拨叉专用夹具设计说明书.

机械制造工艺学课程设计拨叉钻孔的专用夹具设计

班

级：

学

号：

姓

名：

指导老师：

机电及自动化学院

2015年01 月26 日

目录

前言 (1)

设计任务 (2)

1零件的工艺分析 (3)

1.1设计题目 (3)

1.2零件的使用要求基本分析 (3)

1.3零件的工序特点 (3)

2.定位方案选择 (4)

2.1定位方案分析 (4)

2.1.1定位方案a (4)

2.1.2定位方案b (4)

2.2定位方案确定 (5)

3.夹紧方案选择 (5)

3.1夹紧方案a (6)

3.2夹紧方案b (6)

3.3夹紧方案确定 (6)

4夹具具体结构 (6)

4.1定位元件 (6)

4.2夹紧机构 (7)

4.3导向机构 (7)

4.3.1钻模体机构 (7)

4.3.2.钻套的选择 (8)

4.3.3钻套高度的选择 (8)

4.3.4排屑间隙 (9)

5.定位误差 (9)

5.1定位误差分析 (9)

5.2定位误差计算 (9)

6夹紧力计算 (10)

6.1切削力计算 (10)

6.2实际所需夹紧力计算 (10)

6.3夹紧力校核 (11)

7夹具精度分析与计算 (12)

8夹具总装 (12)

总结 (14)

参考文献 (15)

前言

机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了实习的基础上进行的一个教学环节。也是大学本科里的最后一次课程设计。这次设计为了使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夹具问题。让我们初步具备设计一个中等复杂程度零件的机械加工工艺所需的夹具设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术及编写技术文件等技能的一次实践机会，形成规范解决问题的理念。设计是一项复杂细致的工作，本次设计更主要是为了通过解决在设计过程中常遇到一些困难和问题，积累了一些经验和教训，发挥自己的主观能动性，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。

当然由于水平有限，说明书中难免出现一些错误和不妥指出，还希望老师不吝指出。

设计任务

本次课程设计的任务是设计拨叉钻孔的专用夹具的设计，目的是通过课程设计，学会综合运用过去所学过的相关课程的知识，经受一次理论联系实际的综合训练，熟悉专用夹具设计的原则、步骤和方法，具备夹具设计的基本能力。

设计要求：

1.设计课题:拨叉钻孔的专用夹具设计

2.生产纲领：中批量生产

上交材料：

1.课程设计说明书一份

2.零件图一张

3.工序卡一张

4.夹具装配图一张

5.非标件零件图两份

1零件的工艺分析

1.1设计题目

根据工序6（对Ф15的孔进行钻孔）设计一套专用夹具。

1.2零件的使用要求基本分析

本次设计的专用夹具相应的零件是中批量生产的拨叉。拨叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和表面的精度要求较高，上下表面、圆弧表面都有粗糙度要求，零件精度要求较高，加工精度要求较高。其中，Ф15孔与底面的垂直度和上下端面的平行度要求较高，有精度要求，因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。

1.3零件的工序特点

加工该工序使用的是钻床Z535，加工工序6前，工件已经加工了上下端面、前后端面、左右端面，即零件各面均可用于直接定位。如图1.1所示：

图1.1 拨叉零件图

2.定位方案选择

在夹具设计中，工件在夹具中定位的主要工作内容包括：根据工件的表面结构特征和工序要求，确定工件需要限定的自由度；确定定位方式，即确定工作上的定位表面及其与之相对应的定位元件；分析工件各表面定位方式组合后限定自由度的情况，对欠定位的进行定位方案修改，对不必要的过程定位自由度采取消除措施。拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。

根据工序6特点，钻Ф15的通孔，限制6个自由度。

2.1定位方案分析

2.1.1定位方案a

使用下底面限制3个自由度，再用V形块和挡板限制另外的3个自由度。下底面限制了Z轴的移动、绕X轴的转动和绕Y轴的转动，V形块和侧面挡板限了制X轴的移动、Y 轴的移动和Z轴的转动。刚好限制的6个自由度没有出现过定位或者欠定位。

分析可知，该定位方案满足要求。

2.1.2定位方案b

使用一面一销和V形块进行定位，下底面限制了Z轴的移动、绕X轴的转动和绕Y轴的转动，定位销限制了绕Z轴的转动，V形块限制X轴的移动、Y轴的移动。也是刚好限制了6个自由度没出现过定位和欠定位。

分析可知，该定位方案满足要求。

2.2定位方案确定

工序6为钻 15的孔，使用方案b的短定位销不仅零件不好拆卸，而且设计基准与定位基准不重合，会增大定位误差，很难保证左右端面与孔中心线的对称要求，而方案a既简单又容易拆卸，也能使设计基准与定位基准重合，减小定位误差，故方案a更合理。

3.夹紧方案选择

在夹紧机构设计时，一般根据工件的结构、尺寸、生产类型和工序内容等选择合适的夹紧机构，并尽可能采用标准的零部件，使夹具的制造周期短、成本低。夹紧力源通常根据批量生产类型确定，由于装配支撑块生产类型为中批量生产，且工件尺寸较小，切削力不大，所以夹紧力源可采用手动的夹紧装置。在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。

确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：

①安全性夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。

②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。

③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。

④手动夹紧机构应操作灵活、方便。

（1）.夹紧力的方向：夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。

1).作用方向应垂直于工件的主要定位基准，以保证加工精度；

2).作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减少工件的夹紧变形；

3).作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，以减小夹紧力；

综合上述，选择夹紧力的作用点在Φ27孔的左端面。

（2）.夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。

夹紧力的作用点的设计原则

1).应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承平面内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形；

2).应落在工件刚性较好的部位上；

3).应尽可能靠近加工面，以提高工件加工部位的刚度和抗振性。

使用螺旋压板夹紧机构对拨叉的左端面进行夹紧。

螺旋压板夹紧机构实现对工件的夹紧，采用标准的夹紧螺钉，螺旋升角很小，自锁性能好，压板又是标准件有利于实现夹紧工件，减少夹具的减少制造周期。能够达到对工件的夹紧要求。

3.2夹紧方案b

使用单螺旋夹紧机构对拨叉的前端面进行夹紧。

单螺旋夹紧机构采用螺纹自锁原理实现对工件的夹紧，能够达到对工件的夹紧要求。

3.3夹紧方案确定

比较方案a和方案b，使用方案b缺点：夹紧动作慢、工件装卸费时，且机构相对复杂，对于定位比较麻烦，而方案a不仅操作简单，机构也更加简单，零件的拆卸快，误差小，所以选择方案a更加合理。如图3.1所示：

图3.1 夹紧机构示意图

压紧机构由压板和自锁螺栓组成，既能实现自锁又能有较大的夹紧力，便于拆卸和装夹。

4夹具具体结构

4.1定位元件

工件以平面定位的定位元件有底板、侧面挡板、和V形块。其中V形块可自动对心。底板与工件配合要求地面平面度要好和与下底面的平行度和粗糙度要求高，侧面挡板限制其绕Z轴转动也是与工件接触要有一定的粗糙度要求。

单螺旋夹紧机构：采用方案a 进行夹紧如图4.1所示：

图4.1 单螺旋夹紧机构图

由螺钉和压板组成，自锁性好，承受的压力大。

4.3导向机构

4.3.1钻模体机构 用来装配钻套和与夹具体的配合，钻模体与钻套的配合是6

7n H 钻模体下底面与夹具体基体配合所以平面度要求比较高，上表面又要与孔保持垂直度要求一般保持在Ф0.02左

右，对于拨叉零件去Ф0.02保证其精度，钻模体与底板的配合连接靠螺栓锁紧和定位销定

位保证其上平面与底板平行。如图4.2所示：

图4.2 钻模体示意图

用于与钻套的配合，有特定的公差配合保证其加工精度。

4.3.2.钻套的选择

钻床夹具的导向元件为固定钻套,它的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置,并在

加工中对钻头等加工刀具进行引导,保证被加工孔的位置精度和防止刀具在加工中发生偏

斜。

固定钻套适用范围：

1中批量生产用的钻模应采用外径直接压入钻模的固定钻套。

2对于下列情况应采用带肩固定钻套

（1）利用钻套端面左基面

（2）钻模板较薄

（3）要防止细碎切屑进入孔内

可换钻套的适用范围：

1钻套磨损后更换方便，适用大批量生产

2适用在钻套外径很大，以致不容易压入钻模或因钻模壁较薄压入钻套容易产生变形

时采用。

对于本次夹具设计是属于中批量生产，且钻套的外径才Ф22mm ，适用固定钻套，钻套

选择外径Ф22mm ，内径Ф14mm ，高度16mm,带肩的固定钻套，与钻模体采用

6

7n H 配合。如图4.3所示：

图4.3 钻套示意图

4.3.3钻套高度的选择

钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等

因素有关。钻套高度H 越大,刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大,一般取H=(1～

2.5)D ，孔径小、精度要求高时，H 取较大值，所以H=(1×23～2.5×25)mm=(23～62.5)mm 。

查文献《机械制造技术基础课程设计指南》表5-181可取固定钻套的高度H=16mm 。

4.3.4排屑间隙

排屑间隙h 值应适当选取，h 值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被损坏；h

值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时，h=(0.3～0.4)D 即

h=(0.3～0.4)D=（0.3×23～0.4×25）mm=（6.9～10）mm 。查文献【2】《机械制造技术

基础课程设计指南》表5-181，可取排屑间隙h=10mm 。

5.定位误差

定位误差包括两个部分，一是由于工件的定位基准与工序基准或设计基准不重合而引

起的定位基准变动量，称为基准不重合误差；二是由于工件上的定位基准和定位元件上的

定位工作表面的制造不准确（包括配合间隙）而引起的定位基准位置的变动量，称为基准

位移误差。

5.1定位误差分析

由于该夹具使用下底面作为基准限制3个自由度、V 形块右限制2个自由度、侧面挡

板限制一个自由度，从而完全定位，所以设计基准与定位基准重合，即该定位方式下，各

定位基准的基准不重合误差为零，所以主要计算基准的位移误差。

5.2定位误差计算

一般情况下，定位误差应满足：

△dw ≤(1/3~1/5)

该工序6是钻φ15孔，主要是V 形块定位的误差计算。

根据参考文献[5]第8页，表1-6可知：

定位误差计算公式（90度V 形块）：

D D

A W D δα

δ71.02sin 2)(.≈=△=0.00923mm

D D

B W D δα

δ21.0)12sin 1(2)(.≈-=△=0.00273mm

D D

C W

D δα

δ21.1)12sin 1(2)(.≈+=△=0.015mm

经分析可知其误差都小于0.1。

即：该定位方案所以满足要求。

6夹紧力计算

6.1切削力计算

钻φ15孔时选用：钻床Z535，刀具用高速钢。由参考文献[2]第34页公式（2-1）可

知:切削力公式为：

p f K f D M 8.0221.0=

其中：

6.0)190

(HB K p =，r mm f /1.0=

灰铁硬度取190HBW

即：m 5.6x11.0x 14x 12.08.02?==N M f

6.2实际所需夹紧力计算

根据参考资料[1]第299页，表6.22可知：

R

R KM W K 212sin 2

sin

μα

μα+= 式中，根据参考资料[4]第478页表3-19，取?===90,12.0,12.043αμμ

总的安全系数K 可按下式决定：

6543210K K K K K K K K =

式中：0K ——基本安全系数，一般取1.0；

1K ——加工状态系数，粗加工取1.2，精加工取1.0；

2K ——刀具钝化系数，一般取1.0-1.9；可参考参考资料[4]表3-20选取；

3K ——切削特点系数，连续取1.0，断续取1.2；

4K ——夹紧动力稳定性系数，手动夹紧取1.3，机动夹紧取1.0；

5K ——手动加紧手柄位置系数，若手柄位置操作方便，手柄偏转角度范围小，

取1.0；若手柄位置操作不方便，手柄偏转角度范围大，取1.2。

6K ——仅在有力矩企图使工件回转时，才应考虑支撑面接触情况系数。

K 的值约为：

1.0 1.2 1.3 1.0 1.3 1.0 1.0

2.028K =??????=

所以：

N R R KM W f K 302115

0.120.707150.1210000.7076.5028.22

sin 2

sin 21=?+?????=+=μα

μα

由计算可知所需实际夹紧力适中，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用单螺

旋夹紧机构。

6.3夹紧力校核

根据参考文献[4]第488页表3-26可得：

带手柄螺钉M16可用夹紧力为：Q=7900N

由Q>K W 可知，该单螺旋夹紧机构满足夹紧要求，即该机构工作是可靠的。

7夹具精度分析与计算

为保证夹具设计的正确性，首先要在设计图样上对夹具的精度进行分析。用夹具装夹

工件进行加工时，其工序误差可用误差不等式： K T A D δ≤?+?+?2

2

2

式中：△D ———定位误差，mm ；

△A ———安装误差，mm ；

△T ———调整误差，mm ；

δK ———工件工序尺寸公差，mm

定位误差 05.0=?D （设计定位元件已计算）

安装误差 定位心轴与夹具底面的垂直度公差为0.01mm ，即安装误差mm A 01.0=?

调整误差 钻套与钻模体之间的尺寸公差为0.024mm ，即调整误差mm T 024.0=?。

K T A D δ3

1056.0024.001.005.022222

2

≤≈++=?+?+? （mm mm K 15.0;43.0=δ）

因而该夹具能保证Ф15的基本尺寸公差和位置度0.15mm 的加工要求。

8夹具总装

专用夹具包含了：（1）夹具体（2）夹紧机构（3)拨叉 (4)M5螺栓 (5)定位销 (6)

钻模体(7)钻套 (8)V 形块 (9)沉头螺钉 (10）圆柱螺钉组成；由V 形块、底面和挡板进行

定位，V 形块利用螺栓与夹具体连接锁紧，可自动对心。钻模板利用2根定位销进行定位，再利用一对螺钉锁紧连接，可拆卸，定位好，钻套采用固定钻套与钻模版直接固定保证其

垂直度，夹紧机构采用手动式螺栓锁紧，便于拆卸和装夹。对于夹具体与钻床T 形台的连

接采用一对螺栓锁紧。操作时只需拧松夹紧机构进行装夹，拆卸也是靠夹紧机构进行松开。从而取出工件。如图8.1所示：

图8.1 总装示意图

夹具装配图标注尺寸、配合及技术要求

1）确定定位元件间的尺寸，两定位销距离72mm 。

2）根据加工孔的加工要求，位置度公差为零件相应尺寸0.1的公差值的1/3。

3）钻套中心线与夹具底面的垂直度公差为Ф0.02mm 。

4）定位销轴线与底面的垂直度公差为Ф0.02mm 。

5）定位平面与夹具体地面平行度公差为0.01mm 。

6）标注关键件的配合尺寸如图，6715n H φ，6

76m H φ。

总结

此次设计是对拨叉零件的加工工序6的专用夹具设计，即：对于φ15孔钻，选用全约束的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。通过这次课程设计，使我对零件制造中的加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了对大学所学基础知识的学习和理解。课程设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，课程设计使我学会了从实际出发设计加工零件的工艺规程。在本次设计中，经济因素也是非常重要的，应以最经济的加工方式，达到最符合要求的工艺技术要求，从而实现以最低的成本完成最合理的加工。

总的来说，这次的课程设计使我获益良多，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我想说：设计确实有些辛苦，但苦中也有乐；设计确实很累，但当我们研究出数据制成成果时，心中也不免产生兴奋……

本次夹具设计是一次难得的实践机会，不仅巩固了已学知识，并且在如何做好设计，如何利用资源，如何修改设计方案等方面有了一定的提高。但是由于自己相关专业知识知贫乏，当中可能会出现一些问题，希望老师谅解，并多多批评和指正。

参考文献

[1]尹成湖，李保章，杜金萍主编.机械制造技术基础课程设计.高等教育出版社，2009.3

[2]卢秉恒主编.机械制造技术基础. 机械工业出版社，2007.12

[3]王大康，卢颂峰主编.机械设计课程设计.北京工业大学出版社，2010.3

[4]浦林祥主编.金属切削机床夹具设计手册.机械工业出版社，1995

[5]曹岩主编.机床夹具手册与三维图库.化学工业出版社，2010.3

[6]李柱主编.互换性与测量技术.高等教育出版社，2004.12

[7]沈莲主编.机械工程材料.机械工业出版社，2007.8