机械制造技术课程设计-拨叉831008加工工艺及扩铰φ20孔夹具设计

机床夹具设计说明书“拨叉（CA6140）”零件“扩铰Φ20孔”工序的夹具设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411姓名：学号：班级：指导教师：学院：2021年11月

目录一、工序设计 31.选择加工设备与工艺装备 32.确定工序尺寸 5二、切削用量、工时定额的计算 6工序4 6工序6 8工序8 10工序10 12三、夹具总体设计 131.定位方案 132.夹紧机构 153.导向装置 184.夹具与机床连接元件 195.夹具体 206.使用说明 217.结构特点 218.夹具中标准件清单 219.夹具装配总图 22四、设计总结 22五、参考文献 22六、心得体会 23一、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床选择机床时,应注意以下几个基本原则：1.机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。2.机床的精度应与工序要求的精度相适应。3.机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如果工件尺寸太大、精度要求过高，没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。根据以上原则，选择机床如下：1.工序3、8是粗铣、半精铣Φ20及Φ50上端面，其他表面不要求很高的加工精度，故选用立式铣床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，X51型立式铣床即可满足要求（表5-78）。2.工序4、6是粗铣、半精铣Φ20及Φ50下端面，表面不要求很高的加工精度，故选用立式铣床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，X51型立式铣床即可满足要求（表5-78）。3.工序7为扩、粗铰、精铰Φ20孔，零件尺寸轮廓不大，不是回转体，故宜在钻床上进行加工，且孔的加工精度要求较高，且一次加工2个位于需选用较为精密的钻床才能满足要求，因此选用Z3040摇臂钻床（表5-68）。4.工序5、9半精镗、精镗Φ50孔，表面不要求很高的加工精度，能满足零件加工尺寸，选用卧式镗床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，即T68卧式镗床可满足要求。（表5-92）。5.工序10为切断两个拨叉，加工精度要求不高，选用卧式铣床就能满足加工要求，且本零件外轮廓尺寸不大，X60型卧式铣床即可满足要求（表5-81）。6.工序11为钻Φ8孔的一半，由于其装配时进行钻铰，不要求很高的加工精度，故选用立式钻床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，Z525型立式钻床即可满足要求（表5-71）。7.工序12为钻M6底孔、攻M6螺纹。孔的尺寸较小，位置比较特殊，可采用专用夹具在立式钻床上加工，故选用X525立式钻床（表5-71）。（2）选择夹具机床夹具种类有很多，一般可划分为通用夹具（适用性强，加工精度不高）、专用夹具（加工精度高、针对性强、缺乏通用性）、可调夹具（调整有缺陷的夹具以及适合小批量零件的加工）以及组合夹具。本零件不是回转体零件，成批生产且有有较多需要铣削加工、钻孔、攻螺纹的加工表面，均需要专用夹具进行装夹。（3）选择刀具工序号工序内容所选刀具2粗铣Φ20、Φ50孔上端面镶齿套式面铣刀3粗铣Φ20、Φ50孔下端面镶齿套式面铣刀4粗镗Φ50内孔镗刀5半精铣Φ20、Φ50孔下端面镶齿套式面铣刀6扩、粗铰、精铰两端的Φ20孔扩孔钻、铰刀7半精铣Φ20、Φ50孔上端面镶齿套式面铣刀8半精镗Φ50内孔镗刀9将铸在一起的两个拨叉切断锯片铣刀10钻Φ8孔的一半Φ4直柄麻花钻11钻M6底孔、攻M6螺纹直柄麻花钻、丝锥（4）选择量具本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具，对于左右及四周端面的加工可采用游标卡尺进行测量，φ20H7孔，由于精度要求高，加工时每个工件都需要进行测量，故宜采用极限量规，按表5-117，根据孔径可选三牙锁紧式圆柱塞规（GB/T6300-1986）。此外，Φ50孔加工，由于精度要求不高，加工时每个工件都需要进行测量，故宜采用内径千分尺，按表5-116，根据孔径可选内径千分尺。Φ20及Φ50孔上、下端面经粗铣、半精铣两次加工，可用游标卡尺进行测量。钻Φ8孔的一半，钻M6底孔及攻螺纹后，孔尺寸小，精度要求不高，采用游标卡尺进行测量。2.确定工序尺寸（1）计算过程扩、粗铰、精铰内孔：由于其原本尺寸较大，经计算铸造内孔尺寸为Φ16.8，加工余量为2.2mm，扩孔后尺寸为Φ19，查表公差为0.13，根据基孔制有钻削工序尺寸及公差为Φ1900.13；粗铰孔加工余量为0.8mm，粗铰孔后尺寸为Φ19.8，查表公差为0.052，根据基孔制有钻削工序尺寸及公差为Φ19.800.052；精铰加工余量为0.2mm，铰后尺寸为Φ20，查表公差为工序4、6，粗铣、精铣Φ20孔及Φ50孔下端面，粗铣加工余量为1mm，精铣加工余量为0.65mm,只需将剩余的加工余量铣削即可达到零件的尺寸要求。工序8，精铣Φ20孔及Φ50孔上端面，精铣加工余量为0.65mm，只需将剩余的加工余量铣削，即可达到零件的尺寸要求。工序10，将铸在一起的两个拨叉切断，切削宽度小，加工余量较大，一次加工即可达到零件的尺寸要求。（2）工序尺寸列表圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精Φ20孔2.20.80.2ΦΦΦ12.53.21.6各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量4下端面1.6516下端面1.650.658Φ20孔上端面Φ20孔上端面1.651.450.650.4510铣断1212二、切削用量、工时定额的计算工序4（1）切削用量本工序为粗铣Φ20孔及Φ50孔下端面。因为加工余量较小，铣一次走刀即可完成。即ap=1mm。选择镶齿套式面铣刀，铣刀宽度为80mm，ae=72mm，齿数为10。查表5-78可知，X51铣床功率为4.5kW，工艺系统刚性为中等，高速钢面铣刀加工铸铁，根据表5-152查得每齿进给量为fz=0.15~0.30mm/z，现取fz=0.25mm/v式子中Cv=35,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.4,uv=0.5,pv=0.1,m=0.15，T=120min，apn=根据X51型立式铣床主轴转速表(表5-79)，选择n=210r/min=3.5r/s，则实际切削速度为vc=f根据表5-80选择fMzf=校验机床功率：根据表2-18的计算公式，铣削时的功率(单位kW)为：PF其中，CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF代入有Fc=102.70N，Pc=0.090kW，（2）工时定额计算：基本时间：由表2-28得，T=l+l1+l（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s112.430.8821021.83工序6（1）切削用量本工序为半精铣Φ20孔及Φ50孔下端面，保证粗糙度Ra3.2。因为加工余量较小，铣一次走刀即可完成。即ap=0.65mm。选择镶齿套式面铣刀，铣刀宽度为80mm，ae=72mm，齿数为10。查表5-78可知，X51铣床功率为4.5kW，工艺系统刚性为中等，高速钢面铣刀加工铸铁，根据表5-152查得每转进给量为f=0.5~1.2mm/r，现取f=1mm/r,则每齿进给量为fv式子中Cv=35,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.4,uv=0.5,pv=0.1,m=0.15，T=120min，apn=根据X51型立式铣床主轴转速表(表5-79)，选择n=255r/min=4.25r/s，则实际切削速度为vcf根据表5-80选择fMzf=校验机床功率：根据表2-18的计算公式，铣削时的功率(单位kW)为：PF其中，CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF代入有Fc=36.80N，Pc=0.039kW，（2）工时定额计算：基本时间：由表2-28得，T=l+l1+l2（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s10.650.981.0725521.83工序8（1）切削用量本工序为半精铣Φ20孔及Φ50孔上端面，保证粗糙度Ra3.2。因为加工余量较小，铣一次走刀即可完成。半精铣Φ20孔上端面：Φ20孔上端面加工余量ap=0.65mm。选择镶齿套式面铣刀，铣刀宽度为80mm，ae=32mm，齿数为10。查表5-78可知，X51铣床功率为4.5kW，工艺系统刚性为中等，高速钢面铣刀加工铸铁，根据表5-152查得每转进给量为f=0.5~1.2mm/r，现取f=1mm/r,则每齿进给量为fv式子中Cv=35,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.4,uv=0.5,pv=0.1,m=0.15，T=120min，apn=根据X51型立式铣床主轴转速表(表5-79)，选择n=255r/min=4.25r/s，则实际切削速度为vcf根据表5-80选择fMzf=校验机床功率：根据表2-18的计算公式，铣削时的功率(单位kW)为：PF其中，CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF代入有Fc=36.80N，Pc=0.040kW，半精铣Φ50孔上端面：Φ50孔上端面加工余量ap=0.45mm。选择镶齿套式面铣刀，铣刀宽度为80mm，ae=72mm，齿数为10。查表5-78可知，X51铣床功率为4.5kW，工艺系统刚性为中等，高速钢面铣刀加工铸铁，根据表5-152查得每转进给量为f=0.5~1.2mm/r，现取f=1mm/r,则每齿进给量为fv式子中Cv=35,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.4,uv=0.5,pv=0.1,m=0.15，T=120min，apn=根据X51型立式铣床主轴转速表(表5-79)，选择n=255r/min=4.25r/s，则实际切削速度为vcf根据表5-80选择fMzf=校验机床功率：根据表2-18的计算公式，铣削时的功率(单位kW)为：PF其中，CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF代入有Fc=25.48N，Pc=0.027kW，（2）工时定额计算：基本时间：由表2-28得，T1=l+l1T2=TT3=l+l1（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s10.650.981.0725519.220.450.981.0725523.76工序10（1）切削用量本工序为将铸在一起的两个拨叉切断，保证粗糙度Ra6.3。因为切削宽度较小，铣一次走刀即可完成。即ap=12mm,ae=4mm。选择中齿锯片铣刀，铣刀直径d=160mm，齿数为48，厚度为4mm。高速钢切断铣刀加工铸铁，根据T=180min,ae=4mm，ap=12根据X60型卧式铣床主轴转速表(《设计指南》表5-82)，选择n=50r/min=0.83r/s，则实际切削速度为vcf根据表5-83选择fMzf=9050=1.80m/r校验机床功率：根据表PF其中，CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF代入有Fc=91.82N，Pc=0.035kW，（2）工时定额计算：基本时间：由表2-28得，T1=l+l1T2=T（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s1111.800.399650.67三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计因为加工的是Φ20H7孔，所以水平放置，便于加工。将其完全定位，可以采用：一侧加固定V形块，另一侧加活动V形块定位，这样既简单又方便。一底面限制的自由度有3个，一个固定短V形块限制和一个活动V形块限制个自由度，定位可靠，加工稳定，所设计的定位方案，总共限制了工件的5个自由度，属于不完全定位，存在过定位。目前90°V形块结构已经标准化（参看JB/T8018.1-1999，JB/T8018.1-1999，JB/T8018.4-1999，JB/T8019-1999），使用V形块进行定位，夹具可换性较强，技术经济性较好，制造成本低。在该定位方案中，1个支撑面（位于XOY平面），限制了Z轴的移动，X轴的转动，Y轴的转动，共3个自由度。1个活动V形块与1个固定V形块限制了X轴的移动，Y轴的移动，X轴的转动，Y轴的转动，5个自由度被限制。图1零件轴测示意图（2）定位方案草图如上图所示，夹具的定位方案采用V形块和大平面定位，可以满足定位方案分析过程中对自由度的要求，无欠定位，存在过定位但是不会影响零件的加工。如下图所示，1为固定V形块，2为夹具体，3为需加工零件，4为活动V形块。（3）定位误差计算夹具的主要定位元件为一平面和2个V形块间隙配合。工件的工序基准为Φ32外圆的轴线，零件使用两个V形块定位，一个主要起定位作用，一个主要起夹紧作用，由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准面与夹具定位元件的定位表面存在制造误差，会引起工件的工序基准偏离理想位置，产生加工误差，称之为定位误差，常用符号∆DW1.V形块定位误差：若忽略V形块的角度公差，此时V形块与工件外圆表面的定位，外圆尺寸为∅320D其中，δD为工件外圆的直径公差，为V形块的角度，代入公式得：D所以能满足精度要求。2.磨损造成的加工误差：∆M通常不超过；3.夹具相对刀具位置误差：∆D取；误差总和：D从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.夹紧机构（1）夹紧方案设计螺旋机构结构简单、夹紧行程大，具有增力比大、自锁性能好两大特点，为了减少夹紧和松开工件用时（辅助时间），使用快速装卸螺旋夹紧机构。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。（2）夹紧方案草图零件的的夹紧采用螺旋夹紧机构，即可满足零件的夹紧要求。如下图所示，1为固定V形块，2为夹具体，3为需加工零件，4为活动V形块，5为螺旋夹紧机构。（3）夹紧力计算与校验工件的夹紧形式为，以外圆定位（一个V形块定位，一个V形块夹紧）为防止工件在切削转矩M（N·mm）的作用下打滑而转动所需要的夹紧力：Q式中，f1为工件与V形块间在圆周方向的摩擦系数；R为外圆的半径；M查表3-7，取f1=0.4；安全系数K，一般精加工或者连续切削时取K=1.5～2，这里取K=1.75；R=16；查表2-15，知扭矩计算公式：M=C查得CM=0.206，zM查表2-11,nF=0.6计算修正系数：所以可得：M=0.206×162Q为防止工件在轴向力P的作用下打滑而轴向移动所需要的夹紧力：Q式中，f2为工件与V形块间在轴向方向的摩擦系数；P查表3-7，取f1=0.1；安全系数K，一般粗加工或者连续切削时取K=2.5-3，这里取K=2.75；查表2-15，知轴向力计算公式：P=查得CF=420，zF查表2-11计算修正系数：kF所以可得：P=420×161×Q综上所述，夹紧力按上述两种情况计算后，取其中较大值，即当前加工时的夹紧力Q=10324.4N。夹紧力的校验：由于此处采取的是快速装卸螺旋夹紧机构，夹紧机构中受力较大的是螺杆，需要进行强度计算。才能对加紧力进行校验，螺杆工作时承受轴向压力F和扭矩M的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力，其强度条件为：σca其中，F为所受轴向压力，N；A为螺纹段的危险截面面积，A=π4d12,mm2；为螺杆螺纹小径，mm；T为螺杆所受的扭矩，N·查阅资料，根据工作情况，取螺杆的材料为45钢，许用应力为σs3~5，取σs=355MPa，得许用应力为118.3MPa。取螺杆公称尺寸为M18，则小径d1取15；T=4.01×故计算可得危险截面的应力为：σca满足要求。综上所述，经校核：满足强度要求，夹具安全可靠。3.导向装置（1）设计说明因为我们需要用钻床去加工Φ20的孔，且该孔加工工序包括扩、粗铰、精铰，该孔在同一步工序中经过多个工步的加工，生产批量为中批量生产，采用快换钻套（参看JB/T8045.3-1999），钻套磨损后，可以迅速更换，同时配合使用钻套用衬套（参看JB/T8045.4-1999）。夹具设计技术经济性较好，易于维修，成本较低。（2）导向装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明因为加工此零件选用的机床为Z3040型摇臂钻床，其相关技术参数如下：从工作台T型槽中心到导轨距离为150mm，主轴轴线到导轨面距离为250mm，Z3040钻床工作台上T型槽数为3个，两槽间距为200mm。一般设计钻床夹具，不需要安装另外的定位元件，定位是依靠钻套来完成的，这里采用在夹具体上设计座耳，用T型螺栓固定，具体如下：根据T型槽尺寸，选择公称尺寸为M8的T型槽快卸螺栓（参看JB/T8007.2-1999），如果损坏易于更换，技术经济性较好，成本较低。根据T型槽快卸螺栓尺寸，参考设计手册相关内容，设计了座耳的结构，在夹具体上表面和下表面分别有凸台，在进行机加工时只需要加工凸台即可，节省加工时间，加工成本较低.（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明夹具体是夹具的基础件，夹具的其它各种元件、机构和装置等要安装在夹具体上。我所设计的加工工序的专用夹具需要一个固定V形块和一个活动V形块，以及安装在活动V形块安装一个手动快速螺旋夹紧机构。为了留出足够的安装空间，我们的夹具体总长为305mm，总宽为176mm，总高为108mm。我们选择夹具体通过铸造得到，因为铸造容易加工，抗压强度和抗振性好。为了减轻重量，底部我们采用周边接触结构。为了节省加工时间和降低成本，将钻模板和夹具体一起铸造成形。为保证夹具体的强度和刚度，设计了加强筋。（2）夹具体二维工程图6.使用说明本夹具是专用快换式钻模，用于加工C1340自动车床上Φ20H7的通孔，使用快换钻套，可以对工件进行扩、粗铰、精铰加工，在使用时先将右侧活动V形块滑出，再将工件放在套杯之上，然后将工件夹紧，进行加工即可。夹具使用螺旋夹紧机构，拆卸方便。进入装配的零件及部件（包括外购件、外协件），均必须具有检验部门的合格证方能进行装配。零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。7.结构特点本夹具的最大优点就是结构简单紧凑、操作方便。由于夹具的夹紧力不大，铣削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。为了提高生产力，使用螺旋夹紧机构。本夹具使用的标准件数量较多，经济性较好，安装方便，如有损坏更换简单，成本较低。固定V形块为非标准件，因为工件结构的原因，参照标准对其进行了一定的设计、调整。8.夹具中标准件清单名称数量材料备注内六角圆柱头螺钉M8×20245钢GB/T70.1-2008快换钻套20F7×30m6×251T10AJB/T8045.3-1999钻套用衬套A18×28120钢JB/T8045.4-1999钻套螺钉M8×5.5145钢JB/T8045.5-1999圆柱销8m6×50235钢GB/T119.1-2000键3×3×10145钢GB/T1096-20039.夹具装配总图四、设计总结本次为期三周的夹具课程设计，我主要完成了“拨叉”零件的工艺规程设计及“扩铰Φ20孔”工序的夹具设计，绘制了零件图、毛坯零件合图，以及根据设计，绘制了夹具装配图、零件图及三维模型。我设计了所分配零件的工艺过程、加工过程；每道工序所使用的机床、刀具、加工余量、切削用量、工步安排、工时定额；填写工艺过程卡片，工序卡片。然后我完成了我所分配的零件的钻孔的定位方案，并设计定位方案草图和进行定位误差计算。接下来完成了夹紧方案设计并绘制草图和进行夹紧力的计算和校核。紧接着设计对刀装置和绘制对刀装置二维工程图，然后完成夹具体的设计以及绘制夹具体二维工程图，设计夹具体和机床的连接元件对耳装置并绘制二维工程图，最终进行装配图的绘制。以及利用SW进行三维建模，绘制零件的三维图并将其装配。最后撰写设计说明书。设计工艺路线的时候，设计了两条工艺路线，但不