毕业设计论文托架钻孔夹具的设计

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1、托架钻孔夹具的设计 完成日期： 指导教师签字： 评阅教师签字： 答辩小组组长签字： 答辩小组成员签字： 摘 要 本文主要介绍了机床夹具的发展背景和在机械加工中的作用，托架钻孔夹具的设计过程。夹具是在机械加工过程中，为了保证加工精度，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的工艺装备。工件在机床上加工时要确定两个安装要求，即定位和夹紧。设计过程中主要包括定位方案的选取，导向方案中钻套参数的选取，夹紧机构的选择，采用分度方案的原因及夹具体的选择；斜孔钻模上工艺孔的设置和计算，夹具总图上尺寸、公差及技术要求的标注；工件的加工精度分析等。关键字：夹具；钻模；定位；夹紧IIAbstractThis p

2、aper mainly introduces the development background of the machine tool fixture and the function in machining, and the design process of bracket boring fixture.The fixture is in the process of machining, in order to guarantee the machining accuracy, fixed the workpiece, so that it occupies a determine

3、d position to accept the processing or testing process equipment.The workpiece in the machine tool processing to determine the two installation requirements, that is, positioning and clamping.The design process include locating scheme selection, oriented program drill sets of parameters selection, c

4、hoice of clamping mechanism by indexing scheme and selection of the specific folder; setting and calculation of inclined hole jig hole process, fixture general dimensions, tolerances and technical requirements of the mark; workpiece machining accuracy analysis.Key words: jig, jig, positioning, clamp

5、ing;目录1、绪论1 1.1课题研究背景及夹具发展趋势1 1.2机床夹具3 1.2.1夹具主要的作用3 1.2.2机床夹具的分类3 1.2.3钻模设计要点4 1.3课题任务42、托架斜孔分度钻模的设计6 2.1定位方案6 2.2导向方案8 2.3夹紧方案9 2.4分度方案9 2.5夹具体的选用9 2.6斜孔钻模上工艺孔的设置与计算10 2.7夹具总图上尺寸，公差及技术要求的标注10 2.8工件加工精度分析11 2.8.1定位误差11 2.8.2对刀误差12 2.8.3安装误差12 2.8.4夹具误差12 2.8.5加工方法误差13设计总结15致 谢16参考文献16IV17托架钻孔夹具的设计1

6、、绪论在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以便接受施工，检测的装置，都可统称为“夹具”。在钻床上进行孔的钻，扩，铰，攻螺纹加工时所用的夹具称为钻床夹具，又称为钻模。机床夹具为机床的一种附加装置，安装工件后使之与刀具间达到要求的相对尺寸。1.1课题研究背景及夹具发展趋势夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引

7、起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。随着机械工业的迅速发展，人们对产品的需求和评价标准将从质量、功能和价格转为最短的交货期、最大顾客满意度、资源保护、污染控制等方面。对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。它主要表现在以下几个方面：（1）加强机床夹具的三化工作为了加速新产品的投产，简化设计工作，加速工艺装备的准备工作，以获得良好的技术经济效果，必须重视机床夹具的标准化，系列化和通用化工作。（2）大力研制推广实用新型机床夹具在单件，

8、小批生产或新产品试制中，应推广使用组合夹具和半组合夹具。在多品种，中小批生产中，应大力推广使用可调夹具，尤其是成组夹具。（3）提高夹具的机械化，自动化水平近十几年来，高效，自动化夹具得到了迅速的发展。主要原因是：一方面是由于数控机床，组合机床及其它高效自动化机床的出现，要求夹具能适应机床的要求，才能更好的发挥机床的作用；另一方面是由于采用高速强力切削，机动时间得到了相应的缩短，但劳动生产率并没有的得到相应的提高，其原因就在于辅助时间并没有减少或减少不多。因此，只有采用高效机械化与自动化夹具，才能使生产效率进一步大幅度提高。（4）研制高精度机床夹具目前，机械制造工艺普遍朝着精密化的方向发展。对精

9、度要求较高的零件，除选用精密的机床外，尚需采用一些精密的夹具。在目前产品的设计趋于个性化、多样化的前提下，产生了制造敏捷化的概念。敏捷化知道强调将柔性的、先进的、实用的制造技术，熟练掌握技能的高素质的劳动者，及企业间和企业内部灵活的管理三者有机地集成起来，实现总体最优化，对于千变万化的市场做出快速响应。敏捷设备是实现企业制造敏捷化的硬件条件，是能够根据具体生产任务的需要快速组合的资源配置。在敏捷制造的深入发展过程中，以加工设备为基础的敏捷制造单元的理论已得到一定的发展。但作为完整制造系统的一部分，夹具也要进行相应的改进，使得各敏捷制造设备单元高度协调一致，集成化进而敏捷化。敏捷夹具指具有“敏捷

10、”特征的夹具，是传统组合夹具、柔性夹具的延伸和发展。敏捷夹具的敏捷性体现在适应性、快速性、虚拟性、信息集成、资源共享和协调性等方面：（1）适应性，一方面是指根据零件结构和尺寸的变化，能够进行重构；另一方面，夹具机构能够根据零件切削力的变化，提供合适的夹紧力。（2）快速性，即通过使用参数化图形库提高敏捷夹具设计、制造和装配的速度，尽可能使用标准元件和可重用部件，以缩短夹具制造时间。（3）虚拟性，是指采用多种软件或仿真技术检查夹具设计结果，夹具装配图采用三维造型，使夹具结构直观、易于理解、通过加工过程仿真检查夹具、工件、刀具、机床间的干涉情况，应用最有限元分析零件的变形和模拟夹具装配过程。（4）信

11、息集成，即敏捷夹具设计系统可以与CAD、CAPP、MPS(加工过程仿真)系统的信息集成，他可以从CAD系统中提取零件的几何信息，从CAPP系统中获取零件的工艺信息，从而得到零件的装配信息、敏捷夹具设计结果（夹具装配图）作为MPS系统的输入。（5）资源共享，即敏捷夹具设计系统能够实现夹具资源的网络共享，包括夹具设计图纸和库存夹具及元件，设计人员通过网络可以查询以有的夹具图纸和库存夹具信息。（6）协同性，是指夹具设计结果能够实现异地浏览、异地修改和异地评价。敏捷夹具的特征：1）可重构性好。敏捷夹具系统由封装集成的单元模块组成，不同模块之间具有标准的接口，可以根据不同的工件、加工类型、所用机床设备和

12、刀具等信息改进某些模块而重组敏捷夹具。2）可扩充性好。因为敏捷夹具系统和计算机技术的集成，可根据生产需要，通过软件实现夹具的组成元件、结构与性能迅速扩充，提供开放式的人机接口，可方便快捷地扩充、更新夹具元件或单元以及相关夹具构成的知识。3）开放性好。能直接与CAD/CAPP/CAM系统、生产调度系统以及与其他应用系统集成，具有高度柔韧性的外部接口，可用于任何类型的设备。4）适应性强。通过相应单元和组成模块的修改，可以适应任何类型的产品或零件，即与产品或零件的类型无关。5）其他。系统响应新产品和重构的速度快，启动时间短，费用低，效率高。敏捷夹具的以上特点，很符合敏捷设备的要求，对于实现制造系统的

13、全面敏捷化具有十分重要的现实意义。1.2机床夹具夹具是在机械加工过程中，为了保证加工精度，固定工件，使之占有确定位置以接受加工或检测的工艺装备。工件在机床上加工时要确定两个安装要求，即定位和夹紧。1.2.1夹具主要的作用（1）保证加工精度：由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证加工件各表面的相互位置精度，使其不受或少受各种主观因素的影响。因而容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。（2）提高生产率、降低成本：采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以大大缩短这部分的辅助时间。如果采用气动、液动等动力装置，更可大

14、幅度地缩短辅助时间。另外，采用夹具后，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低等。均有利于提高生产率和降低成本。（3）扩大机床工艺范围：使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗磨夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工；通过专用夹具还可以将车床改为拉床使用；附加靠模装置便可以进行仿形车削或铣削加工，以充分发挥通用机床的作用。（4）减轻工人的劳动强度。设计夹具可以根据生产批量及现场条件酌情采用气动、液动、电动等力源，以减轻劳动强度。1.2.2机床夹具的分类机床夹具按应用范围分类可分为：通用夹具、通用可调夹具、专用夹具、组合夹具、成组夹

15、具和拼拆式夹具；按夹具动力源分类可分为：手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具、离心力夹具等；按使用机床分类可分为：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其它机床夹具。这次课题研究的是钻床夹具（钻模），钻模的分类为：（1）固定式钻模，加工中钻模相对于工件的位置保持不变的钻模称为固定式钻模。这类钻模多用于立式钻床、摇臂钻床和多轴钻床上 。立式钻床上加工大直径单孔，或摇臂钻上加工平行孔。（2）回转式钻模，带有回转分度装置的钻模，加工同一圆周上的平行孔系，同一截面内径向孔系，同一直线上的等距孔系。（3）翻转式钻模，加工小型工件不同表面上的孔

16、，夹具工件总质量不大于Kg,孔径 810mm，精度不高。（4）盖板式钻模，大中型工件上加工孔，将钻套的定位元件直接装在钻模板上，无夹具体，设手柄，吊耳，常用一面二孔定位。（5）带有升降钻模板的通用可调夹具。1.2.3钻模设计要点（1）钻套，钻套是引导刀具的元件，用以保证孔的加工位置，并防止加工过程中刀具的偏斜。钻套按其结构可分为4种即固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套。固定钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，位置精度较高，但磨损后不易拆卸，故多用于中、小批量生产。可换钻套以间隙配合安装在衬套中，而衬套则压入钻模板或夹具体的孔中。为防止钻套在衬套中转动，加一固定螺钉。可换钻套在磨损后可以更换，

17、故多用于大批量生产。快速钻套具有快速更换的特点，更换时不需拧动螺钉，而只要将钻套逆时针方向转动一个角度，使螺钉头部对准钻套缺口即可取下钻套，多用于同一孔需经多个共步加工情况。上述3种钻套均已标准化，其规格可查阅有关手册。特殊钻套用于特殊加工的场合，例如在斜面上钻孔，在工件凹陷处钻孔，钻多个小间距孔等等。此时不宜使用标准钻套，可根据特殊要求设计专用钻套。（2）钻模板，钻模板用于安装钻套。钻模板与夹具体的联接方式有固定式、铰链式、分离式和悬挂式等几种。钻模采用的是固定式钻模板。这种钻模板直接固定在夹具体上，结构简单，精度较高。分离式钻模板，这种钻模板是可拆卸的，工件每装卸一次，钻模板也要装卸一次。

18、塌实为了装卸工件方便而设计的。悬挂式钻模板。这种钻模板悬挂在机床主轴上，并随主轴一起靠近或离开工件。它与夹具体的相对位置由滑柱来保证。这种钻模板多与组合机床的多轴头联用。（3）夹具体，钻模夹具体一般没有定位或导向装置，夹具通过夹具体底面安放在钻床上，可直接用钻套找正用压板压紧。1.3课题任务图21为托架工序图，工件的材料为铸铝，年产l000件，已加工面为33h7孔及其两端面a、c和距离为44mm的两侧面8。本工序加工两个Ml2mm的底孔l01mm，试设计钻模。图21托架工序图工件加工要求：1、 10.1mm孔轴线与33h7孔轴线的夹角为25土20。2、 10.1mm孔到33h7孔轴线的距离为8

19、8.55土0.15mm。3、 两加工孔对两个rl8mm轴线组成的中心面对称(未注公差)。由于主要工序基准33h7孔的轴线与加工孔2-10mm轴线具有25土20的倾斜角，因此主要限位基准轴线与钻套轴线也应倾斜相应的角度。主要定位元件的轴线与钻套轴线倾斜的钻模称为斜孔钻模。2-10mm孔应在一次装夹中加工，因此需设计分度装置。部件加工部位刚性较差，设计时应给与注意。2、托架斜孔分度钻模的设计2.1定位方案方案1：选33H7孔，A面、B面为定位基面，其结构如图2-2所示，用心轴及端面限制五个自由度()，活动定位支承板1限制一个自由度()，实现六点定位。加工部位加两个辅助支撑钉2，已增强工艺系统的刚性

20、。图2-2 定位方案1此方案的定位基准A和B与工序基准不重合，结构不紧凑，夹紧装置与导向装置易互相干扰。方案2：选主轴33H7孔、 A面、B面为定为基面。其结构如图2-3所示， 心轴及端面限制五个自由度，在R18mm处用活动V形块3限制一个自由度，加工部位也设置两个辅助支撑钉2。此方案的定位基准主轴33H7孔轴线及R18对称面与工序基准重合，但定位基准A与工序基准不重合，且同样有方案1的缺点。图2-3 定位方案3方案3： 选主轴33H7孔、 C面、 D面作定位基准。其结构如图2-4所示，心轴及端面限制五个自由度，两侧面设置四个调节螺钉4，其中一个起定位作用，限制一个自由度，其他三个起辅助夹紧作

21、用。加工孔下方同样放置两个辅助支承钉2。此方案结构紧凑，用了辅助夹紧机构，进一步提高工艺系统的刚度，但定位基准C及D与工序基准不重合，并且工件装卸不方便。图2-4方案4：选主轴33H7孔，C面及E面为定位基面。其结构如图2-5所示， 心轴及端面限制五个自由度，用一个活动V形块3在E面处限制一个自由度，在加工孔下方用两个斜楔作辅助支承。此方案结构紧凑，工件装夹方便，但定位基准C与工序基准不重合。四个方案比较，第四个方案优点多，可选取。 图2-52.2导向方案由于两个加工孔是螺纹底孔，装卸方便的情况下，尽可能选用固定式钻模板。导向方案如图2-6所示。图2-62.3夹紧方案为便于快速装卸工件，采用螺

22、钉及开口夹紧机构，如图2-7所示。图2-72.4分度方案由于斜臂2-10mm孔对主轴33H7孔的对称度要求不高(未标注公差)，设计一般精度的分度装置即可。如图2-8所示，回转轴1与定位心轴做成一体，用销钉与分度盘3连接在夹具体6的回转套5中回转。采用圆柱对定销2对定，锁紧螺母4锁紧。此分度装置结构简单，能满足加工要求。图2-82.5夹具体的选用选用焊接夹具体，夹具体上安装分度盘表面与夹具体底面成倾斜角，夹具体底面支脚尺寸应大于钻床T形槽尺寸。2.6斜孔钻模上工艺孔的设置与计算在斜孔钻模上，钻套轴线与限位基准倾斜，其相互位置无法直接标注和测量，为此常在夹具的适当部位设置工艺孔，利用此孔间接确定钻

23、套与定位元件之间的尺寸，以保证加工精度。在夹具体斜板的侧面设置了工艺孔10H7。工艺孔的设置应注意以下几点：工艺孔的位置必须便于加工和测量，一般设置在夹具体的暴露面上。工艺孔的位置必须便于计算，一般设置在定位元件轴线或钻套轴线上，在二者交点上更好。工艺孔尺寸应选用标准心轴的尺寸。本方案的工艺孔符合以上原则。工艺孔到限位基面的距离为J=75mm。通过图2-9的几何关系，可以求出工艺孔到钻套轴线的距离。 图2-9用工艺孔确定钻套位置 在夹具制造中要求控制750.05mm及48.940.05mm这两个尺寸，即可间接地保证88.50.15mm的加工要求。2.7夹具总图上尺寸，公差及技术要求的标注主要标

24、注如下尺寸及技术要求：（1）大轮廓尺寸：355mm、150mm、312mm.（2）影响工件定位精度的尺寸、公差。定位心轴与工件配合尺寸33g6mm。（3）影响导向精度的尺寸、公差。钻套导向孔的尺寸、公差10H7。（4）影响夹具精度的尺寸、公差。工艺孔到定位心轴限位端面的距离J=750.05mm；工艺孔到钻套轴线的距离x=48.940.05mm；钻套轴线对安装基面B的垂直度0.05；钻套轴线与定位心轴轴线间的夹角。（5）其他重要尺寸。回转轴与分度盘的配合尺寸30；回转轴与夹具体回转套的配合尺寸50，圆柱对定销10与分度套及夹具体上固定套的配合尺寸12；分度套与分度盘9及固定衬套与夹具体3的配合2

25、8；钻套5与钻模板4的配合15；活动V形块1与座架的配合尺寸60等。（6）需标注的技术要求。说明工件的定位，夹紧后才能拧动辅助支承的旋钮；拧紧力应适当。2.8工件加工精度分析本工序的主要加工要求是：尺寸88.50.15mm和角度。加工孔轴线与2-R18mm半圆面的对称度要求不高，可不进行精度分析。2.8.1定位误差 图2-10定位误差计算工件定位孔为33H7mm，圆柱心轴为33g6mm，在尺寸88.5mm方向上的基准位移误差为由于定位基准C与工序基准F不重合，在圆柱心轴的轴线方向上存在基准不重合误差，为尺寸1050.1mm及1040.5mm的公差之和，=（0.2+0.1）mm=0.3mm。如图

26、3-10所示，给尺寸88.5mm造成的误差为=0.14mm因此尺寸88.5mm的定位误差为=0.19mm2.8.2对刀误差本设计中，工件较薄，不考虑钻头的倾斜。钻套导向尺寸为10F7；钻头尺寸为10。图2-11对刀误差对刀误差为在尺寸88.5mm方向上的对刀误差如图2-11所示2.8.3安装误差=02.8.4夹具误差 它有以下几项组成图2-12夹具误差（1）寸J的公差，如图2-12(a)所示，它在尺寸88.5mm方向上产生的误差为（2）尺寸l的公差，如图2-12(b)所示，它在尺寸88.5 mm方向上产生的误差为（3）钻套轴线对底面的垂直度=0.05mm，如图2-12(c)所示，它在尺寸88.

27、5mm方向上产生的误差为图2-12（4）转轴与夹具体回转套的配合间隙给尺寸88.5mm造成的误差（5）钻套轴线与定位心轴轴线的角度误差，它直接影响的精度。2.8.5加工方法误差对于孔径88.50.15mm，；对角度,。具体计算列于表2-1中表2-1 托架斜孔钻模加工精度计算角度孔距88.50.15mm定位误差0对刀误差0（不考虑钻头偏差）夹具误差加工方法误差加工总误差夹具精度储备经计算该夹具具有一定的精度储备，能满足加工尺寸的精度要求。17设计总结通过本次毕业设计，我系统的巩固学习了大学四年的课程，对机械加工工艺的过程有了更深的认识和了解。我历时一个月，系统的巩固了如机械制图、机械制造技术、机

28、械设计理论力学材料力学等专业课程。从设计选择图纸到产品的加工，在指导老师的带领下，每一个环节都由自己设计制作的。在这当中，感觉到在平时的学习中不够努力，在做毕业设计时有一定的难度，也体会到了我们专业在进行实际操作中应勤动手、多动脑去思考的好处，提高我们的产品零件的优质加工，我们应多去翻阅一些需要的相关资料。通过这次对托架夹具钻模零件的设计及其论文的总结，丰富了我不少专业方面的知识，提高了动手能力，要做到将理论联系到了实际生产中，也只有理论与实际真正的结合在一起，才能达到专业的要求，才能加工出符合要求的零件。参考文献1吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.第3版.北京：高等教育也版社，2006

29、.2郭重庆，钟德.简明机械设计手册M.同济大学出版社2002.3蔡春源，杨文通.机械零件设计手册M.第3版.北京：冶金工业出版社，1994.4王万均，胡中任.实用机械设计手册M.中国农业机械出版社.1984.5成大先，王德夫.机械设计手册M.第4版.北京：化学工业出版社，2002.6孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.第7版.北京：高等教育出版社，2005.7张淑娟，周静卿，赵凤芹.机械制图与计算机绘图M.中国农业大学出版社，2007.8单祖辉，材料力学M.北京：高等教育出版社.2004.9王铎，王宏钰.理论力学M.6版.北京：高等教育出版社.2002.10杨叔子，机械加工工艺师手册M，机械工业

30、出版社.2004.11 ANTILA M,LANTTO E,ARKKIO A.Determination of force and linearized parameters of radial active magnetic bearings by finite element techniqueJ.IEEE Trans.on Magn,1998,34(3):684-694.12 Yi Wang,Jianguo Yang,Beizhi Li.Surrogate Modeling in Fixture Layout Desing for Multi-Station Sheet Metal As

31、semblyJ.System Design,Modeling,Optimization and Simulation,2007:249-253. 致 谢本人在毕业课题的设计中，学习了不少的新知识，夜体会到了学习的重要性，同时，感谢学校具远瞻的规划与教育，给予我们良好的学习环境，并提供给我们对学业及个人生涯发展的多元信息，帮助我们成长。感谢院系领导对我的关怀和重视，使我得以发挥自己的特长，找到人生的价值。感谢思年来陪伴我们学习与生活的恩师，感谢您们对我精心的教育，感谢您们没使我的学习变成劳作而成为一种快乐；.感谢您们让我明白自身的价值；.感谢您们帮助我发现了自己的专长，而且让我把事情做得更好。感谢您们容忍我的任性与错误，不仅教会了我知识，更教会了我如何做事，如何做人。特别感谢恩师的谆谆教导，他的悉心指导与斧正，对于论文. 架构之启迪，及其内容的细心斟酌与指导，倍极辛劳。最后感谢四年来陪伴我一起的同学们，伙伴们，所有的欢笑和泪水、成功和失败、骄傲和苦恼，我们曾一起分享；那是我们青春中最灿烂的一页，最辉煌的回忆，而回忆中的每个人，都是栩栩如生，这些都将是我一生的财富。四年时间虽然短暂，但它必将在我的记忆里永恒。