快挡拨叉工艺设计及夹具设计-钻直径8.7孔夹具（全套含CAD图纸）
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机械制造课程设计说明书题目：设计快挡拨叉的机械加工工艺规程及钻直径 8.7 孔工序的专用夹具专 业： 学生姓名： 学 号： 班 级： 指导老师： 专业系主任： 机械工程学院2015 年 月 日II摘 要本设计快挡拨叉零件加工过程的基础设计的夹具设计。主要加工部位是平面和孔加工。在一般情况下，确保比保证精密加工孔很容易。因此，设计遵循的原则是先加工面后加工孔表面。在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的结构形式。关键词：快挡拨叉零件；工艺；夹具；IIIAbstractThe design of turntable parts machining process based design of fixture design. The main processing parts processing plane and holes. In general, ensure easy to guarantee precision machining holes than. Therefore, the design principle is first machined surface after machining hole surface. In the fixture design of parts, mainly according to the requirement of machining process, the number of degrees of freedom analysis should limit, then according to the surface characteristics of components selected location element, then analyze the selected location components can be qualified shall be limited degrees of freedom. Determine the location element also need to select the clamping element, the last is to determine the structure of the special fixture.Keywords: cutter turntable parts; technology; fixture;IV目 录摘 要 .IIAbstract.III第 1 章 零件的分析.11.1 零件的作用.11.2 零件的工艺分析.21.3 零件的生产类型.2第 2 章 确定毛坯的种类和制造方法.32.1 选择毛坯.32.2 确定机械加工余量.32.3 设计毛坯尺寸.3第 3 章 拟定工艺路线.53.1 基准的选择.53.2 零件表面加工方法选择.53.3 工艺路线的拟定.6第 4 章工序设计.74.1 选择加工设备与工艺装备.74.2 确定工序尺寸.84.3 切削用量及基本时间确定.9第 5 章 钻孔夹具设计.145.1 研究原始质料.145.2 定位基准的选择.145.3 切削力及夹紧力的计算.145.4 误差分析与计算.155.5 零、部件的设计与选用.165.5.1 定位销选用.165.5.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用.175.6 夹具设计及操作的简要说明.18总 结.19参考文献.20致 谢.211第 1 章 零 件 的 分 析1.1 零件的作用快挡拨叉在运输车的变速箱中，与操纵机构的其他零件结合，用它拨动滑动齿轮，实现倒车。14H9 为配合面有较高精度。槽 14H13 为滑动拨动的配合表面。下拨叉为与滑动齿轮接触的表面。21.2 零件的工艺分析该零件是叉架零件，形状不大规则，尺寸精度、形位精度要求不高，为大批量生产零件，其主要技术要求分析如下：其主要加工的有 14H9 表面粗糙度为 Ra6.3um，是一个比较重要的孔，其轴线要保证与 M 直线度 0.03；斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到 0；开挡公差尺寸为 0.1 到 0.2，表面粗糙度为 Ra6.3um 并保证与14H9 轴线的垂直度为 0.25 主要是保证叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上，拨叉利用弹簧、滚珠在轴上进行定位， ；R19 面粗糙度为Ra12.5um，表面要求淬火处理，硬度要求为 4853HRC；下爪总长公差尺寸为-1 到 0；后脚面公差尺寸为 0 到 0.52，前面到轴线尺寸 18 的公差尺寸为0.2；孔 8.7 公差尺寸为 0 到 0.09，其轴线到开挡前脚面的尺寸 41.5 的公差尺寸为0.15，孔深 32 公差尺寸为-1 到 0；拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔 8.7 的对称度为 0.4，内表面表面粗糙度为Ra12.5，内表面满足配合 14H13 公差尺寸为 0 到 0.27，其槽底部分允许呈 R3max 圆角或 2 最大长为 3 的倒角；孔 8.7 还需锪平直径为 12；孔24 端面、开挡内 R15 面、孔 8.7 内表面以及槽 14H13 底面表面粗糙度为 Ra25 一般的加工都可获得。通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，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。1.3 零件的生产类型依设计题目，结合生产实际可知该零件的生产纲领零件是大批量生产的铸件。3第 2 章 确 定 毛 坯 的 种 类 和 制 造 方 法2.1 选择毛坯由于零件的结构比较复杂，大批量生产，又是薄壁的中小型零件，所以采用砂型铸造，工件材料为 KTH350-10。2.2 确定机械加工余量铸件的尺寸公差按 GB/T6414-1999 确定，机械加工余量按GB/T11351-89 确定。 根据 GB/T6414-1999 查表得尺寸公差 CT 为 8-12级。加工余量等级为 FH。所以，可取 CT=9 级。查表（GB/T6414）查出各表面的公差数值。零件尺寸 公差 CT端面 46242脚面圆柱面 15 1.6脚面圆柱面 19 1.7两脚面尺寸 6 1.514H13 槽面尺寸141.6槽底面 14 1.6叉脚开挡尺寸 40 1.72.3 设计毛坯尺寸快挡拨叉毛坯图尺寸（单位：mm）零件表面 总余量 毛坯尺寸 公差 CT端面 46242 50 24脚面圆柱面 152 13 1.6脚面圆柱面 192 17 1.7两脚面尺寸 62 10 1.514H13 槽面尺寸 142 10 1.6槽底面 142 12 1.6叉脚开挡尺寸 402 36 1.75第 3 章 拟 定 工 艺 路 线3.1 基准的选择根据零件图纸及零件的使用情况分析，知 14H9 孔，槽宽，叉子面厚，叉子面与腹板的距离等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。（1）粗基准的选择 按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择 5mm 厚的腹板右侧为第一毛坯表面基准，在加工 14H9 孔时，为保证 24mm 的外圆表面为第二粗基准。（2）精基准的选择 ，各工序则以该孔为定位精基准，从靠近叉脚的 24mm 端面为轴向尺寸的定位基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。3.2 零件表面加工方法选择本零件的加工面有内孔、倒角、槽、下底面、圆环面等，材料为KTH350-10。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下。（1）24 端面:表面粗糙度为 Ra25um，可选粗铣即可满足要求。（2）14H9 孔：公差等级为 9 级，表面粗糙度为 Ra6.3um，公差尺寸 0 到 0.043，根据 GB/T1800.3-1998 规定其公差等级按 IT9，可以先钻后扩孔来满足要求。（3）开挡 R15 内圆柱面：表面粗糙度为 Ra25um，未标注公差等级，故粗铣即可满足要求。（4）脚面：表面粗糙度 Ra6.3um，加工方法可采用粗铣即可达到要求。（4）开挡：表面粗糙度为 Ra12.5um，加工方法可采用粗铣即可达6到要求。（5）槽 14H13：表面粗糙度为 Ra12.5um，公差等级 13，加工方法可采用粗铣即可达到要求。（6）槽 14H13 底面：表面粗糙度为 Ra25um，加工方法可采用粗铣即可达到要求。（7）孔 8：表面粗糙度 Ra25um，公差尺寸为 0 到 0.1，根据GB1800-79 规定其公差等级按 IT11，采用钻孔即可达到要求。3.3 工艺路线的拟定（1）工艺路线的拟定 为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术 要求，必须制定合理的工艺路线。由于生产纲领为大批量生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。按照先加工基准面及先粗后精的原则，该零件的加工可按以下工艺路线进行。10、铸造15、热处理20、铣 14H9 孔端面25、钻扩铰 14H9 孔30、倒角 14H9 孔35、铣开档叉脚面 T1，T2 面40、铣开档 40B1245、铣槽 14H1350、钻 855、去毛刺60、检验根据此工序安排，编出机械加工工艺路线卡及工序卡片。7第 4 章 工 序 设 计4.1 选择加工设备与工艺装备（1）选择机床1-1 工序 4 钻扩铰 14H9 孔、工序 5 倒角及工序 8 钻 8，工步不多，选用立式钻床就能满足要求，本零件外廓尺寸不大，选用 Z525 立式钻床。1-2 工序 3、6、7 是粗铣和精铣，各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式铣床就能满足要求，选用 X62 卧式铣床即可。（2）选择夹具本零件除了铣槽和钻小孔需要专用量具外，其它用通用量具即可。（3）选择刀具1-1 工序 3 铣端面。镶齿三面刃铣刀。1-2 工序 4 钻扩铰 14H9 孔。选择莫氏锥柄麻花钻 13 GB/T1438.1-1996。其直径为 14mm，工作长度 46mm1-3 工序 4 14H9 孔。选择 14 GB/T 1141-1984。其直径为 14mm，工作长度 46mm，莫氏锥度为 1 号，总长 189mm。1-4 工序 5 倒角。1-5 工序 3、6、7 都是铣。铣刀按表 5-105 选镶齿三面刃铣刀，直径为100，孔径 d=27，齿数 z=12。1-6 工序 8 钻 8 孔。孔径为 8.7mm 无通用刀具，故可制造专用刀具，方便制造及经济效益，可做成直柄麻花钻。（4）选择量具本零件为大批量生产，一般尽可能采用通用量具，根据表面精度、尺寸和形状等要求，参考有关手册资料，选择量具如下表：工序 工序名称 量具83 铣端面 游标卡尺、粗糙块4 钻扩铰 14H9 孔游标卡尺、塞规5 倒角 游标卡尺6 铣脚面、开挡 游标卡尺、粗糙块7 铣槽 游标卡尺、粗糙块8 钻 8游标卡尺、塞规4.2 确定工序尺寸1.24 端面加工余量工序双边余量 工序尺寸及公差表面粗糙度加工表面粗铣 粗铣 粗铣端面 50 4 46 Ra252.钻扩铰 14H9 孔加工表面 工序双边余量 工序尺寸及公差表面粗糙度钻孔 扩孔 钻孔 扩孔 钻孔 扩孔钻扩孔13 1 3043.1Ra6.33.面加工余量工序余量 工序尺寸及公差表面粗糙度加工表面粗铣 精铣 粗铣 精铣 粗铣 精铣T1，T2 面 2 15 Ra25T1，T2 面 2 52.019Ra129.5脚面 1.6 0.4 3.0422.1Ra12.5Ra6.314H13 槽底面 2 10 Ra2514H13 槽 1.6 0.4 14.4 27.0Ra25 Ra12.54.钻孔 加工表面 工序双边余量 工序尺寸及公差表面粗糙度8 孔8 8 Ra254.3 切削用量及基本时间确定1 工序 10切削用量：本工序为粗铣端面，已知加工材料为 KTH350-10，表面淬火处理后 HRC48-53。确定粗铣端面的切削用量。所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 X62 铣床主轴转速 30-1500 par/min，精度要求不高，选择 n=150r/min。由前面可知刀具直径为100mm，则切削速度为 。min/12.471054.310dnV校核机床功率： 参考公式znkpmaadpfem75.08.13.053其中 d=100mm z=12 ap2e24zaf/2.0n=150/60r/s kpm=1，解得 kw7.5kw ，故可用。经计算得加工61.mp时间为 57s。2 工序 15、2010切削用量：钻，扩，铰 H9mm 孔142.1 确定钻 14mm 孔的切削用量。所选刀具为莫氏锥柄麻花钻确定切削用量 =13/2=6.5mm，查表得进给量 f =0.28mm/r，切削速pa度 v =21m/min。则主轴转速 n= =514.19r/min,故取 n=545r/min，dv10此时 v= =22.26m/min。10nd2.2 确定扩 14H9 孔的切削用量。)(043.所选刀具为 14 GB/T 1141-1984，其直径为 14mm，工作长度108mm，莫氏锥度为 1 号，总长 189mm。确定切削用量 =1/2=0.5mm，查表得进给量 f =0.45mm/r，切削速pa度 v =60m/min。则主轴转速 n= =1364.19r/min,故取dv10n=960r/min，此时 v= =42.2m/min。10nd2.3 基本时间确定钻孔的基本时间=1jt sfnlfL9.21605428.07.1 确定扩 14H9 孔的基本时间)(43.=1jt sfnlf 74.6095.0.21总时间为 30s。3 工序 611切削用量：本工序是铣脚面、开挡，先粗铣，后半精铣。3.1 确定铣开挡底面圆柱面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 X62 铣床主轴转速 30-1500 par/min，精度要求不高（Ra=25um） ，选择 n=150r/min。由前面可知刀具直径为 100mm，则切削速度为 。min/1.471054.310dnV校核机床功率： 参考公式 zkpaapfem.08.5其中 d=100mm z=12 ap2ae3f/2.n=150/60r/s kpm=1，解得 kw7.5kw ，故可用。01.2m3.2 确定铣开挡底面圆柱面 R19 的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 X62 铣床主轴转速 30-1500 par/min，精度要求不高（Ra=12.5um） ，选择 n=200r/min。由前面可知刀具直径为 100mm，则切削速度为。min/83.62104.3dnV校核机床功率： 参考公式 znkpmaadpfem 75.08.13.05其中 d=100mm z=12 ap2ae7f/2.n=200/60r/s kpm=1，解得 kw7.5kw ，故可用。2.0m3.3 确定开挡脚面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=4mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 X62 铣床主轴转速 30-1500 pa12r/min，精度要求较高（Ra=6.3um 及有垂直度要求） ，选择 n=250r/min。由前面可知刀具直径为 100mm，则切削速度为。min/5.781024.310dnV校核机床功率： 参考公式 znkpmaadpfe75.08.13.03其中 d=100mm z=12 map5. e4f/2.n=250/60r/s kpm=1，解得 kw7.5kw ，故可用。 加工用时为：.0m180s 铣脚面和开挡各 90s。4 工序 7本工序为铣槽，先粗铣槽底，再铣槽。4.1 确定槽底面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 X62 铣床主轴转速 30-1500 par/min，精度要求不高（Ra=25um） ，选择 n=150r/min。由前面可知刀具直径为 100mm，则切削速度为 。min/1.471054.310dnV校核机床功率： 参考公式 zkpaapfem.08.5其中 d=100mm z=12 ap2aef/2.n=150/60r/s kpm=1，解得 kw7.5kw ，故可用。74.0m4.2 确定槽的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。=4mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 X62 铣床主轴转速 30-1500 par/min，精度要求较高（Ra=12.5um 且对称度为 0.4） ，选择n=220r/min。由前面可知刀具直径为 100mm，则切削速度为。min/1.691024.310dnV校核机床功率： 参考公式 znkpmaadpfe75.08.13.05313其中 d=100mm z=12 map4mae18zmaf/2.0n=220/60r/s kpm=1，解得 kw7.5kw ，故可用。加工时间为：6.3mp120.s。5 、工序 8本工序为钻 8，并锪平 12。确定钻 8 孔的切削用量。所选刀具为直柄麻花钻 确定切削用量 =8.7/2=4.35mm，查表得进给量 f =0.49mm/r，切削速度pav =27m/min。则主轴转速 n= =987.8r/min,故取 n=960r/min，此时dv10v= =26.24m/min。加工用时 99s。10nd14第 5 章 钻 孔 夹 具 设 计5.1 研究原始质料利用本夹具主要用来钻 8.7 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。5.2 定位基准的选择由零件图可知：在对钻 8.7 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，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：选一面两销定位方式，工艺孔用短圆柱销，用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。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，孔其加工与孔的轴线间有尺寸公差，选择小头孔和大头孔来定位，从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，所以我们选择底平面和两孔为定位基准来设计钻模，从而满足孔的加工要求。工件定位用底面和两孔定位限制 5 个自由度。5.3 切削力及夹紧力的计算钻该孔时选用：钻床 Z525，刀具用高速钢刀具。由参考文献5查表 可得：721切削力公式： .06f PFDfK式中 d=8.7MM /mr15查表 得： 8210.75()36bpK其中： 0.b48即： 95()fFN实际所需夹紧力：由参考文献5表 得：1212KW有： 120.7,.6安全系数 K 可按下式计算有： 6543210K式中： 为各种因素的安全系数，见参考文献5表 可得： 60 12.10.56所以 9589()KfWFN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，决定选用手动螺旋夹紧机构。取 ， ，1.5610.72.6查参考文献51226 可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： )(210 tgtQLWz式中参数由参考文献5可查得：6.2.76zr90529其中： 3()m)(8N螺旋夹紧力： 04.由上述计算易得： K因此采用该夹紧机构工作是可靠的。5.4 误差分析与计算该夹具以底面、两孔为定位基准，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5可得： 两定位销的定位误差 ： 11minDWd161 21min2min.DdDdJWarctgL其中：，10.520，d.3d， minmin4且：L=69mm ，得0.6DW.32Jm 夹紧误差 ： cos)(inmaxyj其中接触变形位移值：1()9.62nHBZyRaZkNl查5表 1215 有 。 10.4,0,.42,0.7zKCcos8jy 磨损造成的加工误差： 通常不超过Mjm5. 夹具相对刀具位置误差： 取AD.误差总和： 0.85jwm5.5 零、部件的设计与选用5.5.1 定位销选用本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如表 6.1 和 6.2：表 6.1 可换定位销Dd H公称尺寸 允差 1h1b1dC1141816 15 0.011 22 5 1 4 M12 4表 6.2 固定棱形销dd H公称尺寸 允差Lh1b1C117405020 22+0.0340.02365 5 3 8 1 6 1.55.5.2 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。图 3.1 可换钻套铰工艺孔钻套结构参数如下表 3.4：表 6.4 钻套Dd H公称尺寸 允差 12Dh1mCr6 12 12+0.018+0.00722 18 10 4 9 0.5 18 0.518衬套选用固定衬套其结构如图所示：图 3.2 固定衬套其结构参数如下表 3.5：表 3.5 固定衬套d D公称尺寸 允差H公称尺寸 允差C 112+0.034+0.01612 18+0.023+0.0120.5 2钻模板选用固定式钻模板，用 4 个沉头螺钉和 2 个锥销定位于夹具体上。5.6 夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在钻床上加工孔。工件以底平面、两孔为定位基准，在定位环上实现完全定位。采用手动螺旋压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。 19总 结快挡拨叉的加工工艺及夹具设计，主要是对快挡拨叉的加工工艺和夹具进行设计。快挡拨叉的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等
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