夹具课程设计

南华大学机械工程学院夹具设计说明书设计题目：铣/钻床专用夹具设计专业：机械设计与制造及其自动化班级：机械094班姓名：彭超学号：20094410436指导老师：唐德文周炬日期：2013年1月前言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，如纺织机械设计、矿山机械设计、农业机械设计、船舶设计、汽车设计、机床设计、压缩机设计、内燃机设计、汽轮机设计、泵设计等专业性的机械设计分支学科。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，可减轻工人的劳动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。目录零件的分析3零件作用3零件工艺分析3确定毛坯4确定毛坯种类4毛坯各加工面加工余量确定4绘制铸件毛坯图4合铸铣开拔叉的机械加工工艺路线-5选择定位基准5制定工艺路线5机械加工余量、工序尺寸及公差的确定6夹具设计（一）7问题的提出8夹具设计8夹具装配图及夹具体零件图14夹具设计（二）14问题的提出14夹具设计14夹具装配图及夹具体零件图17五.参考文献17六.总结17一、零件的分析（一）零件的作用铸铣开拔叉,它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照设计者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的Φ8孔与操纵机构相连，二下方的Φ14孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。（二）零件的工艺分析零件的材料为HT250，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小孔Φ12。表面粗糙度为1.6其精度为IT7。2、大孔Φ20以及与此相通的Φ6的销孔。孔的表面粗糙度为1.6其精度为IT7。3、拨叉底面、小孔，大孔上下端面。端面粗糙度为12.5,其精度为IT11.4、拔叉侧面的槽，有平行度要求，侧面粗糙度为6.3.其精度为IT10。由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。二、确定毛坯（一）确定毛坯种类：零件材料为HT250。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查《机械制造技术基础课程设计》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12H级。（二）毛坯各加工面加工余量确定：序号基本尺寸/mm余量等级加工余量/mm1孔Φ12H单侧余量52面NH单侧余量2.53面MH单侧余量2.54孔Φ28H单侧余量5（三）绘制铸件毛坯图(长*宽*高：91×41×31)三、铸铣开拔叉的机械加工工艺路线(一)选择定位基准： 1粗基准的选择：以底面和两个孔外圆表面为粗精准.2精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以已加工好两孔外圆为精基准。（二）制定工艺路线 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。为此我们提出了如下方案：方案一：工序Ⅰ粗铣，半精铣外形轮廓Φ28,Φ36。以两孔的轴线为基准。采用CA6140车床加专用夹具进行铣。工序Ⅱ粗铣N端面，以底面和Φ28,Φ36两孔的外圆为粗基准.采用CA6140车床加专用夹具进行铣。工序Ⅲ粗铣M端面，以底面和Φ28,Φ36两孔的外圆为粗基准.采用CA6140车床加专用夹具进行铣。工序Ⅳ粗镗,半精镗，精镗Φ28孔，以两孔的外圆和底面为基准，采用车床CA6140加专用夹具；工序Ⅴ钻φ12通孔，在粗铰φ12孔，以两孔的外圆和底面为基准，采用立式钻床加专用夹具工序Ⅵ粗铣，半精铣12的通槽，以φ28孔的轴线为基准。工序Ⅶ钻Φ6的销孔，采用立式钻床加专用夹具。工序Ⅷ去毛刺；工序Ⅸ终检。根据“基面先行，先面后孔，先粗后精，先主后次”的加工准则，零件是大批量生产，我们选择如上方案进行加工铸铣开拔叉零件。其工艺卡片如下表所示南华大学机械工程学院机械加工工艺过程卡片零件图号KCSJ-01共1页零件名称铸铣开拨叉第1页材料牌号HT250毛坯种类铸件毛坯外形尺寸91×41×31每件毛坯可制件数2每台件数1工序号工序名称工序内容车间设备工艺装备工时准终单件10铣外形轮廓粗，精铣R14-0.080R18-0.080Ra3.2立式铣床X51铣刀，卡尺，塞规，专用夹具20铣N端面粗铣N端面Ra12.5立式铣床X51端铣刀，游标卡尺，专用夹具30铣M端面粗铣M端面，Ra12.5立式铣床X51端铣刀，游标卡尺，专用夹具40镗φ28孔粗、精镗φ28孔，Ra1.6，立式铣床X51镗刀，游标卡尺，专用夹具50钻φ12孔钻，铰φ12孔Ra1.6立式钻床麻花钻头，游标卡尺，专用夹具60铣槽粗，半精铣槽Ra6.3立式铣床X51专用夹具，游标卡尺70钻φ6销孔钻φ6销孔立式钻床专用夹具，游标卡尺（三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定1、圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度Φ28IT7（D2）铸件10IT12Φ18±2.8粗镗2.5IT106.3精镗7.5IT7Φ280+0.0211.6Φ12IT7（D1）铸件10IT12Φ2±1.0钻9IT116.3铰1IT71.62、平面工序尺寸：工序号工序内容加工余量基本尺寸经济精度工序尺寸偏差01粗铣N端面2.591X4112-0.21-0.3302粗铣M端面2.591X4112-0.21-0.3303粗,半精铣槽面。2.536X2610-0.08-0.133、确定切削用量及时间定额：工序Ⅳ粗镗，半精镗，精镗Φ28孔，以两孔的外圆和底面为基准，粗镗：单边余量,可一次切除，则。由《机械制造技术基础课程设计》表5.27查得，进给量取为0.4mm/r。由《切削手册》表1.1查得，取为30m/min，则：查《机械制造技术基础课程设计》表3.2查得，取为200r/min。加工基本工时：半精镗：单边余量,可一次切除，则。由《机械制造技术基础课程设计》表5.27查得，进给量取为0.3mm/r。由《切削手册》表1.1查得，取为35m/min，则：查《机械制造技术基础课程设计》表3.2查得，取为200r/min。加工基本工时：四、夹具设计（一）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。先分析工序Ⅴ.钻Φ12孔。此孔的精度为IT7级，粗糙度为1.6(一)问题的提出由于在此道序之后，还要对孔进行扩、铰、精铰，因此，在此道工序加工时，主要考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度不是主要问题。(二)夹具设计定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。在钻此孔时，只对此孔的端面进行了粗铣，所以，在钻此孔时所用基准为粗基准。而粗基准选择有如下基本原则：如果工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则因选择该表面为粗基准。如果必须首先保证工件加工表面与不加工表面之间的位置精度，则因以不加工表面作为粗基准。如果零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面为粗基准。选用粗基准的表面，应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。粗基准一般只能使用一次，以免产生较大的位置误差。很显然，本次工序是孔的加工，所以必须保证该孔的加工余量均匀，因此，此次工序的定位基准为Ф28，Ф36的外圆。定位元件的选择工件以外圆定位主要两种形式：一种是定心定位，常有各种自定心卡盘和弹簧夹头以及定位套；另一种是支承定位，常用支撑板和V型块。由于工件形状的限制，不适合定心定位，而支撑板定位常用于加工外圆轮廓，所以采用V型块定位。也是由于工件轮廓限制采用两个短V块定位如下图所示很显然地下的大平面限制了三个自由度，右边的短V型块限制了两个自由度，而左边可移动的短V型块限制了最后的自由度。实现了工件的完全定位。三）定位误差分析与计算定位误差是指由于定位不准确造成的某一工序的工序基准在工序尺寸方向上相对于其理想位置的最大位移量,分为基准位置误差和基准不重合误差。基准位置误差易知，工件在V形块中定位有两种极端位置，由几何关系得：δ定位=Td/2sin(α/2)基准不重合误差由于此工序定位基准与工序基准重合，故δ不重=0所以δ=δ定位+δ不重=Td/2sin(α/2)=0.018/1.41=0.0127<0.08/3=0.027故该定位方案满足工序的加工要求。夹紧装置的选择工件在切削过程中会受到切削力、离心力和惯性力等各种力的作用，因此定位后必须夹紧。夹紧装置一般由夹紧机构和动力源组成。(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，以及工作刚度高的位置。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，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：①安全性夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。综上所述，本零件的夹紧装置共有2个方案如下：方案一：使用铰链夹紧机构方案二：使用螺旋夹紧机构由于本零件为大批量制造，使用螺旋夹紧机构更加经济、方便，故选用方案二。其草图如下：夹紧装置1——螺杆2——螺母3——螺钉4——压块五）选择导向装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，为提高加工效率，选择快换导向套加工工件。如下图所示：可换钻套1——钻套2——衬套3——钻模板4——螺钉(三)夹具装配图及夹具体零件图五、夹具设计（二）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。分析工序Ⅵ.铣通槽。此槽的精度为IT7级，粗糙度为1.6。(一)问题的提出由于此道序，有很大的精度要求，及其平行度要求。除了考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度是主要问题。(二)夹具设计一） 定位基准的选择此工序的是铣通槽，要保准其精度要求和平行度要求，选择槽的中心面为基准。定位元件的选择为了保证此工序的平行度要求，采用定心，对中夹紧机构，其工作原理是：利用定位-夹紧元件地等速运动或均匀弹性变形的方式，来消除定位副制造不准确误差或定位尺寸偏差对定心或对中不利影响。如下图所示左边有