钻床夹具设计说明书 2

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文）

钻床夹具设计

年 级:2007级 学 号:20078938 姓 名:耿孟娇 专 业:数控技术

指导老师:刘顺东、谢敏

2011年6月

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院 系 机械工程系 专 业 数控技术

年 级 2007级 姓 名 耿孟娇

题 目 钻床夹具设计

指导教师

评 语

指导教师 (签章)

评 阅 人

评 语

评 阅 人 (签章)

成 绩 答辩委员会主任 (签章)

年 月 日

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第II页

毕业设计（论文）任务书

班 级 学生姓名 学 号 发题日期：2011 年 3 月 1 日 完成日期：2011 年 6 月 18日 题 目 钻床夹具设计 1、本论文的目的、意义

（1）培养学生运用机械制造工艺学及相关课程的知识，并结合生产实践中学到的知识，独立地分析和解决问题，能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具。

（2）培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。 （3）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。 2、学生应完成的任务：

（1）完成论文相关资料的收集。 （2）完成不少于10000字符的英文相关资料翻译。 （3）完成夹具的总体方案设计。 （4）完成夹具的结构设计，画出夹具总装图及典型零部件图（要求总图量至少达到两张0号图）。

（5）完成具有规定格式的设计说明书（不少于15000字）一份。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）

第一部分 收集毕业设计所需要的中文、英文资料，选定设计零件 （2周） 第二部分 完成毕业设计中的英文翻译部分 （1周） 第三部分 设计、修改钻床夹具结构草图 （4周） 第四部分 完成钻床夹具的误差计算 （1周）

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第五部分 绘制、修改钻床夹具装配图、零件图 （5周） 第六部分 完成毕业设计中的论文部分 （1周） 第七部分 修改、整理及装订毕业设计有关资料 （1周） 评阅及答辩 （1周） 备 注:[1] 孙已德.机床夹具图册.北京：机械工业出版社，1983； [2] 李名望.机床夹具设计实例教程.北京：化学工业出版社，2009.8； [2] 李家宝.夹具设计.北京：中国工业出版社，1961.5； [3] 傅成昌,傅晓燕.公差与配合问答.北京：机械工业出版社，2007.1； [4] 虞自奋.AutoCAD2008高级案例解析.北京：中国电力出版社，2008.5； [5] HIRAME`GRANT.夹具-非标准夹紧装置.北京：机械工业出版社，1974.5； [6] 曹岩.机床夹具手册与三维图库.北京：化学工业出版社，2010.3；

指导教师： 刘顺东、谢敏 2011 年 2 月 28日 审 批 人：

2011年 月 日

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摘 要

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。

夹具种类按使用特点可分为：1）通用夹：通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具：专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3）通用可调夹具和成组夹具：其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。4）组合夹具：组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。

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

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第V页 10~20％左右。特别是近年来，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。

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Abstract

Fixture is an indispensable component in machining, in the machine tool technology to high-speed, high efficiency, precision, complex, intelligent, environmentally friendly direction, driven by fixture technology is moving in high-precision, high efficiency, module, combination, general economic direction.

The task of the thesis is processing five holes on parts (cabinet) ,four face, a sidewall.As the parts are high-volume production,hole require high precision, so the design of a special drilling fixture.Assurance the quality of machining .Thanks to the high utilization rate of the fixture, the economy is good, with strong features and a small number of components, supporting low-cost, lower production costs,with clamping device, reduce downtime, improve production efficiency.

Designed drilling fixture, the first careful analysis is the technical requirements for processing components, fixture design using the basic principles and methods.Prepared the fixture design scheme ;Meet the conditions of precision ,then reasonable installation, positioning, clamping;After the completion of draft fixture, and further consider the connection relation between parts and screws, nuts, pins and other fixed means,designing the reasonable structure to achieve relative

motion between the

various

components;Requirements of the various components, select the appropriate materials. Completion of all drilling fixture design, using the AutoCAD drawing two-dimensional graphics,first draw assembly drawing, and then removed from the part drawing on the painting Parts,marking the related to size and technical requirements,finally, write a thesis, organize, edit, complete the graduation project.

Keywords Fixture; drilling fixture; accuracy; CAD

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目 录

第1章 绪论 ............................................................ 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 设计任务 ......................................................... 4 2.2 夹具的设计步骤 ................................................... 7 2.3 钻床夹具的设计 ................................................... 5 第3章 夹具的工作原理与结构设计 ....................................... 10 3.1 对定位元件的基本要求 ............................................ 10 3.2 定位方案与定位元件 .............................................. 10 3.3 夹紧 ............................................................ 11 3.4 夹紧方案的选择 .................................................. 12 3.4.1 钻削切削力 .................................................. 12 3.4.2 实际所需夹紧力的计算 ........................................ 14 3.4.3 夹紧方案 .................................................... 17 3.5 夹具的使用方法 .................................................. 21 第4章 钻床夹具体及夹具零件的设计 ..................................... 22 4.1 夹具体的要求 .................................................... 22 4.2 夹具体毛坯的类型 ................................................ 23 4.3 钻模板以及钻套的设计 ............................................ 24 第5章 夹具误差的计算 ................................................. 29 5.1 角度尺寸公差 .................................................... 29 5.2 定位误差 ........................................................ 29 5.3 工件在夹具上加工的精度分析 ...................................... 30 5.4 夹具误差的计算 .................................................. 31 第6章 零件材料 ....................................................... 36 6.1 标准件 .......................................................... 36

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第VIII页 6.2 盖板、中间板、底板 .............................................. 37 6.3 铰链叉架、压板 .................................................. 39 6.4 长型固定钻套、可换钻套 .......................................... 41 6.5 螺纹头凸肚手柄 .................................................. 43 致谢 .................................................................. 45 参考文献 .............................................................. 47

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第1章 绪 论

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。

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2.3 钻床夹具的设计

钻床夹具装配图，如图2-2a、2-2b、2-2c所示。

如图2-2a，钻床夹具装配图的主视图，采用铸造型的夹具体，盖板15、中间板18、底板19 ，材料均为灰铸铁（HT200）；开槽圆柱头螺钉1、铰链叉架2、螺杆6、六角螺母7的作用是，实现盖板的翻转，用来装卸零件；长型固定钻套3固定在钻模板上 ，用开槽圆柱头螺钉4和定位销5进行连接、固定、定位。

2-2a 钻床夹具主视图

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第8页 在图2-2b，钻床夹具装配图的俯视图中，可以清楚的看到，为了钻零件端面上四个孔时设计的可换钻套11与钻套用螺钉10在盖板上的位置；设计了一个装配把手21，它与盖板连接，作用是方便盖板翻转时的手工操作；压紧螺钉8、六角螺母9是压板下面部分的剖视，可以看出与螺杆的连接情况；六角头螺栓12的作用是连接压板和支板，当旋转螺纹头凸肚手柄14时，压板绕六角头螺栓12转动，运用杠杆原理，压板夹紧盖板。

2-2b 钻床夹具俯视图

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第9页 在图2-2c，钻床夹具装配图的左视图中，可以清楚的看到整个夹紧装置和它的连接情况，压板23、支板24、轴29，压板和轴的连接处，采用梯形螺纹，将旋转运动转化为直线运动，传动效率高、定位准确、自锁性等特点，夹紧后，钻孔的过程中，即使有振动，也不会出现打滑的现象；中间板剖视后可以清楚的看到轴的形状，采用梯形轴，方便安装，?45H7f6的轴起到一个定位的作用，使压板左右对称，在夹紧过

程中，不会因为位置偏移，影响加工精度；在俯视图中可以看到装配把手21的大致形状。

2-2c 钻床夹具左视图

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第10页

第3章 夹具的工作原理与结构设计

3.1 对定位元件的基本要求

1) 足够的精度

由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。

2) 足够的强度和刚度

定位元件不仅限制工件的自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。

3) 耐磨性好

工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。

4) 工艺性好

定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。

3.2 定位方案与定位元件

工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内。

该设计为了满足钻孔的需要，在定位过程中需要保证零件的上下表面与水平面平行，?20的中心线与水平面垂直，保证4-?6mm孔的位置度和?8mm的垂直度。盖板，与零件的由于定位基准为零件的上平面和?20H7的中心线，采用“T”字形定位，即盖板和定位心轴为一体的定位方案，满足了定位基准的要求。同时下面采用圆锥台定位，圆锥台的锥形面与零件的外圆面线接触，定位心轴与锥形块也是线接触，使零件不会发生移动或左右偏转的情况，满足加工要求（如图3-1所示）。 上表面接触。 定位心轴，保证端面四个孔的位置度。 锥形块，保证零件的 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第11页

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

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

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第17页

3.4.3 夹紧方案

方案一：

图3-2 夹紧机构

1-底座 2-转轴 3-手柄 4-锁紧套 5-防转螺钉 6-锁紧螺杆

图为切向锁紧机构，转动手柄3，锁紧螺杆5使两个锁紧套4相对运动，将转轴2锁紧。

夹紧力和夹紧扭矩的计算公式如下：

W?

???Q?f?1?1.07cos??D2??sin2MD （式3-10）

M??2?1.07cos2? （式3-11）

式中 W—夹紧力（N）； M—夹紧扭矩（N*m）； Q—作用力（N）；

f—摩擦系数（表面光滑f=0.16）； ?—螺纹或端面凸轮升角（此处??900）

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第18页 计算夹紧扭矩，代入式3-8得：

???Q?f?1?1.07cos??D2??sinM??2?1.07cos?2

??2???60?0.16?1?1.07??2???22?1.07cos22 （式3-12）

?D计算理论夹紧力，代入式3-11、3-12得：

W?2MD

??2??2?60?0.16??1?1.07??2???22?1.07?22 （3-13）

?23N计算实际夹紧力，代入式3-5得：

WK?WK 计算摩擦力

?57.5N （3-14）

f??Ff

?0.16?60 （3-15）

?9.6N因为 WK?f，所以钻孔过程中不会发生滑动，夹紧力合适，夹紧机构满足设计要求。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第19页 方案二：

盖板 零件 转动轴

压支板 图3-3 压板压紧

手柄

用压板夹紧钻模板的表面，夹紧力的计算公式如下： W?式中 W—夹紧力（N）；

M—钻孔时的切削扭矩（N?m）；

K—安全系数，粗加工K?2.5~3.0，精加工K?1.5~2.0； l —压板的作用点到钻孔的中心线距离（mm）； f—摩擦系数（表面光滑f=0.16）； 由式3-3得，钻?6孔时的切削扭矩

M?Kl?f （式3-16）

M?1.84?10-1.5N?m （3-17） 由式3-10得，安全系数

K?2.5

根据测量得，压板的作用点到钻孔的中心线距离

l?74.5mm （式3-18）

将式3-3，式3-10和式3-18代入式3-16，计算所需夹紧力

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第20页

W?M?Kl?f-1.5-3

?1.84?1074.5?10?2.5?0.16 （3-19）

?26.6N计算摩擦力

f??Ff

?0.16?60 （3-20）

?9.6N因为 WK?f，所以钻孔过程中不会发生滑动，夹紧力合适，夹紧机构满足设计要求。 比较两方案：

在加工零件端面上的四个孔时，由于钻削会产生振动，使零件发生偏移，影响加工孔的位置精度。为避免这种情况的发生，提高零件的加工精度，在钻削过程中，需采用压紧装置。 方案一：

图3-2为切向锁紧机构，它的工作原理如下：在转轴放松的情况下，转动手柄，与之相连的锁紧螺杆使两个锁紧套相对运动，将转轴锁紧，防转螺钉的作用是防止锁紧螺杆在旋转时，锁紧块也跟着转动，没有相对位移，无法实现转轴的压紧和放松。

图3-2中转轴靠左右两侧的锁紧套夹紧，所需夹紧力的传递方向水平向内，由于有弹簧的作用，转轴的前后两侧悬空，没有与盖板直接接触，在钻孔的过程中可能发生在打滑的现象。 方案二：

该方案的运动情况：转动手柄，压板在轴螺纹（左旋、右旋）的作用下发生相对运动，此时，压板相对于支板通过转动轴发生旋转，压紧或放开盖板。

图3-3，采用压板压紧的方式加工零件，工作原理如下：压板和支板通过转动轴用M12(GB/T 5782-2000)的六角头螺栓连接，由于运动过程中，六角头螺栓会发生转动，所以在设计过程中，需要考虑间隙，使运动灵活，无阻碍。压板和轴采用螺纹连

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第21页 接，螺纹采用梯形螺纹，轴的部分可以称作为丝杠，将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等特点；当丝杠作为主动体时，零件就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动。梯形丝杠具有一定的自锁性（与导程角的大小和工作面粗糙度有关），因此在加工过程中不会发生打滑的现象。

经过对上述两种方案的比较，得出结论方案二更合理。

3.5 夹具的使用方法

夹具的大体结构（从下到上）：凸台和底板为一体，锥形块和中间板、转动部分为一体，靠凸台和转动部分保证夹具上部的水平，零件的外圆柱面和圆锥台的圆锥面接触找正定心，盖板和心轴为一体，零件靠盖板、心轴和锥形块定位。

当压板处于放松状态时，可提起装配把手21，使盖板15绕铰链叉架2的螺杆旋转，装载或卸下零件；零件装载好后，旋转螺纹头凸肚手柄14，使轴28转动，由于轴和压板的相对运动，压板和支板的相对转动，压紧盖板，钻头可一次钻零件端面上的四个大小相同、沿中心阵列的孔；加工好端面上的四个孔后，抓紧装配把手，使夹具旋转90度，用于钻侧壁上的孔，由于孔的加工精度要求高，需要用相关仪器检测夹具是否旋转90度，如果旋转度数不够，可在B面用垫片调整高度，直至满足要求；加工完成后，旋转回原来的位置，沿反方向旋转螺纹头凸肚手柄，使压板放松，提起装配把手，卸下零件，至此完成一个零件的加工。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第22页

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。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第23页

4.2 夹具体毛坯的类型

1）铸造夹具体

铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁（如HT200），要求强度高时用铸钢（如ZG270-500），要求重量轻时铸铝（如ZL104）。目前铸造夹具体应用较多。

2）焊接夹具体

焊接夹具体，它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻（壁厚比铸造夹具体薄）。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。

3）锻造夹具体

锻造夹具体，它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需经退火处理。此类夹具体应用较少。

4）型材夹具体

小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各种心轴类夹具的夹具体及钢套钻模夹具体。

在该毕业设计中采用铸造夹具体，盖板、中间板、底板的材料均采用灰铸铁（HT200）。HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性、减振性均较好，铸造性能也较好，使用前需要进行人工时效处理，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。

工作条件:

1.承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）；

2.摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力>1.47MPa）；

3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第24页

4.3 钻模板以及钻套的设计

1、钻模板

钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。

钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式

（1）固定式钻模板

固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。

（2）铰链式钻模板

铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。翻转：装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形销定位。夹紧：采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。

（3）悬挂式钻模板

悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。

2、钻套

钻套是钻模上特有的元件，它的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。

根据使用特点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。 （1）固定钻套 固定钻套（如图4-1）直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第25页

图4-1 固定钻套

（2）可换钻套 可换钻套（如图4-2）用于零件单一、大批量生产中，方便更换磨损的钻套。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。

图4-2 可换钻套

（3）快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个加工工步，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套（如图4-3）。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。 削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。

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图4-3 快换钻套

（4）特殊钻套 因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图4-4加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大，钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧，一般取H=1～2.5d。

图4-4 加长钻套

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3、钻模板和钻套的具体设计

可换钻套 钻套用螺钉

加长钻套 4-?6孔钻模板 开槽圆柱 头螺钉 锥形块 定位销

图4-1 钻模板和钻套的设计

?8孔钻模板 钻零件端面上的四个直径为6mm的孔：

该夹具用于零件的大批量生产，在钻孔的过程中，钻套经常发生磨损，如果设计成固定钻套，在使用一段时间后，磨损的钻套会影响零件的加工精度。当单一钻孔、大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在10~30mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。此处，钻模板的厚度设计为25mm，满足加工要求。钻套和衬套之间采用?10F7m6配合，衬套和钻模板之间采用?15H7n6配合，因为加工四个孔的位置精度

为?0.01，精度要求高，所以钻套的孔采用五级精度（?6G5）。当钻套磨损后，可卸下钻套用的螺钉，更换新的钻套。

钻零件侧面上直径为8mm的孔：

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钻模板的厚度设计为15mm，由于钻模板和零件的钻孔表面距离相对较远，为保证钻孔精度，采用加长钻套；排屑空间h指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的钢件时，常取h=(0.3~0.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=（0.7~1.5）d。此处，因为零件精度要求较高，排屑空间取零，使切屑全部从钻套中排出。衬套和钻模板之间采用?12配合，因为加工孔的垂直度为?0.02，精度要求高，所以钻套的孔采用五级精度（?8G5）。

钻模板与夹具的连接固定：钻模板支撑钻套，对钻套进行固定。因为螺钉固定有空隙会产生误差，影响加工精度，所以将螺钉用在连接固定上，再加上圆锥销进行固定，使钻模板与夹具体紧密结合，避免加工时螺钉松动产生误差，影响加工。

H7n6

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第5章 夹具误差的计算

5.1 角度尺寸公差

规定了未注出公差的角度尺寸的极限偏差数值；适用于金属切削加工的尺寸，也适用于一般的冲压加工的尺寸，非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。

一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4个公差等级，按未注公差的线性尺寸和角度尺寸分别给出了各公差等级的极限偏差数值。

表5-1 角度尺寸的极限偏差数值

公差等级 ~10 精密f 中等m 粗糙c 最粗v

?13000'长度分段mm >10~50 ?30'>50~120 ?20'>120~400 ?10' >400 '?5 ?10 ?1?20 ?30' ?15?30' '?10?20' '?3 0?10 5.2 定位误差

一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在加工误差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位误差，用?D表示。

造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差?B；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差?Y。

由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差是基准不重合误差与基准位移误差的合成。计算时，和计算出?B和?Y，然后将两者合成而得?D。

合成时，若工序基准不在定位基面上（工序基准与定位基面为两个独立的表面），

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第30页 即?B与?Y无相关公共变量，则?D=?B+?Y。

若工序基准在定位基面上，即?B与?Y有相关公共变量，则?D=?B??Y。 在定位基面尺寸变动方向一定（由大到小，由小到大）的条件下，?Y（或定位基准）与?B（或工序基准）的变动方向相同，取“+”号；变动方向相反，取“-”号。

5.3 工件在夹具上加工的精度分析

1. 影响加工精度的因素

图5-1 工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素

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如图5-1所示，用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度有关的因素，有定位误差?D、对刀误差?T、夹具在机床上的安装误差?A和夹具误差?J。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差??。 ?G。

图5-2 零件图

5.4 夹具误差的计算

1) 定位误差

机床夹具的主要功能：在机床上加工工件时，先将工件装好，然后用夹具夹紧工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度，因此，准确定位就是很重要的一个环节，现在需计算定位误差。

根据图4-1和图5-2可知，第一基准?20H7中心线，第二基准B面。 钻?6孔

定位基准?20H7中心线；限位基准?20H7中心线；工序基准?20H7中心线。

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