1025自动排屑式钻孔255专用夹具设计设计说明+三维夹具+装配图+零件图+工艺卡.docx
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1025自动排屑式钻孔255专用夹具设计设计说明+三维夹具+装配图+零件图+工艺卡
毕业设计（论文）
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题目：
自动排屑钻孔夹具
学生姓名：
XX
专业班级：
XX
指导教师：
XX
完成时间：
XX年XX月
目录
摘要
第1章绪论3
1.1技术背景与应用4
1.2夹具创新与意义4
1.3零件技术要求分析5
1.4零件的工艺分析5
第2章零件的加工制造6
2.1零件毛胚制作7
2.1.1选择毛坯7
2.1.2毛坯尺寸的确定7
2.2加工方法与工艺路线8
2.3工装刀具设备的选择8
2.4确定切削用量及基本工时9
第3章夹具设计12
3.1定位方案12
3.2定位误差分析13
3.3切削力和夹紧力的计算13
第4章夹具的基本结构12
4.1常用钻孔夹具缺陷与改进12
4.2夹具的组成结构16
4.2.1夹具底座16
4.2.2半圆定位座17
4.2.3半圆压板17
4.2.4铰链与铰链座18
4.2.5钻套18
4.2.6衬套19
4.2.7盖板及其附件19
4.3夹具的装夹过程20
第5章结论23
参考文献24
致谢25
自动排屑钻孔夹具设计
摘要
钻孔夹具，包括夹具本体、导向体和衬套，安装孔内有导向体（钻套），夹具本体和导向体间有衬套，导向体和衬套上开有相通的排屑孔增加排屑性能；夹具本体另外一侧有置屑槽；排屑孔与置屑槽是相通；置屑槽的外端通过紧固件有一挡板；挡板上安装有吸风装置。
当钻头在钻削过程中的产生钻屑随钻头上的导向条进入导向体内，这时由于切削带有大量的热量会，粘结在钻头与工件之间。
吸风装置的存在可以通过排屑孔将钻屑吸入置屑槽内，避免钻头因排屑不及时而卡在导向件里，增加了钻孔夹具的使用寿命并减小了钻套更换的时间，降低了生产成本。
关键词：
导向体；排屑孔；置屑槽；自动排屑；
Thedesignofdrillingjigautomaticchip
摘要
Abstract
钻孔夹具，包括夹具本体、导向体和衬套，安装孔内有导向体（钻套），夹具本体和导向体间有衬套，导向体和衬套上开有相通的排屑孔增加排屑性能；夹具本体另外一侧有置屑槽；排屑孔与置屑槽是相通；置屑槽的外端通过紧固件有一挡板；挡板上安装有吸风装置。
当钻头在钻削过程中的产生钻屑随钻头上的导向条进入导向体内，这时由于切削带有大量的热量会，粘结在钻头与工件之间。
吸风装置的存在可以通过排屑孔将钻屑吸入置屑槽内，避免钻头因排屑不及时而卡在导向件里，增加了钻孔夹具的使用寿命并减小了钻套更换的时间，降低了生产成本。
Drillingfixture,includingfixturebody,guideandbushing,themountingholewithaguidebody（drill）,clampbodyandtheguidebodybetweenthebushing,guideandtheBushisprovidedwithachipremovalholescommunicatedwiththeincreaseofthechipbreakingperformance;theothersideoftheclampbodyhasagroove;andthechipchipholegrooveiscommunicatedwiththegroove;theouterendofthefastenerwithabaffle;thebaffleisinstalledontheairsuctiondevice.Whenthedrillbitinthedrillingprocessofthedrillcuttingswiththebitguidestripintotheguidebody,thenbecauseofthecuttingwithalotofcalories,thebondbetweenthebitandtheworkpiece.Suctiondeviceexiststhroughthechipholedrillingsuctiondevicewillchipgroove,avoidingbitbecausethechipisnottimelyandstuckintheguide,increasetheservicelifeofdrilljigandreducethedrillingsetofreplacementtime,reducetheproductioncost.
关键词：
导向体；排屑孔；置屑槽；自动排屑；
Keywords:
guide;chiphole;theflute;automaticchip;
第1章绪论
1.1技术背景与应用
机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。
主要的优点有：
（1）工件的加工精度高。
用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工精度趋于一致。
（2）劳动生产率高使用夹具装夹工件、快速，工件不需要划线找正，可显著地减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切削用量，提高劳动生产率；可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。
（3）扩大机床的使用范围
（4）在批量生产中使用夹具后降低成本，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，有明显地降低了生产成本。
夹具制造成本分摊在一批工件上，每个工件增加的成本是极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。
工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。
夹具是装夹工件的工艺装备，主要有起定位、夹紧、在机床上的定位等作用，夹具广泛的应用于机械制造的切削加工、焊接、装配、检测、热处理等加工与装配生产中。
我们这次设计的是一种新型的钻床夹具。
钻床夹具通过底部螺钉紧固在工作台上，有麻花钻回转及直线进给组成切削形成运动形式进行工作。
钻床夹具有钻模板和钻套，以实现对刀导向，确定麻花钻的位置与划线孔工艺相比较，使用钻床夹具可获得较高的的加工精度和生产效率。
钻削的生产过程当中，主轴中心、钻套中心和被加工圆中心的三者相互关联，中心与工作台保持垂直位置的关系。
1.2夹具创新与意义
本次设计的自动排屑钻孔夹具，包括夹具本体、导向体和衬套，夹具本体顶部有两个安装孔，导向体安装在安装孔内，夹具本体和导向体间有衬套隔开两者以保证磨损时有效保护导向体，导向体和衬套上有相通的排屑孔；夹具本体内部有置屑槽；排屑孔与置屑槽相通；置屑槽的外端通过紧固件可以安装挡板；挡板上安装有吸风装置。
我这次设计的钻孔夹具，当钻头在工作时产生钻屑后，钻屑可以随钻头进入导向体内时，吸风装置能够通过排屑孔将钻屑吸入置屑槽内，极大的增加排屑的速度与效率，防止钻头因排屑不及时而卡在导向件里并带动导向体和衬套一起转动摩损夹具本体，和相互之间不必要的磨损现状，增加钻孔夹具的使用寿命，延长了更换零部件的更换周期，从而降低了生产成本；另外因为置屑槽的外端通安装有挡板，挡板的拆装也是极为方便的。
1.3技术要求分析
本次我们钻孔夹具选择的零件是车床上的小型轴，其主要作用为，一是传递转矩，使车床主轴获得较高转速进行旋转的动力；二是工作过程里需要反复承受载荷，工作条件较为复杂，受力较多；三是起到支撑传动作用的一个零件。
零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，缺点是水淬时易生裂纹。
1.4零件的工艺分析
从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，零件为双扁司轴，轴总长54，分三段直径分别为Ф15、Ф20、Ф38，轴有一密封沉割槽尺寸为Ф14x1.2。
其中Ф15段粗糙度为1.6，该外圆对大肩面A的垂直度是0.05。
直径Ф20段粗糙度为1.6连接大肩面A。
大端面有两处垂直扁司面尺寸为14。
重要精度在于外圆Ф20及其肩面进行定位，需要加工的位置在于大端面2-Ф5.5处，该零件是利用Ф20外圆和肩面进行定位，通过2-Ф5.5孔进行连接其他机械零部件，起到支撑与连接作用
通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
图1-1零件结构图
第2章零的加工制造
2.1零件毛胚制作
2.1.1选择毛坯
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：
1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。
根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而钢件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
本零件生产批量为大批量，所以综上所叙选择圆钢下料，锯床锯断至尺寸要求。
2.1.2毛坯尺寸的确定
毛坯（圆钢件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>,见表１。
外圆原直径为50为保证加工余量故放余量5mm使直径保证尺寸55。
总长度原为54先加长切割保证尺寸为58
图2-1毛坯图
2.2加工方法与工艺路线
1.定位基准的选择
本零件为多台阶的轴类零件，外圆φ20的大肩面与外圆φ20是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选φ20为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。
具体而言，即选φ20外圆及其大端面作为精基准。
2.零件表面加工方法的选择
加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序缓慢接近达到所要求的加工尺寸，合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
①粗加工阶段：
其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除外圆面以及肩面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ15、φ20、φ38外圆面。
图2-2粗加工图
②半精加工阶段：
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ15、φ20、φ38外圆面，以及两侧端面
图2-3半精加工图
③精加工阶段：
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。
图2-4精加工图
基面先行原则
该零件进行加工时，要将外圆面先加工，再以基准外圆为基准来加工，因为φ20外圆面的大端面是精加工基准，为后续加工而设定的，才能使定位基准更准确，然后再把其余部分加工出来。
先粗后精
即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。
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工序集中与工序分散：
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成，这样充分利用了机床，减少了翻身吊挂的时间，并减少夹具的要求数量和安装次数和工序数量，提高劳动效率。
工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具较少并容易准备，同时机床调整工作简化，减轻工人的劳动强度。
所以本处我们考虑到工件是大批量生产的情况，采用工序分散的加工模式。
辅助工序的安排：
辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈防锈，退磁，热处理、检验。
热处理工序的安排
工序安排中的热处理目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能。
热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件采用车床CA6140进行加工材料为45的圆钢在进行粗加工后进行的T235操作是为了减小他的内应力或者说是释放粗加工后的残余内应力。
3.制定艺路线
按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，制定了如下的工艺路线
1.圆钢下料
2.粗车放2-3
3.热处理：
T235
4.半精车全部放余量1-1.5
5.精车全部放0.25-0.3
6.铣削扁司两处
7.磨削外圆Ф20及其肩面处
8.钳工钻孔
9.钳工去毛刺
10发蓝
11检验
2.3工装刀具的选择
1.选择加工设备与工艺装备
（1）工序2、4、5是粗车和精车。
各工序的工步数不多，大批大量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。
本零件外廓尺寸不大，选用最常用的CA6140型卧式车床。
（2）工序7为镗削。
由于加工的零件外廓尺寸不大但属于精加工步骤，又是回转体，故在磨床上加工，选用M71432A外圆磨床。
（3）工序6铣削。
工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的X61W型铣床能满足加工要求。
（4）工序8、9是扩、钻、铰孔。
故选用Z525利用专用夹具进行辅助加工（夹具将在后续进行设计）。
2.选用夹具与工装
本零件除铣销，钻小孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。
前面粗精车工序用三爪自定心卡盘进行装夹定位。
1.选用刀具
由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损、更换周期、加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。
由于零件车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。
粗车外圆柱面：
90°半精车，精车外圆柱面：
前角为90°的车刀。
钻头：
高速钢刀具，直径为φ5；扩孔钻：
直径为φ5.3；铰刀：
直径为φ5.5
2.选择量具
双扁司轴零件属大批大量生产，一般情况下采用的事通用量具。
根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，选择如下：
测量范围0～150游标卡尺，读数值0.02、读数值0.01、测量范围0～150游标卡尺。
读数值0.01、测量范围50～125的内径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的外径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的内径百分表。
2.4确定切削用量及基本工时
切削用量包括背吃刀量
、进给量
和切削速度
。
确定顺序是确定
、
，再确定
。
本说明书选取工序1粗车外圆
为例确定其切削用量及基本时间。
1.切削用量
本工序为粗车。
已知加工材料为45钢，圆钢件，有外皮；机床为摇臂钻床，工件装夹在本次的专用夹具上
1）钻10-M5孔
查《工艺手册》，表11-266,取钻10-M5孔的进给量f取0.3mm/r
查《工艺手册》表11-266，取V=22m/min
由此算出转速为
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第3章夹具设计
本夹具是第9道工序钻
通孔的专用夹具。
刀具为直柄麻花钻8-LGB/T6135.3－1996。
针对我们这次需要加工的零件，本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。
因此，本设计的重点应在卡紧的方便性与快速性以及实现钻孔的准确性，同时对夹具的排屑进行改善，改进钻套的相关零部件结构，以利于整个夹具寿命的延长并减小零部件更换的成本。
夹具的设计过程如下：
3.1定位方案
定位基准的选择有几个原则：
1.定位基准与工艺基准重合，尽量与设计基准重合，以减小定位误差，获得最大加工允差，降低夹具制造精度。
2.选择工件上大的平面，长的圆柱面或圆柱轴线为定位基准，以提高定位精度，并使定位稳定、可靠。
3.在选择多个定位元件时，应当防止出现过定位现象。
4.在工件各加工工序中，需要采用同一基准，避免因基准更换而降低工件各表面相互位置的准确度。
5.当铸、锻件以毛坯面作为第一道工序的基准时，应选用比较光整的表面作为基准面。
根据前面零件分析：
重要精度在于外圆Ф20及其肩面进行定位，需要加工的位置在于大端面2-Ф5.5处，由于加工过程中零件需要多次加工和调头装夹定位故需要选取两处定位基准，本零件选取Ф20、Ф50，轴向考虑，由于钻削力作用，故工件将贴实半圆定位块，故不增加定位件
3.2定位误差分析
本工序选用的工件以半圆定位块的半圆进行对工件定位基准外圆20以及大端面的定位，工件直径20半圆定位进入后顶部用半圆压板进行定位，由于采用的事铰链模式的定位方法故在径向将存在间隙，因此必将引起径向基准位移误差。
在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。
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——工件圆孔直径公差（mm）；
——定位销外圆直径公差（mm）。
图3-1夹具装配图
3.3切削力和夹紧力的计算
本工序加工是钻削可估算其夹紧力，其为螺旋夹紧机构。
实际效果可以保证可靠的卡紧。
切削力的计算
根据（《机械加工工艺手册》李洪主编）查表
钻孔时的切削力为：
=9.81x61.2x8x0.32x1.2
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在计算切削力时，必须考虑安全系数。
安全系数
式中：
—基本安全系数；取1.5
—加工性质系数；取1.1
—刀具钝化系数；取1.1
—断续切削系数；取1.1
则
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钻削力
小于夹紧力
，所以该夹紧装置可靠。
第四章夹具的基本结构
4.1常用钻孔夹具缺陷
1.夹具是进行机械零件加工的重要工具，对保证零件的加工质量尤为重要。
当在一个机械零件需要钻孔时，为了保证孔的垂直度，就需要使用钻孔夹具。
以往的钻孔夹具，包括夹具本体导向体、衬套、夹具本体，虽然上述的钻孔夹具结构简单、加工制造容易，但是，当钻头在钻削产生钻屑随钻头进入导向体内时，若排屑不及时，钻头容易被卡死在导向件里，钻头带动导向体和衬套一起转动，摩擦夹具本体，使得安装孔变大，影响了钻孔夹具的使用精度，缩短钻孔夹具的更换周期，增加了生产成本。
2.本次设计的钻孔夹具的钻削结构部分，包括夹具本体、导向体和衬套，夹具本体上开有安装孔，导向体设置在安装孔内，夹具本体和导向体间设有衬套，导向体和衬套上开有相通的排屑孔；所述夹具本体开有置屑槽；排屑孔与置屑槽相通；置屑槽的外端通过紧固件设有挡板；挡板上设有吸风装置。
由于导向体和衬套上开有相通的排屑孔，夹具本体开有置屑槽，排屑孔与置屑槽相通；所述置屑槽的外端通过紧固件设有挡板，挡板上设有吸风装置，当钻头在钻削产生钻屑随钻头进入导向体内时，吸风装置能够通过排屑孔将钻屑吸入置屑槽内，增加了排屑性能，避免了钻头因排屑不及时而卡在导向件里，从而带动导向体和衬套一起转动摩损夹具本体，增加了钻孔夹具的使用寿命和更换周期，降低了生产成本；同时，由于置屑槽的外端通过紧固件设有挡板，把挡板卸下就能够清理吸入置屑槽内的钻屑，维护方便。
图4-1自动排屑结构
4.2夹具的组成结构
零部件主要有：
夹具底座、半圆定位座、半圆压板、铰链座、铰链销、导向体（钻套）、盖板、吸风装置、定位螺柱M10、M10螺母、垫片等附件
图4-2夹具主体装配图
4.2.1夹具底座
主要负责承载各个零件安装，包括半圆定位座、铰链座、盖板、导向体、衬套以及其他固定的附件等等。
夹具底座的底部负责连接机床工作台面，并通过两处的U型槽进行固定。
夹具底座的上部有一贯穿的方孔供钻屑通过后从两侧的吸风装置吸出。
在方孔两端分别是两个M4的螺钉孔，是盖板安装孔。
上部的四个安装孔M4分别是定位两个钻套（导向体）。
图4-3夹具底座
4.2.2半圆定位座
主要负责依靠半圆直径20与工件进行配合定位，定位块的定位基准主要是底面与下端面，所以安装时需要这两个面贴实并用螺钉4-M10进行固定。
由于为了方便拆装修复与重复安装定位的精度的保证，防止偏移故增加了两枚销钉进行固定。
定位块顶部有两个销钉孔供销钉的安装（过盈配合）从而定位工件的扁司面位置。
图4-4半圆定位块
4.2.3半圆压板
依靠铰链机构和半圆定位面对工件进行定位和压紧，压板前的U型口主要供压入后，螺柱、螺母、垫片可以压紧达到固定工件的目的。
图4-5半圆压板
4.2.4铰链座与铰链销
主要负责与夹具主体的连接并支撑压板的铰链点，构成这个铰链机构部分。
4.2.5钻套
钻套的种类有：
（1）固定钻套：
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。
（2）可换钻套：
用于零件单一、大批量生产，方便更换磨损的钻套。
当钻套磨损后，可卸下更换新钻套。
（3）快换专套：
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，此时应该选用快换钻套。
（4）特殊钻套：
因工件的形状或被加工的孔的位置而不能使用标准钻套时，需要自行设计的钻套称为特殊钻套。
钻套材料及热处理：
被加工孔径为Ф5.5，钻套孔径d≤25mm，材料用T10钢制造，热处理硬度为58—64HRC。
钻套也称为导向体，主要起到保夹具主体板延长寿命，延长更换周期，从而达到降低更换成本的目的。
设计中的钻套开有直径6的小孔与钻套相通安装时需要对准该处孔并调节。
钻套顶部采用2-M4内六角螺钉进行紧固。
4.2.6衬套
衬套的主要结构特点是与钻套在等高处有直径为6的通孔，可以保证钻屑通过并且保护衬套与钻夹具主体部分，减少磨损。
图4-6钻套与衬套
4.2.7盖板与吸风装置
盖板上有两通孔可以固定在夹具主体两侧，内侧还有吸风装置可以再夹具产生钻屑时有效吸附防止因为钻屑不能及时排出产生卡死以及由此产生的磨损等不良现象。
定位螺柱，螺母，垫片等附件：
负责紧固压实，连接作用
4.3夹具的动作原理
1.安装工件时，需要把工件的直径20外圆卡入半圆定位块的半圆定位面内，并使得工件的大肩面贴实在定位块顶面，工件的两侧扁司面需要贴实或者朝向内侧进行安装。
2.松开螺母和垫片后，
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