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课程设计说明书

前言

夹具课程设计的目的：

金属切削机床的夹具设计是机械类企业常见的设计任务，作为机械类专业的学生进入企业后常常会遇到这些设计任务，课程设计是提高我们机床夹具设计技能的重要环节。

其目的是：

1）培养我们分析和解决工程实际问题的能力，使我们掌握机床夹具的一般设计方法和步骤，提高我们今后走上工作岗位所需的专业技能。

2）使我们学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等强化我们的基本设计技能。

3）使我们能综合运用夹具设计课程及其他相关专业课程的知识，学会用所学的理论知识指导设计实践，树立正确的设计思想。

课程设计中应注意的问题：

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。

在工艺设计环节中，对该工序的设计已要求设计其定位与夹紧方案，因此夹具设计的具体内容应与工序设计保持一致，不能相互冲突。

3）设计时要有整体观念

4）夹具设计有其自身的特点:

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，设计时考虑须周全，整体观念强就会少出差错，从而提高设计质量与效率。

5）设计中应学习正确运用标准和规范

6）对于国家标准的规范要严格的遵守和执行。

夹具设计过程中选择各种功能元件时应注意尽可能选用标准件，减少非标准件的设计制造工作量，降低夹具成本。

第1章设计准备工作

1.1熟悉加工零件图

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。

该加工零件如下图：

图1-1

已知该零件的材料为HT200,需要大批量生产，加工2-Ф12H7孔（其它工序已经加工完成）。

要求为该零件设计专用钻床夹具，所用机床为Z525立式钻床。

1.2加工零件图分析

该工序为加工2-Ф12H7孔，该孔的公差等级为7级，精度要求较高。

因此夹具的主要任务是保证加工精度，特别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。

第2章结构方案设计

2.1定位方案设计

2.1.1确定定位方案

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。

在考虑到以上问题的基础上，根据零件的具体情况提出以下二种定位方案：

方案一：

工件以Ф17H7孔，底面A为定位基准。

Ф17H7孔的定位元件是长圆柱螺柱。

长圆柱螺柱限制三个自由度，底面A限制三个自由度。

显然方案满足“六点定位原理”要求。

因此此定位方案合适。

方案二：

工件以Ф17H7孔，底面B为定位基准。

Ф17H7孔的定位元件是长圆柱螺柱。

长圆柱螺柱限制三个自由度，底面B限制三个自由度。

但是所用机床为Z525立式钻床，而此方案所需加工的孔在水平面上，故此方案不合适。

综上所述：

方案二不能满足加工要求，方案一较合适。

下图为二种定位方案图：

图2.1-1（a）

图2.1-1（b）

2.1.2选择定位元件，设计定位装置

定位方案一旦确定，接着就应该选择或设计相应的定位元件来体现定位方案。

工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准表面与夹具的定位元件的工作表面接触或配合来实现的，因此设计中选用的定位方法与定位元件的具体结构应与工件的定位基准表面相适应。

工件上被选作定位基准表面的常有平面、圆柱面、圆锥面和其他成形表面及它们的组合。

当工件以平面定位时，常用支撑钉或支撑板作为定位元件；当工件以圆柱孔定位时，常用定位销（圆柱销）、定位心轴以及圆锥销等作为定位元件；当工件以外圆柱定位时，常用的定位元件有V型块、定位套以及半圆套等。

为了更好的选择定位元件应注意以下问题：

1）定位元件（机构）设计和布置应保证工件定位稳定，并有足够的刚度。

2）定位元件的材料和技术条件应确保定位精度的稳定性和使用的持久性。

3）多数定位元件已标准化，选择标准件或标准结构可简化夹具的设计制造成本。

在考虑到以上问题的基础上，设计出定位元件、定位装置如下图：

根据加工零件的具体情况和定位方案分析：

设计出Ф17H7孔定位元件如下图

图2.1-2

2.2夹紧方案设计

2.2.1确定夹紧方案

在机械加工中，工件的定位和夹紧是相互联系非常密切的两个工作过程。

工件定位后，必须采用一定的装置把工件压紧夹牢在定位元件上。

从而使工件在加工过程中，不会由于切削力、工件重力、离心力或惯性力等的作用而发生位置变化或产生振动,以保证加工精度,避免机床、刀具的损坏和发生人身安全事故。

因此为了确定比较合理的夹紧方案，按如下步骤设计夹紧方案（应该注意的问题）：

1）根据工件的形状、大小、加工要求、定位装置的结构和布置情况等，确定夹紧点与作用方向。

2）分析工件的受力情况，运用类比、试验或估算等方法，确定所需夹紧力的大小。

3）按所需夹紧力，并根据生产批量，选择或设计夹紧装置。

4）在设计时，尽可能采用已有的、可靠的夹紧方式，这样可以免除复杂的设计计算，加快设计过程。

在考虑到以上问题的基础上确定夹紧方案，夹紧方案的确定，其实就是夹紧力的确定。

夹紧力的确定就是确定夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。

在进行这项工作时，必须结合定位装置的结构形式和布置方式，并分析工件的结构特点、加工要求及其他作用于工件上的外力情况，在此基础上确定夹紧力的方向、作用点和大小。

结合加工零件的具体情况，在充分考虑以上分析的基础上确定本加工零件的夹紧方案如下图：

图2.2-1

2.2.2夹紧装置设计

夹紧装置除要求能将工件夹紧压牢之外，还对工件的加工质量、生产率、生产成本及操作工人的劳动强度等均有较大影响。

因此，在设计夹紧装置时应满足以下要求。

1）在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。

2）夹紧力大小适当。

夹紧机构应能保证在加工过程中工件不产生松动或振动，同时又要避免工件产生不适当的变形和表面损伤。

3）夹紧装置应具有良好的自锁性能，以保证在源动力波动或消失后，仍能保持夹紧状态。

4）夹紧装置的操作应当方便、安全、省力、迅速，符合操作习惯。

5）夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与生产批量和生产方式相适应。

结构设计应力求简单、紧凑，并尽量采用标准化元件。

在考虑到以上要求的基础上，根据加工零件的具体情况和夹紧方案分析设计出夹紧装置如下图：

图2.2-2

2.3对刀导向装置设计

此次设计是钻床夹具设计，主要用于孔加工。

为了便于确定刀具位置和运动方向，应在夹具上设计对应的对刀导向元件。

钻床夹具的对刀导向元件设计

1.钻套的设计

钻套是引导刀具的元件，用以保证被加工孔的位置精度，并防止加工过程中刀具的偏斜。

通过对加工零件图分析可知，所加工的是两个Ф10H7的平行孔，而且两孔间距较小只有20mm,不适宜采用标准钻套，必须根据加工条件的特殊性设计特殊钻套。

因此根据零件图的特殊情况和具体加工条件设计出如下图所示的特殊钻套：

此次加工零件所用的特殊钻套

图2.3-1

2.钻模板设计

钻模板用于安装钻套在钻模上的位置。

要求具有一定的强度和刚度，以防止由于刀具变形而影响钻套的位置精度和导向精度。

所加工的是两个Ф10H7的平行孔，相对于A面有垂直度和平行度位置要求，位置精度要求较高，而且孔距相距较小只有20mm。

因此考虑到零件的具体要求和夹具的具体情况，所设计的钻模板如下图所示：

图2.3-2

2.4夹具体设计

夹具体是整个夹具的基体和骨架，组成夹具的各个零件、机构等都要安装在上面。

夹具体的类型分为铸造夹具体（a）、焊接夹具体（b）、锻造夹具体（c）和装配夹具体（d）。

如下图所示：

夹具体类型

图2.4-1

通过对夹具上各组成件的分布情况、零件的形状、尺寸以及加工性质的考虑，我选择铸造夹具体，铸造夹具体优点是可铸造出各种复杂形状，工艺性好，并且具有较好的抗压强度、刚度和抗振型。

基于以上分析，设计出本夹具的夹具体如下图所示：

所设计夹具的夹具体

图2.4-2

第3章夹具装配图的绘制

夹具装配图的绘制，是在夹具结构方案草图经过老师审定之后进行的。

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制，绘图比例尽量采用1：

1。

主视图应按操作者的视线方向绘制，总装配图应将夹具的工作原理、各种装置的结构及其相互关系表达清楚。

在完整地表达出夹具工作原理和构造的基础上，视图的数量尽可能少。

应先用细双点画线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适的位置上,然后依次绘出定位装置、夹紧装置、其它装置和夹具体。

在夹具总装配图上工件可以看做透明体，不遮挡后面的线条。

3.1夹具总装图上应标注的尺寸及公差

1）夹具的最大轮廓尺寸为210mm×110mm×185mm。

2）特殊钻套与钻模板的配合尺寸为Ф42H7/n6。

3）特殊钻套与刀具的配合尺寸为Ф6F7。

所要钻的两个Ф6H7孔轴线与心轴衬套的右端面的位置尺寸分别为11±0.1mm和31±0.1mm。

3.2夹具总装图应标注的技术条件

1）钳工配作销。

2）定位心轴轴线对夹具体底面A平度度误差不大于0.02mm。

3）定位心轴衬套右端面对定位心轴轴线垂直度误差不大于0.02mm。

4）钻套孔轴线对夹具体左端面B平行度误差不大于0.02mm。

5）钻套孔轴线与定位心轴轴线垂直度误差不大于0.02mm。

基于以上分析绘制出夹具总装配图如下图所示：

图3-1

谢辞

通过这一段时间的努力,这次课程设计结束了。

感谢我的指导老师—张洪涛，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样！

他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

经过一个多月的忙碌和工作，本次课程设计已经接近尾声，作为一个本科生的课程设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

张老师平日里工作繁多，但在我做课程设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。

我的设计较为复杂烦琐，但是张老师仍然细心地纠正图纸中的错误。

除了敬佩张老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。

敬爱的导师。

我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。

您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。

授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，领会了基本的思考方式，从课程设计题目的选定到设计过程的指导，经由您悉心的点拨，再经思考后的领悟，常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。

大学的学习时光我学到很多知识。

母校洛阳理工给了我在大学深造的机会，让我能继续学习和提高。

老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲，同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的充满了感动。

我要感谢我母校——洛阳理工学院，是母校给我们提供了优良的学习环境。

另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。

在此，我再说一次谢谢！

谢谢大家！

！

！

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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！

！

感想

在张洪涛老师的精心指导下，我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，但关键性的问题如方案设计等还是在张老师的悉心指导和关怀下完成的。

所以，我要对我的老师真诚的说一声谢谢！

您辛苦了。

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。

这次课程设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力和独立解决问题的能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

更为重要的是在这一过程中开发了我的思维，锻炼了个人能力，获得了许多宝贵经验。

机械制造装备设计这门课是机械专业内非常重要的一个科目，是在机械设计等学科的基础上进行学习的，因此，是一门综合性和专业性非常突出的科目。

夹具便是机械制造装备设计这门课当中十分重要的一个课程。

通过这一段时间的学习和探讨，我已经很好的掌握了夹具的设计过程，相信会对今后进行类似的工程设计有非常大的帮助。

参考文献

1.赵雪松《机械制造装备设计》武汉：

华中科技大学出版社，2011.1

2.王先逵《机械制造工艺学》北京：

机械工业出版社，2011.6

3.吴拓《简明机床夹具设计手册》北京：

化学工业出版社，2010.4

4.李名望《机床夹具设计实例教程》北京：

化学工业出版社，2009.9

5.陈立德《机械制造装备设计课程设计》北京：

高等教育出版社，2010.8

6.孙恒《机械原理》北京：

高等教育出版社，2000.8

7.成大先《机械设计手册》北京：

化学工业出版社，1999.8

8.高小康《互换性与测量技术》北京：

高等教育出版社，2002.3