夹具设计说明书

机械制造技术基础
《课程设计说明书》弯轴支撑套筒的夹具设计及其工艺分析
姓名：杨林锋
学号：1245522127
专业：机械设计制造及其自动化
班级：12 机制（ 1）班
指导老师：吴爱胜
目录
序言 (3)
1.课程设计的目的
零件的分析 (4)
1.零件图
2.零件的工艺分析
3.零件的生产类型
工艺规程的设计 (4)
1.定位基准的选择（1）
粗基准的选择（2）
精基准的选择
2.零件表面加工方法的选择
3.制定工艺路线
4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
（1）确定毛坯种类
（2）确定工序余量、工序尺寸及其公差
5.确定切削用量及基本工时
夹具设计 (15)
1.问题提出
2.夹具设计
（1）定位基准的选择
（2）定位方式的选择
（3）夹紧元件
（4）导向元件
（5）自由度的限制
（6）切削力及夹紧力的计算
（7）定位误差分析
参考文献 (18)
序言
课程设计的目的
本次课程设计 , 是在学完相关专业基础课程后，经过生产实习取
得感性知识后的一个重要的实践性教学环节。

学生通过本课程设计，
获得综合运用过去所学课程知识的基本能力，为以后做好毕业设计、
走上工作岗位进行一次综合训练和准备。

通过此次课程设计，希望达到以下目的：
（1）通过机械设计训练，培养学生综合运用机械设计基础知识
及其它有关先修课程，如机械制图、测量与公差配合、金属材料等相
关知识的能力。

（2）通过对某一特定机构的分析、设计，以及正确解决其工艺流程等问题，培养学生分析问题和解决问题的能力，学习和掌握机械设计的一般步骤和方法，最终获得解决实际问题的能力
（3）课程设计过程也是理论联系实际的过程，学会使用手册、查
询相关材料，对运用设计资料（如手册、图册、技术标准、规范等）
以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能进行一次综合训练，提高技能水平。

一、零件的分析
1、零件图
2、零件的工艺性分析
套筒共有 4 个加工表面，现分析如下：
1、钻两个Ф20mmH9孔，保证粗糙度R a6.3
2、铣 A 面以及Ф50mm轴孔的两端面，保证粗糙度Ra6.3
3、以 A 面为基准镗Ф50mm轴孔，保证粗糙度Ra1.6
4、钻Ф5mm油孔，保证粗糙度 Ra12.5
由以上分析可知，对这4 个加工表面，要先加工其中一组表面，然后借助专用夹具加工另一组表面，保证它们的相对位置精度要求。

3、零件的生产类型
由设计任务书知，零件为中批量生产，故：
（a）毛坯的制造方法与加工余量：使用砂型铸造，由于零件加工精度要求不高，所以只需要粗加工，加工余量小。

（b）机床设备及机床布置：广泛采用自动机床、专用机床，采用自动线或专用机床流水线排列。

（c）夹具及尺寸保证：高效专用夹具；定程及自动测量控制尺寸。

（d）刀具及量具：专用刀具、量具，自动测量。

（e）零件的互换性：全部互换。

（f）工艺文件的要求：编制详细的工艺规程、工序卡片。

（g）生产率：高
（h）成本：底
（i）对工人的技术要求：对操作工人的技术要求较低，对调整工人的技术要求较高。

二、工艺规程的设计
（一）、确定毛坯的制造形式
选用铸件，就能满足工作需要，由于零件的年产量为大批大量
生产，形状较简单，尺寸不大，可采用砂型铸造。

（二）、定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的最重要的工作之一。

定位基准选择的正确与否可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。

否则，加工工艺过程中就会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使工作无法正常进行。

粗基准的选择：
合理地选择定位基准，对于保证加工精度和确定加工顺序都有决
定性的影响。

在最初的一道工序中，只能用毛坯尚未加工的表面作为
定位基准，这种定位基准成为粗基准。

选择不加工表面作为粗基准可
以保证加工面与不加工面之间的相互位置精度，故对于一般零件而
言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基
准。

而对于此零件，选择与 A 面相对的右平面为粗基准。

1、基准重合原则。

尽可能使设计基准和定位基准重合，以减少
定位误差。

2、基准统一原则。

尽可能使用同一定位基准加工表面，以保证各
表面的位置精度。

如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一定位基准。

3、互为基准原则。

当两个加工表面间的位置精度要求比较高的
时候，可用互为基准的原则反复加工。

4、自为基准的原则。

当要求加工余量小而均匀时，可选择加工
表面作为自身的定位基准。

考虑要保证零件的价加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进
行尺寸换算。

本零件选择Φ50mm通孔轴线为精基准。

( 三）、制订工艺路线
工序 1：以Ф50mm孔与侧平面为基准两次钻、铰Ф20mm孔，保证
尺寸Ф20 mm。

选用立式钻床 Z525。

工序 2 ：以右平面为粗基准铣 A 面，保证粗糙度 Ra6.3，选用立式铣床X51。

工序 3 ：以 A 面为精基准粗铣Ф50mm孔右端面，保证粗糙度 Ra6.3，选用立式铣床 X51。

工序 4 ：以Ф50mm孔右端面为精基准粗铣Ф50mm孔左端面，保证粗糙度 Ra6.3，选用立式铣床 X51。

工序 5 ：以 A 面为精基准镗孔Ф50mm，先粗镗至Ф49.8mm，再精
镗至Ф50mm，保证粗糙度 Ra1.6，选用金刚镗床 T740k。

工序 6 ：
以Ф50mm孔为基准钻Ф5mm油孔。

工序 7 ：去毛刺
工序 8 ：终检
（四）、机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
弯轴套筒零件材料为灰铸铁，生产类型为大批大量生产，采用砂型造型铸造的毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
加工工序工序工序基本公差公差表面粗糙度表面（mm）余量尺寸（ mm）等级（mm）（mm）
Φ20mm孔钻孔Φ18
铰孔2Z=2Φ20IT10 3.2
铣 A 面粗铣79IT13 6.3
毛坯Z=179
铣Ф50mm孔粗铣64IT13 6.3
左端面毛坯Z=1.564
铣Ф50mm
孔粗铣64IT13 6.3
左端面毛坯Z=1.564
镗Φ50mm孔粗镗2Z=0.850IT9 1.6
精镗2Z=0.250
钻Ф5mm油钻孔5IT1312.5
孔
（五）、确定切削用量及基本工时
（注：以下查表数据参考《机械制造技术基础课程设计指导》
工件材料： HT150，b =150MPa，硬度 125-205HBW，选用砂型铸造。

）
工序 1：钻 2* Ф20mm孔
1.加工要求：保证 H9
机床：立式钻床Z525
刀具：Ф18mm麻花钻、Ф20mm铰刀
2.计算切削用量
（1）钻Ф18mm孔
1 ）确定背吃刀量： ap=Z/2=9mm
2 ）进给量：查表 4.12
3 和表 4.43 ，取进给量 f=0.30mm/r
3 ）确定切削速度：
查4-123 ，取 V=50m/min
由n s =1000V/πd，得 n s =884.19 （r/min ）
查表 4.43 ，取 n s =960（r/min ）
此时，实际切削速度V= n sπd/1000=54.29 （m/min）
4）切削工时：
查表得： t m =（Lw+L1+L）/fn
L=dcotk/2=5.22mm，L1=2~3mm，Lw=14mm
带入公式得： t m =0.074min
（2）铰Ф20mm孔
1）确定背吃刀量： ap=Z/2=1mm
2）进给量：查表 4.132 和表 4.43 ，取进给量 f=0.20mm/r
3）确定切削速度：
查4-132 ，取 V=10m/min
由n s =1000V/πd，得 n s =159.15 （r/min ）
查表 4.43 ，取 n s =140（r/min ）
此时，实际切削速度V= n sπd/1000=8.80 （m/min）
4）切削工时：
查表得： t m =（Lw+L1+L）/fn
L=dcotk/2=5.22mm ，L1=2~3mm，Lw=14mm
带入公式得： t m =1.235min
工序 2：粗铣 A面
1.加工要求：保证粗糙度 Ra6.3
机床：立式铣床 X51
刀具：Φ100 面铣刀
2.计算切削用量
（1）粗铣 A 面
1)背吃刀量： ap=Z=1mm
2)进给量： f=0.20mm/z
3)计算铣削速度：
查表 4.113 ，按 d/z=100/6 ，f=0.20mm/z 的条件选取 v=109m/min
由n s =1000V/πd，得 n s =358.6 （r/min ），查表 4.4
n s =380r/min
此时，实际切削速度V= n sπd/1000=119.3 （m/min）
4)切削工时：
查表得： t m =（L1+L2+L3）/fn
L1=90mm，L2=29.48mm，L3=0mm
带入数据得： t m =1.00min
工序 3：以 A面为精基准粗铣Φ50mm孔右端面
1)背吃刀量： ap=Z=1.5mm
2)进给量： f=0.15mm/z
3)计算铣削速度：
查表 4.113 ，按 d/z=100/6 ，f=0.15mm/z 的条件选取 v=123m/min
由n s =1000V/πd，得 n s =391.72（r/min ），查表 4.47
n s =380r/min
此时，实际切削速度V= n sπd/1000=119.3 （m/min）
4)切削工时：
查表得： t m =（L1+L2+L3）/fn
L1=64mm，L2=11.58mm，L3=0mm
带入数据得： t m =0.63min
工序 4：以Ф50mm孔右端面为精基准粗铣Ф50mm孔左端面
1)背吃刀量：ap=Z=1.5mm
2)进给量： f=0.15mm/z
3)计算铣削速度：
查表 4.113 ，按 d/z=100/6 ，f=0.15mm/z 的条件选
v=123m/min
由n s =1000V/πd，得 n s =391.72 （r/min ），查表 4.47 n s =380r/min
此时，实际切削速度V= n sπd/1000=119.3 （m/min）4)切削工时：
查表得： t m =（L1+L2+L3）/fn
L1=64mm，L2=11.58mm，L3=0mm
带入数据得： t m =0.63min
工序 5 ：以 A 面为精基准镗孔Ф50mm
1 ）加工要求：以A 面为基准，保证垂直度，保证粗糙度Ra1.6
机床 : 金刚镗床 T740k
刀具： p20 镗刀
2）计算切削用量
（1）粗镗至Φ 49.8mm
1)背吃刀量： ap=Z/2=0.4mm
2)进给量： f=0.1mm/r
3)确定主轴转速：
查表得： V=130mm/min
由n s =1000V/πd，得 n s =827.6 （r/min ）4)切削工时：
查表得： t m =（L1+L2+L3）/fn
L1=67mm，L2=3mm，L3=4mm
带入数据得： t m =0.89min
（1）粗镗至Φ50mm
1.加工要求：保证粗糙度 Ra1.6
机床 : 金刚镗床 T740k
刀具： p05 镗刀
2.计算切削用量
（1）粗镗至Φ49.8mm
1)背吃刀量： ap=Z/2=0.1mm
2)进给量： f=0.05mm/r
3)确定主轴转速：
查表得： V=130mm/min
由 n s =1000V/πd，得 n s =827.6 （r/min ）4)切削工时：
查表得： t m =（L1+L2+L3）/fn
L1=67mm，L2=3mm，L3=4mm
带入数据得： t m =1.79min
工序 6 ：以Ф50mm孔为精基准钻Ф5mm油孔
1.加工要求：保证粗糙度 Ra1
2.5
机床：立式钻床 Z525
刀具：麻花钻
2.计算切削用量
（1）钻油孔Φ5mm
1)背吃刀量： ap=Z/2=2.5mm
2)进给量：取?=0.10mm/r ，根据表 4.123 和表 4.43
3)确定切削速度：
查表 4.123 ，取 V=20m/min
由公式 n s =1000V/πd=1273.24r/min
查表 4.43 ，取 n=1360r/min
故实际切削速度为V=nπd/1000=21.36m/min
4）切削工时
查表得： t m =Lw+L1+L
Lw=7mm，L1=2mm，L=dcotk/2=1.45mm
代入数据得： t m =0.077mi
三、夹具设计
1、问题提出
本夹具主要用来粗铣弯轴支撑套筒A面，对 A面的要求是表面粗糙度要求为 Ra6.3。

本道工序只要一次粗铣即可达到要求。

因此，在
本道工序加工时，我们应首先考虑保证加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。

2、夹具设计
（1）夹具类型的确定
该零件的结构形状比较复杂，采用通用夹具无法完成装夹，同时为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，所以需要设计
专用夹具 X51 铣床。

选取其中一道工序——粗铣 A 面，进行机床专用夹具的设计。

本夹具用于粗铣弯轴支撑套筒 A 面。

（2）定位基准的选择
本夹具主要用来对弯轴支撑套筒孔的加工，以?49 孔和右平面为基准。

在本道工序加工时，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳
动强度。

（3）定位方案
夹具主要由夹具体、支承板、钻模板、心轴及各种螺钉螺母等组成。

工件以心轴和定位钉定位。

心轴限制了 5 个自由度，定位钉限制了 1 个自由度。

再由螺母进行夹紧。

结构简单，操作方便，可靠性高。

（4）切削力及夹紧力的计算
1.切削力
刀具：高速钢面铣刀，直径Φ100mm，Z=6。

由《机床夹具设计手册》查铣削时切削力的计算公式为：
C F a p x F f Z y F a e z F z
F
d0q F N w F
式中， C F=650，a p48mm，x
F
1.0, y F0.72, z F0.86,a e 2mm, q F0.86,w F0,Z10,d0 80mm
带入数据得
F650 481.0 0.20.72 20.86 10 2260.67N
800.86 1
2.夹紧力
采用机械夹紧方式。

在计算切削力时需要考虑安全系数 K
K k1k2k3k4
k1--基本安全系数，1.5；
k2--加工性质系数，1.1；
k3--刀具钝化系数，1.1；
k4--断续切削系数，1.1；
所以 F '=KF=1.5*1.1*1.1*1.1*2260.67=4513.43N
为克服水平切削力，实际夹紧力F N应为：
F N F'4513.43
9026.86N
f1f20.5
式中，f 1,f 2为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，均为0.25 。

（5）定位误差分析
本夹具设计定位方式选用的是工件以面定位。

工件以面定位时，其基准位移误差与定位元件放置的方式、定位副的制造精度以及它们之间的配合性质等有关。

（6）夹具设计及操作的简要说明
如前所述，设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。

本工序由于包含的钻孔，切削力较小，所以螺母可实现夹紧工作。

钻模板上装有导向元件，可使夹具在一批零件加工之前很好地对刀；同时，导向元件方便更换，节省工作时间，提高工作效率。

钻床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图
参考文献
1.《机械制造工艺及专用夹具设计指导书》高等教育出版社任家隆主编；
2.《机械制图》高等教育出版社刘朝儒等主编；
3.《机械制造》高等教育出版社任家隆主编；
4.《工程材料及成形制造技术基础》高等教育出版社张远明等主编；
5.《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社；
6.《切削用量手册》机械工业出版社艾兴等主编；
7.《金属切削手册》上海科学文化技术出版社；
8.《机械制造工艺及机床夹具设计》北京理工大学出版社刘登平主编；
9.《机械加工实用手册》安徽科学技术出版社夏祖印等主编；
10.《机床夹具设计集锦》机械工业出版社吴拓编著。