汽车制造工艺学课程设计-换挡叉钻孔16H8说明书.doc

换挡叉钻孔16H8说明书目录序 言1一、零件的分析2二、工艺规程的设计3三、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16十一.参考文献17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。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Ra1.6um，斜脚面尺寸要求公差尺寸为自由公差，表面粗糙度为Ra3.2mm并保证与16轴线的垂直度为0.10；R34面粗糙度为Ra3.2um，表面要求淬火处理，硬度要求为4553HRC。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，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90.15；（4）钻，扩，铰螺纹孔；（5）加工R50圆弧槽；二、工艺规程的设计 确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200，考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:1. 16mm的孔由于16mm难以铸造，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。2.叉口侧面叉口两侧面粗糙度均为3.2，进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1.5mm。3. 叉口内圆面粗糙度没有要求，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R34端面50铣精铣R34端面60车车R23内圆70铣铣宽15mm的槽80钻钻M10螺纹底孔，攻丝M1085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0.8IT111512.5扩0.5IT1015.56.3粗铰0.3IT1015.86.3精铰0.2IT8163.2确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Z525立式钻床加专用夹具加工要求：钻15孔，加工余量0.8;机床：Z525立式钻床；刀具：根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=15mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度， 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，由切削手册表2.7,系数为0.5,则： 按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查切削手册表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。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：0.2150.265mm/r。根据简明手册表4.2-16,最终选择进给量。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2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830NFf，故所选进给量可用。（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0.6mm，寿命（3）切削速度查切削手册表2.30，切削速度计算公式为： （m/min）其中，查得修正系数：，故实际的切削速度： （4）检验机床扭矩及功率查切削手册表2.20，当f0.26, do19mm时，Mt=31.78Nm，修正系数均为1.0，故MC=31.78 Nm。查机床使用说明书：Mm =144.2 Nm。查切削手册表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。查机床使用说明书，。由于，故切削用量可用，即：，3、计算工时2.扩15.5孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；查切削手册表2.10，扩孔进给量为：，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 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。基本工时： 3 粗铰15.8孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；刀具：专用铰刀机床：Z525立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量为0.81.2mm/z,进给量取0.81mm/r，机床主轴转速取为=140r/min，则其切削速度为：。机动时切削工时，mm，4精铰16孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；刀具：机床：Z525立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量取0.48mm/r，机床主轴转速取为：=140r/min，则其切削速度为：机动时切削工时，mm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Z3025摇臂钻；（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F7，粗铰时选取G7，精铰时选用G6。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F7即可。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/f6H7/f6H6/g5。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15mm取其规定的公差带为F7。故钻套内径尺寸与公差带为15F7。根据GB1141-1973，15.8mm一号扩孔钻的尺寸为15.8-0.25-0.21。扩孔钻的最大极限尺寸为15.79mm。故扩孔时钻套内径的尺寸与公差带应为15F7。铰孔时使用的是标准铰刀16N7。铰孔时钻套内径的基本尺寸为16.008（即铰刀的最大极限尺寸），其公差带按G6选取，则钻套内径的尺寸与公差带为16.008G6。（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，H较大时，刀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=12.5。当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/D值可取大些。因该孔的直径为16，取2倍直径，则H=32mm。（附图3-2） 图3-2 图3-3（五）、排屑间隙h的确定排屑间隙h值的大小（附图3-3）对于排屑、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h值时，可按下面的经验公式进行。加工铸铁时h=(0.30.6)d加工钢件等塑性材料时h=(0.51.0)d式中d-钻头直径（mm）。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值（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=0.3d）。3、 钻深孔（L/d5）时，要求排屑畅快，这时，h=1.5d。因为该工件的材料是HT200，属于第一个经验公式的范围。取系数为0.4则排屑间隙h的值为6.4取7。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（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Fk=KF式中Fk-实际所需的夹紧力（N）； F -在一定条件下，用静力平衡原理计算出的夹紧力（N）； K-安全系数。粗加工时，取K=2.53；精加工时，取K=1.5-2。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4-1）方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42）。图4-1：4-2：五、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/B1.25为宜。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5-1所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200X150X30（长X宽X高 单位mm）。夹具体支撑板2的尺寸为200X35X150（长X宽X高单位mm）。图5-1六、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/h6），铰链轴和支座孔的配合为基轴制过盈配合（N7/h6）。钻模板支座俩侧面之间的配合则按基孔制间隙配合（H7/g6）。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0.010.02mm。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M16的螺栓。用来连接钻模板和夹具体的螺钉选用M8的即可。（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12D23-66-88-2020-2525-3232-40b234566BD2-0.5D2-1D2-2D2-3D2-4D2-5七、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1/21/5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0.02mm；（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100：0.02mm；（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100：0.02 mm；（4）钻套轴线对夹具体底面的垂直度不大于100：0.05 mm；（5）钻模上前后镗套的同轴度不大于0.02 mm；（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100：0.03 mm；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1/2-1/5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D的平行度不大于0.008 mm。（2）、钻套轴线对C面的垂直度不大于0.01 mm。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。因该项误差影响因素多，不便于计算，所以常根据经