钻孔专用夹具的设计

毕业设计（机械类）专用夹具的设计学校：浙江工业职业技术学院系别：数字控制分院班级：09数控一班 姓名：冯佳学号：090201139指导老师：惠老师日期：2012-5-01摘要在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工的一种工艺装备，统称为夹具。因此，无论是在机械加工，装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，以及运输工作中都大量采用夹具。但在机械加工中应用最为广泛的是金属切削机床上使用的夹具，我们称其为机床夹具。它在保证产品优质，高产，低成本，充分发挥现有设备的潜力，以便工人掌握复杂或精密零件加工技术，以减轻繁重的体力劳动等诸方面起着巨大的作用。因此，机床夹具的设计和使用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。为此，在本次毕业设计时，选择了机床夹具设计。 目录 摘 要I前 言1 第一章 钻孔夹具设计的要求21.1 钻孔夹具方案设计21.2 了解夹具总体设计的要求2 第二章 钻床夹具设计42.1 确定夹具的类型42.2 钻模的主要类型42.3 盖板式夹具特点5第三章 夹具结构分析与设计133.1 夹具的夹紧装置和定位装置133.2 夹具的导向143.3 钻孔与工件之间的切屑间隙153.4 钻模板163.5 总体分析夹具16总 结17参考文献18致 谢19关键词 机械 夹具 钻模 加工前 言在机械加工过程中，夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。我这次设计的是盖板式钻夹具。这是一种专用夹具，专为一工件的一道工序而设计的夹具。钻夹具的主要任务是保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置，根据工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性，选择不同形式的钻模以保证产品精度和生产率。在众多钻模夹具机床中，综合考虑设计要求、特点及夹具设计原理等，选择了用盖板式钻模，它一般用于加工小型工件上分布在一个面上的孔。本文就围绕此夹具的方案选择，确定夹具，设计夹具等等展开的。但是，由于知识的缺陷，设计时考虑的不够周全，还存在一些错误，请各位老师和同学指出，我将做到虚心接受，努力提高自己 第一章 钻孔夹具设计的要求1.1 钻孔夹具方案设计在设计过程中应深人实际，进行调查研究，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。应当掌握下面的一些资料：1(1)工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该零件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。(2)工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。(3)生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。(4)制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。1.2 了解夹具总体设计的要求21）夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。2）夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。 3）夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。4）能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。5）要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。6）必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。第二章钻床夹具设计 确定夹具的类型：按使用范围，夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。通用夹具适用于各种不同尺寸的零件加工，如导尺、分度盘等。这类夹具是作为附件与机床一起配套供应的。专用夹具是专门为某一工件在某一工序进行加工而设计的夹具，如在铣床上加工弯曲零件必须采用相应的夹具，在压刨上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。2.2 钻模的主要类型 钻床专用夹具一般通称为“钻模”。可按钻模有无夹具体，以及夹具体是否可动，而分为下面几类：11.固定式钻模 这种钻模在使用时，是被固定在钻床工作台。用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系，则需要在机床主轴上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺刀具伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工方式的钻孔精度比较高。2.回转式钻模 回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基本形式。由于回转台已标准化，并作为机床附件由专门厂生产供应，固回转式钻模的设计，大多数情况是设计专用的工作夹具和标准回转台联合使用。3.翻转式钻模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻转式钻模可减少工件装夹的次数，提高工件上各孔之间的位置精度。4.盖板式钻模 这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过10 kg。5.滑柱式钻模 滑柱式钻模的结构已经标准化了和规格化了，具有不同的系列。使用时，只要根据工件的形状、尺寸和加工要求等具体情况，专门设计制造相应的定位、夹紧装置和钻套等，装在夹具体的平台或钻模板上的适当位置，就可用于加工。此次设计的夹具工件是侧盖，图为其中部分结构。图2.1 钻孔零件此设计针对这四个孔设计盖板式钻孔夹具。2.3 盖板式夹具特点2盖板式钻模的特点是没有夹具体。图所示为加工车床溜板箱上多个小孔所用的盖板式钻模，它用圆柱销1和菱形销3在工件两孔中定位，并通过3个支承钉4安放在工件上。盖板式钻模的优点是结构简单，多用于加工大型工件上的小孔，如图2所示。图2.3 盖板式钻模1圆柱销；2钻模板；3菱形销；4支撑钉1）工件的定位该套夹具采用的定位：该套夹具采用“一销一孔”的定位.通过一个销及工件上一个孔及其该工件的一个平面进行定位。其中孔限制X、Y方向上移动，销限制绕Z旋转。若定位销为长销，则出现过定位。所以定位销为短定位销。2）定位销的选择从上可知此套夹具选取的定位销为一圆柱销实现定位，由上述分析可知，欲减少系统定位误差，可以采取提高定位孔、定位销的精度或配合类别，采用消除间隙的结构，选取孔距大的双孔定位等，第三章 夹具结构分析与设计3.1 夹具的夹紧装置和定位装置夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。图3.1 装配图如图3.1所示在这次夹具设计中，定位是采用一根心轴和一个定位插销来定位水平方向的。在垂直方向，用两个同心半圆环来定位。当被加工零件放到夹具体同心圆环上后，用定位插销把夹具上的钻模板和零件通过先加工的孔进行定位，把压板压紧，之后取出定位插销。3.2 夹具的导向1在钻床上加工孔时，大都采用导向元件或导向装置，用以引导刀具进入正确的加工位置，并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的刚性，从而保证零件上孔的精度，在钻床上加工的过程中，导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等，因此，导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用。导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。在这套钻床夹具上用的导向套是钻套。钻套按其结构可分为固定钻套，可换钻套，快换钻套及特殊钻套。因此套钻夹具加工量不大，磨损较小，孔距离精度要求较高，则选用固定钻套。如图3.2。直接压入钻模板或夹具体的孔中。图3.2 钻套钻模板与固定钻套外圆一般采用H7/h6的配合。且必须有很高的耐磨性，材料选择20Mn2。淬火HRC60。我选择的钻套:12.5F7*22K6*35 GB2264-1980。相同的，为了防止定位销与模板之间的磨损，在模板定位孔之间套上两个固定衬套。选取的标准件代号为12*18 GB2263-1980。材料仍选取T10A， 淬火HRC60。公差采用H7/p6的配合。3.3 钻孔与工件之间的切屑间隙钻套的类型和特点:1、固定钻套：钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，钻模板或夹具体的孔与钻套外圆一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨损教小的中小批生产或加工孔径甚小，孔距离精度要求较高的小孔。2、可换钻套：主要用在大批量生产中，由于钻套磨损大，因此在可换钻套和钻模板之间加一个衬套，衬套直接压入钻模板的孔内，钻套以F7/m6或F7/k6配合装入衬套中。3、快换钻套：当对孔进行钻铰等加工时，由于刀径不断增大，需要不同的导套引导刀具，为便于快速更换采用快换钻套。4、特殊钻套：尺寸或形状与标准钻套不同的钻套统称特殊钻套。钻套下端面与工件表面之间应留一定的空隙C，使开始钻孔时，钻头切屑刃不位于钻套的孔中，以免刮伤钻套内孔，如图4.3。图3.3 切屑间隙 C=(0.31.2)d。在本次夹具钻模设计中考虑了多方面的因素，确定了设计方案后，选择了C=8。因为此钻的材料是铸件，所以C可以取较小的值。3.4 钻模板在导向装置中，导套通常是安装在钻模板上，因此钻模板必须具有足够的刚度和强度，以防变形而影响钻孔精度。钻模板按其与夹具体连接的方式，可分为固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、滑柱式钻模板和活动钻模板等。在此套钻模夹具中选用的是可卸式钻模板，在装卸工件时需从夹具体上装上或卸下，钻模板在夹具体上采用定位销一面双孔定位，螺栓紧固，钻模精度较高。43.5 总体分析夹具在选定设计方案之前，我们到了江西消防车辆厂去参观实习，让我们对夹具设计有了很直观的认识。之后又多次去咨询和请教厂里的工程师，这解决了我们在设计中存在的很多问题。比如说对零件的装夹，定位和精度分析等等。我们之中也在校办的工程训练中参观，并请教了中心的老师。这也让我们更多的了解了夹具设计的注意事项。在选定了设计芳案后，在导师的指导下，我们不断的更正和优化夹具，使夹具的设计更加满足设计要求。总 结经过了三个月的毕业设计，在指导老师和自己努力下，本次毕业设计终于完成了。在设计过程中，通过各种方式收集、查阅相关资料。同时，为了增加感性认识，也为了更好的进行设计。指导老师亲自带我们曾多次深入江西消防车辆厂进行实地考察，和校办工程训练中心参观。在考察和参观的过程中，我们仔细观察和虚心地请教了消防车辆厂的工程师和工人及校工程训练中心的老师们，不放过任何难点与疑问。设计中的很多机器结构都参照工厂及训练中心的现行设备结构。通过这次完整的毕业设计，我们系统地回顾和复习了大学四年所学的相关专业知识，同时也深刻体会到学习的重要性并领会到设计也是一种学习的方式。在设计的过程中，我们综合运用了系统的设计方法和相关设计软件（如AutoCAD），且应用熟悉相关设计资料（包括手册、标准和规范等）以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到计算机和工具书及手册在设计中带来的便利和帮助。致 谢本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！感谢我的导师*教授，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。也感谢张卿、郑刘斌等同学对我的帮助和指点。他们带领我们参观了各个机械公司，这让我们的视野更加开阔，让我们对夹具设计有了更直观、更全面的认识。在我们设计的过程中，导师也认真的指导我们画图和写论文等等的工作。在此，还要感谢*的老师们给我们的指导。I4