机床夹具设计课程设计.doc

机床夹具设计课程设计说明书 设计题目：钻床夹具设计 系 别：机械与电子工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 前 言夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、智能、复合、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。本次的设计任务是加工零件（板件）上的两个孔。零件属于大批量生产，钻孔要求精度高，所以需要设计一个专用夹具，保证零件加工质量。由于夹具的利用率高，经济性好，使用元件的功能强而且数量少，配套费用低，降低生产成本；采用夹紧装置，缩短停机时间，提高生产效率。设计钻床夹具，首先要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；完成草图后考虑零件间的连接关系和螺钉、螺母、定位销等的固定方式，设计合理结构实现零部件间的相对运动，根据零件要求选择材料。完成钻床夹具的所有设计后，用AutoCAD进行二维图的绘制，首先画好零件图，最后进行装配，标注相关尺寸及技术要求，并用Pro/ENGINEER绘制最终三维效果图，最终进行说明书，任务书的撰写、整理、修改完成设计任务。目录第一章 对加工零件的工艺分析11.1 夹具设计11.2 零件分析1 1.2.1 零件图1 1.2.2 加工零件图分析2第二章 定位方案及误差分析22.1 拟定定位方案2 2.1.1定位方案拟定2 2.1.2 定位方案选定22.2 定位误差分析3 2.2.1 相关概念3 2.2.2 定位误差分析4第三章 对刀导向方案43.1 对刀导向方案43.2 对刀导向元件详细参数4第四章 夹紧方案及夹紧力分析5 4.1 夹紧方案分析54.2 夹紧力分析5 4.2.1 夹紧力估算5第五章 夹具体设计及连接元件选型75.1夹具体设计75.2连接元件选型8 5.2.1 标准件8 5.2.2 非标准件8第六章 夹具零件图和装配图及标注86.1零件图86.2钻模板零件图116.3装配图12第七章 三维效果图13总 结14参考文献14第一章 对加工零件的工艺分析1.1 夹具设计 本次设计为夹具设计，通过设计钻床夹具，学习机床夹具的基本设计过程、步骤，规范、学习和掌握设计方法，以学习的各种机械设计、材料、运动、力学知识及三维建模为基础。以机械制造工艺学、机械原理、机械制图、制造技术基础、机床夹具设计以及各种国家标准为依据，独立自主的完成钻床夹具的设计、计算全过程，亲身了解设计过程中遇到的种种问题及解决办法，思考、分析最优方案，这是一次独立自主的设计过程，为毕业设计及就业打下坚实基础。1.2 零件分析 1.2.1 零件图 1.2.2 加工零件图分析 该工序为加工两个4孔，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖工人的技术水平。所设计的夹具应有以下基本要求：1)夹具结构方案应与生产纲领相适应在大批量生产时应尽量采用快速、高效夹具结构，如多件夹紧、联动结构等，以缩短辅助时间；对于中、小批量生产，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单、制造方便，以降低夹具制造成本。2)保证工件精度要求这是夹具设计的最基本要求，其关键是正确地定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具刀具技术要求。必要时应进行误差分析与计算。3)便于排屑切屑积集在夹具中，会破坏工件的正确定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形；切屑的清理又会增加辅助时间。切屑积集严重时，还会损伤刀具甚至引发工伤事故。故排屑问题在夹具设计中必须给以充分注意，在设计高效机床和自动线夹具是尤为重要。4)操作方便、安全、省力如采用气动、液压等夹紧装置，以降低工人强度，并可好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合工人操作习惯，必要时应有安全防护装置，以确保使用安全。5)有良好的结构工艺性设计的夹具要便于制造、检验、装配、调整、维修等。6)此次设计的是钻床专用夹具，要求装卸方便，生产效率高等特点。7） 夹具元件应满足通用化标、准准化、系列化的“三化”原则，并具有一定的使用寿命和较低的夹具设计制造成本 第二章 定位方案及误差分析2.1 拟定定位方案 2.1.1定位方案拟定 工件定位的目的是为了保证工件加工面与加工面的设计基准之间的位置公差（如同轴度、平行度、垂直度等）和距离尺寸精度。工件加工面的设计基准与机床的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间位置公差的保证；工件加工面的设计基准与刀具的正确位置是工件加工面与加工面的设计基准之间距离尺寸精度的保证。所以工件定位时有以下两点要求： 一是使工件加工面的设计基准与机床保持一正确的位置；二是使工件加工面的设计基准与刀具保持一正确的位置。工件定位的方法有三种：（一）直接找正法定位直接找正法定位是利用百分表、划针或目测等方法在机床上直接找正工件加工面的设计基准使其获得正确位置的定位方法。这种方法的定位精度和找正的快慢取决于找正工人的水平，一般来说，此法比较费时，多用于单件小批生产或要求位置精度特别高的工件。（二）划线找正法定位划线找正法定位是在机床上使用划针按毛坯或半成品上待加工处预先划出的线段找正工件，使其获得正确的位置的定位方法，此法受划线精度和找正精度的限制，定位精度不高。主要用于批量小，毛坯精度低及大型零件等不便于使用夹具进行加工的粗加工。（三）使用夹具定位夹具定位即是直接利用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的定位方法。由于夹具的定位元件与机床和刀具的相对位置均已预先调整好，故工件定位时不必再逐个调整。此法定位迅速、可靠，定位精度较高，广泛用于成批生产和大量生产中。 2.1.2 定位方案选定 在考虑到以上问题的基础上，根据零件的具体情况提出以下定位方案： 方案：三 工件采用六点定位，即用底面四个点和侧面两个点定位，这种定位方式，夹具结构简单，装卸工件方便，定位稳定可靠，并且在一次安装中，可以从加工除定位面以外的剩余各个平面和孔系，也可以作为从粗加到精加工大部分工序的定位基准，实现“基准统一”。因此，显然此方案满足“六点定位原理”的要求。工件的六个自由度被完全限制，并且产生过定位，但只需严格保证6H8孔轴线的垂直度要求就能较小的产生过定位带来的加工误差，顾采用上述定位方案可行。2.2 定位误差分析 2.2.1 相关概念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误差，记作。 二是定位基准与限位基准不重合误差，记作。采用六点定位，定位基面为工件底面，其侧面即为定位基准，与之对侧面为限位基准，平板的底面称为限位基准。用来确定本工序加工表面位置的基准，称为工序基准。 2.2.2 定位误差分析此工件用六点定位，对于20尺寸定位基准与工序基准重合，所以=0。且定位基准与限位基准也重合不存在定位基准与限位基准连线方向上的尺寸要求，故=0。用合成法计算定位误差，因为工序基准与定位基准为同一个表面，与为无相关公共变量，故： 对于尺寸，定位基准与工序基准不重合所以=0.02，定位基准与限位基准重合=0，故：第三章 对刀导向方案 3.1 对刀导向方案在钻床夹具中，通常用钻套实现刀具的对准导向，钻套有四种形式，固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套。依据加工批量，安装方便和使用场景选用固定钻套。钻套与钻模板采用配合制，防转螺钉选用M8（JB/T 8045.5） 3.2 对刀导向元件详细参数钻套 基本尺寸（极限偏差F7） 基本尺寸（极限偏差选用D6） 防转螺钉 基本尺寸 基本尺寸 基本尺寸 第4章 夹紧方案及夹紧力分析4.1 夹紧方案分析在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上。从而使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动,以保证加工精度,避免机床、刀具的损坏和发生人身安全事故。工件采用的是六点定位，所以工件的六个自由度被限制。可以用螺旋夹紧机构配合压板进行夹紧，且具有较好的自锁性。4.2 夹紧力分析 4.2.1 夹紧力估算 由于螺旋夹紧机构可看做是绕在圆柱体上的斜楔，因此，螺钉加紧力的计算与斜楔相似。下图是夹紧状态下螺杆受力情况。图中，F2为工件对螺杆的摩擦力，分布在整个接触面上，计算时可视为集中在半斤r的圆周上。r成为当量摩擦半径，他与接触形式有关。F1位螺孔对螺杆的摩擦力，也分布在整个接触面上，计算时可视为集中在中径d0处。根据力矩平衡条件： 式中 F-夹紧力（N） F-作用力（N） L-作用力臂）（mm）L=8 d-螺纹中径（mm）d=3.675 t-螺纹螺距（mm）t=0.5 -螺纹升角（） -螺纹处摩擦角（）实际计算可取8.5 -螺杆端部与工件间的摩擦角（） -螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）与接触的形状有关 计算得： F=90F 第五章 夹具体设计及连接元件选型5.1夹具体设计 夹具体是整个夹具的基体和骨架，组成夹具的各个零件、机构等都要安装在上面。夹具体的类型分为铸造夹具体（a）、焊接夹具体（b）、锻造夹具体（c）和装配夹具体(d)。如下图所示： 通过对夹具上各组成件的分布情况、零件的形状、尺寸以及加工性质的考虑，以及加工零件的方便性，我选择装配式夹具体，装配式夹具体优点装拆方便、安装灵活、缩短生产准备周期等。基于以上分析，设计出本夹具的夹具体如下图所示： 5.2连接元件选型5.2.1 标准件连接元件选型包括定位元件选取，夹紧元件选取，其他专用元件选取。1、 定位元件：支撑钉，支撑板，可调支撑螺钉。2、 夹紧元件：压紧螺钉，螺母，滑动压块，压板。3、 其他专用元件：钻套。以上所用元件都为标准件，相关的尺寸大小查表可得。5.2.2 非标准件夹具体设计，钻模板设计，底座设计。第六章 夹具零件图和装配图及标注6.1零件图6.2钻模板零件图6.3装配图第七章 三维效果图设计总结机床夹具设计课程设计已经接近尾声，回首两周的设计过程，感慨万千。通过设计夹具学习新知识已经温习以前学习的理论，对我们大有裨益。通过这次设计我们学习到不足，充分感受到一个产品从无到有的设计、从理论到实践的艰辛。让我们感受到作为一名机械设计制造及自动化的学生，理论知识和对设计工作的严谨认真对我们的重要性。通过这次设计我们综合运用了机床夹具设计、互换性与技术测量、机械制造工艺学、机械设计、金属切削原理与刀具、工程材料以及热处理工艺等知识，起到穿针引线，承上启下的作用，巩固已经学习的知识的同时不用运用磨炼基本功。在机械制造技术基础课程设计过程中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，制定工件选用的机床，刀具，以及怎么样加工的过程。因此，工艺规程至关重要。在机械制造工艺学习中还学习到用AutoCAD进行制图和一些三维软件进行仿真（比如proE）。这是对以前学的制图的知识的一个回顾，CAD制图不管是现在还是将来的工作都有很大的帮助，因此，这次是真正的将以前所学联系到了一起。参考文献1 肖继德，陈宁平.机床夹具设计M.北京：机械工业出版社，2000.2 陆 玉. 机械设计课程设计M.北京：机械工业出版社，2006.3 陆剑中，孙家宁. 金属切削原理与刀具M.北京：机械工业出版社，2011.4 常同立，杨家武，佟志忠. 机械制造工艺学M.北京：清华大学出版社，2010.5 张福霞. 互换性与技术测量M.西安：西北工业大学出版社，2015.6 王启平. 机床夹具设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.18