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1、 課程設計 機械制造工藝學課程設計 撥叉鉆孔的專用夾具設計 班 級： 學 號： 姓 名： 指導老師： 機電及自動化學院 2015 年 01 月 26 日 課程設計 目 錄 前 言 ..........................

2、......................................................................................................................................... 1 設計任務 ......................................................................................................................................................

3、......... 2 1 零件的工藝分析 ................................................................................................................................................ 3 1.1 設計題目 ....................................................................................................................

4、............................ 3 1.2 零件的使用要求基本分析 .................................................................................................................... 3 1.3 零件的工序特點 .................................................................................................................

5、................... 3 2. 定位方案選擇 ................................................................................................................................................... 4 2.1 定位方案分析 ....................................................................................................

6、.................................... 4 2.1.1 定位方案 a ................................................................................................................................. 4 2.1.2 定位方案 b ...........................................................................................

7、...................................... 4 2.2 定位方案確定 ......................................................................................................................................... 5 3. 夾緊方案選擇 ............................................................................................

8、....................................................... 5 3.1 夾緊方案 a ............................................................................................................................................. 6 3.2 夾緊方案 b ....................................................................

9、......................................................................... 6 3.3 夾緊方案確定 ........................................................................................................................................ 6 4 夾具具體結構 ..........................................................

10、.......................................................................................... 6 4.1 定位元件 ................................................................................................................................................ 6 4.2 夾緊機構 ....................................

11、............................................................................................................ 7 4.3 導向機構 ................................................................................................................................................ 7 4.3.1 鉆模體機構 ............

12、.................................................................................................................... 7 4.3.2. 鉆套的選擇 ............................................................................................................................... 8 4.3.3 鉆套高度的選擇 ............

13、............................................................................................................ 8 4.3.4 排屑間隙 .................................................................................................................................... 9 5. 定位誤差 ...........................

14、................................................................................................................................ 9 5.1 定位誤差分析 ........................................................................................................................................ 9 5.2 定位誤差計算

15、........................................................................................................................................ 9 6 夾緊力計算 ......................................................................................................................................................

16、 10 6.1 切削力計算 .......................................................................................................................................... 10 6.2 實際所需夾緊力計算 .........................................................................................................................

17、. 10 6.3 夾緊力校核 .......................................................................................................................................... 11 7 夾具精度分析與計算 ...........................................................................................................................

18、........... 12 8 夾具總裝 .......................................................................................................................................................... 12 總結 .................................................................................................................

19、.................................................... 14 參考文獻 ............................................................................................................................................................. 15 課程設計 前 言 機械制造工藝學課程設計是在學完了機械制造工藝學（含機床夾具設計）和大部分專 業(yè)課，并進行了實習

20、的基礎上進行的一個教學環(huán)節(jié)。 也是大學本科里的最后一次課程設計。 這次設計為了使我們能綜合運用機械制造工藝學中的基本理論，并結合生產實習中學到的 實踐知識，獨立的分析和解決工藝夾具問題。讓我們初步具備設計一個中等復雜程度零件 的機械加工工藝所需的夾具設計的能力，也是熟悉和運用有關手冊、圖表等技術及編寫技 術文件等技能的一次實踐機會，形成規(guī)范解決問題的理念。設計是一項復雜細致的工作， 本次設計更主要是為了通過解決在設計過程中常遇到一些困難和問題，積累了一些經驗和 教訓，發(fā)揮自己的主觀能動性，為今后的畢業(yè)設計及未來從事的工作打下良好的基礎。 當然由于水平有

21、限，說明書中難免出現一些錯誤和不妥指出，還希望老師不吝指出。 1 課程設計 設計任務 本次課程設計的任務是設計撥叉鉆孔的專用夾具的設計，目的是通過課程設計，學會 綜合運用過去所學過的相關課程的知識，經受一次理論聯系實際的綜合訓練，熟悉專用夾 具

22、設計的原則、步驟和方法，具備夾具設計的基本能力。 設計要求： 1. 設計課題 : 撥叉鉆孔的專用夾具設計 2. 生產綱領：中批量生產上交材料： 1. 課程設計說明書 一份 2. 零件圖 一張 3. 工序卡 一張 4. 夾具裝配圖 一張 5. 非標件零件圖 兩份 2 課程設

23、計 1 零件的工藝分析 1.1 設計題目 根據工序 6（對 Ф 15 的孔進行鉆孔）設計一套專用夾具。 1.2 零件的使用要求基本分析 本次設計的專用夾具相應的零件是中批量生產的撥叉。撥叉是一個很重要的零件，因 為其零件尺寸比較小，結構形狀較復雜，但其加工孔和表面的精度要求較高，上下表 面、圓弧表面都有粗糙度要求，零件精度要求較高，加工精度要求較高。其中， Ф15 孔 與底面的垂直度和上下端面的平行度要求較高，有精度要求，因為其尺寸精度、幾何形狀 精度和相互位置精度，以及各表面的表面質量均影響機器或部件的裝配質量，進而

24、影響 其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關鍵和重要的。 1.3 零件的工序特點 加工該工序使用的是鉆床 Z535，加工工序 6 前，工件已經加工了上下端面、前后端 面、左右端面 ， 即零件各面均可用于直接定位。如圖 1.1 所示： 圖 1.1 撥叉零件圖 3 課程設計 2. 定位方案選擇

25、 在夾具設計中，工件在夾具中定位的主要工作內容包括：根據工件的表面結構特征 和工序要求，確定工件需要限定的自由度；確定定位方式，即確定工作上的定位表面及 其與之相對應的定位元件；分析工件各表面定位方式組合后限定自由度的情況，對欠定 位的進行定位方案修改，對不必要的過程定位自由度采取消除措施。擬定加工路線的第 一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工 藝規(guī)程和最終加工出的零件質量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理， 或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們 應該

26、根據零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此 零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何 提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。 根據工序 6 特點，鉆 Ф15 的通孔，限制 6 個自由度 。 2.1 定位方案分析 2.1.1 定位方案 a 使用下底面限制 3 個自由度，再用 V 形塊和擋板限制另外的 3 個自由度。下底面限制了 Z 軸的移動、繞 X 軸的轉動和繞 Y 軸的轉動， V 形塊和側面擋板限了制 X 軸的移動、 Y 軸的移動和 Z 軸的轉動。剛好限制的 6 個自由度

27、沒有出現過定位或者欠定位。 分析可知，該定位方案滿足要求。 2.1.2 定位方案 b 使用一面一銷和 V 形塊進行定位，下底面限制了 Z 軸的移動、繞 X 軸的轉動和繞 Y 軸的轉動，定位銷限制了繞 Z 軸的轉動， V 形塊限制 X 軸的移動、 Y 軸的移動。也是剛好限制了 6 個自由度沒出現過定位和欠定位。 分析可知，該定位方案滿足要求。 4 課程設計 2.2 定位方案確定 工序 6 為鉆 15 的孔 ，使用方案 b 的短定位銷不僅零件不好拆卸，而且設計基準與定 位基準不

28、重合，會增大定位誤差，很難保證左右端面與孔中心線的對稱要求，而方案 a 既 簡單又容易拆卸，也能使設計基準與定位基準重合，減小定位誤差，故方案 a 更合理。 3. 夾緊方案選擇 在夾緊機構設計時，一般根據工件的結構、尺寸、生產類型和工序內容等選擇合適的 夾緊機構，并盡可能采用標準的零部件，使夾具的制造周期短、成本低。夾緊力源通常根 據批量生產類型確定，由于裝配支撐塊生產類型為中批量生產，且工件尺寸較小，切削力 不大，所以夾緊力源可采用手動的夾緊裝置。在確定夾緊力的方向、作用點的同時，要確 定相應的夾緊機構。 確定夾緊機構要注意

29、以下幾方面的問題： ①安全性 夾緊機構應具備足夠的強度和夾緊力，以防止以外傷及夾具操作人員。 ②手動夾具夾緊機構的操作力不應過大，以減輕操作人員的勞動強度。 ③夾緊機構的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率。 ④手動夾緊機構應操作靈活、方便。 （ 1）. 夾緊力的方向 ：夾緊力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的剛性方向，不能使工件有脫離定位表面的趨勢，防止工件在夾緊力的作用下產生變形。 1). 作用方向應垂直于工件的主要定位基準，以保證加工精度； 2). 作用方向應與工件剛度最大的方向一致，以減少工件的夾緊變形； 3). 作用方向應盡量

30、與工件的切削力、重力等的作用方向一致，以減小夾緊力； 綜合上述，選擇夾緊力的作用點在 Φ27 孔的左端面。 （ 2）. 夾緊力的作用點 ：夾緊力的作用點應選擇在定位元件支承點的作用范圍內，以及工作剛度高的位置。確保工件定位準確、不變形。 夾緊力的作用點的設計原則 1). 應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承平面內，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形； 2). 應落在工件剛性較好的部位上； 3). 應盡可能靠近加工面，以提高工件加工部位的剛度和抗振性。 5 課程設計 3.1 夾緊方案 a 使用螺旋壓

31、板夾緊機構對撥叉的左端面進行夾緊。 螺旋壓板夾緊機構實現對工件的夾緊，采用標準的夾緊螺釘，螺旋升角很小，自鎖性 能好，壓板又是標準件有利于實現夾緊工件，減少夾具的減少制造周期。能夠達到對工件 的夾緊要求。 3.2 夾緊方案 b 使用單螺旋夾緊機構對撥叉的前端面進行夾緊。 單螺旋夾緊機構采用螺紋自鎖原理實現對工件的夾緊，能夠達到對工件的夾緊要求。 3.3 夾緊方案確定 比較方案 a 和方案 b，使用方案 b 缺點：夾緊動作慢、工件裝卸費時，且機構相對復 雜，對于定位比較麻煩，而方案 a 不僅操作簡單，機構也更加簡單，

32、零件的拆卸快，誤差 小，所以選擇方案 a 更加合理。如圖 3.1 所示： 圖 3.1 夾緊機構示意圖 壓緊機構由壓板和自鎖螺栓組成，既能實現自鎖又能有較大的夾緊力，便于拆卸和裝 夾。 4 夾具具體結構 4.1 定位元件 工件以平面定位的定位元件有底板、側面擋板、和 V 形塊。其中 V 形塊可自動對心。 底板與工件配合要求地面平面度要好和與下底面的平行度和粗糙度要求高，側面擋板限制 其繞 Z 軸轉動也是與工件接觸要有一定的粗糙度要求。

33、 6 課程設計 4.2 夾緊機構 單螺旋夾緊機構：采用方案 a 進行夾緊如圖 4.1 所示： 圖 4.1 單螺旋夾緊機構圖 由螺釘和壓板組成，自鎖性好，承受的壓力大。 4.3 導向機構 4.3.1 鉆模體機構 用來裝配鉆套和與夾具體的配合，鉆模體與鉆套的配合是 H 7 鉆模體下底面與夾具體 n6 基體配合所以平面度要求比較高，上表面又要與孔保持垂直度要求一般保持在 Ф 0.02 左

34、 右，對于撥叉零件去 Ф0.02 保證其精度， 鉆模體與底板的配合連接靠螺栓鎖緊和定位銷定 位保證其上平面與底板平行。如圖 4.2 所示： 圖 4.2 鉆模體示意圖 用于與鉆套的配合，有特定的公差配合保證其加工精度。 7 課程設計 4.3.2. 鉆套的選擇 鉆 床夾具的導向元件為固定鉆套 , 它的作用是確定刀具相對夾具定位元件的位置 , 并在加工中對鉆頭等加工刀具進行引導 , 保證被加工孔的位置

35、精度和防止刀具在加工中發(fā)生偏斜。 固定鉆套適用范圍： 1 中批量生產用的鉆模應采用外徑直接壓入鉆模的固定鉆套。 2 對于下列情況應采用帶肩固定鉆套 （1）利用鉆套端面左基面 （2）鉆模板較薄 （3）要防止細碎切屑進入孔內 可換鉆套的適用范圍： 1 鉆套磨損后更換方便，適用大批量生產 2 適用在鉆套外徑很大，以致不容易壓入鉆模或因鉆模壁較薄壓入鉆套容易產生變形時采用。 對于本次夾具設計是屬于中批量生產，且鉆套的外徑才Ф22mm，適用固定鉆套，鉆套 選擇外徑 Ф 22mm，內徑 Ф 14mm，高度 16mm,帶肩的固定鉆套，與鉆

36、模體采用 H 7 配合。如 n6 圖 4.3 所示： 圖 4.3 鉆套示意圖 4.3.3 鉆套高度的選擇 鉆套高度與所鉆孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具剛度、工件表面形狀等 因素有關。鉆套高度 H越大 , 刀具的導向性越好， 但刀具與鉆套的摩擦越大 , 一般取 H=(1～ 2.5)D ，孔徑小、精度要求高時， H取較大值，所以 H=(123～ 2.5 25)mm=(23～62.5)mm。 8 課程設計

37、 查文獻《機械制造技術基礎課程設計指南》表 5-181 可取固定鉆套的高度 H=16mm。 4.3.4 排屑間隙 排屑間隙 h 值應適當選取， h 值太小時，切屑難以自由排出，使加工表面被損壞； h 值太大時，會降低鉆套對鉆頭的導向作用， 影響加工精度。加工鑄鐵時， h=(0.3 ～0.4)D 即 h=(0.3 ～0.4)D= （ 0.3 23～ 0.4 25） mm=（ 6.9 ～10） mm。查文獻【 2】《機械制造技術 基礎課程設計指南》表 5-181 ，可取排屑間隙 h=10mm。 5. 定位誤差 定位誤差

38、包括兩個部分， 一是由于工件的定位基準與工序基準或設計基準不重合而引起的定位基準變動量，稱為基準不重合誤差；二是由于工件上的定位基準和定位元件上的定位工作表面的制造不準確（包括配合間隙）而引起的定位基準位置的變動量，稱為基準位移誤差。 5.1 定位誤差分析 由于該夾具使用下底面作為基準限制 3 個自由度、 V 形塊右限制 2 個自由度、側面擋 板限制一個自由度，從而完全定位，所以設計基準與定位基準重合，即該定位方式下，各 定位基準的基準不重合誤差為零，所以主要計算基準的位移誤差。 5.2 定位誤差計算 一般情況下，定位誤差應滿足：

39、 △dw≤(1/3~1/5) 該工序 6 是鉆 15 孔，主要是 V 形塊定位的誤差計算。 根據參考文獻 [5] 第 8 頁，表 1-6 可知： 定位誤差計算公式（ 90 度 V 形塊）： △D.W ( A) D 0.71 D =0.00923mm 2sin 2 9 課程設計 △D .W ( B) D ( 1 1) 0.21 D =0.00273mm 2 sin 2 △ D.W ( C) D 1

40、1) 1.21 D =0.015mm ( 2 sin 2 經分析可知其誤差都小于 0.1。 即：該定位方案所以滿足要求。 6 夾緊力計算 6.1 切削力計算 鉆 15 孔時選用：鉆床 Z535，刀具用高速鋼。由參考文獻 [2] 第 34 頁公式（ 2-1 ）可 知 : 切削力公式為： M f 0.21D 2 f 0.8 K p 其中： K p ( HB )0.6 ， f 0.1mm/ r 190 灰鐵硬度取 190HBW

41、即： M f 0.12x142 x 0.10.8 x1 6.5N m 6.2 實際所需夾緊力計算 根據參考資料 [1] 第 299 頁，表 6.22 可知： KM sin 2 WK 1 R sin 2 R 2 式中，根據參考資料 [4] 第 478 頁表 3-19，取 3 0.12, 4 0.12,90 總的安全系數 K 可按下式決定： 10 課程設計 K K 0 K1 K 2 K 3 K 4 K5 K6 式中： K 0 ——基本安全系數，

42、一般取 1.0； K 1——加工狀態(tài)系數，粗加工取 1.2，精加工取 1.0； K 2 ——刀具鈍化系數，一般取 1.0-1.9；可參考參考資料 [4] 表 3-20 選??； K3 ——切削特點系數，連續(xù)取 1.0，斷續(xù)取 1.2； K 4 ——夾緊動力穩(wěn)定性系數，手動夾緊取 1.3，機動夾緊取 1.0； K5 ——手動加緊手柄位置系數，若手柄位置操作方便，手柄偏轉角度范圍小， 取 1.0；若手柄位置操作不方便，手柄偏轉角度范圍大，取 1.2。 K 6 ——僅在有力矩企圖使工件回轉時，才應考慮支撐面接觸情況系數。 K 的值約為：

43、 K 1.0 1.2 1.3 1.0 1.3 1.0 1.0 2.028 所以： KM f sin WK 2 1 R sin 2 R 2 2.028 6.5 0.707 1000 0.12 15 0.707 0.12 15 3021N 由計算可知所需實際夾緊力適中，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用單螺 旋夾緊機構。 6.3 夾緊力校核 根據參考文獻 [4] 第 488 頁表 3-26 可得： 帶手柄螺釘 M16可用夾緊力為： Q=7900N

44、 由 Q>WK 可知，該單螺旋夾緊機構滿足夾緊要求，即該機構工作是可靠的。 11 課程設計 7 夾具精度分析與計算 為保證夾具設計的正確性，首先要在設計圖樣上對夾具的精度進行分析。用夾具裝夾 工件進行加工時，其工序誤差可用誤差不等式： 2 2 2 D A T K 式中：△ D———定位誤差， mm； △A———安裝誤差， mm； △T———調整誤差， mm； δK———工件工序尺寸公差， mm 定位誤差 D 0.05 （設計定位元件已計算

45、） 安裝誤差 定位心軸與夾具底面的垂直度公差為 0.01mm，即安裝誤差 A 0.01mm 調整誤差 鉆套與鉆模體之間的尺寸公差為 0.024mm，即調整誤差 T mm。 0.024 2 2 2 2 2 2 1 D A T 0.05 0.01 0.024 0.056 3 K （ K 0.43mm;0.15mm） 因而該夾具能保證 Ф15 的基本尺寸公差和位置度 0.15mm的加工要求。 8 夾具總裝

46、 專用夾具包含了：（ 1）夾具體（ 2）夾緊機構（ 3) 撥叉 (4)M5 螺栓 (5) 定位銷 (6) 鉆模體 (7) 鉆套 (8)V 形塊 (9) 沉頭螺釘 (10 ）圓柱螺釘組成；由 V 形塊、底面和擋板進行 定位， V 形塊利用螺栓與夾具體連接鎖緊，可自動對心。鉆模板利用 2 根定位銷進行定位， 再利用一對螺釘鎖緊連接，可拆卸，定位好，鉆套采用固定鉆套與鉆模版直接固定保證其 垂直度，夾緊機構采用手動式螺栓鎖緊，便于拆卸和裝夾。對于夾具體與鉆床 T 形臺的連 接采用一對螺栓鎖緊。 操作時只需擰松夾緊機構進行裝夾， 拆卸也是靠夾緊機構進行松開。

47、 從而取出工件。如圖 8.1 所示： 12 課程設計 圖 8.1 總裝示意圖 夾具裝配圖標注尺寸、配合及技術要求 1）確定定位元件間的尺寸，兩定位銷距離 72mm。 2）根據加工孔的加工要求，位置度公差為零件相應尺寸 0.1 的公差值的 1/3 。 3）鉆套中心線與夾具底面的垂直

48、度公差為 Ф0.02mm。 4）定位銷軸線與底面的垂直度公差為 Ф 0.02mm。 5）定位平面與夾具體地面平行度公差為 0.01mm。 6） 標注關鍵件的配合尺寸如圖， 15 H 7 ， 6 H 7 。 n6 m6 13 課程設計 總結 此次 是 叉零件的加工工序 6 的 用 具 ，即： 于 φ15 孔 ， 用全 束的定位方式， 并以操作 的手 方式 ， 其機構

49、 ， 方便且能 足要求。通 次 程 ，使我 零件制造中的加工工 和 具 都有了更 一步的 ，也 加深了 大學所學基 知 的學 和理解。 程 是理 系 的最有效方法。在具體 程中，必 考 到方方面面的 ，在理 上正確無 的 ，在 中往往存在各種 。 ，在 就必 考 所 的機構是否合理，在 運用中能否正常工作，而不 考 理 上的可行性， 程 使我學會了從 出 加工零件的工 程。在本次 中， 因素也是非常重要的， 以最 的加工方式，達到最符合要求的工 技 要求，從而 以最低的成本完成最合理的加工。 的來 ， 次的 程 使

50、我 益良多， 程曲折可 一 盡。在此期 我也失落 ，也曾一度 情高 。從開始 富盛激情到最后汗水背后的復 心情，點點滴滴無不令我回味無 。生活就是 ，汗水 示著 果也 著收 。 是人 生存生活永恒不 的 。通 次 程 ，我才真正 略到“ 苦 斗” 一 的真正含 ，我想 ： 確 有些辛苦，但苦中也有 ； 確 很累，但當我 研究出數據制成成果 ，心中也不免 生 ?? 本次 具 是一次 得的 踐機會，不 鞏固了已學知 ，并且在如何做好 ，如何利用 源，如何修改 方案等方面有了一定的提高。但是由于自己相關 知 知 乏，當中可能會出 一些 ，希望老 解，并

51、多多批 和指正。 14 課程設計 參考文獻 [1] 尹成湖，李保章，杜金萍主編 . 機械制造技術基礎課程設計 . 高等教育出版社， 2009.3 [2] 盧秉恒主編 . 機械制造技術基礎 . 機械工業(yè)出版社， 2007.12 [3] 王大康，盧頌峰主編 . 機械設計課程設計 . 北京工業(yè)大學出版社， 2010.3 [4] 浦林祥主編 . 金屬切削機床夾具設計手冊 . 機械

52、工業(yè)出版社， 1995 [5] 曹巖主編 . 機床夾具手冊與三維圖庫 . 化學工業(yè)出版社， 2010.3 [6] 李柱主編 . 互換性與測量技術 . 高等教育出版社， 2004.12 [7] 沈蓮主編 . 機械工程材料 . 機械工業(yè)出版社， 2007.8 15