夹具说明书

前言

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，也是机械设计制造及其自动化专业学生应该学习的一门主要专业课。其目的在于： (1) 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，为以后续的专业课程及毕业设计打好基础，做好准备。

(2) 为了开阔视野，掌握制造技术最新发展，开阔专业视野，培养复合型人才，促进先进制造技术在我国的研究和应用，“先进制造技术”以作为许多学校的必修课程。为了提高学生综合运用机械设计基础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，通过课程设计训练可以巩固、加深有关机械设计方面的理论知识。

(3) 使学生具有运用标准、规范手册、图册和查询有关设计资料的能力。 零件在工艺规程之后，就要按工艺规程顺序进行加工。在加工中除了需要机床、刀具、量具之外，成批生产时还要用机床夹具。它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对于机床获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而使工件的既有位置遭到破坏，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。使工件在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。机床夹具在生产中应用十分广泛。

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目录

前言 ........................................................... 1 第1章 夹具的发展 .............................................. 2 第2章 夹具的设计 .............................................. 3

2.1夹具制造的前景 ......................................... 4

2.1.1制造背景与意义 ................................... 4 2.2 夹具的设计零件的分析 ................................... 4

2.2.1零件的作用 ....................................... 4 2.2.2零件的材料 ....................................... 5 2.2.3零件的生产类型 ................................... 5 2.2.4基面的选择 ....................................... 5 2.2.5零件加工分析 ..................................... 6 2.3. 总体方案的确定 ........................................ 7

2．3．1确定定位方案 ................................... 7 2.3.2选择定位元件 .................................... 10 2.4夹紧装置的设计 ........................................ 12

2.4.1夹紧机构 ........................................ 12 2.4.2切削力及夹紧力计算 .............................. 12 2.3.4 定向键与对刀装置设计 ............................ 14 2.4. 绘制夹具装配图 ....................................... 16 第3章 夹具零件图上的尺寸和技术条件 ........................... 17

3.1 夹具零件图上标注的尺寸 ................................ 17 3.2 夹具零件图上应标注的技术要求 .......................... 17 设计心得 ..................................................... 19 参考文献 ...................................................... 19

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第1章 夹具的发展概况

夹具是加工时用来迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。也就是说工装夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

20世纪中、后期，机械加工的主要特点是：不断提高机床的加工速度和精度，减少对手工技艺的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化程度；利用数控机床、加工中心、成组技术等，发展柔性加工系统，使中小批量、多品种生产的生产效率提高到近于大量生产的水平。 任务的加工设备,而任务单的开工时间则根据定单下达日期、任务单计划入库日期、相关的工艺信息以及各加工单元的当前加工计划来统一决定。在编制出理论计划以后,就形成了对各加工单元的负荷。接着,要在各加工设备上进行加工能力与工作负荷的平衡,制订派工计划和相关物料准备计划等。同时,根据物料、工装等条件及各加工单元的反馈信息,制订出正式作业计划,并开始派工。计划下达后,在实际生产过程中,还要不断根据各个参数的变化,进行实时的调度,确保主生产计划的顺利实现

现行的传统生产管理系统中,生产决策层与车间执行层,计划层、调度层与控制层是独立分开的,信息采集大多只能通过人工录入的方式进行,车间生产信息的反馈周期较长。造成在生产调度与控制过程中缺乏必要的现场信息,不能及时根据实际生产情况的变化进行重新调度,更谈不上实时修订生产计划了。并且当实际生产情况无法实现原有生产计划时,传统的生产管理系统也往往不能及时发现这些问题并加以解决,最终导致企业产品的交货期延误。

随着市场竞争日渐激烈,制造企业受到了前所未有的挑战。为快速适应内、外部环境的快速变化,利用APS和MES等先进的企业生产管理模式和先进信息系统,充分利用企业的制造资源,优化企业车间生产的计划和调度算法,通过改变企业传统的生产模式来提高生产率,进而快速响应客户需求,是提高企业竞争力的重要手段。

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第2章 夹具设计

2 . 1夹具制造的前景

2.1.1制造背景与意义

机械制造离不开金属切削机床，而机床夹具则是保证机械加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备之一。机床夹具被广泛用于制造业中，大量专用机床夹具的使用为大批量生产提供了必要条件。

夹具的制造在机械加工工艺中有着很重要的意义，从其作用和地位两方面可以得知。

一：机床夹具在机械加工中起着十分重要的作用，归纳起来，主要表现在以下几个方面。

1. 缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低加工成本。 2. 保证加工精度稳定加工质量。

3. 降低对工人的技术要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产。 4. 扩大机床的工艺范围，实行一机多能。

5. 在自动化生产和流水线生产中便于平衡生产节拍。 二：机床夹具在工艺系统中的地位：

夹具不同于其他环节，他在工艺系统中有着特殊地位，夹具的整体刚度对工件加工的动态误差产生着非常特殊的影响。当夹具的整体刚度远大于其他环节，工件加工的动态误差基本上只取决于夹具的制造精度和安装精度。因此设计夹具时，对夹具的整体刚度应给予足够重视。如因工艺系统其他环节的刚度不足而引起较大的系统动态误差时，也可以采取修正夹具定位

元件的方法进行补偿。这就是夹具的能动作用。

2 . 2 夹具的设计零件的分析

2.2.1零件的作用

题目所给的零件是杠杆零件，零件的结构比较复杂，尺寸较小，形状比较复杂。主要作用一是传递扭矩；二是起着固定的作用；三是起着连接作用。

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图2-1 零件图

2.2.2零件的材料

考虑到杠杆要受到扭矩的作用，而零件的尺寸有比较小，因此应选用材料为模锻件。因为不传递力与功率，主要起固定和定位作用，所以不需要特别的工艺处理。故可采用模锻成型。这从提高生产效率、保证加工精度上考虑也是应该的 2.2.3零件的生产类型

零件的生产类型为中批量生产。因此需要设计专用夹具来提高生产效率。

2.2.4基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产得以提高。否则，加工工艺过程中会问题

百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

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2.2.5零件加工分析

1. Ø11mm孔两端面的加工余量（加工余量的计算长度为4000.5mm） （1）按照《机械加工工艺手册》表2.2—2.5。取加工精度F2，件复杂系数为S3，锻件重量较轻，则Ø11mm孔外端面的单边加工余量为2.0-3.0mm，现取Z=2.5mm。锻件的公差按《机械加工工艺手册》表2.2—

014，材质系数取M1，锻件复杂系数取S3，则锻件的偏差为40-0。5mm。

（2）铣削公差：规定本工序的加工精度为IT11，因此可知本工序加工公差为-0.16mm。符合零件要求的公差4000.5mm，不需要安排精加工。 2．铣Ø11mm孔两端面工艺

（1）此零件为模锻件,根据《机械加工工艺手册》选用高速钢三面刃铣刀。 取d0=160mm 齿数Z=16

（2）铣削用量及相关参数

a)确定铣削深度p：根据上述的计算可知p=2.5mm，故在一次走刀内可完成加工，所以p=2.5mm。 b)确定进每齿进给量f： 选取X51W铣床加工本道工序。

根据《机械加工工艺手册》表9.4—1查得f=0.12mm/齿。 c)确定铣削速度V及铣削功率Pm：查《机械加工工艺手册》得： V=21m/min； Pm=1.49kw d)计算刀具转速ns及进给量fv：

ns1000V10002141.8(r/min) d01606

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fvfzns0.121641.880(mm/min)

e)根据X6130铣床说明书，取：

nR45r/min fvRfv80mm/min

2.3. 总体方案的确定

2．3．1确定定位方案

(1)定位原理

在机床上加工工件时，要使工件的各个被加工面的尺寸及位置精度满足工件图或者工艺文件所规定的要求，就必须在切削加工前使工件在机床夹具中占有一个确定的位置，使其相对于刀具的切削运动具有正确的位置，这个确定工件位置的过程我们称为定位。这是定位方案设计的主要任务。

(2)定位基准

为了保证工件上各个加工表面之间或者对其它加工表面的位置精度，工件在机械加工时，必须安放在机床板的一个固定位置上。任何一个零件都是由若干几何表面所组成，这些表面之间根据零件设计的技术要求，广泛存在距离尺寸和角度位置的要求。工艺文件中所谓的基准，就是指零件图上某些点、线、面的位置，可以用它们来确定某些点、线、面的位置。根据这些基准的作用和性质，可以分为设计基准和工艺基准两类。设计基准通常指零件图样上标注尺寸的起点。工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准等。通常希望将设计基准和工艺基准统一，但是实际上，由于制造上的困难而难以实现，这就引起误差。定位基准的选择是否合理，将直接影响到夹具结果的复杂程度以及工件的加工精度。因此，在选择定位基准时应进行多种方案的分析比较。选择定位基准时，应重点考虑如何减少误差，提高精度，也要考虑安装的方便性、准确性和可靠性。定位基准的选择分为粗基准和精基准的选择两种，下面分别介绍。

a)粗基准的选择。粗基准是用没有加工的表面作为定位基准，选择粗基准时应考虑以下原则：

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1) 保证加工表面与不加工表面之间的相对要求，应选择不加工表面作为粗基准，特别是选择与加工表面有紧密联系的表面作为粗基准。

2) 若加工表面较多，选择粗基准时，应合理分配各加工表面的加工余量。

3) 选择作为粗加工基准的表面，应平整、光洁，以便定位准确，夹紧可靠。

4) 因为粗基准的定位误差较大，一般粗基准只能使用一次。 b)精基准的选择。精基准是己经加工过的表面作为定位基准。一般应遵循下列原则：

1) 选择零件的设计基准作为精基准，也就是“基准重合”原则，这样可以避免因基准不重合而引起的基准不重合误差。

2) 能选用统一的定位基准加工各个表面，以保证各个表面对基准的位置精度，这就是“基准统一”原则。

3) 获得均匀的加工余量或使加工表面间有较高的位置精度，有时可以采取互为基准反复加工的原则：

4) 有的精加工工序要求加工余量小，或垂直度要求高，为了保证加工质量和提高生产率，应选择加工面本身作为定位基准。

以上的选择原则，有时是互相矛盾的，在选择的时候要综合考虑。在保证工件加工要求的前提下，尽量使夹具结构简单，工件稳定性好。

(3)工件在空中的自由度。

忽略工件的微小变形，工件可以看成一个理想的刚体。将其放在一个空间直角坐标系中，以此坐标作为参照系来观察刚体位置和方位的变化，由刚体力学可知，在空间中处于自由状态的刚体，共有6种可能的运动，即沿x轴、Y轴、Z轴移动，或者绕x轴、Y轴、Z轴的转动，这种移动和转动的可能性就称为自由度。这6种移动或者转动的变化形式是基本的变化形式，工件在空间的运动状态都可以由这6种基本变化合成得到。限制了工件的某个自由度，该工件在这个方向上的位置也就确定了。因此，可以根据工件的加工要求，通过限制工件自由度的方法，达到工件在夹具上定位

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的目的。当工件的6个自由度被全部限制后，工件的位置和方位也就会被唯一的确定下来。

(4)六点定位原理

基于运动原理，要限制工件的6个自由度，典型的方法就是在夹具设计中设置（如图a所示）的6个支承点。图中的矩形工件每次都安放到与6个支承相接触，从而使一批工件中每个工件得到确定的位置，其中底面A放在3个支承上，限制了3个自由度(沿着z轴的移动和沿着x, y轴的转动)，侧面B限制了2个自由度(沿Y轴的移动和沿z轴的转动)，另一个侧面C限制了一个自由度(沿x轴的移动)。用分布在3个互相垂直的平面上的6个支承点来限制六个自由度，使得工件在夹具中的位置完全确定，这就是著名的3-2-1六点定位原理[6]。六点定位原理适合任何形状的工件。如图5所示的轴类工件的六点定位原理示意图。其中轴的圆柱表面放在4个支承点上，消除了工件的4个自由度(沿y, z轴的移动和绕z轴的转动)，轴端部靠在一个支承点上，消除了一个自由度(沿x轴的移动)，轴上一端的槽正放在一个支承点上，消除了工件绕x轴转动的自由度(图a)所示。根据工件形状的不同，所用的定位基准也不同，定位点的分布情况也不同。运用六点定位原理可以分析和判断夹具中的定位结构是否正确，将工件的六个自由度完全约束或受限制的定位称为完全定位。但是在很多情况下，无需将工件的6个自由度完全约束，只需要限制那些对加工后位置精度有影响的自由度即可，无需限制6个自由度的定位称为不完全定位。在保证工件位置精度的前提下，不完全定位可以减少夹具元件，简化夹具结构。如果一个夹具的定位结构所限制的自由度少于位置精度必须要限制的自由度数量，就会产生定位不足，这种定位方式称为欠定位。如果一个夹具的定位结构中，不同支承点重复的约束工件上同一个自由度，就会产生定位不稳定，这种定位方式称为过定位。欠定位情况下，工件的位置精度不能保证，因此是不允许的。过定位要视具体的情况而定是否允许。如图b中，如果B平面的两个支承点在一条垂直线上，这样绕z轴转动的自由度就没有被限制，这种情况属于欠定位;而沿Y轴移动的自由度就被限制了两次，这种情

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况属于过定位。

图a 六点定位原理 图b轴类工件的六点定位原理

(5)根据工件结构特点，其定位方案有两种：方案一（如图2.2所示），以Ø28H7mm孔及一组合面（K面与Ø10H9mm孔下端面组合）为定位面，以限制五个自由度（→ X，→ Y， → Z，⌒ X，⌒ Y），以Ø10H9mm

0.05孔端外缘毛坯一侧为防转定位面，以限制工件自由度。该方案由于880

mm的公差大，定位不稳定，定位误差较大。

方案二（如图2.3所示），以孔Ø28H7mm及端面K定位，限制工件五个自由度（→ X，→ Y，→ Z，⌒ X，⌒ Y），以孔Ø10H9mm及端面K定位，限制工件⌒ Z自由度。定位误差较小。 比较上述两个方案，方案二为最佳方案。

图2-2 定位方案一 图2-3 定位方案二

2.3.2选择定位元件

（1）选用圆柱销和肖边销，作为Ø28H7mm和10H9mm孔及其端面

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定位的定位元件（见夹具总图）.其结构和尺寸按要求确定。

（2）用压块孔定位Ø28H7mm孔限制了Z自由度，其定位精度不受毛坯的影响，但受夹具结构限制。

（3）定位误差的分析计算

0a）加工Ø11孔端面，要求保证中心距尺寸40mm计算中心距0.5 0400.5mm定位误差 为：DBY 。

由图2.2可知，

Y=0 mm。

H7 mm, g6基准定位等于圆柱销与定位孔的最大间隙 ,销孔配合代号为Ø280.0210.007Ø28H7mm为Ø280 mm，以Ø28g6mm为Ø280.02 mm。

于是 XmaxDmaxdmin28.02127.980.041(mm)

DYXmax0.041

其中：G0.4mm ；D允1/3G0.13(mm) 则 DD允 该定位方案满足要求。

b)计算Ø10H9mm与Ø28H7mm两孔轴线的平行度误差。 同理 DBF ，

B0 mm

由于基准位移误差定义可知 Y12

Δ1是圆柱销圆柱部分与肖边销的垂直度误差。由于此两表面是在一次安装中加工出的，其误差很小，可忽略不计1=0mm。

Δ2是工件定位孔Ø28H7mm与定位面K间的垂直度误差，而Ø28H7mm孔与定位面K也是在一次安装中加工出的，其误差很小，也可以忽略不计 Δ2=0mm。

因此 DBY0（mm）

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定位误差的允许值D允1/3G1/30.30.10(mm) 显然

DD允

0因此该定位方案也能满足尺寸400.5mm的加工要求。

由以上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。

2.4夹紧装置的设计

2.4.1夹紧机构

根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜复杂，采用压块夹紧方式圆柱销直径暂用M18mm。 2.4.2切削力及夹紧力计算

（1）刀具： 采用端铣刀d0=160mm；齿数Z=16，用定位块把锯片铣刀保证同时安装在主轴上面中间用隔套把两把铣刀隔开，保证两把铣刀之间距离为40mm。这样就可以一次铣出两个面，并且尺寸易保证。 机床：X51W立式铣床。 则有：

FCFapXFqVfzzaeFzwFyud0n

CF30 qF0.83

查表 9.4—8 得其中： 修正系数 KV1.0XF1.0 yF0.65 uF0.83 aP8 z=24 wF0

代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数 K=K1K2K3K4 其中：K1为基本安全系数1.5

K2为加工性质系数1.1 K3为刀具钝化系数1.1

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K4为断续切削系数1.1 所以 FKF1775.7N （2）加紧力的计算

选用夹紧螺母、压块夹紧 由Nf1f2KF 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取f1f20.25

F=P1+G G为工件自重

NF355.14Nf1f2

夹紧螺钉： 公称直径d=18mm，材料45钢 性能级数为6.8级

B6100MPa

s8B10480MPa

螺钉疲劳极限：10.32B0.32600192MPa 极限应力幅：alimkmkk151.76MPa

alim许用应力幅：aSa17.3MPa

螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 sS

[s]=3.5~4 取[s]=4

得 120MPa

4FH2dc22.8

满足要求。

1.34Ndc215MPa

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠。

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使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。

2.3.4 定向键与对刀装置设计

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。 根据GB2207—80定向键结构如图所示：

×o

图 2-4 夹具体槽形与螺钉图

根据T形槽的宽度 a=25mm 定向键的结构尺寸如下：

表 2.1 定向键数据表

夹具体槽形尺B L 公称尺寸 允差d 允差d4 H h D 寸 h1 B2 公称 尺寸 h2 允差 25 -0.014 -0.045 40 14 6 15 6 24 0.023 7 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本

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道工序是完成Ø11孔端面的铣加工，所以选用圆形对刀块。圆形对刀块的结构和尺寸如图所示：

图 2.5 对刀块图

对刀块尺寸如下：

塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示

×四周倒圆标记

图 2.6 平塞尺图 表 2.2 平塞尺尺寸表

公称尺寸H 3 允差d -0.006 15

C 0.25

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2.4. 绘制夹具装配图

图2-5 夹具装配图

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第3章 夹具零件图上的尺寸和技术条件

零件图上应标注必要的尺寸和技术要求，标注的主要目的是保证夹具体各个零件之间的尺寸要求和安装配合后的精度要求，也是为了各夹具零件加工后进行安装配合能满足制造工件的要求。

3.1 夹具零件图上标注的尺寸

(1)夹具体的外形尺寸总长为330m，总宽80mm，总高150mm。 (2)夹具体上各螺纹孔之间的位置尺寸要求，定位销的配做精度要求。

3.2 夹具零件图上应标注的技术要求

(1) 零件图中必须用规定的代号、数字和文字简明地表示出在制造和检验时所应达到的技术要求。

(2) 夹具体零件图需要标注必要的表面粗糙度、形位公差、极限配合等技术要求，以满足加工精度。

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课程设计心得

这次本次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。

这次本次设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

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参考文献

1. 艾兴、肖诗纲主编.切削用量简明手册.机械工业出版社出版.1994年 2. 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社出版.1994年

3.哈尔滨工业大学、上海工业大学主编. 机床夹具设计.上海科学技术出版社出版.1983年

4. 吴雄彪主编.机械制造技术课程设计.浙江大学出版社.2010年

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