专业综合设计I课程设计任务书说明书.docx
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专业综合设计I课程设计任务书说明书
一、设计任务书
专业综合设计I课程设计任务书
设计题目
铣床夹具设计
指导教师
岑海堂
班级
机09-2
姓名
学号
设计时间
2012年7月2日——2012年7月13日
一、设计任务
设计夹具完成万向节滑动叉¢39mm二孔的两个端面的粗铣任务。
1、定位基准的选择
2、切削力及夹紧力计算
3、定位误差分析
4、夹具设计
二、设计成果要求
1、铣床夹具装配图一张（二维）
2、夹具体零件图一张（二维）
3、设计说明书
三、设计工作进度计划：
1、课堂讲解设计要求，布置设计任务0.5天
2、绘图、设计及计算、编写设计说明书8.5天
3、答辩1天
四、主要参考资料
1、机械制造基础、机械制图、机械制造技术基础等教材，
2、《机械制造基础课程设计指导书》（校编）
3、《机制工艺课程设计指导书》，机械工业出版社2000
4、《金属工艺学》，邓文英，高等教育出版社2001
指导教师（签名）：
系主任（签名）：
2012年6月28日2012年6月28日
二、机床夹具设计目的和意义
1、综合运用机械设计、机械制造技术基础课程及其他的有关已修课程的理论和实际生产知识进行机械零件设计训练，从而使这些知识得到进一步的巩固、加深和拓展。
2、学习和掌握机床夹具的基本设计方法与步骤，培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。
3、提高学生在工程计算、制图、运用设计资料、进行经验估算，考虑技术决策等机械设计方面的基本能力以及CAD技术。
三、设计内容
运用机械制造工艺学及有关课程和生产实践中学到的知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件工艺规程的能力。
分析万向节滑动叉零件图，确定夹具毛坯，选择基准，拟定工艺路线。
运用夹具设计的基本原理和方法，拟定专用铣床夹具设计方案。
确定工件的定位方式，选择定位基准，分析定位误差。
确定工件的夹紧方法，选择夹紧装置。
确定刀具的对刀方案，选择对刀元件和装置及夹具体。
考虑各种装置，元件的布局，确定夹具体和夹具总体结构。
绘制夹具装配图以及夹具体等主要零件图。
1、设计说明书一份
2、机床夹具零件图
3、机床夹具装配图
四、设计要求
1.保证加工精度
其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。
2.夹具的总体方案应与年生产纲领相适应
在大批量生产时，尽量采用快速与高效的定位、夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，在中、小批量生产时，夹具应有一定的可调性，以适应多品种工件的加工。
3.安全、方便、减轻劳动强度
机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加装保护装置。
要符合工人的操作位置和习惯，有合适的工件装卸位置和空间，使操作方便。
大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。
4.排屑顺畅
机床夹具中积聚切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量会使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。
清理切屑将增加辅助时间、降低生产率，因此夹具设计中要对排屑问题给予足够的重视。
5.机床夹具应具有良好的强度、刚度和结构工艺性
机床夹具设计时，要考虑方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。
五、设计进程安排
序号
设计各阶段名称
日期
1
调研收集资料
7.2
2
分析万向节滑动叉零件图
7.3-7.4
3
拟定工艺路线，确定工件的定位方式
4
确定工件的夹紧方法
铣刀的对刀方案和夹具体
7.5
7.6
5
计算相关受力
7.8-7.8
6
绘制夹具装配图及夹具体等主要零件图
7.9-7.12
六、机床夹具总体设计
方案拟定
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需做一种专用夹具，夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。
设计夹具是充分考虑其加工特性，综合考虑夹具质量的高低能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。
本夹具主要用来粗铣万向节滑动叉Ф39俩孔的上端面，最终要求端面与定位销中心线垂直度误差在0.05以内，机床夹具设计时，夹具体材料是HT200，通过铸造得到，以圆孔定位销方式定位，以液压楔形机构进行夹紧，其他机构方案详见零件图及装配图。
1、基本定位原理分析：
在机械加工过程中为确保加工精度，在数控机床上加工零件时，必须先使工件在机床上占据一个正确的位置，即定位，然后将其夹紧。
这种定位与夹紧的过程称为工件的装夹。
用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具。
这里讨论6点定位中，6个自由度的消除，以便找出较合适的定位夹紧方案。
一个物体在空间可以有6个独立的运动，即沿XYZ轴的平移运动，分别记为X1﹑Y1﹑Z1;绕XYZ轴的转动，记为xyz，习惯上，把上述6个独立运动称作6个自由度。
如果采用一定的约束措施，消除物体的6个自由度，则物体被完全定位。
分析夹具体可知：
定位基准为定位轴中心轴线及定位轴底端面。
2、切削力及夹紧力的计算
（1）、切削力的计算
金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需要的力称为切削力。
切削力的产生来源1）切屑形成过程中弹性变形及塑性变形产生的抗力，2）是刀具与切屑及工件表面之间的摩擦阻力，目前生产实际中采用的计算公式都是通过大量的试验和数据处理而得到的经验公式。
这些经验公式主要有两种形式：
指数切削力形式和切削层单位面积切削力形式。
本夹具设计加工刀具材料采用高速钢（W18Gr4V），铣刀类型为端铣刀，工件材料为灰铸铁——HT200，查《机床夹具设计手册》可得切削力的计算式为：
（1）
公式
（1）中：
——用高速钢（W18Gr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数，查《机床夹具设计手册》得，端铣刀、灰铸铁对应的
——切削深度，为2mm
——每齿进给量，根据公式
=
mm/r
其中：
D——铣刀直径，为12mm
B——铣削宽度，为3mm
n——铣刀每分钟转速，为400r/min
Z——铣刀的齿数，为6
根据公式:
查《机床夹具设计手册》其中HB取63—67HRC，现取HB=66HRC可得
把上面各数据带入公式
（1）
=168.58N
（2）、夹紧力的计算
在机械加工过程中，工件受切削力、惯性力等外力作用，为了保证在外力作用下工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不至发生震动或位移，夹紧装置采用液压楔形夹紧装置，动力源为液压缸，中间递力机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构，计算夹紧力时，将夹具和工件看成是一个刚性系统，斜楔夹紧装置楔角
α=
，
扩力比为i=3.14,查《机床夹具设计手册》可得，克服水平切削力，实际夹紧力公式为：
切削力水平分力：
垂直分力：
安全系数：
为基本安全系数，为1.5
为加工性质系数，为1.1
为刀具钝化系数，为1.1
为刀具钝化系数，为1.1
所以
=
=1.5x1.1x1.1x1.1x185.44=370.23N
、
为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，
且
=
=0.1
=
=
=1851.15
气缸选用
，
压缩空气单压力P=0.5Mpa，
气缸推力为3900N，
已知斜楔机构的扩力比i=3.42
故由气缸产生的实际夹紧力为
=3900i=3900x3.42=13338N
因为
大于所需夹紧力，故该夹具可安全使用。
3、定位误差的分析
①定位元件尺寸及公差的确定
所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。
因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。
误差总和包括
（1）夹具在机床上的装夹误差，
（2）工件在夹具中的定位误差和夹紧误差，（3）机床调整误差，（4）工艺系统的弹性变形和热变形误差，（5）机床和刀具的制造误差及磨损误差等。
本夹具的主要定位元件为定位轴，定位轴中心线对夹具底面垂直度为0.05/100mm
万向节内壁与底面垂直度为0.1/100mm，
所以垂直度误差为（0.05+0.1）/100mm=0.15/100mm
定位键也是定位元件，定位键Φ18H8n7
得最大间隙为：
0.027-0.012=0.015mm
接触长度为6mm，
则间隙引起的误差为最大倾角为：
0.015/6
此即为由于定位问题而引起的Φ42mm定位键对滑道的最大平行度误差。
②计算Φ42mm定位轴与花键孔中心线的最大平行度误差
零件花键孔与定位心轴外径的最大间隙为：
Δmax=0.18-（-0.1）+1=1.28mm
当定位花键轴的长度取100mm时，则由上述间隙引起的最大倾角为0.131/100。
此即为由于定位问题而引起的Φ42mm定位轴对花键孔中心线的最大平行度误差。
4、夹具设计及操作的简要说明。
如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应首先着眼于机动夹紧，本道工序的铣床夹具就选择了气动夹紧方式。
本工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大气缸直径，而这将使整个夹具过于庞大。
因此，应设法降低切削力。
目前采取的措施有三个：
一提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的斜楔夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高压缩空气的工作压力（由0.4Mpa增至0.5MPa）,以增加气缸推力。
结果，本夹具结构比较紧凑。
夹具工作时，将万向节套在定位销上，气压缸通过进气口、排气口的打开和关闭使夹紧和放松，当活塞向左移动时，楔轴左移，推动凸轮向上移动，压板左端上升，利用杠杆原理，压板右端下降，夹紧工件，夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。
七、总结与感想
紧张幸苦的两周课程设计今天结束了，现在回过头整理这几天的成果，虽然时间不长但是还是有很多感触的。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。
“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句名言的真正含义，就是为将来能在社会上找到好工作打下坚实的基础。
说实话，课程设计确实有点累，然而，当我着手整理自己的设计成果，慢慢回味这几天的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。
虽然这仅仅是一点小的胜利，然而它使我感到自己成熟了许多。
通过课程设计，使我深深体会到，干任何事情都必须耐心，细致。
个人的力量是有限的，要想课程设计做的更好，除了要参考一定的资料，汲取别人的经验，还要通过大家的不懈努力一起完成任务。
总而言之，大家齐心协力，分工明确，互相合作帮助还有不懈的勤奋也是我们能这么顺利完成设计的主要因素。
通过本次课程设计，让我们重新回顾并巩固了以前所学过的知识，将所学的知识融会贯通。
课程设计过程中培养了我们在实践中发现问题，研究问题，分析问题和解决问题的能力以及培养了良好的工程素质。
查阅相关资料的过程中，充分体现了大家的团队精神，交流能力，独立思考的能力；提高了自己动手能力，培养了理论联系实际的作风，增强了个人的创新意识。
积极参与到课程设计过程中是我们快速认识和掌握理论知识的一条重要途径。
在此过程中，不仅收获了知识，还收获了阅历。
并且通过查找资料，请教其他同学，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考，动手操作的能力，在综合能力上也都有了提高。
在设计过程中，我们学会了很多学习的方法，这些都是日后工作过程中最实用的，要面对社会的挑战，只有不断的学习，实践，再学习，再实践。
最后，感谢学院给我们这次机会，让我们有机会亲身参与到设计过程中，这样的机会为我们将来能找到一个合适的好工作奠定了坚实的基础，通过这次的课程设计，让我们对于专业课上所学的知识有了更加深刻的认识，很多人都以为现在学的知识没什么作用，等到用的时候却发现自己所学的东西原来是那么的不扎实。
所以给我们以教训，以后要踏实的学习本专业的所有课程，丰富自己的专业知识，才能解决更多的专业问题。
八、主要参考资料
[1]卢秉恒，机械制造技术基础,机械工业出版社，2007.12
[2]机械制造基础课程设计指导书（校编）
[3]机制工艺课程设计指导书,机械工业出版社,2000
[4]邓文英,金属工艺学，高等教育出版社,2001
[5]燕山大学，洛阳工学院，机床夹具设计手册，上海科学技术出版社，2000.11
[6]胡志勇，机械制图，内蒙古大学出版社，2003
[7]濮良贵,纪名刚,机械设计（第六版）,高等教育出版社,1996
[8]哈尔滨工业大学,哈尔滨市教育局,专用机床夹具设计与制造,黑农江人民出版社,1997.12
[9]刘友才，机床夹具设计[Ｍ]，北京：
机械工业出版社，1992
[10]东北重型机械学院，洛阳工学院等编，机床夹具设计手册（第三版）[M]上海：
上海科学技术出版社，1998
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