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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date钻模夹具设计郑 州 信 息 科 技 职 业 学 院摘要本次毕业设计是为了让我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和放法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也能熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践。本设
2、计是一个中等复杂零件的专用夹具设计。零件的主要加工表面是平面及孔。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔的加工精度。基准的选择以杠杆 外圆面作为粗基准，以 孔及其下表面作为精基准。先将底面加工出来，然后作为定位基准，在以底面作为精基准加工孔。整个加工过程选用组合机床。在夹具方面选用专用夹具。考虑到零件的结构尺寸简单，夹紧方式多采用手动夹紧，夹紧简单，机构设计简单，且能满足设计要求。关键词：工艺，夹具，设计。Abstract The graduation project is to enable
3、 us to study the integrated use of mechanical manufacturing processes in the basic theory, combined with the production of practical knowledge learned in practice, independent analysis and resolution of process issues, has designed a medium-complexity parts of the process specification capabilities
4、fixture design and application of basicprinciples and put laws and the development fixture design, the ability to complete the fixture structural design, but also are familiar with and use of relevant manuals, charts and other technical information and preparation of technical documents and practice
5、 for basic skills. This design is a moderately complex part of the special fixture design. The main processing components and pore surface is flat. In general, to ensure the machining accuracy than the flat hole machining accuracy to ensure easy. Therefore, this design follows the principles of the
6、hole after the first plane. And a clear hole and plane processing is divided into roughing and finishing stages to ensure the hole machining accuracy. The benchmark chosen to leverage cylindrical surface as a rough benchmark, in order to hole and its lower surface as a precision reference. Processin
7、g bottom out first, and then as a locating datum, in order to bottom as a fine reference processing hole. The whole process selected portfolio of machine tools. Exclusive use areas in the jig fixture. Taking into account the structural dimensions of simple parts, clamping means to use more manual cl
8、amping, clamping a simple, mechanical design simple, and can meet the design requirements. Key words：technology, fixtures , design目录目录3第一章 绪 论4第二章零件的分析72.1零件的作用72.2零件的工艺分析72.3确定零件毛坯82.4定位基准的选择82.5 制定工艺路线92.6选择加工设备及刀、夹、量具10第三章 总体方案设计123.1夹具的概念，基本要求和特点123.2夹具的总体设计133.3夹具的定位和夹紧原理133.4本夹具怎样实现定位和夹紧14第四章各
9、钻模零件的设计154.1阶梯轴的设计154.2 U形卡子的设计164.3.底板的设计174.4钻模板的设计184.5 衬套的设计194.6.钻套的设计20致 谢21参考文献23第一章 绪 论改革开放以来，机械工业充分利用国内外两方面的技术资源，有计划地进行企业的技术改造，引导企业走依靠科技进步的道路，使制造技术、产品质量和水平以及经济效益有了很大的提高，为繁荣国内市场、扩大出口创汇、推动国民经济的发展起了重要作用。 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，
10、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。 目前，大批量生产正逐渐成为现代机械制造业新的生产模式。在这种模式中，要求加工机床和夹具装备具有更好的柔性，以缩短生产准备时间、降低生产成本，所以，按手动夹紧的方法已不能满足生产发展的要求，而气动、液压夹紧等夹具正是适应这一生产模式的工装设备。它对缩短工艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。国外为了适应这种生产模式,也把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其
11、作为机械制造业的主要发展。 加工工艺作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的加工工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。本次课题研究的钻模在机械加工中应用比较广泛，其中钻头、扩孔钻、铰刀等定尺寸刀具加工占相当多数。这时，除了要保证孔的尺寸精度外，还要达到孔的位置尺寸要求。在单间小批生产中，用划线后找正孔轴线位
12、置方法加工，更因钻头刚性差、易变形，因此生产效率低且精度差。在批量成产中一般都采用钻床夹具装夹加工。钻床夹具又称钻模，它有引导元件（钻套）以导引定尺寸孔加工刀具。刀具由钻套引不但可以保证孔的位置精度，而且也提高了刀具的刚性，有利于保证孔的尺寸精度。因此在机床夹具设计当中，钻模也是经常遇到的夹具之一。钻模的结构形式繁多，归类方法各异。按照钻模有夹具体，结合使用方面的特点，通常可分为以下五种形式：（1）固定式钻模 这种钻模在使用时被固定在钻床工作台上，钻模的位置固定不动。它可用于立式钻床、摇臂钻床和多轴钻床上。（2）翻转式钻模 夹具整体在钻床工作台上翻转，顺序钻削各孔。（3）分度钻模 有些零件被加
13、工孔时围绕回转轴线均匀分布的轴向或径向孔系，尤其对于无法采用翻转式钻模的重量较大的工件，则采用分度钻模加工。这种钻模带有分度装置。（4）盖板式钻模 盖板式钻模是由钳工的划线样板演变来的，它没有夹具体。定位元件、导引元件和夹紧装置全部安装在钻模板上，使用时象盖子一样盖在工件加工部位上，是最简单的一种钻模。（5）滑柱式钻模 滑柱式钻模由标准通用底座为主体组成的钻模。该标准通用底座由升降钻模板、升降机机构和夹具体组成。它的结构已标准化，规格尺寸也系列化、可由制造部门预先批量生产备用。 钻模设计中，除了要解决一般夹具所共有的定位、夹紧等问题之外；它所特有的是专供导引刀具的钻套和安装钻套的钻模板。这里着
14、重讨论这两个问题，并兼顾各种钻模的结构设计的特点。1.钻套的主要作用是确定定尺寸孔加工刀具的加工位置，保证加工孔的轴线位置尺寸。当然，钻套也起导引刀具，增强刀具系统刚性的作用，它是钻模的重要元件。1）.设计选用钻套结构钻套的结构和尺寸已经标准化了，设计中主要是根据使用特点来选用钻套。当必须采用非标准钻套时，其大部分结构参数也可参照标准结构进行设计。钻套结构可分为以下四种形式：（1）固定钻套（2）可换钻套（3）快换钻套（4）特殊钻套2）.钻套导引孔的尺寸和极限偏差的确定3）.钻套下端面与加工面之间的空隙值S2.钻模板主要用来安装钻套，有的还兼有夹紧功能，故应有一定的强度和刚度。通常有以下四种:1
15、）固定式钻模板2）铰链式钻模板3）可卸式钻模板4）悬挂式钻模4.让开孔口的钻孔毛刺 钻孔时，在工件起钻孔及钻透口周边都会产生毛刺，尤其是任韧性材料，情况更为严重。设计夹具时若不让出毛刺空隙，则钻孔后因被毛刺卡主孔口而取不下工件，有时还会刮伤定位表面，影响定位精度。第二章零件的分析2.1零件的作用如图此零件为端盖，起密封定位固定作用。图2-12.2零件的工艺分析 该零件的材料为HT200.该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。 该零件主要加工面为n面、r面、56 孔和63 孔。 N面的平面度0.1mm直接影响端盖与零件接触的精度及密封。 56孔和63孔
16、内表面的粗糙度分别为6.3和3.2 直接影响孔与轴配合的精度，因此在加工这些孔的时候应该在一次装夹下完成。由参考文献有关面和孔的加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。2.3确定零件毛坯 根据零件材料确定毛坯为铸件。毛坯的制造方法选用砂型机器制造。又由于零件内孔需要铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。 参考文献，该种铸件的尺寸公差等级CT为8-10级，加工余量等级MA为G级。故去CT为10级，MA为G级。 参考文献，用查表法确定各表面的总余量如表2-1所示。 表2-1 各加工表面总余量加工表面基本尺寸（mm）加
17、工余量等级加工余量数值(mm)N面8G6R面 8 G 656孔 56 H 463孔 63 H 4由参考文献可得铸件主要尺寸的公差，如表2-2所示 表2-2 主要毛坯尺寸及公差 （mm）主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CTN面距R面尺寸16 12 28 456孔尺寸 56 8 48 463孔尺寸 63 8 55 42.4定位基准的选择粗基准的选择：考虑到以下几点要求：第一，在保证加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀：第二，保证定位准确夹紧可靠。所以选择零件的毛坯孔作为粗基准。精基准的选择：零件的N面既是装配基准，又是设计基准，用它做精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实
18、现零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能用他定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”原则。此外，N面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。最先进行机械加工的表面是精基准N面。这时可有两种定位方案:方案一 用一浮动圆锥销深伸入63mm毛坯孔中限制两个自由度；用支承钉支承并平行于R面，限制三个自由度；再以N面本身找正限制一个自由度。这种方案适合于大批量生产类型中，在加工N面及其面上各孔采用随行夹具使用。方案二 用一根两头带反锥形（一端的反锥可取下，以便装卸工件）的心棒插入63毛坯孔中并夹紧，粗加工N面时，将心棒置于两头的V形架上限制四个自由度，再以N面本身找正
19、限制一个自由度。这一“随行心棒”比上述随行夹具简单的多。又因随行工位少，准备的心棒数量就少，因而该方案是可行的。2.5 制定工艺路线根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下；N面：粗铣精铣；R面：粗铣精铣；56mm孔：粗镗精镗；63mm孔：粗镗精镗。因为要加工的面都有较高的平行度和粗糙度要求，故他们的加工宜采用工序集中地原则，即分别在一次装夹下将两面或两孔同时加工出来，以保证其位置精度。 根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将N面和R面及孔的粗加工放在前面，精加工放在后面。 加工工艺路线如下：序 号工 序 内 容简 要 说 明12345
20、6789101112铸造时效涂底漆粗铣N面粗铣R面粗镗63孔，孔口倒角2*20粗镗56孔精铣N面精铣R面精镗56孔和63孔检验入库消除内应力防止生锈先加工基准面先加工面后加工孔粗加工结束精加工开始先加工面后加工孔表2-32.6选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床间的传送均由人工完成。粗铣N，R面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选择X25K立式铣床。选择直径D为200mm的C类可转位面铣刀、专用夹具和游标卡尺。精铣N，R面。由于定位基准
21、的转换，宜采用卧铣，选择X62W卧式铣床。选择与粗铣相同型号的刀具。采用精铣专用夹具及游标卡尺、刀口形直尺。粗镗63孔和56孔采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5KW的1TA20镗削头。选择镗通孔的镗刀、专用夹具、游标卡尺。精镗也采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5KW的1TA20M镗削头。选择精镗刀、专用夹具。第三章 总体方案设计3.1夹具的概念，基本要求和特点夹具是加工时用来迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。3.1.1夹具的设计要求1.夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加玉工序，应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。2.夹具应达
22、到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。3.夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。4.能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。夹具元件的材料选择将直接影响夹具的使用寿命。因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。夹具的低成本设计，目前在世界各国都已相当重视。为此，夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应。在大批量生产中，宜采用如气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。5.要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以
23、缩短夹具制造周期，降低夹具成本。6.具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造、使用和维修。3.1.2夹具设计的工作特点 1、定位准确可靠，尽量避开分模线，且与设计基准和检验基准统一；2、夹紧力要牢靠；3、装卸方便快捷；4、出屑顺畅；5、铣夹具还要考虑对刀装置；6、便于装夹在机台上。3.2夹具的总体设计由零件图，11孔和M10螺纹孔不在同一面上，需要做两套钻模。图3-1从对工件的结构分析，零件的底面放置在支撑板上，定位比较稳定，可靠，容易实现。在支撑板上加上两根阶梯轴与工件的63孔和56孔配合，零件上方放置钻模板，并用螺母夹紧，零件被固定。3.3夹具的定位和夹紧原理工件在空间具有六个自由度，即沿x
24、、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度 。因此，要完全确定工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来限制工件的六个自由度，其中每一个支承点限制相应的一个自由度。夹具正是根据六点定位原理来限制零件的自由度，固定零件。3.4本夹具怎样实现定位和夹紧从对工件的结构分析，零件的底面放置在支撑板上，定位比较稳定，可靠，容易实现。这样就限制了三个自由度。在支撑板上加上两根阶梯轴与工件的63孔和56孔配合，则限制了2个自由度。零件上方放置钻模板，并用螺母夹紧，则六个自由度全被限制，零件被固定。两阶梯轴与两孔配合，参考文献，选63H9/63f8,56H8/
25、56f8.参考文献取衬套与夹具体模板的配合为H7/r6.钻扩孔时刀具与导套内孔的配合为F8/h6钻套，扩孔和铰孔与衬套的配合为H7/g6。零件的夹紧过程：把上模板取出，放入零件，并用螺母夹紧，进行零件的加工。零件加工完以后，松螺母，拔出U形卡子，这时螺母的直径小于上模版定位孔的直径，可以直接把上模版取出，再取出零件，这样周而复始的进行零件的加工。U形卡子的使用很好的简便了零件的拆卸过程，减少了用时，增加了经济效益。 第四章各钻模零件的设计本次设计的钻模为固定式钻模，各个零件的设计都要遵循夹具的设计要求，结合本次夹具的特点，设计出符合要求的夹具。图4-14.1阶梯轴的设计图中1为阶梯轴，在夹具中
26、起定位找正支撑的作用。材料为45号钢，经过热处理后有良好的综合机械性能。通过的对端盖零件的分析，此夹具零件设计成阶梯形状，便于安装零件，并节省材料。零件的主要加工面为直径为56的圆柱面与零件进行配合，通过查表得出56H8/56f8。阶梯轴的底部有三个M10的螺纹孔，在与底板进行配合的时，用螺栓进行固定。定位准确，牢固。图4-24.2 U形卡子的设计图中2为U形卡子，起夹紧工件和快换零件的作用，材料为T10A，有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性。夹具设计中，螺母设计的直径小于螺栓穿过钻模板的孔，这样U形卡子拔出，钻模板就可以很容易的取出，减少了零件的加工时间，提高工作效率。图4-34.3.底板
27、的设计图中4为底板，起支撑整个零件的作用，对于材料要求较高的强度及减震性，我们选用45号钢，经过调制处理。底板上的两个凹槽，是便于与阶梯轴的配合，螺栓通过底板的三个通孔与阶梯轴上的螺纹孔相配合。图4-44.4钻模板的设计图中5为钻模板，主要用来安装钻套，有的还兼有夹紧功能，故应有一定的强度和刚度，也选用45号钢，经过调制处理。本设计中的钻模为固定式钻模，板上的孔与衬套相配合，防止模板与阶梯轴的直接接触，磨损模板。图4-54.5 衬套的设计图中6为衬套，材料为HT200，材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大应力、要求耐磨的零件。衬套在夹具中起支撑的作用，在零件的加工过程，衬
28、套避免了阶梯轴和钻模板的直接接触，减少了摩擦，增大了钻模板的使用寿命，衬套坏了也可以很方便的加工和拆卸，减少了加工零件的辅助时间，增加了经济效益。 图4-64.6.钻套的设计图中7为钻套，材料为T10A。钻套的结构和尺寸已经标准化了，设计中主要是根据使用特点来选用钻套。本次设计中采用的可换钻套，当钻套磨损后。只要拧去螺钉，便可更换新的可换钻套。图4-7 感想 当时接到毕业设计的课题光看图形时感觉不是很难，当时真正开始做的时候便感觉这不是一个简单的任务。经过近一个月的努力不管怎么说算是做出来了。在写设计的期间翻阅很多的资料和课本，是我感觉到自己在大学的的学习还是远远不够得的，只学到机械专业一点点
29、东西，在今后的工作和学习中我会更加努力的去学习探索。短暂的毕业设计把我三年来的学习有了一个总结一个句号。我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，回报社会，回报父母。 学生：郑文鹏 2009年12月参考文献1刘德荣，组合夹具结构简图的初步探讨，组合夹具，1982. (1)2 孙已德，机床夹具图册M，北京：机械工业出版社，1984：20-23。3 贵州工学院机械制造工艺教研室，机床夹具结构图册M，贵阳：贵州任命出版社，1983：42-50。4 刘友才，机床夹具设计 ，北京：机械工业出版社，1992 。5 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷M，北京：机械工业出版社，1991。6 金属机械加工工艺人员手册修订组，金属机械加工工艺人员手册M，上海：上海科学技术出版社，1979。7 李洪，机械加工工艺师手册M，北京：机械工业出版社，1990。-