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沈陽理工大學應用技術學院機械制造裝備課程設計說明書
摘要
機械制造技術基礎是機械設計制造及其自動化（或機械工程及自動化）專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。
機械設計是機械工程的重要組成部分，是決定機械性能的最主要因素。由于各產(chǎn)業(yè)對機械的性能要求不同而有許多專業(yè)性的機械設計。
在機械制造廠的生產(chǎn)過程中,用來安裝工件使之固定在正確位置上,完成其切削加工 、檢驗、裝配、焊接等工作,所使用的工藝裝備統(tǒng)稱為夾具。如機床夾具、檢驗夾具、焊接夾具、裝配夾具等。
機床夾具的作用可歸納為以下四個方面：
1.保證加工精度 機床夾具可準確確定工件、刀具和機床之間的相對位置，可以保證加工精度。
2.提高生產(chǎn)效率 機床夾具可快速地將工件定位和夾緊，減少輔助時間。
3.減少勞動強度 采用機械、氣動、液動等夾緊機構(gòu)，可以減輕工人的勞動強度。
4.擴大機床的工藝范圍 利用機床夾具，可使機床的加工范圍擴大，例如在臥式車床刀架處安裝鏜孔夾具，可對箱體孔進行鏜孔加工。
機械制造裝備設計課程設計是機械設計中的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，也是機械類專業(yè)學生較為全面的機械設計訓練。其目的在于：
1.培養(yǎng)學生綜合運用機械設計基礎以及其他先修課程的理論知識和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程實際問題的能力，通過課設訓練可以鞏固、加深有關機械課設方面的理論知識。
2.學習和掌握一般機械設計的基本方法和步驟。培養(yǎng)獨立設計能力，為以后的專業(yè)課程及畢業(yè)設計打好基礎，做好準備。
3.使學生具有運用標準、規(guī)范手冊、圖冊和查詢有關設計資料的能力。
我國的裝備制造業(yè)盡管已有一定的基礎，規(guī)模也不小，實力較其它發(fā)展中國家雄厚。但畢竟技術基礎薄弱，滯后于制造業(yè)發(fā)展的需要。我們要以高度的使命感和責任感，采取更加有效的措施，克服發(fā)展中存在的問題，把我國從一個制造業(yè)大國建設成為一個制造強國，成為世界級制造業(yè)基礎地之一。
1.產(chǎn)前準備
1.1年生產(chǎn)綱領
依據(jù)設計題目知Q=2000臺/年，n=1件/臺。結(jié)合生產(chǎn)實際，備產(chǎn)率和廢產(chǎn)率分別取10%和1%。代入公式得零件的成產(chǎn)綱領N=2000*1*（1+10%）*（1+1%）=2222件/年。 零件是機床的杠桿，質(zhì)量為0.85kg，查表可知其屬于輕型零件，生產(chǎn)型為大批生產(chǎn)。
1.2零件作用
題目所給的零件是CA6140車床杠桿。它位于箱體內(nèi)部：主要作用是傳遞扭矩，幫助改變機床工作臺的運動方向。零件主體成36度角，在主視圖和右視圖兩方向均有8mm的筋半支撐，兩件中均有直徑25mm的孔，端面和左視圖平面分別有M6和直徑12.7的螺紋孔和沉頭孔。中間孔上方視圖方向有M8螺紋孔所有技術要求都是為了機床的總體裝配。
1.3零件工藝分析
圖1-1 立體圖
圖1-2 毛坯尺寸
它有四組加工面（水平底面1、兩端面2和4、上端面3、左視平面5）,且有位置和精度要求,還有四組孔（中間孔、沉頭孔、螺紋孔M8、M6）,也有位置和精度要求。
1). 零件底面2，它們是杠桿加工過程最主要的定位基準，而且在許多工序中使用，所以它們應先加工出來，根據(jù)表面粗糙度為3.2。以毛坯水平底面1為粗基準，采用粗銑、半精銑的加工方式，即節(jié)省時間又能達到技術要求。
2). 加工中間孔+0.023，它是以底面2和面4為粗基準而加工的，它將作為精基準以完成以后的加工，為達到精度要求采取在立式鉆床上鉆、擴、半精鉸、精鉸的工序過程。
3). 杠桿的孔的軸線與底面2和面4有著垂直度的要求。在立式銑床上加工杠桿的30mm小平面和加工錐孔。工件以＋0.023 孔及端面和水平面底為定位基準，在長銷、支承板和支承釘上實現(xiàn)完全定位。粗精加工銑寬度為30mm的左視平面5、鉆Ф12.7的錐孔。其中主要的加工是孔Ф12.7,要用Ф12.7鋼球檢查。
2 專用夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度。在加工杠桿零件時，需要設計專用夾具。
根據(jù)任務要求中的設計內(nèi)容，需要設計加工工藝孔Φ25夾具、銑寬度為30mm的下平臺夾具及鉆M8底孔夾具各一套。其中加工工藝孔的夾具將用于組合鉆床，刀具分別為麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀對工件上的工藝孔進行加工。銑寬度為30mm的下平臺將用于組合銑床，刀具為硬質(zhì)合金端銑刀YG8對杠桿的Φ25孔下表面進行加工。鉆M8底孔夾具采用立式鉆床，先用麻花鉆鉆孔，再用絲錐攻螺紋。
2.1加工工藝孔Φ25夾具設計
本夾具主要用來鉆、擴、鉸工藝孔Φ25。這個工藝孔有尺寸精度要求為+0.023，表面粗糙度要求，表面粗糙度為，與頂面垂直。并用于以后各面各孔加工中的定位。其加工質(zhì)量直接影響以后各工序的加工精度。本到工序為杠桿加工的第二道工序，加工到本道工序時只完成了杠桿下表面的粗、精銑。因此再本道工序加工時主要應考慮如何保證其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。
2.1.1定位基準的選擇
由零件圖可知，工藝孔位于零件中心偏左，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并應與頂面垂直。為了保證所鉆、鉸的孔與頂面垂直并保證工藝孔能在后續(xù)的孔系加工工序中使各重要支承孔的加工余量均勻。根據(jù)基準重合、基準統(tǒng)一原則。在選擇工藝孔的加工定位基準時，應盡量選擇上一道工序即粗、精銑Φ25下表面工序的定位基準，以及設計基準作為其定位基準。因此加工工藝孔的定位基準應選擇選用Φ45外圓面作為定位基準，用V型塊定位限制4個自由度。再以Φ25下表面加3個支撐釘定位作為主要定位基面以限制工件的三個自由度。
為了提高加工效率，根據(jù)工序要求先采用標準高速鋼麻花鉆刀具對工藝孔Φ25進行鉆削加工；然后采用標準高速鋼擴孔鉆對其進行擴孔加工；最后采用標準高速鉸刀對工藝孔Φ25進行鉸孔加工。準備采用手動夾緊方式夾緊。
2.1.2夾緊元件及動力裝置確定
由于杠桿的生產(chǎn)量很大，采用手動夾緊的夾具結(jié)構(gòu)簡單，在生產(chǎn)中的應用也比較廣泛。因此本道工序夾具的夾緊動力裝置采用手動夾緊。采用手動夾緊，夾緊可靠，機構(gòu)可以不必自鎖。
本道工序夾具的夾緊元件選用帶光面壓塊的壓緊螺釘。旋緊螺釘使其產(chǎn)生的力通過光面壓塊將工件壓緊。帶光面壓塊的壓緊螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖3.1所示。
圖2.1 帶光面壓塊的壓緊螺釘
2.1.3鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設計
工藝孔的加工需鉆、擴、鉸三次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。根據(jù)工藝要求：工藝孔Φ25mm分鉆、擴、鉸三個工步完成加工。鉆、擴、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ22mm標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——Φ24.7mm標準高速鋼擴孔鉆；鉸孔——Φmm標準高速鉸刀。
根據(jù)參考文獻[11]表2-1-47可查得鉆套孔徑結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.2及表3.1所示。
圖2.2 快換鉆套
表2.1 鉸工藝孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表：
d
H
D
公稱尺寸
公差
22
25
30
+0.021
+0.008
46
42
12
5.5
18
18
29.5
55°
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。
圖2.3 固定襯套
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.2所示。
表2.2 固定襯套的結(jié)構(gòu)尺寸
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
30
+0.041
+0.020
25
42
+0.033
+0.017
1
3
固定V型塊的結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖2.4及表2.3所示。
圖2.4 V型塊
表2.3 V型塊的主要尺寸
N
D
B
H
L
l
l
A
A1
d
d1
d2
h
b
42
45
52
20
68
20
14
26
22
10
11
18
10
12
注：T=L+0.707D-0.5N
鉆模板選用固定式鉆模板，工件以底面及Φ45外圓面分別靠在夾具支架的定位快及V型塊上定位，用帶光面壓塊的壓緊螺釘將工件夾緊。
夾具體的設計主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個整體。這些主要元件設計好后即可畫出夾具的設計裝配草圖。整個夾具的結(jié)構(gòu)見夾具裝配圖ZJZ-01所示。
2.1.4夾具設計及操作的簡要說明
鉆鉸Φ25孔的夾具如夾具裝配圖ZJZ-01所示。裝卸工件時，先將工件放在定位塊上；再把工件向固定V行塊靠攏，用帶光面壓塊的壓緊螺釘將工件夾緊；然后加工工件。當工件加工完后，將帶光面壓塊的壓緊螺釘松開，取出工件。
2.2粗精銑寬度為30mm的下平臺夾具設計
本夾具主要用來粗精銑杠桿寬度為30mm的下平臺。由加工本道工序的工序簡圖可知。粗精銑杠桿寬度為30mm的下平臺時，杠桿寬度為30mm的下平臺有粗糙度要求，杠桿寬度為30mm的下平臺與工藝孔軸線分別有尺寸要求。本道工序是對杠桿寬度為30mm的下平臺進行粗精加工。因此在本道工序加工時，主要應考慮提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。同時應保證加工尺寸精度和表面質(zhì)量。
2.2.1定位基準的選擇
由零件圖可知Φ25孔的軸線所在平面和右端面有垂直度的要求是10゜，從定位和夾緊的角度來看，右端面是已加工好的，本工序中，定位基準是右端面，設計基準是孔Φ25的軸線，定位基準與設計基準不重合，需要重新計算上下端面的平行度，來保證垂直度的要求。在本工序只需要確定右端面放平。
為了提高加工效率，現(xiàn)決定用兩把銑刀對杠桿寬度為30mm的下平臺同時進行粗精銑加工。同時為了采用手動夾緊。
2.2.2定位元件的設計
本工序選用的定位基準為一面兩銷定位，所以相應的夾具上的定位元件應是一面兩銷。因此進行定位元件的設計主要是對固定擋銷和帶大端面的短圓柱銷進行設計。
根據(jù)參考文獻[11]帶大端面的短圓柱銷的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如圖3.5所示。
圖2.5 帶大端面的短圓柱銷
固定擋銷的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。
圖2.6 固定擋銷
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如下表2.4所示。
表2.4 固定擋銷的結(jié)構(gòu)尺寸
12
18
14
26
4
12
4
2.2.3夾具體槽形與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺U形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
定向鍵的結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。
圖2.7 定向鍵
夾具U型槽的結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。
圖2.8 U型槽
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如下表2.5所示。
表2.5 U型槽的結(jié)構(gòu)尺寸
螺栓直徑
12
14
30
20
對刀裝置由對刀塊來實現(xiàn)，用來確定刀具與夾具的相對位置。
由于本道工序是完成杠桿寬度為30mm下平臺的粗精銑加工，所以選用直角對刀塊。根據(jù)GB2243—80直角對到刀塊的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖2.9所示。
圖2.9 直角對刀塊
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖2.10所示。
圖2.10 平塞尺
塞尺尺寸如表2.6所示。
表2.6 平塞尺結(jié)構(gòu)尺寸
公稱尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
2.2.4夾具設計及操作的簡要說明
本夾具用于在立式銑床上加工杠桿的小平面和加工Φ12.7。工件以孔及端面和水平面底為定位基準，在短銷、支承板和支承釘上實現(xiàn)完全定位。采用轉(zhuǎn)動A型壓板夾緊工件。當加工完一邊，可松開螺釘、螺母、支承釘來加工另一邊。一次加工小平面和加工Φ12.7，如夾具裝配圖ZJX-02所示。
2.3鉆M8螺紋孔夾具設計
2.3.1定位基準的選擇
在加工M8螺紋孔工序時，Φ25孔和寬度為30mm的下平臺已經(jīng)加工到要求尺寸。因此選用和Φ25孔及Φ25孔下表面加上寬度為30mm的作為定位基準。選擇Φ25孔限制了工件的3個自由度，選擇Φ45外圓面定位時，限制了3個自由度。即一面兩銷定位。工件以一面兩銷定位時，夾具上的定位元件是：一面兩銷。其中一面為Φ25孔下表面，兩銷為短圓柱銷和固定擋銷。
2.3.2定位元件的設計
本工序選用的定位基準為一面兩銷定位，所以相應的夾具上的定位元件應是一面兩銷。因此進行定位元件的設計主要是對短圓柱銷和固定擋銷進行設計
可查得短圓柱銷的結(jié)構(gòu)和尺寸，如圖2.12所示。
圖2.12 短圓柱銷
固定定位銷的結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖2.13所示。
圖2.13 固定定位銷
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表2.8所示。
表2.8 固定定位銷的結(jié)構(gòu)尺寸
12
18
14
26
4
12
4
2.3.3鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設計
M8螺紋孔的加工需鉆、攻螺紋兩次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。根據(jù)工藝要求：M8螺紋孔分鉆、攻螺紋兩個工步完成加工。鉆、攻，加工刀具分別為：鉆孔——Φ7標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；攻螺紋——Φ8的絲錐。
可查得鉆套孔徑結(jié)構(gòu)如圖2.14所示。
圖2.14 快換鉆套
鉆M8孔鉆套結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.9所示。
表2.9
d
H
D
公稱尺寸
允差
7
20
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
7
7
16
50°
可得襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖2.15所示。
圖2.15 固定襯套
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.10所示。
表2.10
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
12
+0.034
+0.016
20
18
+0.023
+0.012
0.5
2
夾具U型槽的結(jié)構(gòu)如圖2.16所示。
圖2.16 U型槽
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表2.11所示。
表2.11
螺栓直徑
12
14
30
20
2.3.4夾緊裝置的設計
夾緊裝置采用移動的A型壓板來夾緊工件，采用的移動壓板的好處就是加工完成后，可以將壓板松開，然后退后一定距離把工件取出。
其結(jié)構(gòu)如圖2.17所示。
圖2.17 移動壓板
主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表2.12所示
表2.12
120
30
11
36
50
8
16
4
1.5
12
2.3.5夾具設計及操作的簡要說明
本套夾具用于加工M8螺紋孔。定位采用常見的一面兩銷定位方案。以Φ25孔下表面（一面）及其內(nèi)孔（帶大端面的長圓柱銷），加上寬度為30mm的下平臺（固定定位銷）來實現(xiàn)完全定位。主要考慮工件便于取出夾緊裝置采用移動壓板夾緊。工件加工完成后，移動壓板向后退一定距離，工件就可以很方便的取出。工件裝夾時，先將工件放到帶大端面的長圓柱銷和固定定位銷處，然后將移動壓板前移，壓在工件上，將螺栓擰緊就可以進行加工了。加工完成以后將移動壓板退出一定距離，就可以把工件直接取出。如夾具裝配圖ZJZ-03所示。
3.定位誤差設計
3.1誤差分析
銷與孔的配合0.05mm，銑/鉆模與銷的誤差0.02mm，銑/鉆套與襯套0.029mm
由公式e=(H/2+h+b)×△max/H
△max=(0.052+0.022+0.0292)1/2
=0.06mm
e=0.06×30/32=0.05625
可見這種定位方案是可行的。
3.1.1定位誤差
以杠桿底平面定位，孔的尺寸公差由文獻《金屬切削機床設計手冊》表7—12可得：
公差等級為8級∮23,故其表面的公差為15mm
3.1.2產(chǎn)生定位誤差的原因
1.基準不重合來帶的定位誤差：
夾具定位基準與工序基準不重合，兩基準之間的位置誤差會反映到被加工表面的位置上去，所產(chǎn)生定位誤差稱之為基準轉(zhuǎn)換誤差。
2.間隙引起的定位誤差
在使用心軸、銷、定位套定位時，定位面與定位元件間的間隙可使工件定心不準產(chǎn)生定位誤差。
3.與夾具有關的因素產(chǎn)生的定位誤差
1）定位基準面與定位元件表面的形狀誤差。
2）導向元件、對刀元件與定位元件間的位置誤差，以及其形狀誤差導致產(chǎn)生的導向誤差和對刀誤差。
3）夾具在機床上的安裝誤差，即對定誤差導致工件相對刀具主軸或運動方向產(chǎn)生的位置誤差。
4）夾緊力使工件與定位元件間的位置誤差，以及定位元件、對刀元件、導向元件、定向元件等元件的磨損。
3.2定位誤差的計算
計算鉆套中心線與工作臺的垂直度誤差：
鉆套外徑與襯套孔的最大間隙為：
襯套外徑與鉆模板孔的最大間隙為：
則鉆套中心與工作臺平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。
3）計算定位銷軸與工作臺的平行度誤差。
定位銷軸與夾具體孔的最大間隙為：
夾具體孔的長度為14mm，則上述間隙引起的最大平行度誤差為：0.034/14，即0.24/100。
總結(jié)
為期兩周的《機械制造技術基礎》程課程設計已經(jīng)完成。課程設計作為《機械制造技術基礎》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實踐聯(lián)系更加接近，加深了我對理論知識的理解，強化了我在生產(chǎn)實習中的感性認識。
在這兩周的課程設計過程中，發(fā)現(xiàn)自己在理論與實踐中有很多的不足，自己知識中存在著很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論到實踐的能力還急需提高。讓我認識到了仔細認真的重要性。設計研究過程中仍然存在不足之處，有的問題還待于進一步深入。
在設計的過程中，雖然感覺到了我的不足之處，但是我也學到了不少東西。在一定程度上，使我對以前學習過的東西有了加深理解和熟練操作。課程設計是機械專業(yè)學習的一個重要的、總結(jié)性的理論和實踐相結(jié)合的教學環(huán)節(jié)，是綜合運用所學知識和技能的具體實踐過程。通過本次夾具設計，我對所學的專業(yè)知識有了更深刻的理解和認識。課程設計內(nèi)容源于生產(chǎn)實踐，使得課程設計和實踐得到了充分的結(jié)合，有利于培養(yǎng)解決工程實際問題的能力。上學期在沈飛進工廠實習或參觀的時候?qū)A具也有所了解，而這次課程設計的經(jīng)歷，使我對夾具有了更深刻的認識
我們在這次的學習實踐中看到了自己的不足，同時發(fā)現(xiàn)到自己的一個不足，意味著我們成長了一點，如果我們每天成長一點點，那么我們會穩(wěn)扎穩(wěn)打的走向成功。
總的來說，這次設計，讓我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題方面得到了一次較好的訓練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的設計工作打下了較好的基礎。
。
致謝
為期兩周的課程設計轉(zhuǎn)眼就過去了。通過這兩個星期的課程設計，使我綜合的運用了幾年所學的專業(yè)知識。在課程設計中，發(fā)現(xiàn)自己在理論與實踐中有很多的不足，自己知識中存在著很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論到實踐的能力還急需提高。
首先，感謝學校給我們提供這次難得的實習機會，這讓我真切的體會到理論與實際相結(jié)合的意義，為我今后的機械制造技術設計思路奠定了基礎。從次課程設計中能讓我們學習到一些課本中不能引起我們注意的細節(jié)東西，感謝學校為我們提供的寶貴學習機會！
我非常感謝我的指導教師張福老師。兩周來，我時刻體會著老師嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，不論天氣有多么的炎熱，都會在我們身邊細心指導。在課外時間，我們不明白一些設計的問題和有關畫圖方面的問題時，每次去老師那里，老師都會在百忙之中給我們足夠的時間去問問題，有時還會和我坐下來一起討論設計的方案。當我的提出的方案不是經(jīng)濟實用的時候老師會細心講解給予更好的意見。整個過程，老師都傾注了大量的心血。正是在老師科學、嚴謹?shù)闹笇?，我的課程設計才能順利進行，這篇論文也才得以順利完成。兩位老師不僅在學習上對我嚴格要求，在我們的思想行為上都給予了教育與指導。
這次課程設計雖然我完成的不是很成熟，但是通過老師的幫助和自己的努力完成課程設計還是讓我有一種自豪感，這是我自己真的去思考，設計，查詢資料得來的成果。在這次課程設計結(jié)束的時候，我感到有一種輕松感，不是因為課程設計不用再做了，而是因為我從這次課程設計中獲得了知識，有所學、有所用。更加知道我們將來能做什么，會做什么，該做什么。讓我們對行業(yè)有了了解，讓我們對自己的未來有了規(guī)劃。
最后，感謝張福老師在這兩周對我的細心指導與培養(yǎng)！
參考文獻
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[2] 作者：李慶余，書名《機械制造裝備設計》，出版者：機械工業(yè)出版社，出版年：2008年，版次：2版
[3] 作者：張海華，書名《機械制造裝備設計指導書》 ，出版者：機械工程系，引用部分起止頁：44～46頁。
[4] 作者：薛源順，書名《機床夾具圖冊》 ，出版者：機械工業(yè)出版社， 出版年2003年，版次：1版
21