机械制造技术课程设计-对合螺母座工艺及铣E面夹具设计(全套图纸)

机械制造技术课程设计-对合螺母座工艺及铣E面夹具设计（全套图纸）
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课程设计（论文）题目对合螺母座工艺及铣E面夹具设计
所属系部所属专业机械设计与制造所属班级学号
学生姓名指导教师
起讫日期
目录
1机床夹具概述 4
2被加工零件的结构特点及制定工序的加工要求 (8)
3定设计方案的讨论 (10)
4 切削力及夹紧分析计算 (10)
5 误差分析与计算 (13)
6对刀装置设计 (14)
7 夹具操作步骤分析和可靠性预测 (14)
8.编写主要夹具非标准零件的加工工艺规程 (15)
9总结 (16)
10 参考文献 (16)
1机床夹具概述
设计的是铣床夹具，目的是铣E面；夹具回转180°铣F面，其中用到的设备为卧式铣床X6132，生产纲领为中批生产。

在对工件进行机械加工时，为了保证加工的要求，首先要使工件相对道具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。

因此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。

机床夹具的组成
1、定位装置其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。

2、夹紧装置其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力（切削力等）作用时不离开已经占据的正确的正确位置。

3、对刀或导向装置其作用是确定刀具相对定位元件的正确位置。

X、连接原件其作用是确定夹具在机床上的正确位置。

5、夹具体夹具体是机床夹具的基础件，通过它将夹具的所有元件连接成一个整体。

6、其他元件或装置是指家家具中因特殊需要而设置的元件或装置。

根据加工需要，有些夹具上设置分度装置、靠模装置；为能方便、准确定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。

以上各组成部分中，定位元件、夹紧装置和夹具体是机床夹具的基础组成部分。

机床的分类
机床夹具种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。

按夹具的使用特点可分为：通用夹具，专用夹具，可调夹具，组合夹具，拼装夹具。

按使用机床可分为：车床夹具，铣床夹具，钻床夹具，镗床夹具，齿轮机床夹具，数控机床夹具，自动机床夹具，自动线随行夹具以及其他机床夹具。

按夹紧的动力源可分为：手动夹具，气动夹具，液压夹具，气液增力夹具，电磁夹具以及真空夹具等。

工件的装夹方法
工件装夹的方法有两种：
将工件直接装夹在机床的工作台或花盘上
将工件装夹在家具上
采用第一种方法装夹的效率低，一般要求先按图纸要求在工件的表面上划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时，用划针或面分表找正后再夹紧。

一般用于单件和小批生产。

批量较大时，都采用夹具装夹工件。

采用夹具装夹工件有如下优点：
a、保证加工精度，稳定加工质量
b、缩短辅助时间，提高劳动生产率
c、扩大机床的使用范围，实现“一机多能”
d、改善工人的劳动条件，降低生产成本
工件在夹具中的定位
（1）工件的定位的基本原理
六点定则
用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，称为“六点定位原则”，简称“六点定则”。

六点定则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。

限制工件自由度与加工要求的关系
工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定。

习惯上，工件的六个自由度都限制了的定位称为完全定位，工件限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。

在工件定位时，以下情况允许不完全定位：
a．加工通孔或通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。

b．毛坯（本工序加工前）是轴对称时，绕对称轴的角度自由度可不限制。

c．加工贯通的平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。

夹具上的定位元件重复限制工件的同一个或几个自由度的定位称为重复定位。

重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可用重复定位。

它将造成工件定位不稳定，降低加工精度，使工件或定位元件产生变形，甚至无法安装和加工。

因此，不可用重复定位是不允许的。

当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增强工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。

在生产实际中，可用重复定位被大量采用
基准、对定位元件的基本要求
定位基准的选择
定位基准的选择，应尽量使工件的定位基准与工序基准相重合；尽量用精基准作为定位基准；遵守基准统一原则；应使工件安装稳定，加工中所引起的变形最小；应使工件定位方便，夹紧可靠。

对定位元件的基本要求
足够的精度、足够的强度和刚度、耐磨性好、工艺性好、便于清理切削。

（2）工件定位方式及其定位元件
a.工件以平面定位。

工件以平面作为定位基准时，所用定位元件一般可分为主要支承和辅助支承。

主要支承用来限制工件的自由度，具有独立定位的作用。

辅助支承用来加强工件的支承刚性，不起限制工件自由度的作用。

b.工件以圆柱孔定位。

工件以圆柱孔为定位基准，如套类、齿轮、拨叉等。

此种定位方式所用的定位元件有圆柱定位销、定位心轴和圆锥定位销等。

c.工件以外圆柱面定位。

工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有：V 形块、定位套和半圆套。

定位误差的分析
造成定位误差的原因有两个：一是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差△b；二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误差△y 。

基准不重合误差△b是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。

基准位移误差△y是一批工件逐个在夹具上定位时，定位基准相对于限位基准的最大变化范围在加工尺寸方向上的投影
夹紧装置的组成
(1)夹紧装置的种类繁多，综合起来其结构均由两部分组成。

动力装置产生夹紧力。

动力装置是产生原始作用力的装置。

按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。

手动夹紧是靠人力；机动夹紧是采用动力装置。

常用的动力装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、气-液联动装置和真空装置等。

夹紧装置传递夹紧力。

动力装置所产生的力或人力要正确地作用到工件上，需有适当的传动机构。

传递机构是把原动力传递给夹紧装置。

它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。

(2)、夹紧装置的设计要求
夹紧装置的设计和选用是否正确，都保证工件的精度、提高生产率和减轻工人劳动强度有很大的影响。

因此，夹紧装置应满足以下要求：
夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置。

b.夹紧力的大小适当。

保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，夹紧可靠牢固，振动小，又不超出允许的变形。

c.夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。

工件生产批量越大，越应设计较复杂、效率较高的夹紧装置。

d.具有良好的结构工艺性。

力求简单，便于制造维修，操作安全方便，并且省力。

2被加工零件的结构特点及制定工序的加工要求
利用本夹具主要用来铣E面；夹具回转180°铣F面，
为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。

同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。

结构特点：
可根据零件的工艺路线：
工序号工序名称工序内容设备
1 铸铸造毛坯（两件合一）
2 热处理时效处理
3 刨 1.粗、半精刨燕尾槽；
牛刨
2.粗、半精刨D面
4 铣 1.铣E面；
卧式铣床
2.夹具回转180°铣F面
5 车 1.粗、精车M面；
卧式铣床
2.钻、扩Ф38（留余量）；
3.调头粗、精车N面
6 钻 1.钻孔Ф7锪锥孔Ф11；夹具回转
钻床
180°钻另一孔Ф7锪锥孔11；
2.钻、扩、铰2-Ф12H7
7 铣切割，控制尺寸4 卧式铣床
8 钳去毛刺
9 检检验
10 磨磨燕尾槽（两件合一）磨床
11 磨磨Ф38H7（两件合一）内圆磨床
12 检总检
13 清洗、入库
个燕尾槽，零件总体尺寸相对较小和具有一定的对称性。

1）研究工艺过程，分析该工序所加工的部位、加工要求、定位夹紧部分和前后加工工序的关系等。

工艺过程见机械加工过程卡片。

该工序为铣两端面孔。

因
此可以用弹簧挡板对其定位，这样可以减少误差。

另外零
件还有两个燕尾槽因此可以用相应的挡板对其进行定位。

夹紧可以通过活动挡板对其进行压紧。

根据工艺路线可知，加工铣E面；夹具回转180°铣F面加工之前，只加工了粗、半精刨燕尾槽；粗、半精刨D面。

所以设计夹具的时候要选择精基准的时候只能选择燕尾槽面或D面作为精基准，此时零件的形状如下图。

3定设计方案的讨论
由零件图可知：加工铣E 面；夹具回转180°铣F 面加工之前，只加工了粗、半精刨燕尾槽；粗、半精刨D 面。

因此，定位、夹紧方案有：
方案Ⅰ：选底平面、和侧面定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的活动V 型块来夹紧。

方案Ⅱ：选一面两销定位方式，2面用挡销，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。

分析比较上面二种方案：方案Ⅱ中的定位是不正确的，挡销的位置是固定，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。

通过比较分析只有方案Ⅰ满足要求，从而保证其尺寸公差要求。

开始设计是直接用夹具体作为定位面，用久后磨损会造成大的误差，两端没有做成活动的，这样不好安装，后来改成可以单独使用的零件，这样可以坏掉及时更换，取得很好的经济效益。

为了使定位误差达到要求的范围之内，这种定位在结构上简单易操作。

4 切削力及夹紧分析计算
刀具：面铣刀（硬质合金）
刀具有关几何参数：0015γ= 0010α=顶刃 0n α=侧刃6 0010~15β= ''30r K = 20.5L mm = 22Z = 0.08/f a mm z = mm a p 0.2=
由参考文献[5]5表1～2～9 可得铣削切削力的计算公式：
0.90.80 1.1 1.10.12335p z
F a f D B zn --= 有：0.900.80 1.1 1.10.12335 2.00.082820.522 2.4836.24()F N --=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不
利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。

最后为保证夹紧可靠，再
乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：
F K W K ⋅=
安全系数K 可按下式计算：
6543210K K K K K K K K =
式中：60~K K 为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式
参数：
1234561.0, 1.0,, 1.0,
1.3, 1.0, 1.0.K K K K K K ======
由此可得： 1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.0 1.56K =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
所以 836.24 1.561304.53()K W K F N =⋅=⨯=
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，
决定选用手动螺旋夹紧机构。

夹紧力的确定
夹紧力方向的确定
夹紧力应朝向主要的定位基面。

夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。

(1) 夹紧力作用点的选择
a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。

b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件
变形变形对加工精度的影响。

c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。

(3)夹紧力大小的估算
理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、
离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而
计算出。

但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率
等有关。

而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是
个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。

估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。

估算的步骤：
a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理=Ф (F P)。

b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。

c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJ>FJ需。

夹具的夹紧装置和定位装置
夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。

定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。

仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。

只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。

夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。

有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。

一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。

夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。

他包括中间递力机构和夹紧元件。

考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。

螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。

是应用最广泛的一种夹紧机构。

螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。

也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。

不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。

典型的螺旋夹紧机构的特点：
（1）结构简单；
（2）扩力比大；
（3）自琐性能好；
（4）行程不受限制；
（5）夹紧动作慢。

夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。

力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。

达到夹紧和定心作用。

工件通过定位销的定位限制了绕Z 轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对
工件的夹紧。

并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，
通过精确的圆弧定位，实现定心。

此套移动压板制作简单，便于手动调整。

通
过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。

压紧的同时，实现工件
的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。

查参考文献[5]1～2～26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺
旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：
)(210ϕαγϕγ++'=tg tg QL W z
式中参数由参考文献[5]可查得：
6.22γ'= 2.76z r = 901=ϕ 0592'= ϕ '229α=
其中：33()L mm = )(80N Q =
螺旋夹紧力：04748.2()W N =
该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件
由表2621--得：原动力计算公式 001K L W W l η=⋅
⋅ 即：004748.2330.989032.75()17K W L W N l η'⨯⨯==≈
由上述计算易得： K K W W >>'
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，
决定选用手动螺旋夹紧机构。

5 误差分析与计算
为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规
定的尺寸公差。

g w j δ≤∆+∆
与机床夹具有关的加工误差j ∆，一般可用下式表示：
M j j j W D A D Z W j •••••∆+∆+∆+∆+∆=∆
由参考文献[5]可得：
⑴定位误差 ：
111min D W D d δδ•∆=++∆ 1122
1min 2min .2D d D d J W arctg L
δδδδ++∆+++∆∆=
其中：
10.052D mm δ=，20D mm δ=
10.011d mm δ=，20.023d mm δ=
1min 0mm ∆=，2min 0.034mm ∆=
⑵ 夹紧误差 ：αcos )(min max y y j j -=∆•
其中接触变形位移值：
1()()19.62n HB Z y RaZ aZ k N k R c HB l
∆=++ 查[5]表1～2～15有10.004,0.0016,0.412,0.7Raz HB K K C n ==-==。

cos 0.0028j j y mm α•∆=∆=
⑶ 磨损造成的加工误差：M j •∆通常不超过mm 005.0
⑷ 夹具相对刀具位置误差：A D •∆取mm 01.0
误差总和：0.0850.3j w mm mm ∆+∆=<
从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

6对刀装置设计
定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。

其距离尽可能布置的
远些。

通过定向键与铣床工作台T 形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面
对于工作台的送进方向具有正确的位置。

定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，
可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。

7 夹具操作步骤分析和可靠性预测
如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在
夹紧和松开工件时比较费时费力。

由于该工件体积小，经过方案的认真分析和
比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。

这类夹紧机构结构简单、夹紧可
靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。

此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影
响定位、夹紧的可靠。

为防止此现象，选用可换定位销。

以便随时根据情况进
行调整换取。

优点：稳定性高，夹具体积小，易于在车床上安装与拆卸。

缺点：对车床的适应性低，没有凸台，车削的面积大，用久后夹具磨损会
使定位误差增大。

夹具的主要零件技术要求的分析。

夹具体：铸件不允许有裂纹、气孔、沙眼、疏松。

几个重要面的平行度和
垂直度要保证。

8.编写主要夹具非标准零件的加工工艺规程
零件名称：夹具体材料：HT200 生产纲领：单个单位：mm 工序号工序名称工序内容设备
1 铸铸造毛坯
2 热处理时效处理
3 铣 1.铣底面
2.铣与定位键配合
的面卧式铣床X6132
4 铣铣上表面各个小凸
台立式铣床X52K
5 铣铣夹具体两侧U型
槽立式铣床X52K
6 钻 1.钻M8底孔Φ6.8
2.钻两M6底孔Φ5
3.钻两M5底孔Φ
4.2
4.钻Φ10孔
5.钻四个Φ5孔
钻床
6.钻两Φ6销孔
7 攻螺纹 1. 攻两M8
钻床
2. 攻两M6
3. 攻两M5
8 钳去毛刺
9 检检验
10 检总检
11 清洗、入库清洗、入库
9总结
通过为期一个半星期的课程设计使我加深了对机械制造基础这一门课程实用性的理解，也是我明白了工厂里面工人操作流程，对于一个产品的生产流程，加工工艺规程，我有了一些粗层次的了解，我认为出去以后当我看到那一张张工序卡片，工艺卡片，我一定能看懂它，感谢有这样一次机会！感谢我们团体成员为这次课程设计所付出的辛勤努力，以及傅老师的指导。

10 参考文献
[1] 卢秉恒.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，2007.12.
[2] 孟少农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991.
[3] 柯建宏，宾鸿赞.机械制造技术基础课程设计.华中科技大学出版
社，2006.
[4]郑修本.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1999.
[5] 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.机械工业出版社，2004.。