摘要
机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化（或机械工程及自动化）专业的一门重要的专业基础课。
机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计。
在机械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,完成其切削加工 、检验、装配、焊接等工作,所使用的工艺装备统称为夹具。如机床夹具、检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。
机床夹具的作用可归纳为以下四个方面：
1.保证加工精度 机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。
2.提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。
3.减少劳动强度 采用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。
4.扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大，例如在卧式车床刀架处安装镗孔夹具，可对箱体孔进行镗孔加工。
机械制造装备设计课程设计是机械设计中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。其目的在于：
1.培养学生综合运用机械设计基础以及其他先修课程的理论知识和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，通过课设训练可以巩固、加深有关机械课设方面的理论知识。
2.学习和掌握一般机械设计的基本方法和步骤。培养独立设计能力，为以后的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。
3.使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。
我国的装备制造业尽管已有一定的基础，规模也不小，实力较其它发展中国家雄厚。但毕竟技术基础薄弱，滞后于制造业发展的需要。我们要以高度的使命感和责任感，采取更加有效的措施，克服发展中存在的问题，把我国从一个制造业大国建设成为一个制造强国，成为世界级制造业基础地之一。
1.产前准备
1.1年生产纲领
依据设计题目知Q=2000台/年，n=1件/台。结合生产实际，备产率和废产率分别取10%和1%。代入公式得零件的成产纲领N=2000*1*（1+10%）*（1+1%）=2222件/年。 零件是机床的杠杆，质量为0.85kg，查表可知其属于轻型零件，生产型为大批生产。
1.2零件作用
题目所给的零件是CA6140车床杠杆。它位于箱体内部：主要作用是传递扭矩，帮助改变机床工作台的运动方向。零件主体成36度角，在主视图和右视图两方向均有8mm的筋半支撑，两件中均有直径25mm的孔，端面和左视图平面分别有M6和直径12.7的螺纹孔和沉头孔。中间孔上方视图方向有M8螺纹孔所有技术要求都是为了机床的总体装配。
1.3零件工艺分析
图1-1 立体图
图1-2 毛坯尺寸
它有四组加工面（水平底面1、两端面2和4、上端面3、左视平面5）,且有位置和精度要求,还有四组孔（中间孔、沉头孔、螺纹孔M8、M6）,也有位置和精度要求。
1). 零件底面2，它们是杠杆加工过程最主要的定位基准，而且在许多工序中使用，所以它们应先加工出来，根据表面粗糙度为3.2。以毛坯水平底面1为粗基准，采用粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。
2). 加工中间孔+0.023，它是以底面2和面4为粗基准而加工的，它将作为精基准以完成以后的加工，为达到精度要求采取在立式钻床上钻、扩、半精铰、精铰的工序过程。
3). 杠杆的孔的轴线与底面2和面4有着垂直度的要求。在立式铣床上加工杠杆的30mm小平面和加工锥孔。工件以＋0.023 孔及端面和水平面底为定位基准，在长销、支承板和支承钉上实现完全定位。粗精加工铣宽度为30mm的左视平面5、钻Ф12.7的锥孔。其中主要的加工是孔Ф12.7,要用Ф12.7钢球检查。
2 专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工杠杆零件时，需要设计专用夹具。
根据任务要求中的设计内容，需要设计加工工艺孔Φ25夹具、铣宽度为30mm的下平台夹具及钻M8底孔夹具各一套。其中加工工艺孔的夹具将用于组合钻床，刀具分别为麻花钻、扩孔钻、铰刀对工件上的工艺孔进行加工。铣宽度为30mm的下平台将用于组合铣床，刀具为硬质合金端铣刀YG8对杠杆的Φ25孔下表面进行加工。钻M8底孔夹具采用立式钻床，先用麻花钻钻孔，再用丝锥攻螺纹。
2.1加工工艺孔Φ25夹具设计
本夹具主要用来钻、扩、铰工艺孔Φ25。这个工艺孔有尺寸精度要求为+0.023，表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与顶面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工质量直接影响以后各工序的加工精度。本到工序为杠杆加工的第二道工序，加工到本道工序时只完成了杠杆下表面的粗、精铣。因此再本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
2.1.1定位基准的选择
由零件图可知，工艺孔位于零件中心偏左，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与顶面垂直。为了保证所钻、铰的孔与顶面垂直并保证工艺孔能在后续的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均匀。根据基准重合、基准统一原则。在选择工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣Φ25下表面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择选用Φ45外圆面作为定位基准，用V型块定位限制4个自由度。再以Φ25下表面加3个支撑钉定位作为主要定位基面以限制工件的三个自由度。
为了提高加工效率，根据工序要求先采用标准高速钢麻花钻刀具对工艺孔Φ25进行钻削加工；然后采用标准高速钢扩孔钻对其进行扩孔加工；最后采用标准高速铰刀对工艺孔Φ25进行铰孔加工。准备采用手动夹紧方式夹紧。
2.1.2夹紧元件及动力装置确定
由于杠杆的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。
本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。带光面压块的压紧螺钉的结构如图3.1所示。
图2.1 带光面压块的压紧螺钉
2.1.3钻套、衬套、钻模板及夹具体设计
工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔Φ25mm分钻、扩、铰三个工步完成加工。钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ22mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ24.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φmm标准高速铰刀。
根据参考文献[11]表2-1-47可查得钻套孔径结构尺寸如图3.2及表3.1所示。
图2.2 快换钻套
表2.1 铰工艺孔钻套结构参数如下表：
d H D
公称尺寸 公差
22 25 30 +0.021
+0.008 46 42 12 5.5 18 18 29.5 55°
衬套选用固定衬套其结构如图3.3所示。
图2.3 固定衬套
衬套选用固定衬套其结构参数如表2.2所示。
表2.2 固定衬套的结构尺寸
d H D C
公称尺寸 允差 公称尺寸 允差
30 +0.041
+0.020 25 42 +0.033
+0.017 1 3
固定V型块的结构及主要尺寸如图2.4及表2.3所示。
图2.4 V型块
表2.3 V型块的主要尺寸
N D B H L l l A A1 d d1 d2 h b
42 45 52 20 68 20 14 26 22 10 11 18 10 12
注：T=L+0.707D-0.5N
钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及Φ45外圆面分别靠在夹具支架的定位快及V型块上定位，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。
夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图ZJZ-01所示。
2.1.4夹具设计及操作的简要说明
钻铰Φ25孔的夹具如夹具装配图ZJZ-01所示。装卸工件时，先将工件放在定位块上；再把工件向固定V行块靠拢，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧；然后加工工件。当工件加工完后，将带光面压块的压紧螺钉松开，取出工件。
2.2粗精铣宽度为30mm的下平台夹具设计
本夹具主要用来粗精铣杠杆宽度为30mm的下平台。由加工本道工序的工序简图可知。粗精铣杠杆宽度为30mm的下平台时，杠杆宽度为30mm的下平台有粗糙度要求，杠杆宽度为30mm的下平台与工艺孔轴线分别有尺寸要求。本道工序是对杠杆宽度为30mm的下平台进行粗精加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。
2.2.1定位基准的选择
由零件图可知Φ25孔的轴线所在平面和右端面有垂直度的要求是10゜，从定位和夹紧的角度来看，右端面是已加工好的，本工序中，定位基准是右端面，设计基准是孔Φ25的轴线，定位基准与设计基准不重合，需要重新计算上下端面的平行度，来保证垂直度的要求。在本工序只需要确定右端面放平。
为了提高加工效率，现决定用两把铣刀对杠杆宽度为30mm的下平台同时进行粗精铣加工。同时为了采用手动夹紧。
2.2.2定位元件的设计
本工序选用的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对固定挡销和带大端面的短圆柱销进行设计。
根据参考文献[11]带大端面的短圆柱销的结构尺寸参数如图3.5所示。
图2.5 带大端面的短圆柱销
固定挡销的结构如图2.6所示。
图2.6 固定挡销
主要结构尺寸参数如下表2.4所示。
表2.4 固定挡销的结构尺寸
12 18 14 26 4 12 4
2.2.3夹具体槽形与对刀装置设计
定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台U形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。
定向键的结构如图2.7所示。
图2.7 定向键
夹具U型槽的结构如图2.8所示。
图2.8 U型槽
主要结构尺寸参数如下表2.5所示。
表2.5 U型槽的结构尺寸
螺栓直径
12 14 30 20
对刀装置由对刀块来实现，用来确定刀具与夹具的相对位置。
由于本道工序是完成杠杆宽度为30mm下平台的粗精铣加工，所以选用直角对刀块。根据GB2243—80直角对到刀块的结构和尺寸如图2.9所示。
图2.9 直角对刀块
塞尺选用平塞尺，其结构如图2.10所示。
图2.10 平塞尺
塞尺尺寸如表2.6所示。
表2.6 平塞尺结构尺寸
公称尺寸H 允差d C
3 -0.006 0.25
2.2.4夹具设计及操作的简要说明
本夹具用于在立式铣床上加工杠杆的小平面和加工Φ12.7。工件以孔及端面和水平面底为定位基准，在短销、支承板和支承钉上实现完全定位。采用转动A型压板夹紧工件。当加工完一边，可松开螺钉、螺母、支承钉来加工另一边。一次加工小平面和加工Φ12.7，如夹具装配图ZJX-02所示。
2.3钻M8螺纹孔夹具设计
2.3.1定位基准的选择
在加工M8螺纹孔工序时，Φ25孔和宽度为30mm的下平台已经加工到要求尺寸。因此选用和Φ25孔及Φ25孔下表面加上宽度为30mm的作为定位基准。选择Φ25孔限制了工件的3个自由度，选择Φ45外圆面定位时，限制了3个自由度。即一面两销定位。工件以一面两销定位时，夹具上的定位元件是：一面两销。其中一面为Φ25孔下表面，两销为短圆柱销和固定挡销。
2.3.2定位元件的设计
本工序选用的定位基准为一面两销定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和固定挡销进行设计
可查得短圆柱销的结构和尺寸，如图2.12所示。
图2.12 短圆柱销
川公网安备: 51019002004831号