K57-倒档变速叉零件的工艺规程与钻φ16孔夹具设计【版本2】
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机械加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 产品名称 零件名称 倒档变速叉 共 1 页 第 1 页 材 料 牌 号 坯 种 类 铸件 毛坯外形尺寸 45 86 每毛坯件数 每 台 件 数 备 注 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 车 间 工 段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准终 单件 10 粗铣 粗铣 24右端面，使两端面距离为 42 6022 20 钻孔 钻 15 30 扩孔 扩 40 粗绞 粗绞 50 精绞 精绞 16 60 钻孔 钻 8直与 16 70 攻丝 攻 1的螺纹 80 粗铣 粗铣宽 15 6022 90 半精 铣 半精铣 宽 15 6022 100 粗铣 粗铣 6022 110 精铣 精铣 6022 120 去毛刺 130 检验 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 1 目录 序 言 . 2 一、零件的分析 . 3 二、工艺规程的设计 . 4 三、 钻套的设计 . 8 四 夹紧方案的设计 . 10 五 夹具体的设计 . 11 六 其他装置的设计 . 12 七 技术条件的制定 . 14 八 夹具精度 的分析 . 15 九 夹具的工作原理简介 . 16 十 心得体会 . 16 十一 献 . 17 2 序 言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离 不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 倒档变速叉 工工艺规程及钻孔夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。 本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以 在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 3 一、零件的分析 一零件的作用 题目所给的是变速箱中的变速叉，它 的主要作用是推动倒档齿轮向输入轴传动齿轮移动并与之啮合，使汽车实现倒行。再换倒档时，拨叉将受到较大的冲击。 二零件的工艺分析 该拨叉为精密铸件，铸造表面光洁，平整，无裂痕，毛刺，分层，缩孔，缩松等铸造缺陷。 从零件图上看，该零件 是典型的叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。为大批量生产的铸件。其主要加工的有 16 的孔表面粗糙度为 脚面尺寸要求公差尺寸为自由公差，表面粗糙度为 保证与 16 轴线的垂直度为 粗糙度为 面要求淬火处理，硬度要求为 4553过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工 要求比较容易保证，我们通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。 5个加工表面分别是： （ 1） 16 孔的上端面 ; （ 2）加工 16 的孔内表面；（ 3）拨叉两端面，保证尺寸 9 4）钻，扩，铰螺纹孔；（ 5）加工 弧槽 ； 4 二、工艺规程的设计 确定毛坯的制造形式 零件材料为 虑到变速叉运行时经常需要挂档倒车或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料的零件强度也能得到保证。由于零件成批生产 ，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2 级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。 有上述工艺要求与资料，对毛坯初步设计如下 : 6由于 16毛坯设计时，不宜设计底孔，因此毛坯采用实心铸造，以确保毛坯成功率。 叉口两侧面粗糙度均为 行一次粗铣即可满足光洁度要求。根据资料可知，毛坯的叉口厚度定为 粗糙度没有要求，直接铸出 基准的选择 基准的选择是工艺规程设计 中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺问题百出，更有甚者，造成生产无法进行。 1 粗基准的选择 对于零件而言，粗基准的选择对于后面的精加工至关重要，从零件图上看出，变速叉较不规则，所以粗基准不太容易选择，为了保证 16孔的精度要求，选 16孔下端面为粗基准。 2 精基准的选择 以 16孔下端面为粗基准，加工 16 孔的上端面，然后以加工过的上端面为精基准加工 16内孔，从而保证加工精度。 制定工 艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度的技术要求 5 能得到合理的保证，在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外还应当考虑经济效果，以便生产成本尽量降低。 10 铸造 铸造 20 铣 粗铣 24右端面 30 钻 钻，扩，铰 16孔 40 热 淬火 E 表面和 50 铣 精铣 面 60 车 车 圆 70 铣 铣宽 15槽 80 钻 钻 纹底孔，攻丝 5 去毛刺 90 检验 检验入库 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 : 1、圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下： 加工 表面 加工 内容 加工余量 精度等级 工序 尺寸 表面粗 糙度 16 钻 5 铰 铰 6 定切削用量及时间定额： 1 钻 15孔，以 15孔的下端面为定位基准，采用 6 加工要求： 钻 15 孔 ，加工余量 机床： 床； 刀具：根据切削手册表 择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 5头采用双锥后磨横刀，后角 o 12 ，二重刃长度 横刀长 b=2 l=4带长度 ， 1002 ， 30 选择切削用量 （ 1）确定进给量 按 加工要求确定进给量：查切削手册， ， 4 2 / 1 6 2 . 6 3 3l d ，由切削手册表 数为 ： ) 按钻头强度选择 :查切削手册表 头允许进给量为： ； 按机床进给机构强度选择：查切削手册表 床进给机构允许轴向力为 8330给量为 。 以上三个进给量比较得出，受限制的 进给量是工艺要求，其值为： r。根据简明手册表 终选择进给量 。 由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。 根据切削手册表 出 ,钻孔时轴向力 500N，轴向力修正系数为 500N。根据 式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为 8830N所选进给量可用。 （ 2）确定钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查简明手册 ）为 命 （ 3）切削速度 查切削手册表 削速度计算公式为： （ m/ 其中， v ， 80 ， 25.0 125.0m ， 2 2 2 2D G T A K ， 055.0 22.0f ，查得修正系数： 0.1 85.0 0.1故实际的切削速度： m 5.0 mv c （ 4）检验机床扭矩及功率 7 查切削手册表 fd o19， m，修正系数均为 m。 查机床使用说明书： m。 查切削手册表 头消耗功率： 查机床使用说明书， 。 由于 M ，P ，故切削用量可用，即： ， m 72 c ， mv c 3、计算工时 m 2 42 m 以 15上 、下 端面为定位基 准，采用 床加专用夹具； 查切削手册表 孔进给量为： ，并由机床使用说明书最终选定进给量为： 。 根据资料，切削速度 钻，其中 钻v 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故 ：m 4.0 ， m 9 rn s ， 根 据 机 床 使 用说 明 书 选 取 ： 7 。 基本工时 ： m 粗铰 以 15上 、下 端面为定位基准，采用 刀具：专用铰刀 机床： 根据有关手册的规定，铰刀的进给量为 z,进给量取 r，机床主轴转速取为 140r/其切削速度为： m 1.6 。 机动时切削工时， 42l m 0 4242 精铰 16孔 ， 以 15上 、下 端面为定位基准，采用 专用夹具； 刀具： w 机床： 根据有关手册的规定，铰刀的进给量取 f r，机床主轴转速取为： 140r/其切削速度为： m 7.9 8 快换钻套机动时切削工时， 42l 2 4 2 0 . 6 2 5 m i 0 0 . 4 8 三 、钻套 设计 因本次设计的夹具为 钻扩铰 16的孔。该夹具适用于 臂钻； （ 一 ） 、 基准选择分析 从对工件的结构形状分析， 由于钻的是通孔所以 Z 方向的移动可以不必限制，又该零件是在圆柱上钻孔 所以 此该零件只需限制住四个自由度。 （二） 、 钻套的选择 由于该夹具属于钻模，所以该夹具的导引装置是钻套 。 钻套又分为 ： 1、固定 钻套，它的特点是直接压入钻模板或夹具体上的，其外圆与钻模板的配合，因此钻套磨损后不易更换。 2、可换钻套， 它的特点是在磨损后，可以随时更换，因为它在钻模板与钻套之间加了衬套。 3、快换钻套，它的特点是 当加工同一孔时需要更换几把刀具依次进行钻、扩、铰孔加工时， 则要求钻套孔径适应不同刀具的需要。为了缩短钻套更换时间，应采用快换钻套。在更换钻套时，只需要将它反时针方向转动，使钻套上削边部分对正螺钉头部，即可快速取出 。 4、特殊钻套它的特点是工件的形状或尺寸的限制，不能采用上述标准钻套时采用的。由于该孔的表面质量要 求较高，不能一次加工出来，它需要经过钻 扩 铰才能达到加工要求。按照上面所述应该选择快换钻套 。（附图） （ 三） 、 钻套内径与公差带的确定 钻套的结构尺寸在标准中已有规定，设计时，可以参照国标或 有关手 册。 但钻套的内径及公差带的确定要自行设计。 因为钻套与刀具的配合间隙的大小，直接影响被加工孔的位置精度，因此 应 根据钻套所引导的刀具种类和被加工孔的精度要求按照下述方法确定钻套的内径与公差带。 9 1、钻套内径的基本尺寸，应等于所引导刀具的最大尺寸。 2、因为由钻套引导的刀具，都是标准的钻头 、扩孔钻、铰刀这一类定尺寸的刀具，所以钻套内径与刀具的配合，应按基轴制来选定。 3、钻套内径与刀具之间，应保证有一定的配合间隙，以防止俩者发生咬死现象。一般根据所引导的刀具的种类和工件精度要求来选取钻套的公差带 ，扩孔和钻孔时选取 铰时选取铰时选用 4、由于标准钻头的最大尺寸都是所加工孔的基本尺寸，故钻头的钻套内径就只须按孔的基本尺寸取公差带为 5、如果钻套引导的不是刀具的切削 部分，而是刀具的导柱部分时，也可按基孔制的相应配合选取钻套内径，即： H7/7/6/ 因为该工件 先 用 15 的麻花 钻钻孔 ，该麻花钻的最大极限尺寸就是 157。故钻套内径尺寸与公差带为 15 根据 号扩孔钻的尺寸为 扩孔时钻套内径的尺寸与公差带应为 15 铰孔时使用的是标准铰刀 16孔时钻套内径的基本尺寸为 铰刀的最大极限尺寸），其公差带按 钻套内径的尺寸与公 差带为 （四）、 导向长度 H 的确定 钻套的导向长度 H 对刀具的导向作用影响很大 ， 具在钻套内不易产生偏向斜，但会加快刀具与钻套的磨损； H 过小时，则钻孔时导向性不好。通常取导向长度 H 与孔径之比为 H/d=1 精度要求较高或加工孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则 H/该孔的直径为 16，取 2倍直径，则 H=32（附图 3 图 3 图 3五） 、 排屑间隙 h 的确定 排屑间隙 h 值的大小（附图 3于排屑、导向有很大的影响。 h 值过小，切屑不能自由排出，特别是加 工塑性材料时，切屑易阻塞在工件与钻套之间，有可能钻套顶出，还会损坏 10 加工表面和将钻头折断。 h 值过大，则将使刀具的引偏增大，不能发挥钻套引导刀具的作用 而影响加工精度。 确定 按下面的经验公式进行。 加工铸铁时 h=(0.6)d 加工钢件等塑性材料时 h=(1.0)d 式中 式中系数的选取方法是；材料越硬，系数应取小值；钻小孔时，系数应取大值。但也有几种特殊情况需另行考虑。 1、 孔的位置精度要求高，需要钻套引导作用良好时 ，可允许取小的 h=0）。 2、 在斜面上钻孔或钻斜孔时，为了减少刀具引偏或折断刀具， h= 3、 钻深孔（ L/d5）时，要求排屑畅快，这时， h= 因为该工件的材料是 于第一 个经验公式的范围。取系数为 排屑间隙 h 的值为 。 四、 夹紧方案的设计 （ 一 ） 、 夹紧装置的作用 工件的定位是使工件在夹具上占有一个正确的位置。但要使工件在加工过程中此加工位置不变，即不会由于切削力、工件重力、惯性力和离心力等的作用发生位置的 变化或产生振动，夹具上还应设有夹紧装置把 工件压紧夹牢在定位元件上，以保证加工工件精度和安全。 （ 二 ） 、 夹 紧装置的组成 加紧装置一般分为俩大组成部分： 1、产生力源（原始作用力）部分 对于力源来自机械或电力的，一般称为传动装置。常用的有气压、液压 、电力等传动装置。力源来自人力的，则称为手动夹紧。 2、夹紧部分 接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并夹紧工件的部分。 在夹紧装置的设计中，要求其结构合理、简单，操作方便，使用安全，夹紧可靠。要满足这些要求，必须正确的解决夹紧力的大小、方向、作用点问题。 （ 三 ） 、 夹紧力的确定 1、夹紧力的方向 （ 1）、夹紧 力应指向主要定位面 11 形块挡块销螺母挡块销套筒螺母（ 2）、夹紧力应尽可能和切削力、工件重力同向 （ 3）夹紧力的方向应有助于定位稳定 2、夹紧力的作用点 （ 1）、夹紧力的作用点应尽可能的落在定位元件的支承范围内 （ 2）、夹紧力应落在工件刚性较好的部位 （ 3）、夹紧力的作用点应靠近加工表面 3、夹紧力大小的确定 夹紧力的大小，对工件安装的可靠性，工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度都有很大的关系。如夹紧力太小则工件夹不牢，而夹紧力过大则会引起工件与夹具的变形，甚至破坏定位。 在加工过程中，工件受切削力、离心力、惯性力和工件自身重力 等的作用， 而且在有些切削过程中还会有冲力。因此要准确的计算出夹紧力的大小是十分困难的。因此在设计夹紧装置时，常采用下述俩种方法来确定所须夹紧力的大小；一是根据同类夹具的使用情况，用类比法进行估算，这种方法在生产中应用的比较广泛；一是根据加工情况，确定出工件在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态， 再将此时工件所受的各种外力看做静力，并用静力平衡原理，计算出所需的夹紧力。可用如下的公式计算，即 F 式中 N）； F 静力平衡原理计算出 的夹紧力（ N）； 加工时，取 K=3；精加工时，取 K= 综上所述 由于该工件自身的特点，可采用螺旋压紧机构 。螺旋压紧机构的特点是结构简单、容易制造、自锁性能好。方案一 左端用螺母旋入并靠在夹具体上，右端 也旋入螺母靠在挡块上。（如图 4案二左端旋入螺母靠在夹具体上，右端插入套筒和挡块再旋入螺母。 （如图 4 2）。 图 4 4 五 、 夹具体的设计 设计夹具体的注意事项及其作用 考虑到钻削加工的特点，设计 夹具体时，应注意以下几个方面的问题。 12 焊接（ 1）、夹具体要有足够的刚度和强度。合理的设置加强筋，以使夹具体在夹紧力作用处的刚性较好。 （ 2）、夹具体的结构与定位元件、夹紧元件等组成部分的结构和布置有关，在满足加工要求的基础上应尽量时各组成部分布置得紧凑些，以使夹具体简化。 （ 3）、工件上待加工面应尽可能的靠近工作台，并使夹具的重心降低，以提高夹具在机床上安装的稳固性。夹具体的高度比以 H/B 宜 。 为了用螺钉将夹具紧固在机床的工作台 T 形槽中，夹具体上要合理的设置耳座。如果夹具体的宽度尺寸较大时，可在 同一侧设置俩个耳座。此时俩耳座的距离要和钻床工作台相邻的俩T 形槽之间的距离相一致。 在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪及攻螺纹时用的夹具，称为钻床夹具，俗称钻模。钻模上设置钻套和钻模板，用以引导刀具。钻模主要用于加工中等精度、尺寸较小的孔或孔系 间的位置精度，其结构简单、制造方便，因此钻模在各类机床夹具中占的比重最大。 钻模的种类繁多，按钻模在机床上的安装方式可分为固定 式和非固定式俩类，按钻模的结构特点可分为普通式、分度式、盖板式、翻转式、以及斜孔式等。 综上所述 ： 根据该工件自身的加工要求，该 钻模选择固定式的，它 的特点是在加工过程中，钻模在机床上的位置始终保持不变的，它主要用于在立式钻床上加工一个孔或在摇臂钻床上加工平行孔系 。如图 5示这个钻模的夹具体采用焊接结构。夹具体底板 1 的四周都留出可供固定的部位即耳座 。 它的尺寸为 200 X 宽 X 高 单位 夹具体支撑板 2 的尺寸为 200 X 宽 X 高 单位 图 5、 其它装置的设计 13 （ 一 ） 、 钻模板的设计 钻模板是用来安装钻套，并和夹具体想连接。它决定着钻套在夹具上的正确位置 ，因而要求具有一定的精度和强 度、刚度。 根据它与夹具体的连接方式不同，可分为以下几种类型。 （ 1）固定式钻模板 这种钻模板直接固定在夹具体上，即可与夹具体铸造成或焊接成一整体，或用销钉、螺钉装配成一整体。由于钻模板上的钻套相对于夹具体和定位元件的位置是固定不变的，所以加工孔后的位置精度较高。 但装卸工件有时不方便。 （ 2）铰链式钻模板 铰链式钻模板是通过销轴与夹具体或固定支架连接在一起的。钻模板可绕铰链轴翻转。铰链轴和钻模板上相应的孔的配合为基轴制间隙配合（ G7/铰链轴和支座孔的配合为基轴制过盈配合（ N7/钻模板支座俩侧 面之间的配合则按基孔制间隙配合（ H7/当钻孔的位置精度要求较高时，应与以配制，并将钻模板和支座俩侧面的配合间隙控制在 这类钻模板，装卸工件比较方便，对于钻孔后要锪窝、攻丝等时尤 为适宜。只要将铰链式钻模板翻开，就可方便的进行锪窝、攻丝。 但是，由于铰链处存在间隙，所以它的加工精度不如固定式钻模板高，在结构上也较复杂。 （ 3）可卸式钻模板 可卸式钻模板以俩孔在夹具上的圆柱销和削边销定位，并用铰链螺栓和圆螺母把钻模板和工件一起夹紧。装卸工件时需要将钻模板取下和装上，使得装卸 工件费时 费力。但钻孔精度较高，一般用于质量不大而且其他形式的钻模板不便于装卸工件时。 （ 4）悬挂式钻模板 将钻模板悬挂在钻床主轴上，并随主轴一起运动，钻模板随钻床主轴一起下降，并依靠弹簧压缩是产生的压力，钻模板可将工件压紧在夹具体的定位元件上。这类钻模板多用于组合机床与多轴传动联用。 不论采用那一类钻模板，在设计时都应使其具有 足够的刚度，以保证钻套间的位置精度和加工的稳定性，但不能过厚过重。钻模板的厚度一般根据钻套的高度确定。如果钻套的高度太大，可把钻模芭局部加厚，并使钻模板四周边加强或设置加强筋。 综上所述： 该 工件取固定式钻模板即可。 （ 二 ） 、 螺栓的设计 14 考虑到夹具的刚度及整体结构的对称性，夹具体与工作台的连接选用 螺栓。用来连接钻模板和夹具体的螺钉选用 （ 三 ） 、 销的设计 用来定位的销是菱边销，它的尺寸 可由下面的表格查到因其基本尺寸。它的基本尺寸为 12 68202532b 2 3 4 5 6 6 B 22222、 技术条件的制定 夹具 总装图上技术要求的确定 为了保证夹句具的工作精度，除了确定有关尺寸的精度外，对各有关元件之间和各元件的有关表面之间的相互位置精度也需要提出一定的要求。这些相互位置要求，一般统称技术要求。它们可用符号表示，也可以用文字形式加以说明。 总的可分为下列几个方面； （ 1） 定位元件之间的相互位置要求。 （ 2） 定位元件与夹具的安装基面或定位键之间的相互位置要求。 （ 3） 对刀元件与夹具安装基面或定位键之间的相互位置要求。 （ 4） 对刀元件定位元件之间的相互位置要求。 （ 5） 对刀元件之间的相互位置要求。 上述技术要求应根据不 同的夹具类型而取舍之。其数值的确定 ，凡与工件加工技术要求直接有关者，同样可按工件加工技术要求所规定数值的 1/2 1/5 选取；若与工件加工技术要求无直接关系时，则可参考下列数据选用： （ 1） 同一平面上的支承钉或支承板的等高允差一般不大于 （ 2） 定位元件工作表面对定位键侧面的平行度 或垂直度，一般不大于 100： （ 3） 定位元件工作表面对夹具体底面的平行度或垂直度，一般不大于 100： （ 4） 钻套轴线对夹具体底面的垂直度不大于 100： （ 5） 钻模上前后镗套的 同轴度不大于 （ 6） 对刀块工作表面对定位元件工作表面的平行度或垂直度不大于 100： 综上所述；（ 1）、该夹具的总装图上应标注的尺寸主要有夹具 外形的最大轮廓尺寸、钻套与 15 衬套、衬套与钻模板的配合种类和精度等级、钻套内径尺寸及公差、定位元件之间的联系尺寸等，如图所示。 针对零件公序加工的具体要求，应在夹具上规定相应的技术要求。而确定它们的公差值时，可根据经验按工件加工技术要求所规定的 1/2选取。必要时，需用误差计算不等式加以验算。现确定该钻模的技术要求如下： （ 1）、定位表面 C 对夹具安装基面 （ 2）、钻套轴线对 八 、 夹具精度分析 （ 一 ） 、工件的定位误差 定位精度是说明我们所选择的定位方法及定位元件能 否满足加工要求的一个重要因素，则精度分析是设计夹具的一个必要的环节。而定位精度的高低，是依据定位时所产生的定位误差大小体现的。 定位误差 （ D） 是指一批工件、逐渐个地在夹具上定位时，各工件在夹具上所依据的位置不可能完全一致，以致于使加工后工件的工序尺寸存在误差。定位误差产 生的原因，一是工件的定位基面的制造误差引起；二是定位基准未选择工序基准所引起 。它包括俩个方面：一、基准不重合误差；二、基准位移误差 （ 二 ） 、 影响加工精度的因素 用夹具装夹工件进行机械加工时，影响加工精度的因素很多，除了定位误差外，还有以下几种误差。 （ 1）、加工方法误差 G 因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统在加工过程中的受力变形和热变形等因素所引起的加工误差统称加工方法误差。因该项误差影响 16 因素多，不便于计算，所以常根据经验为它留出工件尺寸公差的 1/3。 （ 2）、对刀误差 （ T） 和夹具 的安装误差 （ A） 因刀具相对于对刀或导向元件的位置不准确而造成的加工误差。 如钻削前，需将钻头神人钻套进行对刀而钻头与钻套间的间隙，会引起钻头的位移或倾斜，造成加工误差。 因夹具在机床上的安装位置不准确而造成的加工误差，称为夹具的安装误差。 （ 三 ） 、保证加工精度的条件 为了保证工件加工后能合格，必须使所有误差对加工尺寸的综合影响不超过加工尺寸公差 ，即 D G T A K ; 考虑到各项误差的方向性，以及各项误差的最大值也很难出现，因此应用概率法叠加，则保证工件加工精 度的条件为 , 即工件的总加工误差 应不大于工件的加工尺寸公差 K 。 根据经验，在设计夹具时，通常是使 ,各占 1/3 K ，其于误差占 1/3 K ，在经过分析后，可按具体情况加以调整。 九 、 夹具的工作原理 简介 此夹具属于一种简单的钻床夹具，因此它的工作原理也非常简单。 在此就简述一下； 第一步；把夹具体放到钻床的工作台上，把耳座和工作台的 T 形槽对齐，用螺栓把夹具体紧固 。第二步；把衬套放入钻模板的孔内，在把钻套放入压紧。第三步；把钻模板放在夹具体上，用销和螺钉紧固。第四步；把工件在夹具体上放好，再把套筒套在工件上，注意要把工件上的孔和套筒上的孔对齐，把销插入里面。 用螺母旋入左端紧固。 第五步； 把挡块套在工件上，再用螺母把挡块压紧即可。完成以上五步就可以加工了。 十 、心得体会 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计 对自己的四年的大学生活做出总结 ,同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的研究生生活打下一个良好的基础。但是这次课程设计的确显得有点心有余而力不足 : 首先是自己的心态问题 ,轻视这次课程设计 ,以为可以像以前一样轻轻松松地通过 ,其次就是基本知识问题 ,以前对基础知识没有很好的掌握，以后需要多加巩固。 总的说来 ,在这次设计中自己学到了很多的东西 ,取得一定的成绩 ,但同时也存在一定的不足和缺陷 ,我想这都是这次设计的价值所在 ,以后的日子以后自己应该更加努力认真 ,以冷静沉着的心态去 办好每一件事情 ! 17 十 一 、参考文献 1.机械制造技术基础课程设计指导书，冯涛等主编。 2机械加工工艺手册，孟少农主编，机械工业出版社 3机械加工工艺设计手册，张耀宸，航空工业出版社 4机械制造技术基础，曾志新主编，武汉理工大学出版社 5机械设计课程设计手册，吴宗泽主编，高等教育出版社 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 设计类型 工艺课程设计 设计 题目 ： 编制倒档变速叉零件的工艺规程与其中 16 孔加工工序的机床专用夹具设计 专业班级 车辆 124 班 学生姓名 陈良松 完成日期 2015 年 11 月 1 日 指导教师 曹付义，曹艳玲 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 目录 序 言 . - 4 - 一、零件的分析 . - 5 - 二、工艺规程的设计 . - 6 - 三、 钻套的设计 . 8 四 夹紧方案的设计 . 10 五 夹具体的设计 . 11 六 其他装置的设计 . 12 七 技术条件的制定 . 14 八 夹具精度的分析 . 15 九 夹具的工作原理简介 . 16 十 心得体会 . 16 十一 献 . 17 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 序 言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技 术水平的重要指标。 倒档变速叉 工工艺规程及钻孔夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。 本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老 师们批评指正。 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 一、零件的分析 一零件的作用 题目所给的是变速箱中的变速叉，它 的主要作用是推动倒档齿轮向输入轴传动齿轮移动并与之啮合，使汽车实现倒行。再换倒档时，拨叉将受到较大的冲击。 二零件的工艺分析 该拨叉为精密铸件，铸造表面光洁，平整，无裂痕，毛刺，分层，缩孔，缩松等铸造缺陷。 从零件图上看，该零件是典型的叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。为大批量生产的铸件。其主要加工的有 16 脚面尺寸要求公差尺寸为自由公差，表面粗糙度为 保证与 16轴线的垂直度为 面要求淬火处理，硬度要求为 4553过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，我们通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 5个加工表面分别是： （ 1） 16 孔的上端面 ; （ 2）加工 16的孔内表面；（ 3）拨叉两端面，保证尺寸 9 4）钻，扩，铰螺纹孔；（ 5）加工 二、工艺规程的设计 确定毛坯的制造形式 零件材料为 虑到变速叉运行时经常需要挂档倒车或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料的零件强度也能得到保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。 有上述工艺要求与资 料，对毛坯初步设计如下 : 6由于 16以铸造，在毛坯设计时，不宜设计底孔，因此毛坯采用实心铸造，以确保毛坯成功率。 叉口两侧面粗糙度均为 行一次粗铣即可满足光洁度要求。根据资料可知，毛坯的叉口厚度定为 粗糙度没有要求，直接铸出 基准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺问题百出，更有甚者，造成生产无法进 行。 1 粗基准的选择 对于零件而言，粗基准的选择对于后面的精加工至关重要，从零件图上看出，变速叉较不规则，所以粗基准不太容易选择，为了保证 16 孔的精度要求，选 16孔下端面为粗基准。 2 精基准的选择 以 16孔下端面为粗基准，加工 16孔的上端面，然后以加工过的上端面为精基准加工 16内孔，从而保证加工精度。 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度的技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万 能机床以及专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外还应当考虑经济效果，以便生产成本尽量降低。 10 铸造 铸造 20 铣 粗铣 24右端面 30 钻 钻，扩，铰 16孔 40 热 淬火 34端面 50 铣 精铣 60 车 车 70 铣 铣宽 1580 钻 钻 丝 5 去毛刺 90 检验 检验入库 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 : 1、圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现 在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下： 加工 表面 加工 内容 加工余量 精度等级 工序 尺寸 表面粗 糙度 16 钻 5 铰 辆与交通工程学院 课程设计说明书 精铰 6 定切削用量及时间定额： 1 钻 15孔，以 15 孔的下端面为定位基准，采用 加工要求： 钻 15孔 ，加工余量 机床： 床； 刀具：根据切削手册表 择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 5头采用双锥后磨横刀，后角 o 12 ，二重刃长度 横刀长 b=2 l=4带长度 ， 1002 ， 30 选择切削用量 （ 1）确定进给量 按加工要求确定进给量：查切削手册， ，4 2 / 1 6 2 . 6 3 3l d ，由切削手册表 数为 ： ) 按钻头强度选择 :查切削手册表 头允许进给量为： ； 按机床进给机构强度选择：查切削手册表 床进给机构允许轴向力为 8330给量为 。 以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：r。根据简明手册表 终选择进给量。 由于是通 孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。 根据切削手册表 钻孔时轴向力 500N， 500N。根据 床进给机构允许的最大轴向力为 8830N 所选进给量可用。 （ 2）确定钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查简明手册）为 命 （ 3）切削速度 查切削手册表 削速度计算公式为： （ m/ 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 其中， v ， 80 ， 25.0 125.0m ，2 2 2 2D G T A K ， 0 55.0 22.0f ，查得修正系数： 0.1 85.0 0.1故实际的切削速度： m 5.0 mv c （ 4）检验机床扭矩及功率 查切削手册表 fd o19， m，修正系数均为 m。 查机床使用说明书： m。 查切削手册表 头消耗功率： 查机床使用说明书， 。 由于 M ，P ，故切削用量可用，即： ， m 72 c ， mv c 3、计算工时 m 2 42 m ， 以 15 上 、下 端面为定位基准，采用 式 钻 床加专用夹具； 查切削手册表 孔进给量为： ，并由机床使用说明书最终选定进给量为： 。 根据资料，切削速度 钻，其中 钻v 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故 ： m 4.0 ， m 9 rn s ， 根据机床使用说明书选取 ： 7 。 基本工时 ： m 粗铰 ， 以 15 上 、下 端面为定位基准，采用 式钻床加专用夹具； 刀具：专用铰刀 机床： 根据有关手册的规定，铰刀的进给量为 z,进给量取r，机床主轴转速取为 140r/其切削速度为： 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 m 1.6 。 机动时切削工时， 42l m 0 4242 精铰 16孔 ， 以 15上 、下 端面为定位基准，采用 专用夹具； 刀具： w 机床： 根据有关手册的规定，铰刀的进给量取 f r，机床主轴转速取为：140r/其切削速度为： m 7.9 机动时切削工时， 42l 2 4 2 0 . 6 2 5 m i 0 0 . 4 8 三 、钻套 设计 因本次设计的夹具为 钻扩铰 16 的孔。该夹具适用于 臂钻； （一）、基准选择分析 从对工件的结构形状分析，由于钻的是通孔所以 该零件是在圆柱上钻孔所以 Y 方向的转动不必限制。因此该零件只需限制住四个自由度。 （二）、钻套的选择 由于该夹具属于钻模，所以该夹具的导引装置是钻套。钻套又分为： 1、固定钻套，它的特点是直接压入钻模板或夹具体上的，其外圆与钻模板的配合，因此钻套磨损后不易更换。 2、可换钻套，它的特点是在磨损后，可以随时更换，因为它在钻模板与钻套之 间加了衬套。 3、快换钻套，它的特点是当加工同一孔时需要更换几把刀具依次进行钻、扩、铰孔加工时，则要求钻套孔径适应不同刀具的需要。为了缩短钻套更换时间，应采用快换钻套。在更换钻套时，只需要将它反时针方向转动，使钻套上削边部分对正螺钉头部，即可快速取出。 4、特殊钻套它的特点是工件的形状或尺寸的限制，不能采用上述标准钻套时采用的。由于该孔的表面质量要求较高，不能一次加工出来，它需要经过钻 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 快换钻套扩 铰才能达到加工要求。按照上面所述应该选择快换钻套。（附图） （ 三） 、 钻套内径与公差带的确定 钻 套的结构尺寸在标准中已有规定，设计时，可以参照国标或有关手册。 但钻套的内径及公差带的确定要自行设计。 因为钻套与刀具的配合间隙的大小，直接影响被加工孔的位置精度，因此应 根据钻套所引导的刀具种类和被加工孔的精度要求按照下述方法确定钻套的内径与公差带。 1、钻套内径的基本尺寸，应等于所引导刀具的最大尺寸。 2、因为由钻套引导的刀具，都是标准的钻头、扩孔钻、铰刀这一类定尺寸的刀具，所以钻套内径与刀具的配合，应按基轴制来选定。 3、钻套内径与刀具之间，应保证有一定的配合间隙，以防止俩者发生咬死现象。一般根据所 引导的刀具的种类和工件精度要求来选取钻套的公差带，扩孔和钻孔时选取 铰时选取 铰时选用 4、由于标准钻头的最大尺寸都是所加工孔的基本尺寸，故钻头的钻套内径就只须按孔的基本尺寸取公差带为 5、如果钻套引导的不是刀具的切削部分，而是刀具的导柱部分时，也可按基孔制的相应配合选取钻套内径，即： H7/7/6/ 因为该工件先用 15 的麻花钻钻孔，该麻花钻的最大极限尺寸就是 15其规定的公差带为 钻套内径尺寸与公差带为 15 根据 孔钻的最大极限尺寸为 扩孔时钻套内径的尺寸与公差带应为 15 铰孔时使用的是标准铰刀 16孔时钻套内径的基本尺寸为 铰刀的最大极限尺寸），其公差带按 取，则钻套内径的尺寸与公 （四）、导向长度 H 的确定 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 钻套的导向长度 具在钻套内不易产生偏向斜，但会加快刀具与钻套的磨损； 钻孔时导向性不好。通常取导向长度 H 与孔径之比为 H/d=1 精度要求较高或加工孔径较小时，由于所用的钻头刚性较差，则 H/该孔的直径为 16，取 2倍直径，则 H=32附图 3 图 3 图 3 （五）、排屑间隙 h 的确定 排屑间隙 图 3于排屑、导向有很大的影响。 屑不能自由排出，特别是加工塑性材料时，切屑易阻塞在工件与钻套之间，有可能钻套顶出，还会损坏加工表面和将钻头折断。 将使刀具的引偏增大，不能发挥钻套引导刀具的作用而影响加工精度。 确 定 按下面的经验公式进行。 加工铸铁时 h=(0.6)d 加工钢件等塑性材料时 h=(1.0)d 式中 式中系数的选取方法是；材料越硬，系数应取小值；钻小孔时，系数应取大值。但也有几种特殊情况需另行考虑。 1、 孔的位置精度要求高，需要钻套引导作用良好时，可允许取小的 h=0）。 2、 在斜面上钻孔或钻斜孔时，为了减少刀具引偏或折断刀具， h 值尽可能取小些（ h= 3、 钻深孔（ L/d5）时，要求排屑畅快，这时， h= 因为该工件的材料是 于第一个经验公式的范围。取系数为 7。 四、夹紧方案的设计 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 （一）、夹紧装置的作用 工件的定位是使工件在夹具上占有一个正确的位置。但要使工件在加工过程中此加工位置不变，即不会由于切削力、工件重力、惯性力和离心力等的作用发生位置的变化或产生振动，夹具上还应设有夹紧装置把工件压紧夹牢在定位元件上，以保证加工工件精度和安全。 （二 ） 、 夹紧装置的组成 加紧装置一般分为俩大组成部分： 1、产生力源（原始作用力）部分 对于力源来自机械或电力的， 一般称为传动装置。常用的有气压、液压、电力等传动装置。力源来自人力的，则称为手动夹紧。 2、夹紧部分 接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并夹紧工件的部分。 在夹紧装置的设计中，要求其结构合理、简单，操作方便，使用安全，夹紧可靠。要满足这些要求，必须正确的解决夹紧力的大小、方向、作用点问题。 （三）、夹紧力的确定 1、夹紧力的方向 （ 1）、夹紧力应指向主要定位面 （ 2）、夹紧力应尽可能和切削力、工件重力同向 （ 3）夹紧力的方向应有助于定位稳定 2、夹紧力的作用点 （ 1）、夹紧力的作用点应尽可能的落在定位元件的 支承范围内 （ 2）、夹紧力应落在工件刚性较好的部位 （ 3）、夹紧力的作用点应靠近加工表面 3、夹紧力大小的确定 夹紧力的大小，对工件安装的可靠性，工件和夹具的变形、夹紧机构的复杂程度都有很大的关系。如夹紧力太小则工件夹不牢，而夹紧力过大则会引起工件与夹具的变形，甚至破坏定位。在加工过程中，工件受切削力、离心力、惯性力和工件自身重力等的作用，而且在有些切削过程中还会有冲力。因此要准确的计算出夹紧力的大小是十分困难的。因此在设计夹紧装置时，常采用下述俩种方法来确定所须夹紧力的大小；一是根据同类夹具的使用情况， 用类比法进行估算，这种方法在生产中应用的比较广泛；一是根据加工情况，确定出工件在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，再将此时工件所受的各种外力看做静力，并用静力平衡原理，计算出所需的夹紧力。可用如下的公式计算，即 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 形块挡块销螺母挡块销套筒螺母F 式中 N）； F 静力平衡原理计算出的夹紧力（ N）； 加工时，取 K=3；精加工时，取 K= 综上所述 由于该工件自身的特点，可采用螺旋压紧机 构。螺旋压紧机构的特点是结构简单、容易制造、自锁性能好。方案一 左端用螺母旋入并靠在夹具体上，右端也旋入螺母靠在挡块上。（如图 4案二左端旋入螺母靠在夹具体上，右端插入套筒和挡块再旋入螺母。 （如图 4 2）。 图 4 4 五 、 夹具体的设计 设计夹具体的注意事项及其作用 考虑到钻削加工的特点，设计夹具体时，应注意以下几个方面的问题。 （ 1）、夹具体要有足够的刚度和强度。合理的设置加强筋，以使夹具体在夹紧力作用处的刚性较好。 （ 2）、夹具体的结构与定位元件、夹 紧元件等组成部分的结构和布置有关，在满足加工要求的基础上应尽量时各组成部分布置得紧凑些，以使夹具体简化。 （ 3）、工件上待加工面应尽可能的靠近工作台，并使夹具的重心降低，以提高夹具在机床上安装的稳固性。夹具体的高度比以 H/B 宜 。 为了用螺钉将夹具紧固在机床的工作台 T 形槽中，夹具体上要合理的设置耳座。如果夹具体的宽度尺寸较大时，可在同一侧设置俩个耳座。此时俩耳座的距离要和钻床工作台相邻的俩 T 形槽之间的距离相一致。 在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪及攻螺纹时用的夹具，称为钻床夹具，俗称钻模。钻模上 设置钻套和钻模板，用以引导刀具。钻模主要用于加工中等精度、尺寸较小的孔或孔系间的位置精度，其结构简单、制造方便，因此钻模在各类机床夹具中占的比重最大。 钻模的种类繁多，按钻模在机床上的安装方式可分为固定式和非固定式俩类，车辆与交通工程学院 课程设计说明书 焊接按钻模的结构特点可分为普通式、分度式、盖板式、翻转式、以及斜孔式等。 综上所述：根据该工件自身的加工要求，该 钻模选择固定式的，它的特点是在加工过程中，钻模在机床上的位置始终保持不变的，它主要用于在立式钻床上加工一个孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。如图 5示这个钻模的夹具体采用焊接结构。 夹具体底板 1 的四周都留出可供固定的部位即耳座。它的尺寸为 200 X 宽 X 高 单位 夹具体支撑板 2 的尺寸为 200 X 宽 单位 图 5、 其它装置的设计 （一）、钻模板的设计 钻模板是用来安装钻套，并和夹具体想连接。它决定着钻套在夹具上的正确位置，因而要求具有一定的精度和强度、刚度。 根据它与夹具体的连接方式不同，可分为以下几种类型。 （ 1）固定式钻模板 这种钻模板直接固定在夹具体上，即可与夹具体铸造成或焊接成一整体，或用销钉、螺 钉装配成一整体。由于钻模板上的钻套相对于夹具体和定位元件的位置是固定不变的，所以加工孔后的位置精度较高。但装卸工件有时不方便。 （ 2）铰链式钻模板 铰链式钻模板是通过销轴与夹具体或固定支架连接在一起的。钻模板可绕铰链轴翻转。铰链轴和钻模板上相应的孔的配合为基轴制间隙配合（ G7/铰链轴车辆与交通工程学院 课程设计说明书 和支座孔的配合为基轴制过盈配合（ N7/钻模板支座俩侧面之间的配合则按基孔制间隙配合（ H7/当钻孔的位置精度要求较高时，应与以配制，并将钻模板和支座俩侧面的配合间隙控制在 这类钻模板 ，装卸工件比较方便，对于钻孔后要锪窝、攻丝等时尤为适宜。只要将铰链式钻模板翻开，就可方便的进行锪窝、攻丝。 但是，由于铰链处存在间隙，所以它的加工精度不如固定式钻模板高，在结构上也较复杂。 （ 3）可卸式钻模板 可卸式钻模板以俩孔在夹具上的圆柱销和削边销定位，并用铰链螺栓和圆螺母把钻模板和工件一起夹紧。装卸工件时需要将钻模板取下和装上，使得装卸工件费时费力。但钻孔精度较高，一般用于质量不大而且其他形式的钻模板不便于装卸工件时。 （ 4）悬挂式钻模板 将钻模板悬挂在钻床主轴上，并随主轴一起运动，钻模板随钻床主轴一 起下降，并依靠弹簧压缩是产生的压力，钻模板可将工件压紧在夹具体的定位元件上。这类钻模板多用于组合机床与多轴传动联用。 不论采用那一类钻模板，在设计时都应使其具有足够的刚度，以保证钻套间的位置精度和加工的稳定性，但不能过厚过重。钻模板的厚度一般根据钻套的高度确定。如果钻套的高度太大，可把钻模芭局部加厚，并使钻模板四周边加强或设置加强筋。 综上所述：该工件取固定式钻模板即可。 （二） 、 螺栓的设计 考虑到夹具的刚度及整体结构的对称性，夹具体与工作台的连接选用 来连接钻模板和夹具体的螺钉选用 （三） 、 销的设计 用来定位的销是菱边销，它的尺寸可由下面的表格查到因其基本尺寸。它的基本尺寸为 12 车辆与交通工程学院 课程设计说明书 68202532b 2 3 4 5 6 6 B 22222、 技术条件的制定 夹具总装图上技术要求的确定 为了保证夹句具的工作精度，除了确定有关尺寸的精度外，对各有关元件之间和各元件的有关表面之间的相互位置精度也需要提出一定的要求。这 些相互位置要求，一般统称技术要求。它们可用符号表示，也可以用文字形式加以说明。总的可分为下列几个方面； （ 1）定位元件之间的相互位置要求。 （ 2）定位元件与夹具的安装基面或定位键之间的相互位置要求。 （ 3）对刀元件与夹具安装基面或定位键之间的相互位置要求。 （ 4）对刀元件定位元件之间的相互位置要求。 （ 5）对刀元件之间的相互位置要求。 上述技术要求应根据不同的夹具类型而取
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