河 南 工 业 职 业 技 术 学 院
Henan Polytechnic Institute
夹具课程设计
摘 要
本论文是结合目前实际生产中，常常发现仅用通用夹具不能满足生产要求，用通用夹具装夹工件生产效率低劳动强大，加工质量不高，而且往往需要增加划线工序，而专门设计两种夹具：铣床夹具和钻床夹具，主要包括夹具的定位方案，夹紧方案、对刀方案，夹具体与定位键的设计及加工精度等方面的分析。
本设计钻床夹具具有提高生产率、扩大机床工艺范围、减轻工人劳动强度以及保证生产安全等特点。因此，对夹具知识的认识和学习以及设计新式的适合实际生产的夹具在今天显得尤为重要起来。
关键词：钻床夹具，设计，高效
Abstract
The present paper is combing the actual production at present, which is that either using universal fixture cannot meet only production requirements or using universal fixture clamping work-piece to product is poor efficiency and powerful labor and not high processing quality or often it need to increase crossed process,
to specially design two fixture: milling fixture and drilling fixture, mainly including schemes of fixture positioning, clamping and cutter, the design of the concrete and the TAB folder and the analysis of machining precision et al.
The milling fixture, having good processing precision and targeted, mainly is used to process dial the fork parts milling flutes. The fixture with clamping force device has the characteristics of efficiency and precision required by modern machine tools. It is so effectively to reduce the processing time and auxiliary time that greatly improve the labor productive, effectively reduce the labor intensity and increase the work efficiency as well. Drilling fixture is good for raising productivity, expanding machine machining scope, reducing labor intensity and ensuring the production safety. Therefore, it is especially important to learn and study the knowledge of fixture and design new suitable for practical production fixture nowadays.
Key words：milling fixture, drilling fixture, design, efficiency
目 录
摘 要 ................................................ I Abstract ................................................ I 1 绪论 .................................................. 1
1.1 夹具概念 ························· 1 1.2 夹具的主要功能 ······················ 1 1.3 夹具的分类 ························ 1 1.4 夹具的组成 ························ 3 1.5 常用定位元件及选用 ···················· 4 1.6 工件的夹紧 ························ 13 1.7 机床夹具的现状及发展方向 ················· 19
2 钻床夹具设计 ......................................... 21
2.1 工件预加工内容 ······················ 21 2.2 初定夹具结构方案 ····················· 22 2.3 绘图 ··························· 29
结 论 ............................................... 30 致 谢 ............................................... 30 参考文献 ............................................... 32
1
1 绪论
1.1 夹具概念
夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。在我们实际生产中夹具的作用是将工件定位，以使加工工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
1.2 夹具的主要功能
在机床上加工工件的时候，必须用夹具装好夹牢所要加工工件。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。
1.3 夹具的分类
夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按某一属性进行分类。
1.3.1按夹具的通用特性分类
目前中国常用夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。
1．通用夹具
通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具。其优点是适应性强、不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这类夹具已商品化。如三爪自定心卡盘、
1
四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而减低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产力较低且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。
2．专用夹具
专用夹具是针对某一工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。特点是针对性强。适用与产品相对稳定、批量较大的生产中，可获得较高的生产率和加工精度。
3．可调夹具
夹具的某些元件可调整或可更换，已适应多中工件的夹具，称为可调夹具。它还分通用可调夹具和成组夹具两类。
4．组合夹具
组合夹具是由可循环使用的标准夹具零部件（或专用零部件）组装成易于连接和拆卸的夹具。根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具，夹具使用完毕，可以方便地拆开。夹具主要应用在单件，中、小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。
5．自动线夹具
自动线夹具一般分为两种，一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。
2
1.3.2按夹具的动力源分类
按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。
上述各分类中：最常用的分类方法是，按通用，专用和组合进行分类。
1.4 夹具的组成
虽然夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。
1．定位支承元件
定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。
2．夹紧装置
夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。
3．连接定向元件
这种元件用于将夹具与机床连接并确定夹具对机床主轴、工作台或导轨的相互位置。
3
4．对刀元件或导向元件
这些元件的作用是保证工件加工表面与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工正确位置的元件称为对刀元件，用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件称为导向元件。
5．其它装置或元件
根据加工需要，有些夹具上还设有分度装置、靠模装置、上下料装置、工件顶出机构、电动扳手和平衡块等，以及标准化了的其它联接元件。
6．夹具体
夹具体是夹具的基体骨架，用来配置、安装各夹具元件使之组成一整体。常用的夹具体为铸件结构、锻造结构、焊接结构和装配结构，形状有回转体形和底座形等形状。
上述各组成部分中，定位元件、夹紧装置、夹具体是夹具的基本组成部分。
1.5 常用定位元件及选用
工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。
1.5.1工件以平面定位
1.以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定
4
位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。
2.以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。
3.以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。
4.以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。
5.当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。
1.5.2工件以外圆柱定位
1.当工件的对称度要求较高时，可选用V形块定位。V形块工作面间的夹角α常取60°、90°、120°三种，其中应用最多的是90°V形块。90°V形块的典型结构和尺寸已标准化，使用时可根据定位圆柱面的长度和直径进行选择。V形块结构有多种形式，有的V形块适用于较长的加工过的圆柱面定位；有的V形块适于较长的粗糙的圆柱面定位；有的V形块适用于尺寸较大的圆柱面定位，这种V形块底座采用铸件，V形面采用淬火钢件，V块是由两者镶合而成。
2.当工件定位圆柱面精度较高时（一般不低于IT8），可选用定位套或半圆形定位座定位。大型轴类和曲轴等不宜以整个圆孔定位的工件，可选用半圆定位座。
5
1.5.3工件以内孔定位
1.工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动锥销。
2.在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。
综上：正确定位，必须选对定位基准。
1.5.4对定位元件的基本要求
1.限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证工件的定位精度。
2.限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。
3.支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。
6
4.定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，便于制造、装配和更换。
5.定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。
1.5.5常用定位元件所能限制的自由度
定位元件可按工件典型定位基准面分为以下几类：
1.用于平面定位的定位元件：括固定支承（钉支承和板支承），自位支承，可调支承和辅支承。
2.用于外圆柱面定位的定位元件：括V形架，定位套和半圆定位座等。
3.用于孔定位的定位元件：括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），圆柱心轴和小锥度心轴。
1.5.6定位误差分析
六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD表示。
在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T的1/5～1/3，
7
即： ΔD≤(1/5～1/3)T （1-1）
式中 ΔD——定位误差，单位为mm；
T——工件的加工误差，单位为mm。
1.5.7定位误差产生的原因
工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。
由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。
如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。可按下式计算：
ΔY=amax-amin=1/2(Dmax-dmin)=1/2（δD+δd） （1-2）
式中： ΔY——基准位移误差单位为mm；
Dmax——孔的最大直径单位为mm；
8
dmin——轴的最小直径单位为mm。
δD——工件孔的最大直径公差，单位为mm；
δd——圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm。
基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY值，以提高定位精度。
加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时，定位基准是工件圆柱孔的中心线。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB表示。此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。
综上：定位误差产生的原因是，定位基准与限位基准不重合及定位基准与工序基准不重合而产生的误差。
1.5.8常见定位方式中基准位移误差
1.用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位
计算式： ΔY＝Xmax=δD+δd0+Xmin（定位心轴较短） （1-3）
Xmax——工件定位后最大配合间隙；
δD——工件定位基准孔的直径公差；
9
δd0——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差；
Xmin——定位所需最小间隙，由设计而定。
注意：基准位移误差的方向是任意的。
当工件用长定位心轴定位时，需考虑平行度要求。
计算式： ΔY＝Xmax=（δD+δd+Xmin）L1／L2 L1——加工面长度；
L2——定位孔长度。
2.定位套定位
计算式： ΔY＝Xmax=δD0+δd+Xmin δD0——定位套的孔径公差；
δd——工件定位外圆的直径公差。
注意：基准位移误差的方向是任意的。
3.平面支承定位
10
1-4）
（1-5） （
平面支承定位的位移误差较容易计算，当忽略支承误差且定位基准制作精度较高时，工序尺寸的基准位移误差视为零。
4.V形体定心定位
若不计V形体制造误差，仅有工件基准面的圆度误差时，工件的定位中心会发生偏移即O1O2
＝T1－T2，产生基准位移误差。
即： ΔY＝O1O2=T1－T2 （1-6）
故：对于90°V形体ΔY＝0.707δd。
1.5.9定位误差的合成
定位误差是两误差的合成即：ΔD=ΔB+ΔY （1-7）
在圆柱间隙配合定位和V形块中心定位中，当基准不重合误差和位移误差都存在时，定位误差的合成需判断“＋”、“－”号。
例如：
V形块中：ΔB＝δd／2 （1-8）
当ΔB与ΔY的变动方向相同时：ΔD＝ΔB＋ΔY＝δd／2+ΔY （1-9）
11
当ΔB与ΔY的变动方向相反时：ΔD＝ΔB－ΔY＝δd／2－ΔY （1-10）
1.5.10六点定位原理
当工件在不受任何条件约束时，其位置是任意的不确定的。由理论力学可知，在空间处于自由状态的钢体，具有六个自由度，即沿着X、Y、Z三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度。
六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。定位的任务，就是要限制工件的自由度。在夹具中，用分别适当的与工件接触的六个支撑点，来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。
1.5.11应用定位的几种情况
1.完全定位
工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。
2.部分定位
工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。
在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。
12
3.过定位（重复定位）
几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。
（1）一般情况下，应该避免使用过定位。
通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。
（2）过定位亦可合理应用
虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。
工件本身刚性和支承刚性的加强，是提高加工质量和生产率的有效措施，生产中常有应用。大家都熟知车削长轴时的安装情况，长轴工件的一端装入三爪卡盘中，另一端用尾架尖支撑。这就是个“过定位”的定位方式。只要事先能对工件上诸定位基准和机床（夹具）有关的形位误差从严控制，过定位的弊端就可以免除。由于工件的支撑刚性得以加强，尾架的扶持有助于实现稳定，可靠的定位，所以工件安装方便，加工质量和效率也大为提高。
1.6 工件的夹紧
在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持
13
定位位置不变的装置，称为夹紧装置。
1.6.1夹紧装置的组成
夹紧装置的组成由以下三部分组成。
第一部分：动力源装置
它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。
第二部分：传力机构
它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重要。
第三部分：夹紧元件
它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。
1.6.2夹紧装置的设计原则
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。
14
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
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。
15
1.6.3定位夹紧力的基本原则
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。
1.6.3.1夹紧力的方向
夹紧力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。选择时必须遵守以下准则：
1.力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。
2.紧力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。
3.力的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。
1.6.3.2夹紧力的作用点
夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：
1.力的作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点对应，使夹紧力作用在支承上。如夹紧力作用在支承面范围之外，会使工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。
16
2.力的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，并且夹紧更加可靠。
3.力可的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提高定位的稳定性和靠性。
1.6.3.3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，都有着密密切的关系。夹紧力的大小要适当。夹紧力过小则夹紧不牢靠，在加工过程中工件可能发生位移而破坏定位，其结果轻则影响加工质量，重则造成工件报废甚至发生安全事故。夹紧力过大会使工件变形，也会对加工质量不利。
理论上，夹紧力的大小应与作用在工件上的其它力（力矩）相平衡；而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关，计算是很复杂的。因此，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的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数作为实际所需夹紧力，即
Fwk=KFw （1-11）
式中 Fwk——实际所需夹紧力，单位为N；
Fw——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N；
17
K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K＝2.5～3，精加工取K＝1.5～2。
夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为理想的夹紧装置。
1.6.4减小夹紧变形的措施
有时，一个工件很难找出合适的夹紧点。如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。这时可以采取以下措施减少夹紧变形。
1.均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。）增加辅助支承和辅助夹紧点 。 若高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力，就可以使工件获得满意的夹紧状态。
2.分散着力点 ，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。
3.增加压紧件接触面积，在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。
4.利用对称变夹具的夹紧设计，应保证形状在加工薄壁套筒时，采用加宽卡爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹紧力外，工件能产生。
5.其它措施 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻结式夹具。这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热
18
熔解取出工件。低熔点金属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。
1.7 机床夹具的现状及发展方向
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。
1.7.1机床夹具的现状
有关统计表明，目前的中、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。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，对机床夹具提出了如下新的要求：
1．能迅速而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；
19
6.提高机床夹具的标准化程度。
1.7.2现代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、高效化和柔性化等四个方面。
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
20
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。
2 钻床夹具设计
2.1 工件预加工内容
1.该工件其他部位都已经加工完毕，工件所待加工的部位为钻Φ18H7孔 ；零件的形状、尺寸及其位置如零件图2-1所示。
2.零件生产批量10000件，属中小批量生产。
21
图2-1 设计零件
2.2 初定夹具结构方案
2.2.1工件定位方案及定位装置
2.2.1.1定位方案
本课题夹具用长销小平面组合和一块V型块定位，利用Φ36长销小平面限制4个自由度，V型块限制2个自由度，实现完全定位，如图2-2。
22
（V型块定位） 2.2.1.2定位装置
定位装置如图2-3。
（长销小平面）
图2-2 定位
图2-3 定位装置
23
2.2.2设计钻套装置
设计钻套装置如图2-4。
钻套与夹具体过盈配合保证标准钻套与工件的中心基准在同一直线上，并用螺钉固定防止在加工孔的过程中由于振动而发生松动。
图2-4 钻套装置
2.2.3工件夹紧装置
工件夹紧装置如图2-5。
夹紧方案及装置：
1.设计的过程中定位销一端用螺母夹紧，因为工件是在立式钻床上进行加工，加工力及震动较大，要求夹紧装置具有足够的强度，因此，需在工件与销相对应的另一侧用螺母进行夹紧以防工件
24
旋转。
2.另一端即（V型块）的夹紧是通过螺旋杆与V型块连接，当需要夹紧工件进行加工时只要旋紧螺杆就可以实现V型块的夹紧。加工完后旋开螺杆在螺杆的拉动下就把V型块拉开，再把另一边的的螺母拧开就可以卸下工件。
图2-5 工件夹紧装置
2.2.4验算中心距
验算中心距1200.05mm。
影响此项精度的有：
1.定位误差，此项主要是定位孔Φ36H7与定位销Φ36g7的间隙产生的，最大间隙为0.05mm；
25
2.钻模板衬套中心与定位销中心距误差，装配图标注尺寸为1200.01mm，误差为0.02mm；
3.钻套与衬套的间隙配合，由Φ28H6/g5可知最大间隙为0.029mm；
4.钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，可忽略；
5.钻头与钻套的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e，有下式求出：
e=（H/2+h+B）Δmax/H （2-1）
式中： e——刀具引偏量（mm）；
H——钻套导向高度（mm）；
h——排泄空间，钻套下端面与工件间的高度（mm）；
B——钻孔高度（mm）；
Δmax——刀具与钻套间的最大间隙（mm）。
上述各量如图2-6所示。
在该例中刀具与钻套配合为Φ18H7/g5，可知Δmax=0.025；将H=30mm,h=12,B=18mm代入，可求：
26
e=（30/2+12+18）*0.025/30
e=45*0.025/30
e=0.038mm （2-2）
由上述各项按最大误差计算，实际上各误差也不可能同时出现最大值，各误差方向也可能不一致，其综合误差可按概率求和：
22222ΔΣ=0.020.050.0290.0380=0.07mm （2-3）
中心距的误差为0.1mm,而该项误差为ΔΣ=0.07mm是允许误差的2/3，符合要求但应减小定位和导向的配合间隙。
图2-6 刀具引偏力的计算
27
2.2.5验算两孔平行度精度
工件要求Φ18H7孔全长上平行度公差0.05mm。导致产生两孔平行度误差的因素有：
1.设计基准与定位基准重合，没有基准转换误差，但Φ36H7/g6配合间隙及孔的端面的垂直度公差会产生基准位置公差，定位销轴中心与大头孔中心的偏斜角为：
α1=Δ1max/H1 （2-3）
式中：Δ1max——Φ36H7/g6处的最大间隙（mm）；
H1——定位销轴定位面长度（mm）。
2.钻套孔中心与定位销的平行度公差，图中标注为0.02mm,则：
α3=0.02/30(rad) （2-4）
3.刀具引偏量e产生的偏斜角：
α4=Δmax/H （2-5）
总的平行度误差为：
222123αΣ= （2-6）
28
αΣ小于等于2/3α合格。
2.3 绘图
完善夹具总草图上应标注主要尺寸、公差配合等，如图2-7。
10987654321序 号161111 111件 数名 称材 料备 注1:1 图2-7 装配图
29
结 论
本夹具设计课程实践环节即将结束，课题是根据零件的加工内容所设计的钻床专用夹具。从零件的结构特点及加工内容初步拟定定位方案，夹紧方案，绘制草图，修改方案，最终确定方案。这期间巩固复习了以前学习过的内容并进行了综合运用，提高了我们综合运用所学知识以及理论结合实际的能力。
通过此次的学习不仅使我对课本内容有了更深入的认识，培养了我分析问题的能力。对灵活运用工具手册解决问题的能力有了明显地提高。我基本掌握了专用夹具设计的方法和步骤。
由于自己的能力所限，设计中还有许多不足之处，以后还要继续不断的学习改进。
致 谢
本论文是在刘吉彪老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，刘老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向刘燕老师致以诚挚的感谢和崇高的敬意。搞夹具设计也是一个新学习和检验学习知识的过程，充分将学习的知识应用于实际的设计中，温故而知新，有助于我们更好的掌握所学的内容。
在此次夹具设计写作中，我去图书馆查资料，在网上搜集资料，经过一周的精心准备，在刘老师的指导下我终于把夹具设计完成了，在此要感谢所有曾在设计写作期间对我提供一臂之力的同学和朋友。最后再次感谢我的指导刘老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。在这里请接受我诚挚的谢意。在设计中我深刻的体会到：无论做什么，都要做一个自始自终的人，尽力把每一个章节都做好，
16
一切按照要求做，充分发挥自己的想象空间和创造能力。
虽然自己将要告别学生生活，但自己在以后工作中还要需要更加的努力学习，三年的大学使我增长了知识但同时也深刻的发现自己知识的欠缺，自己在学校的书本上学的知识，还远远不能满足以后的需生活，本周的设计锻炼将会成为我人生中的一笔宝贵的财富。最后，感谢河南工业职业技术学院的各位老师三年来对我的教育，感谢学院能给我们提供这次非常好的学习实践机会！
16
参考文献
[1] 兰建设主编.机械制造工艺与夹具[M].北京：机械工业出版社. 2004.7
[2] 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册[M].北京：机械制造工业出版社. 1993.6
[3] 唐建生主编.金属切削与刀具[M].武汉理工大学出版社. 2009.6
[4] 冀秀焕 罗丽萍主编.机械制造实训教程[M].河南科学技术出版社. 2007.9
[5] 艾兴 肖诗纲编.切削用量简明手册[M]（第三版）.机械工业出版社. 2000.3
[6] 刘家平 刘立新主编.AutoCAD应用教程[M].第一版.东北师范大学出版社. 2010.2
[7] 唐建生主编.工程材料与成型工艺[M]（第一版）.武汉理工大学出版社. 2008.8
[8] 刘家平主编.机械制图[M]（第一版）.武汉理工大学出版社. 2008.8
[9] 江洪 郦祥林 李茳淼等编著.Solidworks[M]（第三版）.机械工业出版社. 2009.10
[10] 于兴芝 朱敬超主编.机械设计基础[M].第一版.武汉理工大学出版社. 2008.8
[11] 于兴芝主编.机械零件课程设计[M].第一版.北京：机械工业出版社. 2009.8
[12] 董燕主编.公差配合与测量技术[M].武汉理工大学出版社. 2008.8
16
[13] 朱成俊主编.MasterCAM实用教程[M].第一版.东北师范大学出版社. 2010.2
[14] 张普礼 杨琳主编.机械加工设备[M].第一版.北京：机械工业出版社. 2007.8
[15] 许晞主编.计算机应用基础[M]（第一版）.北京：高等教育出版社. 2007.
[16] 王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M].上海：上海科学技术出版社，2000。
[17] 乐兑谦，金属切削刀具[M]. 北京：机械工业出版社，2005：4-17。
16
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容