钻床专用夹具设计(装配图)--课程设计说明书.doc

洛阳理工学院

课程设计说明书

课程名称：机械制造装备设计
设计课题：钻床专用夹具设计
专　　业：机械设计制造及其自动化

年 月 日

课程设计内容与要求：
内容：
为盘类设计一套钻模夹具，便于摇臂钻床的加工。
设计要求：
1. 在钻床上加工2-Φ10,对C面垂直度>0.02
2. 要求绘制A0夹具装配图一张、A3零件图一张、设计说明书一份。
3.夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量，降低加工成本，提高劳动生产率和减轻工人的劳动强度，便于批量生产。
设计（论文）开始日期 年 月 日 指导老师：
设计（论文）完成日期 年 月 日

年 月 日

课程设计评语

院系：机械工程系
专业：机械设计制造及其自动化
课程名称：机械制造装备设计
设计题目： 钻床专用夹具设计
班级：B140231
学号：B14023113
姓名：殷彦强
课程设计篇幅：
图　纸　2　张
说明书　24　页

指导教师评语：

年 月 日 指导老师：张洪涛

目录
前 言 5
一. 专用夹具设计 7
1.1设计前的准备工作 7
1.1.1. 明确工件的年生产纲领 7
1.1.2. 分析工件零件图和工序图 7
1.1.3. 确定加工方法 8
1.2． 总体方案的确定 8
1.2.1. 确定定位方案，设计定位装置 8
1.2.2 确定夹紧方案，设计夹紧装置 9
1.2.3 确定导向装置 11
1.2.4. 夹具体的设计 12
1.3.夹具装配图绘制 13
1.3.1. 夹具装配图尺寸、公差的标准 13
1.3.2. 夹具的定位、夹紧分析 13
1.4. 绘制夹具零件图 14
1.4.1.钻模板零件图 14
1.4.2.辅助支承零件图 15
1.4.3.六角螺钉零件图 16
1.4.4.夹具底座零件图 17
二.夹具装配图相关要求 19
2.1. 夹具装配图上标注的尺寸 19
2.2. 夹具的制造误差 19
2.3. 装配图上标注的技术要求 20
2.4. 确定设计方案 20
三.最终的设计结构 21
四. 致 谢 22
五.感 想 23
六.参考文献 24

25

前 言

随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术的不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和复杂的零件加工的生产率及加工精度。
机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门主要专业课，其任务是通过该课程的学习，掌握主要机械制
造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。而课程设计是机械设计中的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。其目的在于：
〔1〕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。
〔2〕学习和掌握一般机械设计的基础理论、基本知识、基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后后续的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。
〔3〕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。
机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度、形状精度和尺寸精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛，夹具按使用范围分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和随行夹具，按使用机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等，按夹紧的动力源分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气-液增力夹具、电磁夹具及真空夹具等。本次使用的是钻床手动夹紧专用夹具。

一. 专用夹具设计
1.1设计前的准备工作
1.1.1. 明确工件的年生产纲领
它是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。如大批量生产时，一般选择机动、多工件，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。
1.1.2. 分析工件零件图和工序图
零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。
3. 已知待加工工件如下图1-1所示，加工2—Φ10，对C面垂直度>0.02
设计钻两个Φ10通孔。

图1-1 工件零件图
1.1.3. 确定加工方法
了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。
根据零件图可知，本道工序的内容是钻两个Φ10的孔。
1.2． 总体方案的确定
1.2.1. 确定定位方案，设计定位装置
设计夹具时原则上应该选工件的工艺基准为定位基准，无论是艺基准还是定位基准，均应符合六点定位原则，有时根据加工表面的位置要求，需要将工件的六个自由度全部限制，即完全定位。有时限制的自由度少于六个，即不完全定位。根据我们此次设计的具体情况，我们选择工件定位方案如下：
工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工
度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件，要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。
根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。
为了保证定位元件的设计和布置应保证工件定位可靠，并有足够的刚度，工件选择以两个Φ13的孔并与D面定位，两个孔分别采用短圆锥销和菱形销定位，工件的下底端利用辅助支承，工件右端利用夹紧机构螺栓进行夹紧。

图1-2定位方案和辅助支承
1.2.2 确定夹紧方案，设计夹紧装置
根据工件结构特点，其夹紧方案为
通过螺钉与顶柱将工件夹紧在定位板上，首先将工件用两个定位销和定位板定位，工件的下底面利用辅助支承托起，将工件下底面放于垫板上，垫板两个面与工件下底面和工件右端面相互配合，用于固定工件，用手柄转动螺栓，螺栓水平方向向左移动顶着顶柱，然后利用顶柱将工件定位，其中垫板之中设计有弹簧，利用螺钉与挡板将顶柱固定于垫板之中，这样既可以将工件夹紧，又可以避免在夹紧过程中，螺钉推动垫板然后辅助支承螺栓受力而出现移动，从而有效的使辅助支承水平方向上不受力的作用。
选用M20的外六方螺钉和顶柱来夹紧工件。确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，要选择和设计动力源。夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。
(1)夹紧力的方向：
夹紧力的方向应有利于定位稳定且主要夹紧力应处置主要定位基面、应与工件刚度高的方向一致以利于减少工件的变形、应尽可能与切削力、重力方向一致有利于减小夹紧力，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。
(2)夹紧力的作用点：
夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支撑面内、夹紧力的作用点应位于工件刚度高的部位、夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面使夹紧稳固可靠。以确保工件定位准确、不变形。
(3)选择夹紧机构：
在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：
①安全性 夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。
②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。
③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。
④手动夹紧机构应操作灵活、方便。
夹紧方案如下：

图1-3 夹紧机构
1.2.3 确定导向装置
刀具的导向是保证孔的位置精度，增加钻头的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度，使用钻床钻孔时，钻头的导向可采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种。
固定钻套是直接压入钻模板或夹具体得孔中，属过盈配合。这种钻套位置精度高，结构简单。固使用固定钻套。

图1-4 固定钻套

1.2.4. 夹具体的设计
用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。夹具体是整个夹具的基体和骨架，组成夹具的各种零件，机构等都要安装在上面，其形状和尺寸主要取决于夹具上各组件的分布情况，工件的形状，尺寸及加工性质等。
此夹具体采用HT250铸造，无沙眼气孔，为减少废品和铸造误差，便于维修，夹具体和底座分开制造，最终装配在一起。夹具体的粗糙度，除有精度的部分要达到要求外，其余的按去除材料的要求。
夹具体与底面的垂直度误差不大于0.05，两支撑销钉中心连线与夹具体地面平行度误差不大于0.05mm。
两个定位销孔由钳工配做完成，安装削边销的孔和安装支撑销的孔之间的尺寸上下偏差不大于0.08mm.
夹具体零件如下： 。

图1-5 夹具体

1.3.夹具装配图绘制
1.3.1. 夹具装配图尺寸、公差的标准
（1）标注必要的尺寸、配合、公差等
①夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。
②夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、固定尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、铣床夹具的对定装置等。
③夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸即公差。
④夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合关系。
⑤各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。
（2）标注技术条件。
①定位元件的定位面间相互位置精度。
②定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。
③定位表面与导向元件间的位置精度。
④导向元件工作面间的位置精度。
1.3.2. 夹具的定位、夹紧分析
把工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工表面，无关表面可以省略。画出定位元件和导向元件；按夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构；画出夹具体、其他元件或机构以及上述各元件与夹具体的连接，使夹具形成一体；标注必要的尺寸、配合和技术条件；对零件编号，填写标题栏和零件明细表，其中还要在定位、导向完成后定位精度和导向精度的验算。
确定定位元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，画出夹具体，其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。对零件编号，填写标题栏和零件明细表。
装配图如下：

图1-6 装配图
1.4. 绘制夹具零件图
对装配图中的非标准零件均应绘制零件图，视图尽可能与装配图位置一致，尺寸、形状、位置、配合、加工表面的表面粗糙度等要标注完整。
1.4.1.钻模板零件图
钻模板以两个销钉在夹具体上定位，用两个螺钉固定。销钉孔与安装钻套的孔距直接影响着加工后工件上孔相对底面B的距离，因此对其应有精度要求，其上下偏差不大于0.08mm。
钻模板采用45钢制造，所有定位销钉孔均为钳工配做。
其零件图如下图所示：

图1-7 钻模板
1.4.2.辅助支承零件图
工件的右端面是粗糙度为1.6的已加工表面，采用辅助支承可以工件的加工精度，保证工件获得准确、可靠的支撑，将工件放置于垫板上，然后用辅助支承撑起垫板，在工件定位后才参与支承，只起提高工件刚度和稳定性，承受切削力，不限制工件的自由度。
辅助支承的零件如下

图1-8 辅助支承

1.4.3.六角螺钉零件图
本设计所选用的螺栓型号为GB/T 5780-2000 六角螺栓-A级。

图1-9 内六角螺钉
1.4.4.夹具底座零件图
夹具的底座是铸件，需要时效处理。夹具在机床上的安装是通过夹具体上的安装基面和机床上相应的表面接触和配合实现的，安装时力求夹具的重心尽量低。
底座采用HT250铸造，无沙眼气孔，为减少废品和铸造误差，便于维修，夹具体和底座分开制造，最终装配在一起。底座的粗糙度，除有精度的部分要达到要求外，其余的按去除材料的要求。
底座与底面的垂直度误差不大于0.05，两个定位销孔由钳工配做完成
底座零件图如下：

图1-10 底座

二.夹具装配图相关要求
2.1. 夹具装配图上标注的尺寸
（1）夹具外形长、宽、高轮廓尺寸为452mmx350mmx249mm。
（2）夹具与刀具的联系尺寸，如对刀塞尺的尺寸，对刀块表面到定位表面的尺寸及公差。
（3）夹具中工件与定位元件间，导向元件与刀具、夹具中所有相互间有配合关系元件应标注配合尺寸，种类和精度。
（4）各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间装配后的位置尺寸及公差。
夹具上有关尺寸公差和形位公差通常取工件上相应公差的1/5~1/2。当生产批量较大时，考虑夹具磨损，应取较小值；当工件本身精度较高，为使夹具制造部十分困难，可取较大值。当工件上相应的公差为自由公差时，夹具有关尺寸公差常取±0.1mm或±0.05mm。确定夹具公差带时，还应注意保证夹具的平均尺寸与工件上相应的平均尺寸一致，即保证夹具上有关尺寸的公差带刚好落在工件上相应尺寸公差带的中间。综上所述去1/5.
2.2. 夹具的制造误差
（1）夹具制造误差
1）钻套中心线与定位面距离偏差取工件上相应偏差的1∕5左右，还应满足两个原则：①偏差尽量小；②机床能够加工出来。
2）定位面与基准面（机床）的平行度应为0.03∕1000（平面磨床可达到）。
3）钻模板孔中心线与基面垂直度应为0.02∕500。
（2）对刀误差
1）钻头中心与钻套中心不重合（钻头与钻套内孔配合间隙）
2）钻头偏斜与钻头与钻套间隙、导套高度、工件位置及夹具制造垂直度，平行度等有关。
2.3. 装配图上标注的技术要求
应标注的技术要求包括：相关元件表面间的位置精度，主要表面 形状精度，保证装配精度和检测的特殊要求，以及调整、操作等必要的说明。通常有以下几方面：
① 定位板与底座的垂直精度为0.1。
② 夹具体底座与夹具体的定位销钉配合选用H7/n6。
③ 工件与定位销钉选用H7/n6的配合精度。
对于不同的机床夹具，对于夹具的具体结构和使用要求，应进行具体分析，订出该夹具的具体的技术要求。设计中可以参考机床夹具设计手册以及同类夹具的图样资料。
2.4. 确定设计方案
（1）根据加工工件的相关要求，选择加工机床，根据思考选用立式钻床加工比较合理。
（2）由于工件主要靠一面两孔定位，在工件的下端利用螺栓支承，这样既可以使工件可靠的支撑固定，又可以防止出现了过定位，如果工件定位面的尺寸、形状和位置精度高，表面粗糙度值小，而夹具的定位元件的制造精度高，则这样可以提高加工时工件的刚度。
（3）将工件用支撑板和定位销固定在夹具体上，然后用辅助支承支承工件，利用夹紧机构加夹紧工件，使工件得到可靠的固定与定位。

三.最终的设计结构

（1）首先对工件的加工要进行分析，已知工件，在端面上钻两个Φ10的孔，根据工件的形状和加工要求，我认为采用卧式钻床比较合理。
（2）然后，定位方案为一面两孔定位，在工件的底面用辅助支承支撑工件，两个孔分别采用短定位销和菱形销，短菱形销限制X的转动，短定位销限制Y的移动和Z的移动，定位板限制Z轴和Y 轴的转动与X轴的移动，根据六点定位原理，由于限制了六个自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在水平方向上进行夹紧，可以利用螺母进行夹紧，定位方案选择的是一面两孔定位。
（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位为六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。

四. 致 谢

在张老师和同学的共同努力下，我在这半个月的时间内完成了课程设计。通过此次课程设计不仅复习了制图软件的运用，在这次课程设计中不仅检验了我所学的知识，也培养了我如何去做一件事情，虽然在过程中我遇到了很多的困难，但是在老师的指点下，还有自己不懈的学习和查找资料，我终于把我所学的知识运用到现实中来。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．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，我在多方面都有所提高。通过这次夹具设计，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输出轴夹具设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了输出轴夹具设计等课程所学的内容，掌握输出轴夹具设计的方法和步骤，掌握输出轴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，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，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺学问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力和独立解决问题的能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础，最后要非常感谢张洪涛老师，课程设计期间由于老师辅导的人数非常多，每天需要看大量的图，老师非常辛苦，但老师还是认真严格的要求我们，耐心的给我们指导，才使这次课程设计能够顺利的完成。

五.感 想

本次课程设计确定了锥形支架从铸件毛坯到成品在大量成批生产时的工艺过程，同时设计了其中一道钻孔工序的夹具。
在夹具设计中，先确定工件的基准，然后通过一面两销定位，将工件固定加紧在夹具上。在此计算了加紧力和夹具体的各项误差等。
本次设计已无大的问题，基本达到了要求。只是在夹具的设计中没能提出多方案进行分析比较，有所不足。
做为本学期一次课程设计，需要我们综合前阶段所学习的机械制图、金属工艺学、金属材料、机械设计基础、互换性与测量技术、机械制造工艺学等多门课程的知识，同时还要运用数学、力学等基础学科知识以及设计手册上的标准。因此，此次课程设计是对我们本科阶段学习知识的巩固，也是一个总结。
通过这次实训，我能够更加熟练的运用AutoCAD绘图软件，在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多的不足之处，在设计和计算过程中也出现了各种各样的错误，在同学和老师的帮助下也都尽量改正了，虽然还存在或多或少的问题，但我会在今后努力工作中尽力去弥补，我会继续努力学习专业知识，来提高自己的专业技能。

六.参考文献

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88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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