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1、前言机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化（或机械工程及自动化）专业的一 门重要的专业基础课。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。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
2、用机械、气动、液动等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。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
3、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。1.产前准备1.1 年生产纲领工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。如工件的年生产量很 大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机 床夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手 动夹紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复
4、杂程度及夹具的制作成本。如 5 万件以 上夹具复杂用全自动化的设备，5000 件小批量生产用手动设备。1.2 生产条件工件以21H7圆孔及其端面套在心轴3外圆和台肩上定位，并以R12.5mm的底 面靠在支撑板5上，实现六点定位。安装前先在两根心轴3上各装五个工件，要注意的事此两根心轴的台肩厚度做得 薄厚不一样，工件之间用尺寸一致的垫圈隔开，以保持适当距离。然后将心轴装夹在 夹具顶尖2个支承轴10之间，并使两根心轴上工件的加工部位，分别交叉靠在支撑 板5上。拧动夹紧螺钉9,通过液性塑料使是个柱塞4上升，分别将十个工件顶紧在 支撑板5上。最后搬动球面螺母11,通过联动压板推动两根支承轴，把两列工件
5、依次 轴向夹紧。心轴3可以做成两套，在加工过程中，另一套两根心轴可事先装上或拆下工件， 以节约辅助时间。工件时采用圆弧成形铣刀进行加工，为便于对刀，夹具上设有V形对刀块7,调 整时间用25mm检查棒放在对刀块与成形铣刀间，以确定刀具与加工面的正确相对位 置。本夹具结构合理，设计构思周密，操作方便，多件装夹使生产小路提高，故适用 于较大批量生产。1.3零件工艺分析本次课设是要为此图1-3-1中的端盖设计一个钻2-08孔的夹具，最终实现将工 件定位，更加精确和方便的完成钻孔工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适中，不要 使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。7.1 &7.128图 1-3-1零件图
6、标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，它决定了工件 在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据 ,本工件放置方法应如图 1-3-1 所示。工序图给出了零件本工序的工序基准、已加工表面、待加工表面，以及 本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面决定了机床夹具的方位 方案，如选用平面定位、孔定位以及外圆面定位等；定位方案的选择依据六点定位原 理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要定六个自由度，但要完全定位。工件的 待加工表面是选择机床、刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外型尺寸，选择合 适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突
7、。2.夹具结构设计2.1 定位机构图 2-1-1 定位心轴在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工作定位方案的 确定是夹具设计中首先要解决的问题。根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。 在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元 件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准， 均应符合六点定位原理。由于该零件的加工是钻2呷8孔并以930孔内表面作为定位面，属孔定位类型，因此 本次设计采用的定位机构为圆柱销与大平面相结合。圆柱销定位的形式很
8、多，短圆柱 销定位限制Y, Z方向的移动，限制两个自由度；长圆柱销定位限制工件的Y, Z方向的 转动和移动，限制四个自由度；两个短圆柱销与长圆柱销相同。大平面限制X, Y方向 的转动及Z方向的移动。装夹工件时，通过工件孔和心轴接触表面的弹性变形夹紧工 件。本次设计的定位选用的是短销与平面相结合，分别限制工件的X、Y方向的移动及 转动自由度以及Z方向的旋转自由度。心轴定位的特点为结构简单、制造容易、夹紧 可靠，自锁性好，夹紧动作慢、效率低。2.2夹紧机构图 2-2-1 工件放置方式1. 夹紧的目的：使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏，同时保证加工精 度。2 .夹紧力的方向的确定：1）夹紧
9、力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力 应垂直于第一定位基准面。2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。3 . 夹紧力的作用点的选择：1）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避 免破坏定位或造成较大的夹紧变形。2）夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和 抗振性。4）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。4. 选择夹紧机构：设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：1）夹紧必
10、须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。2）工件和夹具的变形必须在允许的范围内。3）夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构4）必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。5）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。6）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。选用螺栓螺母夹紧机构来对被加工工件进行夹紧。螺栓螺母夹紧机构的特点：结构简单，制造方便加紧可靠施力范围大；自锁 性能好操；扩力比80以上，行程S不受限制；加紧工 作慢，效力低。2.4 机床夹具的总体形式机床夹具的总体形式一般应根据工件的形状、大小、加工内容及选用
11、机床等因素 来确定。夹具的组成归纳为：1）定位元件及定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置。2）夹紧元件及夹紧装置 用于固定元件已获得的正确位置的元件或装置。3）导向及对刀元件 用于确定工件与刀具相互位置的元件。4）动力装置在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液 动等动力装置。5）夹具体用于将各种元件装置连接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。6）其他元件及装置 根据加工需要来设置的元件或装置。2.4.1 确定夹具体：夹具体上一般不设定位和定向装置，特别是台钻、立钻和摇臂钻上使用时，但夹 具体底板上一般都设有翻边或留一些平台面，以便夹具在机床工作台上固定。夹具体
12、 一般是设计成平板式（有些夹具体铸造成特殊形状），保证具有足够的刚性。它用来 固定定位元件、加紧机构和联接体，并于机床可靠联接。2.4.2 确定联接体：联接体是将导向装置与夹具体联接的工件，设计时主要考虑联接体的刚性，合理 布置联接体的位置，给定位元件、夹紧机构留出空间。此夹具体的联接装置通过内六 角螺栓和圆柱销来定位，考虑到刚性问题，在相对应的位置上在用一个联接体支承钻 套板，同样用内六角螺栓定位。2.4.3 夹具体的总体设计图:图 2-4-1 总体图2.5 绘制夹具零件图对装配图中需加工的零件图均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽 可能与装配图上的位置一致。1.零件图尽可能按 1
13、:1 绘制。2. 零件图上的尺寸公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、位置精度 技术要求而定。3. 零件的其他尺寸，如尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整。4.零件图名称：零件图 1 定位轴零件图 2 支柱零件图 3 夹具体零件图 4 钻模板2.6 绘制夹具装配图1. 装配图按 1:1 的比例绘制，用局部剖视图完整清楚地表示出夹具的主要结构及夹具 的工作原理。2. 视工件为透明体，用双点划线画出主要部分(如轮廓、定位面、夹紧面和加工表面)。 画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置。3. 按夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。4. 画出夹具体及其它联接用的元件(联接体、螺钉等)，将夹
14、具各组成元件联成一体。 此机床夹具要用到的零件如下：1)顶尖2)心轴3)柱塞4)支撑板5)螺钉6)V 形对刀块7)定向键8)夹紧螺钉1(9) 支承轴5. 标注必要的尺寸、配合、公差等(1) 夹具的外形轮廓尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。(2) 夹具与机床的联系尺寸，即夹具在机床上的定位尺寸。如车床夹具的莫氏硬度、 铣床夹具的对定装置等。(3) 夹具与刀具的联系尺寸，如用对刀块塞尺的尺寸、对刀块表面到定位表面的尺寸 及公差。(4) 夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。(5) 各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位 置尺寸和形位公差。6. 夹具装
15、备图上应标注的技术要求(1) 定位元件的定位面间相互位置精度。(2) 定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间的相互位置精度。(3) 定位表面与导向元件工作面间的相互位置精度。(4) 各导向元件的工作面间的相互位置精度。(5) 夹具上有检测基准面的话，还应标注定位表面，导向工作面与该基准面间的位置 精度。对于不同的机床夹具，对于夹具的具体结构和使用要求，应进行具体分析，订出 具体的技术要求。设计中可以参考机床夹具设计手册以及同类的夹具图样资料。7. 对零件编号，填写标题栏和零件明细表：每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产 部件按零件编号生产、查找工作。完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。 完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填 写在明细表的上方。注意，不能遗漏加工工件和标准件、配套件。8. 机床夹具应满足的基本要求包括下面几方面：1) 保证加工精度 这是必须做到的最基本要求。其关键是正确的定位、夹紧和导向方案， 夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。2) 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应 在大批量生产时，尽量采用
