夹具设计课程说明书.doc

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1、 洛阳理工学院 目录序 言1第1章 设计目的21.1 设计目的2第2章 工艺规程与夹具设计过程32.1 根据生产纲领，确定生产类型32.2 零件的分析32.2.1 零件的作用32.2.2 零件的工艺分析3第3章 工艺规程设计43.1 定位基准的选择43.1.1 粗基准的选择43.1.2 零件表面加工方法的选择43.2 制定加工工艺路线53.2.1 工艺方案的比较与分析6第4章 夹具钻孔设计74.1 明确设计任务、收集分析原始资料74.1.1 问题提出74.2 夹具设计74.2.1 确定夹具结构方案74.2.2 分析计算定位误差84.2.3 确定工件的夹紧装置8第5章 夹具图的标注及相关技术条件

2、115.1 夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件115.1.1 夹具装配图上标注的尺寸115.1.2 夹具装配图上应标注的技术要求115.2 夹具零件图上应标注的尺寸和技术条件125.2.1 夹具零件图上标注的尺寸125.2.2 夹具零件图上应标注的技术要求12第6章 夹具结构设计及操作简要说明13感 想14致 谢15参考文献16序 言随着科学技术的进步和生产的发展，要求机械工业不断提供先进的技术设备，加之市场需求的变化多端，产品更新换代的周期越来越短，多品种、小批量生产的比例在提高。这样，传统的成产技术准备工作，很不适应这种新的生产特点。为了适应机械工业又好又快发展的需要，机床夹具的设计与制造

3、技术也必须与时俱进，要求企业的高级技能人才不断设计出构思合理。结构正确、工艺性良好的各种新型夹具。但是任何设计都是一项涉及多种科学、多种技术的交叉工程。要学习和掌握现代夹具设计方法，首先必须牢固地掌握前人所总结的传统夹具设计原理和丰富的夹具结构知识，从而掌握一把创新的思路钥匙，才能进行更高一级的创造劳动。当人们谈起制造行业中的发展时，很少谈到工件夹具，但是你是在零件生产的基本领域，正吹着改革之风。如今，制造商们需要提供商提供一步到位服务，他们要求世界范围内的当地供应商能够支持全球化生产。他们需要交钥匙解决办法。他们坚持与供应商保持并行生产过程开发。他们努力寻求各种以及所有可以降低其产品生产时间

4、的对策。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。当前，夹具已成为机械加工不可缺少的部件。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。第1章 设计目的1.1 设计目的现代机械制造工艺设计是机械类专业学生在学完了机械制造技术基础等技术基础和专业课理论之后进行的一个实践教学环节。其目的是巩固和加深理论教学内

5、容，培养学生综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力。通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：1、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；2、掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；3、掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；4、学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。第2章 工艺规程与夹具设计过程2.1 根据生产纲领，确定生产类型所给任务的零件是某机器上的一个转速器盘的零件。假定该机器年产量为50台，且每台机器中仅有一件，若取其备品率为5%，机械加工废品率为2%，则该零件的年生产纲领为：N=Qn(1+5%+2% )件

6、/年=54件/年。由上式可知，该零件的年产量为54件，由零件的特征可知，它属于机体类小零件，因此，可以确定其生产类型为单件中批量生产。2.2 零件的分析2.2.1 零件的作用本设计任务给定的零件是该机器中的转速器盘，即传递运动并保持其他零件正确工作方式，和保持互相之间的正确位置。其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一定的要求，由于零件比较复杂，不成规则，故加工过程中需要用到复杂的夹具。2.2.2 零件的工艺分析 该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高的平面度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。否则会影响机

7、器设备的性能和精度。 由于零件的结构比较复杂，加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力，可以用花盘进行定位加紧，并用垫块进行辅助定位。 同时基准面的选择也是很重要的。在加工各孔的端面时，先用铣刀铣出下表面，在以下表面为基准，铣出上面的各表面（各孔的加工也是以下端面为定为基准的）；在加工前后端面时，由于工件前后尺寸较大，可在镗床上铣端平面，铣出后表面。之后，以后表面为基准，钻出两个6孔，在加工过程中，应尽量减少安装的次数，以减少安装时带来的安装误差。第3章 工艺规程设计3.1 定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到

8、保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.1.1 粗基准的选择考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以粗基准为上端面。本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。 先铣出下表面，再以下表面为基准，加工出上端各表面，同样，也是以下表面为基准钻出3个孔；加工前后端面时，先以下表面为基准，在铣床上铣出后端面，再以后端面为基

9、准，加工出2个9的孔的前端面。 由于扇形部分的表面比较不易加工，首先以加工出来的下端面为基准加工出各孔处的各个上端面，再以上端面为基准，加工出其它孔处的下端面；零件的2个9孔的上边缘表面是不能用来作为定位基准的。3.1.2 零件表面加工方法的选择本设计任务给的零件需要加工的表面有：端面，内孔等，其加工方法如下：（1）下表面（大面积表面）：虽然不是重要的表面，没有粗糙度要求，但是定位基准面，用铣车进行端铣平面，粗铣即可。 （2）上边缘面：不是重要表面，粗铣即可。 （3）各孔处的上端面：是重要表面，表面粗糙度R6.3，可以进行粗铣后，再进行半精铣或精铣。 （4）后端面：是重要表面，也是定为基准面，

10、表面粗糙度R6.3，进行粗铣再半精铣或精铣。 （5）2个9孔的前端面：表面粗糙度R12.5，只需进行粗铣。 （6）2个9孔的加工：表面粗糙度R12.5，以下端面为基准，粗镗出2个9孔；普通镗床即可。 （7）10孔的加工：表面粗糙度R6.3，可用镗床进行镗孔，粗镗或扩孔均可。 （8）2个6孔的加工：表面粗糙度R3.2，是要求较高的孔，可进行粗镗半精镗，或者孔精扩，既可满足要求。 （9）圆角：有R3，R5,R6.5,R15几种圆角，可用立铣刀周铣出圆角。3.2 制定加工工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲

11、领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。由于是单件小批量生产，故加工工艺采用工序集中原则。方案一：表1工序号工序内容01铸造02时效03涂漆04铣9端两侧面05铣25端端面06铣6端两端面07钻通孔10与钻通孔608钻通孔909镗孔10，孔口倒角0.5X度10检验11入库方案二：表2工序号工序内容01铸造02时效03涂漆04铣9端两端面05铣25端两端面06铣6端两侧面07钻通孔10与钻通孔608镗孔10，孔口倒角0.5X度09钻通孔910检验11入库3.2.1 工艺方案的比较与分析因左

12、右两端面均对10mm孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，左端面上10mm孔放后面加工。初步拟订加工路线方案一。方案一遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如，铣9端两端面与铣9端两侧面，两工序前后对调,这样保证了加工面的定位精度。工序镗孔10及孔口倒角0.5X度应在工序最终完成，使孔面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对10mm通孔加工精度的影响。通过

13、以上的两工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为该零件的加工路线。第4章 夹具钻孔设计4.1 明确设计任务、收集分析原始资料为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计一台自动专用夹具。经过与老师协商，决定设计工序加工2-6mm孔的钻床夹具。本夹具安装在钻床上，采用高速钢锥柄麻花钻分别加工两孔。4.1.1问题提出本夹具主要用来加工2-6mm两孔，因2-6mm孔在同一轴线上，把二孔安排在同一工序中，这样主要考虑了提高劳动效率，降低劳动强度，但同时应注意保证其同轴度和加工精度。4.2 夹具设计4.2.1确定夹具结构方案根据六点定位规则确定工件的定位方式，由定位方案可知，该工序限

14、制了工件的6个自由度。现根据加工要求来分析其必须限制的自由度数目的正确性。为了保证孔2-6mm底面的垂直度，采用底面（两块支承板）限制和x,y方向的转动。为了防止零件绕z轴转动，在左侧端面安装一挡块。1）定位基准的选择由零件图可知，2-6mm孔对底面有垂直度的要求，对中心孔具有平行度要求，底面和孔10H7为已加工表面，能保持较高精度，为了使定位误差减小到零，确定它们为定位面；为了缩短工作时间，提高工作效率，准备采用液压夹紧方式。2）选择定位元件 设计定位装置，根据已确定的定位基准面的结构形状，确定定位元件类型和结构尺寸。1.选用阶形定位销安装在10H7孔内定位；2.选两块支承板安装在底面定位；

15、3）确定定位元件尺寸及配合公差，定位圆柱的尺寸公差与定位孔的配合参考夹具设计资料选为，20g6=。4.2.2 分析计算定位误差（1）加工孔2-6H7，该孔与定位面10H7孔的轴心线的距离尺寸为mm，定位误差，由定位方案可知定位基准与设计基准重合，所以=0。基准位移误差等于定位销与定位孔的最大间隙值，销孔的配合为，而10H7为10mm，10g6为10mm. 于是得 =（0.021-0.020）mm=0.001mm 因而 =0+0.041=0.041mm 定位误差的允许值=1/30.020.0066mm =0.001=0.006因此， 定位方案能满足260.01的加工要求。（2）孔2-6H7轴线与

16、孔10H7轴线平行度公差0.01mm的定位误差。同理 加工2-6H7孔时的定位基准是20H7孔，基准重合，所以=0， 是定位销与台阶面的误差，其误差很小。可忽略不计。（3）孔2-6轴线与底面的垂直度，公差为0.025mm, 同上计算 ，=0， 定位误差允许值=1/30.05=0.0167mm由以上分析与计算可知，该定位方案是可行的。4.2.3 确定工件的夹紧装置（1）确定夹具类型 由夹具结构方案可知、本工序加工的两孔在同一平面内，生产批量大，（2）确定夹紧方式根据生产的需要采用手动夹紧，参考类似夹具资料，初步选用压板，在零件的两则面夹紧，这样加工两孔2-6H7时，切削力方向与夹紧力方向一致，可

17、减小夹紧力，同时夹紧力方向指向定位面，使定位可靠。（3）夹紧力的计算。由前面计算知： 切削力 =3654.8N 扭矩 T=15.97N.m在以工件为受力体的平衡力体系中，钻削的轴向力P和夹紧力W由支承反力平衡，而钻削的扭矩有使工件产生转动的趋势。根据力的平衡关系初步估算：轴向力： P=2 所以，=1827.4 N 径向力： T= 所以， =532.33 N由受力分析可知： = =2289.4 N式中 -实际所需夹紧力（N）;L-夹压点到轴心线的距离（mm）;H-压板的导向长度（mm）; -摩擦系数0.10.15；q-弹簧作用力（N）。（4）确定引导元件 主要是钻套的结构类型和主要尺寸 对2-1

18、6mm孔，为适应钻，铰选用可换钻套。钻套结构，由夹具零、部件国家标准GB/T2263-91、GB/T2265-91来选取。主要尺寸根据加工孔的大小来确定.钻套与寸套之间，寸套与夹具体之间有有配合；钻套端面与加工面的距离，一般取（0.31）d,取为16mm.（5）确定其他结构 能从参考资料中选取标准件的都采用标准件；根据生产需要，部分元件自己设计钩形压板相关计算：查床夹具设计手册表1-2-28 压板回转时沿圆柱转过的弧长：mm 式中 d钩形压板导向部分直径（mm） -压板的回转角度（）压板回转时的升程 =13.6（mm） 式中 -压板螺旋槽的螺旋角（） k压板升程系数第5章 夹具图的标注及相关技

19、术条件5.1夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件5.1.1夹具装配图上应标注的尺寸。(1)夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸为185x167x77。(2)夹具在机床上安装精度的尺寸，即夹具安装基面与机床相应配合表面之间的位置尺寸。(3)影响对刀精度的尺寸，即刀具与对刀元件之间的尺寸 (4)夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。(5)各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。5.1.2夹具装配图上应标注技术要求(1)定位元件与定位面间相互位置精度。零件7为保证工件加工的精度，需要保证其与工件的垂直度为0.05(2)定位表面与导向

20、元件间的位置精度。零件1与7有引导但无相对运动采用过盈配合H7n6。(3)导向元件工作面间的位置精度。3 起导向作用，需要引导钻刀对工件进行加工其垂直度要求为0.05.(4)对零件编号，填写标题栏和零件明细表。联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的1/51/2，在夹具选取时，必须结合工件的加工精度要求、批量大小及工厂在制造夹具方面的生产技术水平等因素进行细致分析和全面考虑。待选用精度=（1/51/2）X0.2=0.040.1我选的精度为0.05mm。在本设计装备图中，要保证以下形位公差：1、保证钻套3、5孔轴线对定位轴12轴线平行度公差差0.05。2、保证定位心轴15轴线对夹具底面A

21、垂直度公差差0.05。3、保证两个销钉6、7的同轴度为0.055.2 夹具零件图上应标注的尺寸和技术条件对装配图中的非标准零件均应绘制零件图，视图尽可能与装配图位置一致，尺寸、形状、位置、配合、加工表面的表面粗糙度等要标注完整。绘制1个关键的、非标准的夹具零件,如夹具体等。本设计主要画夹具体的零件图。5.2.1夹具零件图上应标注的尺寸 (1）零件图的投影应尽量与总图上的投影位置相符合，便于读图和核对。 (2）尺寸标注应完整、清楚，避免漏注，既便于读图，又便于加工； (3）同一工种加工表面的尺寸应尽量集中标注。 (4) 要注意选择设计基准和工艺基准。 (5)为便于加工，尺寸应尽量按加工顺序标注，

22、以免进行尺寸换算。5.2.2夹具零件图上应标注技术要求应将该零件的形状、尺寸、相互位置精度、表面粗糙度、材料、热处理及表面处理要求等完整地表示出来。本设计零件图选用夹具体，在标注粗糙度时，安装平面的粗糙度选用1.6，重要安装孔用0.8，其他用6.3；在形位公差方面，夹具体上表面与夹具体安装底面平行度为0.05，辅助支撑孔与夹具体安装底面垂直度为0.05。第6章 夹具结构设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动率。为此，在螺母夹紧时采用移动压板，以便装卸，夹具体底面上的一定位槽可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置，以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。感 想通

23、过本次课程设计，使我能够综合运用机械装备设计课程以及其他先修课程的理论知识，从生产实际知识中去分析和解决工程实际问题的机械设计能力，并且通过这次训练之后，可以进一步的巩固和加深我的有关机械课程方面的理论知识，学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后续的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。除此之外，还使我具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料等能力。致 谢本文的写作，多亏得到了张老师的悉心指导。从开题到撰写都倾注了张老师大量的心血，特别是在说明书的修改阶段，老师不顾公务繁忙，牺牲难得的休息时间，对设计过程的点评都字斟句酌，拨冗斧正，这一切我都铭记在心。对于个人的

24、愚钝，自己感觉很难成为一个合格的毕业生，但正是张老师的谆谆教诲，给我以自信和进一步成长的空间。在此，向张老师深深鞠躬。同时感谢在我说明书写作过程中给予我很大帮助的各位领导、老师和同门师兄们！也感谢在我说明书写作过程中所参考过的所有资料的作者和提供者。参考文献1 段明扬.现代机械制造工艺设计实训教程.桂林：广西师范大学出版社，20072 段明扬.现代制造工艺设计方法.桂林:广西师范大学出版社，20073 李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，20034 艾兴等.切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，20025 东北重型机械学院等.机床夹具设计手册.上海：上海科技出版社.19906 华楚生.机械制造技术基础（第二版）.重庆：重庆大学出版社，20037 互换性及测量技术.南京：东南大学出版社，20008 朱冬梅等.画法几何及机械制图.北京：高等教育出版社，2000