摘 要：按照夹具设计的一般方法,详细介绍利用CATIA进行钻模夹具设计，并对该夹具的定位误差进行了分析。该夹具结构简单，定位精度高，工件安装拆卸方便快捷，保障了产品质量的同时，提高了生产效率，降低了加工成本。

　　关键词：CATIA;　钻模夹具;　定位误差

　　1.工件介绍

　　待加工的工件如图1所示，材料为灰铸铁，生产类型为中批量生产，由工程图可知，Φ30孔中心为Φ10孔的设计基准，Φ10孔的表面粗糙度达到1.6μm，需要精加工。本文设计的夹具用于钻、扩、铰孔Φ10，在加工本工序前，孔Φ30H7、Φ44以及Φ20外圆端面均已加工。在使用此夹具后，使用普通钻床完成了Φ10孔的所有加工工序，合理利用了设备，提高了加工效率。

　　图1 工件二维图

　　2.夹具设计

　　在本工序加工中除了保证Φ10孔径尺寸精度和粗糙度外,还应保证Φ10孔的中心线与Φ30孔中心线的距离为(60±0.05)mm、对A面的垂直度不大于0. 01 mm,以及孔壁厚的均匀性。根据零件的结构特点,做如下的设计：

　　1) 确定定位方案和选择定位元件

　　就该工序加工要求来说，为了工件安装方便和定位稳定,工件采用完全定位。从该零件的结构特点和工序加工要求考虑，为了保证Φ10孔的中心线与Φ30孔中心线的距离为(60±0.05)mm、对A面的垂直度不大于0.01mm的要求，按照基准重合原则，应选择工件的A

　　面和Φ30孔内端面为主要定位基准，用定位销及其端面限制工件的X、Y、Z方向三个移动自由度，沿X、Y两个转动自由度，共五个自由度。为了保证Φ10孔的壁厚均匀,选择Φ20外圆轴线为第二定位基准，用活动短V形块定位,限制工件沿Z轴的转动自由度。

　　2) 确定钻套

　　从本工序被加工孔的精度考虑，需要在一次安装中，完成钻、扩、铰三个工序的加工。故采用快换钻套,以减少更换钻套的辅助时间。钻套和衬套的结构尺寸可查阅国家标准GB2265-1991及GB2263-1991中的有关部分。另外为了夹具结构简单和保证精度，采用固定式钻模板。

　　3) 夹紧力设计

　　由于工件中间部分的筋板结构刚性较差，因此从夹紧力选择原则出发，夹紧力作用方向应朝向主要的定位基准面，且夹紧力的作用点应落在工件刚性好的部位，同时还要尽可能靠近加工部位。因此，在工件大头采用螺旋夹紧机构和开口垫圈将工件夹紧，以压紧螺钉以球形端与活动V形块连接，可以通过旋转压紧螺钉调整夹紧力。

　　以上是夹具的基本设计,根据尺寸利用CATIA建模模块把各个零件分别设计出来，在零件设计出来之后，利用CATIA装配模块将所有零件装配起来，生成三维装配图，如图2所示。

　　图2 夹具的三维装配图

　　3 定位误差分析

　　使用夹具加工工件时，加工表面的位置误差与工件在夹具中定位等因素密切相关。为了保证工件的加工精度，必须使工序中各项加工误差的总和小于或等于该工序的公差值[1]。因此需要对设计的夹具定位误差进行分析确定加工精度，其二维装配图如图3所示。

　　图3 夹具二维装配图

　　1—夹具体;2—固定手柄;3—钻模孔;4—活动V形块;5—钻套;6—开口垫圈;

　　7—定位销;8—辅助支撑;9—工件

　　为了保证设计的夹具满足要求，对Φ10孔中心轴到定位孔Φ30中心轴的尺寸(60±0.05)mm进行定位误差分析，该工序尺寸公差δk=0.1 mm。影响该工序尺寸的加工误差因素主要有以下三个方面：

　　定位误差;定位误差ΔD的形成有以下两个因素：

　　a)基准不重合误差ΔB由于定位基准和工序基准不重合而产生的那部分定位误差。本文Φ10孔的工序基准是Φ30孔中心，同时Φ30孔中心也是定位基准，故ΔB=0。

　　b)基准位移误差ΔY由于工件的定位基准在夹具中定位时发生了位移而产生的那部分定位误差。使基准位移的原因有：定位基准的制造误差;定位元件的制造误差;必要的安装间隙。由于夹具安装基面为平面和Φ30孔内圆，并且通过活动V形块夹紧，故安装误差为0，定位基准的制造误差0.013mm，定位销的制造误差±0.01 mm，故ΔY=0.01 +0.013=0.023mm。

　　故ΔD =ΔB+ΔY=0.023mm。

　　(2) 对刀误差ΔT

　　本文采用快换钻套作为刀具的对刀导向元件，有ΔT=(N+l+L/2)Ymax/L

　　=(8+6+12/2)×0.034/12=0.056 mm

　　式中：Ymax为钻套与钻头的最大间隙;N为工件厚度;L为钻套高度;L为排屑空间的高度。

　　(3) 夹具误差ΔJ包括以下四类误差：

　　定位元件相对安装基准的尺寸或位置误差ΔJ1;定位元件相对于对刀或导向元件的尺寸或位置误差ΔJ2; 导向元件相对安装基准的尺寸或位置误差ΔJ3;分度误差ΔF。本文中定位销与夹具体是过盈配合，故ΔJ1=0;定位销相对于钻套的公差即为ΔJ2=0.02mm;钻套相对夹具体的垂直度即为ΔJ3=0.01mm;本文没有分度装置，故ΔF=0。

　　4 加工精度校核

　　通过上节的分析，得到了影响工序尺寸(60±0.05)mm的各类误差，为了对该工序尺寸加工精度进行校核，需要计算总误差ΣΔ，总误差ΣΔ采用叠加法计算，即ΣΔ=，其中ΔD、ΔT、ΔJ已经得到，另外根据经验，ΔG通常取工件公差δk的1/3[3]，因此ΔG取0.033 mm。因此该工序尺寸的总加工误差ΣΔ=0.073。

　　保证工件加工精度的条件是JC=δk-ΣΔ≥0，JC为精度储备[3]。对上例进行加工精度校核，JC=δk-ΣΔ=0.1-0.072=0.027>0，故该专用夹具的定位精度完全符合工件的尺寸要求。

　　5 结束语

　　该夹具具有结构简单、定位精度高、夹紧可靠、工件装拆方便、快捷等优点，通过几年的生产实践证明，采用该夹具在普通钻床上进行加工，所加工孔的几何尺寸、形位精度以及表面粗糙度均达到了图纸设计要求，保障了产品质量的同时，减少了加工工序，提高了生产效率，降低了加工成本。

　　6 参考文献：

　　[1]徐鸿本.机床夹具设计手册.沈阳:辽宁科学技术出版社,2004年3月

　　[2]尤春风.CATIA V5 机械设计[M].北京:清华大学出版社,2002

　　[3]曹永洁.基于Pro/E软件的专用夹具设计及定位误差分析. 煤矿机械,2010,第31卷第02期