课程设计任务书 方套夹具设计

山西大同大学目录设计任务书2前言3机床夹具发展前景4机床夹具设计5 专用机床夹具的基本要求和设计步骤5 零件分析7专用夹具设计8夹具设计9 夹具总图的绘制12 课程设计心得体会13 参考文献14山西大同大学煤炭工程学院课程设计任务书 设计题目：设计“方套”零件夹具 设计内容：1、产品零件图 2、产品毛坯图 3、夹具设计装配图 4、夹具设计零件图 5、课程设计说明书设计学生：柳 阳指导老师：王晨升设计日期：2013年1月3日 13前言机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的一门主要专业课，其任务是通过该课程的学习，掌握主要机械制造装备的工作原理及其正确使用和选用方法、原则，并具备一定的机械制造装备的总体设计、传动设计、结构设计等基本知识和主要工艺装备的设计能力。而课程设计是机械制造装备设计课程的一个重要的实践性教学环节，也是机械类专业学生较为全面的机械设计训练。通过课程设计的实践，综合地运用装备设计课程和其他先修课程的理论与实际知识，进一步培养与提高学生分析和解决工程实际问题的机械设计能力。其目的在于：1通过课程设计，使学生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。2通过课程设计，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机床夹具的一般设计方法和步骤，提高其走上工作岗位所需的专业技能。3通过课程设计，使学生学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等。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。他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、形状精度和尺寸精度。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、重力等的作用而破坏定位，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，夹具按使用范围分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和随行夹具，按使用机床分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、自动机床夹具、数控机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等，按夹紧的动力源分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气-液增力夹具、电磁夹具及真空夹具等。根据所加工工件的要求，本次使用的是钻床浮动夹紧专用夹具。机床夹具发展前景夹具最早出现在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。1床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，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34年就要更新5080%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020%左右。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，对机床夹具提出了如下新的要求：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性特征的工件；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）采用以液压站等为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；6）提高机床夹具的标准化程度。2现代机床夹具的发展方向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面。（1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。（2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m。（3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。（4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。机床夹具设计 机床夹具概念 1机床夹具概念在机床制造厂的生产过程中用来安装工件使之固定在正确位置上,完成切削加工、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备称为夹具。 2工件的安装在机床上加工工件时,为了保证工件被加工表面的尺寸,几何形状及相互位置精度方面的要求,事先必须将工件正确地安装到机床加工位置上去工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位，然后将工件紧固在这一既定位置上，使之不因受切削力、重力、离心力和惯性力作用发生位置改变，这就是工件的夹紧。工件的安装一般有两种方式：直接在机床工作台或通用夹具上安装；采用专用夹具安装。本次安装为第二种。3机床夹具的功用（1）保证产品加工精度，稳定产品质量； （2）提高生产率，降低加工成本； （3）改善工人劳动条件； （4）扩大机床的工艺范围。4机床夹具的组成机床夹具因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类的不同而有各种不同的结构形式，但就机床夹具具体结构而言，大致可分为以下几个部分：定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、其它装置和元件、夹具体。5. 夹具设计的基本要求（1）稳定地保证工件的加工技术要求； （2）提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本； （3）结构简单，便于制造和维修； （4）操作安全、方便。专用夹具的基本要求和设计步骤1.夹具的基本要求对机床夹具的基本要求归纳为四个方面：1）定地保证工件的加工精度；2）提高机械加工的劳动生产率和降低工件的知道成本；3）结构简单，操作方便，省力和安全，便于排屑；4）具有良好的结构工艺性，便于夹具的制造、装配、检验、调整与维修。在设计过程中，首先必须保证工件的加工要求，同时应根据具体情况综合处理好加工质量、生产率、劳动条件和经济性等方面的关系。在大批量生产中，为提高生产率应采用先进的结构和机械传动装置。在小批生产中，则夹具的结构要尽量简单以降低夹具的制造成本。工件加工精度很高时，则应着重考虑保证加工精度。专用夹具适用于产品相对稳定的批量生产中。在小批量生产中，由于每个品种的零件数较少，所以设计制造专用夹具的经济效益很差。因此，在多品种小批量生产中往往设计和使用可调整夹具、组合夹具及其他易于更换产品品种的夹具结构。2.夹具的设计步骤专用夹具设计的主要步骤为：收集并分析原始资料，明确设计任务设计夹具时必要的原始资料为工件的有关技术文件、本工序所用机床的技术特性、夹具零部件的标准及夹具结构图册等。首先根据设计任务书，分析研究工件的工作图、毛坯图、有关部件的装配图、工艺规程等，明确工件的结构、材料、年产量及其在部件中的作用，深入了解本工序加工的技术要求、前后工序的联系、毛坯（或半成品）种类、加工余量和切削用量等。为使夹具的设计符合本厂实际情况，还要熟悉本工序所用的设备、辅助工具中与设计夹具有关的技术性能和规格、安装夹具部位的基本尺寸、所用刀具的有关参数、本厂工具车间的技术水平及库存材料情况等等。在设计中应充分利用各方面的成功经验，参考生产中行之有效的典型结构和先进夹具，熟悉夹具零部件标准，以使所设计夹具具有实用性和先进性。（1） 拟订夹具的结构方案，绘制结构草图在此阶段主要应解决的问题大致顺序是：遵照六点定位规则确定工件的定位方式，并设计相应的定位元件；确定刀具的导引方案，设计对刀、导引装置；研究确定工件的夹紧部位和夹紧方法，并设计可靠的夹紧装置；确定其它元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置等；考虑各种装置和元件的布局，确定夹具体和夹具的总体结构。（2） 绘制夹具总图在能够清楚表达夹具的工作原理、整体结构和各种装置、元件间相互位置关系的前提下，应使总图中的视图数尽量少。还应尽量选择面对操作者的方向为主视图。绘制夹具总图的顺序是： 用双点划线或红色铅笔绘出工件的轮廓外形和主要表面（定位面、夹紧面、待加工面），并用网线表示出加工余量。 视工件轮廓为透明体，按工件的形状和位置依次绘出定位、对刀导引、夹紧元件及其他元件或装置。最后绘出夹具体，形成一个夹具整体。绘图后还要对夹具零件进行编号并填写零件明细表和标题栏。 标注有关尺寸和夹具的技术条件。 绘制夹具零件图夹具总图中的非标准件都要绘制零件图。设计人员应注意夹具制造、装配和适用中出现的问题，及时加以改进，直至夹具能投入生产使用为止。零件的分析（如图1所示方套零件图，下面就该零进行分析） 图 1零件作用题目所给的零件方套用于其他零件的配合，要求有一定精度要求及适当刚度与强度，材料为45钢方槽位联接结面用于呈受传递力之用。专用夹具设计为了提高劳动效率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。本夹具用于x63卧式铣床。高速钢镶齿三面刃铣刀。要保证工件在加工时有足够的尺寸精度和形位公差精度，就需要夹具能够准确可靠的定位，本设计中需要对底孔设计专用夹具，以提高劳动生产率、保证加工质量、降低劳动强度。已知：工件材料40Cr，毛坯为锻件，所用机床为X51立式铣床，成批生产规模。本夹具主要用于加工6*的底孔，由于并没有特殊的精度和位置要求，因此在加工底孔的时候只需要保证同基准的一致和同锥孔的同轴度。由于起定位作用的精度最高的锥孔放在最后一道工序加工，因此，在本道工序加工时，只用考虑它同其他工序之间的位置精度要求，同时还应考虑如何可以提高劳动生产率，降低劳动强度。夹结构方案的设计机床夹具的确定是一次十分重要的设计程序，方案的设计优劣往往直接决定夹具设计的可行性。所以，方案的确定需经充分的研究和讨论来确定最佳方案。定位方式主要由面接触来完成，由长销小平面加一定位板进行定位，由液压系统进行压紧，以保证工件的加工精度。 1.加工精度的分析 使用夹具夹工件进行机械加工时，在工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，一般分为两类：一类是夹具有关的影响因素即定位误差，对刀误差。夹具在机床上的装配误差和夹具的制造误差。另一类还有工艺系统中其他影响加工精度的因素，称为加工方法误差。2.定位误差分析、定位元件尺寸及公差的确定。本夹具的主要定位元件为32的短心轴和相应的平面，因此该定位轴的尺寸与公差与相配的孔的尺寸公差相同，即为32H8。、基准不重合误差：因其定位基准和工序基准不重合，因此存在基准不重合误差。为自由误差，由毛坯决定。、基准位移误差： 因为是心轴和孔定位，因此，存在基准位移误差。Y=D+d+min=0.027+0.027=0.054mm设计主旨本夹具主要用来粗铣深30+0.2+0.mm，宽30+0.2+0.mm的方槽，因为采用直径为160mm的高速钢镶齿三面刃铣刀铣削30+0.2+0.1 mm的方槽,因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。 夹具设计定位原理在机械加工过程中，为了保证工件某道工序的加工要求，必须使工件在机床上相对于刀具处于正确的相对位置。当采用机床夹具安装一批工件时，是通过夹具来实现这些要求的。要实现工件在机床上相对于刀具占有一个正确的加工位置，必须做到以下三点：. 使一批工件在夹具中都占有一致的正确的加工位置；. 使夹具在机床上占有正确的位置；. 使刀具相对于夹具占有正确的位置。工件在夹具中定位，就是要使工件在夹具中占据正确的加工位置，这就可以通过设置定位支承点，限制工件的相对运动来实现。工件在没有采取定位措施之前，可视为一个处于空间自由状态的刚体，根据运动原理学可知，任一刚体在空间直角坐标系中都有六个自由度，即沿三个坐标轴轴向移动的自由度，分别用、来表示；绕三个坐标轴的转动的自由度，分别用、来表示。由此看来，未限制六个自由度的工件的位置是不确定的，当然也是无法加工的。因此要使工件在夹具中处于正确的位置，必须对影响工件加工面位置精度的相应自由度进行限制。工件的六个自由度都是客观存在的，是工件在夹具中所占空间位置确定的最高程度。也就是说。工件最多只有六个自由度，限制工件在某一方向的自由度，工件在夹具中该方向的位置就确定下来。工件在夹具中定位，意味着通过定位元件限制工件相应的自由度。1、定位基准的选择 经分析可知，由于32孔和其两端面已经经过精加工，且采用32孔定位便于保证加工质量和位置要求，避免了夹具在结构上过于复杂，因此采用32的孔作为主要定位基准面。为了保证加工强度采用辅助支承。由零件图可知：要加工的底孔,主要的技术要求是保证锥孔与其的平行度的位置要求，锥孔中心线对底孔并没有径向跳动的要求。则设计夹具时，必须要限制X轴的移动、转动；Y轴的转动、移动；Z轴的移动也要有控制，这种定位属于部分定位。由零件图可知：锥套的端面作为定位基准且与锥孔互为基准，有利于保证锥孔中心线对底孔的平行度要求。2.元件的选择根据分析，采用钻模版和凸台的组合夹具定位和装卸都很方便，凸台对工件端面进行定位，为了满足定位要求应限制三个自由度，其端面部分固定在夹具体上，起定位作用；而钻模版穿过凸台中部的圆孔，采用楔形孔用楔子手动固定使锥套稳稳的固定在凸台上，操作方便，起夹紧作用。凸台与定位基准的接触面积较大，加紧力均匀，可有效的减少工件圆柱表面的变形。当锥套与凸台把工件装夹上的时候，又限制了X、Y方向的移动，这样就限制了5个自由度。夹紧元件的选择工件在夹紧过程中应避免夹紧元件跟工件进行点接触。因为在点接触的过程中，即使有很小的夹紧力也可以产生很大的应力，由于定加工过程产生的误差在夹紧上经常会出现点接触的情况。但是后面还要考虑与工作台的相对位置安装误差，必须进行自位平衡，则钻模板和夹具体之间采用铰链连接，使钻模板形成自位平衡。本次设计中钻模板材料为45钢，其外还有自制导轨。.选择钻套钻套装在衬套中，而衬套则是压配在夹具体上或钻模板中。钻套有固定钻套，固定钻套直接压入钻模板采用或配合，磨损后不容易更换，适用于中、小批量生产或用来加工孔距较小以及孔距精度较高的孔。可换钻套：可换钻套装在衬套中，而衬套则是压配在夹具体或钻模板中。钻套由螺钉固定，以防止转动。钻套与衬套间采用或配合，钻套磨损后，可以迅速更换。适于大批量生产。快换钻套：当要取出钻套时，只要将钻套朝逆时方向转动使螺钉头部刚好对准钻套上的削边上面，即可取出钻套。在这次设计中我选择可换钻套，因为是中批量生产。但是本道工序里要用自制钻套和衬套，必须把钻套和衬套加长来保证精度和它的高度。1、受力分析由于楔子是锥型，所以从楔子下侧产生的力会有摩擦力，而根据力的合成原理，夹紧力Q和摩擦力F的合力就为。2、夹紧力的计算，其中，,所以有3、自锁条件楔块夹紧工件后应能自锁。如要自锁必须静力学平衡原理：经过估算，完全能够夹紧。这种结构的夹具，工件加工精度并无太大要求，也无表面粗糙度。满足了技术要求的同时，并有很大的精度储备量，且操作方便，提高了生产率。4、切削力的计算切削刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，160mm，z=26，则 F=fffzyfenfz/doqfnwf式中，f=650，=2 f=1.0 fz=0.05 yf=0.65 e=6 nf=0.83 z=26 do=160 qf=0.83 n=475 wf=0 F=3030.0260.6560.8320/800.834750=19.56N水平分力：FH=1.1F=1.119.56=21.516N垂直分力：FV=0.3F=0.319.56=5.868N夹紧力计算： Fj=KF计其中F计=21.516N,K=K1K2K3K4 ,K1基本安全系数，K1=1.5；K2加工性质系数，K2=1.1；K3刀具钝化系数，K3=1.1；K4断续切削系数，K4=1.1。则 Fj=KF计=1.51.11.11.121.516=42.96N因此，夹紧力大于切削力，故本夹具可安全工作。5、夹具设计及操作的简要说明在设计夹具时，为了提高生产率，应使夹紧装置简单易于装夹。为了满足夹紧力要求采用螺纹螺母夹紧。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞尺配合使用很好的对刀；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。由零件图可知，底孔位于零件端面上，该夹具由钻模版和凸台两部分组成，但并无任何的形状与位置要求。在装夹过程中，我们只需要保证钻模版与凸台的夹紧力不宜过大，不会造成对工件锥孔的磨损以及加工过程中机床本身振动对加工精度的影响。因此加工底孔的定位基准应选择外圆端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以中心轴放进凸台中后与楔子通过楔形孔的配合限制工件的两个自由度，实现夹紧工件，进行加工。夹具总图的绘制（1） 夹具总图应遵循机械制图国家标准绘制， 图形大小的比例尽量去 1： 1， 为求使绘制的夹具总图具有良好的直观性，如工件过大时选用 1：2 等缩小比例，过小时取 2：1 的比例。 （2）在总图中应以最少数量视图清楚地表示出夹具的工作原理和结构，表示各种元件或装置之间的位置关系等。 （3）绘制总图的顺序：先用点划线绘出工件的轮廓外形及定位基准，并用网状线显示出加工余量；把工件轮廓视为透明体，然后按着工件的形状及位置依次画出定位、导向、夹紧及其它元件或装置的具体结构；最后绘制夹具体，形成一个完整的夹具。 （4）在夹具总图上标注出零件编号，按规定要求填写标题栏和明细表。 （5）确定并标注有关尺寸和夹具技术要求。 （夹具的装配图见附图）课程设计心得体会课程设计是对大学所学知识与能力的综合应用和检测，是每一个合格的大学生的必经过程，也是一个重要的实践性教学环节。本次课程设计，不仅培养了我们正确的设计思想；也同时让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，以及锻炼了我们综合运用知识能力。在本次设计过程中，我们大量阅读了各种技术资料及设计手册，认真探讨了机械领域内的各种基本问题。因此，本次设计不仅加强了对自己所学专业课程的理解和认识，而且也对自己的知识面进行了拓宽。在学习以上知识的同时也练习了CAD、UG、数控仿真加工、数控机床加工等知识，既完成了课程，又对以往学习的知识进行了完整的复习，可以说是一举多得。大大提高了我们的专业水平，培养了我们掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养我们掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼我们分析与解决工程实际问题的能力。给我们树立正确的设计思想和培养我们严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。在过几个月我们即将踏入工作岗位，这次实习正好为我们的未来的打下坚实的基础，让我们更好的适应工作环境，同时也锻炼了我们坚韧不拔，迎难而上的精神。锻炼了我们发现问题，解决问题的能力。使我们的专业知识和水平更加的完善。我们要发扬实习期间的能力和精神，成为社会有用的人才就，为自己开创美好的未来。在我实习过程中，我的设计老师高老师给了我很大的帮助，我了解到了什么叫工艺设计，怎么样去完成一个工件的全部工艺流程，通过查手册，找数据，给设计过程中的所有数据都能有一个详细的标准，这是我的最终学习目的，现在的学习为的就是以后在工作当中的熟练运用，我想在这两周的实习中我的确学到了很多东西，同时也懂得了很多做人的道理由于本人知识有限，实际经验更加不足，因此我的设计还存在着很多的不足之处，敬请各位老师指正，本人将不胜感激！参 考 文 献1金大鹰.机械制图M.北京:机械工业出版社2吴拓.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导M.北京:机械工业出版社3肖继德,陈宁平.机床夹具设计M.北京:机械工业出版社4艾兴,诗纲.切削量简明手册M.北京:机械工业出版社5赵宏立.机械加工工艺与装备M.北京:人民邮电出版社6陈宏钧.实用机械加工工艺手册第三版M.北京:机械工业出版社,2009。7张婕.机械制造技术基础M.成都：西南交通大学出版社.2006.18王娜军.金属切削刀具课程设计指导书M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2003.29张良栋机械制造技术基础M四川：西南交通大学出版社，2009.910邹青机械制造技术基础课程设计指导教程M北京：机械工业出版社，2011.111吴拓简明机床夹具设计手册 M北京：化学工业出版社，2010.212徐发仁.机床夹具设计M.重庆：重庆大学出版社.1993-0113浦林祥.金属切削机床夹具设计手册M.北京：机械工业出版社.199514陈家芳典型零件机械加工工艺与实例M上海：上海科学技术出版社，2010.3