夹具专业课程设计项目说明指导书.doc

目 录

第一章 零件分析 2
第二章 拟定毛坯、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 参照文献 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、课程设计阐明书
设计学生：姚若飞
指引教师：王晨升
设计日期：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一门重要专业课，其任务是通过该课程学习，掌握重要机械制造装备工作原理及其对的使用和选用办法、原则，并具备一定机械制造装备总体设计、传动设计、构造设计等基本知识和重要工艺装备设计能力。而课程设计是机械制造装备设计课程一种重要实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面机械设计训练。通过课程设计实践，综合地运用装备设计课程和其她先修课程理论与实际知识，进一步培养与提高学生分析和解决工程实际问题机械设计能力。其目在于：
　　〔1〕通过课程设计，使学生能综合运用夹具设计课程及其她有关专业课程知识，学会用所学理论知识指引设计实践，树立对的设计思想。
　　〔2〕通过课程设计，培养学生分析和解决工程实际问题能力，使学生掌握机床夹具普通设计办法和环节，提高其走上工作岗位所需专业技能。
　　〔3〕通过课程设计，使学生学习运用原则、规范、手册、图册和查阅关于技术资料等。
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。她们是机床和工件之间连接装置，使工件相对于机床获得对的位置。机床夹具好坏将直接影响工件加工表面位置精度、形状精度和尺寸精度。普通把拟定工件在机床上或夹具中占有对的位置过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等作用而破坏定位，还应当用一定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操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧过程称为装夹。工件装夹与否对的、迅速、以便和可靠，将直接影响工件加工质量、生产效率、制导致本和操作安全。在成批、大量生产中，工件装夹是通过机床夹具来实现。机床夹具在生产中应用十分广泛，夹具按使用范畴分为通用夹具、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她机床夹具等，按夹紧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。依照所加工工件规定，本次使用是钻床浮动夹紧专用夹具。

机床夹具发展前景

夹具最早出当前18世纪后期。随着科学技术不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全工艺装备。
1．床夹具现状
国际生产研究协会登记表白，小批多品种生产工件品种已占工件种类总数85%左右。当代生产规定公司所制造产品品种经常更新换代，以适应市场需求与竞争。然而，普通公司都仍习惯于大量采用老式专用夹具，普通在具备中档生产能力工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产公司中，每隔3~4年就要更新50~80%左右专用夹具，而夹具实际磨损量仅为10~20%左右。数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术应用，对机床夹具提出了如下新规定：
1）能迅速而以便地装备新产品投产，以缩短生产准备周期，减少生产成本；
2）能装夹一组具备相似性特性工件；
3）能合用于精密加工高精度机床夹具；
4）能合用于各种当代化制造技术新型机床夹具；
5）采用以液压站等为动力源高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
6）提高机床夹具原则化限度。
2．当代机床夹具发展方向
当代机床夹具发展方向重要体现为原则化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
（1）原则化 机床夹具原则化与通用化是互相联系两个方面。国内已有夹具零件及部件国标：GB/T2148~T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具原则等。机床夹具原则化，有助于夹具商品化生产，有助于缩短生产准备周期，减少生产总成本。
（2）精密化 随着机械产品精度日益提高，势必相应提高了对夹具精度规定。精密化夹具构造类型诸多，例如用于精密分度多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
（3）高效化 高效化夹具重要用来减少工件加工基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人劳动强度。常用高效化夹具备自动化夹具、高速化夹具和具备夹紧力装置夹具等。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，可保证卡爪在实验转速为9000r/min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、自动线配备相应高效、自动化夹具外，在数控机床上，特别在加工中心上浮现了各种自动装夹工件夹具以及自动更换夹具装置，充分发挥了数控机床效率。
（4）柔性化 机床夹具柔性化与机床柔性化相似，它是指机床夹具通过调节、组合等方式，以适应工艺可变因素能力。工艺可变因素重要有：工序特性、生产批量、工件形状和尺寸等。具备柔性化特性新型夹具种类重要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应当代机械工业多品种、中小批量生产需要，扩大夹具柔性化限度，变化专用夹具不可拆构造为可拆构造，发展可调夹具构造，将是当前夹具发展重要方向。
机床夹具设计
机床夹具概念
1．机床夹具概念
在机床制造厂生产过程中用来安装工件使之固定在对的位置上,完毕切削加工、检查、装配、焊接等工作,所使用工艺装备称为夹具。
2．工件安装
在机床上加工工件时,为了保证工件被加工表面尺寸,几何形状及互相位置精度方面规定,事先必要将工件对的地安装到机床加工位置上去．工件安装普通涉及定位和夹紧两个过程：即一方面应使工件相对于机床及刀具占有一种对的位置，这就是工件定位，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变化，这就是工件夹紧。工件安装普通有两种方式：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．机床夹具功用
（1）保证产品加工精度，稳定产品质量；
（2）提高生产率，减少加工成本；
（3）改进工人劳动条件；
（4）扩大机床工艺范畴。
4．机床夹具构成
机床夹具因被加工工件加工表面不同或使用机床种类不同而有各种不同构造形式，但就机床夹具详细构造而言，大体可分为如下几种某些：定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、其他装置和元件、夹详细。
5. 夹具设计基本规定
（1）稳定地保证工件加工技术规定；
（2）提高机械加工劳动生产率，减少工件成本；
（3）构造简朴，便于制造和维修；
（4）操作安全、以便。
专用夹具基本规定和设计环节
1.夹具基本规定
对机床夹具基本规定归纳为四个方面：
1）定地保证工件加工精度；
2）提高机械加工劳动生产率和减少工件懂得成本；
3）构造简朴，操作以便，省力和安全，便于排屑；
4）具备良好构造工艺性，便于夹具制造、装配、检查、调节与维修。
在设计过程中，一方面必要保证工件加工规定，同步应依照详细状况综合解决好加工质量、生产率、劳动条件和经济性等方面关系。在大批量生产中，为提高生产率应采用先进构造和机械传动装置。在小批生产中，则夹具构造要尽量简朴以减少夹具制导致本。工件加工精度很高时，则应着重考虑保证加工精度。
专用夹具合用于产品相对稳定批量生产中。在小批量生产中，由于每个品种零件数较少，因此设计制造专用夹具经济效益很差。因而，在多品种小批量生产中往往设计和使用可调节夹具、组合夹具及其她易于更换产品品种夹具构造。
2.夹具设计环节
专用夹具设计重要环节为：
收集并分析原始资料，明确设计任务设计夹具时必要原始资料为工件关于技术文献、本工序所用机床技术特性、夹具零部件原则及夹具构造图册等。
一方面依照设计任务书，分析研究工件工作图、毛坯图、关于部件装配图、工艺规程等，明确工件构造、材料、年产量及其在部件中作用，进一步理解本工序加工技术规定、先后工序联系、毛坯（或半成品）种类、加工余量和切削用量等。
为使夹具设计符合本厂实际状况，还要熟悉本工序所用设备、辅助工具中与设计夹具备关技术性能和规格、安装夹具部位基本尺寸、所用刀具备关参数、本厂工具车间技术水平及库存材料状况等等。在设计中应充分运用各方面成功经验，参照生产中行之有效典型构造和先进夹具，熟悉夹具零部件原则，以使所设计夹具具备实用性和先进性。
（1） 拟订夹具构造方案，绘制构造草图
在此阶段重要应解决问题大体顺序是：遵循六点定位规则拟定工件定位方式，并设计相应定位元件；拟定刀具导引方案，设计对刀、导引装置；研究拟定工件夹紧部位和夹紧办法，并设计可靠夹紧装置；拟定其他元件或装置构造形式，如定向键、分度装置等；考虑各种装置和元件布局，拟定夹详细和夹具总体构造。
（2） 绘制夹具总图
在可以清晰表达夹具工作原理、整体构造和各种装置、元件间互相位置关系前提下，应使总图中视图数尽量少。还应尽量选取面对操作者方向为主视图。绘制夹具总图顺序是：
① 用双点划线或红色铅笔绘出工件轮廓外形和重要表面（定位面、夹紧面、待加工面），并用网线表达出加工余量。
② 视工件轮廓为透明体，按工件形状和位置依次绘出定位、对刀导引、夹紧元件及其她元件或装置。最后绘出夹详细，形成一种夹具整体。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 标注关于尺寸和夹具技术条件。
④ 绘制夹具零件图
夹具总图中非原则件都要绘制零件图。设计人员应注意夹具制造、装配和合用中浮现问题，及时加以改进，直至夹具能投入生产使用为止。

一、零件分析

（一） 零件作用
连杆是柴油机重要零件之一。连杆体与连杆盖通过螺栓连接成为一种整体，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气体。
（二） 零件工艺分析
由图可知，其材料为HT200。该材料具备较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，合用于承受较大应力、规定耐零件。
该零件上重要加工面N面、R面、Q面、P面、Ф25孔、2-Ф8孔和1Ф0孔。
所要加工面粗糙度是6.3和3.2 ，而孔规定比较高粗糙度规定为1.6和3.2。Ф8和Ф25中心距840.2,25孔轴线是要做为基准，故其精度规定较高。
参照文献（1）中关于面和孔加工经济精度及机床所能达到位置精度可知，上述技术规定是可以达到，零件构造工艺性也是可行。

二、 拟定毛坯、画毛坯——零件图

依照零件材料拟定毛坯为铸件。又由题目已知零件生产大纲为10000件/年。通过计算，该零件质量约为7kg 。查参照文献（2）表8.2可知，其生产类型为大批生产。毛坯锻造办法选用砂型机器造型。由于所有孔径都不大于30mm,故在锻造时这些孔都不用锻造出来。此外，为消除参加应力，锻造后应安排人工时效。
铸件分型面为B中心线（在毛坯图上表达出）浇口为于零件侧面。

查参照文献（1），用查表法拟定个表面总余量如下表所示：

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

查参照文献（2）表2.3-9可得铸件重要尺寸公差，如下表所示：

重要毛坯尺寸及公差

重要面尺寸
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）、定位基准选取
连杆N面既是装配基准又是设计基准，用它作为基准，符合“基准重叠”原则，别的各加工工序也能选用其定位，符合“基准统一”原则。此外，N面面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简朴、可靠。
粗基准选取：考虑到下面几点：1.在保证各加工面有加工余量前提下，使重要孔加工余量尽量均匀；2.保证定位精确、夹紧可靠。
我所加工Ф２５孔夹紧方案有两种：
方案一：以Ｒ面定位，限制三个自由度；在Ф４０圆柱外圆中间以Ｖ形块定位，限制两个自由度；在Ａ－Ａ视图最左边用压板加快，限制一种自由度。
方案二：以Ｒ面定位，限制了三个自由度；在Ф４０圆柱外圆中间以Ｖ形块定位，限制两个自由度；在Ａ－Ａ视图最左边用一种活动Ｖ行块夹紧，限制两个自由度，其中一种自由度重复限制。
（二）、　制定工艺路线
　　　依照各表面加工规定和各种加工办法所能达到经济精度，拟定各表面加工办法如下：Ｎ面和Ｒ面：粗铣——精铣；Ｑ面和Ｐ面：粗铣——精铣；Ф２５孔：钻——扩——铰；Ф８和Ф１０孔：钻——扩——铰。
　　　依照先面后孔、先主后次和先粗后精原则，先加工Ｎ面、Ｒ面、Ｑ面和Ｐ面，后加工Ф２５和Ф８及Ф１０孔，并在加工过程中把粗加工放在前面，把精加工放在背面。
拟订加工工艺路线如下：
工序号　　　 工序内容
10. 锻造
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）
0 0
100. 检查

(三)、　选取加工设备及刀、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，辅以少量专用机床流水生产线。工件在各机床上装卸及各机床间传送均由人工完毕。
　　　粗精铣Ｎ面。采用立铣，选用X62W。选取直齿三面刃铣刀，游标卡尺。
　　　粗精铣Ｒ面。采用立铣，选用X62W。选取直齿三面刃铣刀，游标卡尺。
　　　　钻Ф２３孔。采用立式钻床，选用Ｚ3０２５。选取￠２４锥柄扩孔钻，三爪内千分尺。
　　　　扩Ф２４孔。选取￠24锥柄扩孔钻，三爪内千分尺。
　　　　铰￠２５孔。选取锥柄机用铰刀，三爪内千分尺。
　(四)、　加工工序设计
　　　　工序6０钻扩铰Ф２５Ｈ９孔工序
　　　　各工步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　　　加工办法　　　余量　　　　　　工序尺寸及公差
Ф２５Ｈ９　　　钻孔　　　　０　　　　　　　　Ф２３
Ф２５Ｈ９　　　扩孔　　　　１.８　　　　　　Ф２４.８＋０.０３
　　　０　
Ф２５Ｈ９ 铰孔　　　　０.２　　　　　　Ф２５＋０.０５
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０

　　　　Ф２５孔需要做为其她尺寸基准，故其精度需要得到保证。用钻模来保证，由于是大批量生产，参照文献（２），选用可换钻模。
　　　　参照文献（１）表10-66，并参照Z5025钻床阐明书，取钻Ф25孔进给量s=0.21mm/r。
参照文献（1）表10-93，用插入法求得钻Ф孔切削速度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
它们均不大于最大进给力900N，最大扭距2500N.M
扩Ф25孔，参照文献（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孔，参照文献（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时间定额。
1. 机动时间参照文献（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。参照文献（3）表5.2-44拟定如下表所示：

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 0.025 0.025 0.025
变换进给量 0.02 0.02
移动摇臂 0.02 0.06 0.02 0.02
升降钻杆 0.03 0.06 0.03 0.03
装卸套筒刀具 0.04 0.04 0.04 0.04
测量时间 0.04 0.04 0.04 0.04
开停车 0.02
主轴运转 0.02
清除铣屑 0.03

各工步辅助时间为：钻Ф25孔0.22min 、扩Ф25孔0.155min、铰Ф25孔0.155min.
装卸时间参照文献（3）取1.5mm。
因此辅助时间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。查参照文献（3）取ɑ=3%,则：
Ts=TBɑ=3.3X3%=0.099min
5．休息与生理需要时间Tr。查参照资料（3），取β=3%。则：
Tr=TBβ=3.3X3%=0.099min
6. 准备与终结时间Te。查参照文献（3）表2.5-44，取各某些时间为：
中档件 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

本次设计夹具为第60道工序——钻扩铰Ф25孔，孔口倒角1X45°，该夹具合用于Z5025立式钻。
a) 拟定设计方案
这道工序所加工孔N面上，并与N面垂直。按照基准重叠原则并考
虑到N面已经通过加工，为避免重复使用粗基准，应以N面定位。N面定位限制了工件三个自由度。在Ф40圆柱外表面中间用一V形块定位，限制工件两个自由度，剩余一种自由度应当怎么限制呢？工件怎么夹紧呢？有两种方案。
方案一：在A-A视图上工件最左面用压板压紧，这样就限制了工件最后一种自由度。这种方案定位可靠，夹紧比较以便。
方案二：在A-A视图上工件最左边用一活动V形块夹紧，这样限制了工件两个自由度，其中一种自由度被重复限制，但该方案夹紧比较简朴。
综合上述分析，选取第一种夹具设计方案。

b) 计算夹紧力
参照文献（5）表1-2-11，因夹具夹紧力与切削力方向相反，实际
需夹紧力F夹与切削力F之间关系为F夹=KF
式中K为安全系数。参照文献（6），当夹紧力与切削力相反时。取K=3。
由前面计算可知F=3005N
因此 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综合应用和检测，是每一种合格大学生必通过程，也是一种重要实践性教学环节。本次课程设计，不但培养了咱们对的设计思想；也同步让咱们掌握了工程设计普通程序和办法，以及锻炼了咱们综合运用知识能力。在本次设计过程中，咱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各种基本问题。因而，本次设计不但加强了对自己所学专业课程理解和结识，并且也对自己知识面进行了拓宽。在学习以上知识同步也练习了CAD、UG、数控仿真加工、数控机床加工等知识，既完毕了课程，又对以往学习知识进行了完整复习，可以说是一举多得。大大提高了咱们专业水平，培养了咱们掌握关于工程设计程序、办法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文献能力；培养咱们掌握实验、测试等科学研究基本办法；锻炼咱们分析与解决工程实际问题能力。给咱们树立对的设计思想和培养咱们严肃认真科学态度和严谨求实工作作风。
在过几种月咱们即将踏入工作岗位，这次实习正好为咱们将来打下坚实基本，让咱们更好适应工作环境，同步也锻炼了咱们坚韧不拔，迎难而上精神。锻炼了咱们发现问题，解决问题能力。使咱们专业知识和水平更加完善。 咱们要发扬实习期间能力和精神，成为社会有用人才就，为自己开创美好将来。
在我实习过程中，我设计教师高教师给了我很大协助，我理解到了什么叫工艺设计，怎么样去完毕一种工件所有工艺流程，通过查手册，找数据，给设计过程中所有数据都能有一种详细原则，这是我最后学习目，当前学习为就是后来在工作当中纯熟运用，我想在这两周实习中我确学到了诸多东西，同步也懂得了诸多做人道理
由于本人知识有限，实际经验更加局限性，因而我设计还存在着诸多局限性之处，敬请各位教师指正，本人将不胜感激！

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[8]王娜军.金属切削刀具课程设计指引书［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社..2
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结束语
机械制造技术课程设计是在咱们学完了机械制造技术（含机床夹具设计）和大某些专业课，并进行了工艺实习基本上进行一种教学环节。这次设计使我门能综合地运用机械制造技术中基本理论，并结合实际生产实习中学到实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一种中档复杂限度零件（连杆体）工艺规程能力和运用夹具设计基本原理和办法，拟订夹具设计方案，完毕夹具构造设计能力，也是熟悉和运用关于手册和图表等技术资料及编写技术文献等基本技能一次时间机会，为此后毕业设计及将来从事工作下良好基本。做本次课程设计使我获益匪浅，通过本次课程设计，我进一步掌握了机械方面知识。在做本次课程设计过程中我遇到了诸多难处，是陈兴和教师给了我很大协助，感谢陈教师指引。
由于能力有限，经验局限性，设计中尚有许多局限性之出，但愿教师多加指教。