前言：
制造技术是一个永恒的主题，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是国民经济与国防实力的体现，是国家工业现代化的支柱产业和关键。工艺技术是制造技术的重要组成部分，提高工艺技术说平是机电产品提高质量、曾前国际市场竞争力的有力措施，工艺技术水平是制约我国制造企业迅速发展的因素之一。我国目前普遍存在着“重设计、轻工艺”的现象，有关部门已经将发展工艺技术和装备制造列为我国打造制造业强国的重要举措之一，提出了“工艺出精品、精品出效益”的论断。工艺技术是重要的，必需重视。
为了培养能适应现代制造业的高速发展、高层次的工程技术人才和科学研究人才，高等工科院校必须根据现代高科技发展趋势，及时调整机械制造专业的课程设置体系和教学内容，使学生建立与现代制造业发展相适应的知识结构。学生不仅应具有查实的机械制专业基础而且还要学习大量涌现的新知识，拓宽知识面，注重专业能力和综合能力的培养，提高就业后对工作环境的适应性。
机床夹具是保证机械产品质量高、数量多、成本低的一种极重要的工艺设备。为了适应机械工业发展的特点，技术人员期望机床夹具设计的最优化。为此，技术人员必须对机床夹具的基本理论、结构特点、设计方法以及发展方向做一全面的了解。为此，本次课程设计显得非常有必要：
一：机械制造工艺及机床夹具课程设计的目的
本课程设计是在完成了机械制造技术（下）课堂教学后进行的一个综合设计环节，是金工实习、生产实习等重要教学环节的延伸，是机械制造技术课程中的一个重要环节。其目的是：
1、培养学生综合运用“机械制造技术”以及相关专业课程所学知识，掌握和提高拟定机械制造工艺过程和专用夹具的设计方法和能力。
2、学会并熟悉运用有关技术图表、查阅有关手册等技术资料，进一步提高机械制图、工程计算、编写设计技术资料的能力。培养学生正确的工程设计思路和积极认真的工作态度。
3、巩固和加深“机械制造技术”课程课堂教学效果，为今后的学习、工作打下良好的基础。
本课程设计的特点是综合性、实践性强，课题来自于生产实际。整个设计过程是在教师的指导下，由学生独立完成工艺过程设计和夹具设计任务。
二：课程设计内容
1.设计、制定零件的机械加工工艺过程：
（1）.制定给定零件的机械加工工艺过程；
（2）制定一个指定工序的工序卡；
（3）制定制定工序的夹具设计任务书；
（4）填写工艺过程卡。
2.完成指定工序的专用夹具设计：
（1）选择定位、夹紧方案；
（2）夹具总体方案设计；
（3）定位误差分析计算；
（4）夹紧力计算；
（5）夹具装配尺寸连计算。
目录
第一章：机械制造工艺及机床夹具课程设计任务书---------- 4
一：设计题目-------------------------------------- 4
二：设计原始资料---------------------------------- 4
三：基本要求-------------------------------------- 4
四：设计内容-------------------------------------- 4
第二章: 工艺性分析------------------------------------ 6
第三章: 工艺方案制定---------------------------------- 7
一：零件毛坯的尺寸确定---------------------------- 7
二：基准选择-------------------------------------- 8
三：工艺路线的比较与确定-------------------------- 8
四：加工余量确定--------------------------------- 10
第四章: 夹具设计------------------------------------- 12
一：夹具方案比较与确定--------------------------- 12
二：定位基准选择--------------------------------- 12
三：夹紧方式选择--------------------------------- 13
四：夹紧力计算----------------------------------- 13
五：夹具结构图----------------------------------- 15
六：经济性分析----------------------------------- 15
设计小结 -------------------------------------------- 16
参考文献 -------------------------------------------- 18
附图
第一章：机械制造工艺及机床夹具课程设计任务书
一、 设计题目：
1、机械零件加工工艺过程设计；
2、机床专用夹具设计。
二、 设计原始资料：
1、零件图；
2、零件的生产类型。
三、 基本要求：
1、理论联系实际，根据图纸的技术要求做相关的技术分析，提出设计的总体方案。
2、设计过程中要综合运用已学过的相关知识（如机械制图、力学、机械零件设计、金属材料及热处理、公差配合与技术测量、机械制造技术等课程），分析解决工艺设计及专用夹具设计问题，提高综合应用能力。
3、培养工艺设计及夹具机构设计的能力。
四、 设计内容：
1、熟悉零件图，分析技术条件。
2、选择毛坯。
3、确定各加工表面的加工方法。
4、合理选择各工序的定位基准、计算定位误差。
5、拟定零件的机械加工工艺过程。
6、确定各工序的定位夹紧方案。
7、确定各加工表面的加工余量。
8、选定各工序所使用的加工设备。
9、确定各工序切削用量。
10、 填写工艺卡、工序卡。
11、 设计指定工序的专用夹具
（1） 判断切削力与作用位置并计算切削力。
（2） 计算所需夹紧力。
（3） 尽可能按1：1比例绘制夹具装配图。
12、 编写设计说明书
（1） 论述设计方案确立的理由和依据（包括工艺方案和夹具设计方案）
（2） 整理各有关计算主要过程。
（3） 总结设计结果的优缺点。
第二章：工艺性分析
待加工工件为“后棉卷罗拉左轴承盖”。见附图（零件图）。该工件需加工的位置为一个平面、一个密封槽、两个外圆柱面、三个端面、六个孔以及一个螺纹孔。已知该工件大批量生产，且工件表面粗糙度、位置精度、尺寸精度等要求不高，故可采用普通的通用机床加工。外圆柱面和端面采用粗车、半精车，
51和62孔采用粗镗、半精镗，9和15孔采用钻、铰，密封槽采用成型车即能达到技术要求。
该工件材料为HT200，所以其毛坯可采用铸造的方法获得，见附图（毛坯图）。由于螺纹孔和9的孔直径较小，深度较深，铸造时不宜铸出。而51和62的孔可以方便地铸出。
由于毛坯为铸件，所以加工之前须经定性处理。处理方法为：退火、时效处理。
第三章：工艺方案制定
一．零件毛坯的尺寸确定：
毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称之为加工总余量。加工总余量的大小取决于加工过程中各个工序切除金属层厚度的总和。每一道工序所切除的金属层厚度称之为工序余量。加工总余量和工序余量的关系可用下式表示：
式中 
--------加工总余量
--------工序余量
--------工序数目
待加工工件的毛坯由砂型铸造得到，材料为铸铁（HT200），查《机械加工工艺手册（第2版）》表3.1-24大批量生产铸件的尺寸公差等级为CT11--CT14级。可知毛坯的表面质量较差，所以第一步粗加工的余量要稍微留大一些。查《机械加工工艺手册（第2版）》表3.1-27可知毛坯的外圆加工余量可预留为5mm，51内孔由于需经两次镗削加工所以可留5.5mm的加工余量，62内孔的技术要求较低可留3mm加工余量，零件端面每边可留5mm加工余量。所以毛坯的外圆和内孔尺寸分别为130mm、42mm、56mm。
二．基准选择：
在最初的工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为加工基准，这种定位基准称之为粗基准。经过加工的面作为定位基准称之为精基准。在制定零件的机械加工工艺规程时总是先考虑选择怎样的精基准把各个表面加工出来，然后考虑选怎样的粗基准把精基准的各基面加工出来。其中精基准的选择要遵循基准重合、基准统一、自为基准、互为基准原则，另外还要使装夹可靠、方便。粗基准本身都是一些毛面，精度及光洁度都很差一般只在第一工序中使用一次，应尽量避免重复使用。该待加工工件的基准选择如下：
以120mm外圆柱面为粗基准车削左右端面、镗内孔。然后以内孔为精基准车削外圆柱面（互为基准原则）。以外圆柱面为精基准成型车削密封槽、左右端面（基准统一原则）。以内孔和左端面为精基准铣削平面。以内孔和平面为精基准钻、铰9和15孔，钻、攻螺纹孔。
三．工艺路线比较与制定：
方案一：
方案二：
方案比较：
方案一优点：
1.机床、刀具、夹具等结构简单、调整方便；
2.生产准备工作量小、生产适应性好，加工精度易于保证；
3.可选用最有利的切削用量；
方案一缺点：
1.工序数目多，设备数量多，相应的增加了操作工人的人数和生产面积。
方案二优点：
1.有利于采用高效、专用机床和工艺设备，生产效率较高；
2.工序数目少、设备数量少，相应地减少了操作工人的数量和生产面积；
方案二缺点：
1.生产准备工作量大，改变生产对象比较困难；
2.专用设备、工艺设备投资大。
综合考虑方案一和方案二，在尽量利用通用机床不额外增加生产成本和保证加工精度的前提下选择方案一。
四．加工余量确定：
毛坯材料为HT200，采用砂型铸造而成，查《机械加工工艺手册》可知：加工余量等级为F级，待加工表面余量按《铸件—尺寸公差与机械加工余量》(GB/T6414—1999)标准执行。参照表3.1-27。
粗车左、右端面的工序余量取1.5mm，半精车左、右端面的工序余量取1mm。粗镗51孔的工序余量为2.5mm，半精镗51孔的工序余量取1.5mm。粗车外圆的工序余量取3mm，半精车外圆的工序余量取2mm。精镗51孔的工序余量取1.5mm，半精镗62孔的工序余量取3mm。粗车、半精车90外圆的工序余量分别取3mm和2mm。M10-6H螺纹孔为普通粗牙螺纹孔，内螺纹顶径公差带代号为6H。查《机械制造技术课程设计指导书》可知钻孔为8.5mm。
第四章：夹具设计
针对方案一工序路线中的第3步工序做一车床夹具，要求结构简单、操作方便、装夹精度能满足技术要求以及夹具成本不能太高。
一．夹具方案比较与确定：
对于在车床上车削外圆柱面，常用的夹具为三爪卡盘。其特点是：操作方便、定心性较好、不需单独设计有效地控制了生产成本。但是对于本道工序，三爪卡盘使用起来就不太方便了。首先待加工工件的中间孔结构已经铸出，在车削外圆时不能使用顶尖予以辅助支撑，当装夹部位比较短时工件在加工过程中就容易出现沿主轴线角度摆动。再者，对于内控较大的工件装夹时容易造成夹紧变形，影响加工精度。为此，需要设计车床专用夹具。车床专用夹具按与机床主轴连接方式的不同，分为心轴式、弯板式和卡盘式。上面的三爪卡盘就属于卡盘式。对壳体、支架、托架等形状复杂的工件多采用弯板式夹具。对于轴、套以及原盘类工件或其它回转体工件一般采用心轴式夹具。其中心轴式夹具，以尾锥和主轴的锥孔配合。以内孔和端面定位，另一端以螺母夹紧，结构简单、使用容易、易于保证加工精度。
综合考虑，为方案一工序路线中的第3步工序设计一个心轴式车床专用夹具。见附图。
二．定位基准选择：
零件如右图，为加工外圆柱面可采用以51内孔和左端面为定位基准。内孔与心轴采用H7/k6过渡配合。其中左端面限制三个自由度，即Y轴移动、X轴和Z轴旋转，内孔限制了两个自由度，即X轴和Z轴移动。根据六点定位原理可知该定位方式为不完全定位。
三．夹紧方式选择：
由于该夹具装在车床主轴孔内，所以要求夹具体和夹紧装置的设计都必须考虑动平衡问题。所以此处采用螺母夹紧方式，优点是螺母质点在主轴轴线上不产生回转力矩，有利于保证加工精度、夹紧力大等。缺点是加紧不方便、动作不迅速、不利于生产效率的提高。
四．夹紧力计算：
理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力（或力矩）的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。
估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系的影响，略去次要因素在力系的影响。
估算步骤：
1.建立理论夹紧力Fj理与主要最大切削力Fp的静平衡方程：
2.实际需要的夹紧力
，应考虑安全系数
3.校核夹紧机构产生的夹紧力
是否满足条件：
在加工过程中，设总切削力
作用于刀具的主剖面内，则力可以分解成
三个相互垂直的分力。
主切削力
与切削速度方向一致，消耗功率最多。走到抗力
与进给方向一致。由于这个力比较小，进给运动的速度也比较小，所以走刀抗力所消耗的功率只占总功率的1%左右。吃刀抗力
，与吃刀方向一致，分别垂直于切削速度和进给运动方向，所以不消耗功率。
下面依据主切削力来估算夹紧力：
查机械制造技术课本37页续表可知采用硬质合金外圆车刀车削铸铁HT200时的切削用量：
，
，
。取
，
由主切削力的实验公式
知
即
主切削力对轴线的力矩为：
即
所以由夹紧力产生的摩擦力对轴线所产生力矩
采用平均半径法求得需要的摩擦力
又因为
，查《机械设计课程设计》表13-3常用材料的摩擦系数知
取0.3
所以，
查《机床夹具设计手册（第二版）》表1-2-24各种螺栓许用夹紧力及夹紧扭矩知：M20螺栓的许用夹紧力为15696N。所以设计的夹紧方式满足要求。
五．夹具机构尺寸：
见附图。
六．经济性分析：
本次设计的夹具为车床专用夹具，使用时将夹具体的左端莫氏锥体装进车床主轴的锥孔里，然后用拉杆拉紧。安装方便、定位精度较高。整个夹具体类似一心轴，采用普通的车床即能加工出来，材料为45号钢，制造成本较低。另外，该夹具操作简单，使用方便，能够大大提高工件的加工效率，从而达到降低工件成本的目的。
设计小结
本次课程设计是对整个机械制造技术课程所学知识的一次综合应用和演练。它涉及到金属材料的切削基础知识、金属切削过程、切削用量、切削速度的选择、机械加工工艺制定规程、机床夹具设计等。通过这一次的课程设计，不但回顾了上学期所学的知识而且对本学期所学的知识也起到了一次加深理解的作用。现在将本次课程设计中的一些收获总结如下：
1.一件产品的“设计”和“制造”同等重要，从设计到变成现实是必须通过加工制造才能实现的，而“工艺”是“制造”的灵魂，设计的可行性往往会受到工艺的制约。并不是所有设计出来的产品都能加工出来，也不是所有的产品通过加工都能达到预定的技术要求。
2.同样的设计可以通过不同的工艺方法来实现，工艺不同，那么所用的加工设备、工艺装备也就不同，其加工质量和生产效率也会有差别。通常有了某种工艺方法才会有相应的工具和设备出现，反过来这些设备和工具的发展又提高了该工艺方法的技术性能和水平，扩大了其应用范围。
3.在机械加工过程中对加工件进行合理的定性处理对提高金属的切削性能有很大的帮助。例如切削低碳钢、低碳合金钢时，常对工件进行调制处理以适当提高硬度、降低塑性和得到均匀细密晶粒；切削铸铁类零件时往往在开始加工前要对零件进行退火处理或者是时效处理，以消除内应力。
4.毛坯尺寸以及工序余量要设置得当。余量过大过大不仅浪费材料而且增加加工时间，增大机床和刀具的负荷；余量太小则不能纠正上一道工序的加工误差，造成局部加工不到的情况，影响加工质量，甚至会造成废品。
5.定位和夹紧是两个不同的概念。工件在某一方向的自由度被限制，是指工件在该坐标方向上有了正确的位置，而不是指工件在受到使工件脱离定位支撑点的外力时不能运动。使工件在外力作用下不运动是工件的夹紧任务。反过来，工件在外力的作用下不能运动了并不能说明工件的所有自由度都被限制了。
6.在本次课程设计过程中，使用了大量参考资料，特别是一些设计手册，例如《机械设计课程设计》、《机械加工工艺手册》、《机床夹具设计手册》等。培养了我查阅资料的意识，提高了在工作中解决实际问题的能力和自学能力。
7.另外，通过本次课程设计我发现了自己许多的不足之处。首先是对一些绘图知识的记忆不深，每次用到都得从新翻阅资料聊，在很大程度上降低了工作效率；其次是对时间的把握不是很准，经常不能按时完成任务，这也是我本次课程设计用了那么长时间才完成的原因。这些不足之处我会努力改掉，争取让自己在这些方面有一个提高。
参考文献
[1] 牛永生等主编.机械制造技术.西安：陕西科技出版社，2002.
[2] 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册(第二版).上海：上海科学技术出版社，1990.
[3] 徐鸿本主编.机床夹具设计手册.辽宁：辽宁科学技术出版社，2004.
[4] 王先逵主编.机械加工工艺手册（第二版）第一卷.北京：机械工业出版社，2007.
[5] 大连理工大学工程画教研室.机械制图（第五版）.北京：高等教育出版社，2003.
[6] 黄大宇，梅瑛主编.机械设计课程设计.吉林：吉林大学出版社，2006.