目 录
第一部分设计任务书及课程设计的要求和内容加
工.....................................................................................................................2
第二部分 序言 ..............................................................................................4
第三部分拨叉Φ22mm孔的钻床夹具设
计……………………………………………………………….……………5
第四部分. 致谢与心得体会……………………………………………….15
第五部分 参考文献………………………………………………………..16
附录：夹具零件图与夹具装配图（草稿） …….…………..17(18) CAD图另图…………………………………………………………19
第一部分：
山西大同大学煤炭工程学院09机械设计及其自动化专业 《机械制造设备设计》设计任务书
设计题目：CA6140拨叉钻床夹具
设计要求：设计加工孔Φ22mm的钻床夹具 毛坯类型：铸件（两件铸在一起） 设计时间：2010.1217——2011.01.23 设计内容：1、熟悉零件图 2、绘制零件图（一张） 3、绘制夹具总装图 4、编写设计说明书
备注：CA6140车床拨叉831002毛坯图
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第二部分：
序言
机械制造装备设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应
性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。
制造背景：
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。
在机床制造或修理中，常常遇到在圆柱上横穿孔的工件，这些工件的孔或螺纹孔的中心线不相交，需在车好圆柱后装配，画好孔的位置线，在按线加工孔或螺纹。以前当工件画好线后，用四爪卡盘按线进行安装，再加工内孔。在校正的过程中，调整夹在圆柱面上的两爪时，工件产生滚动，使划线孔的中心线产生角度位移，很难将工件校正，而产生加工废品。为此人们设计制造了夹具，通过30年的使用，效果很好。
制造意义：
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，主要表现在一下几个方面。
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
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第三部分：
加工CA6140拨叉Φ22mm孔的钻床夹具设计
（一）、零件的分析：
（一）
零件的作用及考虑的问题：
题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ25孔与操纵机构相连，二下方的φ60半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。
然而本夹具是用来加工M22×1.5的螺纹孔，加工本道工序时，应注意该工艺孔应 与25孔有一定的同轴度要求，为保证形位公差，需要在加工时用应用25孔为精基准；该零件的尺寸精度也有一定的要求，应保证该夹具与零件之间有良好的接触关系。在设计夹具时，主要应考虑如何定位才能加工出合格的零件，如何才能降低劳动强度和提高劳动生产率。 （二）零件的部分工艺分析：
CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下： 1. 以φ25mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ25H7mm的孔，以及φ42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为φ25H7mm通孔。 2. 以φ60mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ60H12的孔，以及φ60H12的两个端面。主要是φ60H12的孔。
3. 铣16H11的槽
这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面， 16H11mm的槽两侧面。
4. 以M22×1.5螺纹孔为中心的加工表面。
这一组加工表面包括：M22×1.5的螺纹孔，长32mm的端面。 主要加工表面为M22×1.5螺纹孔。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： （1） φ60孔端面与φ25H7孔垂直度公差为0.1mm.。
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（2） 16H11mm的槽与φ25H7的孔垂直度公差为0.08mm。
由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。
（二）设计工序：
（一）夹具设计： 一）
定位基准的选择
拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。
在钻此孔时，只对此孔的端面进行了精铣，所以，在钻此孔时所用基准为粗基准。而粗基准选择有如下基本原则：
① 如果工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则因选择该表面为粗基准。
② 如果必须首先保证工件加工表面与不加工表面之间的位置精度，则因以不加工表面作为粗基准。
③ 如果零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面为粗基准。 ④ 选用粗基准的表面，应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。 ⑤ 粗基准一般只能使用一次，以免产生较大的位置误差。
很显然，本次工序是孔的加工，所以必须保证该孔的加工余量均匀，因此，此次工序的定位基准为Ф42的外圆。 二）
定位元件的选择
工件以外圆定位主要两种形式：一种是定心定位，常有各种自定心卡盘和弹簧夹头以及定位套；另一种是支承定位，常用支撑板和V型块。
由于工件形状的限制，不适合定心定位，而支撑板定位常用于加工外圆轮廓，所
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以采用V型块定位。也是由于工件轮廓限制，采用两个短V块定位。如下图
（1）
（2）
三） 定位误差分析与计算
定位误差是指由于定位不准确造成的某一工序的工序基准在工序尺寸方向上相对于其理想位置的最大位移量。分为基准位置误差和基准不重合误差。
基准位置误差
易知，工件在V形块中定位有两种极端位置，由几何关系得：
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δ定位=Td/sinα/2 基准不重合误差
由于此工序定位基准与工序基准重合，故 δ不重=0 所以 δ=δ定位+δ不重.
（ 定位误差由基准不重合误差jb和定位副制造不准确误差（基准位移误差）jy两部分组成,定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和,即dw=jb+jy 。
基准不重合误差jb:工件以孔在水平位置的心轴上定位加工孔，工件因自重（或其他外力）作用使孔与心轴在上母线相接触，定位基准为孔的轴线；此时，工序基准也是孔的轴线。所以，jb=0。
查文献【9】《机床夹具设计手册》查得心轴的极限偏差为-0.011，即d=0.011； 由零件图可知，D=0.021；
d0.0210.011 则基准位移误差jy=D==0.016mm；
22 所以,dw=jb+jy=0+0.016=0.016mm。）
四） 夹紧装置的选择
工件在切削过程中会受到切削力、离心力和惯性力等各种力的作用，因此定位后必须夹紧。夹紧装置一般由夹紧机构和动力源组成。
夹紧装置有如下设计要求：
① 应保证定位准确，而不能破坏定位； ② 夹紧后工件与夹具的变形应在允许的范围内；
③ 夹紧机构安全可靠，有足够的刚度和强度，手动夹紧应自锁，夹紧行程要足够； ④ 结构简单，制造和操作方便，快速和省力。 (夹紧装置的组成:
典型的夹紧装置一般由力源装置、中间递力机构、夹紧元件和夹紧机构组成。
由于本次设计是在同一夹具上完成钻孔及攻螺纹加工，加工过程不拆工件；为
了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。)
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(1)夹紧力的方向：
夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。
1).作用方向应垂直于工件的主要定位基准，以保证加工精度； 2).作用方向应与工件刚度最大的方向一致，以减少工件的夹紧变形；
3).作用方向应尽量与工件的切削力、重力等的作用方向一致，以减小夹紧力；
综合上述，选择夹紧力的作用点在Φ25H7孔的左右端面。
(2)夹紧力的作用点：
夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保
工件定位准确、不变形。
（备注：夹紧力的作用点的设计原则
1).应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承平面内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形；
2).应落在工件刚性较好的部位上；
3).应尽可能靠近加工面，以提高工件加工部位的刚度和抗振性。)
（3）切削力与夹紧力的计算：
由于拨叉M22×1.5螺纹孔在同一夹具上完成钻孔及攻螺纹加工，加工过程中不拆工件，且钻孔所需的力大于攻螺纹的力,所以确定夹紧力只需确定钻孔时所需的夹紧力。
（1）.切削力的计算
由文献【9】《机床夹具设计手册》查出，切削力计算公式为：
P419Ds0.8kp （8-1）
HB0.6)=1.031； 其中，s=0.22mmr，D=23mm，kp=(190 将上述数据代入上述公式，则
P419Ds0.8kp=419230.220.81.031=2960N （2）.夹紧力的计算
由文献【9】《机床夹具设计手册》表1-2-11查出，端面夹紧的夹紧力计算公 式为：
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Q3KPD （7-2） 33Dd21.12D1d2其中k=3，P=2960N，1=0.2, D=42mm，D1=40mm，d=25mm； 将上述数据代入上述公式，则 Q332960423KPD=33=5638N 334025Dd20.2221.12240252D1d
(4)选择夹紧机构：
在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：
①安全性 夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。 ②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。 ③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。 ④手动夹紧机构应操作灵活、方便。
综上所述，本零件的夹紧装置共有2个方案如下： 方案一：使用铰链夹紧机构 方案二：使用螺旋夹紧机构
由于本零件为大批量制造，使用螺旋夹紧机构更加经济、方便，故选用方案二。 其草图如下：
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夹紧装置
1——螺杆 2——螺母 3——螺钉 4——压块
五） 选择导向装置
钻床夹具的导向元件为可换钻套,它的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置,并在加工中对钻头等加工刀具进行引导,保证被加工孔的位置精度和防止刀具在加工中发生偏斜。
（1）.钻套高度
钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大,刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大,一般取H=(1～2.5)D，孔径小、精度要求高时，H取较大值，所以H=(1×23～2.5×25)mm=(23～62.5)mm。查文献【2】《机械制造技术基础课程设计指南》表5-181可取快换钻套的高度H=40mm。 （2）. 排屑间隙
排屑间隙h值应适当选取，h值太小时，切屑难以自由排出，使加工表面被损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用，影响加工精度。加工铸铁时，h=(0.3～0.4)D 即h=(0.3～0.4)D=（0.3×23～0.4×25）mm=（6.9～10）mm。查文献【2】《机械制造技术基础课程设计指南》表5-181，可取排屑间隙h=12mm。 （3）.确定钻套位置尺寸和公差
钻套位置尺寸以工件相应尺寸的平均尺寸为基本尺寸，其公差取为工件相应尺寸公差的1/5～1/2，偏差对称标注。由夹具可知：工序尺寸（钻套中心线与外壁的距
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离）L=70，而尺寸公差取：0.07×（1/5～1/2）mm，取+0.035mm，则钻套的位置尺寸为L=（70+0.035）mm。
导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套、镗套、对刀装置、对定
装置等，这些装置均已标准化，可按标准选择，为提高加工效率，选择快换导向套加工工件。如下图所示：
可换钻套
1——钻套 2——衬套 3——钻模板 4——螺钉 其中，钻套标准如下：
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六） 夹具体
用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大
小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。
夹具体装配图
夹具体的设计
夹具体是夹具的基础件，夹具上所有的组成部分都必须最终通过这一基础件联接成一个有机整体。夹具体必须有足够的刚度和强度、结构简单、良好的工艺性、尺寸稳定、便于清除切屑。 (1).夹具材料及制造方法
根据使用要求，夹具体用铸造方法制造，材料为HT200。
(2).夹具体外形尺寸
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由文献【9】《机床夹具设计手册》表1-9-2可得夹具体的基本尺寸如下表：
表9-1 夹具体结构基本尺寸的经验数据
夹具体结构部分 夹具体壁厚h 夹具体加强肋厚度 夹具体加强肋高度 夹具体壁与壁连接的铸造圆角 夹具体不加工的毛面与工件表面之间的间隙 经验数据 25mm 20mm 180mm 5mm 8mm （3）.铸造夹具体的技术要求
1）.铸件不许有裂纹、气孔、砂眼、疏松、夹渣等铸造缺陷；浇口、冒口、结疤、粘砂应清楚干净；
2）.铸件在机械加工前应经时效处理； 3）.未注明的铸造圆角R（3-5）mm；
4）.铸造拔模斜度（铸件在垂直分型面的表面需有拔模斜度）；
5）.由文献【9】《机床夹具设计手册》表1-9-3可得夹具体座耳结构尺寸如下 表：
表9-2 夹具体座耳结构尺寸
螺栓直径 12 D 14 D1 30 h 3 L 20 H 36 r 1.5 14
第四部分：致谢与心得体会
致谢
在老师和同学的共同努力下，我们完成了夹具课程设计。我们花费的时间很长，因为这是同学第一次进行这样的课程设计。虽然过程中我们遇到了遇到困难，但是在老师的指点下，同学们都的十分的努力。我们这次终于把我们所学的知识运用到现实中来了，这对同学们加深对课本知识的理解很有好处。同学学会了对于不同的待工件设计不同的夹具，对于夹具的各种标准件都学会了如何查标准件手册、如何使用它们。这些都是因为老师的帮助下，我们才能完成的。谢谢老师。
心得体会
夹具课程设计过去了，学到了很多知识。通过这次课程设计实训，使我对机械装备课程有了更进一步的了解。装备在现在工业中有着重要的作用，当然，我们现在对机械设计只不过时一个初步的了解，这门课程还有更多的知识等着我们去学习，在这两周短暂的课程设计里，我学会了一些机械设计的最基本的理论，同时也对机械装备产生了浓厚的兴趣。
在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多不足之处，在设计和计算过程中也出现了各种各样的错误，在同学和老师的帮助下也都尽量改正了，虽然还存在或多或少的问题，这也是我今后努力的方向，我会继续努力学习，来丰富自己的知识。 本次课程设计我深有体会，它使我们全面地综合相关课程的理论和实践知识，进行机床夹具设计。我们都知道在机械制造过程中，凡用来固定加工对象，使之占有正确的位置以接受加工或检验的装置，统称为夹具。在很多制造领域涉及夹具的设计和使用，例如，机加工用的机床夹具、装配时用的装配夹具、焊接过程中用于固定被焊接件的焊接夹具、热处理时夹持工件的热处理夹具、检验过程中用的检验夹具等。 本次综合课程设计培养我们综合应用机械制造课程及其它有关先修课程的理论知识，把理论知识(机械制图、金属材料及成型工艺、机械设计、公差与技术测量等)和生产实际密切结合，能够根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。培养了我们熟悉并运用有关手册、图表、规
范等有关资料文献的能力；培养我们识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能；培养我们独立思考和独立工作的能力，为后续的毕业设计以及毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。 由于水平所限，设计中难免有错误和不妥之处，在此还诚请指导老师批评指正。
第五部分：参考文献
1.李庆余，孟广耀主编.《机械制造技术基础》.机械工业出版社.第二版 2.任殿阁，张佩勤.《设计手册》．辽宁科学技术出版社．1991年9月 3.曹桄，高学满．《金属切削机床挂图》．上海交通大学出版社．1984年8月 4.吴宗泽，罗圣国．《机械设计课程设计手册》．高等教育出版社．1982年12月 5.戴曙．《金属切削机床》．机械工业出版社．2000年5月
6.机械设计手册编写组.《机械设计手册》．机械工业出版社．1986年12月 7.叶伟昌，林岗.《机械工程及自动化简明设计手册》.机械工业出版社出版 8.卜炎.《机械传动装置设计手册》.机械出版社出版 9.徐锦康.《机械设计》.高等教育出版社出版
10.大连理工大学画教研室.《机械制图》.高等教育出版社出版 11.隋明明，史艺农.《机械设计基础》.机械工业出版社出版
附录：
夹
具
零
件
图
夹
具 装 配
图
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