机床夹具课程设计

河南工业职业技术学院Henan Polytechnic Institute

工装夹具课程设计说明书题目：芯轴的专用夹具设计

班级：机制1201

姓名：王世鹏陈建竹

专业：机械设计与制造

指导教师：刘吉彪

二零一四年十一月

序言

芯轴是一类比较常用的轴类零件，它和一般轴类零件一样，主要是用于传递转矩和支承传动零件。芯轴零件比较广泛使用的材料是45钢材料。由于芯轴的零件的结构和形状一般都比较的简单，易于加工成形，在机床上进行加工，工序不是很复杂。虽然如此，但是由于轴类零件在整个机械动力传递过程中具有重要的作用，所以，在对芯轴的毛坯进行加工之前，要对芯轴的零件图进行详细、全面、系统的解读和工艺分析，制定加工工艺路线，根据加工要求选出轴的加工材料，并要根据加工要求选择加工芯轴零件所用的刀具、夹具、机床，并且编写出一套加工工艺过程卡片和加工工序卡片，同时用AutoCAD绘制出工程图和装配图。芯轴零件的加工过程中需要用到夹具，所以，要进行专用夹具的设计，并用AutoCAD绘制出夹具的工程图和装配图

关键词：夹具设计、制图、机械

序言

第一章工装夹具设计任务 (1)

1.1 产品零件图 (1)

1.2 确定夹具方案设计及构思 (1)

1.3 产品的重点技术要求分析 (2)

第二章工装夹具设计方案的确定 (3)

2.1 基准面的选择 (3)

2.1.1 粗基准的选择 (3)

2.1.2 精基准的选择 (3)

2.2 定位方式及元器件选择 (4)

2.3 夹紧方式及元器件选择 (4)

2.4 装配方案 (4)

2.5 夹具总装结构 (4)

第三章定位误差分析与计算 (6)

3.1 计算并确定夹紧力 (6)

3.2 定位误差分析 (6)

第四章主要零件设计的说明 (7)

4.1 夹具体 (7)

4.2 定位元件 (7)

4.3 压紧元件 (8)

第五章工装夹具的装配要求 (9)

第六章工装夹具的使用说明 (10)

6.1 夹具的操作步骤 (10)

6.2 夹具使用注意事项、保养及维护 (10)

第七章小结 (11)

第八章致谢 (12)

第九章参考文献 (13)

第一章工装夹具设计任务

1.1产品零件图

图1 产品零件图

1.2确定夹具方案设计及构思

为了提高工人或设备劳动生产率，保证工件加工质量，降低工人劳动强度，降低生产成本，又由于是大批生产，所以要采用专用夹具装夹。所以要进行专用夹具设计。

由于第五道工序具有角度方面各要求，所以精准度较高，加工难度也相对较大；工序80是加工螺纹孔，在该零件加工中相比较而言难度也较大，所以决定设计工序70——铣90度的槽和工序80——钻M8螺纹的底孔，倒角，攻M8的螺纹的专用夹具。这两种夹具将分别适用于用于X63卧式铣床和Z535钻床中对

工件的装夹。刀具选用一把高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件的90度的槽进行加工，钻床选用一把高速钢材料的麻花钻，对M8的螺纹孔进行加工。

工序70的夹具主要用来固定零件，并确保准确铣出该零件90度的槽，待加工到工序70时，发现后面的工序与本工序并没有太多的的技术要求，本工序只要求保证64度和26度这两个夹角的角度。因此，在加工本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率，，降低生产成本，降低劳动强度，并保证64度、26度这两个夹角。工序80的夹具是用来固定零件，并确保准确加工出M8的螺纹孔，主要是考虑螺纹孔相对于工件的准确位置以及各螺纹孔之间的相对位置。

1.3产品的重点技术要求分析

该零件（芯轴）是一轴类零件，从形状来看不是太复杂，作为轴类零件，尺寸精度要求比较高。零件的主要技术要求分析如下：

（1）Φ35和Φ40符合阶梯轴的一些特征，尺寸精度和形状精度要求较高，配合尺寸公差等级通常要求IT8到IT6，该轴形状公差并未标出，属于未注公差，一般加工设备应都能达到。

(2)Φ35的外圆和Φ53的凹槽,都有很高的尺寸精度要求,主要是为了和其装配件很好的装配。

(3)在Φ77的外圆切了一个槽,槽的两面和Φ77的端面有一定的角度要求。

(4)在Φ77的端面上打了5个M8的螺纹孔,要注意他们的相互位置。

（5）Φ35的外圆有表面粗度要求，表面粗糙度值为3.2微米，精度较高

（6）其余表面粗糙度值要求为12.5微米，精度相对较低。

（7）配作中尺寸为Φ8的锥孔，底部夹角为90度。

（8）该芯轴零件右向和定位要求，装配定向用的是以Φ77为定位基准，定向是左端面对于基准A的垂直度要求，其公差为0.016mm

(9)直角槽和垂直方向的两边夹角分别为64度和26度。

第二章工装夹具设计方案的确定（铣90度的槽的夹具设计）2.1基准面的选择（夹具体方式的确定）

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。

粗基准的选择对于本杠杆来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以粗加工的表面为粗基准，本零件正好符合要求。

对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算。

2.1.1粗基准的选择

对于一般的轴类零件而言，在粗加工时为了提高零件的刚度，常以外圆表面作为基准。按照有关粗基准的选择原则（即为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选择不加工面作为粗基准；为了保证各个加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量较小的面作为粗基准；为了保证重要加工面的余量均匀，应选择重要加工面为粗基准；粗基准应该避免重复使用，在同一尺寸方向上（即同一自由度方向上）通常只允许使用一次；选作粗基准的表面应该平整光洁，要避锻造飞边和浇注冒口、分型面、飞翅等缺陷，以保证定位准确，加紧可靠。当使用夹具装夹时，选择的粗基准面，最好使夹具结构简单，操作方便。），现在应为都要加工就要结合加工工艺来确定粗基准，现取Φ77的外圆表面作为粗基准，利用三爪卡盘装夹定位。利用不完全定位来加工工件。

2.1.2精基准的选择

在最终工序或中间工序，采用已加工表面作为定位基准，这种定位基面称为精基准。精基准的选择有基准重合、基准统一、自为基准、互为基准四项原则，

由于该心轴的形状、结构较为简单，因此主要考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

2.2定位方式及元器件选择

（1）V型块与工件的接触面较长时限制工件的四个自由度。而与工件接触面较短时限制工件的两个自由度。

（2）定位套定心精度不高，只适合精定位基面。其内孔轴线为县委基准，内孔面为限位基面

根据零件及定位元件的特点，芯轴的定位是外圆柱面的定位，故采用窄V 型块和一组带斜槽支撑板定位，定位元件可选用可调支撑，可调支撑的定位精度较高，定位高度可以调整，可以实现对芯轴的精确定位。

2.3夹紧方式及元器件选择

通过综合考虑，采用螺钉夹紧机构。

2.4装配方案

由于铣90°槽是在轴的外圆加工之后就加工的，所以在铣90°槽时可采用外圆柱面定位，以Φ35外圆柱面定位，由于只采用V型块定位时，在铣削时会因工件所受铣刀切削力的作用而造成一端翘起的现象发生，这样会造成切削失败，为避免这种情况发生，所以要将带空的盖板和V型块一起使用。在带孔的盖板上钻出四个螺纹孔，在V型块上也相应的钻出四个螺纹孔，将工件放在V 型块上，盖上盖板，用螺钉将V型块和带孔的盖板上的螺纹孔联系起来，从而将盖板和V型块紧密连接起来，起到加紧工件的作用。同时，夹具体底面上的一对定位槽可是整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

2.5夹具总装结构

图2 夹具结构图

1-V形块 2-带孔盖板 3、7-螺柱 4、6-螺母 5、8-垫圈 9-工件

第三章定位误差分析与计算

3.1计算并确定夹紧力

切削刀具：高速钢镶齿三面铣刀，Φ225mm,z=20,则

F=C a f a z/d n

式中，C =650,a =3.1,x =1.0,f =0.08mm,y =0.72,a =40mm (在加工面上测量的近似值)

n =0.86,d =225mm,q =0.86,w =0,z=20,

所以

F=650X3.1X0.08 X40 X20/225N=1456N

由于只用一把铣刀，F =F=1456N

水平分力：F =F =1601.6N

垂直分力：F =F =436.8N

在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数K=K1K2K3K4。

式中，K1 ——基本安全系数，K1=1.5；

K2 ——加工性质系数，K2=1.1；

K3 ——刀具钝化系数，K3=1.1；

K4 ——断续且需系数，K4=1.1。

3.2定位误差分析

由于铣90°槽是在轴的外圆加工之后就加工的，所以它在外圆的任何地方铣都行只要保证两个面成90°以及规定的尺寸就行，利用V型块定位。因为定位基准和工序基准都位芯轴的轴线，所以基准重合。V型块具有对中性，所以基本位移误差位零。

第四章主要零件设计的说明

4.1夹具体

夹具体是整个夹具的基础件。在夹具体上要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构、装置等；并且还必须便于装卸工件以及在机床上的固定。因此，夹具体的形状和尺寸，

主要取决于夹具上各组成件分布情况，工件的形状、尺寸以及加工性质等。

对于夹具体的设计提出以下一些基本要求：

（1）所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对

于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。

（2）夹具轻劳动强度的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机械化自动化的夹紧机构，同时

必要时可设计和配备安全防护装置。

（3）能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中，则宜采用较简单的夹具结构。

（4）要适当提高夹具元件的通用化和标准化程度。选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。

（5）应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。以上要求有时是相互矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。

4.2定位元件

定位元件主要有V形块。V型块是一种比较特殊的定位元件。它虽然是一个单独定位元件，但它的定位基面的结构要素却不是单一的，有两个定位平面，从某种意义上来讲这种形式的定位可看作是两个平面的组合定位。

大多数定位元件的定位基准都是定位基面本身或者是由其形成的点、面、线，如单一平面、球心、孔和轴的中心线等。根据这个道理，我认为，本工序的V 型块的定位基准应是由两平面形成的对称中心面，交线作为垂直方向的定位基准

对称中心面作为水平方向的定位基准。

V型块的定位基准应是检验心轴的中心高，即检验心轴在V型块上放置时的中心线，实际上这条中心线在V型块中的位置是不确切的，它会因检验心轴直径误差大小而变化，因此，在对刀误差中往往会引入这条中心线的位置误差。

4.3压紧元件

压紧元件主要有压紧螺母，螺柱，带孔盖板垫圈等。主要实现对工件的压紧、固定。

（1）将V形块用压紧螺母M20、螺柱M20×45、垫圈固定在铣床工作台上，保证V形块基面与铣床工作台平行。

（2）将芯轴放在V形块V形槽内。

（3）用压紧螺母M8、螺柱M8×30、垫圈与带孔垫板和V形块装配，并将芯轴固定在V形块上，完成装配。

6.1夹具的操作步骤

结合立式钻床的加工特点，所以采用两个V型块进行定位，两个V型块完全一样，将两个V型块竖放，将工件竖放置于两V型块之间，进行夹紧定位。在V型块下端设计一个凸台，在凸台上钻一个螺纹孔，用以安装螺钉，将钻床工作台与V型块固定连接起来。具体操作是，先在工件上要钻孔的位置做上记号，然后将工件竖放置于两V型块之间，进行夹紧定位，待加紧时，安上螺钉，固定住夹具，之后就可以进行螺纹孔的加工了。

6.2夹具使用注意事项、保养及维护

（1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置； @! A8 L$ j+ V; |9 u （2）如果挡销磨损超差，可以进行打磨修复；如果挡板、插销、定位锥头销磨损超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。8 A3 ?# ^% q$ d5 n （3）使用后需要涂防绣油。

第七章小结

经过此次课程设计，内心感触颇深，课程设计环节可以说既是对我们对机床夹具学习成果的检验，又是一次综合运用所学知识的一次机会。此次设计不仅考核了我们对知识的掌握程度，更重要的是加深了我们对所学知识的印象，为我们步入工作岗位奠定了基础。

设计过程不仅要依赖于课本及资料上的理论知识，也要结合实际进行设计，只有在理论结合实际的基础上做出的设计才能满足于现场生产的需求，只有满足现场需求的设计才是一份合格的设计。我们的设计做的还不够全面，不够完善，缺少实践的验证。但我相信我们通过此次设计所积累的设计经验以及理论经验对于我们而言也是一份很难得很宝贵的财富。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

通过所学的专业课知识（《公差配合与测量技术》、《机械设计基础》、《金属切削与刀具》、《机械制图》、《机械加工设备》等）和金工实习使我们对机械设计制造有了一定的感想和理性的认识。本次毕业设计让我对所学的专业课得以复习、巩固和应用。是理论和实践相结合的有益手段。为以后的工作打下一定的基础。

在这次设计中，我设计的是芯轴的加工夹具设计。在设计中阅读大量的参考资料，但是能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请刘老师给予指教。

致谢

首先，我非常感谢我的父母。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。虽然我的父母都是农民，他们的文化水平并不高，他们可能不知道我所学习得课程的含义，但今天我能做出课程设计这和我的父母有密不可分的关系。他们在各个方面支持我，还教会我做人的道理，做人一定要脚踏实地，勤勤恳恳的工作，不能三心二意，父母是我最好的老师。

然后，我要感谢我的课程设计指导老师刘老师。在平时课堂上，我受益匪浅，学到许多新的知识，他给予了我学术和指导性的意见，很感谢刘老师给予我的宝贵的指导意见和鼓励。

最后，很感谢阅读这篇毕业设计的人们。感谢您们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计。

参考文献

[1] 兰建设主编.机械制造工艺与夹具[M].北京：机械工业出版社，2004.7.

[2] 唐建生主编.金属切削与刀具[M].武汉理工大学出版社,2009.6

[3] 刘家平刘立新主编.AutoCAD应用教程[M].第一版.东北师范大学出版社,2010.2

[4] 刘家平主编.机械制图[M]（第一版）.武汉理工大学出版社,2008.8

[5] 于兴芝朱敬超主编.机械设计基础[M].第一版.武汉理工大学出版社,2008.8

[6] 于兴芝主编.机械零件课程设计[M].第一版.北京：机械工业出版社,2009.8

[7] 董燕主编.公差配合与测量技术[M].武汉理工大学出版社,2008.8