材料为灰铸铁HT190，铸铁的平均含碳量为0.42%。HT190力学性能：抗拉强度 ?b?410MPa；屈服强度 ?s?245MPa；伸长率 δ≥25%；断面收缩

9

内蒙古工业大学课程设计

率 ψ ≥5%；硬度：未热处理≤156HB。

钻削切削力的计算公式如表3-3：

表3-3 钻削切削力的计算公式

工件 材料 结构钢和铸钢 加工 方法 钻 扩钻 钻 刀具 材料 高速钢 耐热钢 （HB141） 灰铸铁 （HB190） 扩钻 可锻铸铁（HB120） 钻 高速钢 硬质合金 切削扭矩 计算公式 切削力 计算公式 M?0.34D2f0.8Kp .90.8M?0.88Da0Kp pfFf?667DF0.7KP .30.7Ff?371a1Kp Pf?b=736MPa M?0.40D2f0.7Kp Ff?1402Df0.7KP M?0.21D2f0.8Kp Ff?419Df0.8KP M?0.12D2f0.8Kp 0.8M?0.83D2a0.75fKP pFf?412D1.2f0.75KP .20.4Ff?231a1KP pfM?0.21D2f0.8KP M?0.098D2.2f0.8KP Ff?425Df0.8KP Ff?319D1.2f0.75KP 硬质合金 高速钢 铜合金 M?0.12D2f0.8Kp Ff?309Df0.8KP

钻削时的进给量

f：0.15~0.32mm/转，取f=0.2mm/转

由表3-3可知，切削扭矩的计算公式

M?0.12D2f0.8Kp （3-1）

KP为修正参数，它的计算公式

因为HT190铸铁的抗拉强度 ?b?410MPa，取?b?736MPa

10

内蒙古工业大学课程设计

???KP??b??736?0.75

?736????106??736??104.50.75 （3-2）

?12孔，带入式3-1得：

M?0.12?12?10?3??2?0.20.8?104.5

?1.84?10?1.5N?m （3-3）

由表3-3可知，切削力的计算计算公式如下，其中f=0.2mm/转

Ff?412DF0.75KP （3-4）

计算?12孔的切削力，带入式3-4得：

Ff?412?12?10?3?0.2?10?3

??0.75?104.5 （3-5）

?262.9N

11

内蒙古工业大学课程设计

第4章 钻床夹具体及夹具零件的设计

4.1 夹具体的要求

1）有适当的精度和尺寸稳定性

夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。

为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。

2）有足够的强度和刚度

加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。

3）结构工艺性好

夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为4~15mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框架式结构等。

4）排屑方便

切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体开排屑槽、在夹具体下部设置排屑斜面。

5）在机床上安装稳定可靠

夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；当夹具在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。

12

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