拨叉工艺设计及夹具设计-铣叉脚两侧说明书

1、nag机械制造课程设计说明书题目：设计I-R挡拨叉的机械加工工艺规程及 铳叉脚两侧工序的专用夹具专 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 日摘要本设计I-R档拔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：I-R档拔叉零件；

2、工艺；夹具；#AbstractThe design of turntable parts machining process based design of fixture design. The main processing parts processing plane and holes. In gen eral, en sure easy to guara ntee precisi on machi ning holes tha n. Therefore, the desig n prin ciple is first machi ned surface after mach inin

3、g hole surface. In the fixture design of parts, mainly according to the requirement of mach ining process, the nu mber of degrees of freedom an alysis should limit, then according to the surface characteristics of components selected locati on eleme nt, the n an alyze the selected locati on comp one

4、nts can be qualified shall be limited degrees of freedom. Determine the location eleme nt also n eed to select the clampi ng eleme nt, the last is to determ ine the structure of the special fixture.Keywords： cutter turntable parts; tech no logy; fixture;iii摘要IAbstractIII第1章零件的分析 11.1零件的作用 11.2零件的工艺分

5、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章铳叉脚端面夹具的设计 145.1问题的提出 145.2夹具设计145.2.1定位基准的选择145.2.2切削力和夹紧力计算 155.2.3定位误差分析165.2.4夹具设计及操作的简要说明 17总结19参考文献20致谢21IV第1章零件的分析1.1零件的作用I-R档拔叉在运输车的变速

6、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。1.2零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

7、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的公差尺寸为土 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的公差尺寸为土 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R3maXB角或2最大长为 3的倒角；孑L 8.7还需锪平直径为 12；孑L 21端面、开挡内R15面、 孔8.7内表面以及槽

8、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。26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ZG452.2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/T6414-19

9、99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砕21端面503脚面圆柱面151.6脚面圆柱面191.7两脚面尺寸61.512H13槽面尺寸121.6槽底面141.6叉脚开挡尺寸321.72.3设计毛坯尺寸I-R档拔叉毛坯图尺寸（单位：mrh零件表面总余量毛坯尺寸公差CT砕21端面502502脚面圆柱面152131.6脚面圆柱面192171.7两脚面尺寸62101.512H13槽面尺寸142101.6槽底面142121.6叉脚开挡尺寸482361.7第3章拟定工艺路线3.1基准的选择根据零件图纸及

10、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21mm勺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21mm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ZG45 以公差等级和表面粗糙度要求

11、，参考有关资料，其加工方法选择如下。(1) 21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

12、铣即可达到要求(6)槽12H13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 10: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

13、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 12H1350、钻 1055、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。第4章工序设计4.1选择加工设备与工艺装备（一）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（二）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

14、量具即可。（三）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 帖4H9孔。选择14 GB/T 1141-1984。其直径为14mrp工作长度46mm莫氏锥度为1号，总长189mm1-4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钻詔孔。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。（四）选择量具本零件为大批量生产，一般尽可能采用通用量具

15、，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3铣端面游标卡尺、粗糙块4钻扩铰帖4H9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. 21端面加工余量加工表面工序双边余量工序尺寸及公 差表面粗糙度粗铣粗铣粗铣端面50446Ra252.钻扩铰14H9孔加工表面工序双边余量工序尺寸及公 差表面粗糙度钻扩孔钻孔扩孔钻孔扩孔钻孔扩孔13113*140.04：Ra6.33. 面加工余量加工表面工序余量工序尺寸及 公差表面粗糙度粗铣精铣粗铣r精铣粗铣精铣T1, T2 面215Ra25T1,

16、 T2 面219严Ra12.5脚面1.60.423.4若1 2312Ra12.5Ra6.314H13槽底面210Ra2514H13槽1.60.414.414027Ra25Ra12.54. 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88Ra254.3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ZG45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。ap=2mm查表得进给量f =0.2mm/z，又 X62铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求不高，选择n=150r/min。由前面可知刀具直径为100mm dn

17、 3.14 100 150则切削速度为V47.12m/min。1000 1000校 核 机 床 功率：参 考 公 式Pm =300 10d0.13 ae088 af0.75 apZn其中 ap = 2mm d=100mm a = 24mmaf = 0.2mm/z z=12n=150/60r/s kpm=1,解得p1.61kw7.5kw，故可用。经计算得加工时 间为57s。2工序15、20切削用量：钻，扩，铰 14H9mm孔2.1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ap=13/2=6.5mm查表得进给量f =0.28mm/r，切削速 度 v =21m/min。则主轴

18、转速 n=1000v =514.19r/min,故取 n=545r/min， ndnd此时 v= =22.26m/min。10002.2确定扩 14H9（00043 ）孔的切削用量。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ap =1/2=0.5mm,查表得进给量f =0.45mm/r，切削速度v =60m/min。则主轴转速n=1000v =1364.19r/min,故取 n=960r/min，此 兀d时 v= nd =42.2m/min。 10002.3基本时间确定钻孔的基本时间L _ l l1 l2 fn f

19、n46 2 7.70.28 54560 = 21.9s确定扩 14H9（00.43）孔的基本时间L _ i i1 i2fn fn46 2 7.70.45 96060 =7.74s总时间为30s3工序6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。ap=2mm查表得进给量f =0.2mm/z，又 X62铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求不高(Ra=25urh，选择n=150r/min。由前面可知刀具直 径为 100mm 则切削速度为 V =卫 = 3.1400 “50 = 47.1m/min。1000 1000校核

20、机床功率：参考公式 pm =300 10 d013 ae088 af0.75 apznkpm其中 ap =2mm d=100mm ae =31mmaf = 0.2mm/z z=12n=150/60r/s kpm=1，解得 pm =2.01kw7.5kw，故可用。3.2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。ap=2mm查表得进给量f =0.2mm/z，又 X62铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求不高(Ra=12.5un)选择n=200r/min。由前面可知刀具 直径为100mm则切削速度为兀dn3.14 000 汇 200V62.83m/min。1000

21、 1000校核机床功率：参考公式 pm =300 10* d0.13 ae088 af0.75 apznkpm其中 ap = 2mm d=100mm 氏=7mm af = 0.2mm/ z z=12 n=200/60r/s kpm=1，解得 pm =0.72kw7.5kw，故可用。3.3确定开挡脚面的切削用量所选刀具为镶齿三面刃铣刀。ap=4mm查表得进给量f =0.2mm/z，又 X62铣床主轴转速 30-1500r/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、，兀dn3.14 乂100 乂250 ” l

22、, V78.5m/min。1000 1000校核机床功率： 参考公式 Pm =300 10$ d0.13 ae088 af0.75 apZnkpm 其中 ap = 0.35mm d=100mm ae =4mmaf = 0.2mm/z z=12n=250/60r/s kpm=1，解得 pm =0.1kw100 汇150 = 47.1m/min。1000 1000校核机床功率： 参考公式 pm =300 10* d0.13 ae088 af0.75 apznkpm其中 ap =2mm d=100mm ae = 10mm af = 0.2mm/ z z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得

23、 pm =0.74kw7.5kw，故可用。4.2确定槽的切削用量所选刀具为镶齿三面刃铣刀。ap=4mm查表得进给量f =0.2mm/z，又 X62铣床主轴转速 30-1500 r/mi n，精度要求较高（Ra=12.5um且对称度为0.4），选择n=220r/mi n。由前面可知刀具直径为 100mm，则切削速度为dn10003.14 100 2201000二 69.1m/ min校核机床功率：参考公式 pm =300 10 daeafapznkpmo其中 ap =4mm d=100mm ae =18mm af = 0.2mm/z z=12 n=220/60r/s kpm=1，解得 pm =

24、3.66 kw7.5kw，故可用。加工时间为： 120.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ap=8.7/2=4.35mm,查表得进给量f =0.49mm/r，切削速度 v =27m/min。则主轴转速 n=1000v =987.8r/min,故取 n=960r/min，此时 兀dv= =26.21m/min。加工用时 99s。1000第5章铳叉脚端面夹具的设计设计工序：铣叉脚端面夹具的设计5.1问题的提出本夹具要用于铣叉脚端面夹具的设计夹具精度等级为IT12级，粗糙度为12.5。本道工序只精铣一下即达到各要求，因此，在本道工序加工时

25、， 我们应首先考虑保证铣叉脚端面的设计夹具设计的各加工精度，如何提高 生产效率，降低劳动强度。5.2夹具设计5.2.1定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理， 否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基 准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困 难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根 据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基 准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求， 所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。14的孔和其两端

26、面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 14孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工 好的 14孔的端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。522切削力和夹紧力计算(1)刀具： YG6铣刀机床：卧式铣床X62由3 所列公式得CFaXf pyzuffz aeqvwfd o n查表9.4 8得其中：修正系数kv =1.0Cf =30 qF =0.83 Xf =1.0y f = 0.65u f 0.83 ap = 8 z=21代入上式，可得F=889.4N因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内安全系数K=心&心心其中：为基本安

27、全系数1.5K2为加工性质系数1.1K3为刀具钝化系数1.1K4为断续切削系数1.1所以 F JKF R775.7N(2)夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机 由N仏 f2 =KF其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 人二f2 =0.25F=Pz+G G为工件自重 F，N3551.4N1.3 4 N夹紧螺钉：公称直径d=20mm材料45钢 性能级数为6.8级. B匚B =6 lOOMPa ；s =8- = 480MPa10螺钉疲劳极限：=0.32；和=0.32 600 =192MPa极限应力幅：km k i-=51.76MPak匚许用应力幅：打=17.3MPa螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为s=2.5

28、4取s=4得 ！. l-120MPa满足要求经校核：满足强度要求，夹具安全可靠，dc2= 15MPa - I使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力5.2.3定位误差分析(1) 定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和一定位销，孔与销间隙配合。(2) 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接

29、触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：Td=Dmax-Dmi n本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而 挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此， 工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于 加工是自由公差，故应当能满足定位要求。524夹具设计及操作的简要说明丄1疑界击一专.1车&曇菇有舌X*铁芍丘匕巨if, 更悅燮.冷耳石尢芟垂芒”实班索金运二 丰虫口技术要求1 .卑章匪町E珏止出勺屯密于片：屯离兰雅工七百弓聘亡二甲頁申禅4105/100 玉吟R義連Uf面够髯土4 蓦乓N骨蛊血币BSX-OE-Cl1HOliEB11 1 ?

30、- S&4BiZDEfl*：2HT2I *02-0211n11H7-H6A52呻斶空仙-阳111B5X-02-03LHT2IJ+SIE=serv4 -：iss35-a呂aaasoe-frsarc.22&:nd科訓2z+BIE：E*WJ53口為ist軾115?3匚日Efii-ea1+5a岸Ga/ii-ai*T*S=WllS433rr右弐15-a?Tld淨7He!Z至澤 TH 更Hi：弋竝若 三a =；如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使 夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为镗床 夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小，切削力小，所 以一

31、般的手动夹紧就能达到本工序的要求本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动 夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。总结I-R档拔叉的加工工艺及夹具设计，主要是对 I-R档拔叉的加工工艺 和夹具进行设计。I-R档拔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，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的