钻床专用夹具设计.docx

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钻床专用夹具设计

毕节学院

机械制造技术基础

课程设计

题目：

专用夹具设计

学院：

机械工程学院

班级：

机械

（2）班

姓名：

　刘丽琴

指导教师：

许勇

完成日期：

　2013.12.30

序言

机械制造装备设计课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环节，也是机械设计与制造专业学生应该学习的一门主要专业课。

其目的在于：

（1）培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课程设计可以巩固和加深有关机械课设方面的理论知识。

（2）学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。

培养独立设计能力，为以后的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。

（3）使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。

零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。

在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。

它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。

机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度和加工精度。

通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。

当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。

使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。

将工件定位、夹紧的过程称为装夹。

工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。

在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。

一、专用夹具的设计

1.1专用夹具的定义

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，因其用途专一而得名。

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。

1.2设计前的准备工作

1.2.1明确工件的年生产纲领

它是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。

如大批量生产时，一般选择机动、多工件，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。

1.2.2熟悉工件零件图和工序图

零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。

如图所示为在轴套上钻绞Φ6H7mm孔的加工简图，需满足如下加工要求,Φ6H7mm孔轴线到端面B的距离为37.5±0.02mm,Φ6H7mm，孔对孔的Φ25H7mm对称度为0.08.已知轴套外圆柱面、各端面和孔均已精加工，工Φ25H7mm件材料为Q235钢，批量N=500件，年产量6000件，需设计钻绞Φ6H7mm孔的钻床夹具。

轴套钻孔工序简图及其夹具

1快速钻套2钻模板3开口垫圈4夹紧螺母5定位心轴6夹具体

1.2.3加工方法

了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。

这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的，根据所给零件图可知，本道工序的内容是钻两个Φ6H7mm的孔。

1.3确定夹具结构方案和分析

1.3.1确定定位方案，选择和定位元件

从a图可知，钻Φ6H7mm孔的工序基准为端面B及Φ25H7mm孔的轴线，按基准重合原则选B面及Φ25H7mm孔为定位基准。

定位方案如图b所示，定位心轴5限制工件沿y、z轴移动和转动的四个自由度，台阶面N限制工件沿x有移动和沿y、z轴转动三个自由度，故沿y、z轴转动的两个自由度限制。

但由于工件定位端面B与定位孔Φ25H7mm均精加工。

因此一批工件在定位心轴上安装是不会产生干涉现象，这种过定位是可以采用的。

定位心轴的右上部铣平，用来让刀和避免钻孔后的毛刺妨碍工件装卸。

1.3.2导向和夹紧方案以及其他元件的设计

为了确定刀具相对工件的位置，夹具上应设置导引元件。

由于孔加工精度高，需采用钻铰工序，故设计快换钻套。

如图b所示，快换钻套1安装在固定式钻模板2上，钻模板与工件要留有排屑空间，以便排屑。

另外，轴套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指向限位台阶面N，如图b所示，采用带开口销垫圈3的螺旋夹紧机构，使工件装卸迅速、方便。

3）夹具体设计图b的轴套钻铰孔夹具采用铸造夹具体，定位心轴5及钻模板2均安装在夹具体6上，夹具体6上的N面作为安装基面。

此方案结构紧凑、安装稳定、刚性好，但制造周期较长，成本略高。

1.4选择加紧机构

1.4.1夹紧力的方向

夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形，导致工件报废。

由于工件加工处为环状且为开，环故只能轴向受力，不能径向受力。

1.4.2夹紧力的作用点

夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置，确保工件定位准确、不变形。

1.4.3选择夹紧机构

在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构，确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：

①夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，确保工件夹紧牢固。

②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。

③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。

根据所给工件的形状、尺寸，选用凸轮推杆滑块机构来夹紧工件。

确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，要选择和设计动力源。

夹紧方案也需反复分析比较，并最终确定最佳设计方案。

1.5工件在夹具上加工的精度分析

1.5.1影响加工精度的因素

用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中用夹具装夹工件机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多。

与夹具有关的因素有定位误差ΔD、对刀误差ΔT、夹具在机床上的安装误差ΔA和夹具误差ΔDJ。

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ΔG。

上述各项误差均导致刀具相对于工件的位置不精确，从而形成总的加工误差∑Δ。

1.5.2定位误差的计算

加工尺寸45mm的定位误差，ΔD=0

对称度0.08mm误差为工件定位孔与定位心轴配合的最大间隙。

工件定位孔的尺寸为Φ45mm，定位心轴的尺寸为Φ25+0.021mm。

ΔD=Xmax=（0.02+0.02）mm=0.04mm

1.6夹具经济性分析

夹具的经济性分析是研究夹具的复杂程度与工件工序成本的关系，以便分析比较和选定经济效益较好的夹具方案。

批量N=500件，年产量6000件，钻床每小时生产费用为f=20元/h。

方案一：

单件工时使用夹具加工时，单件工时T1=0.15h,设夹具毛坯重量m=2kg，材料平均价p=16元/kg,夹具制造工时t=4h，制造夹具每小时平均生产费f=20元/h，可估算出专用夹具的制造价格：

C1=pm+tf=（16*2+4*20）元=112元

计算夹具的年成本C2。

设K1=0.5，K2=0.2，T=1a则

C2=[（1+K1）+K2]C1=[（1+0.5）+0.2]*112元=190.4元

方案二：

不用夹具，通过划线找正钻孔。

夹具年成本C1=0，单件工时t=0.4h。

方案三：

采用自动化夹具，单件工时t=0.05h,设夹具毛坯重量m=30kg，材料平均价格p=16元/kg,夹具制造工时t=4h，制造夹具每小时平均生产费f=20元/h，可估算出专用夹具的制造价格：

C1=C1=pm+tf=（16*30+56*20）元=1600元

计算夹具的年成本C2。

设K1=0.5，K2=0.2，T=2a则

C2=[（1+K1）+K2]C1=[1+0.5+0.2]*1600元=15204元

各方案的工序成本估算见表

工序成本估算

方案一（用夹具）

方案二（不用夹具）

方案三（半自动夹具）

T（h）

0.15

0.4

0.05

ŋ=[1/t]/（件/h）

1/0.15=6.7

1/0.4=2.5

1/0.05=20

C1/元

190.4

0

1520

Cs=（Ntf）/元

500*0.15*20=1500

500*0.4*20=4000

500*0.05*20=500

Csd=（Cs/N）/（元/件）

1500/500=3

4000/500=8

500/500=1

C=（C1+Cs）/元

190.4+1500=1690.4

4000

1520+500=

2020

Cd=（C/N）/（元/件）

1690.4/500=3.38

4000/500=8

2020/500=4.04

各方案的经济效益估算如下：

E1、2=C1-C2=（1690.4-4000）元=-2309.6元

E2、3=C2-C3=（4000-2020）元=1980元

E1、3=C1-C3=（1690.4-2020）元=-329.6元

可见，批量为500件时，用简单钻模经济效益最好，不用钻模经济效益最差。

1.7夹具总图绘制

1.7.1夹具总图绘制

1）夹具的外形轮廓尺寸。

这类尺寸表示夹具长、宽、高最大外形尺寸。

对于活动部分，应表示其在空间的最大尺寸，这样可以避免机床、夹具、刀具发生干涉。

2）影响定位精度的尺寸。

这类尺寸表示夹具定位元件与工件的配合尺寸和定位元件之间的位置尺寸，其配合精度及位置尺寸公差对定位误差产生很大的影响，一般是依据工件在本道工序的加工技术要求，并经定位误差验算后方可标注。

3）影响对刀精度尺寸。

这类尺寸表示对刀元件（或导引元件）与刀具之间的配合尺寸、对刀元件（或导引元件）与定位元件之间的位置尺寸、导引元件之间位置尺寸，其作用是保证对刀精度。

4）夹具与机床的联接尺寸。

对于车床来说，是夹具与车床的主轴端的联接尺寸；对铣床来说，它是夹具定位键、U形槽与机床工作台T形槽的联接尺寸，其作用是保证机床的安装精度。

5）其他重要配合尺寸。

该尺寸属于夹具内部各组成连接副的配合、各组成元件之间的位置关系等。

上述联系信息和位置尺寸的公差，通常取工件相应公差的1/5~1/2。

1.7.2夹具总图的技术要求

夹具总图上标注的技术要求通常有以下几方面：

1）定位元件的定位表面之间的相互位置精度。

2）定位元件的定位表面与夹具安装面之间的相互位置精度。

3）定位表面与引导元件表面之间是相互位置精度。

4）各引导元件工作表面之间的相互位置精度。

5）定位表面会引导元件的工作表面对夹具找正基准面的位置精度。

6）与保证夹具装配精度有关的或检验方法有关的特殊的技术要求。

二、总结与体会

这次课程设计给我们提供了一个应用组件所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对夹具精度分析与计算和运用CAD画出夹具零件图到最后夹具总图程序。

都对我所学的知识进行了检验。

可以说，本次课程设计有苦也有甜。

设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。

因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细是资料。

为我们设计的成功打下坚实的基础。

制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，要心平气和的一步一步来。

总体来说，通过这次设计我受益匪浅。

在摸索该如何画出夹具零件图是的过程中，也特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。

在让我体会到了搞设计艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

参考文献

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[2]李澄，吴天生，闻百桥.机械制图（第三版）.高等教育出版社

[3]陈立德.机械设计基础（第三版）.高等教育出版社

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哈尔滨工业大学出版社，1996

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西安交通大学出版社，1992

[7]刘建亭.机械制造基础[M].北京：

机械工业出版社，2002

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机械工业出版社，1997

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中国标准出版社，2001

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高等教育出版社，1997