鑽夾具設計畢業論文

1．鑽夾具的設計思路與工作原理

我的設計課題是對耳環孔的鑽夾具的設計，裝配圖圖紙如附1,爲此我瞭解了耳環鑽孔的加工工藝。

對於耳環孔的加工，我選擇了立式鑽牀進行加工，同時爲了保證孔的同軸度，我選擇了固定式鑽模。經過查閱相關資料，鑽夾具設計裝配圖如附1所示

該夾具工作原理：夾具在工作臺上安裝以後，刀具在固定鑽套5的引導下鑽ø4孔.

鑽夾具的有關概念

2.1鑽夾具:

用在各類鑽牀上進行鑽、擴、鉸孔的夾具統稱爲鑽牀夾具。習慣上稱爲鑽模。鑽模在結構上的主要特點是都帶有安裝鑽套的鑽模板、刀具的引導裝置。因此被加工孔的位置精度主要由鑽模來保證。

2.2鑽夾具的作用：

（1）提高勞動生產率。在生產中依靠夾具專門定位元件可快速準確地完成工件在加工工位上的定位和夾緊，省去對工件找正、調整和裝夾過程，縮短了每一工件的裝夾輔助時間。

（2）保證工件的加工精度，穩定整批工件的加工質量。夾具設計和應用重在解決工件可靠定位和穩定裝夾，可以使工件之間加工條件差異性大爲減小，所以採用夾具可以在保證加工精度上極大的穩定整批工件的加工質量。

（3）改善工人勞動條件。使用夾具後，工件的裝卸方便而快捷，減輕了工人的勞動強度，夾具的防護封閉裝置也保證了工人的生產安全。

3．鑽夾具的結構類型

鑽牀夾具應用廣泛，種類較多，常用鑽夾具的結構兩類型大致可分爲固定式、迴轉式、翻轉式、蓋板式和滑注式等幾種類型。在設計耳環孔鑽夾具時我採用了固定式鑽模。

固定式鑽模,在使用的過程中,鑽模在機牀上的位置是固定不動的.這類鑽模加工精度較高，可以更好保證孔的位置尺寸精度.在附1裝配圖中,使用固定式鑽模板鑽孔精度高.。

4．鑽夾具的組成

4.1定位元件

用來確定工件在夾具中正確位置的元件稱爲定位元件。在附1裝配圖中臺階定位銷3和v形塊6，手旋螺釘16於定位元件。

4.2夾緊元件

工件定位後將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的元件稱爲夾緊元件。在附1裝配圖中螺桿9，支板10，手把11和v形塊6夾緊元件組成了一個夾緊機構。

4.3導向元件

用來確定刀具位置並引導刀具進行加工的元件稱爲導向元件。在附1裝配圖中帶肩固定鑽套5是引導刀具加工的導向元件，導板8也是導向元件。

鑽夾具的導向元件是鑽套，鑽套按結構的不同，可分爲固定鑽套、可換鑽套、快換鑽套和特殊鑽套幾類。

鑽套中引導刀具內徑尺寸及偏差根據引導刀具尺寸定，通常取引導刀具最大極限尺寸，若鑽套引導是刀具導向部分，可按基孔制相應選取鑽套內徑H7/f8。本次所設計的鑽套不屬於標準件需要自己設計,採用材料爲T8A，內外輪廓粗糙度均爲1.6，如圖附5所示.

4.4  夾具體

夾具體是夾具的基礎元件，把組成夾具的所有元件和裝置連接成一個有機的整體。夾具體要求有足夠的強度和鋼度，以保證加工過程中在切削力、夾緊力作用下，不會產生不允許的變動和振動，且要有良好的工藝性和使用性。此外還要考慮到便於切屑的清除，因此我在設計過程中，留下了較大的型腔來存儲切屑，避免了切屑影響工件的加工精度。

爲此，在設計夾具體時，選擇鑄件較好，其抗壓強度、剛度和耐振性好。而對於夾具體的尺寸，規格沒有嚴格的要求,根據加工的要求和加工設備而定,根據加工要求和相關資料,我選用的夾具體如附件2.

5．工件在夾具中的定位

5.1定位的概念及定位基準的選擇

工件在機牀上或夾具中佔有正確位置的過程稱爲定位。

工件上用於定位的表面，即確定工件位置的依據，稱爲定位基準。以軸線爲定位基準時，一般以軸的中心孔位基準定位，以平面定位時，與定位元件相接觸的平面就是定位基準。在附1裝配圖中夾具體A面及工件中心孔的軸線都是耳環孔的定位基準。

爲保證工件的加工要求，工件在工位上安裝時必須保證其相對於刀具及刀具的切削成型運動處於正確的空間位置，再次要考慮到以下兩個環節：第一個環節是，要保證工件相對夾具處於正確的空間位置；另一環節是夾具與機牀連接時，其相對於機牀、刀具及其切削成型應具有正確的相對位置。

怎樣定位才能滿足加工要求？這需要藉助工件定位原理，即六點定位原理，工件可沿X、Y、Z軸的直線方向有不同位置，也可繞X、Y、Z軸的旋轉方向有不同位置，這六個位置稱爲工件的六個自由度。其實定位的實質是限制對加工有不良影響的自由度。

在附1裝配圖中可以看到臺階定位銷2限制了工件Y軸的自由度，同時Z軸的自由度也被限制，v型塊限制了工件X正方向的自由度,也限制了工件饒Z軸,Y軸方向旋轉的自由度.手旋螺釘限制了工件Z軸方向的自由度.因工件是圓盤形，因此工件沿Z軸方向旋轉的自由度可不限制。這樣定位使得在批量加工時整批工件相對加工機牀及刀具有一個統一位置依據，保證了加工精度的要求。

在附1裝配圖中鑽模板4的定位主要依靠兩個圓柱銷15來定位，該定位限制了鑽模板在X軸Y軸方向的自由度，這樣可使內六角螺釘14能準確地將鑽模板與夾具體1連接起來，使鑽模板上固定鑽套的軸線與工件上要加工孔的軸線重合，保證了孔的同軸度，也保證了孔的加工精度。

5.2  定位方法及定位元件選擇  

工件以外圓柱面作爲定位基準時,最常用的定位元件有v形塊,定位套和半圓套。在附1裝配圖中工件的局部圓弧面採用v形塊定位。對中性好，能使工件的定位基準軸線對中在v形塊兩斜面的對稱平面上，而不受定位基面直徑誤差影響並且安裝方便。

5.3定位誤差的分析與計算

誤差分析在夾具設計中是一個重要環節，它將影響工件的加工精度。

△安裝＋△對定＋△過程≤T

此式稱爲夾具誤差不等式，是夾具設計中應遵守的一個基本關係式。

5.3.1定位誤差與基準的概念

工件上用於確定加工表面位置的點、線、面成爲工序基準。在夾具的定位元件上，與工件相接觸的表面稱爲限位基準若定位元件是迴轉體，則限位基準就是它們的中心線。

工件放在夾具中進行加工，獲得的尺寸精度和位置精度取決於工序基準與加工表面之間的尺寸和位置。加工表面在空間的位置取決於刀具，刀具的位置在加工前根據夾具上的定位元件來調整，刀具的運動軌跡由機牀或導向裝置來保證。由於工件在夾具中的定位而引起的本工序實際尺寸、相對位置與本工序理想尺寸、相對位置的誤差，稱爲定位誤差。用△D表示。

5.3.2造成定位誤差的原因

造成定位誤差的原因可歸結爲兩個：一是定位基準與工序準不重合，由此產生基準不重合誤差△B這是由於工件存在誤差造成的；二是定位基準與限位基準不重合，由此產生基準位移誤差△Y，這是由於工件和定位元件存在誤差造成的。

5.3.3定位誤差的計算

工件以平面定位產生定位誤差的原因，主要是由於工件定位基準與工序基準不重合和定位基準面間的位置誤差而引起的，這時定位基準相對於限位基準的位移量爲定位基準的平面度誤差，而用於定位的平面已加工過，其平面度誤差很小，可以忽略不計。

用v形塊定位時，定位誤差的大小主要與定位基面的尺寸公差Td和v形塊的夾角α有關，α越大，定位誤差越小，但其定位穩定性也降低。

6．工件的夾緊

6.1夾緊裝置的基本要求

夾具中用來完成對工件夾緊的裝置，稱爲夾緊裝置。它擔負着夾固工件，保證加工過程中工件在其定位位置上穩固不動的功能，對保證加工精度，提高勞動生產率，保證安全生產減輕工人勞動強度都有很大影響。

對夾緊裝置的基本要求應注意以下幾點：

（1）    夾緊要可靠

（2）    夾緊不允許破壞工件定位

（3）    夾緊變形要儘量小，且不能壓傷工件

（4）    操作要方便

6.2夾緊力的三要素

夾緊力的方向、大小、合作用點被稱爲夾緊力的三要素。

夾緊力方向的合理選擇確定一般有以下幾點：

（1）    主要夾緊力的方向應儘量指向工件的主要定位基準面。

（2）    夾緊力的方向應儘量與切削力、重力方向保持一致。

（3）    夾緊力的方向應儘量施於工件剛度較強的方向。

（4）    夾緊力的作用線應分佈於工件有效支撐面範圍以內，以防止工件發生傾覆。

夾緊力作用點的合理確定：

（1）    夾緊力作用點應選擇工件剛性較好的部位。

（2）    夾緊力作用點應儘量靠近工件要加工的部位。

夾緊力大小的合理確定 ：

（1）    類比法。可根據工件具體加工要求，參照生產部門現有生產中相類似切削條件的夾緊裝置的應用情況加以比較。還可以通過實際切削試驗，進一步驗證夾緊力是否夠用

（2）    估算法。夾緊力的估算按照靜力平衡條件來進行簡單的理論夾緊力計算，可依據公式來計算

W=K*P

其中：W所需基本夾緊力

P切削力

K安全係數（一般切削K=1.5~3粗加工K=2.2~3精加工K=1.5~2）

6.3夾緊機構的應用特點和自鎖條件

在附1裝配圖中，v形塊6，螺桿9，支板10，手把11元件組成了螺旋夾緊機構。

螺旋夾緊機構主要元件是螺桿，手把，v形塊在螺紋傳動作用下，轉動螺釘v形塊就可以對工件實行夾緊和放鬆。

螺旋夾緊機構可以取得較大有效的軸向夾緊力，由於普通螺紋的螺旋升角α要遠小於材料間的摩擦角φ，所以螺紋加緊有非常好的自鎖性。

螺紋夾緊機構的應用特點：可得到較大的軸向夾緊力，且自鎖性能相當好，夾緊工件安全可靠，夾緊行程可不受限制，整個結構比較簡單，易製造，應用廣泛，但裝夾操作效率低，生產批量不大時多爲手動操作，批量生產時多與各種快速機動夾緊機構相組合應用。

7．夾具體與機牀連接

夾具在機牀上的定位有兩種最基本形式：一種是夾具安裝在機牀的平面工作臺上，一種是夾具安裝在機牀迴轉主軸上。

夾具在平面工作臺上是用夾具定位面定位的，爲了保證底平面與工作臺有良好的接觸，對於較大的夾具應採用周邊接觸，在附1裝配圖中可以看到，夾具體1底平面A與機牀連接的方式爲周邊接觸，因爲在夾具體底平面上有一個凹槽。該夾具與機牀連接不需夾緊裝置，工件的自重與夾具的自重便可以使整個夾具體平穩的固定在鑽牀工作臺上，工件上被加工孔主要受來自刀具垂直於工作臺的切削力，因此只要將夾具平放在工作臺上即可，不需要夾緊裝置。另外，還要考慮到當鑽套引導鑽頭下刀時，可能會受到鑽牀主軸的切向扭矩力，而使夾具體產生微小的移動造成加工精度出現誤差，爲了避免這一現象，可以在沿着鑽牀主軸切向扭矩力反方向施加一個力，與之互相抵消，這樣可以使用擋板來消除這一現象。

8．總結致謝：

經過幾周的畢業設計，我成功地完成了課題的設計工作，設計出耳環孔鑽夾具的總裝配圖和各個部分零件圖，並達到了設計要求。通過對鑽夾具的設計，我學會了機牀夾具的設計步驟和方法，對鑽夾具有了更深的瞭解，同時進一步提高了自己的理解能力、製圖水平、及對事物的分析能力。

通過本次課題設計的親身實踐，真切的體會到理論知識與生產實踐相結合的重要性，書本中的內容在實踐中得到了印證，在設計過程中，遇到了不少問題，再次要感指導">謝指導老師楊愛紅對我的耐心指導，也要感謝學校領導給我這次機會能與德州方向機廠的工程師們相互交流。在以後的學習和工作中，我會更加嚴格地要求自己多加學習。

本次課題設計時間倉促，若論文中有錯之處，還請老師指出諒解。

參考文獻：

（1）湯習成  《機械製造工藝學》北京  中國勞動社會保障出版社  2004

（2）胡建新  《機牀夾具》 第二版  北京  中國勞動社會保障出版社  2001

（3）朱東華、樊智敏 《機械設計基礎》 北京  機械工業出版社   2003

（4）閆世才、安平 《機械製造工藝與裝備》 北京  中國勞動出版社 1999

（5）《機牀夾具設計手冊》東北重型機械學院，洛陽農業機械學院，長春汽車廠工人大學編輯，上海科學出版社