钻夹具设计毕业论文

1．钻夹具的设计思路与工作原理

我的设计课题是对耳环孔的钻夹具的设计，装配图图纸如附1,为此我了解了耳环钻孔的加工工艺。

对于耳环孔的加工，我选择了立式钻床进行加工，同时为了保证孔的同轴度，我选择了固定式钻模。经过查阅相关资料，钻夹具设计装配图如附1所示

该夹具工作原理：夹具在工作台上安装以后，刀具在固定钻套5的引导下钻ø4孔.

钻夹具的有关概念

2.1钻夹具:

用在各类钻床上进行钻、扩、铰孔的夹具统称为钻床夹具。习惯上称为钻模。钻模在结构上的主要特点是都带有安装钻套的钻模板、刀具的引导装置。因此被加工孔的位置精度主要由钻模来保证。

2.2钻夹具的作用：

（1）提高劳动生产率。在生产中依靠夹具专门定位元件可快速准确地完成工件在加工工位上的定位和夹紧，省去对工件找正、调整和装夹过程，缩短了每一工件的装夹辅助时间。

（2）保证工件的加工精度，稳定整批工件的加工质量。夹具设计和应用重在解决工件可靠定位和稳定装夹，可以使工件之间加工条件差异性大为减小，所以采用夹具可以在保证加工精度上极大的稳定整批工件的加工质量。

（3）改善工人劳动条件。使用夹具后，工件的装卸方便而快捷，减轻了工人的劳动强度，夹具的防护封闭装置也保证了工人的生产安全。

3．钻夹具的结构类型

钻床夹具应用广泛，种类较多，常用钻夹具的结构两类型大致可分为固定式、回转式、翻转式、盖板式和滑注式等几种类型。在设计耳环孔钻夹具时我采用了固定式钻模。

固定式钻模,在使用的过程中,钻模在机床上的位置是固定不动的.这类钻模加工精度较高，可以更好保证孔的位置尺寸精度.在附1装配图中,使用固定式钻模板钻孔精度高.。

4．钻夹具的组成

4.1定位元件

用来确定工件在夹具中正确位置的元件称为定位元件。在附1装配图中台阶定位销3和v形块6，手旋螺钉16于定位元件。

4.2夹紧元件

工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的元件称为夹紧元件。在附1装配图中螺杆9，支板10，手把11和v形块6夹紧元件组成了一个夹紧机构。

4.3导向元件

用来确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。在附1装配图中带肩固定钻套5是引导刀具加工的导向元件，导板8也是导向元件。

钻夹具的导向元件是钻套，钻套按结构的不同，可分为固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套几类。

钻套中引导刀具内径尺寸及偏差根据引导刀具尺寸定，通常取引导刀具最大极限尺寸，若钻套引导是刀具导向部分，可按基孔制相应选取钻套内径H7/f8。本次所设计的钻套不属于标准件需要自己设计,采用材料为T8A，内外轮廓粗糙度均为1.6，如图附5所示.

4.4  夹具体

夹具体是夹具的基础元件，把组成夹具的所有元件和装置连接成一个有机的整体。夹具体要求有足够的强度和钢度，以保证加工过程中在切削力、夹紧力作用下，不会产生不允许的变动和振动，且要有良好的工艺性和使用性。此外还要考虑到便于切屑的清除，因此我在设计过程中，留下了较大的型腔来存储切屑，避免了切屑影响工件的加工精度。

为此，在设计夹具体时，选择铸件较好，其抗压强度、刚度和耐振性好。而对于夹具体的尺寸，规格没有严格的要求,根据加工的要求和加工设备而定,根据加工要求和相关资料,我选用的夹具体如附件2.

5．工件在夹具中的定位

5.1定位的概念及定位基准的选择

工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程称为定位。

工件上用于定位的表面，即确定工件位置的依据，称为定位基准。以轴线为定位基准时，一般以轴的中心孔位基准定位，以平面定位时，与定位元件相接触的平面就是定位基准。在附1装配图中夹具体A面及工件中心孔的轴线都是耳环孔的定位基准。

为保证工件的加工要求，工件在工位上安装时必须保证其相对于刀具及刀具的切削成型运动处于正确的空间位置，再次要考虑到以下两个环节：第一个环节是，要保证工件相对夹具处于正确的空间位置；另一环节是夹具与机床连接时，其相对于机床、刀具及其切削成型应具有正确的相对位置。

怎样定位才能满足加工要求？这需要借助工件定位原理，即六点定位原理，工件可沿X、Y、Z轴的直线方向有不同位置，也可绕X、Y、Z轴的旋转方向有不同位置，这六个位置称为工件的六个自由度。其实定位的实质是限制对加工有不良影响的自由度。

在附1装配图中可以看到台阶定位销2限制了工件Y轴的自由度，同时Z轴的自由度也被限制，v型块限制了工件X正方向的自由度,也限制了工件饶Z轴,Y轴方向旋转的自由度.手旋螺钉限制了工件Z轴方向的自由度.因工件是圆盘形，因此工件沿Z轴方向旋转的自由度可不限制。这样定位使得在批量加工时整批工件相对加工机床及刀具有一个统一位置依据，保证了加工精度的要求。

在附1装配图中钻模板4的定位主要依靠两个圆柱销15来定位，该定位限制了钻模板在X轴Y轴方向的自由度，这样可使内六角螺钉14能准确地将钻模板与夹具体1连接起来，使钻模板上固定钻套的轴线与工件上要加工孔的轴线重合，保证了孔的同轴度，也保证了孔的加工精度。

5.2  定位方法及定位元件选择  

工件以外圆柱面作为定位基准时,最常用的定位元件有v形块,定位套和半圆套。在附1装配图中工件的局部圆弧面采用v形块定位。对中性好，能使工件的定位基准轴线对中在v形块两斜面的对称平面上，而不受定位基面直径误差影响并且安装方便。

5.3定位误差的分析与计算

误差分析在夹具设计中是一个重要环节，它将影响工件的加工精度。

△安装＋△对定＋△过程≤T

此式称为夹具误差不等式，是夹具设计中应遵守的一个基本关系式。

5.3.1定位误差与基准的概念

工件上用于确定加工表面位置的点、线、面成为工序基准。在夹具的定位元件上，与工件相接触的表面称为限位基准若定位元件是回转体，则限位基准就是它们的中心线。

工件放在夹具中进行加工，获得的尺寸精度和位置精度取决于工序基准与加工表面之间的尺寸和位置。加工表面在空间的位置取决于刀具，刀具的位置在加工前根据夹具上的定位元件来调整，刀具的运动轨迹由机床或导向装置来保证。由于工件在夹具中的定位而引起的本工序实际尺寸、相对位置与本工序理想尺寸、相对位置的误差，称为定位误差。用△D表示。

5.3.2造成定位误差的原因

造成定位误差的原因可归结为两个：一是定位基准与工序准不重合，由此产生基准不重合误差△B这是由于工件存在误差造成的；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，这是由于工件和定位元件存在误差造成的。

5.3.3定位误差的计算

工件以平面定位产生定位误差的原因，主要是由于工件定位基准与工序基准不重合和定位基准面间的位置误差而引起的，这时定位基准相对于限位基准的位移量为定位基准的平面度误差，而用于定位的平面已加工过，其平面度误差很小，可以忽略不计。

用v形块定位时，定位误差的大小主要与定位基面的尺寸公差Td和v形块的夹角α有关，α越大，定位误差越小，但其定位稳定性也降低。

6．工件的夹紧

6.1夹紧装置的基本要求

夹具中用来完成对工件夹紧的装置，称为夹紧装置。它担负着夹固工件，保证加工过程中工件在其定位位置上稳固不动的功能，对保证加工精度，提高劳动生产率，保证安全生产减轻工人劳动强度都有很大影响。

对夹紧装置的基本要求应注意以下几点：

（1）    夹紧要可靠

（2）    夹紧不允许破坏工件定位

（3）    夹紧变形要尽量小，且不能压伤工件

（4）    操作要方便

6.2夹紧力的三要素

夹紧力的方向、大小、合作用点被称为夹紧力的三要素。

夹紧力方向的合理选择确定一般有以下几点：

（1）    主要夹紧力的方向应尽量指向工件的主要定位基准面。

（2）    夹紧力的方向应尽量与切削力、重力方向保持一致。

（3）    夹紧力的方向应尽量施于工件刚度较强的方向。

（4）    夹紧力的作用线应分布于工件有效支撑面范围以内，以防止工件发生倾覆。

夹紧力作用点的合理确定：

（1）    夹紧力作用点应选择工件刚性较好的部位。

（2）    夹紧力作用点应尽量靠近工件要加工的部位。

夹紧力大小的合理确定 ：

（1）    类比法。可根据工件具体加工要求，参照生产部门现有生产中相类似切削条件的夹紧装置的应用情况加以比较。还可以通过实际切削试验，进一步验证夹紧力是否够用

（2）    估算法。夹紧力的估算按照静力平衡条件来进行简单的理论夹紧力计算，可依据公式来计算

W=K*P

其中：W所需基本夹紧力

P切削力

K安全系数（一般切削K=1.5~3粗加工K=2.2~3精加工K=1.5~2）

6.3夹紧机构的应用特点和自锁条件

在附1装配图中，v形块6，螺杆9，支板10，手把11元件组成了螺旋夹紧机构。

螺旋夹紧机构主要元件是螺杆，手把，v形块在螺纹传动作用下，转动螺钉v形块就可以对工件实行夹紧和放松。

螺旋夹紧机构可以取得较大有效的轴向夹紧力，由于普通螺纹的螺旋升角α要远小于材料间的摩擦角φ，所以螺纹加紧有非常好的自锁性。

螺纹夹紧机构的应用特点：可得到较大的轴向夹紧力，且自锁性能相当好，夹紧工件安全可靠，夹紧行程可不受限制，整个结构比较简单，易制造，应用广泛，但装夹操作效率低，生产批量不大时多为手动操作，批量生产时多与各种快速机动夹紧机构相组合应用。

7．夹具体与机床连接

夹具在机床上的定位有两种最基本形式：一种是夹具安装在机床的平面工作台上，一种是夹具安装在机床回转主轴上。

夹具在平面工作台上是用夹具定位面定位的，为了保证底平面与工作台有良好的接触，对于较大的夹具应采用周边接触，在附1装配图中可以看到，夹具体1底平面A与机床连接的方式为周边接触，因为在夹具体底平面上有一个凹槽。该夹具与机床连接不需夹紧装置，工件的自重与夹具的自重便可以使整个夹具体平稳的固定在钻床工作台上，工件上被加工孔主要受来自刀具垂直于工作台的切削力，因此只要将夹具平放在工作台上即可，不需要夹紧装置。另外，还要考虑到当钻套引导钻头下刀时，可能会受到钻床主轴的切向扭矩力，而使夹具体产生微小的移动造成加工精度出现误差，为了避免这一现象，可以在沿着钻床主轴切向扭矩力反方向施加一个力，与之互相抵消，这样可以使用挡板来消除这一现象。

8．总结致谢：

经过几周的毕业设计，我成功地完成了课题的设计工作，设计出耳环孔钻夹具的总装配图和各个部分零件图，并达到了设计要求。通过对钻夹具的设计，我学会了机床夹具的设计步骤和方法，对钻夹具有了更深的了解，同时进一步提高了自己的理解能力、制图水平、及对事物的分析能力。

通过本次课题设计的亲身实践，真切的体会到理论知识与生产实践相结合的重要性，书本中的内容在实践中得到了印证，在设计过程中，遇到了不少问题，再次要感谢指导老师杨爱红对我的耐心指导，也要感谢学校领导给我这次机会能与德州方向机厂的工程师们相互交流。在以后的学习和工作中，我会更加严格地要求自己多加学习。

本次课题设计时间仓促，若论文中有错之处，还请老师指出谅解。

参考文献：

（1）汤习成  《机械制造工艺学》北京  中国劳动社会保障出版社  2004

（2）胡建新  《机床夹具》 第二版  北京  中国劳动社会保障出版社  2001

（3）朱东华、樊智敏 《机械设计基础》 北京  机械工业出版社   2003

（4）闫世才、安平 《机械制造工艺与装备》 北京  中国劳动出版社 1999

（5）《机床夹具设计手册》东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学编辑，上海科学出版社