夹具设计课程设计报告

一、序言

1、能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、加紧、工艺路线安排、工艺尺寸确定等基本问题。为毕业生及时零件结构工艺性审查打下良好的基础；

2、提高结构设计能力。学生必须设计出解决现场生产问题的、简单可靠的工艺装备；

3、学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种设计资料的名称、出处，能够做到基本熟练运用。

二、设计任务与要求

1、毛坯图1张

2、零件图1张

3、机械加工工艺过程卡片1张

4、机械加工工序卡片1套

5、夹具总装图1张

6、课程设计说明书1份

三、设计说明书

1、零件的分析

（一）零件的技术要求

1.调质硬度HB241-285；

2.非加工表面喷丸处理；

3.孔φ10轴线对孔φ25D4轴线的平行度允差0.03；

4.发蓝。

（二）零件的作用

主要起连接作用，使机构按一定的规律运动；

还可以传递扭矩，使机构获得动力。

（三）零件的工艺分析

从零件图上可以看出该零件的主要加工表面有：

1.Φ25mm，Ra=3.2的孔，及该孔的两端面；

2.Φ10mm，Ra=

3.2的孔，及该孔的两端面；

3.Φ4mm的孔及M10的螺纹孔；

4.Φ11mm，Ra=12.5的底孔；

5.各种倒角及其他端面。

2、工艺规程设

（一）确定毛坯的制造形式

45号钢调质处理后硬度为：布氏硬度,HB241-285，淬火硬度可达60HRC。又该零件的调质硬度为HB241-285所以选用45号钢，又因为要进行大批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，在万向节滑动叉的工作过程中经常承受交变及冲击性载荷，所以可以选择模锻成型,这样既能提高生产率，又能保证加工精度。

（二）基面选择

基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。

粗基准的选择对于本杠杆来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以粗加工的表面为粗基准，本零件正好符合要求。

对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目我们以φ25mm的孔为精基准，基本满足要求。

（三）制定零件的机械加工工艺路线并选择定位基准

制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等要求能得到保障。生产的时候可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使成本降低并提高生产率。

主要考虑先粗加工，半精加工，再精加工的加工工序过程，并尽量使工序集中来提高生产率。

工序一：粗铣Φ25㎜的两端面，以其中一个端面表面为工艺基准；

粗铣Φ10㎜的端面，以另一个端面表面为工艺基准。

工序二：钻、扩Φ25㎜的孔，以其端面为定位基准；

钻、粗铰Φ10㎜的孔，以Φ25㎜的轴线为定位基准。

工序三：钻、扩Φ11㎜的孔，倒角2×45°，以Φ25㎜的轴线为定位基准；

钻M10的螺纹孔（在原钻床夹具上换刀具）；

钻Φ4㎜的孔，以Φ11㎜的轴线为定位基准。

工序四：精铰Φ25㎜、Φ10㎜的两孔，以Φ25㎜的轴线为定位基准。

工序五：半精铣Φ25㎜、Φ10㎜孔的两端面,精铣Φ10㎜孔的两端面，以Φ25㎜的轴线为定位基准

工序六：半精铣台阶面，以孔的端面为工艺基准。

工序七：攻M10的螺纹。

工序八：铣3㎜的槽，以M10螺纹孔的端面为定位基准。

工序九：发蓝。

工序十：清洗。

工序十一：终检。

（四）选择机床，工装夹具和刀量具

1.铣削时采用卧式铣床X60，钻孔、扩孔和铰孔都采用台式钻床Z535。

2.采用钻床和铣床专用夹具，详细见夹具的设计；以外圆面作为定位基准时，以三爪夹盘夹紧即可；以内圆轴线为定位基准时一般使用定位轴。

3.至于刀具的选择，铣刀主要考虑铣刀的材质、直径和齿数；麻花钻主要是考虑钻的直径；铰刀主要选择直径及材质。但具体工序的选取还要考虑加工精度和表面粗糙度等的问题所以就个工序具体再定。

（五）加工余量及工序间尺寸和公差的确定

1.Φ25㎜孔的两端面

2.Φ10mm孔的两端面

3.中间肋板为非加工面，其毛坯厚度为8mm。

4.Φ25mm孔。毛坯为实心，不冲孔。孔精度要求为IT8，表面粗糙度为3.2，

5.Φ10mm孔。

毛坯为实心，不冲孔。孔精度要求为IT7，表面粗糙度为3.2，并保证中心距偏差-0.2～0.2，平行度公差0.03，参照《金属切削速查速算手册》表5-16

（六）确定切削用量及基本工时

工序一：粗铣Φ25㎜的两端面，以其中一个端面表面为工艺基准；

粗铣Φ10㎜的端面，以另一个端面表面为工艺基准。

（1）Φ25mm孔的两端面

粗铣：t=1mm ，

参照《金属切削手册》表6-3，选择高速钢镶齿三面刃铣刀，D=125mm,z=14, 参照《金属切削手册》表6-12,6-14,选择如下 f z =0.08mm/齿,v=25m/min,则: 10002563.7/min

125r π?=? 取n w =68r/min,则

26.7/min

1000w Dn v m π==

0.08146876.2/min m z w f f z n mm =??=??=

机动工时为

12147.5 1.51

0.66min 76.2m l l l t f ++++=

== (2)Φ10mm 孔的两端面 粗铣：t=1mm

参照《金属切削手册》表6-3，选择高速钢镶齿三面刃铣刀，D=63mm,z=6，

参照《金属切削手册》表6-12,6-14,选择如下fz=0.08mm/齿,v=15m/min,则:

1210.06/25/min 100075.8/min,76/min,15/min

1000

0.0867636.48/min 26

0.71min 36.48

z s w

w m z w m f mm v m v

n r D

Dn n r v m f f z n mm l l l t f ππ===

=====??=??=++=

==齿，则取则机动工时为

工序二：钻、扩Φ25㎜的孔，以其端面为定位基准；

钻、粗铰Φ10㎜的孔，以Φ25㎜的轴线为定位基准。 （1）钻φ23mm 孔

选用高速钢麻花钻，参照《实用切削加工手册》表11-2，选择如下

12 0.32/17/min 1000235.4/min,195/min,14/min

1000

2073

0.48min

1950.32z s w

w w f mm r v m v

n r D

Dn n r v m l l l t n f ππ===

====++++===?，则取则机动工时为

100 s 0v

n D π =

扩孔φ24.8mm 孔：2z=1.8

由于扩孔时，f=(1.2～1.3）f 钻=0.4mm/r v=(1/2～1/3）v 钻=8m/min

1000102.3/min,100/min,7.8/min

100030

0.75min

1000.4s w

w v

n r D

Dn n r v m t ππ=

======?则取则机动工时为

(2)钻φ9.8mm 孔

选用φ9.8mm 孔的高速钢麻花钻，参照《实用切削加工手册》表11-2，选择如下

120.2/,17/min

1000552.4/min,500/min

15.4/min

1000200.2min

5000.2s w w w f mm r v m v n r n r D Dn v m l l l t n f ππ=======++===?取

粗铰φ9.96mm 孔：2z=0.16

选用硬质合金铰刀，参照《实用切削加工手册》表11-13，选择如下

120.24/,8/min

1000255.6/min,260/min

18.5/min

1000200.32min

2600.24s w w w f mm r v m v n r n r D Dn v m l l l t n f ππ=======++==?取

工序三：钻、扩Φ11㎜的孔，倒角2×45°，以Φ25㎜的轴线为定位基准； 钻M10的螺纹孔（在原钻床夹具上换刀具）； 钻Φ4㎜的孔，以Φ11㎜的轴线为定位基准。 （1）钻Φ4mm 孔

参照《金属切削手册》表4-8选择

120.16/,11/min 1000875.8/min,816/min

10.2/min

1000110.084min

8160.16s w w w f mm r v m v n r n r D Dn v m l l l t n f ππ=======++===?取

（2）钻Φ9mm 孔

参照《金属切削手册》表4-8选择

120.2/,11/min

1000389/min,300/min

8.5/min

1000430.74min

3000.2s w w w f mm r v m v n r n r D Dn v m l l l t n f ππ=======++===?取

(3)扩孔Φ11㎜孔：;22mm z = 选扩孔钻f=(1.2～1.3）f 钻=0.24mm/r v=(1/2～1/3)v 钻=8m/min

1000145/min,140/min 4.8/min

1000s w w v

n r n r D Dn v m ππ=

====取 1221

0.625min 1400.24w l l l t n f ++=

==?

工序四：精铰Φ25㎜、Φ10㎜的两孔，以Φ25㎜的轴线为定位基准 （1）精铰Φ25mm 孔：2z=0.2mm

选用硬质合金刀，参照《金属切削手册》表11-13，选择

0.02/,10/min 1000127.4/min,120/min,9.4/min

s w c f mm r v m v n r n r v r D π======取

1230

1.25min 1200.2w l l l t n f ++=

==?

（2）精铰Φ10mm 孔：2z=0.04mm

选用硬质合金刀，参照《金属切削手册》表4-88，选

120.15/750/min

23.6/min 1000300.18min

7500.15w w

w f mm r n r Dn v m l l l t n f π===

=++===?

工序五：半精铣Φ25㎜、Φ10㎜孔的两端面，精铣Φ10㎜孔的两端面， 以Φ

25㎜的轴线为定位基准

（1）Φ25mm 孔的两端面半精铣：t=0.7mm

参照《金属切削手册》表6-3,选择高速钢细齿圆柱形铣刀，D=100mm,z=14.参照《金属切削手册》表6-12，6-14,选择:

10.06/25/min 100079.6/min,80/min,25.12/min

1000

67.2/min 50

0.74min 67.2

z s w

w m z w f mm v m v

n r D

Dn n r v m f f z n mm t ππ===

=====??==

=齿，则取则机动工时为

（2） Φ10mm 孔的两端面

半精铣：t=0.7mm

参照《金属切削手册》表6-3，选择高速钢镶齿三面刃铣刀，D=63mm,z=10,参照《金属切削手册》表6-12,6-14,选择如下fz=0.06mm/齿,v=15m/min,则:

2100075.8/min,76/min,15.03/min

1000

45.6/min 26

0.57min 45.6

s w

w m z w v

n r D

Dn n r v m f f z n mm t ππ=

=====??==

=则取则机动工时为

精铣φ10mm 孔两端面：ξ=0.5um

参照《金属切削手册》表6-3,高速钢细齿柄立铣刀：D=8mm,z=4; 参照《金属切削手册》表6-12,6-14,选择

min 78.064

50

min,/64min,/1.201000

min,/800min,

/18.7961000min,

/20/02.0==

=??========t m m n z f f m Dn v r n r D

v n m v m m f w w

w w 机动工时为则取则齿，ππ

工序六：半精铣台阶面，以孔的端面为工艺基准。 半精铣台阶面：t=2mm

参照《金属切削手册》表6-3，选择选用高速钢细齿柄立铣刀：D=8mm,z=4，查表6-13，取

120.02/,20/min

1000796/min,800/min 20.10/min

1000

0.02800423

55 1.8min 64s w w w w f mm v m v

n r n r D Dn v m f l l l t f ππ===

=====??++=?

==齿取立铣刀连刀次，

工序七：攻M10的螺纹。

参照《金属切削手册》表3-27，机用丝锥：

129/min 0.857.65/min,0.11/1000270/min,270/min

210.7min

2700.11s w w v m m f mm r

v n r n r D l l l t n f π=?=====++===?取

工序八： 铣3㎜的槽，以M10螺纹孔的端面为定位基准。 铣3mm 槽

确定被吃刀量：由毛坯图知铣削宽度e a =17.5mm ，q a

=3mm ；确定齿进给量：取z f =0.06mm/z ；确定切削速度和工作台每分钟进给量 根据《切削手册》表3.27可查得:

1.1,35.0,0,3.0,4.0,1.0,21.0,270========v v v v v v v k m P u y x q C

）（min /mm 51.2011.1202006.05.31501252700

3.04.01.035.021

.0=??????=c v

min)/(513125

14.351

.2011000r n s =??=

根据《工艺手册》表4.2—39，取与513r/min 相近的主轴转速min /475r n w = 实际切削速度v =186.5mm/min

工作台每分钟进给量为Mz f =0.06×20×60=72mm/min ，根据《工艺手册》表4.2

—40，取X62W 铣床与72mm/min 相近的工作台进给量Mz f =75mm/min 则：实际的每齿进给量为z f =

z /mm 0625.060

2075

=?

切削工时： l =20mm ，1l =48mm ，

2l =4mm (min)96.075

4

482021=++=++=f n l l l l w w

四.夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 （一）问题的提出

利用本夹具主要是要用来钻φ10mm 的孔，孔φ10轴线对孔φ25轴线的平行度允差是0.03mm 。但在工序四要对这两个孔进行精铰，因此在本道工序加工时，主要应考虑在保证位置精度的前提下如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。

由零件图可知，孔φ10轴线对孔φ25轴线的平行度允差是0.03mm ，设计时要考虑先钻φ25mm 的孔，然后利用可换钻套保证孔φ10轴线相对于孔φ25轴线的平行度要求。为进一步减小误差，应选择以定位块的下端面为定位夹具，并采用单螺钉夹紧机构夹紧。

夹具的主要定位元件是夹具上夹块的下表面，由于本道工序零件加工精度要求不高，因此采用所加工部分上下两端面作为基准面进行加工，能够基本控制加工误差。

（二）夹具设计

（1）定位及定位元件的选择和设计

1.根据工序加工要求，综合考虑确定定位方案；

2.定位元件设计：

①V 形块：工件以φ20mm 的外圆柱面定位 尺寸H ：用于小直径定位时，H ≤1.2D ；

所以取H=1.2x20=24mm

尺寸N:取b=0.15D=0.15x20=3mm

取角度ａ=90°时，N=1.14D-2b=1.14x20-2x3=16.8mm 尺寸T: T=H+[D/sin(ａ/2)-N/tg(ａ/2)]/2

=24+[20/0.707-16.8]/2

=29.7mm

它的尺寸图形表示如下：

③定位误差计算：由于此道工序φ10mm的孔的轴线与φ25mm的孔的轴线的平行度误差为0.03mm,所以只要保证两轴线平行，所以定位误差为0。

(2)导向方案及导向元件的选择和设计：

1.导向方案的选择：

由于此工序只要保证两个孔轴线的平行度要求，所以采用快换式钻套将其固定在固定式钻模板上，根据《夹具手册》，钻套至工件表面的距离按（1~1.5）d，则当取d=10mm时，h=1.2x10=12mm；

2.导向元件的误差分析：

从《机床夹具设计》中可查出：由于对于固定钻模板，钻套上孔的轴线对工件表面垂直于工件的轴线的位置度公差为0.01mm

（3）夹紧机构设计

通过综合考虑，采用单螺钉夹紧机构。

（4） 夹具体设计

从《机床夹具设计》中可以发现：它的长宽按照工件大小及元件的布置情况而定，其高度h=(1/5～1/7)L 。由于工件两端面不一样高，则在夹具体上设计一个凸台，凸台的高度H=5mm ；由于此道工序是钻孔，所以在夹具体下方设置一个矩形槽，便于排屑，它的宽度稍宽于夹具体上孔的直径，它的深度t=10mm ；此外，夹具体要与机床连接，需在夹具体上设置U 形槽，便于夹具体与机床用双头螺柱和螺母固定， 采用A 型双头螺柱，其标注为：螺柱 GB/T 899 AM6x68；采用六角螺母，其标注为 螺母 GB/T 6170 M6；采用平垫圈，其标注为：垫圈 GB/T 97.1 6；则U 型槽设置为宽度为B2=8mm ，深度等于夹具体的厚度。

（三）切削力及夹紧力的计算 1.计算切削力

根据《工艺手册》表11.14-1可得钻床钻头钻削力及功率计算公式如下：

3

03010210--???=???=????=n M P K f d C F K f d C M M F YF XF F M YM xm M π切削功率：轴向力：切削力矩：

：

根据《工艺手册》表11.14-3可查得：Km=0.5；Kf=0.5

故计算可得到钻孔Φ10的切削扭矩M=6.88（N ·M ）;切削力F=1280.2N;切削功率：Pw=0.14Kw ；可查得Z535立式钻床的最大进给抗力为9000N ，最大允许扭矩为250（N ·M ）, 主轴电机额定功率为2.8Kw ，由此可知所选机床合适； 2.计算夹紧力

由于此道工序是钻孔，且夹紧力与切削力方向一致，由《机床夹具设计》书中可以查出：

为防止工件震动所需的夹紧力与切削力相等，即W=KF

当钻Φ10的孔时，通过以上所列的公式计算得，它的切削力为F=512.1N, 则夹紧力W1=KF=1024.2N,

,所以选择W1即1280.2N 为设计时的计算标准。

（四）夹紧元件的强度校核

本次设计中，使用螺栓进行夹紧，所需要的夹紧力大小为KP Q =；由于选择1F 即

1024.2N 为设计时的计算标准，所以

N KP Q 4.20482.1024211=?== 所选用的螺栓为M6，则MPa d Q 5.7264

4

.20484

2

2

1

1=?==

π

π

σ

螺栓的材料为Q235钢，则屈服应力9.1,235==n Mpa s 取安全系数为σ；

）（Mpa 1239

.1235

][==

σ; ][1σσ<，故设计合理。

（五） 设计小结:

1）在考虑和制作工艺卡片及工序卡片时考虑得不够周全，知识面十分狭窄。对课本知识的认识不够深刻，并且不熟练，不能融会贯通。

2）在画图中,距离标准的生产用的工程图还有一段长的距离，不能熟练运用各种画图软件（CAD 和PROE 等），不能理论结合实践。

3）虽然过程艰辛，但还是蛮有收获的，这次课程设计让我认识到了做设计时的严谨性，马虎不得。同时锻炼和提高了对一些绘图软件的使用。

除此之外，还要感谢我的指导老师。在李老师的悉心指导和热情关怀下，我才得以顺利的完成此次课程设计的。

总的来说通过这次课程设计，使我受益匪浅，发现了自己的不足，巩固了自己以前所学的知识，又学到了以前所没有学到的东西。

参考文献：

[1]王秀伦等编.《机床夹具设计》.中国铁道出版社，1989 [2]朱耀祥编著.《组合夹具》.机械工业出版，1987

[3]徐发仁等编著.《机床夹具设计》.重庆大学出版社，1993 [4]杨振祥编.《课程设计指导书》

[5]大连理工大学工程画教研室编.《机械制图》.高等教育出版社，2005 [6]上海柴油机厂工艺设备研究所编.《金属切削机床夹具设计手册》.机械工业出版社，1987

[7]王启平，等编著.《机床夹具设计》.哈尔滨工业大学出版社出版，1988 [8]张志明，邢春和，徐大方编著.《成组夹具设计与应用》.国防工业出版社出版，1991