专用夹具设计机械设计课程设计.docx

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专用夹具设计机械设计课程设计

前言

机械制造装备设计课程设计是机械设计中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。

其目的在于：

〔1〕培养学生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和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的机械设计能力，通过课程设计训练可以巩固、加深有关机械课程方面的理论知识。

〔2〕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。

〔3〕使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。

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。

他们时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。

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。

1专用夹具设计………………………………………………......……................6

1.1设计前的准备工作……………………………………………......….......6

1.1.1.明确工件的年生产纲领……………………………………......….6

1.1.2.熟悉工件零件图和工序图…………………………......………….6

1.1.3.加工方法…………………………………………………......…….7

1.2．总体方案的确定……………………………………………......…….....7

1.2.1.定位方案………………………………………………......……….7

1.2.2选择夹紧机构……………………………………………......…..…7

1.2.3选择导向装置…………………………………………........………9

1.2.4.夹具体………………………………………………….........……10

1.3.绘制夹具装配图……………………………………………..…..........12

1.3.1.制图比例………………………………………………..…………12

1.3.2.定位、夹紧、导向，夹具体…………………………..…………12

2夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件…………………………................14

2.1夹具装配图上标注的尺寸…………………………………..…….........14

2.2.夹具装配图上应标注的技术条件……………………………..…........14

3夹具零件图上应标注的尺寸和技术条件…………………………................15

3.1夹具零件图上标注的尺寸……………………………………..….........15

3.2夹具零件图上应标注的技术条件………………………..……….........15

4方案设计论证………………………………………………………..…..........16

4.1设计方法与结果………………………………………………….….........16

5感想………………………………………………………………….…...........17

6致谢…………………………………………………………………...….........18

7参考文献……………………………………………………………....…........19

1专用夹具设计

1.1设计前的准备工作

设计前的准备工作包括编制工件加工工艺规程，提出相应的夹具设计任务书，对定位基准、加紧方案及其有关要求做出说明。

1.1.1明确工件的年生产纲领

它是夹具总体方案确定的依据之一，它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。

如大批量生产时，一般选择机动、多工件，自动化程度高的方案，结构也随之复杂，成本也提高较多。

1.1.2熟悉工件零件图和工序图

零件图给出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图则给出了夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案，这是夹具设计的直接依据。

已知待加工工件如下图1-1所示，Φ18H7孔及其它表面均加工成，以底面、Φ18H7孔及左侧面为定位基准钻一个Φ15H7的通孔。

图1—1工件零件图：

二轴支架

1.1.3加工方法

了解工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数。

这些都是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。

根据零件图及其加工要求可知，本道工序的内容是钻一个Φ15H7的通孔。

1.2.总体方案的确定

1.2.1定位方案

工序图只是给出了原理方案，此时应仔细分析本工序的工序内容及加工

度要求，按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件，要拟定几种具体方案进行比较，选择或组合最佳方案。

根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。

在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。

根据本次夹具设计的零件，本次设计的定位方案为心轴定位和支撑板定位组合定位，在工件的底面用支撑板做定位，定位心轴如下图1—2所示。

图1—2位定心轴

1.2.2选择夹紧机构

（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。

（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。

（3）选择夹紧机构：

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，以防止意外伤害夹具操作人员。

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。

选用如图1—2所示带螺纹的心轴、蝶形螺母、开口垫圈来夹紧工件。

确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，要选择和设计动力源。

夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。

方案一使用定位心轴和蝶形螺母夹紧机构

方案二使用紧定螺钉夹紧机构

因定位方案选择的是心轴定位且快速螺旋夹紧机构装卸工件较方便、快速，所以采用方案一

图1—3定位及夹紧示意图

1.2.3选择导向装置

刀具的导向是保证孔的位置精度，增加钻头的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度，使用钻床钻孔时，钻头的导向可采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套等四种。

固定钻套是直接压入钻模板或夹具体得孔中，属过盈配合。

这种钻套位置精度高，结构简单，但磨损后不易更换，故适用于中小批生产中只钻一次的孔。

可换钻套是先把衬套用过盈配合H7/n6或H7/r6固定在钻模板或夹具体上，再采用间隙配合H6/g5或H7/g6将可换钻套装入衬套中，并用螺钉压住钻套。

这种钻套更方便，适用于中批以上生产，对于在一道工序内需要加工的孔，应采用快换钻套。

为了符合本设计所选的定位及加紧元件及设计空间的要求，所以选用带肩的固定钻套。

图1-4固定钻套图1—5可换钻套

所以，选用的钻套如下图1-6所示：

图1—6固定钻套

1.2.4.夹具体

用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。

具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。

夹具体零件图如下图1—7所示：

图1—7夹具体零件图

1.3.绘制夹具装配图

1.3.1.制图比例1：

1

把工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工表面，无关表面可以省略。

总装配图应按国家标准尽可能1：

1地绘制，这样图样有良好的直观性。

主视图应按操作实际位置布置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结构。

1.3.2.定位、夹紧、导向，夹具体

画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，画出夹具体，其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。

对零件编号，填写标题栏和零件明细表。

其中还要在定位，导向完成后进行定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构的强度、刚度验算。

装配图如图1-8所示：

图1—8夹具装配图

2夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件

2.1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215×80×130。

（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）夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。

（4）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。

2.2夹具装配图上应标注技术条件。

（1）定位元件的定位面间相互位置精度。

（2）定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。

（3）定位表面与导向元件间的位置精度。

（4）导向元件工作面间的位置精度。

（5）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。

每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。

在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。

完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。

完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。

注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。

上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差的1/5-1/2，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=（1/5-1/2）×0.2=0.04-0.1

我选的精度为0.05mm。

在本设计装配图中，要保证以下形位公差：

1、保证要钻孔Φ18中心线线对垫铁所确定的底面A的平行度为0.02

2、保证侧当面与底面A的垂直度为0.01

3、钻套中心线对底面A的垂直度度为0.01

4、整体喷白漆

5、钳工清洗毛面

3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。

3.1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）对于可在装配后用组合加工来保证的尺寸，应在其尺寸数值后注晨“按总图”字样，如，钻套之间、定位销之间的尺寸等。

（5）要注意选择设计基准和工艺基准。

（6）某些要求不高的形位公差由加工方法自行保证，可省略不注。

（7）为便于加工，尺寸应尽量按加工顺序标注，以免进行尺寸换算。

3.2夹具零件图上应标注技术条件

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，重要安装面用1.6，其他用6.3；在形位公差方面，心轴中心线和夹具体上表面与夹具体安装底面平行度为0.02mm，侧挡板、钻套中心线与夹具体安装底面垂直度为0.01mm。

4方案设计论证

（1）首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用立式钻床加工比较合理。

（2）然后工件主要定位部分为二轴支架的底面和Φ18孔，这样我设想用直径18的中心孔配心轴、支撑板、挡板组合定位，在工件的底面用支撑板做定位，其中心轴限制2个自由度、一个挡板限制1个自由度、支撑板限制3个自由度，由于工件与心轴间是间隙配合，如果工件定位面的尺寸、形状和位置精度高，表面粗糙度值小，而夹具的定位元件的制造精度高，则这是不但不会影响定位，而且还会提高加工时工件的刚度，这种情况下过定位是允许的。

（3）最后将挡销固定在上，定位板、心轴固定在夹具体上，然后用蝶形螺母加紧工件，力的方向应该垂直与孔Φ18的轴线方向，作用在侧挡板。

4.1设计方法与结果

（1）首先对工件的加工要进行分析，已知工件为二轴支架，要在竖直圆柱中心加工一个Φ15H7的孔，根据工件的形状和加工要求，我认为采用摇臂钻床比较合理。

（2）然后，只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在水平方向上进行夹紧，可以利用蝶形螺母，进行夹紧，因为定位方案选择的是心轴定位，所以蝶形螺母夹紧机构合适于本方案。

（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位合理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。

5感想

这次的夹具课程设计已经做完了，我们学到了很多知识。

通过这次课程设计实训，我对机械装备课程有了更进一步的了解。

机械制造装备设计是一门重要的专业课，在这次的课程设计中，我们学习到了不少的知识，包括机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，以及工件的定位和夹紧机构。

装备在现在工业中有着重要的作用，虽然我们掌握了一定这方面的知识，但是我们现在对机械设计只不过时一个初步的了解，这门课程还有更多的知识等着我们去学习。

在这短暂的课程设计里，我能够学会一些机械设计的基本的理论，同时也能帮助我们对机械装备这门课程产生一定的兴趣。

通过这次课程设计，我能够熟练运用CAD绘图软件，并且在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多不足之处，在设计和计算过程中也出现了各种各样的错误，在老师和同学的帮助下也都尽量改正了，虽然还存在或多或少的问题，这也是我今后努力的方向，我会继续努力学习，来丰富自己的知识。

6致谢

在张老师和同学的共同努力下，我们在规定时间内完成了本次的夹具课程设计。

由于这是我们是第一次进行此类的课程设计，所以花费的时间有点长。

在课程设计的过程中我们遇到了许多困难，但是在张老师的悉心指导和其他同学的帮助下，每位同学们都做得十分的努力。

通过这次课程设计，我们把所学的知识运用到实际中来了，这对我们加深对课本知识的理解很有好处。

我们也学会了对于不同的工件设计不同的夹具方案和对于夹具的各种标准件如何查标准件手册、如何使用它们。

我们设计的方案和图纸，张老师都一一认真负责的的修改，我们才能完成本次的课程设计，谢谢张老师的辛勤工作。

谢谢！

7参考文献

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机械工业出版社，2006

[5]陈于萍,周兆元.互换性与测量技术基础（第二版）.北京：

机械工业出版

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[7]戴曙.金属切削机床.北京：

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