钻床夹具设计说明书 2

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文）

钻床夹具设计

年 级:2007级 学 号:******** * *:*** 专 业:数控技术 指导老师:刘顺东、谢敏

2011年6月

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院 系 机械工程系 专 业 数控技术

年 级 2007级 姓 名 耿孟娇 题 目 钻床夹具设计

指导教师

评 语

指导教师 (签章)

评 阅 人

评 语

评 阅 人 (签章)

成 绩 答辩委员会主任 (签章)

年 月 日

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毕业设计（论文）任务书

班 级 学生姓名 学 号 发题日期：2011 年 3 月 1 日 完成日期：2011 年 6 月 18日 题 目 钻床夹具设计 1、本论文的目的、意义

（1）培养学生运用机械制造工艺学及相关课程的知识，并结合生产实践中学到的知识，独立地分析和解决问题，能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具。

（2）培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。 （3）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。 2、学生应完成的任务：

（1）完成论文相关资料的收集。 （2）完成不少于10000字符的英文相关资料翻译。 （3）完成夹具的总体方案设计。 （4）完成夹具的结构设计，画出夹具总装图及典型零部件图（要求总图量至少达到两张0号图）。

（5）完成具有规定格式的设计说明书（不少于15000字）一份。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）

第一部分 收集毕业设计所需要的中文、英文资料，选定设计零件 （2周） 第二部分 完成毕业设计中的英文翻译部分 （1周） 第三部分 设计、修改钻床夹具结构草图 （4周） 第四部分 完成钻床夹具的误差计算 （1周）

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第五部分 绘制、修改钻床夹具装配图、零件图 （5周） 第六部分 完成毕业设计中的论文部分 （1周） 第七部分 修改、整理及装订毕业设计有关资料 （1周） 评阅及答辩 （1周） 备 注:[1] 孙已德.机床夹具图册.北京：机械工业出版社，1983； [2] 李名望.机床夹具设计实例教程.北京：化学工业出版社，2009.8； [2] 李家宝.夹具设计.北京：中国工业出版社，1961.5； [3] 傅成昌,傅晓燕.公差与配合问答.北京：机械工业出版社，2007.1； [4] 虞自奋.AutoCAD2008高级案例解析.北京：中国电力出版社，2008.5； [5] HIRAME`GRANT.夹具-非标准夹紧装置.北京：机械工业出版社，1974.5； [6] 曹岩.机床夹具手册与三维图库.北京：化学工业出版社，2010.3；

指导教师： 刘顺东、谢敏 2011 年 2 月 28日 审 批 人：

2011年 月 日

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摘 要

机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。

夹具种类按使用特点可分为：1）通用夹：通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 2）专用夹具：专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3）通用可调夹具和成组夹具：其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。4）组合夹具：组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。

国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3~4年就要更新50~80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第V页 10~20％左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用。

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Abstract

Fixture is an indispensable component in machining, in the machine tool technology to high-speed, high efficiency, precision, complex, intelligent, environmentally friendly direction, driven by fixture technology is moving in high-precision, high efficiency, module, combination, general economic direction.

The task of the thesis is processing five holes on parts (cabinet) ,four face, a sidewall.As the parts are high-volume production,hole require high precision, so the design of a special drilling fixture.Assurance the quality of machining .Thanks to the high utilization rate of the fixture, the economy is good, with strong features and a small number of components, supporting low-cost, lower production costs,with clamping device, reduce downtime, improve production efficiency.

Designed drilling fixture, the first careful analysis is the technical requirements for processing components, fixture design using the basic principles and methods.Prepared the fixture design scheme ;Meet the conditions of precision ,then reasonable installation, positioning, clamping;After the completion of draft fixture, and further consider the connection relation between parts and screws, nuts, pins and other fixed means,designing the reasonable structure to achieve relative motion between the various components;Requirements of the various components, select the appropriate materials. Completion of all drilling fixture design, using the AutoCAD drawing two-dimensional graphics,first draw assembly drawing, and then removed from the part drawing on the painting Parts,marking the related to size and technical requirements,finally, write a thesis, organize, edit, complete the graduation project.

Keywords Fixture; drilling fixture; accuracy; CAD

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目 录

第1章 绪论 ............................................................ 1 1.1 机床夹具的发展概括 ............................................... 1 1.2 机床夹具的发展方向 ............................................... 2 1.3 夹具的特点 ....................................................... 3 1.4 夹具的设计要点 ................................................... 3 第2章 钻床夹具的总体设计 .............................................. 4 2.1 设计任务 ......................................................... 4 2.2 夹具的设计步骤 ................................................... 7 2.3 钻床夹具的设计 ................................................... 5 第3章 夹具的工作原理与结构设计 ....................................... 10 3.1 对定位元件的基本要求 ............................................ 10 3.2 定位方案与定位元件 .............................................. 10 3.3 夹紧 ............................................................ 11 3.4 夹紧方案的选择 .................................................. 12 3.4.1 钻削切削力 .................................................. 12 3.4.2 实际所需夹紧力的计算 ........................................ 14 3.4.3 夹紧方案 .................................................... 17 3.5 夹具的使用方法 .................................................. 21 第4章 钻床夹具体及夹具零件的设计 ..................................... 22 4.1 夹具体的要求 .................................................... 22 4.2 夹具体毛坯的类型 ................................................ 23 4.3 钻模板以及钻套的设计 ............................................ 24 第5章 夹具误差的计算 ................................................. 29 5.1 角度尺寸公差 .................................................... 29 5.2 定位误差 ........................................................ 29 5.3 工件在夹具上加工的精度分析 ...................................... 30 5.4 夹具误差的计算 .................................................. 31 第6章 零件材料 ....................................................... 36 6.1 标准件 .......................................................... 36

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第VIII页 6.2 盖板、中间板、底板 .............................................. 37 6.3 铰链叉架、压板 .................................................. 39 6.4 长型固定钻套、可换钻套 .......................................... 41 6.5 螺纹头凸肚手柄 .................................................. 43 致谢 .................................................................. 45 参考文献 .............................................................. 47

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第1章 绪 论

1.1 机床夹具的发展概括

机床夹具的现状：机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的空间位置，用来加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。

夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50％～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10％～20％左右，为了适应科学技术的快速发展，我们在短短几年内需更新大量的专用夹具，这样即提高了加工的成本，也造成了材料的浪费，为了减少这种情况，我们可以采用数控机床的柔性化制造技术。

近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：

1）能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；

5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；

6）提高机床夹具的标准化程度。

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1.2 机床夹具的发展方向

现代机床夹具的发展方向：主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化和模块化等五个方面。

（1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148～T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

（2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1\"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。

（3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。

（4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。

（5）模块化 模块化的设计省时、节能，体现在各种先进夹具的系统中，为夹具的计算机辅助设计与组装打下了坚实的基础，应用CAD技术，可建立元件库、典型夹具库和用户使用档案库，可进行夹具优化设计，进行夹具的三维实体组装。模拟仿真刀具的切削过程，为用户提供正确、合理的配套方案，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。

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1.3 夹具的特点

1）保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，合适的尺寸，公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 2）提高生产效率

专业夹具的复杂程度要与工件的生产纲领相适应，应根据工件生产批量的大小选用不同复杂程度的高效夹紧装置，以缩短辅助时间，以提高生产效率。 3）工艺性好

专用夹具的结构简单，合理，便于加工，装配，检验和维修。专用夹具的生产属于小批量生产。 4）使用性好

专用夹具的操作应简单，省力，安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑机构。 5）经济型好

除考虑专用夹具本身结构简单，标准化程度高，成本低廉外，还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

1.4 夹具的设计要点

确定各表面加工方案，在选择各表面孔的加工方法时，需综合考虑以下因素： （1）要考虑各表面的精度和质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

（2）根据生产类型来选择，在大批量生产中可使用专用的高效率的设备；在单件小批量生产中则使用常用设备和一般加工方法。

（3）要考虑被加工材料的性质。

（4）要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有的加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

（5）此外，还要考虑一些其他因素，如加工表面的物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。

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第2章 钻床夹具的总体设计

2.1 设计任务

本设计的主要任务是设计一个钻床夹具，在零件端面上钻四个大小相同，相互对称的孔，另外在侧壁上钻一个孔，为了使钻孔的位置精确，必须对零件进行固定定位，提高加工精度，使之满足使用要求。专用夹具设计，方便加工及装卸，节省时间，提高工作效率。被加工零件如下图：

垂直孔4-Φ6mm 水平孔Φ8mm

图2-1 被加工零件及需要加工的孔

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第5页 如2-1所示，被加工零件材料为10#，厚度为5mm，总长为30mm，在零件端面上钻四个大小相同，相互对称的孔，孔的直径为6mm，相对于基准平面B和20H7中心线的位置度为0.01，在侧壁上加工一个直径为8mm，相对于20H7中心线的垂直度为0.02。

被加工零件安装到夹具上应对上端面和下部的20H7内孔面进行定位，因为在钻端面上的四个孔时，可能发生零件的左右移动，所以采用芯轴定位，因为设计的是盖板式钻床夹具，所以定位芯轴与盖板为一个整体，满足以端面B和20H7中心线为定位基准的要求；在钻零件侧壁上水平孔时，夹具需要旋转90度，因此需要一个夹紧装置将夹具连接起来，同时需要设置一个转轴实现夹具的旋转，在加工过程中采用加长钻套进行钻孔，满足设计要求。

2.2 夹具的设计步骤

1）明确设计任务书与收集设计材料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

其次是根据设计任务书收集有关材料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和装订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计样图，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。 2）拟定夹具结构方案与绘制夹具草图

A）确定工件的定位方案，设计定位装置。 B）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。 C）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

D）确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

E）确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、定位装置及吊装元件等。

F）确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装方式。 G）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第6页 3）进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较好的方案。 4）审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。 5）绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家标准绘制。绘图比例尽量采用1:1. 主视图按夹具面对操作者的反向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图的绘制次序如下：

A）用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具的线条。

B）依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

C）标注必要的尺寸、公差和技术要求。 D）编制夹具明细表及标题栏

完整的夹具装配总图可参阅夹具图册。 6）绘制夹具零件图

夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

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2.3 钻床夹具的设计

钻床夹具装配图，如图2-2a、2-2b、2-2c所示。

如图2-2a，钻床夹具装配图的主视图，采用铸造型的夹具体，盖板15、中间板18、底板19 ，材料均为灰铸铁（HT200）；开槽圆柱头螺钉1、铰链叉架2、螺杆6、六角螺母7的作用是，实现盖板的翻转，用来装卸零件；长型固定钻套3固定在钻模板上 ，用开槽圆柱头螺钉4和定位销5进行连接、固定、定位。

2-2a 钻床夹具主视图

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第8页 在图2-2b，钻床夹具装配图的俯视图中，可以清楚的看到，为了钻零件端面上四个孔时设计的可换钻套11与钻套用螺钉10在盖板上的位置；设计了一个装配把手21，它与盖板连接，作用是方便盖板翻转时的手工操作；压紧螺钉8、六角螺母9是压板下面部分的剖视，可以看出与螺杆的连接情况；六角头螺栓12的作用是连接压板和支板，当旋转螺纹头凸肚手柄14时，压板绕六角头螺栓12转动，运用杠杆原理，压板夹紧盖板。

2-2b 钻床夹具俯视图

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第9页 在图2-2c，钻床夹具装配图的左视图中，可以清楚的看到整个夹紧装置和它的连接情况，压板23、支板24、轴29，压板和轴的连接处，采用梯形螺纹，将旋转运动转化为直线运动，传动效率高、定位准确、自锁性等特点，夹紧后，钻孔的过程中，即使有振动，也不会出现打滑的现象；中间板剖视后可以清楚的看到轴的形状，采用梯形轴，方便安装，45H7的轴起到一个定位的作用，使压板左右对称，在夹紧过f6程中，不会因为位置偏移，影响加工精度；在俯视图中可以看到装配把手21的大致形状。

2-2c 钻床夹具左视图

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第3章 夹具的工作原理与结构设计

3.1 对定位元件的基本要求

1) 足够的精度

由于工件的定位是通过定位副的接触（或配合）实现的，定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度，因此，限位基面应有足够的精度，以适应加工的要求。

2) 足够的强度和刚度

定位元件不仅限制工件的自由度，还有支撑元件、承受夹紧力和切削力的作用，因此，因有足够的强度和刚度，以免使用中变形或损毁。

3) 耐磨性好

工件的装卸会磨损定位元件的限位基面，导致定位精度下降。定位精度下降到一定程度时，定位元件必须更换，否则，夹具不能继续使用。为了延长定位元件的更换周期，提高夹具的使用寿命，定位元件应有较好的耐磨性。

4) 工艺性好

定位元件的结构应力求简单、合理，便于加工、装配和更换。

3.2 定位方案与定位元件

工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置，工件位置的正确与否，用加工要求来衡量，能满足加工要求的为正确，不能满足加工要求的为不正确。一批工件逐个在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，也不必要求它们完全一致，但各个工件的位置变动量必须控制在加工误差所允许的范围之内。

该设计为了满足钻孔的需要，在定位过程中需要保证零件的上下表面与水平面平行，20的中心线与水平面垂直，保证4-6mm孔的位置度和8mm的垂直度。由于盖板，与零件的上表面接触。 定位基准为零件的上平面和20H7的中心线，采用“T”字形定位，即盖板和定位心轴为一体的定位方案，满足了定位基准的要求。同时下面采用圆锥台定位，圆锥台的锥形面与零件的外圆面线接触，定位心轴与锥形块也是线接触，使零件不会发生移动或左右偏转的情况，满足加工要求（如图3-1所示）。 定位心轴，保证端面四个孔的位置度。 锥形块，保证零件的 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第11页

图3-1 零件的定位

3.3 夹紧

对夹紧装置的基本要求：

1）夹紧过程中，不改变工件定位后占据的正确位置。

2）夹紧力的大小适当，一批工件的夹紧力要稳定不变。既要保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，振动小，又要是工件不产生过大的夹紧变形。夹紧力稳定可减小夹紧误差。

3）夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，允许设计越复杂、效率越高的夹紧装置。

工艺性好，使用性好。其结构力求简单，便于制造和维修。夹紧装置的操作应当方便、安全、省力。

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：

（1）工件不移动原则

夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。

（2）工件不变形原则

夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。

（3）工件不振动原则

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第12页 对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

（4）安全可靠原则

夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。

（5）经济实用原则

夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。

夹紧机构---传递夹紧力，它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。要使动力装置所产生的力或人力正确地作用到工件上，需有适当的传递机构。在工件夹紧过程中起力的传递作用的机构，称为夹紧机构。

夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变力的大小、方向和作用点。手动夹具的夹紧机构还应具有良好的自锁性能，以保证人力的作用停止后，仍能可靠地夹紧工件。

3.4 夹紧方案的选择

本设计是一个钻床夹具，加工五个孔，由于钻孔精度要求较高，必须保证在钻孔过程零件保持不动，所以必须设计夹紧装置。根据题目所需，在毕业设计过程中，设计过两种夹紧方案，现在分析两种方案的优劣，选择更适合的一种。

首先计算钻孔的切削力，然后计算实际夹紧力。

3.4.1 钻削切削力

需要钻孔零件的材料为10号钢，优质碳素结构钢，钢材的平均含碳量为0.1%。 10号钢力学性能：抗拉强度 b410MPa；屈服强度 s245MPa；伸长率 δ≥25%；断面收缩率 ψ ≥5%；硬度：未热处理≤156HB。

钻削切削力的计算公式如表3-3：

表3-3 钻削切削力的计算公式

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工件 材料 结构钢和铸钢 加工 方法 钻 扩钻 钻 刀具 材料 高速钢 耐热钢 （HB141） 灰铸铁 （HB190） 扩钻 可锻铸铁（HB120） 钻 高速钢 硬质合金 切削扭矩 计算公式 切削力 计算公式 M0.34D2f0.8Kp .90.8M0.88Da0Kp pfFf667DF0.7KP .30.7Ff371a1Kp Pfb=736MPa M0.40D2f0.7Kp Ff1402Df0.7KP M0.21D2f0.8Kp Ff419Df0.8KP M0.12D2f0.8Kp M0.83D2a0.75f0.8KP pFf412D1.2f0.75KP .20.4Ff231a1KP pfM0.21D2f0.8KP M0.098D2.2f0.8KP M0.12D2f0.8Kp Ff425Df0.8KP Ff319D1.2f0.75KP 硬质合金 高速钢 铜合金 Ff309Df0.8KP

钻削时的进给量

f：0.15~0.32mm/转，取f=0.2mm/转

由表3-3可知，切削扭矩的计算公式

M0.34D2f0.8Kp （式3-1）

KP为修正参数，它的计算公式

因为10号钢的抗拉强度 b410MPa，取b736MPa

KPb736

0.75736106736104.50.75 （3-2）

6孔，带入式3-1得：

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M0.3461030.20.8104.52

1.84101.5Nm （式3-3）

8孔，带入式3-1得：

M0.3481030.20.8104.52

3.310-1.5Nm （3-4）

由表3-3可知，切削力的计算计算公式如下，其中f=0.2mm/转

Ff667DF0.7KP （式3-5）

计算6孔的切削力，带入式3-3得：

Ff66761030.21030.7104.5

60N （式3-6）

计算8孔的切削力，带入式3-3得：

Ff66781030.21030.7104.5

80N （3-7）

3.4.2 实际所需夹紧力的计算

计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统。根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动的工件还应考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：

WKWK （式3-8） 式中 WK—实际所需夹紧力（N）；

W—在一定条件下，由静力平衡计算出的理论夹紧力（N）； K—安全系数。 安全系数K可按下试计算：

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第15页 KK0K1K2K3K4K5K6 （式3-9） 式中，K0~K6为各种因素的安全系数，如表3-1。

表3-1 安全系数K0~K6的数值

符号 考虑的因素 考虑工件材料及加工余量均匀性的安全系数 加工性质 粗加工 精加工 系数值 1.2~1.5 1.2 1.0 1.0~1.9 1.0 1.2 1.3 1.0 1.0 1.2 1.0 1.5 K0 K1 K2 K3 刀具钝化程度（详见表3） 切削特点 连续切削 断续切削 K4 K5 夹紧力的稳定性 手动夹紧 机动夹紧 K6 手动夹紧的手柄位置 操作方便 操作不方便 K7 仅有力矩使工件回转时，工件与支撑面接触的情况 接触点稳定 接触点不稳定 若安全系数K的计算结果小于2.3时，取K=2.5。

钻孔时，根据表3-1、表3-2，带入式3-6，计算相应的安全系数得：

KK0K1K2K3K4K5K6

1.31.01.51.01.31.0 （式3-10）

2.5

表3-2 安全系数K2

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第16页

加工方法 钻削 切削力分力情况 K 铸铁 1.15 1.0 1.3 1.2 1.2 1.0 1.2 1.25 1.05 1.4 1.3 1.2~1.4 钢 1.15 1.0 1.3 1.2 1.2 1.0 1.4 1.6 1.0 1.05 1.0 1.6~1.8(含碳量小于0.3%) 1.2~1.4(含碳量大于0.3%) MK FC 粗扩（毛坯） MK FC 精扩 MK FC 粗车或粗镗 FC FP Ff 精车或精镗 FC FP Ff 圆周铣削 （粗、精） 端面铣削 （粗、精） 磨削 拉削 FC FC 1.2~1.4 1.6~1.8(含碳量小于0.3%) 1.2~1.4(含碳量大于0.3%) FC F 1.15~1.2 1.5

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第17页

3.4.3 夹紧方案

方案一：

图3-2 夹紧机构

1-底座 2-转轴 3-手柄 4-锁紧套 5-防转螺钉 6-锁紧螺杆

图为切向锁紧机构，转动手柄3，锁紧螺杆5使两个锁紧套4相对运动，将转轴2锁紧。

夹紧力和夹紧扭矩的计算公式如下：

W

2M （式3-10） DQ•f11.07cos•D2 M （式3-11）

sin1.07cos22式中 W—夹紧力（N）； M—夹紧扭矩（N*m）； Q—作用力（N）；

f—摩擦系数（表面光滑f=0.16）； —螺纹或端面凸轮升角（此处900）

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第18页 计算夹紧扭矩，代入式3-8得：

Q•f11.07cos•D2Msin1.07cos22 （式3-12）

2600.1611.072D221.07cos22计算理论夹紧力，代入式3-11、3-12得：

W2MD

22600.1611.072 （3-13） 221.072223N计算实际夹紧力，代入式3-5得：

WKWK 计算摩擦力

57.5N （3-14）

fFf 0.1660 （3-15） 9.6N因为 WKf，所以钻孔过程中不会发生滑动，夹紧力合适，夹紧机构满足设计要求。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第19页 方案二：

盖板 零件 转动轴

压支板 图3-3 压板压紧

手柄

用压板夹紧钻模板的表面，夹紧力的计算公式如下： W式中 W—夹紧力（N）；

M—钻孔时的切削扭矩（Nm）；

K—安全系数，粗加工K2.5~3.0，精加工K1.5~2.0； l —压板的作用点到钻孔的中心线距离（mm）； f—摩擦系数（表面光滑f=0.16）； 由式3-3得，钻6孔时的切削扭矩

MK （式3-16） lf M1.8410-1.5Nm （3-17） 由式3-10得，安全系数

K2.5

根据测量得，压板的作用点到钻孔的中心线距离

l74.5mm （式3-18）

将式3-3，式3-10和式3-18代入式3-16，计算所需夹紧力

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第20页

WMKlf

1.8410-1.52.5 （3-19） 74.510-30.1626.6N计算摩擦力

fFf 0.1660 （3-20） 9.6N因为 WKf，所以钻孔过程中不会发生滑动，夹紧力合适，夹紧机构满足设计要求。 比较两方案：

在加工零件端面上的四个孔时，由于钻削会产生振动，使零件发生偏移，影响加工孔的位置精度。为避免这种情况的发生，提高零件的加工精度，在钻削过程中，需采用压紧装置。 方案一：

图3-2为切向锁紧机构，它的工作原理如下：在转轴放松的情况下，转动手柄，与之相连的锁紧螺杆使两个锁紧套相对运动，将转轴锁紧，防转螺钉的作用是防止锁紧螺杆在旋转时，锁紧块也跟着转动，没有相对位移，无法实现转轴的压紧和放松。

图3-2中转轴靠左右两侧的锁紧套夹紧，所需夹紧力的传递方向水平向内，由于有弹簧的作用，转轴的前后两侧悬空，没有与盖板直接接触，在钻孔的过程中可能发生在打滑的现象。 方案二：

该方案的运动情况：转动手柄，压板在轴螺纹（左旋、右旋）的作用下发生相对运动，此时，压板相对于支板通过转动轴发生旋转，压紧或放开盖板。

图3-3，采用压板压紧的方式加工零件，工作原理如下：压板和支板通过转动轴用M12(GB/T 5782-2000)的六角头螺栓连接，由于运动过程中，六角头螺栓会发生转动，所以在设计过程中，需要考虑间隙，使运动灵活，无阻碍。压板和轴采用螺纹连

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第21页 接，螺纹采用梯形螺纹，轴的部分可以称作为丝杠，将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等特点；当丝杠作为主动体时，零件就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动。梯形丝杠具有一定的自锁性（与导程角的大小和工作面粗糙度有关），因此在加工过程中不会发生打滑的现象。

经过对上述两种方案的比较，得出结论方案二更合理。

3.5 夹具的使用方法

夹具的大体结构（从下到上）：凸台和底板为一体，锥形块和中间板、转动部分为一体，靠凸台和转动部分保证夹具上部的水平，零件的外圆柱面和圆锥台的圆锥面接触找正定心，盖板和心轴为一体，零件靠盖板、心轴和锥形块定位。

当压板处于放松状态时，可提起装配把手21，使盖板15绕铰链叉架2的螺杆旋转，装载或卸下零件；零件装载好后，旋转螺纹头凸肚手柄14，使轴28转动，由于轴和压板的相对运动，压板和支板的相对转动，压紧盖板，钻头可一次钻零件端面上的四个大小相同、沿中心阵列的孔；加工好端面上的四个孔后，抓紧装配把手，使夹具旋转90度，用于钻侧壁上的孔，由于孔的加工精度要求高，需要用相关仪器检测夹具是否旋转90度，如果旋转度数不够，可在B面用垫片调整高度，直至满足要求；加工完成后，旋转回原来的位置，沿反方向旋转螺纹头凸肚手柄，使压板放松，提起装配把手，卸下零件，至此完成一个零件的加工。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第22页

第4章 钻床夹具体及夹具零件的设计

4.1 夹具体的要求

1）有适当的精度和尺寸稳定性

夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面（与机床相连接的表面）等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。

为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。

2）有足够的强度和刚度

加工过程中，夹具体要承受较大的切削力和夹紧力。为保证夹具体不产生变形和振动，夹具体应有足够的强度和刚度。因此夹具体需要有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强筋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体。

3）结构工艺性好

夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为4~15mm。夹具体结构型式应便于工件的装卸，分为开式结构、半开式结构、框架式结构等。

4）排屑方便

切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。可以在夹具体开排屑槽、在夹具体下部设置排屑斜面。

5）在机床上安装稳定可靠

夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，重心越高则支承面应越大；夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。接触边或支脚的宽度应大于机床工作台梯形槽的宽度，应一次加工出来，并保证一定的平面精度；当夹具在机床主轴上安装时，夹具安装基面与主轴相应表面应有较高的配合精度，并保证夹具体安装稳定可靠。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第23页

4.2 夹具体毛坯的类型

1）铸造夹具体

铸造夹具体的优点是工艺性好，可铸出各种复杂形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性，但生产周期长，需进行时效处理，以消除内应力。常用材料为灰铸铁（如HT200），要求强度高时用铸钢（如ZG270-500），要求重量轻时铸铝（如ZL104）。目前铸造夹具体应用较多。

2）焊接夹具体

焊接夹具体，它由钢板、型材焊接而成，这种夹具体制造方便、生产周期短、成本低、重量轻（壁厚比铸造夹具体薄）。但焊接夹具体的热应力较大，易变形，需经退火处理，以保证夹具体尺寸的稳定性。

3）锻造夹具体

锻造夹具体，它适用于形状简单、尺寸不大、要求强度和刚度大的场合。锻造后也需经退火处理。此类夹具体应用较少。

4）型材夹具体

小型夹具体可以直接用板料、棒料、管料等型材加工装配而成。这类夹具体取材方便、生产周期短、成本低、重量轻，如各种心轴类夹具的夹具体及钢套钻模夹具体。

在该毕业设计中采用铸造夹具体，盖板、中间板、底板的材料均采用灰铸铁（HT200）。HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性、减振性均较好，铸造性能也较好，使用前需要进行人工时效处理，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。

工作条件:

1.承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）；

2.摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力>1.47MPa）；

3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第24页

4.3 钻模板以及钻套的设计

1、钻模板

钻模板结构形式的选择：在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。

钻模板用于安装钻套，并确保钻套在钻模板上的正确位置。常见的钻模板有固定式、铰链式、可卸式、悬挂式等四种结构形式

（1）固定式钻模板

固定式钻模板与夹具是固定连接的可以与夹具体做成一体，也可以用螺钉将它与夹具体相连接。采用这种钻模板钻孔，位置精确度较高。

（2）铰链式钻模板

铰链式钻模板与夹具体通过铰链连接。翻转：装卸工件时，将钻模板往上翻；加工时将钻模板往下翻，并用菱形销定位。夹紧：采用铰链式钻模板，工件可以在夹具上方装入，装卸工件方便；但翻转钻模板费工费时，效率较低，且钻模板位置精度受铰链间隙影响，钻孔位置精度不高；它主要用于生产规模不大、钻孔精度要求不高的场合。

（3）悬挂式钻模板

悬挂式钻模板是与机床主轴箱连接的，悬挂式钻模板通常用在多轴传动头加工平行孔系时采用，生产效率高，适于在大批量生产中应用。

2、钻套

钻套是钻模上特有的元件，它的作用是确定钻头，铰刀等刀具的轴线位置，防止刀具在加工过程中发生偏斜，保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度。

根据使用特点，钻套可分为固定式，可换式，快换式等多种结构形式。 （1）固定钻套 固定钻套（如图4-1）直接被压在钻模板上，其位置精度要求较高，但磨损后不易更换，钻模板较薄时，为使钻套具有足够的引导长度，应采用有肩钻套。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第25页

图4-1 固定钻套

（2）可换钻套 可换钻套（如图4-2）用于零件单一、大批量生产中，方便更换磨损的钻套。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。

图4-2 可换钻套

（3）快换钻套 在工件的一次装夹中，若顺序进行钻孔、扩孔、铰孔或攻丝等多个加工工步，需要不同孔径的钻套来引导刀具，此时应使用快换钻套（如图4-3）。更换钻套时，只需逆时针转动钻套使削边平面转至螺钉位置，即可向上快速取出钻套。 削边的方向应考虑刀具的旋向，以免钻套自动脱出。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第26页

图4-3 快换钻套

（4）特殊钻套 因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图4-4加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，为减少刀具与钻套的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大，钻套的高度H增大，则导向性能好，刀具刚度提高，加工精度高，但钻套与刀具的磨损加剧，一般取H=1～2.5d。

图4-4 加长钻套

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第27页

3、钻模板和钻套的具体设计

可换钻套 钻套用螺钉 加长钻套 4-6孔钻模板 开槽圆柱 头螺钉 锥形块 定位销

图4-1 钻模板和钻套的设计

8孔钻模板 钻零件端面上的四个直径为6mm的孔：

该夹具用于零件的大批量生产，在钻孔的过程中，钻套经常发生磨损，如果设计成固定钻套，在使用一段时间后，磨损的钻套会影响零件的加工精度。当单一钻孔、大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在10~30mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。此处，钻模板的厚度设计为25mm，满足加工要求。钻套和衬套之间采用10F7H7配合，衬套和钻模板之间采用15配合，因为加工四个孔的位置精度m6n6为0.01，精度要求高，所以钻套的孔采用五级精度（6G5）。当钻套磨损后，可卸下钻套用的螺钉，更换新的钻套。

钻零件侧面上直径为8mm的孔：

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第28页

钻模板的厚度设计为15mm，由于钻模板和零件的钻孔表面距离相对较远，为保证钻孔精度，采用加长钻套；排屑空间h指钻套底部与工件表面之间的空间。增大h值，排屑方便，但刀具的刚度和孔的加工精度都会降低。钻削易排屑的钢件时，常取h=(0.3~0.7)d；钻削较难排屑的钢件时，常取h=（0.7~1.5）d。此处，因为零件精度要求较高，排屑空间取零，使切屑全部从钻套中排出。衬套和钻模板之间采用12配合，因为加工孔的垂直度为0.02，精度要求高，所以钻套的孔采用五级精度（8G5）。

钻模板与夹具的连接固定：钻模板支撑钻套，对钻套进行固定。因为螺钉固定有空隙会产生误差，影响加工精度，所以将螺钉用在连接固定上，再加上圆锥销进行固定，使钻模板与夹具体紧密结合，避免加工时螺钉松动产生误差，影响加工。

H7n6

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第29页

第5章 夹具误差的计算

5.1 角度尺寸公差

规定了未注出公差的角度尺寸的极限偏差数值；适用于金属切削加工的尺寸，也适用于一般的冲压加工的尺寸，非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。

一般公差分精密、中等、粗糙、最粗共4个公差等级，按未注公差的线性尺寸和角度尺寸分别给出了各公差等级的极限偏差数值。

表5-1 角度尺寸的极限偏差数值

公差等级 ~10 精密f 中等m 粗糙c 最粗v

>10~50 长度分段mm >50~120 >120~400 10' >400 10 30' 20' 5' 1030' 30 10 20 30' 15' 10' 10 30' 20' 5.2 定位误差

一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件及定位元件存在加工误差，使各个工件所占据的位置不完全一致，加工后加工尺寸不一致，形成定位误差，用D表示。

造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差B；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准位移误差Y。

由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因，因此，定位误差是基准不重合误差与基准位移误差的合成。计算时，和计算出B和Y，然后将两者合成而得D。

合成时，若工序基准不在定位基面上（工序基准与定位基面为两个独立的表面），

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第30页 即B与Y无相关公共变量，则D=B+Y。

若工序基准在定位基面上，即B与Y有相关公共变量，则D=BY。 在定位基面尺寸变动方向一定（由大到小，由小到大）的条件下，Y（或定位基准）与B（或工序基准）的变动方向相同，取“+”号；变动方向相反，取“-”号。

5.3 工件在夹具上加工的精度分析

1. 影响加工精度的因素

图5-1 工件在夹具上加工时影响加工精度的主要因素

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第31页 如图5-1所示，用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度有关的因素，有定位误差D、对刀误差T、夹具在机床上的安装误差A和夹具误差J。在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差

G。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确，从而形成总的加工误差。

图5-2 零件图

5.4 夹具误差的计算

1) 定位误差

机床夹具的主要功能：在机床上加工工件时，先将工件装好，然后用夹具夹紧工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度，因此，准确定位就是很重要的一个环节，现在需计算定位误差。

根据图4-1和图5-2可知，第一基准20H7中心线，第二基准B面。 钻6孔

定位基准20H7中心线；限位基准20H7中心线；工序基准20H7中心线。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第32页

B0，Y0，DBY0

钻8孔

定位基准20H7中心线、B面；限位基准20H7中心线。

8孔的钻模板长度为40mm，公差等级按中等m设计，根据表5-1（角度尺寸的极限偏差数值）中得，钻8孔的定位误差为钻孔时的角度公差为30'。

D30'0.500.510.0087 57.32) 对刀误差T

因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，称为对刀误差。钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。

图5-3 钻模对刀误差

钻模对刀误差T的计算如图5-3所示，刀具与钻套的最大配合间隙Xmax的存在会引起刀具的偏斜，将导致加工孔的偏移量X2

BhX2HH2X

max式中 B—工件厚度；

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第33页 H—钻套高度； H—排屑空间的高度。

工件厚度大时，按X2计算对刀误差：TX2； 工件薄时，按Xmax计算对刀误差：TXmax。 钻6和8孔时，工件为薄壁件，所以TXmax。 钻6孔

0.0080.003钻套导向尺寸为（6G5）6j5）0.004，钻头尺寸为（0.002。

TXmax0.009(0.002)0.011

钻8孔

0.0140.0045钻套导向尺寸为（8G6）8js6）0.005，钻头尺寸为（0.0045。

TXmax0.014(0.0045)0.0185

3) 夹具安装误差A

因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。 图5-2中夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，A=0. 4) 夹具误差J

因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差，称为夹具误差。夹具误差J主要包括定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差J1；定位元件相对于对刀或导向元件（包含导向元件之间）的尺寸或位置误差J2；导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差J3；若有分度装置时，还存在分度误差F。以上几项共同组成夹具误差J。

图5-2中，钻端面4个6的孔时，保证位置精度0.01。按IT3级，影响尺寸

280.004的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸误差J2=0.008，及导向孔对安装基面B的垂直度J3=0.004.

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第34页 钻8的孔时，保证垂直度0.02。按IT4级，影响尺寸31.90.005的夹具误差的定位面到导向孔轴线的尺寸误差J2=0.010，及导向孔对安装基面B的垂直度

J3=0.005.

5) 加工方法误差G

因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，统称为加工方法误差。因该项误差影响因素多，又不便于计算，所以常根据经验为它留出工件公差K的1/3.计算时可设

GK3

钻6孔

G 钻6孔

G2. 保证加工精度的条件

工件在夹具中加工时，总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量，应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是

K30.020.0067 3K30.040.013。 32222D2TAJGK

即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸K。

为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因磨损而过早报废，在分析计算工件加工精度时，需留出一定的精度储备量JC。因此将上式改写为

KJC

或 JCK0

当JC0时，夹具能满足工件的加工要求。JC值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值J确定得是否合理。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第35页 3.钻孔的加工精度计算

在图5-2所示钻模上钻机壳的6和8孔时，加工精度的计算列于表5-2中。

表5-2 用钻模钻6和8孔的加工精度计算

误差名称 误 差计算 加工要求 位置度0.01 mm 垂直度0.02 mm D T 0 0.011 mm 0 0.008+0.004 （mm） 0.0067 mm 0.0157 mm 0.0043 mm 0.0087 mm 0.0185 mm 0 0.010+0.005 (mm) 0.013 mm 0.0267 mm 0.0133 mm A J G  JC

由表5-2可知，该钻模能满足工件的各项精度要求，且有一定的精度储备。

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第36页

第6章 零件材料

6.1 标准件

本设计中的标准件，如螺钉、螺母、螺栓等零件，常用于元件间的连接、定位、固定，要求有一定的工艺性能和良好的塑性，在使用过程中可能要承受力的作用，所以需要有适当的强度。

根据对金属材料的认识和了解，35号钢满足使用要求。

35号钢为优质碳素结构钢，有良好的塑性和适当的强度，工艺性能较好，焊接性能也可以，大多在正火状态和调质状态下使用（正火：指将钢材或钢件加热到钢的上临界点温度以上，30～50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺；正火的目的：提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷。调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺）。

35号钢广泛用于制造各种锻件、热压件、冷拉和顶锻钢材，机械制造中的零件，如曲轴、转轴、杠杆、连杆、套筒、轮圈、垫圈以及螺钉、螺母等。

35号钢的力学性能如下： 抗拉强度：b530MPa 屈服强度：s315MPa 伸长率：520% 断面收缩率：45% 未热处理硬度：197HB

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6.2 盖板、中间板、底板

中间板如图6-1a、6-1b、6-1c所示：

图6-1a 主视图

图6-1b 俯视图

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图6-1c 左视图

夹具体的毛坯类型有：铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、型材夹具体四种。 本设计中对零件钻孔，需要夹具体有良好的抗压强度、刚度和抗震性，所以选用铸造夹具体，常见的材料为灰铸铁，如HT200。.

HT200指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁，是具有较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理（时效处理：消除零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后，精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要）。

灰铸铁的工作条件：

1.能承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）。

2.摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力>1.47MPa）。

3.要求一定的耐弱腐蚀性介质。

灰铸铁的运用场合：一般运用于盖、油盘、手轮、手把、支架、座板、重锤等形状简单、不甚重要的零件。这些铸件通常不经试验即被采用，一般不须加工，或者只须经过简单的机械加工。

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6.3 铰链叉架、压板

图6-2 铰链叉架

图6-3 压板

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铰链是用来连接两个物体，并允许两者之间做转动的机械装置。铰链可能由可移动的组件构成，或者由可折叠的材料构成。本设计中铰链处除了连接两个物体外，在转动过程中还要承受一定的力，对螺杆的位置进行一个定位，所以设计成铰链叉架的形式，满足使用要求。

夹紧装置有很多类型，比如偏心夹紧机构、斜锲夹紧机构、螺旋夹紧机构、弹性夹头、弹性薄壁夹盘、压板夹紧机构等等。在钻孔过程中，振动可能会使偏心夹紧机构出现松动的情况，所以根据设计需要采用压板夹紧机构，运用杠杆的原理进行夹紧和放松。直径为25的孔与梯形丝杠连接，长度表示为Tr25H7，梯形丝杠传力性能好，有自锁性，在加工过程中不易打滑。

铰链叉架（图6-2）、压板（图6-3）需要有良好的综合机械性能和耐磨性，选用45号钢，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高，可用调质+表面淬火提高零件表面硬度（淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺；淬火的目 的：提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组 织准备等）。

45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格，实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）；调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等；但表面硬度较低，不耐磨，可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。；推荐热处理温度：正火8500C，淬火8400C，回火6000C 。

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6.4 长型固定钻套、可换钻套

图6-4 长型固定钻套

图6-5 可换钻套

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第42页 因工件的形状或被加工孔的位置需要而不能使用标准钻套时，需自行设计的钻套称为特殊钻套。图6-4加长钻套为常见的特殊钻套，在加工凹面上的孔时使用，减少刀具与钻套的摩擦，导向性能好，提高了零件的加工精度。

在成批生产、大量生产中，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套（图6-5）。钻套和衬套之间采用F7/m6或F7/k6配合，衬套和钻模板之间采用H7/n6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱出。

钻套使用频率较高，耐磨性要求较高；在钻孔的过程中，有振动，要求材料具有一定的抗性振能，选用T10A。

T10A是一种碳素工具钢，适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动的零件和刀具。力学性能：退火硬度 ≤197HB，淬火硬度≥62HRC。

T10A典型应用举例：

1）用于制作一般冲模，批量＜10万件时，被冲材料为软态低碳钢板，料厚小于1mm。

2）用于制造冷拔、拉伸凹模，在工作中磨损超差后，可先经过高温回火，然后重新常规淬火，可自行缩孔复厚。

3）用于制造剪切厚度为11mm中厚钢板的长剪刃，施行薄壳淬火后，抗疲劳强度高，崩刃倾向低，适用寿命比9CrWMn钢高7倍。

4）用于冲制软质硅钢片上的小孔。

5）可用于制造料厚小于3mm的冲裁模的凸模、凹模、镶块，做凸模时硬度时硬度选用58—62HRC；做凹模时硬度选用60—64HRC；制造一般弯曲模的凸模、凹模、镶块，硬度选用56—60HRC；制作一般拉延模的凸模、凹模、镶块，要求做凸模时硬度选用58—62HRC，做凹模是硬度选用60—64HRC；用于制造铝件冷挤压模中的凹模时硬度选62—64HRC。

6）用于各种中小批量生产的冷冲模，以及需要在薄壳硬化状态下适用的整体式冷镦模、冲剪工具等。

7）用于冷作冲头（凸模），轻载荷、下尺寸，硬度58—60HRC；用于六角螺母冷镦模，硬度48—52HRC。

8）采用该钢可用于制作拉丝模和简单的冲裁模。

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6.5 螺纹头凸肚手柄

图6-6 螺纹头凸肚手柄

在本设计中，手柄的作用：在加工前旋转手柄，使轴和压板相对运动，压板夹紧盖板，实现夹紧，在这里对手柄的形状、性能没有特殊要求，选择螺纹头凸肚手柄（图6-6），手柄一班采用20号钢。

钢中可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢--含碳量一般小于0.25%；中碳钢--含碳量一般在0.25～0.60%之间；高碳钢--含碳量一般大于0.60%。

20号钢属于优质低碳碳素钢，强度低，韧性、塑性和焊接性均好；抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。

用途：适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力≤6N/平方，温度≤450℃的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。

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结论

该毕业设计对钻床夹具进行了一定的研究，在设计过程中定位方案和夹紧装置是两个重点也是两个难点。该论文的主要任务是设计一个钻床夹具，在零件端面上钻四个孔，另外在侧壁上钻一个孔，为了使钻孔的位置精确，必须对零件进行安装、定位、夹紧。

钻端面的四个孔可以用回转工作台，用画线的方式进行定位，但是回转工作台在钻床上不易安装且定位不精确，所以改用本设计中的盖板式钻模板，盖板与定位心轴连接，加上锥形台实现对零件的定位，定位精度高，满足零件的加工需求。

在钻头钻孔的过程中，切削力和切削扭矩可能会是零件发生相对运动，影响加工精度，因此需要用夹紧装置将零件夹紧。常用的夹紧装置有：偏心夹紧机构、斜锲夹紧机构、螺旋夹紧机构、弹性夹头、弹性薄壁夹盘、压板夹紧机构等等。在钻孔过程中，振动可能会是偏心夹紧机构出现松动的情况，所以根据题目所需采用压板夹紧机构，运用杠杆的原理进行夹紧和放松。

在设计过程中采用了大量的标准件，这样可以降低夹具的生产成本，使该钻床夹具更经济；由于使用专用的夹具，大批量生产单一的零件，即保证了零件的加工精度又提高了零件的生产效率；达到了经济、高效的目的。

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致谢

经过了两个多月的学习和努力，在刘顺东老师的悉心指导和严格要求下，我终于完成了《钻床夹具设计》的论文。从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，也成就了我在大学期间独立完成的最大的项目。记得在刚接到这个课题时，由于夹具设计以及相关知识不是很了解，我都有些茫然不知所措，不知从何入手，于是我给自己提出了一系列问题：如何做毕业设计、做毕业设计的要求、我要设计一个怎样的夹具、要达到什么样的效果、实现什么样的功能、与那些专业知识有关联等。后来，在老师的引导下，我清楚要做好毕业设计，必须了解相关的专业知识，去图书馆查阅相关资料、上网去了解钻床夹具的最新动向。

在具体设计的过程中，我遇到了很多问题，比如：加工零件时，我应该如何定位，才能满足要求，又能使工人师傅加工方便、快捷、高效。于是我不断地给自己提出新的想法，然后去论证这种想法的使用性，在这个循环往复的过程中，我学到了很多东西，同时毕业设计也在一天天的完成中。虽然我的设计作品不是很成熟，参考了很多资料仍然还有很多不足之处，但我心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程，更重要的是这个设计中我加入了自己鲜活的思想。

在整个毕业设计的过程中，我学到的不仅仅是毕业设计本身，还有很多毕业设计之外的东西，一种态度，既是对学术的态度，也是对人生的态度，尽自己所能，认真做好手边的事情。有些东西，最开始接触的时候，我们会觉得很陌生、很难，不知从何入手，这时，我们需要静下心来，仔细分析，将问题一点一点的解决，这是一个漫长的过程，也是一个学习的过程，期间会觉得茫然、困惑、不知所措，但是当我们坚持到最后，完成它的那一刻，我们会觉得很有成就感，那是一种对自己能力的肯定，对自己的认可。

四年间，每次走进教研室都会让我感受到一种亲切热情的氛围。无论是学习、工作生活上的问题，恩师们都会悉心给以指导解答，让我获益匪浅。也就是在这里，开始了我的毕业设计点。从某种意义上可以说，今日的毕业论文其实从大一时已经开始了。机械系的老师们，为我四年的学习、成长创造了一个良好的环境，不断的充实自

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第46页 我。在此，我真诚的向你们道一声：“谢谢！”。

在这里我要特别感谢我的指导老师—刘顺东老师。他为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊中他总是能像知心朋友一样鼓励我，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求我，从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，刘老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是刘老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢刘老师。

在此祝愿全天下所有老师身体健康，全家幸福！

致谢人：耿孟娇

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参考文献

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