拨叉钻孔夹具课程设计

1、学 院：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：课程设计任务书一、课程设计的目的机械制造装备设计课程设计是机械制造装备设计课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它是学生综合运用本课程及其先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。它对于培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。本课程的目的在于：1） 培养学生综合运用机械制造装备设计及相关专业课程（工程材料、机械设计、互换性与测量技术、机械制造基础）的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零

2、件的工艺规程的能力。2） 能根据被加工零件的技术要求，应用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计保证加工质量的高效、省力、经济合理的专用夹具的能力。3） 使学生熟悉和能够应用有关手册、标准、图表等技术资料，指导学生分析零件加工的技术要求和企业已具备的加工条件，掌握从事工艺设计的方法和步骤。4） 进一步培养学生机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等基本技能。5） 培养学生耐心细致、科学分析、周密思考、吃苦耐劳的良好习惯。6） 培养学生解决工艺问题的能力，为学生今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下良好的基础。二、课程设计的要求本课程设计要求就

3、一个中等复杂程度的零件编制一套机械加工工艺规程，按教师指定的某道工序设计一副专用夹具，并撰写设计说明书。学生应在指导教师的指导下，认真地、有计划地、独立按时完成设计任务。学生对待自己的设计任务必须如图工厂接受任务一样，对于自己所做的技术方案、数据选择和计算结果必须高度负责，注意理论与实践相结合，以期待整个设计在技术上是先进的、在经济上是合理的、在生产中是可行的。设计题目：拨叉零件机械加工工艺规程及工艺装置生产纲领：300010000件生产类型：批量生产具体要求：1、产品零件图1张 2、零件毛坯图1张 3、机械加工工艺过程卡片1份 4、机械加工工序卡片1套 5、夹具设计装配图（0#或1#图纸）1

4、份 6、夹具设计零件图（2#4#图纸）13张 7、课程设计说明书（60008000字）1份附：产品零件图指导教师：教研室主任：年月日目录一、设计任务6 二、计算生产纲领、确定生产类型6 三、零件的分析6 四、确定毛坯的制造方法、初步确定毛坯形状7 五、工艺规程设计8 六、夹具设计17 七、总结21八、参考文献22 一、设计任务：该换挡叉应用在汽车变速箱的换挡机构中。叉头以孔套在变速叉轴上，并以螺钉经M10孔与叉联结，叉脚夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过叉头的槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速

5、箱中滑移，叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动改变档位，从而改变汽车的行驶速度。如图1、图2所示为拨叉钻孔工序图。设计在Z525立式钻床上钻拨叉零件上M10螺纹底孔的钻床夹具。图1图2二、计算生产纲领、确定生产类型：该零件属于大批量生产。故需设计专用夹具来确保生产.三、零件分析：1、拨叉技术要求：加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra形位公差（mm）叉脚两端面IT12叉口两内侧面51+0.1 0IT12内孔IT8M10螺纹孔M10×1IT7叉头凸台两端面IT12叉头平台外表面IT13叉头平台凸面11IT13叉头下表面IT13该拨叉结构简单，属于典型的叉杆类零件。为实现换

6、挡、变速得功能，其叉轴孔和变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强耐磨性，采用局部淬火，硬度为180HBS左右，为保证拨叉使用时，叉脚受力均匀，要求叉脚两端面与孔垂直度要求为。拨叉用螺钉定位，螺纹孔为M10。综上所述，该零件得各项技术要求制订较合理，符合在变速箱中得功用。2、审查拨叉的工艺性分析零件图可知，该拨叉的叉脚两端面厚度薄于连接的表面，但减少了加工面积，使用淬火处理提供局部的接触硬度。叉脚两端面面积相对较大，可防止加工过程中钻头钻偏，保证孔的加工精度，及孔与叉脚两端面的垂直度。其它表面加工精度较低，通过铣削、钻床的粗加工就可达到加工要求；而主要工

7、作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常得生产条件下，采用较经济得方法保质保量地加工出来。可见该零件工艺性好。四、确定毛坯的制造方法、初步确定毛胚形状：1、选择毛坯由于该拨叉在工作过程中承受冲击载荷，为增强强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻模制作毛坯。拔模斜度为5°。2、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量公差等级：由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的的公差等级为普通级。锻件重量：已知机械加工后拨叉的重量为3kg，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为。3、锻件形状复杂系数对拨叉零件图分析计算，可大概确定锻件外轮廓包容体的长度、宽度和高度，即l= 136mm，b= 76mm，h

8、= 72mm，由公式2-3、2-5可计算出该拨叉锻件的形状复杂系数（136×76×72××10-6 kg/mm3 ）故属于S 2级。4、锻件材质系数由于该拨叉材料为35钢，是碳的质量分数少于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M 1级。5、锻件分模线形状根据该拨叉的形位特点，以对称平分面为分模面，属平直分模线。6、零件表面粗糙度由零件图可知，该拨叉各加工表面粗糙度Ra均大于等于。由查表可知锻件毛坯的尺寸公差及机械加工余量：锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级6S 2M1普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注厚度宽度

9、51宽度孔径中心距±五、 拟定工艺路线： (一)选择定位基准：1 粗基准的选择：以零件的圆柱面为主要的定位粗基准2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以的孔内表面为辅助的定位精基准。(二)制定工艺路线:根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,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，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册第20页表、，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序01 粗铣15上、

10、下端面，以外圆为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；工序02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；工序03扩孔，以15下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序04粗铰孔，以15下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序05精铰孔，以15下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；工序06铣面，以15孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；工序07粗精铣叉口前后两侧面，以孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；工序08热处理（叉脚两端面局部淬火），淬火，使表面硬度达到185HBS；工序09粗精铣叉口20*5两内侧面，以孔

11、为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；工序10粗精铣缺口，以孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；工序11钻9孔，以孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具；工序12去毛刺；工序13终检。（三）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钻IT1115扩IT10粗铰IT10精铰IT82、平面工序尺寸：工序号工序内容加工余量基本尺寸经济精度锻件CT1201粗铣15上、下端面1371206铣面1161207粗精铣叉口前后两侧面15

12、51209粗精铣叉口20*5两内侧面15511210粗精铣缺口71142123、确定切削用量及时间定额：工序01粗铣15上、下端面，以外圆为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表，取刀具直径d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表，选择刀具前角00°后角08°，副后角0=10°，刃倾角：s=10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Kr=30°,副偏角Kr=5°。2. 切削用量1）确定切削深度ap因

13、为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz采用对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为（据简明手册表，X61立式铣床）时：fz=0.09/z故选择：fz=/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据切削手册表，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表，当d0=125mm，Z=12，ap，fz/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV，kSV。切削

14、速度计算公式为：其中，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速：。根据简明手册表，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：vc=m/min=118m/minf zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=/z5)校验机床功率根据切削手册表，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=/z。6）计算基本工时 tmL/ vf，L=l+ y+，l=24mm.查

15、切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=40mm，则：tmL/ Vf。工序02钻15孔，以15孔的上端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具1. 加工条件工件材料：35钢,b =170240MPa，锻造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;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，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=,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度，°，°2.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

16、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，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：0.215/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。根据切削手册表查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为，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

17、限度（查简明手册）为，寿命（3）切削速度查切削手册表，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，当f0.26, do19mm时，Mt=31.78Nm，修正系数均为，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。查机床使用说明书，。由于，故切削用量可用，即：，3、计算工时工序03扩孔，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，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

18、切削速度，故：，根据机床使用说明书选取：。基本工时：工序04粗铰孔，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1.2mm/z,进给量取，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，工序05精铰孔，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：机床：Z525立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量取，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工序06铣面，以外圆为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；刀具：YG6硬质合金端铣

19、刀；机床：X61立式铣床；查切削手册表，进给量为：，取为/r参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，则：现采用X61立式铣床，根据简明手册表，取，故实际切削速度：当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序切削时间为：min工序07粗铣叉口前后两侧面，以孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；刀具：YG6硬质合金端铣刀，机床：X61立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表查得，取：，故实际切削速度：当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，工序09粗精铣叉口20*5两内侧面，以孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具。刀具：YG6硬质合金端铣刀

20、，机床：X61立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表查得，取：，故实际切削速度：当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取,计算切削基本工时：因此，精铣叉口20*5两内侧面，以孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；机床：X61立式铣床刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由切削手册表查得：，,即27m/min，因此。现采用X61立式铣床，取，工作台每分钟进给量应为：，查机床使用说明书，取。铣削基本工时：工序10粗铣缺口，以孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具；刀具：YG6硬质合金端铣刀，机床：X61立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表查得，取：，故实际切削速度：当时，工

21、作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，精铣缺口，以孔为定位基准，采用X61立式铣床加专用夹具刀具：YG6硬质合金端铣刀；机床：X61立式铣床；查切削手册表，进给量为：，取为参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，则：现采用X61立式铣床，根据简明手册表，取，故实际切削速度：当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序切削时间为：min工序11钻9孔，以孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具机床：Z525立式钻床刀具：高速钢麻花钻根据切削手册查得，进给量为0.22mm/z,现取，v=17m/min，则：查简明手册表，取。所以实际切削速度为：计算切削

22、基本工时：六、专用钻床夹具设计1、夹具设计要求已知工件材料为35钢，毛坯为模锻件，所用机床为Z525型立式钻床，大批生产规模。试为该工序设计一钻床夹具。2、夹具的设计方案分析：孔为自由尺寸，可一次钻削保证。该孔在轴线方向的设计基准距离槽0mm的对称中心线为±；在径向方向的设计基准是孔的中心线，其对称度要求为，该尺寸精度可以通过钻模保证。孔：、槽和拨叉槽口是已完成的尺寸，钻底孔后攻螺纹M10.立钻Z525的最大钻孔直径为25mm，主轴端面到工作台面的最大距离H为700mm，工作台面尺寸为375mm×500mm，其空间尺寸完全能够满足夹具的布置和加工范围的要求。本工序为单一的孔

23、加工，夹具可采用固定式。方案设计1、定位基准的选择：为了保证孔对基准孔垂直并对该孔中心线的对称度符合要求，应当限制工件X的平移、Y轴旋转、Z轴旋转，三个自由度；为保证孔处于拨叉的对称面内且不发生扭斜，应当限制Y轴旋转自由度；为保证孔对槽的位置尺寸，还应当限制Y的平移自由度。由于为通孔，深度方向的自由度Z的平移可以不加限制，因此，本夹具应当限制5个自由度。孔是已经加工好的，且又是本工序要加工的孔的设计基准，按照基准重合原则，选择它作为主要定位基准是比较恰当的。若心轴水平放置并与钻床主轴垂直和共面，则所钻的孔与基准孔之间的垂直度与对称度就可以保证，其定位精度取决于配合间隙。为限制自由度，应以拨叉槽

24、口mm为定位基准。这时有两种定位方案。如图所示图（a）是在叉口的一个槽面上布置了一个防转销；图（b）是利用插口的两侧面布置一个大削边销，其尺寸采用51g6，从定位稳定和有利于夹紧来考虑，后一方案较好。(a) (b)为限制其自由度，定位元件的布置有以下三种方案：a.以D面定位，这时定位基准与设计基准（槽不重合，设计基准与定位基准之间的尺寸20所具有的误差必然会反映到定位误差中来，其基准不重合误差为，不能保证的需要。b.以槽口两侧面中的任一面为定位基准，采用圆柱销单面定位，这时，由于设计基准是槽的对称中心线，属于基准不重合，槽口尺寸辩护所形成的基准不重合误差为。c.以槽口两侧面为定位基准，采用均有

25、对称机构的定位零件（可伸缩的锥形定位销）定位，此时，定位基准与设计基准完全重合，定位间隙也可以消除。在这三个方案中，第一方案不能保证加工精度；第二方案具有结构简单、定位误差可以保证的优点；第三方案定位误差为零，但结构比前两方案复杂些。从大批量生产的条件来看，第三方案虽结构复杂一点，却能完成加紧的任务，因此第三方案是较合适的。2、夹紧机构的确定：当定位机构水平放置时，在Z525立钻上钻孔的钻削力和扭矩具有定位心轴来承担。这时工件的夹紧可以有以下两种方案。a.在心轴轴向施加轴向力夹紧。这时，可在心轴端部采用螺纹夹紧装置，夹紧力与切削力处于垂直状态。这种结构虽然简单，但装卸工件却比较麻烦。b.在槽中

26、采用带对称斜面的偏心轮定位件夹紧，偏心轮转动时，对称斜面楔入槽中，斜面上的向上分力迫使工件孔与定位心轴的下母线紧贴，而轴向分力又使斜面与槽紧贴，使工件在轴向被偏心轮固定，起到了既定位（限制Y旋转自由度）又夹紧的作用。显然，后一方案具有操作方便的优点。总体结构按设计步骤，先在各视图部位用双点画线画出工件的外形，然后围绕工件布置定位、夹紧和导向元件（见图3）,再进一步考虑零件的装卸、各部件结构单元的划分、加工时操作的方便性和结构工艺性的问题，使整个夹具形成一个整体。图3图4为该夹具的总体结构设计图，从该图可以看出，该夹具具有如下结构特点。夹具体采用整体铸件结构，刚性较好。为保证铸件壁厚均匀，内腔掏

27、空。为减少加工面，各部件的结合面处设置铸件凸台。定位心轴6和定位防转扁销1均安装在夹具体的立柱上，通过夹具体上的孔与底面的平行度来保证心轴与夹具底面的平行度要求。为了便于装卸零件和钻孔后进行攻丝，夹具采用了铰链式钻模板结构。钻模板4用销轴3采用基轴制装在模板座7上，翻下时与支撑钉5接触，以保证钻套的位置精度，并用锁紧螺钉2锁紧钻套孔对心轴的位置，在装配时，通过调整模板座来达到要求。在设计时，提出了钻套孔对心轴轴线的位置度要求。来调整达到此要求后，在模板座与夹具体上配钻铰定位孔、打入定位销使之位置固定。偏心轮装在其支座中，安装调整夹具时，偏心轮的对称斜面的中心与夹具钻套孔中心线保持±的

28、要求，并在调整好后打入定位销使之固定。夹紧时，通过手柄顺时针转动偏心轮，使其对称斜面楔入工件槽内，在定位的同时将工件夹紧。由于钻削力不大，故工作可靠图4确定夹紧机构针对大批生产，选用偏向轮夹紧机构。夹紧力计算(1) 由表10-1得夹紧力 F j=FL/tan(+ 1)+tan 2，=(R+esin)/cos，=arctanecos/(R+esin)ecos= 3， e= 5， R=33， L=160取偏心轮与夹紧面的摩擦系数和偏心轮与铰链轴的摩擦系数f一样，根据表10-2得，则摩擦角 1= 2=arctanf=所以得：夹紧力 F j（2）求切削力和切削扭矩：由表3-54和3-55得切削力 P x=68Ds0.7 K p，切削扭矩：2 s0.8 K p。 D=8.4, s=0.2, K p=（ b/75)0.75 ， b=580 。切削力 P x=264N，切削扭矩：M=1444N·mm理论夹紧力F jo= P x=264N，取安全系数，夹紧力 F j =K F jo，原始作用力F= F