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機 械 制 造 技 術(shù) 基 礎(chǔ)
課 程 設 計
題目：撥叉的工藝規(guī)程及鉆10mm孔夾具設計
一、設計題目
撥叉的工藝規(guī)程及鉆M8螺紋孔夾具設計
二、原始資料
(1) 被加工零件的零件圖 1張
(2) 生產(chǎn)類型:（中批或大批大量生產(chǎn)）
三、上交材料
1．繪制零件圖 1張
2．毛坯圖 1張
3．編制機械加工工藝過程綜合卡片 1套
4．編制機械加工工藝卡片（僅編制所設計夾具對應的那道工序的機械加工工藝卡片） 1套
5．繪制夾具裝配圖（A0或A1） 1張
6．繪制夾具中1個零件圖（A1或A2。裝配圖出來后，由指導教師為學生指定需繪制的零件圖，一般為夾具體）。 1張
7．編寫課程設計說明書（約5000-8000字）。 1份
四、進度安排
本課程設計要求在3周內(nèi)完成。
1．第l～2天查資料，熟悉題目階段。
2．第3～7天，完成零件的工藝性分析,確定毛坯的類型、制造方法和機械加工工藝規(guī)程的設計并編制出零件的機械加工工藝卡片。
3．第8～10天，完成夾具總體方案設計（畫出草圖，與指導教師溝通，在其同意的前提下，進行課程設計的下一步）。
4．第11～13天，完成夾具總裝圖的繪制。
5．第14～15天，零件圖的繪制。
6．第16～18天，整理并完成設計說明書的編寫。
7．第19天，完成圖紙和說明書的輸出打印。
8．第20～21天，答辯
五、指導教師評語
該同學在課程設計過程中表現(xiàn) 認真，工藝路線
夾具設計方案 ，說明書及圖紙質(zhì)量 ，綜合
評定其成績?yōu)? 。
成 績：
指導教師
日 期
摘 要
本次設計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。
撥叉加工工藝規(guī)程及其鉆孔的夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
Abstract
This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.
The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.
Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error
目 錄
一. 零件分析 ……………………………………………………1
1.1 零件作用 ………………………………………………1
1.2零件的工藝分析 …………………………………………
二. 工藝規(guī)程設計…………………………………………………2
2.1確定毛坯的制造形式 …………………………………2
2.2基面的選擇………………………………………………3
2.3制定工藝路線 ……………………………………………4
2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 …………4
2.5確定切削用量及基本工時………………………………5
三 夾具設計……………………………………………………9
總 結(jié)………………………………………………………………28
致 謝………………………………………………………………29
參考文獻 …………………………………………………………30
一、 零件的分析
1.1 零件的作用
?題目所給的零件是車床的撥叉。它位于車床變速機構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ25孔與操縱機構(gòu)相連，二下方的φ50半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。
1.2 零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，為此以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
2.2.1小頭孔以及與此孔相通的的螺紋孔
2.2.2大頭半圓孔Ф50
2.2.3撥叉底面、小頭孔端面、大頭半圓孔端面，大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.05mm，小頭孔上端面與其中心線的垂直度誤差為0.05mm。
? ?
? ?由上面分析可知，可以粗加工撥叉底面，然后以此作為粗基準采用專用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二. 工藝規(guī)程設計
2.1 確定毛坯的制造形式
? ?已知此撥叉零件的生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。
零件材料為HT200?？紤]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。查《機械制造工藝及設備設計指導手冊》（后稱《指導手冊》）選用鑄件尺寸公差等級CT9級。
2.2 基面的選擇的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。
粗基準的選擇：對于零件的加工而言，粗基準的選擇對后面的精加工至關(guān)重要。，依照粗基準的選擇原則
（即當零件有不加工表面時，應該以這些不加工表面作為粗基準，若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面做為粗基準）來選取。
我們采用Φ40端面和外圓
對于精基準而言，主要應該考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。
2.3 制定工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降下來。
方案一
工序Ⅰ：鑄造。
工序Ⅱ：時效處理
工序Ⅲ：銑左端各個端面
工序Ⅳ：銑右端各個端面?
工序Ⅴ：鉆，擴，鉸Φ25孔
工序Ⅵ：銑M8端面
工序Ⅶ：鉆M8螺紋孔
工序Ⅷ：車R25內(nèi)圓
工序Ⅸ：去毛刺
工序X：終檢，入庫。
方案二
工序Ⅰ：鑄造。
工序Ⅱ：時效處理
工序Ⅲ：銑左端各個端面
工序Ⅳ：銑右端各個端面?
工序Ⅴ：鉆，擴，鉸Φ25孔
工序Ⅵ：車R25內(nèi)圓
工序Ⅶ：銑M8端面
工序Ⅷ：鉆M8螺紋孔
工序Ⅸ：去毛刺
工序X：終檢，入庫。
方案一和方案二的區(qū)別在于，方案一我們加工Φ25孔端面及孔后，然后加工R25內(nèi)圓，這樣我們可以以加工好的Φ25孔和R25內(nèi)圓作為定位基準，加工其余的面和孔。這樣就為后續(xù)的加工提供了基準，保證了加工的質(zhì)量。
具體的加工路線如下
工序Ⅰ：鑄造。
工序Ⅱ：時效處理
工序Ⅲ：銑左端各個端面
工序Ⅳ：銑右端各個端面?
工序Ⅴ：鉆，擴，鉸Φ25孔
工序Ⅵ：車R25內(nèi)圓
工序Ⅶ：銑M8端面
工序Ⅷ：鉆M8螺紋孔
工序Ⅸ：去毛刺
工序X：終檢，入庫。
2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量和工步如下：
1. ?25mm的孔
鉆孔Φ24
擴孔： ?24.8mm
鉸孔：Φ25
2. 叉口側(cè)面
銑： 2Z=3mm
2.5 確定切削用量及基本工時
工序III：鉆，擴，絞φ25孔
工步一鉆孔至φ24
確定進給量：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-7，當鋼的，時，。由于本零件在加工Φ24孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘以系數(shù)0.75，則
根據(jù)Z525機床說明書，現(xiàn)取
切削速度：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以
根據(jù)機床說明書，取，故實際切削速度為
切削工時：，，，則機動工時為
工步二：擴孔
利用鉆頭將孔擴大至，根據(jù)有關(guān)手冊規(guī)定，擴鉆的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取
根據(jù)機床說明書，選取
則主軸轉(zhuǎn)速為，并按車床說明書取，實際切削速度為
切削工時：，，，則機動工時為
工步3：鉸孔
根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-25，，，得
查參考文獻Ⅴ表4.2-2，按機床實際進給量和實際轉(zhuǎn)速，取，，實際切削速度。
切削工時：，，，則機動工時為
工序：鉆M8螺紋孔
選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
按機床選取
基本工時： min
攻螺紋M8mm：
選擇M8mm高速鋼機用絲錐
等于工件螺紋的螺距，即
按機床選取
基本工時：
3 撥叉鉆Ф10孔夾具夾具設計
3.1概述
本夾具主要用于撥叉鉆Ф10孔夾具設計，本夾具主要用于鉆床Z525機床上，
在機床對零件進行機械加工時，為保證工件加工精度，首先要保證工件在機床上
占有正確的位置，然后通過夾緊機構(gòu)使工件正確位置固定不動，這一任務就是由夾具
來完成。
對于單件、小批生產(chǎn)，應盡量使用通用夾具，這樣可以降低工件的生產(chǎn)成本。但由
于通用夾具適用各種工件的裝夾，所以夾緊時往比較費時間，并且操作復雜，生產(chǎn)效率
低。
本零件屬于大量生產(chǎn)，零件外形也不適于使用通用夾具，為了保證工件精度，提高生
產(chǎn)效率，設計專用夾具就顯得非常必要。
3.2方案設計
方案設計是夾具設計的第一步，也是夾具設計關(guān)鍵的一步，方案設計的好、壞將直接
影響工件的加工精度、加工效率，稍不注意就會造成不能滿足工件加工要求，或加工精度
不能達到設計要求，因此必須慎重考慮。
設計方案的擬定必須遵循下列原則：
1、 定位裝置要確保工件定位準確和可靠，符合六位定位原理。
2、 夾具的定位精度能滿足工件精度的要求。
3、 夾具結(jié)構(gòu)盡量簡單，操縱力小而夾緊可靠，力爭造價低
3.3定位基準的選擇
我們采用已經(jīng)加工好的孔及其端面作為定位基準，采用一面一圓柱銷再加上2個擋銷（限制旋轉(zhuǎn)）和端面共限制6個自由度為了保證空間工件定位準確，我們需要限制6個自由度，一面是Ф25孔端面，一圓柱銷是Ф25孔大大圓孔，形成一面一圓柱銷再加上2個擋銷（限制旋轉(zhuǎn)）進行定位。
因此
我們采用擋銷來限制旋轉(zhuǎn)方向的自由度。這樣空間6個自由度就限制完了。
3.4切削力計算
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆孔加工，鉆削力。由《切削手冊》得：
鉆削力 式（5-2）
鉆削力矩 式（5-3）
式中
刀具：鉆頭φ10。
則軸向力：見《工藝師手冊》表28.4
F=Cdfk……………………………………3.1
式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35
k=(
F=420
轉(zhuǎn)矩
T=Cdfk
式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8
T=0.206
功率 P=
在計算切削力時,必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
K=KKKK
式中 K—基本安全系數(shù)，1.5;
K—加工性質(zhì)系數(shù)，1.1;
K—刀具鈍化系數(shù), 1.1;
K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1
則 F=KF=1.5
鉆削時 T=17.34 N
本道工序加工工藝孔時，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進行夾緊力計算無太大意義。只需定位夾緊部件的銷釘強度、剛度適當即能滿足加工要求。
這樣能較容易、較穩(wěn)定地保證加工精度。用夾具裝夾工件時，工件相對與刀具的位置由夾具保證，基本不受工人技術(shù)水平的影響，因而能較容易、教穩(wěn)定地保證工件的加工精度。能提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。采用夾具后，工件不需劃線找正，裝夾方便迅速，顯著地減少了輔助時間，提高了勞動生產(chǎn)率。
3.4夾緊力的計算
夾緊力采用螺旋壓板夾緊的方式。
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構(gòu)，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如下：
圖4.1 移動壓板受力簡圖
由表得：原動力計算公式
即：
由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。
3.5 定位誤差分析
（1） 定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和圓柱銷，間隙配合。
（2） 工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在銑床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
本工序采用一平面定位銷的會使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進而使加工位置有一定轉(zhuǎn)角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。
由資料[10]《機床夾具設計手冊》可得：
1 定位誤差：
當短圓柱銷以任意邊接觸時
當短圓柱銷以固定邊接觸時
式中為定位孔與定位銷間的最小間隙
通過分析可得：
因此：當短圓柱銷以任意邊接觸時
2 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.6 導向裝置設計
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。為了減少輔助時間采用可換鉆套，以來滿足達到孔的加工的要求。
表
d
D
D1
H
t
基本
極限
偏差F7
基本
極限
偏差D6
＞0～1
+0.06
+0.006
3
+0.010
+0.004
6
6
9
--
0.008
＞1～1.8
4
+0.06
+0.008
7
＞1.8～2.6
5
8
＞2.6～3
6
9
8
12
6
＞3～3.3
+0.022
+0.010
＞3.3～4
7
+0.019
+0.010
10
＞4～5
8
11
＞5～6
10
11
10
6
20
＞6～8
+0.028
+0.011
12
+0.023
+0.012
15
＞8～10
15
18
12
20
25
＞10～12
+0.034
+0.06
18
22
＞12～15
22
+0.028
+0.015
26
6
28
36
＞15～18
26
30
0.012
＞18～22
+0.041
+0.020
30
34
20
36
HT200
＞22～26
35
+0.033
+0.017
39
＞26～30
42
46
25
HT200
56
＞30～35
+0.050
+0.025
48
52
＞35～42
55
+0.039
+0.020
59
30
56
67
＞42～48
110
66
＞48～50
70
74
0.040
鉆模板選用固定鉆模板，用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上。
3.7 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構(gòu)應便于鐵屑。此外，夾點技術(shù)，經(jīng)濟的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結(jié)構(gòu)應便排出鐵屑。
3.8夾具設計及操作的簡要說明
由于是大批大量生產(chǎn)，主要考慮提高勞動生產(chǎn)率。因此設計時，需要更換零件加工時速度要求快。
參 考 文 獻
1. 切削用量簡明手冊,艾興、肖詩綱主編,機械工業(yè)出版社出版，1994年
2.機械制造工藝設計簡明手冊，李益民主編，機械工業(yè)出版社出版，1994年
3.機床夾具設計，哈爾濱工業(yè)大學、上海工業(yè)大學主編，上?？茖W技術(shù)出版社出版，1983年
4.機床夾具設計手冊，東北重型機械學院、洛陽工學院、一汽制造廠職工大學編，上海科學技術(shù)出版社出版，1990年
5.金屬機械加工工藝人員手冊，上海科學技術(shù)出版社，1981年10月
6.機械制造工藝學，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年
第 23 頁 共 30 頁