1、I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： II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
2、 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IIIAbstractThis paper mainly introduces the development background of the machine tool fixture and the function in machining, and the design process of bracke
3、t 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 determined position to accept the processing or testing process equipment. The workpiece in the machine tool processing to determine the two installa
4、tion requirements, that is, positioning and clamping.The design process include locating scheme selection, oriented program drill sets of parameters selection, choice of clamping mechanism by indexing scheme and selection of the specific folder; setting and calculation of inclined hole jig hole proc
5、ess, fixture general dimensions, tolerances and technical requirements of the mark; workpiece machining accuracy analysis.Key words: jig, jig, positioning, clamping;IV目 录1、 绪 论 .11.1 课题研究背景及夹具发展趋势 .11.2 机床夹具 .31.2.1 夹具主要的作用 .31.2.2 机床夹具的分类 .31.2.3 钻模设计要点 .41.3 课题任务 .42、 托 架 斜 孔 分 度 钻 模 的 设 计 .62.1 定
6、 位 方 案 .62.2 导 向 方 案 .82.3 夹 紧 方 案 .92.4 分 度 方 案 .92.5 夹 具 体 的 选 用 .92.6 斜 孔 钻 模 上 工 艺 孔 的 设 置 与 计 算 .102.7 夹 具 总 图 上 尺 寸 ， 公 差 及 技 术 要 求 的 标 注 .102.8 工 件 加 工 精 度 分 析 .112.8.1 定 位 误 差 .11D2.8.2 对 刀 误 差 .12T2.8.3 安 装 误 差 .12A2.8.4 夹 具 误 差 .12Z2.8.5 加 工 方 法 误 差 .13G设 计 总 结 .15致 谢 .16参考文献 .16托架钻孔夹具的设计1
7、11、 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
8、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。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
9、在单件，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
10、展。对精度要求较高的零件，除选用精密的机床外，尚需采用一些精密的夹具。托架钻孔夹具的设计22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
11、而敏捷化。敏捷夹具指具有“敏捷”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
12、形和模拟夹具装配过程。（4）信息集成，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，
13、可以根据不同的工件、加工类型、所用机床设备和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。托架钻孔夹具的设计334）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
14、，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
15、，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
16、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：托架钻孔夹具的设计44（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
17、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，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
18、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，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
19、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。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 距托架钻孔夹具的设计55离 为 4
20、4mm 的 两 侧 面 8。 本 工 序 加 工 两 个 Ml2mm 的 底 孔 l0 1mm， 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 88.55 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
21、， 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 。托架钻孔夹具的设计662、 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
22、 及 端 面 限 制 五 个 自 由 度 ( )， 活 动 定 位 支 承 板 1 限 制ZYX、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Z艺 系 统 的 刚 性 。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。Z
