课程设计说明书

课 程 名 称        机械制造装配设计    

设 计 课 程          钻模夹具设计                      

专       业     机械设计制造及其自动化 

姓       名                     

                                     年  月  日

课 程 设 计 任 务 书

   机械械工程   系   机械设计制造及其自动化   专业

学生姓名     班级    学号  

课程名称：          机械制造装备设计            

设计题目：            钻模夹具设计               

课程设计内容与要求：

设计内容：钻削夹具装配图一张，零件图一张。

要求：

1、设计（装配图按夹具要求设计，相关的配合尺寸要标明，在说明书中要有夹具定位计算，夹紧等方案的选择）。

2、零件图要符合工程图的根据要求，图纸的标题要有材料。

    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    第    页        

   机械械工程   系   机械设计制造及其自动化   专业

学生姓名  班级    学号         

课程名称：           机械制造装备设计            

设计题目：             钻模夹具设计              

课程设计片篇幅：

                                    

                                图  纸  共  2 张

                                    说明书  共 16 页

指导老师评语：

         年   月   日             指导老师         

                                             

目 录

序言... 1

第一章 设计准备工作... 2

1．1 设计前的准备工作... 2

1．1．1明确工件的年生产纲领... 2

1．1．2 机床的选择... 2

1．2 熟悉工件图... 2

第二章 夹具设计... 4

2.1 定位方案... 4

2．1．1 定位基准的选择... 4

2．1．2 定位元件的布置... 5

2．2 结构方案... 5

2．2．1 夹具体设计... 5

2．2．2 分度装置设计... 7

2．2．3 对刀—导向装置设计... 8

2．2．4 加紧装置设计... 9

2．3 夹具装配图的绘制... 10

2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准... 10

2．3．2 夹具公差与配合的选择... 11

2．3．3 夹具装配图上形位公差的标准... 11

第三章 方案设计论证... 14

3．1 设计思路... 14

3．2 设计方法与结果... 14

致谢... 15

参考文献... 16

序言

本课程设计的目的：

1、运用已学过的机床夹具设计及有关课程的理论知识以及生产实习中所获得的实际知识，根据被加工零件的要求，设计既经济合理又能保证加工质量的夹具。

2、培养结构设计能力，掌握结构设计的方法和步骤。

3、学会使用各种手册、图册、设计表格，规范等各种标准技术资料，能够做到熟练运用机械制造技术课程中的基本理论，正确的解决一个零件在加工中的加工基准的选择、定位、夹紧等。

4、进一步培养机械制图、结构设计、等基本技能。

专用夹具设计的基本要求 :

1、夹具设计应满足零件加工工序的精度要求。

2、应能提高加工生产率。

3、操作方便、省力、安全。

4、具有一定使用寿命和较低的夹具制造成本。

5、具有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。

机床夹具在机械加工中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几个方面。

1、缩短辅助时间，提供劳动生产率，降低加工成本。

2、保证加工精度，稳定加工质量。

3、降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产。

4、扩大机床的工艺范围，实现“一机多能”。

5、在自动化生产和流水线生产中，便于平衡生产节拍。

第一章 设计准备工作

1．1 设计前的准备工作

1．1．1明确工件的年生产纲领

企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。

该产品年产量为1000件，其设备品率为2%，机械加工的废品率为3%。

N=Qn(1+α%)(1+β%)=1000*1*(1+2%)(1+3%)=1051

    该工件的年产量为1051件，其属于轻型零件。故生产类型属于中批生产。

1．1．2 机床的选择

夹具与机床的连接方式，主要可以分为以下两大类：第一类属于夹具安装在机床的回转主轴上。第二类属于夹具安装在机床的工作台上。

根据工件设计要求，此工件要求加工3－Φ16H7的孔。因此该夹具设计应选用第二类连接方式。查《机床夹具设计手册》，选用Z525-1立式钻床。

1．2 熟悉工件图

工件图应该无遗漏地给出制造零件所需的全部信息，包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度要求、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。

该工件的工件图如下：

已知该工件的材料为HT200，加工3–Φ16H7(其它工序已经加工完成)。

第二章 夹具设计

2.1 定位方案

2．1．1 定位基准的选择

加工时，使工件在机床上或夹具上占据一正确位置所依据的基准称为定位基准。分析该工件所要加工的孔，该孔与Φ32H7孔之间的距离为60±0.2mm,又是工件的测量基准，这样设计基准与工序基准重合。因此确定该孔的中心线为定位基准。

2．1．2 定位元件的布置

为了限制其自由度，定位元件的布置有一下三种方案：

1）、方案一：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面这样限制了三个自由度，用一个浮动圆柱销伸入Φ16H7mm的孔中限制了两个自由度。显然此方案不能满足“六点定位”原理，出现了过定位，并且加工时比较费时需不断移动工作台。

2）、方案二：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面这样限制了三个自由度，用一个浮动V形块限制Φ40的外圆表面。虽然V形块有对中作用，但是其外圆表面没有进行任何加工，其不能保证加工精度的要求。

3）、方案三：用一个圆柱销伸入Φ32H7mm孔中限制了两个自由度，用一个支承板支承A面限制了三个自由度，用一个浮动菱形销伸入Φ16H7mm孔中限制一个自由度。很明显此时满足了“六点定位”原理，在加工完一个孔后，旋转工件90度，在其位置安装一个菱形销用其定位，之后加工第二个孔，以此类推加工第三个。此方案不仅能满足“六点定位”原理，还缩短了加工时间。

在以上三个方案中，第一、二种方案不能采用；第三种方案使定位误差等于零，其结构比前两种方案复杂，但中批量生产的条件下来看，第三种方案较合适。

2．2 结构方案

2．2．1 夹具体设计

夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，切削力、重力等大小的影响。

夹具体应满足以下几点计算要求：1、应有足够的强度和刚度。2、力求结构简单及装卸工件方便 。3、结构工艺形好。4、排屑切屑要方便。5、在机床上安装稳定可靠。6、具有适当的精度和尺寸稳定性。

夹具体毛坯可以分为四类：1、铸造夹具体。铸造夹具体如图2-1（a）所示。2、焊接夹具体。焊接夹具体如图2-1（b）所示。3、锻造夹具体。锻造夹具体如图2-1（c）所示。4、装配夹具体。装配夹具体如图2-1（d）所示。

（a）                   （b）                （c）              （d）

图2-1 夹具体毛坯的类型

分析工件本次夹具体的设计采用装配式夹具体，这样可以降低生产成本，减少生产周期，并且精度稳定。

2．2．2 分度装置设计

为了易于保证加工表面间的位置精度，或减少装夹次数，提高生产率，通常多采用分度加工的方法。即在完成一个表面加工以后，依次使工件随同夹具的可动部分转过一定角度或一定距离，对下一个表面进行加工，直至完成全部加工内容，具有这种功能的装置称为分度装置。

按分度的运动形式可以分为回转式和直线移动式两类：1、回转分度装置。2、直线分度装置。

对于本工件来说，该工件体积较小，质量较轻，易于手动操作。在夹具设计中，该夹具为单件加工。这样可以提供以下几个方案。

1）、方案一：利用伸入Φ32的圆柱销当做旋转装置，进行手动旋转。分别用浮动菱形销和夹具体底座上的菱形销当做定位装置。

2）、方案二：用浮动菱形销定位Φ16H7的孔，在A面上安装一个旋转装置，使之与Φ16H7的一起旋转。在旋转装置上进行定位。

3）、方案三：在夹具体底座上安装三个浮动菱形销，手动旋转工件，依次对Φ16H7的孔进行定位。

由于加工的工件体积较小质量较轻且夹具为单件生产，不宜采用较复杂的夹具。在上述三个方案中属方案一比较简单，因此采用方案一的方案。

2．2．3 对刀—导向装置设计

对刀装置由对刀块和塞尺组成。借助对刀装置可以迅速而准确地确定夹具与刀具的相对位置。

导向装置用于在钻、镗类机床上加工孔和孔系时对刀具进行导向，引导元件主要有钻模和镗模。借助于引导元件可提高被加工孔的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。

这次加工是对孔系的加工，因此选取导向装置。

钻套按其结构和使用特点可以分为以下几种类型。

1）、固定钻套。如图2-2（a）和图2-2（b）所示，固定钻套分为A型和B型两种。钻套安装在钻模板或夹具体中，其配合为H7/n6或H7/r6.固定钻套的结构简单，钻孔精度高，适用于单一钻孔工序和小批生产。

2）、可换钻套。如图2-2（c）所示，当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套于衬套之间采用F7/m6或H7/m6配合，衬套与钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止加工时钻套的转动，或退刀时随刀具自行拔出。

3）、快换钻套。如图2-2（d）所示，当工件需钻、扩、铰多工序加工时，为能快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。快换钻套的有关配合同可换钻套。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可去钻套。削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。

（a）       固定钻套

            （c） 可换钻套                            （d） 快换钻套

                        

图2-2 标准钻套

由于钻孔只能到达IT10~IT13精度，不能达零件所要求的IT7精度，零件所钻孔径为Φ16mm，钻、扩两次便能达到所要求精度，因此需要快换钻套。

2．2．4 加紧装置设计

工件定位后将其位置固定下来，称为夹紧。设计夹紧装置应遵循以下原则：1、 工件不移动原则；2、工件不变形原则；3、工件不振动原则； 4、安全可靠原则；5、经济实用原则。

设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。

1）、夹紧力的方向

夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，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

夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。

3）、夹紧力的大小

夹紧力的大小，对于保证定位稳定、夹紧可靠，确定夹紧装置的结构尺寸，都有着密切的关系。夹紧力的大小要适当。

在实际设计中，常采用估算法、类比法和试验法确定所需的夹紧力。当采用估算法确定夹紧力时，其公式为

式中  ——实际所需夹紧力，N；

      ——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，N；

      ——安全系数，粗略计算时，粗加工取=2.5~3，精加工取=1.5~2。

夹紧机构的旋转

1）、方案一：在Φ50mm圆柱上表面采用开口垫圈的螺旋夹紧机构。

2）、方案二：在Φ50mm圆柱外圆表面利用夹紧机构夹紧外圆。

由于本工件体积较小质量较轻，在加工工件时为单件生产，劳动强度不大。为了是夹紧力的方向与切削力、重力同向，则夹紧力在Φ50mm的轴心上，因此可以选用螺母夹紧。

2．3 夹具装配图的绘制

夹具装配图的绘制，是在夹具结构方案草图经过老师审定之后进行的。

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制，绘制比例尽量采用1：1。主视图应按操作者的视线方向绘制。总装配图应将夹具的工作原理、各种装置的结构及其互相关心表达清楚。在完整地表达出夹具工作原理和构造的基础上，视图的数量尽可能少。

2．3．1 夹具装配图上尺寸、公差的标准

一般说来，在夹具总装配图上应标注的基本尺寸和公差有以下几种：

1）、夹具的轮廓尺寸  指夹具的最大轮廓尺寸。当夹具结构中有可动部分时，应包括可动部分处于极限位置时，在空间所占的尺寸。

2）、影响定位精度的尺寸和公差  主要指工件与定位元件及定位元件之间的尺寸、公差。

3）、影响对刀精度的尺寸和公差  主要指刀具与对刀或导向元件之间的尺寸、公差。

4）、影响夹具在机床上的安装精度的尺寸和公差  主要指夹具安装基面与机床相应配合表面之间的尺寸、公差。

5）、影响夹具精度的尺寸和公差  主要指定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。

6）、其他重要尺寸和公差  主要指定位元件、对刀元件、安装基面三者之间的位置尺寸和公差。

2．3．2 夹具公差与配合的选择

夹具尺寸会直接影响工件加工精度，取其公差为

式中   ——夹具装配图上的尺寸公差或位置公差；

——与相应的工件尺寸公差。

2．3．3 夹具装配图上形位公差的标准

1）、钻套轴线相对于定位表面（或轴线）的平行度、垂直度、对称度。

2）、钻套轴线相对于底座底平面的垂直度。

3）、处于同一圆周位置上的钻套所在圆的圆心相对定位元件的轴心的同轴度。

4）、活动定位件的对称中心线相对定位元件、钻套轴心线的位置度。

   

第三章 方案设计论证

3．1 设计思路

1）、首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合理。

2）、工件主要定位部分为Φ32mmH7的圆孔轴心以及Φ16H7的圆孔，我设想用长销小平面组合与菱形销定位，这样虽限制了五个自由度，但可以满足定位要求。

3）、最后将长销小平面组合固定在一块底板上，长销小平面组合与菱形销定位后，利用内六角螺钉和定位销定位进行夹紧，工件的夹紧力的方向垂直与工件的轴线方向，作用点为轴线上。

3．2 设计方法与结果

1）、首先对工件的加工要进行分析，已知工件上钻3-Φ16H7的孔，根据工件的形状和加工要求，采用钻床比较合理。

2）、在定位方面，采用了长销小平面组合与菱形销定位方式，仅限制了五个自由度，但满足了定位要求。所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧。利用六角螺母拧紧的方式进行夹紧，由于工件是中批量生产，并且此方式简单使用，而且不影响加工过程，所以最总选择此方案进行夹紧。

3）、最后，对整个夹紧方案分析得出，定位可靠，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。

致谢

本次课程设计是在指导老师的关怀和悉心的指导下完成的。他严谨的治学精神，严肃的科学态度，精益求精的工作作风，深深的感染了我。在指导老师的指导和关心下，我才有信心更好的完成此次课程设计。

机械制造装备课程设计是学完了机械制造装备设计和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中我遇到了不少的困难，在老师的帮助和在图书馆查阅资料下，最终解决了困难。

这次课程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。

参考文献

1.  赵雪松  《机械制造装备设计》         武汉：华中科技大学出版社，2011.1

2.  王先逵  《机械制造工艺学》           北京：机械工业出版社，2011.6

3.  吴拓    《简明机床夹具设计手册》     北京：化学工业出版社，2010.4

4.  李名望  《机床夹具设计实例教程》     北京：化学工业出版社，2009.9

5.  陈立德  《机械制造装备设计课程设计》 北京：高等教育出版社，2010.8

6.  孙恒    《机械原理》                 北京：高等教育出版社，2000.8

7.  喻子建  《机械设计习题与解析分析》   沈阳：东北大学出版社，2000.6

8.  张玉    《几何量公差与测量技术》     沈阳：东北大学出版社，1999.7

9.  成大先  《机械设计手册》             北京：化学工业出版社，1999.8

10. 高小康  《互换性与测量技术》         北京：高等教育出版社，2002.3