转速器盘夹具设计

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序 言

《机械制造工艺及夹具设计》是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。

对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。

由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。

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第1章 零件分析

1.1计算生产纲领，确定生产类型 所给任务的零件（图1.1）是某机器上的一个转速器盘的零件。假定该机器年产量为6000台，且每台机器中仅有一件，由零件的特征可知，它属于机体类小零件，因此，可以确定其生产类型为大批量生产。

1.2零件的作用 转速器盘是2105柴油机中调速机构。Φ10mm孔装一偏心轴，此轴一端通过销与手柄相连，另一端与油门拉杆相连。转动手柄，偏心轴转，油门拉杆即可打开油门或关小油门。Φ6mm孔装两销，起限位作用，手柄可在120°范围内转动，实现无级调速。该零件通过Φ9mm孔用M8螺栓与柴油机体连接。 本设计任务给定的零件转速器盘，即传递运动并保持其他零件正确工作方式，和保持互相之间的正确位置。其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一定的要求，由于零件比较复杂，不成规则，故加工过程中需要用到复杂的夹具。 图1.1 1

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两端 图1.2 1.3零件的工艺性分析和零件图的审查

该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高的平面度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。否则会影响机器设备的性能和精度。

由于零件的结构比较复杂，加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力，可以用花盘进行定位加紧，并用垫块进行辅助定位。

同时基准面的选择也是很重要的。在加工I ,II ,III孔的端面时，先用铣刀铣出下表面，在以下表面为基准，铣出上面的各表面（I,II,III孔的加工也是以下端面为定为基准的）；在加工前后端面时，由于工件前后尺寸较大，可在铰床上铣端平面，铣出后表面。之后，以后表面为基准，铣出两个Φ9孔，在加工过程中，应尽量减少安装的次数，以减少安装时带来的安装误差。

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第2章 工艺过程设计

2.1零件表面加工方法的选择

本设计任务给的零件需要加工的表面有：端面，内孔，园角等，其加工方法如下： （1）下表面（大面积表面）：虽然不是重要的表面，没有粗糙度要求，但是定位基

准面，用铣车进行端铣平面，粗铣即可。 （2）上边缘面：不是重要表面，粗铣即可。

（3）I,II,III孔处的上端面：是重要表面，表面粗糙度R6.3，可以进行粗铣后，再

进行半精铣或精铣。

（4）I孔处的下端面：无表面粗糙度要求，只需进行粗铣即可。

（5）前端面：是重要表面，也是定为基准面，表面粗糙度R6.3，进行粗铣再半精铣

或精铣。

（6）2个Φ9孔的后端面：表面粗糙度R12.5，只需进行粗铣。

（7）2个Φ9孔的加工：表面粗糙度R12.5，以下端面为基准，粗铰出2个Φ9孔；；

普通铰床即可。

（8）I孔的加工：表面粗糙度R6.3，可用铰床进行铰孔，粗铰或扩孔均可。 （9）II,III孔的加工：表面粗糙度R3.2，是要求较高的孔，可进行粗铰→半精铰，

或者扩孔→精扩，既可满足要求。

（10）园角：有R3，R5,R6.5,R15几种园角，可用立铣刀周铣出园角。

2.2工艺路线的制订

工艺路线一：

工序1：钳工划线；以上边缘面为粗基准，划下表面的加工线。 工序２：铣，以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面。

工序3：铣，在以下表面为基准，粗铣出I,II,III,孔的上端面和其他次要表面；倒

角。

工序4：铣，以上端面为定位基准，粗铣出零件下端面

工序5：精铣，以下端面为基准，对上端面进行精铣，使表面粗糙度达到R6.3的要

求。

工序6：钻孔，以下端面为基准，预钻出I,II,III孔，留出1mm左右的加工量； 工序7 ：铰，在铰床上进行铰孔，粗铰Φ10孔I；粗铰2个Φ6孔；倒角。 工序8： 铣，以I为基准，对上表面进行精铣，使表面粗糙度达到R6.3的要求。 工序9：铣，以I,和下表面为基准，铣出前端面

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工序10：精铣Φ9孔前端面

工序11：铣，以前端面为基准，铣出后端面。 工序12：钻，以I,和下表面为基准，钻出2个Φ9孔。 工序13：钳工去毛刺。 工序１4：终检。 工序１5：涂油入库。

工艺路线二：

工序1：钳工划线；以上表面为粗基准，划下表面的加工线。

工序２：以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面；在以下表面为精基准，

粗铣出２个Φ9孔的上端面，以及I,II,III,孔的上端面和其他次要表面；倒角。

工序３：以下表面为基准，对这３个孔的上端面进行精铣，使表面粗糙度达到

R6.3的要求。

工序４：以Φ10孔的上表面为基准，精铣Φ10孔I的下端面。

工序５：以下表面为基准，在铰床上粗铣或半精铣出后端面，再以后端面为基

准，加工出2个Φ9的孔的前端面。

工序６：钻孔，以后表面为基准，预钻出I,II,III孔，留出1mm左右的加工余

量；再以下端面为基准，预钻出2个Φ9孔，留出1mm的加工余量、 工序７：在铰床上进行铰孔，粗铰Φ10孔I；粗铰2个Φ9孔；倒角。

工序８：精铰Φ6孔II,III，使粗糙度达到R3.2的要求 工序９：钳工去毛刺。 工序１０：终检。

工艺路线三:

工序1：钳工划线；上表面为粗基准，划下表面的加工线。 工序２：铣，以上端面为定位粗基准，粗铣出零件下表面；

工序3：在以下表面为精基准，粗铣出２个Φ9孔的前端面，以及I,II,III,孔的上

端面和其他次要表面；倒角。

工序4：以Φ10孔的上端面为基准，铣Φ10孔I的下端面

工序5：铰，以下表面为基准，在铰床上粗铣或半精铣出Φ9后端面。 工序6：铣，以Φ9后端面为基准，铣出2个Φ9的孔的前端面。

工序7：以Φ10孔下端面为基准，预钻出I,II,III孔，留出1mm左右的加工余量 工序8：以Φ9后端面为基准，预钻出2个Φ9孔，留出1mm的加工余量

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工序9：精铣，以下表面为基准基准，对这３个孔的上端面进行精铣，使表面粗糙度

达到R6.3的要求。

工序10：铰，铰床上进行铰孔，粗铰Φ10孔I；粗铰2个Φ9孔；倒角。 工序11：精铰Φ6孔II,III，使粗糙度达到R3.2的要求 工序12：钳工去毛刺。 工序１3：终检。 工序１4：涂油入库。

2.3选择毛坯

转速器盘是一个结构较复杂的零件，要求材料要容易成型，切削性能好，同时要求强度要高，重要表面的表面硬度也要高，故选用铸铁材料HT200，铸铁材料是最常见的材料，其优点是：容易成型，切削性能好，价格低廉，且吸振性好。为了得到较好的强度和表面硬度，可在加工过程中进行调质处理，淬火，同时为了消除内应力对工件的影响，可进行适当的人工时效处理。 由于零件的结构复杂，用锻件是不太可能的，因此，需要先根据零件图，做出铸模，进行铸造，最好用成型铸造法，以减少加工余量和保证零件的结构准确性。 2.4定位基准的选择 本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。 先铣出下表面，以下表面为基准，加工出上端面和上表面，再以上端面为基准加工下端面，以上端面为基准钻出I,II,III 3个孔；加工前后端面时，先以上端面和I,II,为基准，在铣床上铣出后端面，再以后端面为基准，加工出2个Φ9的孔的前端面。 由于扇形部分的表面比较不易加工，首先以加工出来的下端面为基准加工出I,II,III孔处的各个上端面，再以上端面为基准，加工出I孔处的下端面；零件的2个Φ9孔的上边缘表面是不能用来作为定位基准的。 上表面上端面 下端面 图2.1 5

下表面

上端面长沙学院课程设计 下端面前端面 Ⅱ下表面 后端面 Ⅰ Ⅲ 图2.2 2.5工艺方案的经济技术比较 在加工过程中，也可以用车床或刨床来加工表面，用铰床来铰孔。但是由于工件的结构较复杂，用车床或刨床加工的话会给加工带来很大的困难，给工人增加很大的工作难度；如果用铰床来铰孔，也是可以的，但是本设计给的零件的孔要求的精度不是非常高，用普通的钻床就可以加工达到设计的要求。选择工艺路线一比较合理！ 2.6机床的选择 (1)工序２，３，４，5和9，10，11，12用的是铣床，分别进行粗铣，精铣。用普通的卧铣床X62W型万能卧铣床即可。 (2)工序７和工序８是铰孔工序，分别是粗铰和半精铰。使用普通的铰床即可。 (3)工序６，13加工一个Φ10孔，2个Φ6孔，2个Φ9孔，采用花盘加紧，在立式钻床即可。可选用Z518型立式钻床。 2.7选择夹具 本零件结构比较复杂，不成规则，故夹紧定位比较困难，可采用花盘以及专用夹具来定位，并可以使用一些垫块来辅助定位加紧。 例如，在加工上端面时，扇形部分下部分悬空，需要用一些辅助支撑，然后加紧，以防零件加紧时发生变形。在加工前后端面时，用花盘或压板都可以加紧。 6

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2.8选择刀具

(1)在工序２，３，４，７铣平面时，铣刀可以选择直齿或错齿的端铣刀和周铣刀，工序中有粗铣和精铣，在粗铣后，要留有一定的加工余量，供精铣工序加工。 (2)钻孔有Φ10, Φ6,Φ9三种孔，需要留一定的加工余量，可用Φ5, Φ8麻花钻直接钻出来。

(3)铰孔需要铰三种孔Φ10, Φ6和Φ9，有粗铰和精铰，粗加工可用YT15,精加工可用YT30。

2.9 选择量具

本零件是单件大批量生产，故采用的是通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法的极限误差来选择。在这里选的是第一种方法。

2.9.1选择平面的量具：

由零件图上看，各平面的相互位置要求不是非常严格，其最小不确定度为0.2mm，选用分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺就行了，因为其不确度为0.02mm，显然满足要求。

2.9.2选择内孔的量具：

此零件对孔的精度要求较高，其中例如I孔的下偏差要求在0.013之内，故可选用分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺，其不确定度为0.008，满足测量精度的要求。

2.10加工量计算表

工序 加工位置 上表面 上端面 下端面 前端面 后端面 Φ10孔 Φ6孔 Φ9孔 13.5 12.5(双面) 19(双面) 0 0 0 11.5 10.5(双面) 8.5(双面) 17(双面) 15（双面） Φ9 Φ5 Φ9 Φ5.7 7

毛坯 (mm) 粗加工 (mm) 半精加工(mm) 精加工 (mm) 总加工余量 (mm) 11 2．5 3．7 2 3 2 7．8（双面） 14（双面） 长沙学院课程设计

2.11工序 加工尺寸 尺寸公差 使用量具

（1） 28 0.5 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺 （2）12 0.2 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺 （3）14 --- 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺 （4）Φ10 0.013 分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分

尺 Φ6 0.030 Φ9 --- 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺

注：本零件要求测量的尺寸并不是很复杂，故只要这两种量具就足够了。

2.12确定工序尺寸

工序2，3，4主要是加工端面，如图L1，L11,L12,L13,L14,L15,L16是各个端面之间的相互位置，其中工序３，４的L15,L16,是精加工的尺寸链，即加工I,II,III孔的上端面的尺寸。

L1是零件下表面到最上面的端面的距离，L11是下表面到Φ9孔中心的距离，L12是Φ9孔中心到上端面的距离，L13是Φ9孔中心到Φ10孔下表面的距离，L14是Φ10孔两个端面的距离，L15是Φ10孔上端面到Φ6孔的上端面的距离，L16是下表面到Φ10孔的上端面的距离。

工序６，７，８主要是加工孔的尺寸链。 L21是Φ9孔两个端面的距离，L22是后端面板的厚度，L23是后端面到孔I的距离。

L31是两个Φ9孔之间的距离，L32是左边的Φ9到Φ10孔的水平距离，L33是Φ10孔到两个Φ6孔的水平距离，L34是Φ10孔到零件下表面的斜面底端的距离。

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第3章 机械加工计算

3.1粗铣上下端面和上表面

参考文献[2]表2.3-21查得加工余量为Z1=2mm ，Z2=2mm。已知上端面的总余量为Z=5.7mm，则上表面总加工的余量为：Z=2.5mm。 参考文献[1]表4-29取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/Z 粗铣走刀一次，ap=1mm 取主轴转速n=150r/min，则：

Vc=校核机床功率

铣削时的切削功率为：

150取Z=10 ，n= =2.5r/s ，ae?140mm，fz=0.2mm/Z ，?pc=1 ，代入：

60?50.90.74 Pc?167.9?10apfzaeznkpc?167.9?10?5?3.50.9?0.20.74140?10?2.5?1?5.51ke 从机床X52K的参数的机床的功率为7.5kw，机床的传动效率取0.75—0.85，取?=0.85

则机床电动机所需功率 Pe=

Pc?Dn??200?150==94.25m/min

10001000?=

5.51=6.48<7.5kw，则主轴的转速合理。 0.853.2钻?10和2-?6孔

铰的余量为0.5（单边）。孔因是一次钻出，故钻削的余量为：（10/2-0.5）=4.5mm, （6/2-0.5）=2.5mm. 各工步余量和工序尺寸公差/mm 加工表面 加工方法 钻孔 钻孔 余量 4.5 2.5 公差等级 —— —— 工序尺寸 ?10 2-?6 由此算出转速为：

?9 ?5 参考文献[1]表4-70、4-76，取钻?9的进给量为f=0.3mm/r，切削速度Vc=22m/min

n=

9

1000v1000?22==700r/min ?d??10按钻床实际转速取n=630r/min

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则实际切削速度为：

Vc=

查有关资料得：

??10?6301000=19.79m/min

Ff=9.81?42.7d0f0.8kf

2M=9.81?0.02?d0f0.8Kf

则钻2-?6孔的Ff和M如下：

Ff=9.81?42.7?10?0.30.8?1=1599N M=9.81?0.021?102?0.30.8?1?7.86N.m

已取铰孔进给量f=0.08mm/r（参考文献[1]表4-91），取Vc=4m/min，则：

1000v1000?4?127r/min 转速n==

?d??10按钻床的实际转速取n=125r/min 实际切削术度为： ??10?125?3.93m/min Vc?10003.3铰?10和2-?6孔

粗铰以后的孔径为?10mm。 各工步余量和工序尺寸公差/mm 加 工 表 面 加 工 方 法 铰 铰 0．5 余 量 级 0．3（单边） H8 H9 ?0.087 ?80H90公 差 等 工 序 尺 寸 ?6 ?10 铰以粗加工后的下端面为定位基准。因为?10孔和下端面在粗、精加工时互为基

准，即可以互相校正?10孔与下端面的垂直度。 铰孔时因余量为0.3mm，故ap1?0.3mmap2?0.5mm

取进给量f=0.2mm/r

1000v1000?40n???160r/min

?d??79.5xFcFc?9.81?CFcapfyFcnFcvcKFc

因为:

Pc?Fc?vc?10?3

取CFc?180 xFc?1 yFc?0.75 nFc?1

则：

Fc?9.81?180?2.75?0.20.75?0.670?1?1452.3N

Pc?1452.3?0.67?10?3?0.97kw

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铰?6孔

f?0.12mm/r vc?1.2m/s?72m/min

1000v1000?72??286r/min n??d??800.97?1.14kw﹤1.5kw，取机床的效率为0.85，则机床所需的功率为故机床功率足够。 0.85ap?0.25mm

3.4精铣上表面

fz?0.05mm/min ap?1.5mm n=300r/min 走刀一次

3.5粗铣前端面和后端面

参考文献[2]表2.3-21查得加工余量为Z1=2mm ，Z2=2mm。已知上端面的总余量为Z=4mm，则前端面总加工的余量为：Z=2mm。 参考文献[1]表4-29取粗铣的每齿进给量fz=0.2mm/Z 粗铣走刀一次，ap=1mm 取主轴转速n=150r/min，则：

Vc=校核机床功率

?Dn??200?150==94.25m/min

10001000铣削时的切削功率为：

150取:Z=10 ，n= =2.5r/s ，ae?140mm，fz=0.2mm/Z ，?pc=1 ，

60代入：

.90.74?50.90.74Pc?167.9?10?5a0faznk?167.9?10?3.5?0.2140?10?2.5?1?5.51ke pzepc从机床X52K的参数的机床的功率为7.5kw，机床的传动效率取0.75—0.85，取?=0.85

则机床电动机所需功率 Pe=

Pc?=

5.51=6.48<7.5kw，则主轴的转速合理。 0.853.6精铣前端面

后端面因为要求不高，所以可以一次铣出，其工序余量即等于总余量2mm。定位和尺寸基准为粗加工后的前面。

ap=4mm 取粗铣每齿进给量fz=0.2mm/z n=150r/min

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粗后端面的切削用量都和粗铣前端面的一样，但ae小于粗铣A面的值，所以机床功率足够。

vc??Dn1000???160?1501000?75.4mm/min3.7钻2-?9孔：

f?0.3mm/r

vc?22m/min（参考文献[1]表4-70）

1000v1000?22??539r/min n??d??13取钻床实际转速n?500r/min，则实际切削速度

??13?500vc??20.42m/min

1000 Ff?9.81?42.7?13?0.30.8?1?2078N

Mf?9.81?0.021?132?0.30.8?1?13.29N.m

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第4章 夹具设计

本次设计的夹具为第8道工序——精铣上表面；该夹具适用于立式铣床。

4.1铣床夹具的主要类型及结构形式

铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动，按进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。

靠模铣床夹具：这种带有靠模的铣床夹具用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动。按主进给运动方式，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。

4.2铣床夹具的设计要点

由于铣削加工切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削，加工时易产生振动，因此设计铣床夹

具时应注意：夹紧力要足够且反行程自锁；夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够的刚度和稳定性，结构要合理。

4.2.1定向键

定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安在一条直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。

定向键通过与铣床工作台上的形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削扭矩，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻铰床夹具也常使用。

定向键有矩形和圆形两种，定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长面作为找正基面来校正夹具的安装位置。

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4.2.2对刀装置

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。 对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀，不妨碍工件装卸。对刀时，在刀具与对刀块之间加一塞尺，避免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。塞尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种，其厚度和直径为3～5mm,制造公差h6。对刀块和塞尺均已标准化（设计时可查

阅相关手册），使用时，夹具总图上应标 图2.1

明塞尺尺寸及对刀块工作表面与定位元件之间的位置。对刀装置应设置在便于对刀而且是工件切入的一端。

图2.2

4.2.3夹具体设计

为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具

体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有H/B≤1～1.25，以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。此外，还要合理地设置加强筋和耳座。

若夹具体较宽，可在同一侧设置两个与铣床工作台T形槽间等距的耳座；对重型铣床夹具，夹具体两端还应设置吊装孔或吊环等以便搬运。

4.3确定设计方案

这道工序所加工的平面与孔Ⅰ有跳动要求，按照基准重合原则，以心轴孔定位。用一根小于?10

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的螺栓穿过心轴孔，用螺栓把它夹紧。铣削时用一个支撑来支撑悬空的加工面。

图2.3

4.4削力及夹紧力计算

因为铣平面时的切削力大，所以在计算夹具的加紧力时应按铣削平面的切削力来计算和校核。 铣刀轴向力：

F?9.81CFd0xFf扭矩：

yFkF?9.81?42.7?211.0?0.400.8?1?4226N

（式中：CF?42.7 xF?1.0 yF?0.8 kF?1）

M?9.81CMd0xMfyMkM?9.81?0.021?212?0.40.8?1?42.65N.m

（式中：CM?0.21 xM?2.0 yM?0.8 kM?1） 螺栓产生的加紧力F的力 F?D?KM（安全系数K?K0K1K2K3K4K5K6） 20.8?1.2?1.2?1.3?1.0?1.3?1.0?1.0?42.65?208N.m 所以，有： F?2则：

F?520N

d?c选用M8螺栓夹紧。

F?b?(1.4~2)520?1.3~7.2mm 8015

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设计心得

此次课程设计是在我们学完了大学三年的全部基础课程、技术基础课程以及部分专业课的基础之上进行的，是一次深入的综合性的应用和总结，也是一次理论联系实际的训练，为我们大四的毕业设计打下基础和铺垫。 就我个人而言，这次课程设计包括三个部分： （1）前期资料的搜集和整理：

这是很重要的一个环节，因为设计离不开资料的参考和搜集。 （2）工艺：

工艺是生产中最活跃的因素，落实在由工件、刀具、夹具、机床、量具组成的工艺系统中。 （3）夹具设计：

夹具是为特定的工序正常的进行所设计的特殊工具，通过它的设计，可以了解 它在设计中的地位，为加工的顺利进行提供了保障。在缩短加工时间，减小加工难度，提高生产效率都有重大保证。

此设计历时两周的时间，通过自己的认识、计算、研究、设计、查手册得到了最终结果，真正地起到了训练自己的目的，希望此次设计能为以后的工作打好一定的实践基础，也提供一些宝贵的经验。

最后，感谢老师们的辛勤指导和帮助！谢谢！

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长沙学院课程设计

参考文献

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