机械制造装备课程设计教材.docx
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机械制造装备课程设计教材
机械制造装备
课程设计
班级机自113（）
姓名
学号
指导教师程伟汪通悦
日期2016.6.6-2013.6.17
淮阴工学院
机械与材料工程学院
机械制造装备课程设计指导书
1、课程设计的目的
机械制造装备课程设计的目的是让学生在学习了机械制造装备和进行了校内外的生产实习之后让学生获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造装备设计的基本能力。
同时，课程设计也是为了毕业设计进行一次综合训练和准备。
机械制造装备的课程设计可以使学生在下述三方面得到锻炼：
（1）能把机械制造装备课程中的基本理论和在校内外生产实习中学到的实践知识有机的相结合，从而解决零件在加工中的定位、夹紧等问题，从而确保零件的加工质量。
（2）提高学生的机械结构设计能力。
通过针对某一典型零件的夹具的设计，从而使学生能够通过所给出的被加工零件的加工要求，设计出高效率、低成本、装夹简单、省力、省时而能保证加工质量的夹具的能力。
（3）锻炼学生使用手册及图表资料的能力。
能够熟练地依据给定的任务而查找相关的资料、手册及图表并掌握其中的设计信息用于设计参数的确定。
2.工艺装备设计
要求学生设计为加工给定零件所必需的夹具1套。
具体的设计项目可根据加工需要由学生本人提出并经指导教师同意后确定。
所设计的夹具其零件数以20件为宜，即应具有中等以上的复杂程度。
结构设计的具体步骤如下：
（1）确定设计方案，绘制结构原理示意图。
设计方案的确定是一项十分重要的设计程序，方案的优劣往往决定了夹具设计的成功与失败，因此必须充分地进行研究和讨论，以确定最佳方案，而不应急于绘图，草率从事。
学生在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是：
确保加工质量，结构尽量简单，操作省力高效，制造成本低廉。
这四条原则如果单独拿出来分析，有些是互相矛盾的。
而设计者的任务，就是要在设计实践中，综合上述四条，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。
（2）选择定位元件，计算定位误差。
在确定设计方案的基础上，应按照加工精度的高低，需要消除自由度的数目以及粗、精加工的需要，按有关标准正确地选择元件。
选择好定位元件之后，还应对定位误差进行计算。
计算如果超差时，需要改变定位方法或提高定位元件、定位表面的制造精度 ，以减少定位误差，提高加工精度。
有时甚至要从根本上那个改变工艺路线的安排，以保证零件的加工顺利进行。
（3）计算所需的夹紧力，设计夹紧机构。
设计时所进行的夹紧力计算，实际上是经过简化了的计算。
因此此时计算所得，仅为零件在切削力、夹紧力的作用下按照静力平衡条件而求得的理论夹紧力。
为了保证零件装夹的安全可靠，实际所需的夹紧力应比夹紧力大，即应对理论夹紧力乘以安全系数K。
K的大小可由有关手册中查得，一般K=1.5～2.5。
应该指出，由于加工方法、切削刀具以及装夹方式千差万别，夹紧力的计算在有些情况下是没有现成公式可以套用的，所以需要同学们根据过去所学的理论进行分析研究，以决定合理的计算方法。
夹紧机构的功用就是将动力源的力正确、有效地施加到工件上去。
同学可以根据具体情况，选择并设计杠杆、螺旋、偏心、铰链等不同的夹紧机构，并配合以手动、气动或液动的动力源，将夹具的设计工作逐步完善起来。
（4）画夹具装配图。
画夹具装配图是夹具设计工作中重要的一环。
画夹具图时，应当注意和遵循以下各点：
1）本设计中，要求按1:
1的比例画夹具总装图。
被加工零件载夹具上的位置，要用双点画线表示，夹紧机构应处于“夹紧”的位置上。
2）注意投影的选择。
应当用最少的投影将夹具的结构完全清楚地表达出来。
因此，在画图之前，应当仔细考虑各视图的配置与安排。
3）所设计的夹具，不但机构要合理，结构也应当合理，否则都不能正常工作。
4）要保证夹具与机床的相对位置及刀具与夹具的相对位置的正确性，即夹具上应具备定位键及对刀装置。
5）运动部件的运动要灵活，不能出现干涉和卡死的现象。
回转工作台或回转定位部件应有锁紧装置，不能在工作中松动。
6）夹具的装配工艺性和夹具零件（尤其是夹具体）的可加工性要好。
7）夹具体中的运动零部件要有润滑措施，夹具的排屑要方便。
8）零件的选材、尺寸公差的标注以及总装技术要求要合理。
为便于审查零件的加工工艺性及夹具的装配工艺性，从教学要求出发，各零部件尽量不采用简化法绘制。
装配图的明细栏规格、形式按照国家标准绘制。
9）对夹具装配图上尺寸标注要求。
在夹具装配图上，一般只要求标注四种尺寸，即轮廓尺寸、配合尺寸、与加工有关联的尺寸与机床有关联的尺寸。
ａ．轮廓尺寸。
即夹具的长、宽、高尺寸。
如果夹具有活动部件，则应将活动部件的移动极限用双点划线划出，并标出尺寸。
ｂ．配合尺寸。
夹具总装图上的所有配合表面均应标出其尺寸与配合。
ｃ．与加工有关联的尺寸。
例如，对刀块到被加工零件定位基面的尺寸、钻套中心线到被加工零件定为基面的距离等。
ｄ．与机床有关的尺寸。
例如，铣床夹具上定位键的宽度尺寸要专门标出，夹具与机床联结时放置螺栓的槽宽与槽距也要标出，车床卡盘与主轴的定位锥面的锥度与直径或定位圆柱面的尺寸、配合及联结螺纹的尺寸、规格等。
此外，夹具装配图上还应标出形位公差要求。
如刀具的导向件到被加工零件定位基面的平行度或垂直度，被加工零件定位基面到夹具安装基面的平行度或垂直度要求等。
5. 编写设计说明书
学生在完成上述全部工作之后，应将前述工作依先后顺序编写设计说明书一份。
要求字迹工整，语言简炼，文字通顺。
姓名
班级
学号
设计题目
操纵杆支架通槽铣削夹具设计
指导老师
程伟汪通悦
零件名称
操纵杆支架
材料
HT200
生产类型
中批量生产
毛坯
铸件
生产纲领
年生产量5000件
设计任务
零件图如下，本工序为铣削加工尺寸为A的通槽，底面和ΦC均已加工完成，设计铣床夹具（可以是组合夹具或专用夹具）。
完成夹具设计，绘制出夹具装配图和主要零件图。
要求提交的材料中，必须包括三维零件设计和二维图纸（用AUTOCAD完成）。
学号尾号
学号尾号不同的学生所选用的尺寸
A
ΦC
0
28±0.2
Φ10
1
29±0.2
Φ11
2
30±0.2
Φ12
3
31±0.2
Φ13
4
32±0.2
Φ14
5
33±0.2
Φ10
6
34±0.3
Φ11
7
35±0.3
Φ12
8
36±0.3
Φ13
9
37±0.3
Φ14
机床夹具课程设计任务书
图1操纵杆支架零件图
附录机床夹具设计示例
机床夹具设计
一、机床夹具课程设计任务书
姓名
班级
学号
计题目
铣槽11专用夹具
指导老师
零件名称
传力杆
材料
ZG
生产类型
中批量生产
毛坯
铸件
生产纲领
年生产量5000件
设计任务
零件简图如下，本工序铣削加工12mm的直通槽，设计手动铣床专用夹具。
二、机床夹具课程设计说明书
1、对加工件进行工艺分析：
工件已加工过的大小孔径分别为Φ11
mm和Φ24
mm，两孔中心距为42±0.02mm,厚度为26
mm。
在加工槽时，槽的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高，由铣削直接加工就可以达到要求，其中槽的宽度由刀具的尺寸保证，槽的深度尺寸和位置精度由设计的夹具来保证。
槽的位置包括如下两方面要求：
1.1、加工槽的宽度为11mm，且两个侧面相对于中心面A对称度为0.1mm；
1.2、加工槽的深度为32±0.2mm。
2、定位方案设计：
根据加工槽两侧面相对于中心面对称要求，需要限制工件X方向转动自由度、Y方向转动自由度和Z方向转动自由度；根据加工槽宽度和深度要求，需要限制工件X方向移动自由度和Z方向移动自由度。
但考虑到加工时工件定位的稳定性，可以将六个不定度全部限制。
工件相对中心面对称，要实现加工槽两侧面相对中心面对称的要求，且根据基准重合的原则应选A面作为定位基准，但A面实际不存在，故可选工件的两侧面M或N的任一面作为定位基准，限制三个不定自由度，此为第一定位基准。
由加工槽深度要求，
方案一：
如右图所示
孔O2及O1为第二和第三定位基准，通过固定圆柱销及V形块实现定位；
方案二：
如下图所示
可以选择孔O1及O2为第二和第三定位基准，通过图中所示的固定式圆柱销及菱形销实现定位。
经分析，第一种方案以圆柱和V形块组合定位时，要受到外圆加工精度的影响，由于外圆表面系毛坯铸件不能保证工件的加工要求，加上V形块比较薄且夹住工件一边，不易夹紧。
所以采用第二种方案，即以孔O1及O2为第二和第三定位基准，对两孔采用固定式圆柱销及菱形销定位，此方案实现了工件的完全定位，无重复定位，方案可取。
2.1、计算定位误差：
现选取工件上两孔与两定位销的配合均为H7/g6，则圆柱销的直径尺寸为Φ11
mm,菱形销的圆弧部分直径尺寸为Φ24
mm，b=5mm,B=d-3=24mm。
圆柱销与菱形销之间的中心距为42±0.02mm。
工件在夹具中定位产生的定位误差，其值应控制在工件相对尺寸或位置公差的
～
，为此需对每一项工序加工要求逐一进行分析。
2..1.1、对加工槽深尺寸A进行分析
加工槽的深度尺寸的工序基准为工件小孔外圆面的上母线，定位基准为圆柱销中心线，则
定位（A）=
位置+
不重=0.035+0.04=0.075mm
因
定位（A）值小于工序尺寸公差值（0.6mm）的
，故能满足工序加工要求。
2..1.2、对加工槽两侧面对中心面A对称度进行分析
加工槽的位置精度—对称度的工序基准是中心面A，而定位基准为第一基准平面，这里忽略基准的位移误差，则
定位（对称度）=
位置+
不重=0+0.03=0.03mm
因
定位（对称度）值小于工序位置精度要求的公差值（0.1mm）的
，故能满足工序加工要求。
3、导引方案设计：
对此方案，采用每加工一批工件，只安装调整一次夹具，通过试切数个工件来对刀的，此种方案对导引方案的要求很高，如右图所示：
我们要保证的第一个精度是槽的宽度11mm关于工件厚度方向上的对称中心的对称性如
，第二个精度为槽的深度即尺寸A。
所以对导引元件初步设计方案为一个方形的块如右图所示，用于安装在夹具体上。
正确的安装方法见夹具装配图。
4、夹紧方案设计：
对此工件的铣削加工，我们所采用的是一面和两个定位销的原理，而且我们拟定采用的是手动夹紧，为了节约成本，我们采用一个压块，一个螺母对其压紧，夹紧方案的初步确定如右图所示（局部图）：
根据工件上大孔的尺寸、菱形销、螺杆的尺寸大小，我们选用m10的压紧螺母，对压块的尺寸我们拟定为厚度5mm，直径为35mm。
具体见附录中的零件图。
计算切削力
刀具：
高速钢直齿三面刃铣刀。
D=80mm.Z=18
=2448N
校核定位销：
根据公式：
可知直径为10mm的螺杆和m10的螺母能满足夹紧力的要求。
夹紧力：
由于工作状态原因，切削力与夹紧力在空间上是相互垂直的。
螺母提供的夹紧力足以夹紧，故无须验算。
5、其它装置设计：
铣床夹具依靠夹具体底面和定向键侧面与机床工作台上平面及T型槽相连接，以保证定位元件对工作台和导轨具有正确的相对位置。
为了减小安装时的偏斜角
的误差，安装定向键时应当使它们靠向T型槽的同一侧。
对定向键的设计方案如右图所示（局部图）：
对定向键的直角部分都倒2*45°的倒角，在夹具体与定向键的连接部分中的直角开出凹槽，如图中的小凹槽。
定向键与夹具体采用螺钉连接，至于定向键的大小要根据铣床工作台是具体情况而定，在此我们就不对定向键的尺寸大小进行说明。
6、夹具体设计：
在夹具体设计方面，采用了一个直角块，来进行大体上的定位，而且要设置导引装置的安装位置，对各个面的要求见零件图，（右图为夹具体的立体图）夹具体通过安装在夹具体上的定向键进而与铣床的工作台连接，从而实现对夹具的固定。
此夹具在有加强筋的情况下，具有足够的刚度与强度，安放稳定，工艺性好，实用安全。
7、技术条件制定：
1、定位元件
15和
20相对于夹具底平面的平行度公差在100mm上为0.03mm。
2、夹具上与短销凸肩接触的垂直面相对于夹具底平面的垂直度公差在全长上为0.03mm。
8、夹具工作原理（操作）简介：
对此夹具各个零件的装配关系见右图，分析与说明它的工件原理：
短销通过夹具体上的孔、本身的螺栓、螺母与夹具体紧紧连接。
菱形销也是能过同样的方法与夹。
具体连接而得到固定，菱形销上设置一长螺纹用于压紧螺母对工件的夹紧。
在夹具体的底平面上安装定向键用于与铣床工件台面的连接与定位。
工件时，只要把压紧螺母、压块卸下，即可把工件套上去。
利用一面二孔进行定位，当工件套上去后，先装入压块，再用压紧螺母进行夹紧。
这时铣刀在导引装置的引导下对待加工工件进行加工，并且在导引装置的作用下完成铣床对工件的铣槽工序。
本夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需靠压板紧定螺栓的松紧即可轻松实现。
9、绘制夹具的零件图与总装图：
三、参考文献
1、《机床夹具设计手册》王光斗、王春福主编上海科学技术出版社1980年
2、《机床夹具设计》林正焕、陈本通主编国防工业出版社1987年
3、《机床夹具设计》王启平主编哈尔滨工业出版社1996年
4、《机械制造基础》严霖元主编中国农业出版社2004年
5、《图学基本教程》谭建荣、张树有等编高等教育出版社1999年
6、《理论力学》哈尔滨工业大学理论力学教研室编高等教育出版社2002年
7、《材料力学》刘鸿文主编高等教育出版社2004年
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