铣床专用夹具设计.docx
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铣床专用夹具设计
洛阳理工学院
课程设计说明书
课程名称机械制造装备设计
设计课程铣床专用夹具设计
专业机械设计制造及其自动化
姓名邱令恩
年月日
课程设计任务书
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名邱令恩班级B150231学号B15023120
课程名称：
机械制造装备设计
设计题目：
铣床专用夹具设计
设计内容：
1、铣床夹具装配图1张
2、铣床夹具零件图1张
3、课程设计说明书1份
设计要求：
1、在立式铣床上加工18H12的通槽。
2、夹具设计要求合理，有利提高加工精度，保证加工质量降低加工成本，提高劳动生产率和降低工人的劳动强度，便于批量生产。
设计（论文）开始日期年月日指导老师张洪涛
设计（论文）完成日期年月日
年月日
课程设计评语
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名邱令恩班级B150231学号B15023120
课程名称：
机械制造装备设计
设计题目：
铣床专用夹具设计
课程设计片篇幅：
图纸共2张
说明书共22页
指导老师评语：
年月日指导老师
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，也是机械设计与制造专业学生应该学习的一门主要专业课。
其目的在于：
（1〕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。
〔2〕为了开阔视野，掌握执照技术最新发展，开阔专业视野，培养复合型人才，处进先进制造技术在我国的研究和应用，“先进制照技术”以作为许多学校的必修课程。
为了提高学生综合运用机械设计基础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能力，通过课程设计训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。
〔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。
课程设计应该注意的问题：
1：
注意与工艺规程设计的衔接，夹具设计应和工序设计统一。
2：
所需设计的夹具绝大多数用于零件加工的某一特定工序，在工艺设计的具体内容应与工序设计程序一致，不能相互冲突。
3：
设计时要有整体观念。
4：
夹具设计有自身的特点：
定位，夹紧等各种装置在设计前期是分开考虑的，设计后期通过夹具体的设计将各种元件联系为一个整体。
在这个过程中容易出现工件无法装卸，工件定位出现过定位或欠定位等问题，因此设计时要考虑周全，整体观念强就会少出现差错，从而提高设计质量与效率。
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。
它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。
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、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，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。
夹具的发展前景：
机床夹具实在金属切削中用以准确地确定工件位置，并将其牢固地加紧，以接受加工的工艺装备，它的主要作用是：
可靠的保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动轻度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。
因此机床夹具在机械制造中具有重要的地位。
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。
现在机床夹具的现状，在国际生产研究协会的统计中表明，目前中，小批多品种生产的工件品种已占工件种类的85%左右，现代生产要求企业所得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，成组技术等新技术对机床夹具提出了新的要求。
（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。
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，和柔性化等四个方向。
1.专用夹具设计
1.1设计前的准备工作
零件图应该无遗漏的给出加工零件的全部信息，包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形状公差和表面粗糙度要求、材料和热处理要求、其它特殊技术要求等。
该零件图如下图：
图1-1
已知该零件的材料为HT200,该材料为灰铸铁，其具有优良的铸造性能，耐磨性，消振性，较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能，并能承受较大的载荷。
加工零件图分析
该工序为加工18H12通槽，该槽的公差等级为12级，精度要求较低。
因此夹具的主要任务是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。
使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不在依赖与工人的技术水平。
所设计的夹具应有以下基本要求：
1）保证工件精度要求这是夹具设计的最基本要求，其关键是正确地定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具刀具技术要求。
必要时应进行误差分析与计算。
2）夹具结构方案应与生产纲领相适应在大批量生产时应尽量采用快速、高效夹具结构，如多件夹紧、联动结构等，以缩短辅助时间；对于中、小批量生产，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单、制造方便，以降低夹具制造成本。
3）操作方便、安全、省力如采用气动、液压等夹紧装置，以降低工人强度，并可好地控制夹紧力。
夹具操作位置应符合工人操作习惯，必要时应有安全防护装置，以确保使用安全。
4）便于排屑切屑积集在夹具中，会破坏工件的正确定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形；切屑的清理又会增加辅助时间。
切屑积集严重时，还会损伤刀具甚至引发工伤事故。
故排屑问题在夹具设计中必须给以充分注意，在设计高效机床和自动线夹具是尤为重要。
5）有良好的结构工艺性设计的夹具要便于制造、检验、装配、调整、维修等。
1.1.1.明确工件的年生产纲领
零件的年生产纲领公式如下：
N=Qn（1+α%）（1+β%）
式中N—零件的年生产纲领（件/年）Q—产品的年产量（台/年）
n—每台产品中，该零件的数量（件/台）
α%—备品率β%—废品率
该零件的年产量为5000件，其备品率为2%，机械加工的废品率为3%，
N=Qn（1+α%）（1+β%）=5000*1（1+2%）（1+3%）=5253
生产类型
生产纲领（件/年）
重型机械
中型机械
小型机械
单件生产
<5
<10
<100
小批生产
5～100
10～200
100～500
中批生产
100～300
200～500
500～5000
大批生产
300～1000
500～5000
5000～50000
大量生产
>1000
>5000
>50000
表1-1生产类型与生产纲领的关系
该零件的年产量是5253件，生产方式为大批量生产，由零件加工要求对工件加工18H12槽（其它工序已经加工完成）。
要求为该零件设计专用铣床夹具，所用机床为立式铣床。
机床夹具是在机床上装加工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持不变，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，本次加工的工件需要大批大量生产，此时，一般选择机动，多工件同时加工，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，代加工表面，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。
上图为工件零件图已知待加工工件如图所示，加工18H12的通槽。
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，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，根据零件图可知，本道工序的内容是在立式铣床上加工18H12的通槽。
1.2．总体方案的确定
1.2.1.定位方案
定位是指确定工件在机床（工作台）上或夹具占有正确的位置的过程，通常可以理解为工件相对于切削刀具或磨具的一定位置，以保证加工尺寸和形位精度的要求。
确定定位方案应注意以下问题：
1）按照工件要求确定工件必须限制的自由度，决不允许欠定位。
2）当发生重复定位时应根据其对加工是否产生有害影响，判断其属于可用重复定位还是属于不可用重复定位。
不可用重复定位也是不允许的。
3）大型、重型零件等不易搬运的工件采用孔销配合等定位方式时，可采用预定位来降低人的劳动强度，提高生产效率。
定位方案的分析与确定：
仔细分析本工序的工序内容及加工要求，按照六点定位原理和本工序加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件，我们先讨论与分析，最后确定以下图定位方案比较可靠。
定位方案：
根据六点定位的原理，通过一面和圆柱销和菱形销组合进行定位，一个面限制三个自由度，圆柱销和菱形销组合定位限制三个自由度。
图1-2定位方案
1.2.2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个方面的问题：
（1）夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，确保工件加紧牢固。
（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）加紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。
根据所给工件的形状，尺寸，选用螺旋式夹紧机构来夹紧工作。
确定夹紧力的方向，作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力的大小。
要选择和设计动力源，夹紧方案也需要反复分析比较，并最终确定最佳设计方案。
由于工件大批量生产，宜用简单的手动装置，定位方案选择的是一面两销，螺旋式夹紧机构适合于本方案，所以采用的夹紧方案如下图比较合理：
图1-3夹紧装置
1.2.3选择对刀元件、联接元件
（1）对刀元件
铣床夹具的对刀元件是对刀块和塞尺。
对刀时，铣刀与对刀块的对刀面不能接触，留有一定的间距，用塞尺检验调整铣刀的位置来实现对刀，确定夹具与刀具间的相对位置。
查文献【1】对刀块采用JB/T8031.3—1999用于加工铣槽的对刀。
如图1-4
图1-4对刀块
（1）定位键
铣床夹具与铣床工作台连接，使夹具的位置与工作台纵向进给方向平行。
夹具的主要连接表面与夹具体的底平面采用定位键连接，两个定位键安装在夹具底面的纵向槽中，用开槽圆柱头螺钉固定。
定位键是连接元件，通过定位键与铣床工作台T形槽的配合，确定夹具在机床上的正确位置。
定位键还可承受切削扭矩，减轻夹具固定螺栓的负荷，加强夹具在加工过程中的稳定性。
查文献【1】定位键采用JB/T8016—1999，，如图1-5所示。
图1-5定位键
1.2.4.夹具体
夹具体是整个夹具的基础和骨架。
夹具体的形状和尺寸主要取决于工件的外轮廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质。
其形状和尺寸很多都是非标准的。
夹具体设计时应满足以下一些基本要求:
有足够的强度和刚度；减轻重量、便于操作；要有良好的结构工艺性和使用性；尺寸稳定，有一定的精度；排屑方便；在机床上安装稳定、可靠；吊装方便、使用安全。
夹具体毛坯的类型:
铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、装配夹具体、型材夹具体。
对于铸造结构的夹具体，其结构优点是工艺性好，容易获得形状复杂的内、外轮廓，且具有较好的强度、刚度和抗振性。
其材料一般用HT150或HT200.
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，用粗实线划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工的孔，无关表面可以省略。
1.3.2.定位、夹紧、对刀，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，夹紧时先X轴方向夹紧，然后Z轴夹紧，Z轴方向夹紧时采用旋转上升，用双点划线画出工件的轮廓，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的验算，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。
（1）总装配图应按国家标准尽可能按比例1:
1绘制，这样图样有良好的直观性。
主视图应按操作实际位置，三视图要能完整清楚表示出夹具的工作原理和结构。
（2）视工件为透明体，用双点划线画出主要部分（如轮廓，定位以及夹紧面和加工孔），画出定位元件，夹紧机构，对刀装置和各支撑的位置。
（3）按照加紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。
（4）画出夹具体及其他连接用的元件，（连接体、螺钉、螺母等）将夹具各组成元件组合成一体。
（5）标注必要的尺寸、配合、公差等。
夹具的外形尺寸,所设计夹具的最大长，宽，高尺寸。
夹具与刀具的联系尺寸。
夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。
各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应该标注装配后的位置尺寸和形位公差。
（6）标注技术条件。
定位元件的定位面间相互位置精度。
定位元件的定位表面与夹具安装底面的位置精度。
定位元件与对刀元件间的位置精度。
对刀元件工作面的位置精度。
（7）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。
2.夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件
夹具装配图上应标注必要的尺寸和技术要求，主要目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。
2.1.夹具装配图上标注的尺寸
1）夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高为338x363x225尺寸。
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，各定位元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。
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）x0.1=0.025~0.05.
我选用的精度为0.05mm。
2.2.夹具装配图上应标注的技术要求
应标注的技术要求包括：
相关元件表面间的位置精度，主要表面形状精度，保证装配精度和检测的特殊要求，以及调整、操作等必要的说明。
通常有以下几方面：
1）定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度，如支承板平面与夹具体底面平行度不大于0.05。
2）定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度，如钻套孔轴线与夹具体底面垂直度不大于0.03。
3）各定位元件的工作面间的相互位置精度。
4）夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，定位工作面与该基准面间的位置精度。
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。
图2-1夹具装配图
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。
标注的主要目的是保证夹具体各个零件之间的尺寸要求和安装配合后的精度要求，也是为了各夹具零件加工后进行安装配合能满足制造工件的要求。
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的技术要求
应将该零件的形状、尺寸、相互位置精度、表面粗糙度、材料、热处理机表面处理要求等完整的表示出来。
本设计零件图选用夹具体，在标注粗糙度时，安装平面的粗糙度选用3.2。
在形位公差方面，安装对刀块的平面与夹具体安装平面垂直度为0.02mm.
图3-1零件图
4、方案设计论证
（1）根据所给工件的需要，选择加工机床，先用立式铣床加工比较合理。
（2）然后工件主要定位部分分为平面和一个圆柱销，一个菱形销，分析要加工18H12的槽虽可以采用不完全定位，但尽量应满足完全定位，用这种方法正好满足六点定位原理。
4.1设计方法与结果
（1）首先对工件的加工要进行分析，根据工件的形状和加工要求，我认为采用立式铣床比较合理。
（2）然后，根据六点定位原理，选用一个平面和一个圆柱销一个菱形销定位，正好满足六点定位原理，由于限制了六个自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在竖直方向上进行夹紧，可以利用螺栓和移动压板对工件进行夹紧，。
（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位符合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行
5、感想
经历两周时间，这次的夹具课程设计结束了，通过课程设计使我明白了理论和实际结合是非常重要的，在课堂上学习的知识总是有点懵懂，而经历了课程设计让我们更能理解各个机构的作用以及使用画图软件中遇到了各种困难，这些都需要我们去仔细思考，动手去解决问题，在这些实际问题的考验下我们所学的理论知识进一步在脑海里深化，特别是在张洪涛老师的精心指导下，我能顺利地完成了本次课程设计。
课程设计期间，我遇到了许许多多的的困难，各种细节问题使我很是头疼，耐下心来查资料，问同学，解决了不少问题。
当然我每次让张老师给我看图，老师的每一次提出的问题都让我恍然大悟，明白原来我做的这个并不实际或者根本不对，在老师的指导下再进行改正，使我有了更大的收获，感谢老师不厌其烦的给我指出毛病，这使我学习到了更加深刻的知识。
在这为期两周的课程设计中，我不断的去翻书，找资料，去看以前做的笔记，唯独想使我对机械装备课程有了更进一步的了解，对零件的生产加工也有了更深层次的了解。
装备在现在工业中有着重要的作用，当然，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，机械制造装备课程设计是学完了机械制造装备设计和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
在完成它的过程中，我可以温故以前所学的知识，结合这门课，把知识融会贯通起来，不失为一次很好的砺练机会。
通过这次课程设计，我能够更加熟练运用绘图软件。
同时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，在同学和老师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。
最后要感谢张老师在学期给我带来精彩的课程，讲解了丰富有趣的知识，您用独特的教学方法，使大家更加爱听您的课，特别是课程设计期间不断为我们这么多同学答疑，我们一定会努力的完善自己的设计内容不让老师失望的，谢谢老师。
6.致谢
首先我要感谢张老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把设计做得更加完善。
在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。
其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。
同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。
最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友，我相信通过这次设计以及在这个过程中张老师不断点拨，在今后的学习和工作中我一定会做到更好！
！
7参考文献
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12.郑金兴《机械制造装备设计》哈尔滨工程大学出版社，2008
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