机械制造装备设计课程设计指导书

1、 课程设计指导书 课程名称： 机械制造装备设计 专 业： XXXX 班 级： XXXX 指导教师姓名： 机械与运载学院23目 录前 言21课程设计的性质、目的32课程设计的主要内容和基本任务33课程设计的基本要求34课程设计的基本步骤35课程设计说明书要求116附录11前 言机床夹具设计是工艺方案实施过程中的一个重要环节，它与工艺方案是紧密相关、互相依存的。一方面，工艺方案是设计工装的依据和前提；另一方面工艺方案设计要充分考虑机床夹具设计方案的可行性。这就说，机床夹具以及其他工装是为工艺方案服务的，困此，机床夹具设计者要首先熟悉既定的工艺方案，并积极参与工艺方案的审核和修改，以便使所设计的夹具

2、能更好地为工艺服务。确定夹具结构的设计方案是一项十分重要的设计工作，设计方案的优劣往往决定夹具设计的成败对此要给予足够的重视。课程设计是焊接结构生产课程教学的最后一个环节，是对学生进行全面系统的训练。课程设计可以让学生将学过的零碎知识系统化，真正地把学过的知识落到实处，进一步激发学生学习的热情，因此课程设计是必不少的，是非常必要的。但是，在教学实践中，一方面，我们感到学生掌握的理论知识和实践知识有限；另一方面课程设计的时间有限（一般不多于两周）。要想学生在规定时间内，运用自己有限的知识去独立完成某一零件加工的全部设计是不现实的。因此，在两周的课程设计时间内，除了让每个学生清楚地了零件加工的整个

3、设计、装配过程外（弱化计算过程），更应该注重机械加工工艺过程的某一细节，完全弄懂、弄透，能够达到举一反三的目的，从而培养学生设计家具设计的初步能力。基于以上认识，作者编写了机械制造装备设计课程设计指导书。 编者1课程设计的性质、目的（1）本课程设计是机械制造装备设计课程的延续，通过设计实践，进一步掌握机械制造装备设计的一般方法。（2）培养学生综合运用机械制图、机械设计基础、金属材料及热处理、机械制造结构工艺等相关知识，培养工程设计的能力。（3）培养学生使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。（4）提高学生技术总结及编制技术文件的能力。（4）为毕业设计打下良好的基础。2课程设计的主要内容和

4、基本任务（1）完成XXXXXX专用夹具总装配图。（2）完成专用夹具部分零件工作图。（3）编写设计计算说明书。3课程设计的基本要求（1）课程设计必须独立的进行，每人必须完成总工作量要求。（2）根据已知设计参数，合理的确定尺寸、运动等有关参数。（3）正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。（4）设计计算说明书力求用工程术语，说明简要，计算合理、准确，表达清晰，文字通顺简练，字迹工整。4课程设计的基本步骤机床夹具设计是工艺方案实施过程中的一个重要环节，它与工艺方案是紧密相关、互相依存的。一方面，工艺方案是设计工装的依据和前提；另一方面工艺方案设计要充分考虑机床夹具设计方案的可行性。这就说

5、，机床夹具以及其他工装是为工艺方案服务的，困此，机床夹具设计者要首先熟悉既定的工艺方案，并积极参与工艺方案的审核和修改，以便使所设计的夹具能更好地为工艺服务。确定夹具结构的设计方案是一项十分重要的设计工作，设计方案的优劣往往决定夹具设计的成败对此要给予足够的重视。4.1 设计机床夹具前的准备工作：4.1.1明确工件的生产要求工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。如工件的年生产量很大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机床夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手动夹紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制

6、作成本。1.2充分理解工件的零件图和工序图零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据。工序图给出了零件本工序的工序基准、已加工表面、待加工表面，以及本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面决定了机床夹具的定位方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。工件的待加工表面是选择机床、刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。4.

7、2 确定机床夹具的结构方案：4.2.1选择定位元件根据工序图给出的定位原理方案，按有关标准正确选择定位元件或定位元件的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。4.2.2选择夹紧机构（1）夹紧力的方向：夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。（2）夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工件刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。（3）选择夹紧机构：在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹

8、紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题： 安全性 夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。 手动夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。 夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。 手动夹紧机构应操作灵活、方便。（4）夹紧力的大小：夹紧力的大小一般按静力平衡条件计算，计算出的夹紧力为理论夹紧力。为保证工件装夹安全可靠，实际夹紧力应等于理论夹紧力乘以安全系数K，一般K=1.52.5。各种典型夹紧机构夹紧力的计算方法可参阅机床夹具手册。4.2.3机床夹具的总体形式机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用机床等因素来确定。（1）选择导向装

9、置：导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择。（2）确定联接体：联接体是将导向装置与夹具体联接的工件，设计时主要考虑联接体的刚性，合理布置联接体的位置，给定位元件、夹紧机构留出空间。（3）确定夹具体：夹具体一般设计成平板式（有些夹具体铸造成特殊形状），保证具有足够的刚性。它用来固定定位元件、夹紧机构和联接体，并于机床可靠联接。4.3 绘制夹具装配图（1）装配图应按国家标准尽可能1：1地绘制，三视图要完整清楚地表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理。（2）视工件为透明体，用双点划线画出主要部分（如轮廓，定位面、夹紧面和加工表面

10、）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置（3）按夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。（4）画出夹具体及其它联接用的元件（联接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。（5）标注必要的尺寸、配合、公差等 夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。 夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位、固定尺寸。如车床夹具的莫氏锥度、铣床夹具的对定装置等。 夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块对刀时塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸及公差。 夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。 各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差。（6）标注技术条件。 定位

11、元件的定位表面间相互位置精度。 定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。 定位表面与导向元件间的位置精度。 导向元件工作面间的位置精度。（7）对零件编号，填写标题兰和零件明细表。每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部按零件编号按排生产、查找工件。完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、配套件填写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。4.4 绘制夹具零件图：对装配图中需加工的零件均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽可能与装配图上的位置一致。（1）零件图尽

12、可能按1：1绘制。（2）零件图上的尺寸公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、位置精度、技术要求而定。（3）零件的其它尺寸，如尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整。4.5 夹具精度的验算：影响工件加工表面位置精度的因素有三个方面，工件在夹具中的安装误差，夹具在机床上的对定误差，加工误差，夹具精度的验算主要是验算工件在夹具中的安装误差，其它两项可以在夹具安装或加工过程中调整。（1）验算尺寸精度：所有影响尺寸精度的尺寸链均是验算尺寸精度的组成环，分别计算每个组成环的最大间隙误差，然后计算其综合误差。可采用下式计算：（2）验算形位公差：所有影响形位公差的尺寸链均是验算形位公差的组成环，

13、分别计算每个组成环的最大转角误差，然后计算其综合误差。可采用下式计算：计算出的综合误差小于等于技术要求公差的2/3即为合格。4.6 典型机床夹具的设计过程：如图2-1所示，图2-1a所示是被加工工件的工序示意图，下面具体说明该工件钻孔夹具的设计过程。4.6.1总体方案的确定（1）选择定位元件：工序图只给出了原理方案，应仔细分析本工序的工序内容、加工精度要求，已加工表面，按照六点定位原理的原则，确定定位方案。 本工序需加工的项目 对工件的工序图进行分析，明确本工序需要加工的内容： 保证 中心距尺寸 120±0.05 本工序前已加工完成的表面 基准孔 36H7 A基准 端面 B面基准 选

14、择定位方式A、为保证工件加工孔0.05 对基准A 的要求，选择36H7孔作定位基准，采用长定位销定位，与36H7孔配合，定为基准与工艺基准重合，定四个自由度。B、选择工件B基准面定位（短面），定一个自由度。C、选择18H7孔外毛坯圆柱面（36）定位，采用V型块，为防止过定位，将V型块设计成可调支承，定一个自由度，完成六点定位，如图2-1b所示。加工尺寸 18H7孔 保证 对基准A的平行度公差 0.05 图2-1 夹具设计过程示例a）被加工工件 b）设计定位装置 c）设计钻套 d）设计夹紧装置 e）设计夹具总装配图（2）选择刀具导向装置：孔18H7的加工精度，可采用钻、扩、铰孔的工艺方案。为保证

15、中心距尺寸120±0.05，选择钻孔导向套。由于孔的加工精度最终采用铰孔加工，故采用快换钻套。如图2-1C所示。（3）选择夹紧机构： 为保证定位精度，主夹紧力的作用点应在主定位点的支承范围内，故夹紧机构选择在36g6长定位销上直接加螺纹，用螺母压紧的方法。为加快工件的装夹速度，提高夹具使用效率，螺母垫圈采用开口垫圈。 由于孔18H7外毛坯圆柱面（36）采用V型块定一个自由度，因此，将V型块设计成可移动结构，定位的同时夹紧工件。 钻孔加工时，钻削力距夹紧力较远，而V型块夹紧力的作用方向与钻削力的作用方向不一致，故在孔18H7的下表面上增加辅助支撑，高度采用螺纹调整，平衡钻削力，保证孔加

16、工的精度。如图2-1d、e所示。（4）夹具的总体形式 将定位销固定在夹具体上。采用20H7/r6配合，侧面用紧定螺钉固定，防止定位销轴向窜动。 将刀具导向套固定在钻模板上，钻模板通过联接体用四个螺钉固定在夹具体上，用双销定位，确定导向套中心孔的位置。 联接体中有一矩形滑道，保证V型块正确的滑动方向。 V型块与旋紧螺杆浮动联接，防止螺杆的运动轴线与V型块的运动中心线不重合而产生干涉。 螺杆的夹紧力作用在独立的支承板上，防止因夹紧力的作用使刀具导向联接体产生变形，支承板用两个螺钉固定在夹具体上。（5）装配图的标注： 夹具外型尺寸：274×152×125 中心距尺寸及公差：120

17、±0.01 定位销与工件的配合36H7/g6、定位销与夹具体的配合20H7/r6。 刀具导向衬套与钻模板配合40H7/r6、快换钻套与衬套配合28H6/g5。 辅助支承衬套与夹具体配合44H7/r6。（6）技术要求的标注： 钻套孔轴线对36H7/g6轴线平行度公差0.02。 活动V型块对钻套孔与36H7/g6轴线所决定的平面对称度公差0.05。4.6.2 夹具精度验算影响工件加工表面位置精度的主要因素有三个方面： 工件在夹具中的安装误差 夹具在机床上的对定误差 加工过程中产生的加工误差。夹具精度验算是指前两项，其和不大于工件允差的2/3为合格。(1) 验算中心距120±0.

18、05mm 定位误差主要是定位孔36H7与定位销36g6的间隙，最大间隙为0.05mm 钻模板衬套中心与定位销中心距误差，120±0.01mm，误差0.02mm 钻套与衬套的配合间隙，28H6/g5，最大间隙0.029mm 钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度高，此项忽略。 钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差。上述各量可参见图2-2所示。图2-2 刀具引偏量计算本例中，刀具与钻套配合为16H6/g5，可知max=0.025mm，H=30mm，h=12mm，B=18mm带入，求得e=0.038mm。其综合误差可按概率法求得此项误差略大于中心距允差（0.1mm）的三分之

19、二，勉强可用(2) 验算两孔平行度精度 设计基准与定位基准重合，没有基准转换误差。但36H7/g6配合间隙及孔与端面的垂直度误差会产生基准位置误差。 定位销轴中心线对夹具底平面的垂直度2，图中没有标明 钻套孔中心与定位销轴的平行度0.02mm，3=0.02/30rad 刀具引偏量e产生的偏斜角4=max/H 总平行度误差5课程设计说明书要求总图量为：合计1#图纸2张；设计计算说明书15页。6附录6.1固定式定位销(GB22031991)图6-1 A型固定式定位销技术条件：(1)材料：D18 mm，T8；D>18 mm，20钢。(2)热处理：T8 HRC5560；20钢渗碳深度0.81.2

20、mm，HRC5560。(3)其他技术条件按GBT2259机床夹具零件及部件技术条件。标记示例：D=15mm，公差带为f7，H=26mm的A型固定式定位销：定位销A15 f7×26 GB 22031991图6-2 B型固定式定位销表6-1 固定式定位销的规格及主要尺寸（参见图6-1、6-2） （mm）6.2支承钉(GB22261991)技术条件：(1)材料：T8；(2)热处理：HRC5560；(3)其他技术条件按GBT2259机床夹具零件及部件技术条件。标记示例： D=30rnm，H=16mm的A型支承钉： 支承钉A30×16 GB 22261991图6-3 支承钉表6-2

21、支承钉的规格及主要尺寸（参见图6-3） （mm）6.3支承板(GB 22361991)技术条件：(1)材料：T8； (2)热处理：HRC5560；(3)其他技术条件按GBT2259 机床夹具零件及部件技术条件。 标记示例： H=12 mm，L=80 mm的A型支承板： 支承板A12×80 GB 22361991图6-4 支承板表6-3 支承板的规格及主要尺寸（参见图6-4） （mm）6.4V形块(GB 22081991)图6-5 V形块技术条件：(1)材料：20钢；(2)热处理：渗碳深度0.81.2 mm HRC5864(3)其他技术条件按GBT2259机床夹具零件及部件技术条件。标

22、记示例：N=24 mm的V形块： V形块24 GB 22081991表6-4 V形块的规格及主要尺寸（参见图6-5） （mm）6.5固定V形块(GB 22091991)技术条件：(1)材料：20钢； (2)热处理：渗碳深度0.81.2 mm HRC5864；(3)其他技术条件按GBT2259 机床夹具零件及部件技术条件。标记示例： N=42 mm的A型固定V形块： V形块A42 GB 22091991图6-6 固定V形块表6-5 固定V形块的规格及主要尺寸（参见图6-6） （mm）6.6固定钻套(GB 22621991) 技术条件：(1)材料：d26mm T10A d>26mm 20钢；

23、 (2)热处理：T10A HRC5864 20钢渗碳深度0.81.2mm HRC5864； (3)其他技术条件按GBT2259 机床夹具零件及部件技术条件。 标记示例： D=28mm，H=45mm的A型固定钻套： 钻套A28×45 GB 22621991 图6-7 固定钻套表6-6 固定钻套的规格及主要尺寸（参见图6-7） （mm）6.7快换钻套(GB 22651991)技术条件： 图6-8 快换钻套(1)材料：d26mm T10A d>26mm 20钢； (2)热处理：TI0A HRC5864；20钢渗碳深度0.81.2mm HRC5864；(3)其他技术条件按GBT2259 机床夹具零件及部件技术条件。 标记示例： D=28mm、公差带为F7；D=42mm、公差带为k6，H=30mm的快换钻套： 钻套28F7×42k6×30 GB 22651991 表6-7 快换钻套的规格及主要尺寸 （mm）6.8钻套用衬套(GB 2263一1991) 技术条件：图6-9 钻套用衬套 (1)材料：d26mm T10A；d&g