铣床夹具设计

前言

机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

在机械制造的机械加工、检验、装配、焊接和热处理等冷热工艺工程中，使用着大量的夹具。而机床夹具是在机床上用以准确、迅速地安装工件或刀具，从而保证工件与刀具间正确相对位置的一种工艺装备。一台结构相同、要求相同的机器，或者具有相同要求的机器零件，均可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最合理的。人们把合理工艺过程的有关内容写成工艺文件的形式，用以知道生产，这些工艺文件即称为工艺规程。经审定批准的工艺规程是指导生产的重要文件，生产人员必须严格执行。

在机床上加工工件是，为了保证加工精度，必须正确安置工件，使其相对机床切削成形运动和刀具占有正确的位置，这一过程称之为“定位”。为了不因受切削力、惯性力、重力等外力作用而破坏工件已定的正确位置，还必须对其施加一定的夹紧力，这一过程称之为“夹紧”。定位和夹紧全过程称为“安装”。在机床上用来完成工件安装任务的重要工艺装备，就是各类夹具中应用最为广泛的“机床夹具”。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

目录

前言

一、零件分析 (3)

二、加工工艺设计 (4)

1．毛坯的选择

2．基准的选择

3．工件表面加工方法的选择

4．制定工艺路线

5．工艺方案的比较和分析

6．选择加工设备及工艺装备

7．确定切削用量及基本工时

8．填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡

三、铣床夹具设计 (12)

结束语 (19)

参考文献 (20)

一、零件分析

1、零件的作用

题目中的零件为转向拨叉，他是通过扳手扣住左端的方形块，将导向杠杆装入Φ6 mm的孔内，搬动扳手，控制杠杆在机器中的位置，调整好位置后，用M10的螺母将其固定，同而能达到紧固的作用。

2、零件的工艺分析

该转向共有7处需要加工，根据加工表面之间的关系，将其分为9道工序进行加工。转向拨叉的Φ6 mm与中心孔有平行度要求，Φ18 mm 的加工表面的粗糙度要求为0.8，故需要磨削加工。工件的基准为中心孔。经过以上的分析，我们可先选定粗基准，加工出中心孔，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工，保证它们的位置精度。零件的具体尺寸见设计任务书。

二、加工工艺设计

1、毛坯的选择

零件材料是QT40-10。零件年产量是中批量,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。

2、基准的选择

定位的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。

1)粗基准的选择

该零件的的定位基准是中心孔，故应该将Φ21轴作为粗基准，对轴的两个端面进行加工。

2) 精基准的选择

主要考虑到基准重合的问题，和便于装夹，采用中心孔定位。

3、工件表面加工方法的选择

本零件的加工面有个通孔、端面、攻丝等，材料为QT40-10。参考《机械制造工艺设计简明手册》表1—49、表1—48，表2—23等，其加工方法选择如下：

(1) 左右端面：公差等级为IT6~IT8，，采用锪平→钻中心孔的加工方法。

(2) Φ6 mm内孔：公差等级为IT7~IT8，表面粗糙度为R3.2，采用钻孔→铰孔的加工方法。

(3) Φ18 mm轴：公差等级为IT8~IT9，表面粗糙度为R0.8，采用粗车→精车→磨削的加工方法。

(4) 边长为12 mm的方形块：公差等级IT7~IT8，表面粗糙度为R3.2，采用在车床尾座上加转头的加工方法。

(5) M10螺纹孔：公差等级为IT8~IT9，采用摇臂钻床钻孔并机动攻丝的加工方法。

4、制定工艺路线

制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以志用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。

1) 工艺路线一

工序Ⅰ钻中心孔B3。

工序Ⅱ粗车Φ18 mm的轴。

工序Ⅲ粗、精铣Φ66mm孔的端面。

工序Ⅳ钻孔Φ6 mm，长度为9.5 mm，掉头，钻令一个Φ6 mm的孔。

工序Ⅴ粗、精铣直径为12 mm的方形块。

工序Ⅵ粗车Φ10 mm的轴。

工序Ⅶ攻M10的螺纹。

工序Ⅷ磨Φ18 mm的轴。

2) 工艺路线方案二

工序Ⅰ锪平轴的两个断面并钻中心孔。

工序Ⅱ粗、精铣Φ6 mm孔的端面。

工序Ⅲ钻两个Φ6 mm的孔。

工序Ⅳ扩两个Φ6 mm的孔。

工序Ⅴ粗车Φ18 mm的轴。

工序Ⅵ粗、精铣直径为12 mm的方形块

工序Ⅶ粗车Φ10 mm的轴，并攻M10的螺纹。

工序Ⅷ磨Φ18 mm的轴。

3) 工艺路线方案三

工序Ⅰ锪平轴的两个断面并钻中心孔。

工序Ⅱ粗、精铣Φ14 mm轴的端面。

工序Ⅲ钻、精铰两个Φ6 mm的孔。

工序Ⅳ粗、精车Φ18 mm的轴，精车Φ14 mm的退刀槽。工序Ⅴ车Φ15mm和Φ15mm的轴，并攻M10的螺纹。工序Ⅵ精铣直径为12 mm的方形块。

工序Ⅶ磨Φ18 mm的轴。

工序Ⅷ钳工去毛刺。

工序Ⅸ检验入库。

5、工艺方案的比较和分析

上述三种工艺方案的特点在于：方案一，其中的第四步，他要求在钻孔的时候换刀，这样不能保证两孔的同轴度，所以不能采用此方案；方案二，他的第三个和第四个工序，在完成同一个加工时进行两次装夹，也同样保证不了他的加工精度；而方案三，他综合了一和二的优点，并且舍弃一和二的缺点，这样就可以保证零件的加工要求。因此决定选择方案三作为加工工艺路线比较合理。

6、选择加工设备及工艺装备

(1) 根据零件加工精度、轮廓尺寸和批量等因素，合理确定机床种类及规格。

(2) 根据质量、效率和经济性选择夹具种类和数量。

(3) 根据工件材料和切削用量以及生产率的要求，选择刀具，应注意尽量选择标准刀具。

(4) 根据批量及加工精度选择量具。

由于生产类型为中批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辐以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。

①选择机床

●A、工序Ⅱ、Ⅵ：是粗铣和精铣工序，因本零件外轮廓尺寸不

大，精度要求不是很高，故选用X62W立式铣床；

●B、工序Ⅳ、Ⅴ：是粗车和精车，其回转半径不是很打，可

选用CA6140卧式车床；

●C、工序Ⅰ、Ⅲ：是钻孔工序，选用立式钻床加工，故选用

Z535摇臂钻床；

●D、工序Ⅶ：是磨削Φ18 mm的轴，故选用M115W磨床。

②选择夹具

本零件除第一工序加工时需要三抓卡盘，其他各工序均需要独立设计专用夹具。

③选择刀具

A、锪平左右两端面时，锪刀选锥柄锪钻，其直径为22 mm。

B、钻中心孔时，需要选择B3的中心孔钻头。

C、钻Φ18 mm轴时，选用车床进行车削，选用YT15外圆车刀。

D、钻Φ6 mm孔时，由于精度的要求，需要进行两次钻削，故选用圆锥麻花钻，其直径分别为为5.8 mm和6 mm。

E、铣Φ6 mm轴端面时，选用不重磨硬质合金刀片套式面铣刀，其直径为100 mm。

F、铣Φ15 mm方形轴时，选用不重磨硬质合金刀片套式面铣刀，其直径为100 mm。

G 、磨Φ18 mm 轴端面时，选用GP46ZR1A6P 350X40X127。 H 、车M10螺纹时，选用车床专用螺纹刀。

④选择量具

本零件属大量生产，一般均采用量具，选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量具的测量方法极限误差选择。

A 、选择加工孔用量具，可选内径百分尺，选分度值为0.01mm 。

B 、选择加工槽用量具，可选用分度值为0.02mm,测量范围为0~150mm 游标尺进行测量。

C 、选择加工螺纹用量具，可选用螺纹塞规，选分度值为0.01mm 。

7、确定切削用量及基本工时

工序Ⅱ：粗，精铣Φ14mm 端面。

1)粗铣Φ14mm 端面

a f =0.15 mm/齿 (表3—29)

v=0.45 m/s (27m/min) (表3—32) 采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=100mm,齿数 Z=8

ns=dw

v π1000=10014.345.01000??=1.43 r/s (86 r/min) 按机床选取 n w =1.58 r/s (95r/min) (表4—17) 所以实际切削速度为

v=1000n ω

ωπd =10001175??π= 0.55 m/s 切削工时 ： （表4—17） l 1 =100 mm l 2=2 mm l=82 mm tm=nwf

l l l 21++=196 s (3.3 min) 2)精铣Φ14mm 端面

a f =0.15 mm/齿 (表3—29)

v=0.45 m/s (27m/min) (表3—32) 采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=100mm,齿数 Z=8

ns=dw

v π1000=10014.345.01000??=1.43 r/s (86 r/min) 按机床选取 n w =1.58 r/s (95r/min) (表4—17) 所以实际切削速度为

v=1000n ω

ωπd =10001175??π= 0.55 m/s 切削工时 ： （表4—17） l 1 =100 mm l 2=2 mm l=82 mm tm=nwf

l l l 21++=196 s (3.3 min) 工序Ⅲ：粗，精铣Φ14mm 端面。

1)钻Φ5.8 mm 孔

f=0.43mm/r ×0.75=0.639 mm/r (表3—38) 取 f=0.3 mm/r (表4—

5)

v=0.25=0.25 m/s (15 m/min) (表3—42)

n=3.18 r/s (191 r/min) (表3—54)

按机床选取n w =3.33 r/s (200 r/min) (表4—17)

所以实际切削速度为

v=0.26 m/s (6 m/min)

切削工时：（表4—17）l = 81 mm l1=3 mm l2=1 mm

tm=（l+l1+l2）/n w f=

3.0

33

.31

3 81

?+

+= 85.1 s (1.42 min)

2)扩孔至Φ6mm

f=0.7×0.75×1.2=0.63 mm/r

取f=0.6 mm/r

v=0.25×0.5=0.125m/s (7.5m/min)

n w=6.67 r/s (400 r/min) （表4—5）

所以实际切削速度为

v=0.126 m/s (7.58 m/min)

切削工时：（表7—1）l = 81 mm l1 = 2 mm l2=1 mm

tm=（l+l1+l2）/n w f=

3.0

33

.31

3 81

?+

+=21 s (0.35min) 其余时间定额计算略。

8、填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡

(1) 工艺过程综合卡片

简要写明各道工序，作为生产管理使用。

(2) 工艺卡片

详细说明整个工艺过程，作为指导工人生产和帮助管理人员、技术人员掌握整个零件加工过程的一种工艺文件，除写明工序内容外，还应填写工序所采用的切削用量和工装设备名称、代号等。

(3) 工序卡片

用于指导工人进行生产的更为详细的工艺文件，在大批量生产的关键零件的关键工序才使用。

①简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图表达。简图也可以只画出与加工部位有关的局部视图，除加工面、定位面夹紧面、主要轮廓面，其余线条可省略，以必需、明了为度。

②被加工表面用粗实线（或红线）表示，其余均用细实线。

应标明本工序的工序尺寸，公差及粗糙度要求。

③定位、夹紧表面应以规定的符号标明。

工艺文件详见表

(4) 检验工序卡片

通过简单的视图表达检验方法，并用文字表达检验步骤，最后进行误差分析。

三、铣床夹具设计

1、机床夹具设计的基本要求和一般步骤

(1) 对专用夹具的基本要求

①保证工件的加工精度

专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

②提高生产效率

应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

③工艺性好

专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。

专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

④使用性好

专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

⑤经济性好

除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外。还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

(2) 专用夹具设计步骤

①明确设计任务与收集设计资料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。

②拟订夹具结构方案与绘制夹具草图

Ⅰ、确定工件的定位方案，设计定位装置。

Ⅱ、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

Ⅲ、确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

Ⅳ、确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

Ⅴ、确定和设计其它装置及元件的结构形式。如分度装置、预定位装置及吊装元件等。

Ⅵ、确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。

Ⅶ、绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

2、进行必要的分析计算

工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。

3、审查方案与改进设计

夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。

4、绘制夹具装配总图

夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用1：1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图绘制次序如下：

用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。

依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

标注必要的尺寸、公差和技术要求。

编制夹具明细表及标题栏。

主视图

左视图

俯视图

5、绘制夹具零件图

夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零

件的尺寸、公差及技术要求。夹具零件图如下图所示

6、铣床专用夹具设计

(1) 夹具的组成：定位部分、夹紧部分、对刀部分、导向部分、支撑部分和辅助部分。

(2) 工件定位的基本要求

①位置正确；②位置准确。

(3) 如下图所示，加工上表面是以下表面为基准进行定位，然后进行夹紧。

(4) 工件以平面定位

工件以平面定位时，一个平面上一般最多布置三个支撑点。这种情况通常适用于工件定位面相对工件总尺寸较大，并且被加工表面与该平面有尺寸精度和位置精度要求时。当工件定位面较工件总尺寸狭长，又要求限制一个转动自由度，并且在一个方向上与被加工表面有尺寸和位置精度要求时，往往布置两个支撑点。当工件定位面相对工件总尺寸很小，并且在一个方向上与被加工表面有位置尺寸精度要求时，往往只布置一个定位支撑点。

工件以平面进行定位时，其定位元件有如下四种型式：固定支承、调节支承、浮动支承和辅助支承。

其中，固定支承常有两种：支承钉和支承板。选用工件以平面定位的定位元件时，应注意定位平面的精度。精度越低，则接触面积应越小。因此，以毛基面或粗基面定位时，可采用支承钉；以精基面、特别是以大的精基面定位时，可采用支承板。

(5) 拟订定位方案

①定位方案

根据工件结构特点，其定位方案如下：

以中心孔作为定位基准，限制了X、Y、Z轴移动、X轴旋转、Y 轴旋转三个自由度；

用一个销钉限制工件的Z轴旋转。

从而限制了工件的六个自由度，根据“六点定位原理”，此工件在空间的位置唯一确定了。

经过分析，得出如下结果：

②定位误差计算

因为工件和夹具定位元件均有制造误差，所以一批工件在夹具中地位后的位置将是变动的，即存在定位误差。一批工件由于在夹具中定位

而使得工序基准在沿工序尺寸方向上产生了位移，其可能最大的位移量叫做该工序尺寸的定位误差，用符号ε表示。

产生定位误差的原因有如下两方面：定位基准与工序基准不重合、定位基准位移。

工件以平面定位时的定位误差：

基准位移误差：因为定位元件的形状以及定位元件各表面间的位置精度较高，因此在计算工件以平面定位的基准位移误差时，通常可以忽略它们的影响。

基准不重合误差：可用作图法求出因定位基准与工序基准不重合而引起工序基准在沿工序尺寸方向上的两个极限位置，这两个极限位置间距离之差及时基准不重合误差。或者利用尺寸链原理，求各基准尺寸误差之和，即为基准不重合误差。

总的定位误差应为基准位移误差与基准不重合误差之和。

由于零件是以平面为基准定位，因此在铣削时会产生直线位移误差。由于误差对铣削平面的影响很小，可忽略不计。

(6) 夹紧装置的设计

夹紧装置是夹具的重要组成部分，用于防止工件在切削力、自重及惯性力等作用下产生移动或振动，即保持工件定位后的正确位置。

夹紧装置大体分为动力装置和夹紧机构，夹紧机构又可分为中间机构和夹紧元件。

螺纹夹紧机构由于具有结果简单，制造方便，夹紧行程不受限制，且夹紧可靠等优点。虽夹紧动作缓慢，可采用一些结构提高夹紧速度，因此应用广泛。

螺旋压板夹紧是一种应用最为广泛的夹紧机构，其种类很多，有移动式压板、回转式压板、掀开式压板等等。

(7) 对刀装置的设计

在铣床夹具和刨床夹具中通常采用对刀装置，以保证刀具与夹具定位元件间具有正确的相对位置。这种相互间的位置可以采用如下三种方法进行调整：试切工件调整、用已加工好的样件调整、用对刀装置调整。其中以采用对刀装置调整最为方便和迅速。

采用对刀装置时，对刀块的位置应装在刀具切入的一端。对刀块常用20号钢渗碳淬火，硬度HRC58~64。塞尺用T8钢淬火，硬度HRC55~60。

结束语

在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了，使我真正感受到了知识的重要性。本次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。

在课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。

整个设计的过程中设，最重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。

综上所述：这次的课程设计对我以后的工作和学习将有很大的帮助。这次的课程设计能够完成，我要感谢带我们课程设计的老师和很多帮助过我的同学。在此真诚的感谢你们的帮助！

参考文献：

【1】王秀伦，边文义，张运祥. 机床夹具设计. 北京，中国铁道出版社

【2】徐发仁. 机床夹具设计. 重庆，重庆大学出版社

【3】卢秉恒. 机械制造技术基础. 北京，机械工业出版社

【4】王凡，宋建新. 机械制造工程学课程设计指导书. 沈阳，沈阳理工大学工艺教研室