夹具课程设计说明书汇总.docx

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夹具课程设计说明书汇总

目录

第一章零件的分析2

第二章确定毛坯、画毛坯零件图2

第三章工艺规程设计3

第四章夹具设计6

第五章参考文献7

第六章结束语8

山西大同大学煤炭工程学院

课程设计任务书

设计题目：

设计连杆体零件夹具

设计内容：

1、产品零件图

2、产品毛坯图

3、夹具设计装配图

4、夹具设计零件图

5、课程设计说明书

设计学生：

姚若飞

指导老师：

王晨升

设计日期：

2015年1月9日

前言

　机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门主要专业课，其任务是通过该课程的学习，掌握主要机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。

而课程设计是机械制造装备设计课程的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。

通过课程设计的实践，综合地运用装备设计课程和其他先修课程的理论与实际知识，进一步培养与提高学生分析和解决工程实际问题的机械设计能力。

其目的在于：

　　〔1〕通过课程设计，使学生能综合运用夹具设计课程及其他相关专业课程的知识，学会用所学的理论知识指导设计实践，树立正确的设计思想。

　　〔2〕通过课程设计，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机床夹具的一般设计方法和步骤，提高其走上工作岗位所需的专业技能。

　　〔3〕通过课程设计，使学生学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等。

零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。

在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。

他们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。

机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度、形状精度和尺寸精度。

通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。

当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。

使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。

将工件定位、夹紧的过程称为装夹。

工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。

在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。

机床夹具在生产中应用十分广泛，夹具按使用范围分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和随行夹具，按使用机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等，按夹紧的动力源分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气-液增力夹具、电磁夹具及真空夹具等。

根据所加工工件的要求，本次使用的是钻床浮动夹紧专用夹具。

机床夹具发展前景

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．床夹具的现状

国际生产研究协会的统计表明，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。

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；

6）提高机床夹具的标准化程度。

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。

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，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。

机床夹具设计

机床夹具概念

1．机床夹具概念

在机床制造厂的生产过程中用来安装工件使之固定在正确位置上,完成切削加工、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备称为夹具。

2．工件的安装

在机床上加工工件时,为了保证工件被加工表面的尺寸,几何形状及相互位置精度方面的要求,事先必须将工件正确地安装到机床加工位置上去．工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：

即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位，然后将工件紧固在这一既定位置上，使之不因受切削力、重力、离心力和惯性力作用发生位置改变，这就是工件的夹紧。

工件的安装一般有两种方式：

直接在机床工作台或通用夹具上安装；采用专用夹具安装。

本次安装为第二种。

3．机床夹具的功用

（1）保证产品加工精度，稳定产品质量；

（2）提高生产率，降低加工成本；

（3）改善工人劳动条件；

（4）扩大机床的工艺范围。

4．机床夹具的组成

机床夹具因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类的不同而有各种不同的结构形式，但就机床夹具具体结构而言，大致可分为以下几个部分：

定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、其它装置和元件、夹具体。

5.夹具设计的基本要求

（1）稳定地保证工件的加工技术要求；

（2）提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本；

（3）结构简单，便于制造和维修；

（4）操作安全、方便。

专用夹具的基本要求和设计步骤

1.夹具的基本要求

对机床夹具的基本要求归纳为四个方面：

1）定地保证工件的加工精度；

2）提高机械加工的劳动生产率和降低工件的知道成本；

3）结构简单，操作方便，省力和安全，便于排屑；

4）具有良好的结构工艺性，便于夹具的制造、装配、检验、调整与维修。

在设计过程中，首先必须保证工件的加工要求，同时应根据具体情况综合处理好加工质量、生产率、劳动条件和经济性等方面的关系。

在大批量生产中，为提高生产率应采用先进的结构和机械传动装置。

在小批生产中，则夹具的结构要尽量简单以降低夹具的制造成本。

工件加工精度很高时，则应着重考虑保证加工精度。

专用夹具适用于产品相对稳定的批量生产中。

在小批量生产中，由于每个品种的零件数较少，所以设计制造专用夹具的经济效益很差。

因此，在多品种小批量生产中往往设计和使用可调整夹具、组合夹具及其他易于更换产品品种的夹具结构。

2.夹具的设计步骤

专用夹具设计的主要步骤为：

收集并分析原始资料，明确设计任务设计夹具时必要的原始资料为工件的有关技术文件、本工序所用机床的技术特性、夹具零部件的标准及夹具结构图册等。

首先根据设计任务书，分析研究工件的工作图、毛坯图、有关部件的装配图、工艺规程等，明确工件的结构、材料、年产量及其在部件中的作用，深入了解本工序加工的技术要求、前后工序的联系、毛坯（或半成品）种类、加工余量和切削用量等。

为使夹具的设计符合本厂实际情况，还要熟悉本工序所用的设备、辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格、安装夹具部位的基本尺寸、所用刀具的有关参数、本厂工具车间的技术水平及库存材料情况等等。

在设计中应充分利用各方面的成功经验，参考生产中行之有效的典型结构和先进夹具，熟悉夹具零部件标准，以使所设计夹具具有实用性和先进性。

（1）拟订夹具的结构方案，绘制结构草图

在此阶段主要应解决的问题大致顺序是：

遵照六点定位规则确定工件的定位方式，并设计相应的定位元件；确定刀具的导引方案，设计对刀、导引装置；研究确定工件的夹紧部位和夹紧方法，并设计可靠的夹紧装置；确定其它元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置等；考虑各种装置和元件的布局，确定夹具体和夹具的总体结构。

（2）绘制夹具总图

在能够清楚表达夹具的工作原理、整体结构和各种装置、元件间相互位置关系的前提下，应使总图中的视图数尽量少。

还应尽量选择面对操作者的方向为主视图。

绘制夹具总图的顺序是：

1用双点划线或红色铅笔绘出工件的轮廓外形和主要表面（定位面、夹紧面、待加工面），并用网线表示出加工余量。

2视工件轮廓为透明体，按工件的形状和位置依次绘出定位、对刀导引、夹紧元件及其他元件或装置。

最后绘出夹具体，形成一个夹具整体。

绘图后还要对夹具零件进行编号并填写零件明细表和标题栏。

3标注有关尺寸和夹具的技术条件。

4绘制夹具零件图

夹具总图中的非标准件都要绘制零件图。

设计人员应注意夹具制造、装配和适用中出现的问题，及时加以改进，直至夹具能投入生产使用为止。

一、零件的分析

（一）零件的作用

连杆是柴油机的重要零件之一。

连杆体与连杆盖通过螺栓连接成为一个整体，其大头孔与曲轴相连，小头孔通过活塞销与活塞连接，将作用于活塞的气体膨胀压力传给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。

（二）零件的工艺分析

由图可知，其材料为HT200。

该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力、要求耐的零件。

该零件上的主要加工面N面、R面、Q面、P面、Ф25的孔、2-Ф8的孔和1Ф0的孔。

所要加工的面的粗糙度是6.3和3.2，而孔的要求比较高粗糙度要求为1.6和3.2。

Ф8和Ф25的中心距840.2,25的孔的轴线是要做为基准，故其精度要求较高。

参考文献

（1）中有关面和孔加工的经济精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

二、确定毛坯、画毛坯——零件图

根据零件材料确定毛坯为铸件。

又由题目已知零件的生产纲领为10000件/年。

通过计算，该零件的质量约为7kg。

查参考文献

（2）表8.2可知，其生产类型为大批生产。

毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。

由于所有的孔径都小于30mm,故在铸造时这些孔都不用铸造出来。

此外，为消除参与应力，铸造后应安排人工时效。

铸件的分型面为B中心线（在毛坯图上表示出）浇口为于零件的侧面。

查参考文献

（1），用查表法确定个表面的总余量如下表所示：

各加工表面总余量

加工表面

基本尺寸

（mm）

加工余量数量（mm）

说明

N面

R面

Q面

P面

54

54

15

15

3

3

3

3

顶面

底面

顶面

底面

查参考文献

（2）表2.3-9可得铸件的主要尺寸的公差，如下表所示：

主要毛坯尺寸及公差

主要面尺寸

零件尺寸

总余量

毛坯尺寸

N面轮廓尺寸

R面轮廓尺寸

Q面轮廓尺寸

P面轮廓尺寸

54

54

15

15

-

6

-

6

54

60

15

21

三、工艺规程设计

（一）、定位基准的选择

连杆的N面既是装配基准又是设计基准，用它作为基准，符合“基准重合”原则，其余各加工工序也能选用其定位，符合“基准统一”原则。

此外，N面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠。

粗基准的选择：

考虑到下面几点：

1.在保证各加工面有加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；2.保证定位准确、夹紧可靠。

我所加工的Ф２５的孔的夹紧方案有两种：

方案一：

以Ｒ面定位，限制三个自由度；在Ф４０的圆柱外圆中间以Ｖ形块定位，限制两个自由度；在Ａ－Ａ视图的最左边用压板加紧，限制一个自由度。

方案二：

以Ｒ面定位，限制了三个自由度；在Ф４０的圆柱外圆中间以Ｖ形块定位，限制两个自由度；在Ａ－Ａ视图的最左边用一个活动Ｖ行块夹紧，限制两个自由度，其中一个自由度重复限制。

（二）、　制定工艺路线

　　　根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：

Ｎ面和Ｒ面：

粗铣——精铣；Ｑ面和Ｐ面：

粗铣——精铣；Ф２５的孔：

钻——扩——铰；Ф８和Ф１０的孔：

钻——扩——铰。

　　　根据先面后孔、先主后次和先粗后精的原则，先加工Ｎ面、Ｒ面、Ｑ面和Ｐ面，后加工Ф２５和Ф８及Ф１０的孔，并在加工过程中把粗加工放在前面，把精加工放在后面。

拟订的加工工艺路线如下：

工序号　　　工序内容

10.铸造

20.时效

30.涂漆

40.粗精铣底面

50.粗精铣顶面N

60.钻扩铰Ф25H9孔，孔口倒角1X45°

70.粗精铣Ｑ面

80.粗精铣P面

90.钻扩铰2-￠8H7（+0.015）和￠10H7（+0.015）

1

0

100.检验

（三）、　选择加工设备及刀、夹、量具

　　　由于生产类型为大批量生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。

其生产方式以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。

工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。

　　　粗精铣Ｎ面。

采用立铣，选用X62W。

选择直齿三面刃铣刀，游标卡尺。

　　　粗精铣Ｒ面。

采用立铣，选用X62W。

选择直齿三面刃铣刀，游标卡尺。

　　　　钻Ф２３的孔。

采用立式钻床，选用Ｚ3０２５。

选择￠２４锥柄扩孔钻，三爪内千分尺。

　　　　扩Ф２４的孔。

选择￠24锥柄扩孔钻，三爪内千分尺。

　　　　铰￠２５的孔。

选择锥柄机用铰刀，三爪内千分尺。

　（四）、　加工工序设计

　　　　工序6０钻扩铰Ф２５Ｈ９孔的工序

　　　　各工步的余量和工序尺寸及公差列于下表：

各工步余量和工序尺寸及公差

加工表面　　　加工方法　　　余量　　　　　　工序尺寸及公差

Ф

２５Ｈ９　　　钻孔　　　　０　　　　　　　　Ф２３

Ф

２５Ｈ９　　　扩孔　　　　１.８　　　　　　Ф２４.８＋０.０３

　　　０　

Ф

２５Ｈ９

铰孔　　　　０.２　　　　　　Ф

２５＋０.０５

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０

　　　　Ф２５的孔需要做为其他尺寸的基准，故其精度需要得到保证。

用钻模来保证，由于是大批量生产，参考文献（２），选用可换钻模。

　　　　参考文献（１）表10-66，并参考Z5025钻床说明书，取钻Ф25孔的进给量s=0.21mm/r。

参考文献

（1）表10-93，用插入法求得钻Ф孔的切削速度v=106.1mm/s=6.366m/min,由此算出转速为

n=1000v/лd=1000X43.6/3.14X25=553.6r/min

实际转矩取n=550r/min

v=nлd/1000=550X3.14X25/1000=43.175m/s

查文献

（1）表10-78

Ff=9.81X42.7d0Xf0.8KF=9.81X42.7X25X0.210.8X1=3005N

M=9.81X0.02d02f0.8KM=9.81X0.021X625Xf0.8X1=36.9N

它们均小于最大进给力900N，最大扭距2500N.M

扩Ф25的孔，参考文献

（1）表10-97，取s=0.75mm/r,查表10-98，用插补法求得速度v为56.85

n=1000v/лd=1000X56.85/3.14X25=724r/min

实际取n=720r/min

v=nлd/1000=56.52m/min

铰Ф25的孔，参考文献

（1），s=1.9,v=7.55m/s

n=1000v/лd=1000X7.55/3.14X25=96

实际取n=100r/min

v=nлd/1000=3.14X25X100/1000=7.85m/min

（五）、时间定额计算

计算工序30的时间定额。

1.机动时间参考文献

（1），表11-6，得出钻孔公式为：

tj=l+l1+l2/sn

查表11-6，l1=7.4mm,l2=2,l=54,s=0.21,n=550

tj=l+l1+l2/sn=7.4+2+54/0.21X550=0.55

扩Ф25孔：

T0=l+l1+l2/sn

查表11-8，l1=2，l2=0.61X2=1.22,l=54

T0=l+l1+l2/sn=2+1.22+54/0.21X720=0.11min

铰Ф25孔Te=l+l1+l2/sn

查表11-10，l1=1.1+1=2.1,l2=28,l=54

Te=l+l1+l2/sn=54+2.1+28/1.9X100=0.44

To=0.55+0.11+0.44=1.1min

2.辅助时间。

参考文献（3）表5.2-44确定如下表所示：

辅助时间

（min）

操作内容每次需用时间钻Ф25孔扩Ф25孔铰Ф25孔

主轴变速0.0250.0250.025

变换进给量0.020.02

移动摇臂0.020.060.020.02

升降钻杆0.030.060.030.03

装卸套筒刀具0.040.040.040.04

测量时间0.040.040.040.04

开停车0.02

主轴运转0.02

清除铣屑0.03

各工步的辅助时间为：

钻Ф25孔0.22min、扩Ф25孔0.155min、铰Ф25孔0.155min.

装卸时间参考文献（3）取1.5mm。

所以辅助时间Ta为：

Ta=0.22+0.155+0.155+0.02+0.02+0.03+1.5=2.1min

3.作业时间

TB=Tb+Ta=1.1+2.1=3.3min

4.布置工作地点时间Ts。

查参考文献（3）取ɑ=3%,则：

Ts=TBɑ=3.3X3%=0.099min

5．休息与生理需要时间Tr。

查参考资料（3），取β=3%。

则：

Tr=TBβ=3.3X3%=0.099min

6.准备与终结时间Te。

查参考文献（3）表2.5-44，取各部分时间为：

中等件33min

升降摇臂1min

深度定位0.3min

使用回转夹具10min

试铰刀7min

由题目已知生产批量为10000件，则：

Te/n=（33+1+0.3+10+7）/10000=0.005min

7.单件时间Tp

Tp=Tb+Ta+Ts+Tr=1.1+2.1+0.099+0.099=3.4min

8.单件计算时间Tc

Tc=Tp+Te/n=3.4+0.005=3.405min

（六）、填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡（详见附表）

夹具设计

本次设计的夹具为第60道工序——钻扩铰Ф25孔，孔口倒角1X45°，该夹具适用于Z5025立式钻。

a）确定设计方案

这道工序所加工的孔N面上，并与N面垂直。

按照基准重合原则并考

虑到N面已经经过加工，为避免重复使用粗基准，应以N面定位。

N面定位限制了工件的三个自由度。

在Ф40圆柱的外表面中间用一V形块定位，限制工件的两个自由度，剩余一个自由度应该怎么限制呢？

工件怎么夹紧呢？

有两种方案。

方案一：

在A-A视图上工件的最左面用压板压紧，这样就限制了工件最后一个自由度。

这种方案定位可靠，夹紧比较方便。

方案二：

在A-A视图上工件的最左边用一活动V形块夹紧，这样限制了工件的两个自由度，其中一个自由度被重复限制，但该方案夹紧比较简单。

综合上述分析，选择第一种夹具设计方案。

b）计算夹紧力

参考文献（5）表1-2-11，因夹具的夹紧力与切削力的方向相反，实际

需夹紧力F夹与切削力F之间的关系为F夹=KF

式中K为安全系数。

参考文献（6），当夹紧力与切削力相反时。

取K=3。

由前面的计算可知F=3005N

所以F夹=KF=3X3005=9015N

课程设计心得体会

课程设计是对大学所学知识与能力的综合应用和检测，是每一个合格的大学生的必经过程，也是一个重要的实践性教学环节。

本次课程设计，不仅培养了我们正确的设计思想；也同时让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，以及锻炼了我们综合运用知识能力。

在本次设计过程中，我们大量阅读了各种技术资料及设计手册，认真探讨了机械领域内的各种基本问题。

因此，本次设计不仅加强了对自己所学专业课程的理解和认识，而且也对自己的知识面进行了拓宽。

在学习以上知识的同时也练习了CAD、UG、数控仿真加工、数控机床加工等知识，既完成了课程，又对以往学习的知识进行了完整的复习，可以说是一举多得。

大大提高了我们的专业水平，培养了我们掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养我们掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼我们分析与解决工程实际问题的能力。

给我们树立正确的设计思想和培养我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。

在过几个月我们即将踏入工作岗位，这次实习正好为我们的未来的打下坚实的基础，让我们更好的适应工作环境，同时也锻炼了我们坚韧不拔，迎难而上的精神。

锻炼了我们发现问题，解决问题的能力。

使我们的专业知识和水平更加的完善。

我们要发扬实习期间的能力和精神，成为社会有用的人才就，为自己开创美好的未来。

在我实习过程中，我的设计老师高老师给了我很大的帮助，我了解到了什么叫工艺设计，怎么样去完成一个工件的全部工艺流程，通过查手册，找数据，给设计过程中的所有数据都能有一个详细的标准，这是我的最终学习目的，现在的学习为的就是以后在工作当中的熟练运用，我想在这两周的实习中我的确学到了很多东西，同时也懂得了很多做人的道理

由于本人知识有限，实际经验更加不足，因此我的设计还存在着很多的不足之处，敬请各位老师指正，本人将不胜感激！

参考文献：

[1]金大鹰.机械制图[M].北京:

机械工业出版社

[2]吴拓.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导[M].北京:

机械工业出版社

[3]肖继德,陈宁平.机床夹具设计[M].北京:

机械工业出版社

[4]艾兴,诗纲.切削量简明手册[M].北京:

机械工业出版社

[5]赵宏立.机械加工工艺与装备[M].北京:

人民邮电出版社

[6]陈宏钧.实用机械加工工艺手册第三版[M].北京:

机械工业出版社,2009。