专用夹具说明书.doc

沈阳理工大学应用技术学院机械制造装备课程设计说明书

机械制造装备设计
课程设计说明书

题目 后轮专用夹具设计

系 机械与运载学院

专业 机械设计制造及其自动化

班级 081412

姓名 顾育铭 学号 34

指导教师 赵 元

完成日期 2011 年 7 月 13 日

沈阳理工大学应用技术学院

《机械制造装备设计》课程设计计划书

一、课程设计目的
1、本课程设计是《机械制造装备设计》课程的延续，通过设计实践，进一步掌握机械制造装备设计的一般方法。
2、培养学生综合运用机械制图、机械设计基础、金属材料及热处理、机械制造结构工艺等相关知识，培养工程设计的能力。
3、培养学生使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。
4、提高学生技术总结及编制技术文件的能力。
5、为毕业设计打下良好的基础。
二、课程设计题目
后轮专用夹具设计
三、课程设计的内容与基本要求
（一）内容
1、完成后轮工件的镗孔专用夹具总装配图。
2、完成镗孔专用夹具部分零件工作图。
3、编写设计计算说明书。
4、总工作量要求：总图量为：0#图纸1张；设计计算说明书15页。
（二）基本要求
1、课程设计必须独立的进行，每人必须完成总工作量要求。
2、根据设计题目，完成规定的设计内容和工作量要求。
3、正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。
4、设计计算说明书力求用工程术语，简明扼要，计算合理、准确，表达清晰，文字通顺简练，字迹工整。
四、进度安排
1、1-2天分析零件草图，初定零件工作图，拟定夹具设计方案。
2、3-5天完成夹具装配草图设计。
3、6-10画零件工作图、夹具装配图、夹具零件图及设计计算说明书。

课程设计指导教师： 赵 元 2011 年 7 月 4 日
教研室主任： 赵艳红 2011 年 7 月 4 日
摘 要
机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。
夹具种类按使用特点可分为：1）通用夹：通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。例如，车床上三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。 　　
2）专用夹具：专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。3）通用可调夹具和成组夹具：其特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。用于相似零件的成组加工所用的夹具，称为成组夹具。通用可调夹具与成组夹具相比，加工对象不很明确，适用范围更广一些。4）组合夹具：组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批生产。
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。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。特别是近年来，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。
目 录
课程设计计划书…………………………………………………………………………………1
摘要………………………………………………………………………………………………2
1.设计准备………………………………………………………………………………………4
1.1年生产纲领………………………………………………………………………………4
1.2零件工艺分析……………………………………………………………………………4
2.方案设计………………………………………………………………………………………5
3.定位元件及夹紧机构…………………………………………………………………………6
3.1工件以平面定位 ……………………………………………………………………………6
3.2工件以圆柱孔定位…………………………………………………………………………6
3.3工件以外圆柱面定位………………………………………………………………………7
3.4工件以一面两孔定位………………………………………………………………………7
3.5 夹紧力的方向的确定………………………………………………………………………7
3.6夹紧力的作用点的选择……………………………………………………………………7
3.7选择夹紧机构……………………………………………………………………………8
4.总体设计………………………………………………………………………………………8
4.1后轮专用夹具的基本组成 ………………………………………………………………8
4.2总体夹具装配图…………………………………………………………………………8
5.零件设计………………………………………………………………………………………9
5.1定位元件及定位装置零件的设计…………………………………………………………9
5.2加紧元件及夹紧装置……………………………………………………………………10
5.3导向及对刀元件…………………………………………………………………………10
5.4对刀元件及定向元件……………………………………………………………………11
6.定位误差设计………………………………………………………………………………11
6.1.定位误差………………………………………………………………………………11
6.2产生定位误差的原因……………………………………………………………………11
6.3定位误差的计算………………………………………………………………………12
总 结………………………………………………………………………………………13
致 谢………………………………………………………………………………………14
参考文献………………………………………………………………………………………15
1.设计准备
1.1年生产纲领
工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。如工件的年生产量很大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机床夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手动夹紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。如大批量夹具复杂，用全自动化的设备，小批量生产用手动设备。零件的年生产纲领可按下式计算：

　　式中： N ——零件的年生产纲领（件 / 年）；
　　 Q——产品的年生产纲领（台 / 年）；
　　 n——每台产品中该零件的数量（件 / 台）；
　　 a%——备品的百分率；
　　 b%——废品的百分率。
1.2零件工艺分析
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1-1可知，本道工序的内容是镗Φ58孔，保证表面粗糙度值为1.6,并且保证相对于基准C的垂直度误差为0.04mm。

图1-1 零件草图
2.方案设计
方案一：卧镗
采用一个V型块和一个浮动V型块用来定位，在零件后面加一个单板将其定位，把零件立起来用浮动V型块来夹紧，然后再前后两端加上支架，并在支架上安装镗套。
这种方法给加工带来很多的不变，有可能导致工件定位不准确，这样就不能保证垂直度误差，用浮动V型块夹紧容易使工件发生变形，所设计的专用夹具零件过多，提高了生产成本。
方案二：立镗
把零件放在底板上限制3个自由度，一个移动，两个转动，再用一个V型块和一个浮动V型块来限制2个自由度，两个移动，总共是5个自由度。然后用两个U型压板来夹紧零件，防止零件在加工的过程中产生Z向的转动。最后在工件上方加一个支承板按上镗套。如图2-1所示。

图2-1 方案设计图

3.定位元件及夹紧机构
3.1工件以平面定位
工件以平面为定位基准定位时，常用支承钉和支承板作为定位元件。
1）主要支承
主要支承是指能起限制工件自由度作用的支承
1. 固定支承：定位支承点位置固定不变的定位元件，包括支承钉和支承板。
2.可调支承：在夹具中定位支承点的位置可调节的定位元件。可调支承的顶面位置可以在一定范围内调强，一旦凋定后，用螺母锁紧。溉整后它曲作用相当于一个固定支承。采用可凋支承，可以适应定位面的尺寸在一定范围内的变化。
3.自位支承：又称浮动支承，自位支承的位置可随定位基准面位置的变化而自动与之适应的；虽然它们与工件的定位基准面可能不止一点接触，但实质土只能起到一个定位支承点的作用。图 9－8所示是一种常见的自位支承结构。
2）辅助支承
　　辅助支承是在夹具中不起限制自由度作用的支承。它主要是用于提高工件的支承刚度，防止工件因受力而产生变形。
3.2工件以圆柱孔定位
1）定位心轴
定位心轴主要用于车、铣、磨、齿轮加工等机床上加工套筒类和空心盘类工件的定位，它包括圆柱心轴和小锥度心轴。二种圆柱刚牲心轴的典型结构。图9－10a所示为过盈配合心轴。心轴前端有导向部分。过盈心轴限制了 四个自由度。该心轴定心精度高，并可由过盈传递切削力矩。间隙配合心轴，当间隙较小时，它限制工件的 四个自由度；当间隙较大时，只限制贯X、Y两个移动自由度，此时工件定位还应和较大的端面配合使用，用来限制X、Y、Z、Y、Z 五个自由度。切削力矩靠端部螺旋夹紧产生的夹紧力传递。此种心轴定心精度不高，但装卸工件方便。
2）圆柱销
　　圆柱销有长、短两种。短定位销一般限制 XY二个移动自由庋。长定位销在配合较紧时，限制X移动、Y移动和X旋转、Y旋转四个自由度。图9-16为常用的定位销。定位销端部均有15°倒角以便引导工件套入。图9－lld所示的可换式定位销。
3）圆锥销
　　固定的圆锥销限制X移动、Y移动和Z移动三个自由度。
3.3工件以外圆柱面定位
工件以外圆为定位基准时，可以在 v形块、圆定位套、半圆定位套、锥面定位套和支承扳上定位。其中，用V形块定位最常见。常用的v形块的结构型式，的型式适于小型零件定位，C适于中型以上零件的定位。V形块上两斜面间的夹角一般选60°、90°和120°，其中90°应用最多。

3.4工件以一面两孔定位
　　所谓一面两孔是指定位基谁采用一个大平面和该平面上与之垂直的两个孔来进行定位。如果该平面上没有合适的孔，常把连接用的螺钉孔的精度提高或专门做出两个工艺孔以备定位用。工件以一面两孔定位所采用的定位元件是“一面两销”，故亦称一面两销定位为了避免采用两短圆销所产生的过定位干涉，可以将一个圆销削边。这样，可以既保证没有过定位，又不增大定位时工件的转角误差。，夹具上的支承面限制 z移动、 x旋转和 y旋转三个自由度，短圆销隈制 两个移动自由度，削边销限制Z旋转自由度，属完全定位。

3.5 夹紧力的方向的确定
1）夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。
2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。
3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。

3.6夹紧力的作用点的选择
1）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。
2）夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。
3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。
4）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。

3.7选择夹紧机构
设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：
1)夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。
2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内。
3)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构
4)必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。
5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。
6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。
4.总体设计
4.1后轮专用夹具的基本组成
（1）定位元件及定位装置：采用一个V型块、一个浮动V型块、一个底板；
（2）夹紧元件及夹紧装置：采用两个U型压板；
（3）导向元件：选用镗套；
（4）对刀元件及定向元件：采用两个定向键；
（5）夹具体：采用底板、三个支承板；
4.2总体夹具装配图

5.零件设计
5.1定位元件及定位装置零件的设计
用于确定工件正确位置的元件或装置。采用一个V型块、一个浮动V型块、一个底板。

V型块

浮动V型块

5.2加紧元件及夹紧装置
用于固定元件已获得的正确位置的元件或装置。采用两个U型压板；

U型压板
5.3导向及对刀元件
用于确定工件与刀具相互位置的元件。选用镗套；

镗套
5.4对刀元件及定向元件
动力装置在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液动等动力装置。采用两个定向键；

定向键
6.定位误差设计
6.1定位误差
工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸，形状和位置三个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的：
1）工件在夹具中的定位、夹紧误差。
2）夹具带着工件安装在机床上，夹具相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差。
3）加工过程中误差，如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差。
其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起爱的加工误差。
6.2产生定位误差的原因
1.基准不重合来带的定位误差：
夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准转换误差。
2.间隙引起的定位误差
在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。

3.与夹具有关的因素产生的定位误差
1）定位基准面与定位元件表面的形状误差。
2）导向元件、对刀元件与定位元件间的位置误差，以及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差。
3）夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差。
4）夹紧力使工件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。

6.3定位误差的计算
镗杆与镗套间隙的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e，由下式求出：
e=( H/2 + h + b )△max/H
e----刀具引偏量（mm）
H----镗套导向宽度（mm）
h----镗套端面与工件间的空间距离（mm）
△max----镗杆与镗套的最大间隙
镗杆与镗套的配合为φ58H7/r6，可知△max=0.052mm；将H=47mm, h=36, B=25mm代入，可求得e=0.05mm。
由于上述各项都是按最大误差计算，实际上各项也不可能同时出现最大值，各误差方向也很可能不一致，因此，其最和误差可按概率法求和：

该项误差大于中心距允差的2/3，可用。

总 结
在这次历时两个礼拜的课程设计中，发现自己在理论与实践中有很多的不足，自己知识中存在着很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论到实践的能力还急需提高。
在设计的过程中，虽然感觉到了我的不足之处，但是我也学到了不少东西。在一定程度上，使我对以前学习过的东西有了加深理解和熟练操作。课程设计是机械专业学习的一个重要的、总结性的理论和实践相结合的教学环节，是综合运用所学知识和技能的具体实践过程。通过本次夹具设计，我对所学的专业知识有了更深刻的理解和认识。课程设计内容源于生产实践，使得课程设计和实践得到了充分的结合，有利于培养解决工程实际问题的能力。以前进工厂实习或参观的时候对夹具也有所了解，而这次课程设计的经历，使我对夹具有了更深刻的认识。
首先根据已知工件的需要，选择加工机床，应选用镗床加工比较合理，因此加工方向式垂直与水平面的。然后工件主要定位部分为直径为φ76mm的外圆和一侧端面，用长V型块和一个定位销定五个自由度。虽然没有满足六个自由度的要求，但是不影响机床夹具的工作。因为被加工件需要镗一个孔不限制X向的旋转。最后是将镗套和V型块固定在夹具体上，利用销定位、螺柱、螺母和内六角螺钉进行定位、夹紧。这样将工件稳固的夹紧在机床上，能更方便，准确的进行镗孔加工。通过以上这些步骤，此机床夹具可以正常工作，此项设计方案可实施。通过精度验算可知，此项机床夹具可施行。工件的定位、夹紧符合要求。
这次课程设计虽然不是属于实践的操作，但是从这次课程设计中能让我们学习到一些课本中不能引起我们注意的细节东西，因此，体验这次课程设计让我们更能注意到细枝末节。这次课设使我对机床夹具设计有了更深刻的理解，特别使其中的技术要求，比如：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，夹具体一般设计成平板式，保证具有足够的刚性，还有设计的装配图应按照1：1的比例画出，视图要完整清楚的表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理，并视所有工件为透明体，用双点划线画出主要部分，并画出定位元件，夹紧机构和导向装置的位置。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

致 谢

在老师和同学的共同努力下，我们在两周的时间内完成了夹具课程设计。我们花费的时间很长，因为这是同学第一次进行这样的课程设计。虽然过程中我们遇到了遇到困难，但是在老师的指点下，同学们都的十分的努力。我们这次终于把我们所学的知识运用到现实中来了，这对同学们加深对课本知识的理解很有好处。同学学会了对于不同的待工件设计不同的夹具，对于夹具的各种标准件都学会了如何查标准件手册、如何使用它们。这些都是因为老师的帮助下，我们才能完成的。谢谢老师。

参考文献
[1] 李庆余．机械制造装备设计[M]．2版.北京：机械工业出版社，2008.7
[2] 白成轩．机床夹具设计新原理[M]．北京：机械工业出版社，1997
[3] 宋殷．机床夹具设计[M]．开封：河南科学技术出版社，1985
[4] 东北重型机械学院，等.机床夹具设计手册[M].上海：上海科学技术出版社，1980

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