鉆夾具設(shè)計(jì)說明書

1、8孔鉆夾具設(shè)計(jì)說明書作者姓名：李學(xué)軍 （井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西吉安343009）指導(dǎo)老師：周太平摘要摘要機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門主要專業(yè)課，其任務(wù)是通過該課程的學(xué)習(xí)，掌握主要機(jī)械制造裝備的工作原理及其正確使用和選用方法、原則，并具備一定的機(jī)械制造裝備的總體設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等基本知識和主要工藝裝備的設(shè)計(jì)能力。而課程設(shè)計(jì)是機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生較為全面的機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練。其目的在于通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能綜合運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)課程及其他相關(guān)專業(yè)課程的知識，學(xué)會用所學(xué)的理論知識指導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹立正確的設(shè)計(jì)思想。目錄摘要1第一章

2、專用夾具設(shè)計(jì)3§1.1 明確工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)3§1.2 熟悉工件零件圖和工序圖3§1.3 加工方法4第二章 方案設(shè)計(jì)4§2.1 定位方案4§2.2 選擇夾緊機(jī)構(gòu)5§2.3 鉆模板以及鉆套的設(shè)計(jì)6§2.4 鉆削切削力11§2.5 實(shí)際所需夾緊力計(jì)算12第三章 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸和技術(shù)條件15§3.1 夾具裝配圖上標(biāo)注的尺寸15§3.2 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求15第四章 三維模型16第五章 設(shè)計(jì)心得17參 考 文 獻(xiàn)18 第一章 專用夾具設(shè)計(jì)§1.1明確工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)是夾

3、具總體方案確定的依據(jù)之一，決定了夾具的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度。如大批量生產(chǎn)時(shí)，一般選擇機(jī)動(dòng)、多工件，自動(dòng)化程度高的方案，結(jié)構(gòu)也隨之復(fù)雜，成本也提高較多。根據(jù)工廠的生產(chǎn)條件和該工件的生產(chǎn)需求，該零件采用中小批量生產(chǎn)。§1.2熟悉工件零件圖和工序圖零件圖給出了工件的尺寸、形狀和位置、表面粗糙度等精度的總體要求。工序圖則給出了夾具所在工序的零件的工序基準(zhǔn)、工序尺寸、已加工表面、待 加工表面、以及本工序的定位、夾緊原理方案，這是夾具設(shè)計(jì)的直接依據(jù)。已知待加工工件如下圖1-1所示，16孔及12孔（粗糙度為1.6）、2個(gè)6孔（粗糙度為3.2）及粗糙度為3.2和粗糙度為6.3的兩端面均已加工，設(shè)計(jì)一

4、個(gè)輔助加工8孔的鉆床夾具。圖1-1 手柄套§1.3加工方法了解工藝規(guī)程中本工序的加工內(nèi)容，機(jī)床、刀具、切削用量、工步安排及工時(shí)定額，同時(shí)加工零件的個(gè)數(shù)。這些是在考慮夾具總體方案、操作、估算夾緊力等方面必不可少的。根據(jù)零件圖可知，本道工序的內(nèi)容是鉆一個(gè)圓柱面上直徑為8的孔，所以應(yīng)選用立式鉆床加工。第二章 方案設(shè)計(jì) §2.1定位方案設(shè)計(jì)夾具時(shí)原則上應(yīng)該選擇該工藝基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，但無論是工藝基準(zhǔn)還是定位基準(zhǔn)，均應(yīng)符合六點(diǎn)定位原理。工序圖，只是給出了原理方案，此時(shí)應(yīng)仔細(xì)分析本工序的工序內(nèi)容及加工精度要求，按照六點(diǎn)定位原理和本工序的加工精度要求，確定具體的定位方案和定位元件，要擬定幾

5、種具體方案進(jìn)行比較，選擇最佳方案。根據(jù)工序圖給出的定位元件方案，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正確選擇定位元件或定位的組合。在機(jī)床夾具的使用過程中，工件的批量越大，定位元件的磨損越快，選用標(biāo)準(zhǔn)定位元件增加了夾具的可換性和延長夾具的使用周期，方便機(jī)床夾具的維修和維護(hù)。根據(jù)本次要加工的零件的特性，我設(shè)計(jì)的定位方案為用芯軸和圓柱銷來組合定位，在工件的右端面用一個(gè)面來定位，芯軸和菱形銷組合定位限制了工件的5個(gè)自由度，右端面的一個(gè)面限制了1個(gè)自由度。工件的6個(gè)自由度都被限制，符合六點(diǎn)定位原理。§2.2選擇夾緊機(jī)構(gòu)(1)夾緊力的方向：夾緊力的方向應(yīng)有利于定位穩(wěn)定且主要夾緊力應(yīng)處于主要定位基面、應(yīng)與工件剛度高的方向一

6、致以利于減少工件的變形、應(yīng)盡可能與切削力、重力方向一致有利于減小夾緊力，不能使工件有脫離定位表面的趨勢，防止工件在夾緊力的作用下產(chǎn)生變形。(2)夾緊力的作用點(diǎn)：夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)正對定位元件或位于定位元件所形成的支撐面內(nèi)、夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)位于工件剛度高的部位、夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面使夾緊穩(wěn)固可靠。以確保工件定位準(zhǔn)確、不變形。在確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)的同時(shí)，要確定相應(yīng)的夾緊機(jī)構(gòu)。確定夾緊機(jī)構(gòu)要注意以下幾方面的問題：安全性 夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和夾緊力，以防止意外傷及夾具操作人員。手動(dòng)夾具夾緊機(jī)構(gòu)的操作力不應(yīng)過大，以減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。夾緊機(jī)構(gòu)的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率

7、。手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)該操作靈活、方便。根據(jù)工件的加工要求和工件自身的材料情況，我采用彈簧夾緊機(jī)構(gòu)利用彈簧的松緊來產(chǎn)生或減少夾緊力，通過彈簧的作用力產(chǎn)生壓緊力，使檔桿來壓緊或松開工件。操作方便靈活，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。彈簧夾緊機(jī)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 彈簧檔桿壓緊機(jī)構(gòu)§2.3鉆模板以及鉆套的設(shè)計(jì)1、鉆模板的設(shè)計(jì)鉆模板結(jié)構(gòu)形式的選擇：在設(shè)計(jì)鉆模板的結(jié)構(gòu)時(shí)，主要要根據(jù)工件的外形大小、加工部位、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)規(guī)模以及機(jī)床類型等條件而定。要求所設(shè)計(jì)的鉆模板結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、制造容易。鉆模板用于安裝鉆套，并確保鉆套在鉆模板上的正確位置。常見的鉆模板有固定式、鉸鏈?zhǔn)?、可卸式、懸掛式等四種結(jié)構(gòu)形式

8、（1）固定式鉆模板 固定式鉆模板與夾具是固定連接的可以與夾具體做成一體，也可以用螺釘將它與夾具體相連接。采用這種鉆模板鉆孔，位置精確度較高。（2）鉸鏈?zhǔn)姐@模板 鉸鏈?zhǔn)姐@模板與夾具體通過鉸鏈連接。翻轉(zhuǎn)：裝卸工件時(shí)，將鉆模板往上翻；加工時(shí)將鉆模板往下翻，并用菱形銷定位。夾緊：采用鉸鏈?zhǔn)姐@模板，工件可以在夾具上方裝入，裝卸工件方便；但翻轉(zhuǎn)鉆模板費(fèi)工費(fèi)時(shí)，效率較低，且鉆模板位置精度受鉸鏈間隙影響，鉆孔位置精度不高；它主要用于生產(chǎn)規(guī)模不大、鉆孔精度要求不高的場合。（3）懸掛式鉆模板 懸掛式鉆模板是與機(jī)床主軸箱連接的，懸掛式鉆模板通常用在多軸傳動(dòng)頭加工平行孔系時(shí)采用，生產(chǎn)效率高，適于在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用。2

9、、鉆套鉆套是鉆模上特有的元件，它的作用是確定鉆頭，鉸刀等刀具的軸線位置，防止刀具在加工過程中發(fā)生偏斜，保證被加工孔的位置精度和提高工藝系統(tǒng)的剛度。根據(jù)使用特點(diǎn)，鉆套可分為固定式，可換式，快換式等多種結(jié)構(gòu)形式。（1） 固定鉆套 固定鉆套（如圖2-1）直接被壓在鉆模板上，其位置精度要求較高，但磨損后不易更換，鉆模板較薄時(shí)，為使鉆套具有足夠的引導(dǎo)長度，應(yīng)采用有肩鉆套。圖2-2 固定鉆套（2）可換鉆套 可換鉆套（如圖2-2）用于零件單一、大批量生產(chǎn)中，方便更換磨損的鉆套。鉆套和襯套之間采用F7/m6或F7/k6配合，襯套和鉆模板之間采用H7/n6配合。當(dāng)鉆套磨損后，可卸下螺釘，更換新的鉆套。螺釘能防止

10、鉆套加工時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)及退刀時(shí)脫出。圖2-3 可換鉆套（3）快換鉆套 在工件的一次裝夾中，若順序進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔或攻絲等多個(gè)加工工步，需要不同孔徑的鉆套來引導(dǎo)刀具，此時(shí)應(yīng)使用如圖2-4所示的快換鉆套。更換鉆套時(shí)，只需逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鉆套使削邊平面轉(zhuǎn)至螺釘位置，即可向上快速取出鉆套。削邊的方向應(yīng)考慮刀具的旋向，以免鉆套自動(dòng)脫出。圖2-4 快換鉆套（4）特殊鉆套 因工件的形狀或被加工孔的位置需要而不能使用標(biāo)準(zhǔn)鉆套時(shí)，需自行設(shè)計(jì)的鉆套稱為特殊鉆套。圖2-5所示加長鉆套為常見的特殊鉆套，在加工凹面上的孔時(shí)使用，為減少刀具與鉆套的摩擦，可將鉆套引導(dǎo)高度H以上的孔徑放大，鉆套的高度H增大，則導(dǎo)向性能好，刀具剛度提高

11、，加工精度高，但鉆套與刀具的磨損加劇，一般取H=12.5d。圖2-5 加長鉆套刀具的導(dǎo)向是保證孔的位置精度，增加鉆頭的支撐以提高其剛度，減少刀具的變形，確?？准庸さ奈恢镁?，使用鉆床鉆孔時(shí)，鉆頭的導(dǎo)向可采用鉆套，鉆套有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套等四種。固定鉆套是直接壓入鉆模板或夾具體得孔中，屬過盈配合。這種鉆套位置精度高，結(jié)構(gòu)簡單，但磨損后不易更換，故適用于中小批生產(chǎn)中只鉆一次的孔?？蓳Q鉆套是先把襯套用過盈配合H7/n6或H7/r6固定在鉆模板或夾具體上再采用間隙配合H6/g5或H7/g6將可換鉆套裝入襯套中，并用螺釘壓住鉆套。這種鉆套更方便，適用于中批以上生產(chǎn)，對于在一道工序內(nèi)需

12、要加工的孔，采用快換鉆套。快換鉆套與可換鉆套結(jié)構(gòu)上基本相似，只是在鉆套頭部多開一個(gè)圓弧狀或直線狀缺口。換鉆套時(shí)，只需將鉆套逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)缺口轉(zhuǎn)到螺釘位置時(shí)即可取出，換套方便迅速。根據(jù)中小批量生產(chǎn)要求，故選擇帶襯套的固定鉆套，如圖2-6所示：圖2-6 固定鉆套§2.4鉆削切削力需要鉆孔零件的材料為45號鋼，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鋼材的平均含碳量為0.1%。145號鋼力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度 ；屈服強(qiáng)度 ；伸長率 25%；斷面收縮率 5%；硬度：未熱處理156HB。鉆削切削力的計(jì)算公式，見表2-1。 表2-1 鉆削切削力的計(jì)算公式工件材料加工方法刀具材料切削扭矩計(jì)算公式切削力計(jì)算公式結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼=7

13、36MPa 鉆 高速鋼 擴(kuò)鉆耐熱鋼（HB141） 鉆灰鑄鐵（HB190）硬質(zhì)合金 擴(kuò)鉆 高速鋼可鍛鑄鐵（HB120）鉆硬質(zhì)合金銅合金高速鋼鉆削時(shí)的進(jìn)給量f：0.150.32mm/轉(zhuǎn)，取f=0.2mm/轉(zhuǎn)由表3-3可知，切削扭矩的計(jì)算公式 （3-1）為修正參數(shù)，它的計(jì)算公式因?yàn)?0號鋼的抗拉強(qiáng)度 ，取 （3-2）8把孔，帶入式3-1得： （3-3）由表2-6可知，切削力的計(jì)算計(jì)算公式如下，其中f=0.2mm/轉(zhuǎn) （3-4）計(jì)算8孔的切削力，帶入式3-3得： （3-5）§2.5 實(shí)際所需夾緊力計(jì)算 計(jì)算夾緊力時(shí)，通常將夾具和工件看成是一個(gè)剛性系統(tǒng)。根據(jù)工件受切削力、夾緊力（大型工件還應(yīng)考

14、慮工件重力，運(yùn)動(dòng)的工件還應(yīng)考慮慣性力等）的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值，即： （3-6）式中 實(shí)際所需夾緊力（N）； 在一定條件下，由靜力平衡計(jì)算出的理論夾緊力（N）； 安全系數(shù)。安全系數(shù)K可按下試計(jì)算： （3-7）式中，為各種因素的安全系數(shù)，見表2-2。表2-2 安全系數(shù)的數(shù)值符號考慮的因素系數(shù)值考慮工件材料及加工余量均勻性的安全系數(shù)1.21.5 加工性質(zhì)粗加工1.2精加工1.0刀具鈍化程度（詳見表3）1.01.9切削特點(diǎn)連續(xù)切削1.0斷續(xù)切削1.2夾緊力的穩(wěn)定性手動(dòng)夾緊1.3機(jī)動(dòng)

15、夾緊1.0 手動(dòng)夾緊的手柄位置操作方便1.0操作不方便1.2僅有力矩使工件回轉(zhuǎn)時(shí)，工件與支撐面接觸的情況接觸點(diǎn)穩(wěn)定1.0接觸點(diǎn)不穩(wěn)定1.5若安全系數(shù)K的計(jì)算結(jié)果小于2.3時(shí)，取K=2.5。鉆孔時(shí)，根據(jù)表2-2、表2-3，帶入式3-7，計(jì)算相應(yīng)的安全系數(shù)得： （3-8）加工方法切削力分力情況K鉆削鑄鐵鋼1.151.15粗?jǐn)U（毛坯）1.01.01.31.3精擴(kuò)1.21.21.21.2粗車或粗鏜1.01.0精車或精鏜1.051.01.41.051.31.0圓周銑削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)端面銑削（粗、精）1.21.41.61.8(含碳

16、量小于0.3%)1.21.4(含碳量大于0.3%)磨削1.151.2拉削F1.5表2-3 安全系數(shù)第三章 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的尺寸和技術(shù)條件§3.1夾具裝配圖上標(biāo)注的尺寸（1）夾具外形輪廓尺寸。（2）夾具與機(jī)床工作臺或主軸的配合尺寸，以及固定夾具的尺寸等。（3）夾具中工件與定位元件間，導(dǎo)向元件與刀具、襯套間，夾具中所有相互間有配合關(guān)系元件應(yīng)標(biāo)注配合尺寸，種類和精度。（4）各定位元件之間，定位元件與導(dǎo)向元件之間，各導(dǎo)向元件之間裝配后的位置尺寸及公差。一般來說，夾具誤差對加工表面的定位誤差影響最大。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，凡影響工件精度的尺寸應(yīng)嚴(yán)格控制其制造誤差，粗加工用夾具一般可取工件上相應(yīng)尺寸

17、或位置公差的1/2-1/3,精加工用夾具則可取為1/5-1/10。根據(jù)加工零件的情況，本次粗加工夾具取工件尺寸的1/3，精加工取工件尺寸的1/5。§3.2夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求包括：相關(guān)元件表面間的位置精度，主要表面的形狀精度保證裝配精度和檢測的特殊要求，以及調(diào)整、操作等必要的說明。通常有以下幾方面：（1）定位面和安裝基面的平行位置精度。(2）定位表面與導(dǎo)向元件工作面間的相互位置精度。 (3）定位銷中心線與夾具安裝基面、定向基面間的相互位置精度。(4）各導(dǎo)向元件的工作面間的相互位置精度。(5）裝配時(shí)，鉗工和磨工配合以滿足以上所要求的技術(shù)條件。第四章 三維模型圖4

18、-1 8孔的鉆床夾具圖4-2 8孔的鉆床夾具爆炸視圖圖4-4 8孔的鉆床夾具工程圖第五章 設(shè)計(jì)體會總結(jié)兩周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識，也鞏固了之前學(xué)習(xí)的基本上所有專業(yè)課的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，使我對機(jī)械工藝課程有了更進(jìn)一步的了解。當(dāng)然，我們現(xiàn)在對機(jī)械設(shè)計(jì)的了解只是一個(gè)基礎(chǔ)，這門課程還有更多的知識等著我們?nèi)W(xué)習(xí)，在這短暫的課程設(shè)計(jì)期間，我學(xué)會了一些機(jī)械設(shè)計(jì)的最基本的理論，同時(shí)使我對機(jī)械工藝產(chǎn)生了濃厚的興趣。通過這次實(shí)訓(xùn)，我能夠更加熟練的運(yùn)用AutoCAD、Solidworks等繪圖軟件，在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)自己還有很多的不足之處，在設(shè)計(jì)和計(jì)算過程中也出現(xiàn)了各種各樣的錯(cuò)誤，在同學(xué)和老師的幫助下也都盡量改正了，雖然還存在或多或少的問題，但我會繼續(xù)努力學(xué)習(xí)知識，來提高自己的專業(yè)技能。參 考 文 獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 候洪生主編，董國耀主審.機(jī)械工程圖學(xué).北京：科學(xué)出版社，20012 肖繼德，陳寧平主編.機(jī)床夾具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19973 孫已德主編