典型机械产品实训Ⅲ说明书
题目：“车床手柄座”零件专用夹具设计
学院（系）： 机械工程学院机制系 年级专业： 13级机械卓越 姓名学号： 张同禹 130101040006 张 智 130101040011 王景华 130101040003
焦 乐 130101040013 奚云鹏 130101040001
指导教师： 吴凤和 陈锦江 教师职称： 教 授 副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：机械工程学院 基层教学单位：机械制造及其自动化
130101040006 130101040006 学 号 130101040006 学生姓名 130101040006 130101040006 张同禹 张智 王景华 焦乐 奚云鹏 专业（班级） 13机械卓越 设计题目 “车床手柄座”工序的专用夹具逆向设计与虚拟装配 设 计 技 术 参 数 设 计 要 求 工 作 量 工 作 计 划 参 考 资 料 1.年生产纲领： 5000件 2.加工要求：见零件图 1.夹具设计要保证加工精度，应定位合理、夹紧可靠、操作简便； 尽量采用机动、多件等高效夹紧方式。 2.夹具实物的测绘应准确无误，设计图纸及说明书符合相应规范。 夹具的逆向设计与虚拟装配 1套（照片+截屏） 课程设计说明书 1份（不少于5千字） 通过测绘夹具实物，逆向设计完成夹具的二维装配图和三维图；要求有虚拟装配过程的动态展示。撰写课程设计说明书（含参观工厂的实习报告）。 《机械制造工艺学课程设计指导书》 《机床夹具设计手册》/TG75-62/1 《机床夹具图册》王小华主编 《机械零件设计手册》 基层教学单位主任签字 指导教师签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。 2015 年 12 月 28 日
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评价： （1）夹具的分析与测绘 优秀， 良好， 中等， 一般， 较差 （2）夹具结构设计及分析计算 优秀， 良好， 中等， 一般， 较差 （3）夹具装配图及说明书 优秀， 良好， 中等， 一般， 较差 （4）出勤、平时表现及独立设计能力 优秀， 良好， 中等， 一般， 较差 成绩： 指导教师： 年 月 日 答辩小组评价： （1）表达能力： 优秀， 良好， 中等， 一般， 较差 （2）回答问题： 优秀， 良好， 中等， 一般， 较差 （3）设计质量： 优秀， 良好， 中等， 一般， 较差 成绩： 评阅人： 年 月 日 课程设计总成绩： 答辩小组成员签字： 年 月 日
目录
第一章 夹具的拆装及测绘 ..................................................................................................... 2 第二章 夹具的2/3D图 ........................................................................................................... 3 第三章 机床手柄座钻孔工序夹具反设计 ............................................................................. 4
3.1 任务的提出 .................................................................................................................. 4 3.2 定位方案及定位装置的设计计算 .............................................................................. 4 3.2.1常见的定位方式及其定位元件 ................................................................................ 4 3.2.2定位方案的确定 ........................................................................................................ 6 3.2.3定位误差的分析计算 ................................................................................................ 6 3.3 夹紧方案及装置的设计计算 ...................................................................................... 7 3.3.1夹紧方案的确定 ........................................................................................................ 7 3.3.2夹紧力大小的分析计算 ............................................................................................ 7 3.4 夹具操作及维护简要说明 .......................................................................................... 7 第四章 夹具的改进 ................................................................................................................. 9 第五章 改进后的夹具2/3D图 ............................................................................................. 10 第六章 参观的心得体会 ....................................................................................................... 13 参考文献 ................................................................................................................................... 15 附件1 夹具及其所夹工件的二维图 .................................................................................... 16 附件2 夹具及其所夹工件的三维图 .................................................................................... 19 附件3 夹具总装的爆炸图 .................................................................................................... 21 结束语 ....................................................................................................................................... 23 致谢 ........................................................................................................................................... 23
燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书
第一章 夹具的拆装及测绘
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第二章 夹具的2/3D图
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第三章 机床手柄座钻孔工序夹具反设计
3.1 任务的提出
由于生产类型中等批量生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。本次反设计主要是Φ10H7孔夹具设计，可以采用两种方案：快换钻套或者是用导向一样的两个夹具，我们任务是导向一样的夹具。
3.2 定位方案及定位装置的设计计算 3.2.1常见的定位方式及其定位元件
（一）工件以平面定位
平面定位的主要形式是支承定位，工件的定位基准平面与定位元件表面相接触而实现定位。常见的支承元件有下列几种：
1．固定支承 支承的高矮尺寸是固定的，使用时不能调整高度。
1）支承钉 图5-6所示为用于平面定位的几种常用支承钉，它们利用顶面对工件进行定位。其中图5-6a为平顶支承钉，常用于精基准面的定位。图5-6b为圆顶支承钉，多用于粗基准面的定位。图5-6c为网纹顶支承钉，常用在要求较大摩擦力的侧面定位。图5-6d为带衬套支承钉，由于它便于拆卸和更换，一般用于批量大、磨损快、需要经常修理的场合。支承钉限制一个自由度。
2）支承板 支承板有较大的接触面积，工件定位稳固。一般较大的精基准平面定位多用支承板作为定位元件。图5-7是两种常用的支承板，图5-7a为平板式支承板，结构简单、紧凑，但不易清除落入沉头螺孔中的切屑，一般用于侧面定位。图5-7b为斜槽式支承板，它在结构上做了改进，即在支承面上开两个斜槽为固定螺钉用，使清屑容易，适用于底面定位。短支承板限制一个自由度，长支承板限制两个自由度。
支承钉、支承板的结构、尺寸均已标准化，设计时可查国家标准手册 2．可调支承
3．自位支承 又称浮动支承 4．辅助支承
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图5-6 几种常用支承钉
图5-7 两种常用的支承板
（二）工件以外圆定位
工件以外圆柱面作定位基准时，根据外圆柱面的完整程度、加工要求和安装方式，可以在V形块、定位套、半圆套及圆锥套中定位。其中最常用的是在V形块上定位。 1. V形块 2. 定位套 3. 半圆套 4. 圆锥套
三）工件以圆孔定位
工件以圆孔定位大都属于定心定位(定位基准为孔的轴线)，常用的定位元件有定位销、
圆柱心轴、圆锥销、圆锥心轴等。圆孔定位还经常与平面定位联合使用。 1．定位销 2．圆锥销 3．定位心轴
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1）圆柱心轴 2）圆锥心轴
3.2.2定位方案的确定
为了加工φ10H7mm孔，应限制的自由度应保证定位可靠，加工稳定，故设计的定位方案如手柄座夹具总装图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。在该定位方案中，φ16H8mm和φ10H8mm孔内插入两个定位长销，限制了五个自由度（x方向的移动和转动，y方向的转动，z方向的移动和转动）；R25 mm圆柱面用夹具夹持住工件，限制了一个自由度（y方向的移动）。这样6个自由度全部被限制。
3.2.3定位误差的分析计算
定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3，即可认为定位方案符合加工要求。
对于本次设计的夹具，需要保证的平行度要求：要求φ10H7mm孔轴线与φ16H8mm孔中心线有φ0.05mm的垂直度要求，由于定位基准是φ16mm孔的中心线，工序基准也是φ16mm孔的中心线，故基准不重和误差为0，只存在基准位移误差。定位误差的计算如下：
验算（±0.05）mm 影响此精度的因素： 1)定位误差，此项主要是定位孔φ16H8mm和定位销φ16g6mm的间隙产生，最大间隙为0.053mm.；
2)钻模板衬套中心与定位销中心距垂直度误差，装配图尺寸为 (±0.006),误差为为0.012mm；
3)钻套与衬套的配合间隙,由φ10H6/g5可知最大间隙为 0.029mm； 4)钻套内孔与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽略；
5)钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e=（H/2+h+B）*(Δ/H)。
H为导向高度，此处H=33mm，查《实用机械加工工艺手册》表8-65，h=10mm,B=38mm,故e=0.045mm
其综合误差可按概率法求和：
Δ∑=(0.053^2+0.012^2+0.029^2+0.045^2)^(1/2)=0.07mm 该项误差略大于中心距允许误差0.1mm的2/3，勉强可用，应减小定位和导向的配合间隙。
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3.3 夹紧方案及装置的设计计算 3.3.1夹紧方案的确定
夹紧力方向原则：
(1)夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置； (2)夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小； (3)夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。 夹紧作用点原则：
(1)夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；
(2)夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；
(3)夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。
根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。 本设计方案选用的是手柄夹紧机构，夹紧方向向左，通过手柄的转动，带动手柄上挡块的向左移动，进而作用在工件φ25mm圆柱大端面上，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于中等批量生产能较快装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠。
3.3.2夹紧力大小的分析计算
本方案采用的手柄夹紧机构，手柄端面为圆周接触，由《加工工艺师手册》夹紧力计算公式：查《加工工艺师手册》表17-30原始作用力Q=100N,作用力臂L=240mm,由表17-25得螺旋副当量摩擦半径=15.56mm,α=1°26′，f=0.2mm/r，l=20mm,由表17-27得α1=9°50′，代入公式得：F==2206.15 N。
由《机械制造装配设计》得安全系数k=k1*k2*k3*k4,其中k1=1.5~1.2,k2 =1.2（粗加工）或=1（精加工）；k3=1.1~1.3，k4=1.2（断续切削）或1（连续切削），求的k=2.376。查《实用加工工艺手册》表14-9摩擦系数u=0.15故实际所需的夹紧力为19070N。
3.4 夹具操作及维护简要说明
夹具的使用 ：
1. 生产前由生产组长到技术课申请领用夹具，并通知工程技术员进行调试，安装。
2. 夹具在使用中由制造课使用人员按《治具使用说明书》的要求进行使用。
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3. 生产完成后，夹具退回技术课。 夹具的维护：
1. 夹具在使用前由使用人员进行日常点检维护，并将点检情况记录于《治具点检表》中。
2. 若夹具发生不良，由技术课通知维护或填写工装夹具申领书重新申领。 3. 工程部制作的工装夹具发生不良，由技术课维护或向工程部申请重做。 4. 产品周期结束，夹具不再使用时，由技术课封存管理。
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第四章 夹具的改进
经过我们认真的讨论和分析，最终确定改进的几个地方如下： 1. 在夹具体的主体部件上加了一个把手，方便携带和拿放。 2. 将底板部分缩短，在保证使用功能的前提下节约成本。
3. 夹具体上部的导向孔的底板和下边圆柱销的距离加大，便于工件的装夹。
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第五章 改进后的夹具2/3D图
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第六章 参观的心得体会
企业背景：哈电集团的全称是哈尔滨电气集团公司，也即原哈尔滨电站设备集团公司，经国务院国有资产监督管理委员会同意和哈尔滨市工商行政管理局核准，哈尔滨电站设备集团公司自2009年2月24日起更名为哈尔滨电气集团公司。哈尔滨电气集团公司是由国家“一五”期间前苏联援建的156项重点建设项目中的6项沿革发展而来，是在原哈尔滨“三大动力厂”（哈尔滨电机厂、哈尔滨锅炉厂、哈尔滨汽轮机厂）、阿城继电器厂及哈尔滨绝缘材料厂的基础上，为适应成套开发、成套设计、成套制造和成套服务的市场发展要求，产量居全国首位，并设计制造了各种不同容量和布置方式的锅炉、汽轮机辅机1000余台，装备了全国200多个电厂，产品出口20多个国家和地区。2002年成立了哈电秦皇岛重型装备公司。
在2016年1月13日，我们走进了哈电集团进行了近1个小时的参观，讲解老师宿老师对我们进行了一系列讲解，虽然时间很紧张，但是讲解的内容由表及里，由浅入深。一共针对了以下几个内容进行讲解：
1.AP1000电厂模型；
2.大型焊接件的表面热处理； 3.数控落地式镗铣床；
4.其他理论性具有代表性知识
AP1000核电技术：AP1000是一种先进的非能动型压水堆核电技术，用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，AP1000最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系”，进一步提高了核电站的安全性，同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本。
焊后热处理是把焊件整体或局部(焊接接头)均匀地加热到一定温度、保温一段时间、然后冷却的过程。通过焊后热处理可以达到下述目的：其一，改善焊接接头的组织和性能,使淬硬区软化,降低硬度,提高冲击韧性和蠕变极限,防止焊接结构的脆性坡破坏。其二，使焊接残余应力松弛，防止产生延迟裂纹，提高焊件的可靠性和寿命。其三，提高焊件接头的抗腐蚀性能。而焊前热处理是为了防止焊件炸裂，老师还形象的用玻璃被子炸裂作比喻，让我们的印象更加深刻。
我们参观的数控落地式镗铣床的数据如下:
镗轴直径：260mm 立柱纵向行程（X轴）：2400mm 立轴箱垂直行程（Y轴）：8000mm 主轴箱滑枕行程（W轴）：1800mm 镗轴轴向行程（Z轴）：1600mm 工作台承受重力≥300T
对于这样的一个镗铣床，工作台的运动需要履带完成，可以想象规模之大，还有一些规模相近的车床，既有从国内制造的，也有从国外引进的。但国内制造的这样的大型的数控机床，它的材料刚度，纯度，以及其他相关的
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因素还是没有国外引进的数控机床的材料性质好，所以国内制造的大型的，或者高精度的钢材制造品还是有很大的反战空间的„
讲解老师还讲了一些重要的知识和绝不能犯的错误;例如在加工时，所有的正方向都是远离加工件的方向；还有一些关键词：工业4.0，产品生命周期等。
总的来说这次的参观让我们见识了机械制造的产品和加工产品的机械，对我们以后的学习和步入社会工作都会有很大的帮助。
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参考文献
[1] 徐鸿本．机床夹具设计手册[M] ．辽宁科学技术出版社，2003．10．14～183
[2] 都克勤．机床夹具结构图册[M] ．贵州人民出版社，1983．4．26～59 [3] 胡建新．机床夹具[M] ．中国劳动社会保障出版社，2001．5．33～46 [4] 王先逵．机械制造工艺学[M]．机械工业出版社，2000．65～145
[5] 刘文剑．夹具工程师手册[M]．黑龙江科学技术出版社，1987．74～169 [6] 王光斗．机床夹具设计手册[M]．上海科学技术出版社，2002．8．82～125 [7] 上海市第一机电工业局科技情报研究所.机床夹具实力分析.1985.5. 36～201 [8] 肖继德.机床夹具设计. 机械工业出版社.1993.4. 45～95
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附件1 夹具及其所夹工件的二维图
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附件2 夹具及其所夹工件的三维图
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附件3 夹具总装的爆炸图
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结束语
为期一周的典型产品实训已经接近尾声，在各位老师的指导下，本次实训得以顺利完成。通过本次实训，深化了自己对理论知识的理解和掌握，理论联系实际的学习方式让我懂得了学习的乐趣。
技术性是我们专业的一大攻关问题，我们踏上岗位以后，有过硬的理论知识，同时又有很强的技术能力，这才会让我们的工作得心应手，才能让我们更好的立足于社会，贡献社会。夹具设计我们运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。通过此次设计，使我们基本掌握专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等
大学生进入社会后，经验就成为了一个压死人的问题，尤其是制造业的学生，由于缺乏经验与动手能力，不能为单位带来更大的利益，这很让人头痛。但实习给我们带来的那些经验与感想，却是对我们每个人的工作学习，生活来说都是一笔价值连城的财富。有些东西你可能现在没有感觉到它的价值，但最后还是会的，每个人都有这样的过程。每一次的实习都让我们受益匪浅，也给我们的学习带来方向性，也是我们生活与工作的基石。
总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！
致谢
通过这次设计，我学到了许多原来未能学到的东西，对过去没有掌握的知识得到了更进一步巩固。独立思考，综合运用所掌握理论知识的能力得到很大的提高，学会了从生产实际出发，针对实际课题解决实际问题，掌握了综合使用各种设计手册、图册、资料的方法， 也是为我们即将参加工作所做的必要准备，打下基础，更是我们四年机械设计制造及其自动化专业知识的一次综合。
本次设计也暴露了我们不少的缺点和问题：对于所学知识还没有做到仔细、认真消化，许多方面还是只有一个大概的认识，没有深入探讨，对实际事物没有深刻得了解，没有做到理论联系实际，没有达到对所学的知识熟练运用的水平。这也从一个侧面反映出我们设计经验不足，思维不够开拓，不够灵活。从而我得出一个结论：无论是现在还是以后走上工作岗位，还是再深造，都应该虚心向老师和前辈们学习，从而不断完善自我，提高自我水平。
副教授陈锦江老师，在此次设计中认真细心地辅导我们，开拓我们的思路，给我们指明方向，给予我们极大的帮助和支持。确实我们的设计是一个新颖的课题，具有一定的难度，而且时间很紧，为了能按时完成任务，指导
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老师和我们共同进退，鼓励我们，最后我们还是得到最后的成果，也就是我们应该得到的收获。
本次设计毕竟是我们做的第一次比较完整，系统的机械制造工艺学的课程设计，因而难免存在许多缺点和不足之处，还有待于改进。希望各位老师多提宝贵意见。
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