手柄套钻孔专用夹具设计.docx

目 录
毕业设计概述........................................................................................................2
1、任务分析及设计思路................................................................................3
1.1任务分析.........................................................................................................3
1.2设计思路.........................................................................................................3
2、机床夹具 3
1．1机床夹具在加工中的作用 3
1．2机床夹具的确定 3
1．3机床夹具的组成 4
1．4 工件零件图 4
3、夹具设计 5
2．1 夹具设计的基本原则 5
2．2 定位方案 5
2．2．1 定位元件的确定 5
2．2．2 定位基准的确定 6
2．3 夹紧方案 7
2．3．1 夹紧元件的注意事项 7
2．3．2 夹紧元件的确定 7
2. 4辅助装置 8
2．4．1 对刀装置的确定 8
2．5夹具体装置 9
2. 5. 1夹具体装置的确定......................................................................11
2. 5. 2夹具体装配图的绘制..................................................................11
2. 6夹具装配总图..................................................................................................11
2. 6. 1UG图展示.....................................................................................11

4、作品特点 12
5、设计总结.........................................................................................................13
附录：（设计图纸、工艺卡片、程序等）......................................................15
毕业设计概述
毕业设计是通过一个课题的完成，培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识以及基本技能，是对学生在校期间所学知识的综合考察，也是对知识转化为能力的实际测验，使学生受到一次较为全面的科研实践与训练。其目的在于： 
一、培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。 
二、学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。 
三、使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。 
我国的装备制造业尽管已有一定的基础，规模也不小，实力较其它发展中国家雄厚。但毕竟技术基础薄弱，滞后于制造业发展的需要。我们要以高度的使命感和责任感，采取更加有效的措施，克服发展中存在的问题，把我国从一个制造业大国建设成为一个制造强国，成为世界级制造业基础地之一。
夹具设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的夹具设计。在产品的生产过程中,用来安装工件固定在正确位置上,完成其切削加工 、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备统称为夹具。如机床夹具、检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。 
机床专用夹具的作用可归纳为以下四个方面： 
 一、保证加工精度：机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。 
二、提高生产效率：机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间，提高生产效率。
三、减少劳动强度：采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。   
四、扩大机床的工艺范围：利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大。
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一、任务分析及思路
1.1 任务分析:
1、明确夹具的功用，选择夹具的类型
2、定位方案的选择、分析、比较和确定
3、夹紧方案的选择、分析、比较和确定
4、对定方案的选择、分析、比较和确定
5、夹具各部分元件的选择
6、夹具的精度分析
7、夹具的特点
1.2 设计思路:
确定夹具功能以及夹具类型，选择定位方案及夹紧方案，对定位方案的选择，夹具各部位零件的选择，夹具的精准度以及夹具的特点夹具精准度分析及绘制夹具装配图草图，并利用专业软件绘制出夹具动态仿真图检验夹具运行的可行性进行分析，最终确定夹具设计方案。
二、机床夹具
1.1机床夹具在加工中的作用
（1）保证加工精度，并使工件的加工精度稳定
（2）提高劳动生产率，降低生产成本
（3）减轻工人的操作强度，降低对工人的技术要求

1.2 机床夹具的确定
机床夹具的种类繁多，可按夹具的应用范围分为以下几类。
（1） 通用夹具：通用夹具是指结构已经标准化，普通机床上一般都附有较大适用范围的夹具,如车床用的三爪卡盘、四爪卡盘,铣床上用的平口钳、顶尖座等。其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。但生产效率低，只适用于单件、小批量的生产和加工精度要求不太高的工件。

（2） 专用夹具：是针对某一工件的某道工序而专门设计制造的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于在产品稳定、批量较大的场合。
（3） 成组夹具：成组夹具是一种用于成组加工零件的夹具。其加工对象比可调夹具更明确，适用范围更广。拆装夹具是将标准件和可互换件安装在基础件上或直接安装在机床工作台上，并利用调整件装配而成
（4） 组合夹具：组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。其特点夹具用完后，元件可以拆卸重复使用，适用于新产品的试制和单件小批生产，同时具有缩短生产准备周期，减小专用夹具的品种、数量和存放面积等优点
根据上述介绍本设计夹具采用专用夹具
1.3机床专用夹具的组成
（1）定位元件
它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。常用的定位元件有支承钉、定位销、V型块等。
（2）夹紧装置
用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置
（3）对刀、引导装置
对刀、引导装置的作用是确定刀具相对于夹具的位置，或引导刀具进行加工。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为引导元件。常用的对刀、引导元件有对刀块、钻套等。
(3) 夹具体
用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。
(5) 元件及装置
根据夹具特殊功能需要而设置一些元件或装置。如分度装置、靠模装置、连接件、操作建议及其他辅助元件等。铣床夹具还要有定位键等。

1.4工件零件图
本次设计的零件是手柄套，如下图所示：

1.4.1零件的加工工艺分析
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。为
工序110钻φ8的孔设计钻床夹具体，所用机床为Z525 型立式钻床，大批生产
类型。工序尺寸和技术要求:加工摇杆，孔与端面的尺寸要求是，表面粗糙度
Ra12.5。为了保证其尺寸精度和位置精度，零件本身专门设计了05孔来用于定
位，故夹具体应围绕保证其位置的精度来设计，同时也要保证其表面粗糙度及尺
寸精度。
1.4.2零件工艺路线分析
工序1锻 采用模具锻造成型
工序2热 调质处理 HBW220-250
工序3车 夹平外圆铰正夹紧，粗精车左端面车平即可。
粗车Φ45H7外圆车至Φ45.5
工序4 车 Φ10麻花钻钻Φ12H7孔
用Φ11.8打孔钻孔
用Φ12H7铰刀铰孔至尺寸
车Φ16孔之尺寸保证长12mm
各处倒角
工序5 车 调头夹具加工Φ45H7外圆铰正夹紧，粗精车右端面，保证总长并倒角
工序6钻 采用专用夹具钻Φ8 2xΦ6H8 Φ5H7孔成活
工序7钳 去毛刺 并防锈处理
工序8 检验 按图样要求总检
1.5确定切削用量和基本时间
切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先确定切
削深度、进给量，再确定切削速度。选择两个典型的工序，工序3粗车φ45mm外
圆和工序7加工φ 12H7mm孔，进行钻-粗铰-精铰进行计算。
1.5.1工序30粗车φ45mm外圆的切削用量及基本时间
本工序为粗车φ45mm外圆面。己知工件材料: 45钢，σ。= 670MPa， 热轧制型材;机床为CA6140卧式车床;刀具:硬质合金，YT5。 下面的相关数据根据《切削用量简明手册》确定。
CA6140机床中心高为200mm，查表1. 1，选择刀杆B x H = 16mm x 25mm ,
刀片厚度4. 5mm， 由表1.3，选择车刀几何形状为平面带倒棱型，前角γo=12°，后角a,=6°，主偏角k, =90°， 副偏角k,=10°.刃倾角入。= 0°。刀尖圆弧半径r。= 0.7mm
1.5.2切削用量的确定

(1)确定切削深度a。 此工序直径加工余量为1. 3mm， 单边余量仅为
0.65mm，可在一次走刀内切完，故a。= 0.65mm。(2)确定进给量f 根据表1.4， 在粗车钢料，刀杆尺寸为BxH= 16mmx 25mm，a。 ≤3mm,工件直径为40~60mm， f = 0.4 ~ 0.7mm/r ,
查表1.31，选择f=0. 56mm/r.
(3)选择车刀磨钝标准及耐用度由表 1.9， 车刀后面最大磨损限度选择
1.0mm，普通车刀寿命T=60min。
(4)确定切削速度v根据表1. 10查得切削速度v。=123m/min查表1. 28
得切削速度修正系数为
=0.9， ==1.0， =0.65, =1.24, = 0.92
修正后的切削速度为v=vc . . .kv .kr .kx .k、=123x 0.9x1.0x 1.0x 0.65x 1.24x 0.92= 82(m/min)
取n=11.8,则实际切削速度为
1.5.3检验机床功率
由表1.24， 查得Pc=2. 4k W。切削功率的修正系数
故实际切削时功率为Pc =2.5kW,而机床主轴允许功率为Pp = 7.5kW ,
c<Pg，故选用的切削用量可在CA6140机床.上进行。
最后确定切削用量为: a。 =0.65mm f = 0.56mmn=11.8r/s V 1.78m/s。
1.3基本时间的确定
根据《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-1，车外圆的基本时间为

1.5.4加工φ12H7mm孔的切削用量及基本时间
本工序为加工孔加工，要求:加工φ 12H7mm孔，进行钻-粗铰-精铰。先钻孔
φ11mm再粗铰、精铰孔，尺寸保证到φ12mm。机床: Z525 立式钻床，刀具:高
速钢的标准钻头和标准铰刀直柄麻花钻直径φ1lmm，刀具寿命T=45min;标准铰刀,刀具寿命T=40min。
钻孔
确定进给量f，由z525钻床参数可得f=0.28mm/r
确定切削速度v，查表可得 v=14m/min 得切削速度修正系数
Kv=0.87x0.85=0.739,故 v=14x0.739=10.6m/min

检验扭矩功率
钻孔时扭矩及功率，式中Cy=0.305 zM=2.0, yM=0.8 kγ=1.0，则Mc = 13.3N. m。而转速为n=392r/mim的Z525型立式钻床能传递的扭矩为
My= 73.6N.m。M。<Mm。经计算P。 =0.54kW<Pg = 2.8kW，检验成立。

2、夹具设计
2.1 夹具设计的基本原则
（1）满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；
（2）有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程；
（3）满足装夹过程中的简单与快速操作；
（4）易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行；
（5）满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性；
（6）尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；
（7）尽可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件；
（8）满足夹具使用国家或地区的安全法令法规；
（9）设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优先选用原则；

2.2 定位方案
2．2．1定位方案的确定
方案一：
①方案一:采用一个锥形销(3 个自由度)、一个菱形削(1 个自由度)、两个支
撑钉(2个自由度)进行定位，用压板进行螺旋夹紧。如图 3所示:

方案二：采用两面一销定位，用螺旋机构进行夹紧
如图四所示：

本次的设计是在定位孔已钻出的情况下对前部分轴上的通孔进行钻削。根据
本加工零件的结构特点，以及考虑到定位基准与设计基准重合的原则和六点定位
原则,故该类工件采用“一面两孔销”的定位方法。以消除工件在空间中的六个自由度。当采用一平面、一-短圆柱销和- -菱形销的定位元件时，此时平面限制Z方向的移动、X和Y方向的旋转三个自由度，短圆柱定位销限制X和Y方向的移动两个自由度，菱形定位销限制Z方向的旋转，如图5所示。

2．2．2定位元件的选择
a定位面板，利用定位面板精度更高的一个面进行定位，其面限制3个自由度。
其表面粗糙度见零件图。
B短销，限制2个自由度。圆柱短销为010n6作为010H7孔的定位元件，定位副配合为010.
H7
n6
C菱形削，限制1个自由度。
2. 3 定位误差的分析
要保证工件的加工精度，定位误差必须控制在一定范围内。一般精度加工中,取定位误差为零件公差的二分之一到五分之一
定位误差的组成及产生原因有以下两个方面:
1)定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以e不表示。
2)定位基准面和定位元件本身的制造误差所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对应位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以e基表示
故有e定=e不+ e基.
此工式是在加工尺寸方向上的代数和。
在本设计的定位方式中,
①因为工序设计基准 与定位基准重合，故e不=0,
②由于定位面板表面的制造误差，制造误差来自于定位面板的平行度公差， e定=e不+e基=0.02＜三分之一x0.1
故定位误差合理，符合公差要求
2.3.1 定位公差的确定
<1>本夹具采用一-面两销定位，由于用于定位的两孔直径分别为5mm及12mm，故主要定位元件为一圆柱销和一菱形销。
1) 确定两销的中心距 两销中心距的偏差一般取两孔中心距偏差的1/5- 1/3， 当孔距公差大时，取小值;反之，取大值，以便于制造。因此处孔距公差为0.08mm，故取0.026mm。
2)确定第-一个定销直径尺寸d1 取dmin=D1max, 定位销的直径公差一-般按
g6、h7配合选取，最后取d1=12. 008h7mm。
3) 确定菱形销宽度b和B 菱形销的结构尺寸已经标准化，查《机械制造
工艺学》表5一1选取: b=2mm， B=4 5mm。

4)计算菱形销直径尺寸先按 下式计算出菱形销与孔配合的最小间隙，再
计算菱形销直径尺寸d2， 并按g6或f7选取偏差，然后圆整处理:

2.4 导向装置的确定
钻床的导向装置主要是钻套。钻套的作用是确定钻头、铰刀等刀具的轴线位
置，防止刀具在加工过程中发生偏斜。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。
可换钻套具有以下特点:在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰
孔或攻螺纹等多个工步加工，需使用不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用可换钻套。当使用可换钻套，更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边销平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。故钻定位孔时选用可换钻套做为导向元件。
查≤机床夹具设计手册≥表12- 1[7材料选为T10A,热处理为淬火
HRC58-64，快换钻示意图如图6所示:

由孔直径为8mm，查表可得H=18, h=12, D1=22, D2=20, h1=6, m=7, m1=7.5,
r=16.5，r1=1，r2=0.6，c=1，a =45°，b=2，a =0.5，t=0.8，螺钉M6;查≤机
床夹具设计手册≥表12- 17可知，排屑空间h=12。(单位: mm)
衬套采用无肩固定衬套如图7所示。

2.5 夹紧方案的确定
机床对工件进行加工时，除需要定位支承系统获得对于刀具及其导向的正确
相对位置，还需依靠夹具上的夹紧机构来消除工件因受切削力和工件自重的作用
而产生的位移或振动。本例夹紧装置中，工件在加工过程中能继续保持定位所得
到的正确位置。
正确夹紧的原则:
(1)在夹紧过程中，不至于因工件重力的影响而破坏正确定位
(2)在夹紧过程中，夹紧力不应使已经获得正确定位的工件脱离正确位置:
(3)在夹紧过程中，应使工件不产生超出表面形状精度允许范围的变形:
(4)在切削过程中，应避免工件产生不能允许的振动:
(5)在切削过程中，切削力不应破坏工件的正确位置，并使平衡切削力所需
的夹紧力最小。
针对成批生产的工艺特征，本夹具选用螺旋夹紧机构夹压工件。采用螺旋装.
置直接夹紧或其它元件组合实现夹紧的机构，统称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机
构结构简单，容易制造。由于螺旋升角小，螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力
的夹紧行程都较大，在手动夹具上应用较多。

可一定程度上提高精度;夹紧部位使用六角螺母进行螺旋夹紧，同时使用开口垫
片,一-方面可保证夹紧力在工件上均匀受力,降低夹紧力对工件表面质量的损害，
另一方面松动螺母，可直接将开口垫片沿竖直方向抽出，然后工件可沿着水平方
向直接抽出，不需要将螺母完全旋出，可以降低更换零件时间，提高工作效率。
2.6夹紧力的计算

刀具为高速钢麻花钻，直径d=8mm，f=0. 26mm/r，由《机械加工工艺设计实用.
手册》表2- -32，钻孔的轴向力计算公式:
Cp
钻头直径为8，即d0=8,
F =320， ZF=1.2， YF=0. 8
钻孔进给量:
fr = 0.15mm.r-1
修正值:
Kf = 0.94
F:=C,d。" fl"k,
带入数据得，钻孔φ8的轴向力:
F.=1227.3 N

钻孔轴向力为:F=C,d。4 fl"k,带入数据得，钻孔φ8的轴向力:F.=1227.3 N
在计算切削力时，必须考虑安全系数。根据《机械加工工艺手册》查得:式中
一基本安全系数;取k1-_加工性质系数;取1.1
K2-刀具钝化系数;取1.1
K3-切削特点(连续切削);取1.0
K4-夹紧力稳定性;取1.1-手动夹紧手柄位置;取1.0
-仅有力矩使工件与支承面接触情况;取1.0
Fc'=K●Fc
=1.2X1. 1X1.1X1.0X1.1X1.0X1.0X 1227.3
=1959.764N
查阅《机床夹具手册》P33 页表2-18，得扳手长度
钻孔时螺旋夹紧力为:

因为钻削力小于夹紧力Fj，所以该夹紧装置安全可靠

2．7 辅助装置
2．7．1 钻模板装置的确定
因为零件简单，可采用机加工成型。与其他零件连接如钻套用衬套、连接销进行配合的表面面和孔进行表面质量处理，以达到所需要的精度，并选用45号钢，
如图10所示

2.7.2短销夹紧长轴设计
为了简化整体夹具的结构，将短销与夹紧机构做成一体。45号钢进行调质处理

2.7.3 定位面板设计

选用45号钢进行热处理，表面精度要到达定位要求，如图12所示：

2.8 夹具体的设计
夹具体是整个基体和骨架。在夹具体上要安装组成该夹具所需要的各种元
件、机构、装置等;而且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此，夹
具体的角度和尺寸，主要取决于夹具上各组成件的分布情况，工件的形状、尺寸
及加工性质等。
为了使底座与机床工作台接触稳定、可靠，采用周边接触,实现夹具体与机
床的夹紧配合;夹具体采用铸造，材料为HT200。夹具体的外形尺寸根据工件、
定位元件、夹紧装置、对刀、引导元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置
确定。由于夹具体的形状较为复杂，因此采用铸造而不采用锻造。设计的夹具体
示意图如图9所示:

2.8.1 CAD图展示：

作品特点
本产品能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震动，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。安装定位方便快捷；可调范围大，通用性好；操作调整简单省力，加紧动作迅速可靠。能降低工人技术等级要求，生产效率大大提高，且本产品制作成本低，物美价廉。
设计总结
在本这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，也学会了理解。
夹具设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
通过这次夹具设计，我在很多方面都有所提高。综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次套筒零件键槽专用夹具设计工作的实际训练，从而培养和提高自我独立学习工作能力，巩固与扩充了夹具设计等课程所学的内容，掌握夹具设计的方法和步骤，掌握夹具设计的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了夹具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程也都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，我体现出自己单独设计夹具的能力以及综合运用知识的能力，也体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦之情！
参考文献

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[13]《金属工艺学》(教材)高等教育出版社2007
[14]《机械工程材料》(教材)高等教育出版社2007