夹具设计说明书106

三江学院夹具课程设计说明书

题目：支承座镗孔夹具设计

班级：110152D

姓名：耿志旸

学号：12010152103

专业：机械设计制造及其自动化（数控技术）指导老师：徐伟

绪论 (1)

第一章机床夹具概述 (2)

1.1工件的装夹方法 (2)

1.2机床夹具的工作原理和在机械加工过程中的作用 (2)

1.3夹具的分类和组成 (3)

第二章夹具设计 (5)

2.1设计思路 (5)

2.2零件加工工艺过程分析 (5)

2.3定位分析 (7)

2.4夹紧分析 (9)

2.5夹具体结构分析 (10)

2.6夹具装配图绘制 (11)

2.7夹具零件图绘制 (11)

结束语 (12)

致谢 (13)

参考文献 (14)

机床夹具是机械加工系统的重要组成部分，同时也是机械加工工艺系统的重要组成部分。为了保证工件的加工精度和生产率的提高，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，完成这一功能的辅助装置称为机床夹具。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、生产率、生产成本以及工人的劳动强度等。所以机床夹具设计是机械加工工艺准备中的一项重要工作。

机床夹具作为机床对工件加工中的辅助装置，其设计质量的好坏对零件的加工质量、效率以及工人的劳动强度均有直接的影响，因此在进行夹具设计时，必须使加工质量、生产率、劳动强度和经济性等几方面达到统一，其中保证加工质量是最基本的要求。但是，在实际生产过程中会有所侧重，如对位置精度要求很高的加工，往往是保证加工精度，对于位置精度要求不高而使加工批量较大的情况，则着重于提高加工工件的工作效率。总之，在考虑上述几方面要求时，应在满足加工要求的前提下，根据具体情况处理好生产率与劳动条件、生产率与经济性的关系。

夹具设计的基本步骤可以概括为：

1、研究原始资料，明确设计任务。

2、确定夹具的结构方案，绘制结构草图。

确定夹具的结构方案，可以考虑以下问题：

1）根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定位装置。

2）确定刀具的引导方法，并设计引导原件和对刀装置。

3）确定工件的夹紧方案并设计夹紧装置。

4）确定其他元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置等。

5）考虑各种装置、元件的布局，确定夹具的总体结构。

6）对夹具的总体结构，考虑几个方案，经过综合分析比较，从中选取较合理的方案。

3、绘制夹具总图。

4、确定并标注有关尺寸和夹具技术要求。

5、绘制夹具零件图。

在夹具设计图样全部绘制完毕后，设计工作并没有结束，因为所设计的夹具还应用于实验来检验一下，在试用后有时可能要把设计作必要的修改。因此设计人员应关心夹具的制造和装配过程，参与鉴定工作，并了解使用过程，以便发现问题及时改进，使之达到正确设计的要求，只有夹具经过使用验证合格后，才能算完成设计任务。

这里，以镗支承座的孔为例，介绍我在本次课程设计中的设计、修改过程。

第一章机床夹具概述

1.1工件的装夹方法

在机床上进行加工时，必须先把工件安装在准确的加工位置上，并将其可靠固定，以确保工件在加工过程中不发生位置变化，才能保证加工出的表面达到规定的加工要求（尺寸、形状和位置精度），这个过程叫装夹。简言之，确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程叫定位；在工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作叫夹紧。装夹就是定位和夹紧过程的总和。

工件在机床上的装夹方法主要有两种：

1、找正装夹法

1）方法：

找正装夹法即根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧的装夹方法。

2）特点：

a)这类装夹方法劳动强度大、生产效率低、要求工人技术等级高；

b)定位精度低，由于常常需要增加划线工序，所以增加了生产成本；

c)只需要使用通用性很好的机床附件和工具，因此能适用于加工各种不

同零件的各种表面，特别适合于单件、小批量生产。

2、夹具装夹法

1）方法：

夹具装夹法即通过安装在机床上的夹具对工件的定位和夹紧，最后确定工件加工时应具有准确位置的装夹方法。

2）特点：

避免了找正法划线定位而浪费的工时，还可以避免加工后的工件的加工误差分散范围扩大，夹装方便。

1.2机床夹具的工作原理和在机械加工过程中的作用

1.2.1机床夹具的工作原理

夹具工作原理如下：

1、使工件在夹具中占有正确的加工位置。

2、夹具对于机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。

3、使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。

1.2.2夹具的作用

夹具是机械加工中不可缺少的一种工艺装备，应用十分广泛。它的作用有：1）保证稳定可靠地达到各项加工精度要求。

2）缩短加工工时，提高劳动生产率。

3）降低生产成本。

4）减轻工人劳动强度。

5）可由较低技术水平等级的工人进行加工。

6）能扩大机床工艺范围。

1.3夹具的分类与组成

1.3.1夹具的分类

机床夹具的种类很多，可按夹具的应用范围分类，也可按所使用的动力源进行分类。

1、按夹具的应用范围分类

1）通用夹具

通用夹具是指在一般通用机床上所附有的一些使用性能较广泛的夹具，如车、磨床上的三爪和四爪卡盘、顶针和鸡心夹头，铣、刨床上的平口钳、分度头和回转工作台等。它们在使用上有很大的通用性，往往无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已经标准化，并由专业工厂生产作为机床附件供用户使用。通用夹具主要用于单件和中、小批量生产、装夹形状比较简单和加工精度要求不太高的工件。

2）专用夹具

专用夹具是指专门为某一种工件的某一工序设计的夹具。此类夹具一般不考虑通用性，以便使夹具设计得结构简单、紧凑、操作迅速和维修方便。专用夹具通常由使用厂根据工件的加工要求自行设计与制造，生产准备周期较长。当生产的产品或零件工艺过程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适用于在产品固定和工艺过程稳定的大批量生产中使用。

3）成组夹具

在生产中，有时由于加工批量较小，为每种零件都分别设计专用夹具很不经济，而使用通用夹具又往往不能满足加工精度和生产率的要求，故而采用成组加工工艺，并根据组内的典型代表零件设计成组夹具。这类夹具在使用时，只需对夹具上的部分定位、夹紧元件等进行调整或更换，就可用于组内不同工件的加工。

4）组合夹具

组合夹具是指按零件的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，万能性强，制造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品的试制和单件小批量生产。

5）随行夹具

随行夹具是一种在自动线上使用的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一个工位，进行不同工序的加工。

2、按所使用的动力源分类

根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：手动夹具，气动夹具，液压夹具，电动夹具，磁力夹具，真空夹具，切削力、离心力夹具等。

1.3.2夹具的组成

1、定位元件

在夹具中确定工件位置的元件。以定位工作面与工件的定位基准面相接触、配合或对准，使工件在夹具中占有准确位置，起到定位作用。

2、夹紧装置

在夹具中由动力装置、中间传力机构和加紧元件组成的装置，用以保持工件在夹具中已确定的位置，并承受加工过程中各种力的作用而不发生任何变化。

3、对刀及引导元件

在夹具中，用来确定夹具相对刀具的位置或引导刀具的方向。

4、夹具体

在夹具中，用于连接上述各元件及装置使其成为一个整体的基础零件。除用于连接夹具上的各种元件和装置外，还用于夹具与机床有关部位进行连接。

5、其他元件及装置

有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床还要有定位键等。

第二章夹具设计

2.1设计思路

1、分析零件图，了解零件材料和技术要求，继而确定加工工艺过程，填写工艺卡片。

2、根据零件图及加工工艺确定定位夹紧方案，选定方案为：支承板、支承钉、活动V形块、活动压板。

3、根据既定方案布置定位元件。

4、根据既定方案布置夹紧元件。

5、根据定位和夹紧元件设计夹具体，并绘制装配草图。

6、绘制总装配图。

7、绘制各夹具零件图。

8、整理资料，完成课程设计任务说明书。

2.2零件加工工艺过程分析

本次夹具课程设计所要设计夹具的零件为支承座，工件的二维零件图和三维实体图如下图所示。已知待加工零件材料为HT200，经铸造得到毛坯。

根据零件图得要求，拟定加工工艺路线。要保证零件尺寸公差和平行度公差要求，安排的工艺路线大致为先铣底面，然后铣左右端面，再镗孔，钻小孔，最后去毛刺和表面涂漆，工艺过程卡片如下表所示。

零件工艺过程

本次夹具设计任务是在普通车床上镗出025.0032+φ的孔，现其他工序已经完成，

根据要求，从下一节开始阐述具体的夹具设计内容。

2.3定位分析

2.3.1定位原理

定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置，并且应用夹具定位工件，还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。

在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工件定位方案的确定是夹具设计中首要解决的问题。

任一刚体在空间都有六个自由度，即x 、y 、z 三个坐标轴的移动自由度x v 、

y v 、z v 以及绕此三个坐标轴的转动自由度x )、y )、z )。要使工件完全定位，就必须限制工件在空间的六个自由度，这就是工件的“六点定位原理”。

2.3.2常见的定位方式和定位元件

工件的定位表面有各种形式，如平面、外圆、内孔等。对于这些表面，总是采用一定结构的定位元件，以保证定位元件的定位面和工件定位基准面相互接触或配合，实现工件的定位。一般来说，定位元件的设计应满足下列要求：

1、要有与工件相适应的精度。

2、要有足够的刚度，不允许受力后发生变形。

3、要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为58~62HRC。

下面介绍典型表面的定位方法和定位元件。

1、工件以平面定位

在机械加工中，利用工件上的一个或几个平面作为定位基面来定位工件的方式，称为平面定位。所用的定位元件称为基本支承，包括固定支承、可调支承和自位支承。

固定支承是指高度尺寸固定，不能调整的支承，包括固定支承钉和固定支承板。可调支承是指顶端位置可在一定范围内调整的支承。自位支承是指支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承，无论哪一种自位支承，都只相当于一个定位支承点，限制工件的一个自由度。

2、工件以圆孔定位

有些工件，如套筒、法兰盘、拨叉等以孔为定位基准，此时采用的定位元件有定位销、定位心轴等。

3、工件以外圆柱面定位

工件以外圆柱面定位在生产中很常见，如轴套类零件等。常用的定位元件有V形块、定位套、半圆定位座等。

2.3.3零件定位分析

由零件图建立三坐标，根据加工可以知道，零件只能沿着x轴移动，所以就必须限定其他五个自由度。

首先，大平面可以实现3点定位，即限制绕x轴的转动，限制绕y轴的转动，限制沿z轴的移动。

其次，两个支承钉可以实现2点定位，即限制沿x轴的移动，限制绕z轴的转动。

最后，浮动V形块可以实现1点定位，即限制沿y轴的移动。

2.3.4定位元件布置

完成定位分析，接下来就是布置定位元件。如下图所示。

在支承座的底面使用固定支承板，可以限制工件绕x轴的转动，限制绕y轴的转动，限制沿z轴的移动。

在支承座底板的后面使用支承钉，可以限制工件沿x轴的移动，限制绕z轴的转动。

在支承座的上方使用一浮动V形块，通过施加力地作用，移动浮动V形块，可以限制工件沿y轴的移动。

工件在定位元件上定位后，必须采用一定的装备将工件压紧夹牢，使其在加工过程中不会因受切削力、惯性力或离心力等作用而发生振动或位移，从而保证加工质量和生产安全，这种装置称为夹紧装置。下节将分析工件的夹紧。

2.4加紧分析

2.4.1夹紧装置的组成和基本要求

夹紧装置主要由力源装置、中间传力机构和夹紧元件组成。

夹紧装置的基本要求是：

1、夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置。

2、夹紧力大小要合适，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不振动，又不得产生不能使工件产生变形或损伤工件表面。

3、夹紧动作要迅速、可靠，且操作要方便、省力、安全。

4、结构紧凑，易于制造和维修。

2.4.2夹紧力的确定

设计夹紧结构，必须首先合理确定夹紧力的三要素：大小、方向和作用点。

1、夹紧力方向的确定原则

1）夹紧力作用方向应垂直于主要定位基准面。

2）夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小。

3）夹紧力作用方向应使工件变形尽可能小。

2、夹紧力作用点的确定原则

1）夹紧力作用点应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定受力区域内。

2）夹紧力作用点应落在工件刚性好的部位。

3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工面。

3、夹紧力的大小

夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算。为安全起见，计算出的夹紧力应乘以安全系数K，故实际夹紧力一般比理论计算值大2~3倍。一般来说，手动夹紧时不必算出夹紧力地确切值。

2.4.3夹紧装置的布置

根据零件图，在使用夹具时，为了减少工件

的夹紧变形，增大工件的受力面积，以及能

够方便的取出和移动夹具，在支承座的平面

板上采用螺栓压板夹紧机构加以压紧固定。

具体如右图所示。

在工件的上方，浮动V形块除了能够限定工件的自由

度，不让工件沿y轴的方向移动外，通过六角头压紧螺钉的

作用，将浮动V形块顶到工件上并旋紧，从而固定工件。此

外，V形块最大的特点是工件在其上定位时可以起到自动对

中作用，可以保证工件的位置精度。左图为工件在浮动V形块的作用下，被夹紧的示意。

2.5夹具体结构分析

定位和夹紧分析完成之后，就是夹具体的设计。夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。下图为本次夹具课程设计的夹具体视图。

首先，所有夹具及工件安装在大圆盘上，大圆盘用HT200经铸造成型。工件安装在支撑架上，支撑板用三根M8的螺栓固定在圆盘上，支撑架上安有支承板，用六根M6的十字槽圆柱头螺钉固定。支承座安装在支撑板上，用螺栓压紧机构加以压紧，压紧机构的双头螺柱有一头旋入支撑架。支承钉安装在支撑架上用来定位限制工件沿x轴的移动，限制绕z轴的转动。浮动V形块与V形块固定块及螺钉支撑架配合，用M8开槽锥端紧定螺钉固定。为了使夹具整体在机床上均匀转动，受力平衡，在V形块固定块上安装配重块，使整体重量均匀，并用双头螺柱固定。

2.6夹具装配图绘制

如上图所示，为夹具课程设计最后总的装配图。具体绘图见JS-03-00。

一张完整的装配图应该包括：一组视图，必要尺寸，技术要求，标题栏、零件序号及明细栏。生成装配图时，需利用投影法的基本原理，选择合理的表达方案。

此外，在国家标准中对装配图的一些表达方法和特殊表达方法具体参见《工程制图》中的相关表达。

2.7夹具零件图绘制

夹具零件图只需绘制非标准零件的零件图，主要包括大圆盘，支撑架，浮动V形块，V形块固定块，紧压螺钉支架，六角头压紧螺钉垫块以及配重块。具体绘图见JS-03-01，JS-03-02，JS-03-03，JS-03-04，JS-03-05。

一张完整的零件图应该包括：一组图形，完整的尺寸，技术要求以及标题栏。画零件图时，要求选用适当的视图、剖视、断面图等表示方法，将零件各部分结构形状和相对位置完整、清晰地表达出来，并方便看图，画图简便。

此外，在国家标准中对零件图的一些表达方法和特殊表达方法具体参见《工程制图》中的相关表达。

一个学期的学习和讨论，终于完成了本次夹具课程设计的内容。这次的课程设计对我来说，不仅仅积累了知识，还对学习过的内容有了更加深刻的检验，对我来说是一个很有意义的学习与提高。

上个学期我们已经有过一次课程设计，设计减速器。减速器的设计使我认识到设计所考虑到种种因素都会影响到设计体本身的结构与精度。夹具课程设计也一样，它不仅锻炼了我们独立思考的能力，还锻炼了综合分析以及查阅资料的能力。

如何加工一个零件，首先考虑的是如何加工，那么就应该确定加工零件的零件图，根据零件图，零件的材料等确定加工工艺路线，但工件加工必不可少需放在机床上加工，如何的在机床上正确定位装夹来保证零件的加工质量与精度，这就要考虑到它的夹具。在先前的课程里，我们已经学习了《机械制造工艺学》，对夹具和夹具设计有了一定的了解。夹具，是零件加工过程中不可缺少的重要工具，它对零件的精度至关重要。设计出的夹具不仅仅要简单、操作方便、降低成本，更要能够保证工件加工后的质量。这次设计，按照设计思路，从分析零件图开始，到绘制装配图结束，每一步都有着我的思考。

这次夹具课程设计，感觉就像自己在担任着机械设计人员的角色。机械制造是一门非常严谨的学科，每个数据的选择都必须有依据，而不是想怎么选择就怎么选择，工件设计的合理与不合理都与每个数据息息相关。老师的讲解，与同学的交流是这次设计能够完成的主要因素。另外，有些书本上没有的知识点以及相关夹具设计的具体数值，我都有查阅资料和询问同学，在与同学的交流中获得合理的参数。

限于水平，夹具设计中的错误在所难免，希望指导老师指出并指正。

虽然夹具课程设计的任务结束了，但是这也是对自身的一个检验，对所学和所得的一次检查，但是从中我发现了自己学习中的不足，有些基本点还没有掌握透，还需要提高，总之在此次课程设计中也学到了不少知识，但这并不等于满足，因为还有许多需要自己学习，未来的路还很长，所学习的还很多。

夹具课程设计的完成，离不开指导老师的帮助。在这里，特别感谢徐伟老师在夹具课程设计过程中给予的帮助和指导。

徐伟老师在前面的减速器设计中已经给我做出了很多指导，至今记忆犹新的依然是减速器箱盖窥视孔处窥视孔盖的加工方法。他渊博的学识和对同学负责的态度令我敬佩，再次感谢。

同时，感谢学校能够从我们学生和社会实际的角度出发，给我们提供课程设计的机会，让我们发挥自己的能力，熟悉一些基本的设计方法，为今后的工作打下有力的基础。

在课程设计中，还得到了其他老师以及一些能力较强的同学的关心和帮助，在此一并感谢。

参考文献

[1] 王启平.机床夹具设计（修订本）[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2005.

[2] 卢秉恒.机械制造技术基础（第3版）[M].北京：机械工业出版社,2011.

[3] 王伯平.互换性与测量技术基础（第3版）[M].北京：机械工业出版社,2012.

[4] 王凡，宋建新，王玲.实用机械制造工艺设计手册[M].北京：机械工业出版社,2010.

[5] 徐鸿本.机床夹具设计手册[M].辽宁：辽宁科学技术出版社,2004.

[6].赵敖生，宜沈平，徐伟，刘凯.计算机工程制图实例教程[M].南京：东南大学出版社.2008