机床夹具课程设计说明书1-1终

目录

第1章零件的分析 (1)

1.1 零件的功用及结构分析 (1)

1.2 零件的工艺分析 (2)

第2章摇杆零件机械加工工艺规程设计 (3)

2.1 毛坯的选择 (3)

2.2 基准的选择 (3)

2.3 工艺路线的拟定 (3)

2.3.1表面加工方法及加工方案的确定

2.3.2加工顺序的确定

2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定 (4)

2.5 切削用量及工时定额的确定 (5)

第3章铣厚度10两侧面工序夹具设计 (8)

3.1 任务的提出 (8)

3.2 定位方案及定位装置的设计计算 (8)

3.2.1定位方案的确定

3.2.2定位元件及装置设计

3.2.3定位误差的分析计算

3.3 对刀或导引元件（装置）设计 (10)

3.4 夹紧方案及装置的设计计算 (10)

3.4.1夹紧方案的确定

3.4.2夹紧力大小的分析计算

3.4.3夹紧机构及装置设计

3.5 连接元件及夹具体设计 (11)

3.6 夹具操作及维护简要说明 (11)

第4章铣厚度10两侧面工序夹具虚拟装配 (12)

4.1 Pro/E三维零件设计及虚拟装配技术 (12)

4.2夹具主要零件虚拟创建 (12)

4.3虚拟装配方法、顺序及零件约束确定 (13)

4.4夹具组件虚拟装配及其分解................ . (13)

参考文献 (15)

附录Ⅰ机械加工工艺过程卡片

附录Ⅱ机械加工工序卡

致谢 (19)

结束语 (20)

第1章零件的分析

1.1 零件的功用及结构分析

课设题目：“摇杆”机械加工工艺规程及铣厚度10两侧面夹具设计

零件二维图：

零件三维图：

题目给定的是车床的摇杆零件。它位于车床上的变速结构中，用来换挡，使主轴的回转运动按照工作者的要求工作，从而获得所需要的速度和扭矩的作用。零件上的φ12H7孔与操作机构连接，φ20H7孔则是用于与控制齿轮

所在的轴相配合。通过φ12H7孔所受的力拨动φ20H7孔这端的齿轮变速达到所需的作用。

摇杆零件图样的视图正确、完整、统一，尺寸、公差及技术要求齐全，完全表达清楚了此零件的机构特点。图中尺寸和技术要求都标注齐全、明确、几何元素之间的关系也完全符合国家标准。

1.2 零件的工艺分析

工艺分析主要是对尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度、及热处理的要求分析，这些要求都影响零件的质量和使用性能。在保证使用要求的前提下，结构简单，工艺性好，满足经济合理性。

此摇杆零件共有两组加工平面：

1）以φ20H7孔为中心的加工表面，包括φ40两端面，φ20H7孔，M8螺纹孔。

2）以φ12H7孔为中心的加工表面，包括厚度10的两侧面，φ12H7孔

各加工表面又有一定的技术要求：φ20H7孔轴线和φ40的下端面垂直，φ12H7孔与φ40外圆的轴线平行，M8螺纹孔的轴线与φ40外圆的轴线垂直，φ20H7孔和φ12H7孔工作中具有配合要求，精度达到IT7，表面粗糙度达到Ra1.6同时两孔轴线又有位置，是安排工艺路线及夹具设计时的关键，A、B、C、D表面粗糙度值达到Ra3.2，且厚度10两侧面也有位置要求，加工时要注意。φ12H7孔和φ40两端面采用通用夹具均可加工，M8螺纹孔，φ20H7孔，厚度10两侧面端面采用专用夹具进行加工。

第2章摇杆零件机械加工工艺规程设计

2.1 毛坯的选择

零件材料为HT200，零件在机床在运行过程中所受冲击不大，零件结构比较简单，毛坯为铸件，铸造方法为金属模机械造型。已知零件生产批量为5000件，为中批生产，初步确定工艺安排基本倾向：加工过程划分阶段，工序适当集中，加工设备主要以通用设备为主，采用专用夹具，投资较少，投产快，生产率较高，转产较容易。

2.2 基准的选择

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。

粗基准的选择：对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对工件的若干个不加工表面，则以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做粗基准。根据粗基准的选择原则，现选取φ40的上端面作为粗基准来加工φ40的下端面，以φ40的不加工外圆柱面作为粗基准加工φ20H7的孔。

精基准的选择：根据基准重合原则，应尽可能选择被加工面的设计基准为精基准，此零件φ40的下端面是φ40的上端面和φ12H7孔两端面的设计基准同时也是M8螺纹孔的设计基准，φ20H7孔的轴线是φ12H7孔的设计基准，为避免由于基准不重合引起的误差，选择φ40的下端面作为精基准，加工φ40的上端面，又以φ40的下端面和外圆为基准加工φ20H7孔，以φ40的下端面和φ20H7孔为精基准，加工厚度10的两侧面、φ12H7孔以及M8螺纹，遵循基准重合原则。当设计基准和工序基准不重合时，应进行尺寸计算。

2.3 工艺路线的拟定

2.3.1表面加工方法及加工方案的确定

此零件加工表面有φ40的两端面，φ20H7孔，厚度10两侧面，φ12H7孔，M8螺纹孔，材料为灰铸铁。参考《机械制造工艺简明手册》相关资料，加工方案选择如下：

1）φ40的两端面：为未注公差等级，根据GB1800-79规定其公差等级

按IT14，表面粗糙度为m

2.3，需要进行粗铣—精铣。

Raμ

2）φ20H7孔：公差等级为IT7，表面粗糙度为m

Raμ6.1，毛坯孔未铸出，

根据手册，选择加工方法为钻—扩—铰。

3）厚度10两侧面：查得公差等级为IT12，表面粗糙度为m

2.3，选

Raμ

择加工方法为粗铣—精铣。

4）φ12H7孔：公差等级为IT7，表面粗糙度为m

Raμ

2.3，选择加工方法为钻—铰。

5）M8螺纹孔：首先要钻螺纹底孔，然后攻M8螺纹。

2.3.2加工顺序的确定

按照先加工基准面及先粗后精的原则，加工路线如下：

工序一：以φ40上端面及外圆定位，粗铣φ40下端面

工序二：以φ40下端面及外圆定位，粗铣φ40上端面

工序三：以φ40上端面及外圆定位，精铣φ40下端面

工序四：以φ40下端面及外圆定位，精铣φ40上端面

工序五：以φ40下端面及外圆定位，钻孔

工序六：以φ40下端面及外圆定位，扩孔

工序七：以φ40下端面及外圆定位，铰至φ20

工序八：以φ40端面及外圆定位，倒角1×45°

工序九：以φ40下端面及φ20孔定位，粗铣厚度10两侧面

工序十：以φ40下端面及φ20孔定位，精铣厚度10两侧面

工序十一：以φ40下端面及φ20孔定位，钻孔

工序十二：以φ40下端面及φ20孔定位，铰孔至φ12

工序十三：以φ40下端面及φ20孔定位，钻螺纹底孔

工序十四：以φ40下端面及φ20孔定位，攻螺纹M8

2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定

根据《机械制造工艺简明手册》中工序间余量，查得：

平面加工余量：粗加工后精铣的加工余量为1.0mm，基孔制7级精度孔的加工余量：钻φ11—铰至φ12，钻φ18—扩至φ19.8—铰至φ20，攻螺纹加工余量：攻M8螺纹前钻孔用麻花钻直径为Φ6.8。

工序尺寸：

工序一：粗铣φ40下端面48mm—45mm

工序二：粗铣φ40上端面45mm—42mm

工序三：精铣φ40下端面42mm—41mm

工序四：精铣φ40上端面41mm—40mm

工序五：钻φ18孔

工序六：扩孔至φ19.8

工序七：铰至φ20

工序八：倒角1×45°

工序九：粗铣厚度10两侧面15mm—12mm

工序十：精铣厚度10两侧面12mm—10mm

工序十一：钻孔φ11

工序十二：铰孔至φ12

工序十三：钻螺纹底孔φ6.8

工序十四：攻螺纹M8

2.5 切削用量及工时定额的确定

已知加工材料为HT200，铸件，批量生产，选择机床为X62型卧式铣床，使用专用夹具装夹工件，所选刀具为高速钢三面刃盘状铣刀，两把同时加工。

1、粗铣厚度10两侧面：

查《机械制造工艺简明手册》选取高速钢错齿三面刃GB1128-85，铣刀直径20

L

mm

mm

d。

=z

mm

D

,

,

10

32

,

=

125=

=

已知铣削深度为mm a p 5.12

12

15=-=

铣削宽度mm a e 27=。 1）确定每齿进给量

X62型卧式铣床的功率为7.5kw ，工艺系统刚性中等，细齿盘铣刀加工灰

铸铁，查《切削用量手册》得，每齿进给量z mm a f /30.0~15.0=，现取每齿进给量z mm a f /30.0=。

2）确定切削速度和工作台进给速度 查《切削用量手册》得铣削速度计算公式

min /94.9202730.05.1120125351.05.04.01.015.02

.0m k z

a a a T d C v v p u e y f x p m q v v v v v v =?????==

则机床主轴转速min /3.25125

94.910001000r d v n =??==

ππ，根据《机械制造工艺简明手册》X62型卧式铣床主轴转速表，选择主轴转速min /30r n =，实际切削

速度为s m v /20.0=；工作台进给速度min /180302030.0mm zn a v f f =??==，根据《机械制造工艺简明手册》X62型铣床工作台进给速度表，选择

min /150mm v f =，则实际每齿进给量z mm a f /25.0=。

3)校验机床功率

查《机械加工工艺设计手册》得高速钢三面刃盘铣刀铣削力计算公式为

N

z

d a a a C F p f

e Fz z 0.427201255.125.0273081.981.983

.065

.083

.083.065

.083.0=??????==--

s m v /20.0=

kW v F P z 09.01000

20

.00.4271000=?==

故所选用的切削用量可以采用。 则所确定的切削用量为

s m v r n mm v z mm a f f /20.0min,/30min,/150,/25.0====

根据《机械制造工艺简明手册》查得，三面刃铣刀的基本时间为

i v l l l T f

j 2

1++=

其中mm l 5.28=，)3~1()(1+-=e e a d a l ，mm d mm a e 125,27==，

mm l 5.511=，1min,/150,42===i mm v mm l f ，则min 56.0=j T 。

2、精铣厚度10两侧面：

根据《机械制造工艺简明手册》选取高速钢错齿三面刃GB1128-85，铣刀直径20,12,32,125====z mm L mm D mm d 。

已知铣削深度为mm a p 0.12

10

12=-=

铣削宽度mm a e 27=。 1）确定每齿进给量

本道工序要求保证两侧面的表面粗糙度为m Ra μ2.3=，查《机械加工工艺设计实用手册》得，高速钢三面刃铣刀铣削灰铸铁，每转进给量

r mm f /2.1~5.0=，现取r mm f /6.0=，则z mm a f /03.020

6

.0==。 2）确定切削速度和工作台进给速度 查《切削用量手册》得铣削速度计算公式

min /6.28202703.00.1120125351.05.04.01.015.02

.0m k z

a a a T d C v v p u e y f x p m q v v v v v v =?????==

则机床主轴转速min /9.72125

6.2810001000r d v n =??==

ππ，根据《机械制造工艺简明手册》X62型卧式铣床主轴转速表，选择主轴转速min /75r n =，实际切削

速度为s m v /49.0=；工作台进给速度min /45752003.0mm zn a v f f =??==，根据《机械制造工艺简明手册》X62型铣床工作台进给速度表，选择

min /5.47mm v f =，则实际每齿进给量z mm a f /032.0=

根据《机械制造工艺简明手册》查得，三面刃铣刀的基本时间为

min 77.15

.474

5.515.2821=++=++=i v l l l T f j 。

第3章铣厚度10两侧面工序夹具设计

3.1 任务的提出

机床夹具是对工件进行定位夹紧的一种工艺装备，其作用是是工件相对于机床和刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。主要由定位元件或装置、刀具导向元件或装置，夹紧元件或装置、联接元件、夹具体及其他元件或装置组成。

本夹具主要用来铣削厚度10两侧面，这两侧面相互位置有一定技术要求。设计夹具时，首要任务是保证加工精度，特别是位置精度，也要保证加工质量，提高生产率，降低生产成本，减少辅助时间，尽量实现多件、多工位加工，扩大机床工艺范围，减轻工人劳动强度，同时保证安全生产。

3.2 定位方案及定位装置的设计计算

3.2.1定位方案的确定

定位是指确定工件在机床（工作台）上或夹具中占有正确位置的过程。

铣削厚度10两侧面，这两侧面相互位置有一定技术要求，分工序加工可能会带来一定的定位误差，且对对刀元件要求较高，因此选用两把三面刃盘铣刀，在卧式铣床上同时加工，因为φ20孔已经加工完成，选用φ40下端面定位限制三个自由度，φ20孔限制两个自由度，用支承钉定位摇杆侧面限制了一个自由度，实现完全定位。

绘制零件夹具定位示意图如下：

3.2.2定位元件及装置设计

使用心轴与工件φ20孔配合来实现三自由度定位，心轴轴肩与φ40下端面接触实现两自由度定位，考虑到卧式铣床，为实现精度要求，工件竖直放置，所以侧面存在倾斜，选用球头支承使定位更精确。各定位元件多为标准件，便于夹具设计。 3.2.3定位误差的分析计算

定位误差实质上就是工序基准在加工尺寸方向上的位置最大变动量。 定位误差的来源主要两方面：由于工件的定位表面或夹具上的定位元件制作不准确引起的基准位置误差JW ?和由于工件的工序基准与定位基准不重合引起的基准不重合误差JB ?，计算定位误差首先要找出工序尺寸的工序基准，然后求其在加工尺寸方向上的最大变动量。

1）根据《互换性与测量技术基础》查得，工件以圆孔0.021

20mm φ+，用心

轴0.007

0.02020mm φ--定位，零件定位方案如右图：

由于心轴水平放置，工件上定位孔的上母线总与夹具心轴保持固定接触，此时定位基准为工件孔的上母线，参考《机床夹具设

计》可得1

0.0210.010522

D JB T mm ?==?=，

显然基准位置误差为1

0.0130.006522d j w T mm ==?=，

则0.01050.00650.017DW JB JW mm ?=?+?=+= 由于工件该方向加工误差为IT14，T=0.62mm ， 定位误差比加工误差小的多，所以可以保证加工精度。

2）零件定位方案如右图：

零件与定位心轴配合，左侧以心轴轴肩平面定位，工序基准为零件薄处左侧面，而定位基准为工件φ20孔端面，定位基准与工序基准不重合，尺寸a 的误差会带来加工方向上定位误差。

所以，为了保证加工精度，设计夹具时，使对刀块到定位心轴轴肩面的公差为±0.03mm ，定位误

差为0.06DW mm ?=，其为加工误差的1

3

，可以保证

加工精度。

3.3 对刀或导引元件（装置）设计

对刀块可分为圆形对刀块，直角对刀块和侧装对刀块，对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。根据铣床夹具的工艺要求及选用的错齿三面刃铣刀，专用夹具沿工件加工平面方向不知对刀块，采用标准侧装对刀块。

3.4 夹紧方案及装置的设计计算

3.4.1夹紧方案的确定

根据夹紧力方向应与工件的定位情况相适应，不应破坏工件在定位时所获得的位置，夹紧力的作用点应尽量靠近工件的加工表面，使切削力对夹紧力作用点的力矩最小，以减少工件的转动趋势和震动。

根据以上原则，选择φ40上端面作为夹紧面，使用快换垫圈螺旋夹紧；选择零件侧面为夹紧面，稍低于加工面的位置，与球头支承相对应，使用压紧螺钉压紧。

3.4.2夹紧力大小的分析计算

根据之前计算，查《机械加工工艺设计手册》得高速钢三面刃盘铣刀铣削力计算公式为

0.830.65

0.830.83

0.65

0.83

9.819.8130270.25 1.512520427.0Z Fz e f p F C a a a d z

N

--==??????=

工序设计为顺铣，查《机械加工工艺设计手册》得

0.8~0.9)H Z F F =（，取0.90.9427.0384.3Z Z F F N ==?= (075~0.8)V Z F F =，取0.80.8427.0341.6Z Z F F N ==?=

采用顺铣，使铣削力作用在球头支承上，与夹紧力在同一方向上，减少夹紧力，水平方向上压紧螺钉强度足可以抵御震动，保证加工精度。而竖直

a

方向上靠螺母拧紧力产生的摩擦力来抵御竖直方向铣削力，查《机械制造工艺学课程设计指导书》，工件与支撑块及夹紧元件接触表面的摩擦系数

0.16~0.25

f=,取0.16

f=。一般情况下，加工不使定位心轴受力，所以夹紧

力V 341.6

2135 0.16

F

Q N

f

===，查《机床夹具设计》知，单个螺旋压紧M10可产生压紧力4000N2135N

>，设计满足加工要求。

3.4.3夹紧机构及装置设计

选择φ40上端面作为夹紧面，使用快换垫圈螺旋夹紧；选择零件侧面为夹紧面，稍低于加工面的位置，与球头支承相对应，使用压紧螺钉压紧。

零件夹紧均采用手动夹紧，经验算，均可保证定位，达到加工要求，且简单易操作，缩短设计周期，降低成本。

3.5 连接元件及夹具体设计

夹具体上采用Q235A焊接而成，其他零件主要采用标准件组装而成，可减少夹具的总体成本，并且可实现良好的互换性，对刀块通过圆柱销和开槽圆柱头螺钉连接在钢板上，钢板又通过六角头螺栓连接在夹具体上，夹具底面装有一对定位键，可以使夹具在机床工作台上有正确的安装位置，以利于铣削加工。

3.6 夹具操作及维护简要说明

安装夹具时，是定位键与机床键槽配合良好，保证平行度，通过螺栓和耳座将夹具固定在机床上；安装工件时，先将工件通过φ20孔装到定位心轴上，转动工件，使其与左侧球头支承接触，插入快换垫圈，拧紧螺母，拧紧侧面压紧螺钉；拆卸工件时，放松侧面压紧螺钉，放松螺母，拔出快换垫圈，，将工件从定位心轴上拆下，

第4章铣厚度10两侧面工序夹具虚拟装配

4.1 Pro/E三维零件设计及虚拟装配技术

三维实体设计技术为企业实现基于并行工程的产品设计和改型提供了强有力的技术支持，为生产者更加形象的了解零件的各个性能提供了便利。

基于虚拟现实的产品虚拟拆装技术在新产品开发、产品的维护以及操作培训方面具有独特的作用。在交互式虚拟装配环境中，用户使用各类交互设备（数据手套/位置跟踪器、鼠标/键盘、力反馈操作设备等）象在真实环境中一样对产品的零部件进行各类装配操作，在操作过程中系统提供实时的碰撞检测、装配约束处理、装配路径与序列处理等功能，从而使得用户能够对产品的可装配性进行分析、对产品零部件装配序列进行验证和规划、对装配操作人员进行培训等。

虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定位、分析过程。虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

4.2夹具主要零件虚拟创建

夹具的主要零件为焊接夹具体，定位心轴，压紧螺钉，压紧螺母，定位键，对刀块，零件三维设计时，主要以二维装配草图为参考依据，建立三维模型。下面简要介绍夹具体的三维创建：使用PRO/E4.0，画草图时，尽量遵循自然规律，按照三视图选择基准面来开始，便于后来装配，主要以拉伸，创建孔来生成零件，拉伸底板、支撑板、拉伸切除耳座、拉伸切除定位键槽、创建定位心轴孔及各种螺纹孔。

夹具体三维零件图如下：

4.3虚拟装配方法、顺序及零件约束确定

夹具装配时，以焊接夹具体为基础零件，根据其上的各面、销孔、轴孔、螺纹孔为主要参照，通过面与面的匹配或对齐和对应轴线的对齐建立约束实现夹具装配。

装配时将画好的各虚拟零件按一定顺序调入并组装。装配顺序如下：

夹具体（约束缺省）→定位键（孔轴线对齐面重合）→圆柱头螺钉（轴线对齐面重合）→定位心轴（轴线对齐面重合）→六角螺母（轴线对齐面重合）→球头支承（轴线对齐面重合）→六角头压紧螺钉（轴线对齐）→连接钢板（轴线对齐面重合）→六角头螺栓（轴线对齐面重合）→对刀块（轴线对齐面重合）→圆柱销（轴线对齐面重合）→圆柱头螺钉（轴线对齐面重合）→工件（面重合）→快换垫圈（轴线对齐面重合）→带肩螺母（轴线对齐面重合）

4.4夹具组件虚拟装配及其分解

夹具装配时的爆炸图如下：

工件装入夹具时的爆炸图如下：

参考文献

1 赵家齐．机械制造工艺学课程设计指导书．（第2版）．机械工业出版社，2000年10月

2 王先逵．机械制造工艺学．（第2版）．机械工业出版社，2007年8月

3 王益民．机械制造工艺设计简明手册．（第1版）．机械工业出版社，1999年10月

4 艾兴，肖诗纲．切削用量手册．机械工业出版社，1985年1月

5 王绍俊．机械制造工艺设计手册．机械工业出版社，1985年11月

6 张耀宸．机械加工工艺设计实用手册．航空工业出版社，1993年12月

7 王秀伦，边文义，张云祥．机床夹具设计．中国铁道出版社，1984年10月

8 邵晓荣，曲恩．互换性与测量技术基础，中国标准出版社，2007年8月

9 陶济贤，谢明才．机床夹具设计，机械工业出版社，1986年12月

致谢

衷心的感谢学校给我们提供这次设计的机会，让我们在设计中感受到了现在所处的位置和将来所要达到得目标。同时也感谢各位老师在这次设计中给予我们的指导和帮助，尤其感谢王军老师的认真负责。在这次设计中由于我们所学的知识还不能满足设计的所有要求，时间紧迫，设计人员经验少，仓促之中，肯定有不足之处，恳请老师指出，我们会虚心接受，认真掌握。