《机械制造技术课程设计-ca10b解放汽车第四速及第五速变速叉加工工艺及钻m10螺纹孔夹具设计【全套图纸】》

机械制造技术课程设计题目变速叉钻螺纹孔夹具设计院别机电学院专业机械设计制造及其自动化姓名学号指导教师日期2013年月日10M目录目录2课程设计任务书3序言3一、零件的分析4零件的作用4零件的工艺分析4二、夹具的定位结构方案设计5设计定位方案及定位误差分析6方案一7方案二8方案三9确定定位方案10三、定位元件的设计10I定位心轴的设计10II定位销的设计11四、导向装置设计12I快换钻套选用12II钻套用衬套选用13III钻套螺钉选用13五、夹紧机构设计14确定夹紧机构14夹紧元件的设计14夹紧力的计算16校核夹紧的强度18六、夹具体设计18七、绘制总图及确定主要尺寸、公差和技术要求19八、总结20九、参考资料20机械制造技术基础课程设计任务书全套图纸，加153893706设计题目设计CA10B解放汽车第四速及第五速变速叉加工M10螺纹孔的专用钻床夹具设计内容1、零件图1张2、夹具结构设计装配图1张3、夹具结构设计零件图12张4、课程设计说明数1份序言机械制造技术基础课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础可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链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。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的能里，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。一、零件的分析零件的作用题目所给定的零件是CA10B解放汽车第四速及第五速的变速叉（见图11），应用在汽车变速箱的换挡机构中。叉头以19孔套在变速叉轴上，并以螺钉经M10孔与叉联结，叉脚夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过叉头的槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动改变档位，从而改变汽车的行驶速度。图11CA10B变速叉零件图零件的工艺分析如图12所示为CA10B变速叉攻螺纹孔的工序图，该工件材料为20钢，毛坯为锻造件，重量为15KG，中批量生产，现要求设计加工该零件上尺寸为M10螺纹孔所用的钻床夹具。图12CA10B变速叉攻螺纹孔的工序简图工件已加工过的尺寸有通孔及其两端面45MM，槽及M04519M24016其两端面，变速叉槽口径为及其两端面。M02110823028在加工螺纹孔时，先要加工一个通孔，然后攻螺纹，尺寸可以41M由刀具直接保证，而螺纹孔的位置则和设计的夹具有关。螺纹孔的位置包括两方面的要求螺纹孔的中心线和通孔左端面距离保证20MM，该尺寸10MM04519公差未标注。螺纹孔的中心线与槽口的左端面距离保证10820263由上可知加工的位置精度要求不高。二、夹具的定位结构方案设计设计定位方案及定位误差分析如图21所示，工件在通孔上加工的螺纹孔为通孔，保留沿Z轴的不19定度并不影响该工序的加工精度要求，但在设计夹具选用定位元件时，无论是采用长心轴或者长V形块，在限制了沿Y、X轴和绕X、Z轴四个不定度的同时，也自然的限制了沿Z轴的不定度。零件图上没有标注垂直度公差，从理论上分析，这一绕Z轴方向的不定度可以不被限制，但在夹具设计和使用时，往往为了安装螺钉可以紧贴螺纹孔口表面，仍在夹具上设置一个定位销起定位作用，限制绕Y轴的不定度，故应按完全定位设计夹具，并力求遵守基准重合原则，以减少定位误差对加工精度的影响。由于工件比较复杂，使用车床钻孔比较麻烦，因此选用立式钻床进行加工，那么加工螺纹孔时必须使螺纹孔口面朝上。再根据位置度要求进行定位设计，所以定位方式着重考虑如下三种可能的方案（A）（B）（C）图21定位方案设计方案一遵守基准重合原则，如图21（A）所示，以已加工过的通孔及其右端19面为定位基准，在夹具体上的带有小台肩的长心轴定位，限制工件的五个不定度，长心轴限制沿X、Z轴和绕X、Z轴四个不定度；小台肩限制沿Y轴的不定度。另外通过叉口的内廓安装一个定位销钉，可限制绕Y轴的不定度，28从而实现完全定位。优点是基准不重合，结构相对简单。定位误差分析由零件的分析可知定位方案和误差分析时主要考虑设计基准MM孔的左端面与M10螺纹孔的中心线距离为20的线性定位尺寸要04519求。该尺寸未注公差，根据查线性和角度尺寸未标注公差可得20的定位尺寸的公差为MM。210尺寸的定位误差ML设计基准是工件左端面，定位基准也是工件的左端面（紧靠心轴的定位工作端面），设计基准和定位基准重合，又，因此定位误差为01JB01JWDW方案二遵守基准重合原则，如图21（B）所示，同第一个方案差不多，先以已加工过的通孔及其左端面为定位基准，在夹具体上的带有小台肩的长心轴定19位，限制工件的五个不定度，长心轴限制沿X、Z轴和绕X、Z轴四个不定度；小台肩限制沿Y轴的不定度。另外限制绕X轴的不定度通过安装一个定位销在槽口16的一个端面上，进而实现完全定位。优点是基准不重合，结构较简单。定位误差分析由零件的分析可知定位方案和误差分析时主要考虑设计基准MM孔的左端面与M10螺纹孔的中心线距离为20的线性定位尺寸要04519求。该尺寸未注公差，根据查线性和角度尺寸未标注公差可得20的定位尺寸的公差为MM。210尺寸的定位误差ML设计基准是工件左端面，定位基准也是工件的左端面（紧靠心轴的定位工作端面），设计基准和定位基准重合，又，因此定位误差为02JB02JWDW方案三从保证工件定位稳定的观点出发，如图21（C）所示，以已加工过的通孔、叉口及其右端面为定位基准，在夹具体上的长心轴、定位销和支承1928钉定位。长心轴限制沿X、Z轴和绕X、Z轴四个不定度，定位销限制绕Y轴方向的不定度，支承钉限制沿Y轴方向的不定度，从而实现完全定位。优点是工件安装稳定。缺点是基准不重合，造成的误差相对较大，结构相对复杂。定位误差分析由零件的分析可知定位方案和误差分析时主要考虑M10螺纹孔的中心线距叉口左端面的距离为的线性定位尺寸要求。如果支承钉在叉口左M0263端面，对零件的安装拆卸有很大的阻碍，因此改换支承右端面。通孔MM的左端面到叉口右端面距离为91MM，未注04519M1028尺寸公差，故根据查线性和角度尺寸未标注公差可得91的定位尺寸的公差为MM。M430尺寸的定位误差ML0263该尺寸的设计基准是叉口左端面，定位基准是叉口M1028右端面，定位基准和设计基准不重合，两者的联系尺寸是叉口厚度108，故基准不重合误差为M320MJB1023工件内孔的左端面是定位基准，螺纹孔轴线是调刀基准，因此M04519一批工件的定位基准相对夹具的调刀基准在L尺寸方向上的基准位移误差为MJW140323因此，定位误差为【1】JWJBDW33由于定位误差，即定位误差小于线性定位MM2601402尺寸的公差的三分之一，则该定位方案能够保证夹具的正确定位。确定定位方案根据分析定位方案和定位误差，方案一和方案二的定位误差均为零，而方案三由于基准不重合产生了较大的误差，所以不应选用方案三。考虑到工件重量为15公斤，相对较重，应尽可能使定位稳定，根据初定夹紧元件选用螺旋夹紧机构，方案二的定位销只能限制单向转动，而方案一可以使变速叉不发生绕Y轴转动，相对方案二定位稳定，因此最终确定选用方案一。三、定位元件的设计I定位心轴的设计根据定位方案分析可知，确定通过带台肩长心轴进行定位。如图31所示为心轴尺寸图。心轴和孔采用间隙配合，长度比通孔长度短，并根据标准19取标准值为32MM，开了一个的通孔，方便钻孔使用。50定位轴肩根据【3】，取H15MM，长度要MDH9137考虑工件的形状，因此取值为10MM。考虑到钻孔时，右端受到一定力的作用，所以安装在夹具体的配合轴段取D18MM，采取间隙配合，长度由夹具体壁厚确定，根据导向装置的选定，确定壁厚为15MM，还有凸台距离都为5MM，所以长度小于壁厚加两个凸台距离23MM，并根据标准取值为22MM。接着的螺纹段为了安装方便做成阶梯轴，尺寸取为M16,螺纹长度考虑螺母及垫圈宽度，再加点自由长度，因此取25MM。图31定位心轴II定位销的设计为了限制工件绕Y轴转动，所以通过定位销进行定位。定位销安装位置的确定，将叉口的中心线和孔的中心线在Y轴某一垂直平面上连接起来，2819定位销的中心线则设计过此连线，使得定位销与叉口的表面相切，这样可28以保证工件不会绕着Y轴左右转动。由于该销钉不需要受到很大的外力，因此我选用型号为定位销2710FAJB/T801421999，如下图32所示。图32定位销四、导向装置设计钻床一般选用钻套作为导向装置，为便于钻套磨损后，可以迅速更换。由于此加工工序先钻孔后攻螺纹，需要在每加工一个零件更换一次钻套，因此采用快换钻套，如图41所示。钻套在安装时，为了提高加工时的稳定性以及加工时的顺利排屑，对钻套高度H和排屑间隙H有一定的要求钻套高度【2】MD42918532532排屑间隙【2】H6170170故取H25MM，H9MM。图41快换钻套装置I快换钻套选用根据钻套高度H25MM及钻孔大小D84MM查JB/T804531999，确定型号为钻套，如图42所示。165748FG图42快换钻套II钻套用衬套选用根据钻套MM外圆及其高度15MM查JB/T804541999，确定型号15为钻套衬套，如图43所示。68M图43钻套衬套III钻套螺钉选用根据查JB/T804531999钻套选用的尺寸型号，确定配用螺钉大小为M6，再查JB/T804551999，确定型号为钻套螺钉，如图44所示。46M图44钻套螺钉五、夹紧机构设计确定夹紧机构考虑到要满足夹紧力应垂直于主要定位基准面，且便于加工的工件安装及拆卸，所以选用手动夹紧装置螺旋式夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简单、容易制造、夹紧可靠、扩力比大、夹紧行程不受限制等特点，所以在手动夹紧装置中被广泛使用。其作用原理是螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜契绕在圆柱体上，因此它的夹紧作用原理与斜契是一样的。夹紧元件的设计螺杆直接设计在心轴上，如图51所示为在夹紧螺母1下方增加开口垫圈2，螺母的外径小于工件的孔径，只要稍许旋松螺母，即可抽出开口垫圈，工件便可穿过螺母取出。因此根据定位孔确定螺母型号为螺母GB/T61721M10，然后根据螺19母尺寸选定快换垫圈，型号为垫圈A1030JB/T800851999。图51快速螺纹夹紧机构装置1带肩六角螺母；2开口垫圈钻削力的计算【4】根据高速钢标准钻头钻削力及功率的计算公式切削扭矩1030MNKFDCMMYXM轴向力FFF其中为切削扭矩，为轴向力是常数，根据工件材料进行选取，MYXC、是常数，根据工件材料进行选取。FF、为钻头直径，为走刀量。0DF根据工件材料为20钢，可得到求切削扭矩M；543C91MX80Y求轴向力F；8F7且，MD0RF/0带入上面公式，即可得切削扭矩130NKFCMMYXM04853891M2MN轴向力0KFDCFFYXF48537016N则算出了钻MM孔时的切削扭矩和轴向力分别为48切削扭矩920MNM轴向力368NF夹紧力的计算因螺旋式夹紧机构的夹紧力计算与斜契相似，故螺旋可以看作是绕在圆柱体上斜契，螺纹升角即为契角。如沿螺旋中径展开，则螺旋相当于一个斜契作用在工件与螺母之间，其受力情况如图52所示。图52螺旋夹紧机构受力分析使用扳手给螺母施加原始力矩后，则工件对螺杆的反作用力有LQM垂直于螺杆端部的反作用力W（即夹紧力）及摩擦力（与接触形式有关）。2F此两力分布于整个接触面上，计算时可视为集中于半径的圆环上，为当量RR摩擦半径。夹具体（即螺母）对螺杆的作用力有垂直于螺纹面的正压力N及螺纹面上的摩擦力，其合力为,此力分布于整个螺纹面，计算时，可视为1FN集中在螺纹中经处。根据平衡条件，对螺杆中心线的力矩去零，即【2】02FNQM式中原始力矩，【2】；QML螺母对螺杆的作用力矩；NM【2】2TAN2SIN11DWDN工件对螺杆的摩擦力矩；2F【2】TAN22RRF即0TAN21DLQ可得【2】TAN2“TAN21NRQLW式中W夹紧力，N；Q原始作用力，N；L作用力臂，MM；螺纹升角；螺纹中径，MM；2D螺纹处摩擦角；1螺杆端部与工件的摩擦角；2螺母与螺杆的当量摩擦角，；“1TAN15ARCT“1螺杆端部与工件的当量摩擦半径，MM；由于此螺旋夹紧机构R是圆环面接触形式，所以，其中D和D0如图41所示。2031R故夹紧力为（51）21TAN2“TANRQLW查【4】表122127可知Q70N，L120MM，382509113MR78将上面数据带入（51）公式得夹紧力为NW350校核夹紧的强度查【4】的表126可知，螺纹公称直径为M10时，其许用夹紧力为3924N，加载螺母上的夹紧扭矩为9320，由于夹紧力计算得3550N小MN于许用值，而扭矩计算得092也小于许用值，因此强度满足要求。六、夹具体设计图61夹具体设计的要点和依据【1】有1本夹具体毛胚采用铸造的制造方法,易于加工，抗压强度和抗震性较好，由于对材料无特殊要求，因此选用HT200；2结构形式采用半开式，便于工件的装卸、便于制造装配和检验，安装基面形式采用两端接触，能提高夹具安装精度和减少加工面积；3夹具体安装各元件，为减少加工面积，一般铸造出35MM凸台，在此设计3MM的凸台，如图所示，共四处地方；4铸造结构壁厚一般选取830MM，为了保证强度和避免受力集中，应保证壁厚均匀，根据导向装置的设计，确定壁厚为15MM；5钻床的夹具体不需要安装另外的定位元件来确定夹具在工作台的位置，这一任务由夹具上的钻套完成；6已经在夹具体的左右两端设计耳座，为钻孔时能稳定固定夹具；7在夹具体的两侧是各有一个台阶，这个台阶的设计是用于安装活节螺栓，保持壁厚均匀。8夹具体上的通孔、螺纹孔都是根据所装元件的要求来设计的。9技术要求有1）铸件不得有裂纹、气孔、砂眼、缩松、夹渣等铸造缺陷，浇口、冒口、结疤、粘砂应清除干净。2）铸件在机械加工前应经时效处理。3）未注明的铸造圆角R23MM。七、绘制总图及确定主要尺寸、公差和技术要求当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式，如图71所示，夹具行成框式结构，刚性较好。最后绘制夹具总图（图71）并按要求标注夹具有关的尺寸、公差和技术要求。技术要求1零件在装配前必须