机械制造技术基础课程设计指导书样本.doc

“机械制造技术基础”课程设计指导书
1.设计目的
机械制造技术基础课程设计是综合运用“机械制造技术基础”及有关课程内容，分析和解决实际工程问题的一个重要实践教学环节。通过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。机械制造技术基础课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。
2.设计的题目和内容
机械制造技术基础课程设计的题目一般定为：制定某一零件成批或大批生产加工工艺规程及夹具设计，也可针对一组零件进行成组工艺和成组夹具设计。
2.1设计应完毕的内容：
1）制定指定零件（或零件组）的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；
2）对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；
3）拟定毛坯制造方法及重要表面的总余量；
4）拟定重要工序的工序尺寸、公差和技术规定；
5）对重要工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量；
6）设计某一工序的夹具，绘制夹具装配图和重要零件图；
7）编写设计说明书。
2.2课程设计实例
实例一
实例二
3.制定工艺规程环节和方法
1．分析设计对象
阅读零件图，了解其结构特点、技术规定及其在所装配部件中的作用（如有装配图，可参阅）。分析时着重抓住重要加工面的尺寸、形状精度、表面粗糙度以及重要表面的互相位置精度规定，做到心中有数。
2．拟定毛坯制造方法及总余量，画毛坯图
拟定毛坯种类和制造方法时应考虑与规定的生产类型（批量）相适应。相应锻件，应合理拟定其分模面的位置，相应铸件应合理拟定其分型面及浇冒口的位置，以便在粗基准选择及拟定定位和夹紧点时有所依据。
查手册或访问数据库，拟定重要表面的总余量、毛坯的尺寸和公差。如若对查表值或数据库所给数据进行修正，需说明修正的理由。
绘制毛坯图。毛坯轮廓用粗实线绘制，零件实体用双点画线绘制，比例尽量取1：1。毛坯图上应标出毛坯尺寸、公差、技术规定，以及毛坯制造的分模面、圆角半径和拔模斜度等。
3．制定零件工艺规程
零件的结构、技术特点和生产批量将直接影响到所制定的工艺规程的具体内容和具体限度，这在制定工艺路线的各项内容时必须随时考虑到。
（1）表面加工方法的选择
针对重要表面的精度和粗糙度规定，由精到粗地拟定各表面的加工方法。可查阅工艺手册中典型表面的典型加工方案和各种加工方法所能达成的经济加工精度，选择与生产批量相适应的加工方案和加工方法，对其它加工表面也作类似解决。
（2）定位基准的选择
根据定位基准的选择原则，并综合考虑零件的特性及加工方法，选择零件表面最终加工所用精基准和中间工序所用的精基准以及最初工序的粗基准。
（3）拟定零件加工工艺路线
根据零件加工顺序安排的一般原则及零件的特性，拟定零件加工工艺路线。在各种工艺资料中介绍的各种典型零件在不同产量下的工艺路线（其中已经涉及了工艺顺序、工序集中与分散和加工阶段的划分等内容），以及在生产实习和工厂参观时所了解到的现场工艺方案，皆可供设计时参考。
对热解决工序、中间检查、清洗、终检等辅助工序，以及一些次要工序（或工步）如去毛刺、倒角等，应注旨在工艺方案中安排适当的位置，防止漏掉。
（4）选择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具
机床及刀、夹、量、辅具类型的选择应与设计零件的生产类型、零件的材料、零件的外形尺寸和加工表面尺寸、零件的结构特点、该工序的加工质量规定以及生产率和经济性等相适应，并应充足考虑工厂的现有生产条件，尽量采用标准设备和工具。机床及工艺装备的选择可参阅有关的工艺、机床和刀、夹、量、辅具手册，也可访问数据库。
（5）工艺方案和内容的论证
根据设计零件的不同的特点，可有选择地进行以下几方面的工艺论证：
1）对比较复杂的零件，可考虑两个甚至更多的工艺方案进行分析比较，择优而定，并在说明书中论证其合理性。
2）当设计零件的重要技术规定是通过两个甚至更多的工序综合加以保证时，应用工艺尺寸链方法加以分析计算，从而有根据地拟定有关工序的工序尺寸公差和工序技术规定。
3）对于影响零件重要技术规定且误差因素较复杂的重要工序，需要分析论证如何保证该工序技术规定，从而明确提出对定位精度、夹具设计精度、工艺调整精度、机床和加工方法精度甚至刀具精度（若有影响）等方面的规定。
4）其它的在设计中需要应加以论证分析的内容。
（6）填写工艺过程卡片
工艺过程卡片的格式可参考图S0-1。该工艺过程卡片的格式较工厂所用的工艺过程卡片（事实上各行各业甚至各工厂其卡片格式也不尽相同）有所简化，更适于学习阶段使用。机械加工以前的工序如铸造、人工时效等在工艺工程卡片中要有所记载，但不编工序号，工艺过程卡片在课程设计中只填写本次课程设计所涉及到的内容。

（7）机械加工工序设计
对于重要的加工工序，规定进行工序设计，其重要内容涉及：
1）划分工步 根据工序内容及加工顺序安排的一般原则，合理划分工步。
2）拟定加工余量 用查表法拟定各重要加工面的工序（工步）余量。因毛坯总余量已由毛坯（图）在设计阶段定出，故粗加工工序（工步）余量应由总余量减去精加工、半精加工余量之和而得出。若某一表面仅需一次粗加工即成活，则该表面的粗加工余量就等于已拟定出的毛坯总余量。
3）拟定工序尺寸及公差 对简朴加工的情况，工序尺寸可由后续加工的工序尺寸加上名义工序余量简朴求得，工序公差可用查表法按加工经济精度拟定。对加工时有基准转换的较复杂的情况，需用工艺尺寸链来求算工序尺寸及公差。
4）选择切削用量 切削用量可用查表法或访问数据库方法初步拟定，再参照所用机床的实际转速、走刀量档数最后拟定。
（8）填写重要工序的工序卡并画出工序简图
课程设计用简化的工序卡片格式见图S0-2。在工序卡上规定绘制出工序简图。

工序简图按照缩小的比例画出，不一定很严格。如零件复杂不能在工序卡片中表达时，可用另页单独绘出。工序简图尽量选用一个视图，图中工件是处在加工位置、夹紧状态，用细实线画出工件的重要特性轮廓。本工序的加工面用粗实线画出。为使工序简图能用最少视图表达，对定位夹紧表面以规定的符号来表达，见表S0-3。最后还要具体标明本工序的加工质量规定，涉及工序尺寸和公差、表面粗糙度以及工序技术规定等。

对多刀、多工位加工，还应附有刀具调整示意图。
4.夹具设计
夹具设计可按下述三个环节进行：
1. 经济性分析
对某一工序而言，是否使用夹具？使用何种类型的夹具（通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具等）？以及在拟定使用专用夹具的情况下设计什么档次的夹具？这些问题在设计夹具前，必须从经济的观点加以考虑，即要进行经济性分析和论证。
迄今为止，夹具经济性的分析研究还不够完善，设计者经常需要根据自己的经验来进行决策。下面介绍的方法可供设计者在决策时参考。
使用夹具加工时，工序成本可按下式计算：
(S-1)
式中E0F -- 使用夹具加工时的工序成本（元）；
CLF -- 使用夹具加工时的每小时劳动力费用（元/小时）；
CM -- 涉及管理费用在内的机床机时费用（元/小时）；
tsF -- 使用夹具加工时的单件工时（小时）；
n -- 夹具使用年限（年）；
i -- 投资利息或润利率数值（1/年）；
Qa -- 使用夹具加工的零件总数；
CF --夹具成本，涉及夹具设计费用、材料费用、加工费用、调整与装配费用、维护与保管费用等（元）。
不使用夹具加工时，工序成本可按下式计算：
（S-2）
式中E0 -- 不使用夹具加工时的工序成本（元）；
CL -- 不使用夹具加工时的每小时劳动力费用（元/小时）；
ts-- 不使用夹具加工时的单件工时（小时）。
若E0F ≤ E0 ，则应使用夹具。
同理，也可以拟定夹具的复杂限度和自动化水平。
2. 夹具总体方案的构思和设计，绘制方案图（结构略图）
1）根据零件加工工艺所给的定位基准和六点定位原理，拟定工件的定位方法并选择相应的定位元件，定位方案和定位元件的选择要可以保证工件的位置精度。
2）拟定刀具引导方式，并设计引导装置或对刀装置。
3）拟定工件的夹紧方法，并设计夹紧机构，注意夹紧力作用点、方向和夹紧力动力源的选择及多点夹紧机构的联动性等。
4）拟定其它元件或装置的结构形式。
5）考虑各种元件和装置的布局，拟定夹具体的总体结构，并绘制方案图（结构略图）。
在考虑总体结构方案时，应多看些夹具图册并可去工厂调研。为使方案选择合理，应提出两个或两个以上方案进行分析比较。
3. 将拟定的方案绘制成结构草图
夹具草图规定可以清楚表达夹具工作原理、基本结构以及各种元件和装置的互相位置关系。对夹具的重要部分，如定位元件的结构形式、夹紧装置的类型和结构、导向元件等最佳具体画出，便于检查其实现的也许性。对一些标准件如定位销、螺栓、螺母等则可不必具体画出而只用位置中心线表达。对某些结构要素如圆角、倒角等在草图阶段不必画出。
拟定夹具和机床的联接方式，为此需要查阅机床手册、工艺设计手册或访问数据库。
在绘制夹具草图阶段，应同时对夹具的精度、夹紧力进行必要的分析计算。
4. 绘制夹具总装配图
在草图的基础上，进行加工和细化，即可生成正式夹具装配图。
绘制夹具总图时应注意以下几点：
1）严格按照1:1的比例画。
2）被加工零件视为透明体（不遮挡夹具），用双点划线画出其轮廓，并应画出定位面、夹紧面和加工面，加工面用粗实线画出。
3）夹紧元件及夹紧机构应按夹紧状态画出，必要时可用双点划线画出夹紧元件的松开位置。油缸、气缸均应标出工作行程，用双点划线表达出放松的位置。
4）注意视图的配置与安排，主视图应面对工人操作的位置。
5）夹具设计的结构工艺性，重要是夹具零件的结构工艺性, 与一般机械零件的结构工艺性相同，一方面要尽量选用标准件和通用件，以减少设计和制造费用；另一方面要考虑加工的工艺性及经济性。
夹具结构工艺性还应考虑夹具的装配方法与检查法方法。夹具一般属于单件生产，多采用调整法和修配法进行装配，设计时应充足注意。
6）夹紧总图应注明的尺寸涉及：夹具外形轮廓尺寸；移动件的极限位置尺寸；与夹具定位元件、导向元件及夹具安装基准面有关的配合尺寸、位置尺寸及公差；夹具定位元件与工件的配合尺寸；夹具导向元件与刀具的配合尺寸；夹具与机床的联接尺寸及配合；关键部位的配合尺寸公差及装配技术规定；其它重要配合尺寸。
7）夹具上有关尺寸公差和形位公差取工件上相应公差的1/5～1/2, 通常取1/3。当生产批量较大时，考虑夹具的磨损，应取较小值；当工件自身精度较高，为使夹具制造不十分困难，可取较大值。当工件上相应的公差为自由公差时，夹具上有关尺寸公差常取±0.1mm或±0.05mm，角度公差（涉及位置公差）常取±10′或±5′。拟定夹具公差带时，应保证夹具上有关尺寸的公差带刚好落在工件上相应尺寸公差带的中间。
8）夹具总图上标注的技术规定通常有以下几方面：定位元件与定位元件定位表面之间的互相位置精度规定；定位元件的定位表面与夹具安装面之间的互相位置精度规定；定位元件的定位表面与引导元件工作表面之间的互相位置精度规定；引导元件与引导元件工作表面之间的互相位置精度规定；定位元件的定位表面或引导元件的工作表面对夹具找正基准面的位置精度规定；与保证夹具装配精度有关的或与检查方法有关的特殊的技术规定。表S0-4列出了几种常见的夹具技术规定，可供参考

9）在装配图上应有：标题栏、件号、技术规定、剖视图。自制件要编号，自制件的件数、材料均须在明细表中列出。标准件可不编号，其规格、件数可在夹具图上直接标出。

5.编写说明书
设计说明书的重要内容应涉及：
1. 工艺规程设计
涉及零件图的分析、毛坯制造方法的选择、基准的选择、加工方法的选择、加工顺序的拟定、工艺路线的制订、余量与工序尺寸的拟定、切削用量的选择等。其中制定工艺路线部分要具体编写，涉及工艺论证内容。
2. 夹具设计
夹具设计说明涉及夹具的用途、工作原理、结构方案的选择和分析、定位误差和夹紧力的计算、精度分析、夹具的使用说明、本夹具的优缺陷等。
写说明书规定重点突出，文字简练，笔迹端正，说理清楚。尽量用示意图或计算数据来说明问题，不追求过多的文字叙述。
说明书的编写工作，应从设计的开始之日起，逐日将设计的重要内容及分析计算等记入笔记本中。每到一阶段，即可按规定逐段整理成文，设计结束前再进行整理补充。
说明书统一用A4纸书写，四周留出边框用于装订。本指导书所附说明书封皮及任务书用于首页，接下去编排目录（应有页号），说明书正文是主体，并将工艺过程卡及工序卡按恰当位置附入，后记部分可写收获、体会以及意见或建议，最后列出自己设计中所用到的重要参考资料名称。
“机械制造技术基础”课程设计实例一
设计题目
设计"中间轴齿轮"零件（图S0-1）机械加工工艺规程及某一重要工序的夹具。年产5000件。

课程设计说明书（实例一）
1. 零件图分析
1.1 零件的功用
本零件为拖拉机变速箱中倒速中间轴齿轮，其功用是传递动力和改变输出轴运动方向。
1.2 零件工艺分析
本零件为回转体零件，其最重要加工面是φ62H7孔和齿面，且两者有较高的同轴度规定，是加工工艺需要重点考虑的问题。另一方面两轮毂端面由于装配规定，对φ62H7孔有端面跳动规定。最后，两齿圈端面在滚齿时要作为定位基准使用，故对φ62H7孔也有端面跳动规定。这些在安排加工工艺时也需给予注意。
2. 拟定毛坯
2.1 拟定毛坯制造方法
本零件的重要功用是传递动力，其工作时需承受较大的冲击载荷，规定有较高的强度和韧性，故毛坯应选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断。又由于年产量为5000件，达成了批量生产的水平，且零件形状较简朴，尺寸也不大，故应采用模锻。
2.2 拟定总余量
由表S-1拟定直径上总余量为6mm，高度（轴向）方向上总余量为5mm。

2.3 绘制毛坯图（图S0-2）

3.制定零件工艺规程
3.1 选择表面加工方法
1）φ62H7孔 参考表S－2，并考虑：
① 生产批量较大，应采用高效加工方法；
② 零件热解决会引起较大变形，为保证φ62H7孔的精度及齿面对φ62H7孔的同轴度，热解决后需对该孔再进行加工。故拟定热前采用扩孔－拉孔的加工方法，热后采用磨孔方法。

2） 齿面 根据精度8-7-7的规定，并考虑生产批量较大，故采用滚齿－剃齿的加工方法（表S-3）。

3） 大小端面 采用粗车－半精车－精车加工方法（参考表S－4）。

4） 环槽 采用车削方法。
3.2 选择定位基准
1） 精基准选择 齿轮的设计基准是φ62H7孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选φ62H7孔作为重要定位精基准。考虑定位稳定可靠，选一大端面作为第二定位精基准。
在磨孔工序中，为保证齿面与孔的同轴度，选齿面作为定位基准。
在加工 环槽工序中，为装夹方便，选外圆表面作为定位基准。
2） 粗基准选择 重要考虑装夹方便、可靠，选一大端面和外圆作为定位粗基准。
3.3 拟定零件加工工艺路线
方案1：
1）扩孔（立式钻床，气动三爪卡盘）；
2）粗车外圆，粗车一端大、小端面，一端内孔倒角（多刀半自动车床，气动可胀心轴）；
3）半精车外圆，粗车另一端大、小端面，另一端内孔倒角（多刀半自动车床，气动可胀心轴）；
4）拉孔（卧式拉床，拉孔夹具）；
5）精车外圆，精车一端大、小端面，一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；
 6）精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；
7）车槽（普通车床，气动三爪卡盘）；
8）中间检查；
9）滚齿（滚齿机，滚齿夹具）；
10）一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
11）另一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
12）剃齿（剃齿机，剃齿心轴）；
13）检查；
14）热解决；
15）磨孔（内圆磨床，节圆卡盘）；
16）最终检查。
方案2：
1）粗车一端大、小端面，粗车、半精车内孔，一端内孔倒角（普通车床，三爪卡盘）；
2）粗车、半精车外圆，粗车另一端大、小端面，另一端外圆、内孔倒角（普通车床，三爪卡盘）；
3）精车内孔，车槽，精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角（普通车床，三爪卡盘）；
4）精车外圆，精车一端大、小端面（普通车床，可胀心轴）；
5）中间检查；
6）滚齿（滚齿机，滚齿夹具）；
7）一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
8）另一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
9）剃齿（剃齿机，剃齿心轴）；
10）检查；
11）热解决；
12）磨孔（内圆磨床，节圆卡盘）；
13）最终检查。
方案比较：
方案2工序相对集中，便于管理，且由于采用普通机床，较少使用专用夹具，易于实现。方案1则采用工序分散原则，各工序工作相对简朴。考虑到该零件生产批量较大，工序分散可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案1较好。
3.4 选择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具（表S－5，表S－6）

3.5 填写工艺过程卡片（表S0-5）

3.6 机械加工工序设计
工序02
1）刀具安装 由于采用多刀半自动车床，可在纵向刀架上安装一把左偏刀（用于车削外圆）和一把45°弯头刀（用于车倒角）；可在横刀架上安装两把45°弯头刀（用于车削大、小端面）。加工时两刀架同时运动，以减少加工时间（图S0-3）。

图S0-3 工序02排刀图
2）走刀长度与走刀次数 以外圆车削为例，若采用75°偏刀，则由表15－1可拟定走刀长度为25＋1＋2＝28mm；一次走刀可以完毕切削（考虑到模角及飞边的影响，最大切深为3－4mm）。
3） 切削用量选择
① 一方面拟定背吃刀量：考虑到毛坯为模锻件，尺寸一致性较好，且留出半精车和精车余量后（直径留3 mm），加工余量不是很大，一次切削可以完毕。取：
aP =（136－133）/2 + 12.5×tan（7°）＝ 3mm；考虑毛坯误差，取：aP = 4 mm；
② 拟定进给量：参考表S-7，有：f ＝ 0.6 mm/ r；

③ 最后拟定切削速度：参考表S-8，有：v = 1.5m/s，n = 212r/min。

4） 工时计算
① 计算基本时间：tm = 28 /（212×0.6）= 0.22min（参考式S－3）；

② 考虑多刀半自动车床加工特点（多刀加工，基本时间较短，每次更换刀具后均需进行调整，即调整时间所占比重较大等），不能简朴用基本时间乘系数的方法拟定工时。可根据实际情况加以拟定：TS = 2.5min。
该工序的工序卡片见表表S0-6。

工序06
1）刀具安装 由于在普通车床上加工，尽量减少刀具更换次数，可采用一把45°弯头刀（用于车削大、小端面）和一把75°左偏刀（用于倒角），见图S0-4。

图S0-4 工序06刀具安装示意图
2）走刀长度与走刀次数 考虑大端面，采用45°弯头刀，由表S－9可拟定走刀长度为27.5＋1＋1≈30mm；由于是精车，加工余量只有0.5 mm，一次走刀可以完毕切削。小端面和倒角也一次走刀完毕。

3）切削用量选择
① 一方面拟定背吃刀量：精车余量0.5mm，一次切削可以完毕。取：aP = 0.5mm；
② 拟定进给量：参考表S-10，有：f ＝ 0.2 mm/ r；

③ 最后拟定切削速度：参考表S-8，有：v = 1.8m/s，n = 264r/min。

4）工时计算
① 计算基本时间：tm =（30 +8 + 3）/（264×0.2）≈ 0.8 min（参考式S－3）；
② 考虑到该工序基本时间较短，在采用基本时间乘系数的方法拟定工时，系数应取较大值（或辅助时间单独计算）。可得到：TS = 2×tm = 1.6 min。
该工序的工序卡片见表表S0-7。

工序09
1）工件安装 由于滚齿加工时切入和切出行程较大，为减少切入、切出行程时间，采用2件一起加工的方法（见图S0-5）。

图S0-5 工序09工件安装示意图
2）走刀长度与走刀次数 滚刀直径为120mm，则由图S0-5可拟定走刀长度为：

走刀次数：1
3）切削用量选择
① 拟定进给量：参考表S-11，有：f ＝ 1.2 mm/工件每转；

② 拟定切削速度：参考表S-12，有：v = 0.6m/s，计算求出n = 96r/min；

③ 拟定工件转速：滚刀头数为1，工件齿数为25，工件转速为：nw = 96/25≈4 r/min。
4）工时计算
① 计算基本时间：tm =136 / [（4×1.2）×2 ] ≈ 14 min（参考式S－3）；
② 考虑到该工序基本时间较长，在采用基本时间乘系数的方法拟定工时，系数应取较小值（或辅助时间单独计算）。可得到：TS = 1.4×tm ≈ 20 min。
该工序的工序卡片见表表S0-8。

工序13
1）走刀长度与走刀次数 走刀长度取：L=l=40mm；走刀次数：0.2/0.01＝20（双行程）。
2）切削用量选择（参考表S-13）

① 拟定砂轮速度：取砂轮直径d ＝50 mm，砂轮转速n = 10000r/min，可求出砂轮线速度：
v = 26m/s；
② 拟定工件速度：取vw = 0.12 m/s；可计算出工件转数nw = 36 r/min；
③ 拟定纵向进给量：取fl = 3m/min；
④ 拟定横向进给量：取fr= 0.01mm/双行程；
⑤ 拟定光磨次数：4次/双行程。
3）工时计算
① 计算基本时间：tm =（40×2/（3×1000））×（20＋4）×K
K是加工精度系数，取K＝2，得到：tm = 1.28 min；
② 考虑到该工序基本时间较短，在采用基本时间乘系数的方法拟定工时，系数应取较大值（或辅助时间单独计算）。可得到：TS = 2.4×tm = 3 min。
该工序的工序卡片见表表S0-9。

4 夹具设计（以06工序夹具为例进行说明）
4.1 功能分析与夹具总体结构设计
本工序规定以φ61.6H8孔（4点）和已加工好的大端面（1点）定位，精车另一大、小端面及外圆倒角（5×15°），并规定保证尺寸20±0.2和10±0.2以及大、小端面对φ61.6H8孔的跳动不大于0.05mm。其中端面跳动是加工的重点和难点，也是夹具设计需要着重考虑的问题。
夹具方案设计
工件以孔为重要定位基准，多采专心轴。而要实现孔4点定位和端面1点定位，应采用径向夹紧。可有以下几种不同的方案：
1） 采用胀块式自动定心心轴；
2） 采用过盈配合心轴；
3） 采用小锥度心轴；
4） 采用弹簧套可胀式心轴；
5） 采用液塑心轴。
根据经验，方案1定位精度不高，难以满足工序规定。方案2和3虽可满足工序规定，但工件装夹不方便，影响加工效率。方案4可行，即可满足工序规定，装夹又很方便。方案5可满足工序规定，但夹具制造较困难。故决定采用方案4。
夹具总体结构设计
1） 根据车间条件（有压缩空气管路），为减小装夹时间和减轻装夹劳动强度，宜采用气动夹紧。
2） 夹具体与机床主轴采用过渡法兰连接，以便于夹具制造与夹具安装。
3） 为便于制造，弹簧套采用分离形式。
4.2 夹具设计计算
切削力计算（参考切削用量手册）
主切削力：
进给抗力（轴向切削力）：
最大扭矩：
夹紧力计算（参考夹具设计手册）

式中φ1 -- 弹簧套与夹具体锥面间的摩擦角，取：tanφ1＝0.15；
φ2 -- 弹簧套与工件间的摩擦角，取：tanφ2＝0.2；
α-- 弹簧套半锥角，α＝6°；
D -- 工件孔径；
Fd -- 弹性变形力，按下式计算：

选择气缸形式，拟定气缸规格（参考夹具设计手册）
选择单活塞回转式气缸，缸径100mm即可。
4.3 夹具制造与操作说明
夹具制造的关键是夹具体与弹簧套。夹具体规定与弹簧套配合的锥面与安装面有严格的位置关系，弹簧套则规定与夹具体配合的锥面与其外圆表面严格同轴。此外，弹簧套锥面与夹具体锥面应配做，保证接触面大而均匀。
夹具使用时必须先安装工件，再进行夹紧，严格严禁在不安装工件的情况下操作气缸，以防止弹簧套的损坏。
夹具装配图见图S0-6。

"机械制造技术基础"课程设计实例二
设计题目
设计“谐波减速器壳体”零件（图S0-7）成组机械加工工艺规程及某一重要工序的成组夹具。各种壳体年产50－500件不等，按订单生产。

1. 零件图分析
1.1 零件的功用
本零件为谐波减速器壳体，用于安装谐波减速器各零件，使其获得对的的装配关系。其中内孔D1用于安装刚轮，内孔D6用于安装支承低速轴（输出轴）的轴承。同时壳体外圆表面D7也是谐波减速器的安装基准面。
1.2 零件工艺分析
本零件主体形状为回转体零件，其最重要加工面是内孔D1、D6，外圆D7，以及与内孔D1、D6垂直度规定较高的几个端面，如何保证这些表面自身的加工精度和互相位置精度是加工工艺需要重点考虑的问题。
本零件的另一特点是螺孔较多，其中螺孔S1位置度规定较高，螺孔S3、S4、和S5也有一定的位置度规定，在工艺上应给予保证。本零件结构对于4种不同型号的谐波减速器完全同样，仅尺寸有所区别，但也在一定的尺寸范围内。故可以采用成组工艺和成组夹具。 
2. 拟定毛坯
2.1 拟定毛坯制造方法
本零件的材料是ZL102，故宜采用铸件。
2.2 拟定总余量
由表S-14拟定外圆、内孔直径上总余量为5mm，端面总余量为2.5mm。

2.3 绘制毛坯图（略）
3. 制定零件工艺规程
3.1 选择表面加工方法
1） 由于工件材料为铝合金，故各回转表面及端面均采用车削方法加工：对于重要回转表面及端面采用粗车－半精车－精车加工方法，对于次要回转表面及端面采用粗车或粗车－半精车加工方法。
2） 螺孔采用钻孔－攻丝加工方法。为保证螺孔的位置精度，均应使用钻夹具进行加工。
3.2 选择定位基准
1）精基准选择 零件的设计基准是D6孔和大端面C，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选D6孔和大端面C作为重要定位精基准。在钻螺纹底孔的工序中，考虑工件定位和装夹的方便，选大端面C和D1孔作为定位精基准。为保证D7外圆和D6孔的同轴度，加工D6孔时采用D7外圆表面作为定位基准；而在精加工D7外圆表面时，采用D6孔作为定位基准。这体现了互为基准的原则。
2）粗基准选择 为保证加工面与不加工面的位置关系，选不加工的四方面作为定位粗基准。
3.3 拟定零件加工工艺路线
生产车间有普通车床和数控车床可供选择。考虑到该零件孔的加工难度较大，为了稳定地保证加工精度也为了提高加工效率，精加工采用数控车床。重要加工工序如下：
1）半精车小端面、D7外圆、台阶面及D4孔（普通车床，四爪卡盘）；
2）半精车内空刀槽D3×（L2－L3）（普通车床，三爪卡盘）；
3）时效解决；
4）精车大端面，精车D1孔，半精车D2孔，精车D6孔，倒角0.5×45°（数控车床，三爪卡盘）；
5）精车D7外圆，精车台阶面，倒角1×45°，精车D4孔，精车L9槽（直径D5）（数控车床，可胀心轴）；
6）中间检查：精车各部尺寸；
7）钻4－S3螺纹底孔（台式钻床，钻夹具）；
8）钻6－S4螺纹底孔（台式钻床，钻夹具）；
9）钻4－S5螺纹底孔（台式钻床，钻夹具）；
10）钻S1和S2螺纹底孔，锪沉头孔（台式钻床，钻夹具）；
11）中间检查：螺纹底孔尺寸及位置；
12）攻丝：4－S3（台式钻床，钻夹具）；
13）攻丝：6－S4（台式钻床，钻夹具）；
14）攻丝：4－S5（台式钻床，钻夹具）；
15）攻丝：S1和S2（台式钻床，钻夹具）；
16）最终检查。
3.4 选择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具（参考表S－5，表S－6）

3.5 填写工艺过程卡片（表S0-15）

3.6 机械加工工序设计
工序01
工序卡片见表S0-16。

工序04
工序卡片见表S0-17。

 工序10
工序卡片见表S0-18。

4 成组夹具设计（以10工序夹具为例进行说明）
4.1 功能分析与夹具总体结构设计
本工序规定以壳体大端面（3点）和D1孔（2点）定位，钻S1、S2螺纹底孔，锪D13孔，规定保证位置尺寸L5和L7，其中位置尺寸L5规定较严格，是夹具设计需要着重考虑的问题。
夹具方案设计工件分别以大端面、短圆柱孔和四方面为第一、第二和第三定位基准，可采用大端面＋短圆柱面的定位方式，以满足3点定位和2点定位的规定，1点定位则可采用可调支承来实现。
夹具总体结构设计
1） 考虑生产批量不大，故采用手动夹紧。
2） S1螺纹底孔有3个，且圆周上均匀分布，故宜做成回转式钻模，采用分度盘和插销进行分度。
3） 为适应不同尺寸零件加工需要定位元件应做成可换方式。
4） 为减小由于钻削轴向力引起工件变形和位移，应在钻头相应位置上加辅助支承。
5） 为便于安装工件，钻模板采用铰链式结构。
6） 尺寸L5规定较严格，故钻S1螺纹底孔的钻模板位置固定，调整钻S2螺纹底孔的钻模板位置，以适应不同孔距规定。
4.2 夹具设计计算（略）
4.3 夹具制造与操作说明
本夹具分度与定位装置是夹具设计制造的关键。定位装置既要满足不同型号壳体零件的定位尺寸规定，又要保证定位端面至S1螺纹底孔钻套的距离，为此必须严格按夹具零件图纸规定进行加工。同时夹具在转换加工零件时，必须进行仔细的调整和检测。
装夹工件时，用力要适当，以免产生夹紧变形。锪D13孔时，须将相应的钻模板掀起，运用锪钻自身导向。夹具装配图如下：

其中件号1～9为可换件，应根据不同型号零件进行更换。件号11～45为非标准夹具元件或自制标准夹具元件，件号51～81为外购标准件