回转式钻床夹具设计

河南机电高等专科学校毕业设计摘 要本课题的设计任务是加工零件上三个径向12的孔，三个孔的中心线角度均为20°。由于该零件属于大批量生产，钻孔精度要求较高，所以设计一个专用的钻床夹具，保证零件的加工质量。本论文涉及钻床夹具的设计与建模。首先分析加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案；在满足加工精度的条件下，合理的进行安装、定位、夹紧；在完成夹具草图后，进一步考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理的结构实现各零部件间的相对运动；根据各零件的使用要求，选择相应的材料。并采用Pro/E和CAD软件完成钻床夹具的建模与图纸绘制。关键词：钻床夹具；建模；装配； CADAbstractThis topic design task is three radial 12 hole processing parts, three hole center line angle was 20°. Because the part is produced in large quantities, higher drilling accuracy requirements, so the design of a special drilling jig, spare parts processing quality assurance.Modeling and design of this thesis involves drilling fixture. First of all parts of the processing technology, using the basic principle and method of fixture design, fixture design scheme to satisfy the machining accuracy; in the condition, reasonable installation, positioning, clamping fixture; in sketch, further consider the fixed parts of the connection between the relations and screw, nut, pin etc. rational design of the structure, to achieve relative motion between each part; according to the requirements of the use of each part, select the appropriate material. Using Pro/E and CAD software modeling and drawing drilling fixture drawing.Keywords: drilling jig; modeling; assembly; CAD目录摘 要1Abstract1绪 论20.1 机床夹具的发展概括20.2 机床夹具的发展方向20.3 夹具的特点30.4 夹具的设计要点40.5 本论文的研究目的、意义4第1章 钻床夹具的总体设计51.1 设计任务51.2 夹具的设计步骤61.3 钻床夹具的设计7第2章 夹具的工作原理与结构设计82.1 对定位元件的基本要求82.2 定位方案与定位元件82.3 夹紧82.4 钻削切削力92.5 实际所需夹紧力的计算112.5 夹具的使用方法14第3章 钻床夹具体及夹具零件的设计153.1 夹具体的要求153.2 夹具体毛坯的类型153.3 钻模板以及钻套的设计16第4章 夹具误差的计算214.1 角度尺寸公差214.2 定位误差214.3 工件在夹具上加工的精度分析224.4 夹具误差的计算23第5章 零件材料及三维建模255.1 标准件255.2 夹具体265.3 可换钻套275.4 手柄29结束语30致谢31参考文献32绪 论0.1 机床夹具的发展概括机床夹具的现状：机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的空间位置，用来加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。0.2 机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向：主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。（1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m。（3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。（5）模块化 模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。0.3 夹具的特点1）保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。2）提高生产效率专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。3）工艺性好专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于小批量生产。4）使用性好专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。5）经济型好除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。0.4 夹具的设计要点确定各表面加工方案，在选择各表面孔的加工方法时，需综合考虑以下因素：（1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。（2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。（3）要考虑被加工材料的性质。（4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。（5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。0.5 本论文的研究目的、意义多年来，机械制造过程中把设计蓝图比喻成工程师的语言，对于机床专用夹具而言，也总是利用众多视图的不同投影来描绘，采用标注各种线条和符号绘图，不仅费时费力，而且一旦理解有误或形体表现，将会影响产品的制造和质量。 采用计算机辅助设计方法，零件的造型如同车间中加工零件的过程一样，设计完成以后，零件就“加工”出来了，这样不需要很强的空间想象力就可以设计出产品的真实三维模型，经过虚拟装配，可清楚地检验出产品结构的合理性.空间布置是否干涉等问题。造型结束后，将设计模型投影到二维图纸空间，就可自动生成工程图纸的三视图.轴侧图.剖视图等，大大方便了设计过程，形象直观易于接受，从而达到更快地设计机械产品。本课题在探讨机床专用夹具的基本知识和基本理论的同时，研究如何利用计算机图形学采用计算机辅助设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计，形成专用夹具计算机辅助设计系统。第1章 钻床夹具的总体设计1.1 设计任务本设计的主要任务是设计一个钻床夹具，零件的基本形状如下图所示，零件为扇形需要加工的主要是径向三个12的孔，三个孔的中心线角度均为20°。为了使钻孔的位置精确，必须对零件进行固定定位，提高加工精度，使之满足使用要求。专用夹具设计，方便加工及装卸，节省时间，提高工作效率。图2-1 加工零件图如图被加工零件的材料为10#钢扇形的半径为69mm，孔深为27mm，孔直径为12mm，三个孔均匀的径向分布，并且零件需要大量的生产所以设计一个卧轴回转式钻床夹具，通过开口垫圈和螺母的配合使用提高生产效率，采用分度盘和定位销提高零件的加工精度。1.2 夹具的设计步骤1.2.1 明确设计任务书与收集设计材料夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。其次是根据设计任务书收集有关材料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和装订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计样图，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。1.2.2 拟定夹具结构方案与绘制夹具草图A）确定工件的定位方案，设计定位装置。B）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。C）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。D）确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。E）确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、定位装置及吊装元件等。F）确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。G）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。1.2.3 进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较好的方案。1.2.4审查方案与改进设计夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。1.2.5 绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家标准绘制。绘图比例尽量采用1:1. 主视图按夹具面对操作者的反向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。1.2.6 夹具总图的绘制次序如下：A)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具的线条。B)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。C)标注必要的尺寸、公差和技术要求。D)编制夹具明细表及标题栏E)完整的夹具装配总图可参阅夹具图册。1.2.7 绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。1.3 钻床夹具的设计1-分度对定销 2-定位套 3-开口垫圈 4-螺母 5-定位销轴 6-工件 7-钻套 8-分度盘 9-手柄 10-衬套 11-捏手 12-夹具体 13-挡销图2-1夹具的装配图如图2-1夹具的总装配图，12夹具体和钻模板的材料均为灰铸铁（HT200）。开口垫圈视为了实现工件的快速拆装提高生产效率，本夹具为钻床专用夹具生产的工件需要大批量生产所以钻套选用的是可换钻套，分度对定销是为了保证工件上三个孔的角度的精度，轴右端为圆螺母和圆螺母用止动垫圈两者配合使用可以保证轴左右的移动量不会过大，减省了装配工件的时间，提高了工件的生产效率。挡销13可以保证工件和分度盘不会产生相对移动及可以转过相同的角度。第2章 夹具的工作原理与结构设计2.1 对定位元件的基本要求2.1.1 足够的精度由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。2.1.2 足够的强度和刚度定位元件不仅限制工件的自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。2.1.3 耐磨性好工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。2.1.4 工艺性好定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。2.2 定位方案与定位元件工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内。该设计为了满足钻孔的需要，在定位过程中需要保证零件的中心轴线与夹具的轴线的同轴度，并且需要保证工件的端面和分度盘面的平行度。12的中心线和轴的中线的垂直度，所以工件的定位采用短心轴和小平面定位。2.3 夹紧对夹紧装置的基本要求：1） 夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。2） 夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。3） 夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：（1） 工件不移动原则夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。（2） 工件不变形原则夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。（3） 工件不振动原则对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。（4） 安全可靠原则夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。（5） 经济实用原则夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。夹紧机构-传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。2.4 钻削切削力需要钻孔零件的材料为10号钢，优质碳素结构钢，钢材的平均含碳量为0.1%。10号钢力学性能：抗拉强度 ；屈服强度 ；伸长率 25%；断面收缩率 5%；硬度：未热处理156HB。钻削切削力的计算公式如表2-1：表2-1 钻削切削力的计算公式工件材料加工方法刀具材料切削扭矩计算公式切削力计算公式结构钢和铸钢=736MPa 钻高速钢 扩钻耐热钢（HB141） 钻灰铸铁（HB190）硬质合金 扩钻 高速钢可锻铸铁（HB120）钻硬质合金铜合金高速钢钻削时的进给量f：0.150.32mm/转，取f=0.2mm/转由表3-3可知，切削扭矩的计算公式 （式2-1）为修正参数，它的计算公式因为10号钢的抗拉强度 ，取 （2-2）孔，带入式2-1得： （2-3）孔，带入式2-1得： （2-4）由表2-3可知，切削力的计算计算公式如下，其中f=0.2mm/转 （2-5）计算孔的切削力，带入式2-5得： （2-6）计算孔的切削力，带入式2-5得： （2-7）2.5 实际所需夹紧力的计算计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动的工件还应考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： （式2-8）式中 实际所需夹紧力（N）； 在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）； 安全系数。安全系数K可按下试计算： （式2-9）式中，为各种因素的安全系数，如表2-2。表2-2 安全系数的数值符号考虑的因素系数值考虑工件材料及加工余量均匀性的安全系数1.21.5 加工性质粗加工1.2精加工1.0刀具钝化程度（详见表3）01.9切削特点连续切削1.0断续切削1.2夹紧力的稳定性手动夹紧1.3机动夹紧1.0 手动夹紧的手柄位置操作方便1.0操作不方便1.2仅有力矩使工件回转时，工件与支撑面接触的情况接触点稳定1.0接触点不稳定1.5若安全系数K的计算结果小于2.3时，取K=2.5。钻孔时，根据表2-1、表2-2，带入式2-9，计算相应的安全系数得： （式2-10）表2-3 安全系数加工方法切削力分力情况 K钻削铸铁钢1.151.15粗扩（毛坯）1.01.01.31.3精扩1.21.21.21.2粗车或粗镗1.01.01.21.41.251.6精车或精镗1.051.01.41.051.31.0圆周铣削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)端面铣削 （粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)磨削1.151.2拉削F1.52.5 夹具的使用方法加工扇形工件上三个径向孔，拧紧螺母，通过开口垫圈将工件加紧。转动手柄，可将分度盘松开，用捏手将分度对定销从定位套中拔出，将分度盘连同工件一起转过20°，再将分度对定销插入定位套4或4中，即实现了分度。转动手柄7将分度盘锁紧即可加工。第3章 钻床夹具体及夹具零件的设计3.1 夹具体的要求1）有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。2)有足够的强度和刚度加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。3)结构工艺性好夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为415mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框架式结构等。4)排屑方便切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体开排屑槽、在夹具体下部设置排屑斜面。5)在机床上安装稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；当夹具在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。3.2 夹具体毛坯的类型1） 铸造夹具体铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁（如HT200），要求强度高时用铸钢（如ZG270-500），要求重量轻时铸铝（如ZL104）。目前铸造夹具体应用较多。2） 焊接夹具体焊接夹具体，它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻（壁厚比铸造夹具体薄）。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。3） 锻造夹具体锻造夹具体，它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需经退火处理。此类夹具体应用较少。4） 型材夹具体小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各种心轴类夹具的夹具体及钢套钻模夹具体。在该毕业设计中采用铸造夹具体，盖板、中间板、底板的材料均采用灰铸铁（HT200）。HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性、减振性均较好，铸造性能也较好，使用前需要进行人工时效处理，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。工作条件:1.承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）；2. 摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力>1.47MPa）；3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。3.3 钻模板以及钻套的设计1、钻模板钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式（1）固定式钻模板 固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。（2）铰链式钻模板铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。翻转：装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形销定位。夹紧：采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。（3）悬挂式钻模板悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。2、钻套钻套是钻模上特有的元件，它的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。根据使用特点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。(1) 固定钻套 固定钻套（如图4-1）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，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。图4-1 固定钻套（2）可换钻套 可换钻套（如图4-2）用于零件单一、大批量生产中，方便更换磨损的钻套。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。图4-2 可换钻套（3） 快换钻套 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，此时应使用快换钻套（如图4-3）。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。图4-3 快换钻套（4） 特殊钻套 因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图4-4加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大，钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧，一般取H=12.5d。图4-4 加长钻套3、 钻模板和钻套的具体设计该夹具用于零件的大批量生产，在钻孔的过程中，钻套经常发生磨损，如果设计成固定钻套，在使用一段时间后，磨损的钻套会影响零件的加工精度。当单一钻孔、大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此处，钻模板的厚度设计为20mm，满足加工要求。钻套和衬套之间采用18 F7/m6配合，衬套和钻模板之间采用24 H7/n6配合，当钻套磨损后，可卸下钻套用的螺钉，更换新的钻套。排屑空间h指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的钢件时，常取h=(0.30.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=（0.71.5）d。钻模板与夹具的连接固定：钻模板支撑钻套，对钻套进行固定。因为螺钉固定有空隙会产生误差，影响加工精度，所以将螺钉用在连接固定上，再加上圆锥销进行固定，使钻模板与夹具体紧密结合，避免加工时螺钉松动产生误差，影响加工。第4章 夹具误差的计算4.1 角度尺寸公差规定了未注出公差的角度尺寸的极限偏差数值；适用于金属切削加工的尺寸，也适用于一般的冲压加工的尺寸，非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4个公差等级，按未注公差的线性尺寸和角度尺寸分别给出了各公差等级的极限偏差数值。表4-1 角度尺寸的极限偏差数值公差等级 长度分段mm10>1050>50120>120400>400精密f中等m粗糙c最粗v4.2 定位误差一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在加工误差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位误差，用表示。造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差。由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差是基准不重合误差与基准位移误差的合成。计算时，和计算出和，然后将两者合成而得。合成时，若工序基准不在定位基面上（工序基准与定位基面为两个独立的表面），即与无相关公共变量，则=+。若工序基准在定位基面上，即与有相关公共变量，则=。在定位基面尺寸变动方向一定（由大到小，由小到大）的条件下，（或定位基准）与（或工序基准）的变动方向相同，取“+”号；变动方向相反，取“-”号。4.3 工件在夹具上加工的精度分析1. 影响加工精度的因素 图4-1 工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素如图4-1所示，用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度有关的因素，有定位误差、对刀误差、夹具在机床上的安装误差和夹具误差。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。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差。4.4 夹具误差的计算4.4.1 定位误差机床夹具的主要功能：在机床上加工工件时，先将工件装好，然后用夹具夹紧工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度，因此，准确定位就是很重要的一个环节，现在需计算定位误差。定位基准和工序基准均为分度盘端面4.4.2 对刀误差因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。图4-2 钻模对刀误差钻模对刀误差的计算如图5-3所示，刀具与钻套的最大配合间隙的存在会引起刀具的偏斜，将导致加工孔的偏移量 (4-1)式中 B工件厚度； H钻套高度； h排屑空间的高度。工件厚度大时，按计算对刀误差：；工件薄时，按计算对刀误差：。本工件的加工厚度为27mm，所以应按来计算，计算得T=1.73mm4.4.3 夹具安装误差因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。本夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，=0.4.4.4 夹具误差因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；定位元件相对于对刀或导向元件（包含导向元件之间）的尺寸或位置误差；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差；若有分度装置时，还存在分度误差。以上几项共同组成夹具误差。4.4.5 加工方法误差因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差的1/3.计算时可设 4.4.6 保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸。为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量。因此将上式改写为或 当时，夹具能满足工件的加工要求。值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值确定得是否合理。第5章 零件材料及三维建模5.1 标准件图5-1本设计中的标准件，如螺钉、螺母、螺栓等零件，常用于元件间的连接、定位、固定，要求有一定的工艺性能和良好的塑性，在使用过程中可能要承受力的作用，所以需要有适当的强度。根据对金属材料的认识和了解，35号钢满足使用要求。35号钢为优质碳素结构钢，有良好的塑性和适当的强度，工艺性能较好，焊接性能也可以，大多在正火状态和调质状态下使用（正火：指将钢材或钢件加热到钢的上临界点温度以上，3050保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺；正火的目的：提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷。调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺）。35号钢广泛用于制造各种锻件、热压件、冷拉和顶锻钢材，机械制造中的零件，如曲轴、转轴、杠杆、连杆、套筒、轮圈、垫圈以及螺钉、螺母等。35号钢的力学性能如下：抗拉强度： 屈服强度：伸长率：断面收缩率： 未热处理硬度：5.2 夹具体图5-2夹具体的毛坯类型有：铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、型材夹具体四种。本设计中对零件钻孔，需要夹具体有良好的抗压强度、刚度和抗震性，所以选用铸造夹具体，常见的材料为灰铸铁，如HT200。.HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是具有较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理（时效处理：消除零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后，精加工前，把工件重新加热到100-150，保持5-20小时。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要）。灰铸铁的工作条件：1.能承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）。2.摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力>1.47MPa）。3.要求一定的耐弱腐蚀性介质。灰铸铁的运用场合：一般运用于盖、油盘、手轮、手把、支架、座板、重锤等形状简单、不甚重要的零件。这些铸件通常不经试验即被采用，一般不须加工，或者只须经过简单的机械加工。5.3 可换钻套图5-3在成批生产、大量生产中，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套（图5-3）。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。钻套使用频率较高，耐磨性要求较高；在钻孔的过程中，有振动，要求材料具有一定的抗性振能，选用T10A。T10A是一种碳素工具钢，适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动的零件和刀具。力学性能：退火硬度 197HB，淬火硬度62HRC。T10A典型应用举例：1）用于制作一般冲模，批量10万件时，被冲材料为软态低碳钢板，料厚小于1mm。2）用于制造冷拔、拉伸凹模，在工作中磨损超差后，可先经过高温回火，然后重新常规淬火，可自行缩孔复厚。3）用于制造剪切厚度为11mm中厚钢板的长剪刃，施行薄壳淬火后，抗疲劳强度高，崩刃倾向低，适用寿命比9CrWMn钢高7倍。4）用于冲制软质硅钢片上的小孔。5）可用于制造料厚小于3mm的冲裁模的凸模、凹模、镶块，做凸模时硬度时硬度选用5862HRC；做凹模时硬度选用6064HRC；制造一般弯曲模的凸模、凹模、镶块，硬度选用5660HRC；制作一般拉延模的凸模、凹模、镶块，要求做凸模时硬度选用5862HRC，做凹模是硬度选用6064HRC；用于制造铝件冷挤压模中的凹模时硬度选6264HRC。6）用于各种中小批量生产的冷冲模，以及需要在薄壳硬化状态下适用的整体式冷镦模、冲剪工具等。7）用于冷作冲头（凸模），轻载荷、下尺寸，硬度5860HRC；用于六角螺母冷镦模，硬度4852HRC。8）采用该钢可用于制作拉丝模和简单的冲裁模。5.4 手柄图5-4在本设计中，手柄的作用：在加工前旋转手柄，使轴和压板相对运动，压板夹紧分度盘，实现夹紧，在这里对手柄的形状、性能没有特殊要求，手柄一班采用20号钢。钢中可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢-含碳量一般小于0.25%；中碳钢-含碳量一般在0.250.60%之间；高碳钢-含碳量一般大于0.60%。 20号钢属于优质低碳碳素钢，强度低，韧性、塑性和焊接性均好；抗拉强度为253-500MPa，伸长率24%。用途：适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力6N/平方，温度450的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。结束语该毕业设计对钻床夹具进行了一定的研究，在设计过程中定位方案和夹紧装置是两个重点也是两个难点。该论文的主要任务是设计一个钻床夹具，在零件上钻三个径向孔，为了使钻孔的位置精确，必须对零件进行安装、定位、夹紧。在钻头钻孔的过程中，切削力和切削扭矩可能会是零件发生相对运动，影响加工精度，因此需要用夹紧装置将零件夹紧。常用的夹紧装置有：偏心夹紧机构、斜锲夹紧机构、螺旋夹紧机构、弹性夹头、弹性薄壁夹盘、压板夹紧机构等等。在钻孔过程中，振动可能会是偏心夹紧机构出现松动的情况，所以根据题目所需采用压板夹紧机构。在设计过程中采用了大量的标准件，这样可以降低夹具的生产成本，使该钻床夹具更经济；由于使用专用的夹具，大批量生产单一的零件，即保证了零件的加工精度又提高了零件的生产效率；达到了经济、高效的目的。致谢经过了一个多月的学习和努力，我终于完成了回转式钻床夹具的论文。记得在刚选到这个课题时，由于夹具设计以及相关知识不是很了解，我都有些茫然不知所措，不知从何入手，于是我给自己提出了一系列问题：如何做毕业设计、做毕业设计的要求、我要设计一个怎样的夹具、要达到什么样的效果、实现什么样的功能、与那些专业知识有关联等。后来，在老师的引导下，我清楚要做好毕业设计，必须了解相关的专业知识，去图书馆查阅相关资料、上网去了解钻床夹具的最新动向。在整个毕业设计的过程中，我学到的不仅仅是毕业设计本身，还有很多毕业设计之外的东西，一种态度，既是对学术的态度，也是对人生的态度，尽自己所能，认真做好手边的事情。在这里我要特别感谢我的指导老师王老师。他总是鼓励我，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求我，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，王老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是王老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢王老师。 在此祝愿全天下所有老师身体健康，全家幸福！参考文献（1）机床夹具设计手册 上海科学技术出版社，1998。（2）夹具设计手册杨黎明主编， 国防工业出版社， 1996。（3）现代夹具设计手册朱耀祥 蒲林祥 主编，机械工业出版社， 1991。（4）机械制造工艺学 机械工业出版社， 1991。（5）机床夹具设计手册 机械工业出版社， 1991。（6）机床夹具设计肖继德、陈宁平主编， 机械工业出版社，2000。（7）画法几何及机械制图许锡祺主编，中央广播电视大学出版社，2001。（8）机械设计课程设计巩云鹏、田万禄、张祖立、黄秋波编，东北大学出版社 2004。（9）机械工程材料许德珠主编，高等教育出版社，2004。（10）中文野火版教程零件设计范例詹友刚主编，清华大学出版社2004年。（11）机械设计孙志礼、冷兴聚、魏延刚、曾海泉主编，东北大学出版社2004年。（12）机械原理邹慧君主编，高等教育出版社。（13）机械设计手册软件版 V3.0（14）机床夹具设计手册软件版 V1.0 （15）机械制造技术 马国亮主编，机械工业出版社 2010年33