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钻模设计说明书
第一章工件的工艺分析………………………..1
第二章定位方案设计……………………………2
第三章对刀---导引方案设计……………………4
第四章夹紧方案设计……………………………5
第五章夹具体设计………………………………6
第六章其它装置设计……………………………7
第七章技术条件的制定…………………………8
第八章夹具精度分析……………………………10
第九章夹具的工作原理简介……………………11
第十章参考文献…………………………………11
第一章工件的工艺分析
工件的结构和特点
由图知，其材料是45钢。
该材料综合力学性能好，机械加工性较好，适用于各类受力较大、具有必然耐磨性的零件。
该零件符合轴的结构设计即中间大，俩头小。
该零件上的主要加工面为A面、C面和ø12H9的孔，ø12H9的孔的尺寸精度和形位精度要求较高，与ø40的圆柱的垂直度为，孔的对称度为，与ø40圆柱左端面的公差为,由于各表面是不同的它们之间有误差的公差是很难达到的,但在孔的右边有一个ø12N7的工艺孔,这个工艺孔的中心与ø40圆柱的左端面的公差是按照尺寸链可知只要保证了公差则的公差则必然能保证。
因此加工的时候在工艺孔内插入定位销来保证的公差。
Ø12H9的孔的表面粗糙度Ra为，这意味着该孔的加工不可能一次完成，它必需通过钻-扩-铰来完成。
由有关资料，有关面和孔上午加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
图1-1
第二章定位方案的设计
因本次设计的夹具为——钻扩铰ø12H9的孔。
该夹具适用于Z3025摇臂钻。
一、基准选择分析
从对工件的结构形状分析，该零件属于轴类零件俩端都有螺纹，左端还有键槽，这些都有利于工件的定位与夹紧。
由于钻的是通孔所以Z方向的移动可以没必要限制，又该零件是在圆柱上钻孔所以Y方向的转动没必要限制。
因此该零件只需限制住四个自由度。
但零件与ø40圆柱左端的位置精度要求较高，这给定位带来了必然的难度，因此得在左端的工艺孔内插定位销来实现准肯定位。
零件以ø40圆柱左端的表面在夹具上定位，属于小平面定位限制了2个自由度,还余二个自
由度必需限制。
那种方案更合理呢？
二、方案对比
方案一如图2-1在ø12n7的孔内插入一个菱边销限制一个自由度即Y方向的移动，再在工件的右边放一个半圆套限制工件的四个自由度，即X，Z方向的移动和X，Z方向的转动。
这种定位方案在原理上分析是合理的，夹具结构也很简单。
但由于因为其工件的左端面属于毛坯面，又因为结构原因，菱边销起到的作用不大，且工件的夹紧也不方便。
这个方案不宜采用。
方案二如图2-2在ø12n7的孔内插入一个菱边销限制一个自由度即Y方向的移动，再在工件上套入一个套筒限制工件的四个自由读，即X，Z方向的移动和X，Z方向的转动。
这种方案定位靠得住，夹紧也很方便。
因此这个方案是可行的。
图2-1图2-2
第三章对刀----导引方案设计
一、钻套的选择
由于该夹具属于钻模，所以该夹具的导引装置是钻套。
钻套又分为一、固定钻套，它的特点是直接压入钻模板或夹具体上的，其外圆与钻模板的配合，因此钻套磨损后不易改换。
二、可换钻套，它的特点是在磨损后，可以随时改换，因为它在钻模板与钻套之间加了衬套。
3、快换钻套，它的特点是当加工同一孔时需要改换几把刀具依次进行钻、扩、铰孔加工时，则要求钻套孔径适应不同刀具的需要。
为了缩短钻套改换时间，应采用快换钻套。
在改换钻套时，只需要将它反时针方向转动，使钻套上削边部份对正螺钉头部，即可快速掏出。
4、特殊钻套它的特点是工件的形状或尺寸的限制，不能采用上述标准钻套时采用的。
由于该孔的表面质量要求较高，不能一次加工出来，它需要通过钻——扩——铰才能达到加工要求。
依照上面所述应该选择快换钻套。
（附图3-1）
图3-1
二、钻套内径与公差带的肯定
钻套的结构尺寸在标准中已有规定，设计时，可以参照国标或有关手册。
但钻套的内径及公差带的肯定要自行设计。
因为钻套与刀具的配合间隙的大小，直接影响被加工孔的位置精度，因此应
按照钻套所引导的刀具种类和被加工孔的精度要求依照下述方式肯定钻套的内径与公差带。
一、钻套内径的大体尺寸，应等于所引导刀具的最大尺寸。
二、因为由钻套引导的刀具，都是标准的钻头、扩孔钻、铰刀这一类定尺寸的刀具，所以钻套内径与刀具的配合，应按基轴制来选定。
3、钻套内径与刀具之间，应保证有必然的配合间隙，以避免俩者发生咬死现象。
一般按照所引导的刀具的种类和工件精度要求来选取钻套的公差带，扩孔和钻孔时选取F7，粗铰时选取G7，精铰时选用G6。
4、由于标准钻头的最大尺寸都是所加工孔的大体尺寸，故钻头的钻套内径就只须按孔的大体尺寸取公差带为F7即可。
五、若是钻套引导的不是刀具的切削部份，而是刀具的导柱部份时，也可按基孔制的相应配合选取钻套内径，即：
H7/f6H7/f6H6/g5。
因为该工件的底孔是ø11，先用ø11的麻花钻钻孔，该麻花钻的最大极限尺寸就是11mm取其规定的公差带为F7。
故钻套内径尺寸与公差带为￠11F7。
按照GB1141-1973，ø12mm一号扩孔钻的尺寸为ø。
扩孔钻的最大极限尺寸为ø11.79mm。
故扩孔时钻套内径的尺寸与公差带应为ø12F7。
铰孔时利用的是标准铰刀ø12N7。
铰孔时钻套内径的大体尺寸为ø（即铰刀的最大极限尺寸），其公差带按G6选取，则钻套内径的尺寸与公差带为ø11.008G6。
三、导向长度H的肯定
钻套的导向长度H对刀具的导向作用影响很大，H较大时，刀具在钻套内不易产生偏向斜，但会加速刀具与钻套的磨损；H过小时，则钻孔时导向性不好。
通常取导向长度H与孔径之比为H/d=1—。
当精度要求较高或加工孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则H/D值可取大些。
因该孔的直径为12，取2倍直径，则H=24mm。
（附图3-2）
图3-2图3-3
四、排屑间隙h的肯定
排屑间隙h值的大小（附图3-3）对于排屑、导向有很大的影响。
h值过小，切屑不能自由排出，特别是加工塑性材料时，切屑易阻塞在工件与钻套之间，有可能钻套顶出，还会损坏加工表面和将钻头折断。
h值过大，则将使刀具的引偏增大，不能发挥钻套引导刀具的作用而影响加工精度。
肯定h值时，可按下面的经验公式进行。
加工铸铁时
h=—d
加工钢件等塑性材料时
h=—d
式中d--------钻头直径（mm）。
式中系数的选取方式是；材料越硬，系数应取小值；钻小孔时，系数应取大值。
但也有几种特殊情况需另行考虑。
1、孔的位置精度要求高，需要钻套引导作用良好时，可允许取小的h值（h=0）。
2、在斜面上钻孔或钻斜孔时，为了减少刀具引偏或折断刀具，h值尽可能取小些（h=）。
3、钻深孔（L/d>5）时，要求排屑畅快，这时，h=。
因为该工件的材料是45钢，属于第二个经验公式的范围。
取系数为则排屑间隙h的值为取10。
第四章夹紧方案的设计
一、夹紧装置的作用
工件的定位是使工件在夹具上占有一个正确的位置。
但要使工件在加工进程中此加工位置不变，即不会由于切削力、工件重力、惯性力和离心力等的作用发生位置的转变或产生振动，夹具上还应设有夹紧装置把工件压紧夹牢在定位元件上，以保证加工工件精度和安全。
二、夹紧装置的组成
加紧装置一般分为俩大组成部份：
一、产生力源（原始作使劲）部份对于力源来自机械或电力的，一般称为传动装置。
常用的有气压、液压、电力等传动装置。
力源来自人力的，则称为手动夹紧。
二、夹紧部份接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并夹紧工件的部分。
在夹紧装置的设计中，要求其结构合理、简单，操作方便，利用安全，夹紧靠得住。
要知足这些要求，必需正确的解决夹紧力的大小、方向、作用点问题。
三、夹紧力的肯定
一、夹紧力的方向
（1）、夹紧力应指向主要定位面
（2）、夹紧力应尽可能和切削力、工件重力同向
（3）夹紧力的方向应有助于定位稳定
二、夹紧力的作用点
（1）、夹紧力的作用点应尽可能的落在定位元件的支承范围内
（2）、夹紧力应落在工件刚性较好的部位
（3）、夹紧力的作用点应靠近加工表面
3、夹紧力大小的肯定
夹紧力的大小，对工件安装的靠得住性，工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度都有很大的关系。
如夹紧力过小则工件夹不牢，而夹紧力过大则会引发工件与夹具的变形，乃至破坏定位。
在加工进程中，工件受切削力、离心力、惯性力和工件自身重力等的作用，而且在有些切削进程中还会有冲力。
因此要准确的计算出夹紧力的大小是十分困难的。
因此在设计夹紧装置时，常采用下述俩种方式来肯定所须夹紧力的大小；一是按照同类夹具的利用情况，用类比法进行估算，这种方式在生产中应用的比较普遍；一是按照加工情况，肯定出工件在加工进程中对夹紧最不利的瞬时状态，再将此时工件所受的各类外力看做静力，并用静力平衡原理，计算出所需的夹紧力。
可用如下的公式计算，即
Fk=KF
式中Fk-------实际所需的夹紧力（N）；
F--------在必然条件下，用静力平衡原理计算出的夹紧力（N）；
K---------安全系数。
粗加工时，取K=—3；精加工时，取K=。
综上所述由于该工件自身的特点，即它的俩头都有螺纹，可采用螺旋压紧机构。
螺旋压紧机构的特点是结构简单、容易制造、自锁性能好。
方案一左端用螺母旋入并靠在夹具体上，右端也旋入螺母靠在挡块上。
（如图4-1）方案二左端旋入螺母靠在夹具体上，右端插入套筒和挡块再旋入螺母。
（如图4—2）。
图4---1图4----2
第五章夹具体的设计
设计夹具体的注意事项及其作用
考虑到钻削加工的特点，设计夹具体时，应注意以下几个方面的问题。
（1）、夹具体要有足够的刚度和强度。
合理的设置增强筋，以使夹具体在夹紧力作用途的刚性较好。
（2）、夹具体的结构与定位元件、夹紧元件等组成部份的结构和布置有关，在知足加工要求的基础上应尽可能时各组成部散布置得紧凑些，以使夹具体简化。
（3）、工件上待加工面应尽可能的靠近工作台，并使夹具的重心降低，以提高夹具在机床上安装的稳固性。
夹具体的高度比以H/B〈为宜。
为了用螺钉将夹具紧固在机床的工作台T形槽中，夹具体上要合理的设置耳座。
若是夹具体的宽度尺寸较大时，可在同一侧设置俩个耳座。
此时俩耳座的距离要和钻床工作台相邻的俩T形槽之间的距离相一致。
在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪及攻螺纹时用的夹具，称为钻床夹具，俗称钻模。
钻模上设置钻套和钻模板，用以引导刀具。
钻模主要用于加工中等精度、尺寸较小的孔或孔系间的位置精度，其结构简单、制造方便，因此钻模在各类机床夹具中占的比重最大。
钻模的种类繁多，按钻模在机床上的安装方式可分为固定式和非固定式俩类，按钻模的结构特点可分为普通式、分度式、盖板式、翻转式、和斜孔式等。
综上所述；按照该工件自身的加工要求，该钻模选择固定式的，它的特点是在加工进程中，钻模在机床上的位置始终维持不变的，它主要用于在立式钻床上加工一个孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。
如图5---1所示这个钻模的夹具体采用焊接结构。
夹具体底板1的周围都留出可供固定的部位即耳座。
它的尺寸为200X150X30（长X宽X高单位mm）。
夹具体支撑板2的尺寸为200X35X150（长X宽X高单位mm）。
图5--1
第六章其它装置的设计
一、钻模板的设计
钻模板是用来安装钻套，并和夹具体想连接。
它决定着钻套在夹具上的正确位置，因此要求具有必然的精度和强度、刚度。
按照它与夹具体的连接方式不同，可分为以下几种类型。
（！
）固定式钻模板
这种钻模板直接固定在夹具体上，即可与夹具体铸造成或焊接成一整体，或用销钉、螺钉装配成一整体。
由于钻模板上的钻套相对于夹具体和定位元件的位置是固定不变的，所以加工孔后的位置精度较高。
但装卸工件有时不方便。
（2）铰链式钻模板
铰链式钻模板是通过销轴与夹具体或固定支架连接在一路的。
钻模板可绕铰链轴翻转。
铰链轴和钻模板上相应的孔的配合为基轴制间隙配合（G7/h6），铰链轴和支座孔的配合为基轴制过盈配合（N7/h6）。
钻模板支座俩侧面之间的配合则按基孔制间隙配合（H7/g6）。
当钻孔的位置精度要求较高时，应与以配制，并将钻模板和支座俩侧面的配合间隙控制在—。
这种钻模板，装卸工件比较方便，对于钻孔后要锪窝、攻丝等时尤为适宜。
只要将铰链式钻模板掀开，就可方便的进行锪窝、攻丝。
可是，由于铰链处存在间隙，所以它的加工精度不如固定式钻模板高，在结构上也较复杂。
（3）可卸式钻模板
可卸式钻模板以俩孔在夹具上的圆柱销和削边销定位，并用铰链螺栓和圆螺母把钻模板和工件一路夹紧。
装卸工件时需要将钻模板取下和装上，使得装卸工件费时费力。
但钻孔精度较高，一般用于质量不大而且其他形式的钻模板不便于装卸工件时。
（4）悬挂式钻模板
将钻模板悬挂在钻床主轴上，并随主轴一路运动，钻模板随钻床主轴一路下降，并依托弹簧紧缩是产生的压力，钻模板可将工件压紧在夹具体的定位元件上。
这种钻模板多用于组合机床与多轴传动联用。
不论采用那一类钻模板，在设计时都应使其具有足够的刚度，以保证钻套间的位置精度和加工的稳定性，但不能过厚过重。
钻模板的厚度一般按照钻套的高度肯定。
若是钻套的高度太大，可把钻模芭局部加厚，并使钻模板周围边增强或设置增强筋。
综上所述；该工件取固定式钻模板即可。
二螺栓的设计
考虑到夹具的刚度及整体结构的对称性，夹具体与工作台的连接选用M16的螺栓。
用来连接钻模板和夹具体的螺钉选用M8的即可。
三销的设计
用来定位的销是菱边销，它的尺寸可由下面的表格查到因其大体尺寸。
它的大体尺寸为12
D2
3---6
>6--8
>8---20
>20---25
>25---32
>32--40
b
2
3
4
5
6
6
B
D2-1
D2-2
D2-3
D2-4
D2-5
第七章技术条件的制定
夹具总组装图上的技术要求包括；有关尺寸精度和彼此位置精度俩个方面。
而肯定技术要求的依据是保证夹具的工作精度和工件在夹具安装加工后的误差能知足于误差计算不等式。
这里将该夹具的技术要求的肯定问题进行系统的说明。
一、夹具总装图上应标注的尺寸
在夹具总装图上，通常应标注下列五种尺寸
（1）、夹具外形的最大轮廓尺寸最大轮廓尺寸包括夹具上的可动部分处于极限位置时，在空间所占的尺寸。
例如，夹具上有超出夹具体外的旋转部分时，应标注最大旋转半径；有起落部份时，应注意出最高和最低位置。
（2）、工件与定位元件间的联系尺寸这类尺寸包括：
工件定位基准和定位元件的配合尺寸；各定位元件间的位置尺寸等。
（3）、夹具与刀具的联系尺寸这类尺寸主要用来确定夹具上对刀元件或刀具引导元件的位置，如钻套与刀具的配合尺寸，各钻套之间的位置尺寸，钻套与定位元件之间的位置尺寸，对刀块工作表面与定位元件之间的位置尺寸等。
（4）、夹具与机床连接部份的尺寸这类尺寸用以确定夹具在机床的正确位置的。
（5）、其它装配尺寸这类尺寸属于夹具内部的配合尺寸。
主要是为了保证夹具装配后能满足规定的使用要求而标注的，与工件、刀具、机床等无关。
二、夹具总装图上尺寸公差的肯定
夹具公差的肯定与工件的加工精度、夹具的制造和利用有着直接的关系，应依照必然的原则合理的制定。
（1）、与工件加工尺寸直接有关的夹具公差夹具上定位元件之间、引导元件之间、刀具与引导元件之间等有关尺寸的公差即属于此类。
由于这些尺寸的公差直接与工件相应的加工的加工尺寸公差发生联系，因此须依照工件的加工尺寸公差来决定。
这种夹具公差，目前尚不能利用误差计算不等式来肯定，而是按如实践中积累的经验，取工件上相应加工尺寸公差的1/2---1/5。
具体选历时，要结合生产批量大小、工件加工精度要求等因素，进行全面综合考虑。
对于工件加工精度要求较高、生产批量较大的情况，可以取1/4—1/5。
这样虽然夹具制造较困难，其制造费用有所增加，但可以延长夹具的利用寿命，能够靠得住地保证工件的加工精度，对生批量大的时候，仍然是经济的。
对于小批量生产，则在保证加工精度的前提下，取1/2—1/3，以便于制造。
注意事项；一、为了保证工件的加工精度和便于夹具的制造，应以工件的平均尺寸作为夹具上相应尺寸的大体尺寸，而夹具公差一概采用双向对称散布。
二、要用工件上相应的工序尺寸，作为夹具的大体尺寸，而不必然是零件图上的最后尺寸。
3、若是工件的定位基准不是基准孔或基准轴，则在肯定定位元件的尺寸公差时，应注意保证它们的配合性质。
（2）、与工件加工尺寸公差无直接关系的夹具公差这类公差多是夹具内部各组成元件间的配合尺寸公差，如定位元件与夹具体、可换钻套与衬套、刀具与引导元件、镗套与镗杆、夹具夹紧装置各组成元件间等的配合都属于这一类。
它们的公差、只能按照元件在夹具中的功用和装配要求，按一般的公差与配合选择原则和经验来肯定。
3、夹具总装图上技术要求的肯定
为了保证夹句具的工作精度，除肯定有关尺寸的精度外，对各有关元件之间和各元件的有关表面之间的彼此位置精度也需要提出必然的要求。
这些彼此
位置要求，一般统称技术要求。
它们可用符号表示，也可以用文字形式加以说明。
总的可分为下列几个方面；批
（1）、定位元件之间的彼此位置要求。
（2）、定位元件与夹具的安装基面或定位键之间的彼此位置要求。
（3）、对刀元件与夹具安装基面或定位键之间的彼此位置要求。
（4）、对刀元件定位元件之间的彼此位置要求。
（5）、对刀元件之间的彼此位置要求。
上述技术要求应按照不同的夹具类型而取舍之。
其数值的肯定撕，凡与工件加工技术要求直接有关者，一样可按工件加工技术要求所规定数值的1/2—1/5选取；若与工件加工技术要求无直接关系时，则可参考下列数据选用：
（1）、同一平面上的支承钉或支承板的等高允差一般不大于。
（2）、定位元件工作表面对定位键侧面的平行度或垂直度，一般不大于100：
mm。
（3）、定位元件工作表面对夹具体底面的平行度或垂直度，一般不大于100：
mm。
（4）、钻套轴线对夹具体底面的垂直度不大于100：
mm。
（5）、钻模上前后镗套的同轴度不大于mm。
（6）、对刀块工作表面对定位元件工作表面的平行度或垂直度不大于100：
mm。
综上所述；
（1）、该夹具的总装图上应标注的尺寸主要有夹具外形的最大轮廓尺寸、钻套与衬套、衬套与钻模板的配合种类和精度品级、钻套内径尺寸及公差、定位元件之间的联系尺寸等，如图7—1所示。
（2）钻模的主要技术要求
针对零件公序加工的具体要求，应在夹具上规定相应的技术要求。
而肯定它们的公差值时，可按照经验按工件加工技术要求所规定的1/2---1/5选取。
必要时，需用误差计算不等式加以验算。
现肯定该钻模的技术要求如下：
（1）、定位表面C对夹具安装基面D的平行度不大于0.008mm。
（2）、钻套轴线对C面的垂直度不大于0.01mm。
第八章夹具精度分析
一、工件的定位误差
定位精度是说明咱们所选择的定位方式及定位元件能否知足加工要求的一个重要因素，则精度分析是设计夹具的一个必要的环节。
而定位精度的高低，是依据定位时所产生的定位误差大小表现的。
定位误差（ΔD）是指一批工件、逐渐个地在夹具上定位时，各工件在夹具上所依据的位置不可能完全一致，以致于使加工后工件的工序尺寸存在误差。
定位误差产生的原因，一是工件的定位基面的制造误差引发；二是定位基准未选择工序基准所引发。
它包括俩个方面：
一、基准不重合误差；二、基准位移误差这种误差在第二章已经提及到了在此就再也不重述。
二、影响加工精度的因素
用夹具装夹工件进行机械加工时，影响加工精度的因素很多，除定位误差外，还有以下几种误差。
（1）、加工方式误差ΔG因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统在加工进程中的受力变形和热变形等因素所引发的加工误差统称加工方式误差。
因该项误差影响因素多，不便于计算，所以常按照经验为它留出工件尺寸公差的1/3。
（2）、对刀误差（ΔT）和夹具的安装误差（ΔA）因刀具相对于对刀或导向元件的位置不准确而造成的加工误差。
如钻削前，需将钻头神人钻套进行对刀而钻头与钻套间的间隙，会引发钻头的位移或倾斜，造成加工误差。
因夹具在机床上的安装位置不准确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。
三、保证加工精度的条件
为了保证工件加工后能合格，必需使所有误差对加工尺寸的综合影响不超过加工尺寸公差，即ΔD+ΔG+ΔT+ΔA〈&K
考虑到各项误差的方向性，和各项误差的最大值也很难出现，因此应用概率法叠加，则保证工件加工精度的条件为∑Δ=
即工件的总加工误差∑Δ应不大于工件的加工尺寸公差&K。
按照经验，在设计夹具时，一般是使ΔD、ΔG各占1/3&K，其于误差占1/3&K，在通过度析后，可按具体情况加以调整。
第九章夹具的工作原理简介
此夹具属于一种简单的钻床夹具，因此它的工作原理也超级简单。
在此就简述一下；第一步；把夹具体放到钻床的工作台上，把耳座和工作台的T形槽对齐，用螺栓把夹具体紧固。
第二步；把衬套放入钻模板的孔内，在把钻套放入压紧。
第三步；把钻模板放在夹具体上，用销和螺钉紧固。
第四步；把工件在夹具体上放好，再把套筒套在工件上，注意要把工件上的孔和套筒上的孔对齐，把销插入里面。
用螺母旋入左端紧固。
第五步；把挡块套在工件上，再用螺母把挡块压紧即可。
完成以上五步就可以够加工了。
第十章参考文献
（1）、李建跃主编机械制造基础长沙中南大学出版社2006
（2）、梁旭坤主编机械制造基础长沙中南大学出版社2005
（3）、王志泉主编机械制图长沙中南大学出版社2005
2008年2月29日礼拜五
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