机械制造装备设计 课程设计说明书
设计题目： 自行车右曲柄夹具设计 学 校： 山西大同大学（工学院） 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导老师: 班 级：
学生姓名： 学 号：
2012年12月28
日
设计任务书
设计题目：自行车右曲柄夹具设计
设计要求：设计夹具、钻M14*1.25和Φ16孔。 生产类型：大批量生产 毛坯类型：铸件
设计时间：2012.12.17------2012.12.31 设计内容： ✧ 1、熟悉零件图
✧ 2、绘制零件图
✧ 3、绘制夹具总装配图
✧ 4、绘制夹具零件图
✧ 5、编写设计说明书一份
目 录
1、 零件分析
1.1
零件的作用
2、 定位装置设计
2.1 定位基准的选择 2.2 定位方案设计
2.3 定位元件可按工件典型定位基准面分类
2.4 确定本方案定位元件 2.5 曲柄机械加工工艺路线
3、 计算方法
3.1定位计算 3.2定位误差计算 4、 工件的夹紧
4.1夹具压板 4.2 夹具夹紧准则
4.3夹紧力力作用点准则：
5、夹具装夹定位初步形成图
5.1夹具形成图 5.2夹具优缺点分析
6、设计感想 7、主要参考文献
￡1 零件分析
￡1.1 零件的作用
题目所给定的零件是自行车右曲柄 ，其主要作用是与链柄和脚踏板配合使用，在配合链柄使用时，通过Φ16连接轴和孔Φ9用销穿过，已达到曲柄和链柄的配合是有；曲柄通过M14×1.25来连接脚踏板，以保证曲柄对脚踏板力的传动，使链柄转动起来。从而达到链柄带动链条，链条通过飞轮让后轮转动起来，达到自行车前进的目的。 ￡1.2零件的工艺分析
该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。因此，其 主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头和 大头的径向孔以及柄身部分的铸造结构。它的所有表面均需切削加工，各表面的 加工精度和表面粗糙度都不难获得。表面质量要求也不是很高，还是比较容易加 工得到的，应该说，这个零件的工艺性较好 ￡1.3作用及技术要求
通过对该零件的零件图的重新绘制知原图样的视图是符合要求的，尺寸、公差及技术要求比较齐全。该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。因此，其 主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头和 大头的径向孔以及柄身部分的铸造结构。它的所有表面均需切削加工，各表面的 加工精度和表面粗糙度都不难获得。表面质量要求也不是很高，还是比较容易加 工得到的，应该说，这个零件的工艺性较好。
￡2定位装置设计
工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。根据自行车右曲柄零件的分析，曲柄两头都为圆头型，大头 左右两侧相互平行。 ￡2.1定位基准的选择
1、以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面
粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。
2. 以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，
用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。
3. 以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位
元件。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。
4. 以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调
支承作定位元件。
5. 当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支
承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。 ￡2.2定位方案设计
根据本工件，本方案我们选择以大头的圆形毛坯面，使用横向V 型块装置为定位基准，如图所示
1、限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证
工件的定位精度。
2. 限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工
件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。
3. 支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工
件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。
4. 定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，
便于制造、装配和更换。
5. 定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有
利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。
￡2.3定位元件可按工件典型定位基准面分类：
1、用于平面定位的定位元件：括固定支承（钉支承和板支承），自
位支承，可调支承和辅支承。
2. 用于外圆柱面定位的定位元件：括V 形架，定位套和半圆定位座
等。
3. 用于孔定位的定位元件：括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），
圆柱心轴和小锥度心轴。
￡2.4确定本方案定位元件
本方案用横向v 型定位块和小头顶杆来作为本方案定位元件
六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹 具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD 表示。
在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T 的1/5～1/3， 即： ΔD ≤(1/5～1/3)T 式中 ΔD ——定位误差，单位为mm ；
T ——工件的加工误差，单位为mm 。
工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。
由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY 表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。
如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H 中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。可按下式计算：
ΔY=amax-amin=1/2(Dmax-dmin)=1/2δD+δd ） 式
中： ΔY ——基准位移误差单位为mm ； Dmax——孔的最大直径单位为mm ； dmin——轴的最小直径单位为mm 。
δD ——工件孔的最大直径公差，单位为mm ；
δd ——圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm 。
即： ΔY ＝0.035mm
基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY 值，以提高定位精度。
加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时，定位基准是工件圆柱孔的中心线。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB 表示。此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。
综上：定位误差产生的原因是，定位基准与限位基准不重合及定位基准与工序基准不重合而产生的误差。
￡2.5曲柄机械加工工艺路线
￡3、计算方法
￡3.1定位计算
1. 用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位
计算式：ΔY ＝Xmax=δD+δd 0+Xmin（定位心轴较短） （1-3）
Xmax ——工件定位后最大配合间隙； δD ——工件定位基准孔的直径公差； δd 0——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差； Xmin——定位所需最小间隙，由设计而定。
注意：基准位移误差的方向是任意的。
当工件用长定位心轴定位时，需考虑平行度要求。 计算式：
ΔY ＝Xmax=（δD+δd+Xmin）L1／L2
L1——加工面长度； L2——定位孔长度。 =（0.12+1）x175/183 =1.38
2. 定位套定位
计算式： ΔY ＝Xmax=δD 0+δd+Xmin
δD 0——定位套的孔径公差； δd ——工件定位外圆的直径公差。
ΔY ＝Xmax=δD 0+δd+Xmin
=0.07+1.04
=1.11
注意：基准位移误差的方向是任意的。
3. 平面支承定位
平面支承定位的位移误差较容易计算，当忽略支承误差且定位基准制作精度
较高时，工序尺寸的基准位移误差视为零。
4.V 形体定心定位
若不计V 形体制造误差，仅有工件基准面的圆度误差时，工件的定位中心
会发生偏移即O 1O 2＝T1－T2，产生基准位移误差。
即： ΔY ＝O 1O 2=T1－T2 （1-6）
故：对于90°V 形体ΔY ＝0.507δd 。
￡3.2定位误差计算
定位误差是两误差的合成即：ΔD=ΔB+ΔY
在圆柱间隙配合定位和V 形块中心定位中，当基准不重合误差和位移误差都
存在时，定位误差的合成需判断“＋”、“－”号。
例如：
V 形块中：ΔB ＝δd ／2
当ΔB 与ΔY 的变动方向相同时：ΔD ＝ΔB ＋ΔY ＝δd ／2+ΔY
当ΔB 与ΔY 的变动方向相反时：ΔD ＝ΔB －ΔY ＝δd ／2－ΔY
1. 完全定位
工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。
2. 部分定位
工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条
件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。
在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很
多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。
3. 过定位（重复定位）
几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。
（1）一般情况下，应该避免使用过定位。
通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工（或
定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。
（2）过定位亦可合理应用
虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，
合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、
仪表类工件更为显著。
工件本身刚性和支承刚性的加强，是提高加工质量和生产率的有效措施，
生产中常有应用。大家都熟知车削长轴时的安装情况，长轴工件的一端装入三
爪卡盘中，另一端用尾架尖支撑。这就是个“过定位”的定位方式。只要事先
能对工件上诸定位基准和机床（夹具）有关的形位误差从严控制，过定位的弊
端就可以
￡3．3加工余量、工序尺寸和公差的确定
1、工序10和工序20的要求不是很高，所以我们可以只用粗加工来完成
2、工序30——钻—扩孔ø9mm孔由表2.54基孔制7、8、9级孔的加工余量
可得，钻孔余量Z 钻=ø7.8mm；扩孔余量Z 扩=1.2mm。查表2.24孔加工方案
的经济度和表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，扩孔：IT10;
钻孔:IT12;根据上述结果，再查标准公差数值表可以确定各工步的公差值，
扩孔：0.058mm ；钻孔：0.09mm;
3、工序40——钻—扩—粗铰—精铰ø16mm 孔，由表2.54基孔制7、8、9
级孔的加工余量可得，精铰余量Z 精=0.05mm;c粗铰余量Z 粗=0.10mm；扩孔
余量Z 扩=0.85mm;钻孔余量Z 钻=ø15mm；查表2.24孔加工方案的经济度和
表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，精铰：IT7; 粗铰：IT10;
扩孔：IT11; 钻孔:IT12;根据上述结果，再查标准公差数值表可以确定各工
步的公差值，精铰:0.018mm;粗铰：0.070mm ；扩孔：0.110mm ；钻孔：0.18mm;
4、工序50——扩孔ø17mm，加工孔17的孔是在工序40的基础上加工的，
扩孔余量为1mm; 查表2.24孔加工方案的经济度和表面粗糙度，可依次确定
各工序尺寸的加工精度等级，扩孔:IT11; 据上述结果，再查标准公差数值
表可以确定各工步的公差值，扩孔：0.110mm 。
5、工序60——钻—攻螺纹M14*1.25，由表2.67攻螺纹前钻孔用的麻花钻
直径，可得，攻螺纹M14*1.25的螺纹用ø14.7的钻头；步骤：先用14.7的
钻打孔——攻螺纹M14*1.25的螺纹
￡3．4孔和螺纹的加工工步
1、工序40 钻——扩孔钻——铰ø16mm孔
（1）钻ø15mm的孔加工工步
切削速度vc=20m/min，进给量f=0.2min/r，背吃刀量ap=7.5mm,则
N=1000vc/3.14d
=1000*20/(3.14*15)
=424.63r/min
由于本工序采用Z3025型钻床，由表3.15得实际转速取n=400r/min，
则实际切削速度为
Vc =18.84m/min
(2)扩钻ø15.85mm孔工步
高速钢扩孔钻取其切削速度Vc=20m/min.进给量f=0.2mm/r,背吃
刀量ap=0.425mm,则n=401.856r/min
由于本工序采用Z3025型钻床，由表3.15得实际转速取
n=400r/min,则实际切削速度为
Vc=19.91m/min
(3)铰ø16mm孔工步
查表5.23，取切削速度Vc==11.9m/min,进给量取f=0.8mm/r,背
吃刀量ap=0.125mm.则
n=236.86r/min
2、工序70攻M14*1.25内螺纹
本工序采用Z3025型钻床完成，由查表3.15得用Vc=80r/min手
动进给完成。
￡4工件的夹紧
￡4.1夹具压板：
机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保
证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位
置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件
可靠地夹牢。工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不
变的装置，称为夹紧装置。
夹紧元件
它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。本夹具压板为
在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面
粗糙度以及生产效率。
设计夹紧装置应遵循以下原则：
1. 工件不移动原则
夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。
2. 工件不变形原则
夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不
致产生加工精度所不允许的变形。
3. 工件不振动原则
对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，
应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和
夹紧系统的振动。
4. 安全可靠原则
夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可
靠。
5. 经济实用原则
夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提
下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用
性能好。
设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。
￡4.2夹具夹紧准则：
力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。
选择时必须遵守以下准则：
1、方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。
2、力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。
3、的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不
等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄
壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。
￡4.3夹紧力作用点准则：
夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指
在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择
是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：
1、作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点
对应，使夹紧力作用在支承上。如夹紧力作用在支承面范围之外，会使
工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。
2、的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重
要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，
并且夹紧更加可靠。
3、可的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提
高定位的稳定性和靠性。
采用估算法确定夹紧力的大小，即：
Fwk=KFw
式中 Fwk——实际所需夹紧力，单位为N ；
Fw——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N ；
K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K ＝2.5～3，精加工取K
＝1.5～2。
￡5、夹具装夹定位初步形成图
￡5.1对于本夹具装夹定位初步形成如图所示
￡5.2夹具优缺点分析及其减少夹紧变形措施
本夹具的优点: 由大头部分横向V 型定位，中心孔定位精准，不过定位。
本夹具的不足：此夹具由于侧边没有定位基准，只靠横向V 型定位，因此左
右有偏移倾向，导致小头M14钻孔误差增大。
使用注意事项：零件放置之前，检查定位基准及其支承面是否有杂物，及时
清理，以防导致定位不准，零件加工报废。装夹好后，检查工件是否装夹到位，
压紧压板后检查工件是否夹紧，注意安全，以防零件未夹紧，导致零件飞出，发
生机械性工伤，使其人为因素加大。
夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、
工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为
理想的夹紧装置。
当一个工件很难找出合适的夹紧点。如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座
在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。
采取以下措施减少夹紧变形。
1. 均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除
部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。）增加辅助支承和辅助夹紧点 。 若
高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力，就可以使工件获得满意的夹紧
状态。
2. 分散着力点 ，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从
而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。
3. 增加压紧件接触面积，在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均
匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。
4. 利用对称变夹具的夹紧设计，应保证形状在加工薄壁套筒时，采用加宽卡
爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹
紧力外，工件能产生。
5. 其它措施 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的
精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻
结式夹具。这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低
熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。低熔点金
属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。
￡6设计感想
一周的课程设计终于结束了，在这一周中除了课程设计外，还要为考研做
准备，虽然很忙碌，但感觉收获还是蛮大的。经过一周的课程设计，发现自己以
前学的理论知识和实践直接原来有这么大的差别。有压力才会有动力。短短一周
时间，本人重新温习了一次零件的工艺性，学会了如何查有关手册，如何选择加
工余量、确定基准的选择。
在此次课程设计中，我们自行设计又相互探讨，同时在指导王斌的指导下，
将所学理论知识应用到实践设计中来，培养我们综合能力及其实践能力，能灵活
的将理论知识应用于实践。机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业的
一门主干专业基础课，内容覆盖金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、机
械制造工艺学及工艺装备等知识。
贯穿大学的整个专业课程，是一门要求实践性和综合性的课程， 通过我们
做课程设计这个实践性环节才使我们对机械设计制造技术基础的基础理论有更
加深刻的认识，为以后的工作打下扎实基础。课程设计是我们在学完了机械制造
设备设计后进行的设计是我们在进行毕业设计之前对所学各专业课程的一次综
合复习。
这次设计使我们能综合运用机械，术基础中的基本理论，并结合生产实习中
学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，分析零件的工艺
机构，对其工艺性进行分析，然后确定加工的路线，最后设计出曲柄夹具。设计
曲柄专用夹具这一典型的工装，是我们对工程训练的提升，是实践运用到理论上
来，这个对提高我们认识机械制造技术基础的基本知识，为今后的毕业设计及未
来从事的机械加工工艺方向的工作打下了良好的坚实的基础。
这次课程设计，我学到了很多东西，同时也发现自己有很多没有掌握的地方。
我将在今后的工作学习中更加努力。这次课程设计，我基本掌握了一个真实零件
的加工过程分析，专用夹具的设计和步骤等；同时也巩固了我的专业理论知识，
提高了我独立思考问题、解决问题的能力，为今后的工作打下了坚实的基础。在
此，特别感谢王老师悉心教导。让我们受益匪浅。
￡7主要参考文献
1、邹青主编。《机械制造技术基础课程设计指导教程》。机械工业出版
社；
2、李庆余主编。《机械制造装备设计》。机械工业出版社；
3、李昌年主编。《机床夹具设计制造》。机械工业出版社；
4、张全民主编。《机床夹具设计》。机械工业出版社。
机械制造装备设计 课程设计说明书
设计题目： 自行车右曲柄夹具设计 学 校： 山西大同大学（工学院） 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导老师: 班 级：
学生姓名： 学 号：
2012年12月28
日
设计任务书
设计题目：自行车右曲柄夹具设计
设计要求：设计夹具、钻M14*1.25和Φ16孔。 生产类型：大批量生产 毛坯类型：铸件
设计时间：2012.12.17------2012.12.31 设计内容： ✧ 1、熟悉零件图
✧ 2、绘制零件图
✧ 3、绘制夹具总装配图
✧ 4、绘制夹具零件图
✧ 5、编写设计说明书一份
目 录
1、 零件分析
1.1
零件的作用
2、 定位装置设计
2.1 定位基准的选择 2.2 定位方案设计
2.3 定位元件可按工件典型定位基准面分类
2.4 确定本方案定位元件 2.5 曲柄机械加工工艺路线
3、 计算方法
3.1定位计算 3.2定位误差计算 4、 工件的夹紧
4.1夹具压板 4.2 夹具夹紧准则
4.3夹紧力力作用点准则：
5、夹具装夹定位初步形成图
5.1夹具形成图 5.2夹具优缺点分析
6、设计感想 7、主要参考文献
￡1 零件分析
￡1.1 零件的作用
题目所给定的零件是自行车右曲柄 ，其主要作用是与链柄和脚踏板配合使用，在配合链柄使用时，通过Φ16连接轴和孔Φ9用销穿过，已达到曲柄和链柄的配合是有；曲柄通过M14×1.25来连接脚踏板，以保证曲柄对脚踏板力的传动，使链柄转动起来。从而达到链柄带动链条，链条通过飞轮让后轮转动起来，达到自行车前进的目的。 ￡1.2零件的工艺分析
该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。因此，其 主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头和 大头的径向孔以及柄身部分的铸造结构。它的所有表面均需切削加工，各表面的 加工精度和表面粗糙度都不难获得。表面质量要求也不是很高，还是比较容易加 工得到的，应该说，这个零件的工艺性较好 ￡1.3作用及技术要求
通过对该零件的零件图的重新绘制知原图样的视图是符合要求的，尺寸、公差及技术要求比较齐全。该零件属于典型的曲柄类零件，而且为曲柄。因此，其 主要的要素应该包括两侧面，大、小头孔。另外，还有其他的辅助要素：小头和 大头的径向孔以及柄身部分的铸造结构。它的所有表面均需切削加工，各表面的 加工精度和表面粗糙度都不难获得。表面质量要求也不是很高，还是比较容易加 工得到的，应该说，这个零件的工艺性较好。
￡2定位装置设计
工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。根据自行车右曲柄零件的分析，曲柄两头都为圆头型，大头 左右两侧相互平行。 ￡2.1定位基准的选择
1、以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面
粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。
2. 以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，
用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。
3. 以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位
元件。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。
4. 以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调
支承作定位元件。
5. 当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支
承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。 ￡2.2定位方案设计
根据本工件，本方案我们选择以大头的圆形毛坯面，使用横向V 型块装置为定位基准，如图所示
1、限位基面应有足够的精度。定位元件具有足够的精度，才能保证
工件的定位精度。
2. 限位基面应有较好的耐磨性。由于定位元件的工作表面经常与工
件接触和磨擦，容易磨损，为此要求定位元件限位表面的耐磨性要好，以保持夹具的使用寿命和定位精度。
3. 支承元件应有足够的强度和刚度。定位元件在加工过程中，受工
件重力、夹紧力和切削力的作用，因此要求定位元件应有足够的刚度和强度，避免使用中变形和损坏。
4. 定位元件应有较好的工艺性。定位元件应力求结构简单、合理，
便于制造、装配和更换。
5. 定位元件应便于清除切屑。定位元件的结构和工作表面形状应有
利于清除切屑，以防切屑嵌入夹具内影响加工和定位精度。
￡2.3定位元件可按工件典型定位基准面分类：
1、用于平面定位的定位元件：括固定支承（钉支承和板支承），自
位支承，可调支承和辅支承。
2. 用于外圆柱面定位的定位元件：括V 形架，定位套和半圆定位座
等。
3. 用于孔定位的定位元件：括定位销（圆柱定位销和圆锥定位销），
圆柱心轴和小锥度心轴。
￡2.4确定本方案定位元件
本方案用横向v 型定位块和小头顶杆来作为本方案定位元件
六点定位原则解决了消除工件自由度的问题，即解决了工件在夹具中位置“定与不定”的问题。但是，由于一批工件逐个在夹具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，即出现工件位置定得“准与不准”的问题。如果工件在夹 具中所占据的位置不准确，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种只与工件定位有关的误差称为定位误差，用ΔD 表示。
在工件的加工过程中，产生误差的因素很多，定位误差仅是加工误差的一部分，为了保证加工精度，一般限定定位误差不超过工件加工公差T 的1/5～1/3， 即： ΔD ≤(1/5～1/3)T 式中 ΔD ——定位误差，单位为mm ；
T ——工件的加工误差，单位为mm 。
工件逐个在夹具中定位时，各个工件的位置不一致的原因主要是基准不重合，而基准不重合又分为两种情况：一是定位基准与限位基准不重合，产生的基准位移误差；二是定位基准与工序基准不重合，产生的基准不重合误差。
由于定位副的制造误差或定位副配合间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用ΔY 表示。不同的定位方式，基准位移误差的计算方式也不同。
如果工件内孔直径与心轴外圆直径做成完全一致，作无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，如图所示，心轴和工件内孔都有制造误差。于是工件套在心轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H 中附加了工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙。可按下式计算：
ΔY=amax-amin=1/2(Dmax-dmin)=1/2δD+δd ） 式
中： ΔY ——基准位移误差单位为mm ； Dmax——孔的最大直径单位为mm ； dmin——轴的最小直径单位为mm 。
δD ——工件孔的最大直径公差，单位为mm ；
δd ——圆柱心轴和圆柱定位销的直径公差，单位为mm 。
即： ΔY ＝0.035mm
基准位移误差的方向是任意的。减小定位配合间隙，即可减小基准位移误差ΔY 值，以提高定位精度。
加工尺寸的基准是外圆柱面的母线时，定位基准是工件圆柱孔的中心线。这种由于工序基准与定位基准不重合所导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用ΔB 表示。此时除定位基准位移误差外，还有基准不重合误差。
综上：定位误差产生的原因是，定位基准与限位基准不重合及定位基准与工序基准不重合而产生的误差。
￡2.5曲柄机械加工工艺路线
￡3、计算方法
￡3.1定位计算
1. 用圆柱定位销、圆柱心轴中心定位
计算式：ΔY ＝Xmax=δD+δd 0+Xmin（定位心轴较短） （1-3）
Xmax ——工件定位后最大配合间隙； δD ——工件定位基准孔的直径公差； δd 0——圆柱定位销或圆柱心轴的直径公差； Xmin——定位所需最小间隙，由设计而定。
注意：基准位移误差的方向是任意的。
当工件用长定位心轴定位时，需考虑平行度要求。 计算式：
ΔY ＝Xmax=（δD+δd+Xmin）L1／L2
L1——加工面长度； L2——定位孔长度。 =（0.12+1）x175/183 =1.38
2. 定位套定位
计算式： ΔY ＝Xmax=δD 0+δd+Xmin
δD 0——定位套的孔径公差； δd ——工件定位外圆的直径公差。
ΔY ＝Xmax=δD 0+δd+Xmin
=0.07+1.04
=1.11
注意：基准位移误差的方向是任意的。
3. 平面支承定位
平面支承定位的位移误差较容易计算，当忽略支承误差且定位基准制作精度
较高时，工序尺寸的基准位移误差视为零。
4.V 形体定心定位
若不计V 形体制造误差，仅有工件基准面的圆度误差时，工件的定位中心
会发生偏移即O 1O 2＝T1－T2，产生基准位移误差。
即： ΔY ＝O 1O 2=T1－T2 （1-6）
故：对于90°V 形体ΔY ＝0.507δd 。
￡3.2定位误差计算
定位误差是两误差的合成即：ΔD=ΔB+ΔY
在圆柱间隙配合定位和V 形块中心定位中，当基准不重合误差和位移误差都
存在时，定位误差的合成需判断“＋”、“－”号。
例如：
V 形块中：ΔB ＝δd ／2
当ΔB 与ΔY 的变动方向相同时：ΔD ＝ΔB ＋ΔY ＝δd ／2+ΔY
当ΔB 与ΔY 的变动方向相反时：ΔD ＝ΔB －ΔY ＝δd ／2－ΔY
1. 完全定位
工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。
2. 部分定位
工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条
件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。
在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很
多。如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。
3. 过定位（重复定位）
几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。
（1）一般情况下，应该避免使用过定位。
通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工（或
定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。
（2）过定位亦可合理应用
虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，
合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、
仪表类工件更为显著。
工件本身刚性和支承刚性的加强，是提高加工质量和生产率的有效措施，
生产中常有应用。大家都熟知车削长轴时的安装情况，长轴工件的一端装入三
爪卡盘中，另一端用尾架尖支撑。这就是个“过定位”的定位方式。只要事先
能对工件上诸定位基准和机床（夹具）有关的形位误差从严控制，过定位的弊
端就可以
￡3．3加工余量、工序尺寸和公差的确定
1、工序10和工序20的要求不是很高，所以我们可以只用粗加工来完成
2、工序30——钻—扩孔ø9mm孔由表2.54基孔制7、8、9级孔的加工余量
可得，钻孔余量Z 钻=ø7.8mm；扩孔余量Z 扩=1.2mm。查表2.24孔加工方案
的经济度和表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，扩孔：IT10;
钻孔:IT12;根据上述结果，再查标准公差数值表可以确定各工步的公差值，
扩孔：0.058mm ；钻孔：0.09mm;
3、工序40——钻—扩—粗铰—精铰ø16mm 孔，由表2.54基孔制7、8、9
级孔的加工余量可得，精铰余量Z 精=0.05mm;c粗铰余量Z 粗=0.10mm；扩孔
余量Z 扩=0.85mm;钻孔余量Z 钻=ø15mm；查表2.24孔加工方案的经济度和
表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，精铰：IT7; 粗铰：IT10;
扩孔：IT11; 钻孔:IT12;根据上述结果，再查标准公差数值表可以确定各工
步的公差值，精铰:0.018mm;粗铰：0.070mm ；扩孔：0.110mm ；钻孔：0.18mm;
4、工序50——扩孔ø17mm，加工孔17的孔是在工序40的基础上加工的，
扩孔余量为1mm; 查表2.24孔加工方案的经济度和表面粗糙度，可依次确定
各工序尺寸的加工精度等级，扩孔:IT11; 据上述结果，再查标准公差数值
表可以确定各工步的公差值，扩孔：0.110mm 。
5、工序60——钻—攻螺纹M14*1.25，由表2.67攻螺纹前钻孔用的麻花钻
直径，可得，攻螺纹M14*1.25的螺纹用ø14.7的钻头；步骤：先用14.7的
钻打孔——攻螺纹M14*1.25的螺纹
￡3．4孔和螺纹的加工工步
1、工序40 钻——扩孔钻——铰ø16mm孔
（1）钻ø15mm的孔加工工步
切削速度vc=20m/min，进给量f=0.2min/r，背吃刀量ap=7.5mm,则
N=1000vc/3.14d
=1000*20/(3.14*15)
=424.63r/min
由于本工序采用Z3025型钻床，由表3.15得实际转速取n=400r/min，
则实际切削速度为
Vc =18.84m/min
(2)扩钻ø15.85mm孔工步
高速钢扩孔钻取其切削速度Vc=20m/min.进给量f=0.2mm/r,背吃
刀量ap=0.425mm,则n=401.856r/min
由于本工序采用Z3025型钻床，由表3.15得实际转速取
n=400r/min,则实际切削速度为
Vc=19.91m/min
(3)铰ø16mm孔工步
查表5.23，取切削速度Vc==11.9m/min,进给量取f=0.8mm/r,背
吃刀量ap=0.125mm.则
n=236.86r/min
2、工序70攻M14*1.25内螺纹
本工序采用Z3025型钻床完成，由查表3.15得用Vc=80r/min手
动进给完成。
￡4工件的夹紧
￡4.1夹具压板：
机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保
证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位
置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件
可靠地夹牢。工件定位后，将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不
变的装置，称为夹紧装置。
夹紧元件
它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。本夹具压板为
在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面
粗糙度以及生产效率。
设计夹紧装置应遵循以下原则：
1. 工件不移动原则
夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。
2. 工件不变形原则
夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不
致产生加工精度所不允许的变形。
3. 工件不振动原则
对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，
应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和
夹紧系统的振动。
4. 安全可靠原则
夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可
靠。
5. 经济实用原则
夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提
下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用
性能好。
设计夹紧装置时，夹紧力的确定包括夹紧力的方向、作用点和大小三个要素。
￡4.2夹具夹紧准则：
力的方向与工件定位的基本配置情况，以及工件所受外力的作用方向等有关。
选择时必须遵守以下准则：
1、方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。
2、力的方向应有利于减小夹紧力，以减小工件的变形、减轻劳动强度。
3、的方向应是工件刚性较好的方向。由于工件在不同方向上刚度是不
等的。不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄
壁零件时，更需注意使夹紧力的方向指向工件刚性最好的方向。
￡4.3夹紧力作用点准则：
夹紧力作用点是指夹紧件与工件接触的一小块面积。选择作用点的问题是指
在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。夹紧力作用点的选择
是达到最佳夹紧状态的首要因素。合理选择夹紧力作用点必须遵守以下准则：
1、作用点应落在定位元件的支承范围内，应尽可能使夹紧点与支承点
对应，使夹紧力作用在支承上。如夹紧力作用在支承面范围之外，会使
工件倾斜或移动，夹紧时将破坏工件的定位。
2、的作用点应选在工件刚性较好的部位。这对刚度较差的工件尤其重
要，如将作用点由中间的单点改成两旁的两点夹紧，可使变形大为减小，
并且夹紧更加可靠。
3、可的作用点应尽量靠近加工表面，以防止工件产生振动和变形，提
高定位的稳定性和靠性。
采用估算法确定夹紧力的大小，即：
Fwk=KFw
式中 Fwk——实际所需夹紧力，单位为N ；
Fw——在一定条件下，由静力平衡算出的理论夹紧力，单位为N ；
K——安全系数，粗略计算时，粗加工取K ＝2.5～3，精加工取K
＝1.5～2。
￡5、夹具装夹定位初步形成图
￡5.1对于本夹具装夹定位初步形成如图所示
￡5.2夹具优缺点分析及其减少夹紧变形措施
本夹具的优点: 由大头部分横向V 型定位，中心孔定位精准，不过定位。
本夹具的不足：此夹具由于侧边没有定位基准，只靠横向V 型定位，因此左
右有偏移倾向，导致小头M14钻孔误差增大。
使用注意事项：零件放置之前，检查定位基准及其支承面是否有杂物，及时
清理，以防导致定位不准，零件加工报废。装夹好后，检查工件是否装夹到位，
压紧压板后检查工件是否夹紧，注意安全，以防零件未夹紧，导致零件飞出，发
生机械性工伤，使其人为因素加大。
夹紧力三要素的确定，实际是一个综合性问题。必须全面考虑工件结构特点、
工艺方法、定位元件的结构和布置等多种因素，才能最后确定并具体设计出较为
理想的夹紧装置。
当一个工件很难找出合适的夹紧点。如较长的套筒在车床上镗内孔和高支座
在镗床上镗孔，以及一些薄壁零件的夹持等，均不易找到合适的夹紧点。
采取以下措施减少夹紧变形。
1. 均匀的对称变形，以便获得变形量的统计平均值，通过调整刀具适当消除
部分变形量，也可以达到所要求的加工精度。）增加辅助支承和辅助夹紧点 。 若
高支座可采用增加一个辅助支承点及辅助夹紧力，就可以使工件获得满意的夹紧
状态。
2. 分散着力点 ，用一块活动压板将夹紧力的着力点分散成两个或四个，从
而改变着力点的位置，减少着力点的压力，获得减少夹紧变形的效果。
3. 增加压紧件接触面积，在压板下增加垫环，使夹紧力通过刚性好的垫环均
匀地作用在薄壁工件上，避免工件局部压陷。
4. 利用对称变夹具的夹紧设计，应保证形状在加工薄壁套筒时，采用加宽卡
爪，如果夹紧力较大，仍有可能发生较大的变形。因此，在精加工时，除减小夹
紧力外，工件能产生。
5. 其它措施 对于一些极薄的特形工件，靠精密冲压加工仍达不到所要求的
精度而需要进行机械加工时，上述各种措施通常难以满足需要，可以采用一种冻
结式夹具。这类夹具是将极薄的特形工件定位于一个随行的型腔里，然后浇灌低
熔点金属，待其固结后一起加工，加工完成后，再加热熔解取出工件。低熔点金
属的浇灌及熔解分离，都是在生产线上进行的。
￡6设计感想
一周的课程设计终于结束了，在这一周中除了课程设计外，还要为考研做
准备，虽然很忙碌，但感觉收获还是蛮大的。经过一周的课程设计，发现自己以
前学的理论知识和实践直接原来有这么大的差别。有压力才会有动力。短短一周
时间，本人重新温习了一次零件的工艺性，学会了如何查有关手册，如何选择加
工余量、确定基准的选择。
在此次课程设计中，我们自行设计又相互探讨，同时在指导王斌的指导下，
将所学理论知识应用到实践设计中来，培养我们综合能力及其实践能力，能灵活
的将理论知识应用于实践。机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业的
一门主干专业基础课，内容覆盖金属切削原理和刀具、机械加工方法及设备、机
械制造工艺学及工艺装备等知识。
贯穿大学的整个专业课程，是一门要求实践性和综合性的课程， 通过我们
做课程设计这个实践性环节才使我们对机械设计制造技术基础的基础理论有更
加深刻的认识，为以后的工作打下扎实基础。课程设计是我们在学完了机械制造
设备设计后进行的设计是我们在进行毕业设计之前对所学各专业课程的一次综
合复习。
这次设计使我们能综合运用机械，术基础中的基本理论，并结合生产实习中
学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，分析零件的工艺
机构，对其工艺性进行分析，然后确定加工的路线，最后设计出曲柄夹具。设计
曲柄专用夹具这一典型的工装，是我们对工程训练的提升，是实践运用到理论上
来，这个对提高我们认识机械制造技术基础的基本知识，为今后的毕业设计及未
来从事的机械加工工艺方向的工作打下了良好的坚实的基础。
这次课程设计，我学到了很多东西，同时也发现自己有很多没有掌握的地方。
我将在今后的工作学习中更加努力。这次课程设计，我基本掌握了一个真实零件
的加工过程分析，专用夹具的设计和步骤等；同时也巩固了我的专业理论知识，
提高了我独立思考问题、解决问题的能力，为今后的工作打下了坚实的基础。在
此，特别感谢王老师悉心教导。让我们受益匪浅。
￡7主要参考文献
1、邹青主编。《机械制造技术基础课程设计指导教程》。机械工业出版
社；
2、李庆余主编。《机械制造装备设计》。机械工业出版社；
3、李昌年主编。《机床夹具设计制造》。机械工业出版社；
4、张全民主编。《机床夹具设计》。机械工业出版社。