变速叉（第二速及第三速）钻M10螺纹孔夹具设计

课程设计说明书题 目 变速叉（第二速及第三速）钻M10螺纹孔夹具设计专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二 年 月 日目录第一章 机械加工工艺规程设计41.1 零件的分析41.1.1 零件的作用41.2 变速叉（第二速及第三速）加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施51.2.1 孔和平面的加工顺序51.2.2 孔系加工方案选择51.3 变速叉（第二速及第三速）加工定位基准的选择61.3.1 粗基准的选择61.3.2 精基准的选择61.4 变速叉（第二速及第三速）加工主要工序安排71.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定101.6 毛坯种类的选择111.7 选择加工设备和工艺装备121.7.1 机床选用121.7.2 选择刀具121.7.3 选择量具121.8 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定121.9确定切削用量及基本工时（机动时间）132夹具设计212.1设计思想212.2定位基准的选择212.3切削力及夹紧力的计算222.4误差分析与计算232.5导向方案及导向元件的选择和设计242.6夹具操作说明25总 结26参考文献27致 谢28 全套图纸加153893706第一章 机械加工工艺规程设计1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用题目给出的零件是变速叉（第二速及第三速）。变速叉（第二速及第三速）的主要作用是保证各安装孔之间的中心距及平行度，并保证部件正确安装。因此变速叉（第二速及第三速）零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。图1.1 零件图1.1.2 零件的工艺分析由变速叉（第二速及第三速）零件图可知。变速叉（第二速及第三速）零件，它的外表面上有平面需要进行加工。R62mm系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： 1.以19mm孔为中心的加工表面.这组加工表面包括:19mm孔及其倒角, 19mm孔的上端距其中心12mm的两个端面,还有孔下端M10的螺纹孔.2.以R62孔为中心的加工表面.这组加工表面包括: R62孔mm的孔及其倒角, R62孔的孔的侧面,距M10螺纹孔中心线44.7mm.这两组加工表面有着一定的位置要求,主要是:R62孔孔与其外端面垂直度公差为0.1mm.1.2 变速叉（第二速及第三速）加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该变速叉（第二速及第三速）零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于变速叉（第二速及第三速）来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。1.2.1 孔和平面的加工顺序变速叉（第二速及第三速）类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工变速叉（第二速及第三速）上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。变速叉（第二速及第三速）的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。变速叉（第二速及第三速）零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。1.2.2 孔系加工方案选择变速叉（第二速及第三速）孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。根据变速叉（第二速及第三速）零件图所示的变速叉（第二速及第三速）的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。（1）用镗模法镗孔在大批量生产中，变速叉（第二速及第三速）孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。（2）用坐标法镗孔在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。用坐标法镗孔，需要将变速叉（第二速及第三速）孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。1.3 变速叉（第二速及第三速）加工定位基准的选择1.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）保证各重要支承孔的加工余量均匀；（2）保证装入变速叉（第二速及第三速）的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以变速叉（第二速及第三速）的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距端面平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。现选取19mm孔的外轮廓不加工面作为粗基准,利用一组共两个V形块夹持外轮廓做为主要定位面,以消除自由度.1.3.2 精基准的选择从保证变速叉（第二速及第三速）孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证变速叉（第二速及第三速）在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速叉（第二速及第三速）零件图分析可知，它的端面平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是变速叉（第二速及第三速）的装配基准，但因为它与变速叉（第二速及第三速）的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。精基准的选择主要考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复.1.4 变速叉（第二速及第三速）加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。变速叉（第二速及第三速）加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工端面平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于端面平面加工完成后一直到变速叉（第二速及第三速）加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，端面面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于变速叉（第二速及第三速），需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现将变速叉（第二速及第三速）加工工艺路线确定如下：工艺路线一：工艺路线工序号工序名称工 序 内 容10锻锻造毛坯20时时效处理30铣粗铣19mm孔两端面40钻1、 钻孔18.5mm；(19mm孔底孔）2、 铰孔19mm；3、19mm孔倒角1*45050镗粗镗、精镗R62mm孔；并进行1X45倒角60铣粗铣、精铣R70半圆弧端面（宽度为8的两侧面）70铣铣M10螺纹孔端面（A向）80铣铣右端面（距离19mm孔中心31.2端面）90钻扩钻扩16mm孔100钻攻钻M10螺纹孔并倒角120，攻螺纹M10；110钳工去毛刺120检验检验入库工艺路线二：工序号工序名称工 序 内 容10锻锻造毛坯20时时效处理30铣粗铣19mm孔两端面40钻钻孔18.5mm；(19mm孔底孔）铰孔19mm；19mm孔倒角1*45050 钻攻钻M10螺纹孔并倒角120，攻螺纹M10；60镗粗镗、精镗R62mm孔；并进行1X45倒角70铣粗铣、精铣R70半圆弧端面（宽度为8的两侧面）80铣铣M10螺纹孔端面（A向）90铣铣右端面（距离19mm孔中心31.2端面）100钻扩钻扩16mm孔110钳工去毛刺120检验检验入库上述方案主要是以19mm孔位基准,M10螺纹,槽的两侧面,这样可以修正由于基准不重合造成的加工误差,同时也照顾了加工路线方便的特点.综合选择方案：工序号工序名称工 序 内 容10锻锻造毛坯20时时效处理30铣粗铣19mm孔两端面40钻3、 钻孔18.5mm；(19mm孔底孔）4、 铰孔19mm；3、19mm孔倒角1*45050镗粗镗、精镗R62mm孔；并进行1X45倒角60铣粗铣、精铣R70半圆弧端面（宽度为8的两侧面）70铣铣M10螺纹孔端面（A向）80铣铣右端面（距离19mm孔中心31.2端面）90钻扩钻扩16mm孔100钻攻钻M10螺纹孔并倒角120，攻螺纹M10；110钳工去毛刺120检验检验入库1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“变速叉（第二速及第三速）”零件材料为20钢，生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。“变速叉”零件材料为20钢,毛坯重量约1.5Kg,生产类型为大批量生产,采用锻锤上合模锻毛坯.根据上述资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:1. 19mm孔的两个上端面参照表3.1-56, 其加工余量Z=2mm.2. R62mm孔的两侧面,铣削公差-0.22mm. 参照表3.1-56, 其加工余量Z=2mm.精铣余量:单边0.7mm(见表8-31),铣削余量:Z=2.0-0.7=1.3mm,锻件偏差mm。由于设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整法加工.因此在计算最大,最小加工余量时,应按调整法加工方式予以确定.5. 19mm孔参照, 其加工余量2Z=2mm.钻孔18.5mm,铰孔19mm.6. R62mm孔参照, 其加工余量2Z=2.5mm.粗镗R59.5mm,精镗R62mm.厚度为8mm的两端面尺寸加工余量和工序间余量.毛坯名义尺寸:8+2*2=12mm毛坯最大尺寸:12+1.3*2=14.6mm毛坯最小尺寸:12-0.5*2=11mm粗铣后最大尺寸:8+0.7*2=9.4mm粗铣后最小尺寸:9.4-2*0.22=8.96mm精铣尺寸与零件尺寸相符,即8mm.1.6 毛坯种类的选择零件材料为20钢，考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用砂型锻造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为ZG35、生产类型为批量生产、结构形状不是很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择锻造成型。1.7 选择加工设备和工艺装备1.7.1 机床选用.工序端面加工是铣加工。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用铣床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的X52K型铣床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表.-。.工序钻孔，选用Z525摇臂钻床。1.7.2 选择刀具.在铣床上加工的工序,一般选用硬质合金铣刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金铣刀.钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册（主编 孟少农），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。1.7.3 选择量具本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。1.8 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“连接座” 零件材料为20钢，查机械加工工艺手册（以后简称工艺手册），表2.2-17 各种铸铁的性能比较，灰铸铁的硬度HB为143269，表2.2-23 灰铸铁的物理性能，20钢密度=7.27.3（），计算零件毛坯的重量约为2。表1-1 机械加工车间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型（零件重2000kg）中型（零件重1002000kg）轻型（零件重100kg）单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上根据所发的任务书上的数据，该零件的月工序数不低于3050，毛坯重量21902506.04.0端面、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于端面面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。1.9确定切削用量及基本工时（机动时间）工序20 粗铣19mm孔两端面机床：铣床X6132刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。齿 切削速度：参考有关手册，确定V=27m/min。采用高速钢三面刃圆盘铣刀，Z=10。工序30 钻铰19mm孔,并倒角1*45两端. 1.钻孔18.5mm机床：立式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39选高速钢锥柄麻花钻头。 ,V=17m/min. 采用高速钢钻头, 2.铰孔19mm. 采用高速钢绞刀,V=14.7m/min. 3. 19mm孔倒角1*45两端. 采用900锪钻,为缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与铰孔相同. 工序40粗镗、精镗R62mm孔；进行1X450倒角机床：镗床T68刀具：高速钢刀具（1） 粗镗R62mm孔 采用双刃镗刀,V=40m/min. (2) 精镗82.2mm孔. V=35m/min (3) 82.2mm孔1*45度倒角. V=16m/min 工序50 粗铣、精铣R62mm孔端面(1) 粗铣R62mm孔端面.机床：XA6132型万能升降台铣床刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。 采用高速钢圆柱铣刀,Z=10,V=20m/min (2) 精铣R62mm孔的两端面机床：XA6132型万能升降台铣床刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。齿 采用高速钢圆柱铣刀,V=31m/min. 工序70 铣M10螺纹孔端面（A向）机床：立式铣床X52K刀具：高速刚圆柱形铣刀 粗齿数铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表30-13，取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表30-23，取，机床主轴转速： 式（2-1）取=30, =63代入公式（2-1）得：根据机械加工工艺师手册表11-4，取实际铣削速度：工作台每分进给量： 式（2-2）取=，=代入公式（2-2）得：取根据机械加工工艺手册 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间： 式（2-3）取，, 代入公式（2-3）得：工序80 铣右端面（距离19mm孔中心31.2端面）机床：立式铣床X52K刀具：高速刚圆柱形铣刀 粗齿数铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺师手册表30-13，取铣削速度：参照机械加工工艺师手册表30-23，取，取=30, =63代入公式（2-1）得：机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表11-4，取实际铣削速度：取=，=代入公式（2-2）得：工作台每分进给量：根据机械加工工艺师手册 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1取，代入公式（2-3）得：机动时间：工序90 钻扩16mm孔机床：立式钻床 Z525 刀具：麻花钻、扩孔钻、（1）、钻16mm孔至15mm切削深度：进给量：根据机械加工工艺师手册表28-10，取由于本零件在加工孔时属于底刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则根据机械加工工艺师手册表28-13，取取切削速度取=24, =9代入公式（2-1）得机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：（2）、扩16mm孔切削深度：进给量：根据机械加工工艺师手册表28-30，参照机械加工工艺师手册表28-31，取切削速度：参照机械加工工艺师手册表28-31，取取=25, =10.5代入公式（2-1）得机床主轴转速：，根据机械加工工艺师手册表9-3取实际切削速度： 根据机械加工工艺师手册表28-42被切削层长度：刀具切入长度 刀具切出长度： 走刀次数为1取，, ,代入公式（2-4）得：机动时间：工序100 钻M10螺纹孔并倒角1200；攻螺纹M10； (1)钻M10螺纹孔并倒角1200机床：钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头 采用麻花钻,V=20m/min. （2） 攻螺纹M10.机床：钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金丝锥 V=6m/min 2夹具设计2.1设计思想利用本夹具主要用来钻攻M10x1螺纹孔，加工时要满足粗糙度要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。2.2定位基准的选择由零件图可知：在对M10x1螺纹孔进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，孔进行了钻、扩、铰加工，R62进行了粗、精镗加工。因此，定位、夹紧方案有：方案：选底平面、工艺孔和大头孔定位，即一面、心轴和棱形销定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。该心轴需要在上面钻孔，以便刀具能加工工件上的小孔。方案：选一孔两面定位方式，工艺孔用圆柱销，端面和凸侧面为定位基准，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压块来夹紧。分析比较上面二种方案：方案中的心轴夹紧、定位是不正确的，孔端是不加工的，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。心轴上的开孔也不利于排销。通过比较分析只有方案满足要求，而保证其尺寸公差要求。图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择端平面和凸侧面和一孔为定位基准来设计钻模，从而满足孔的加工要求。工件定位用两面和一孔定位限制5个自由度。2.3切削力及夹紧力的计算钻该孔时选用：立式钻床Z525，刀具用高速钢刀具。由参考文献14查表可得：切削力公式： 式中 查表得： 其中： 即：实际所需夹紧力：由参考文献14表得：有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献14表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用圆偏心夹紧机构。取，查参考文献141226可知夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由参考文献14可查得： 其中： 螺旋夹紧力：由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。2.4误差分析与计算该夹具以两面一孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为12.5。该孔次性加工即可满足要求。由参考文献14可得：夹紧误差 ： 其中接触变形位移值：由参考文献14表1215有。磨损造成的加工误差：通常不超过夹具相对刀具位置误差：取2.5导向方案及导向元件的选择和设计导向方案的选择 由于零件的生产类型为大批生产，考虑钻套磨损后可以更换，选择标准结构的可换钻套。根据参考文献14，钻套至工件表面的距离按（11.5）d = 57.5 mm选取，考虑本工序加工时钻头较细，防止切削把钻头憋断，应有足够的排屑空间，钻套至工件表面的距离取6mm。导向元件的设计 根据参考文献14，衬套与钻模板的配合可以选H7/n6，钻套与衬套的配合可以选F7/m6。根据参考文献14，确定可换钻套。根据参考文献14，确定衬套。定位误差的 计算根据参考文献14，导向误差为：式中:d可换钻套内孔最大直径；d1钻头最小直径，根据GB3136-85 ；d2可换钻套外径最小直径d3固定衬套内孔最大直径e可换钻套内外径轴线的偏心量l 可换钻套导向长度 h钻套至工件之间的距离；b钻孔深度K配合间隙的概率系数m可换钻套安装偏心的概率系数；p钻头偏斜的概率系数将以上各个参数代人上式得：T = 0.035mm1/3 X 0.2mm,可以保证位置度要求。偏心轮兼有定心和夹紧的作用，能保证槽面与偏心轮接触良好，定位误差小，而且结构简单，操作方便。2.6夹具操作说明本夹具用于在钻床上加工M10x1螺纹孔。工件以端平面、凸侧面一孔为定位基准，在带台肩心轴和支撑板上实现完全定位。采用圆偏心机构推动压块夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。总 结加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，