机械制造技术课程设计-副变速拨叉工艺及粗铣叉头左内侧面夹具设计

机床夹具设计说明书“副变速拨叉”零件“粗铣叉头左内侧面”工序的夹具设计全套图纸加V信153893706或扣33463894112021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 4二、切削用量、工时定额的计算 5工序3 5工序10 7工序11 8工序16 9三、夹具总体设计 101.定位方案 102.夹紧机构 113.对刀装置/导向装置 124.夹具与机床连接元件 135.夹具体 136.使用说明 147.结构特点 148.夹具中标准件清单 149.夹具装配总图 14四、设计总结 14五、参考文献 15六、心得体会 15一、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床工序3为钻扩φ14的孔、工序11为铰φ14的孔，工序16为钻φ8.7的孔根据工件的实际加工情况选择Z525立式钻床最大钻孔直径25mm,，主轴端面距工作台的距离0-700mm，工作台尺寸500*375mm，主电机功率2.8KW。工序10为粗铣槽底面根据工件的实际加工情况选择X60立式钻铣床主轴孔径25mm，主轴端面距工作台的距离30-380mm，主轴转速65-1800r/min，工作台尺寸1000*250，主电动机功率4.5KW。（2）选择夹具工序3为钻扩φ14的孔：专用夹具；工序11为铰φ14的孔：专用夹具；工序16为钻φ8.7的孔：专用夹具；工序10为粗铣槽底面：专用夹具。（3）选择刀具工序3为钻扩φ14的孔：硬质合金直柄麻花钻，硬质合金直柄扩孔钻；工序11为铰φ14的孔：硬质合金直柄铰孔钻；工序16为钻φ8.7的孔：专硬质合金直柄麻花钻；工序10为粗铣槽底面：硬质合金镶齿三面刃铣刀。（4）选择量具工序3为钻扩φ14的孔：内径百分表（公称规格10-18），游标卡尺（200*0.02）；工序11为铰φ14的孔：内径百分表（公称规格10-18），游标卡尺（200*0.02）；工序16为钻φ8.7的孔：内径百分表（公称规格10-18），游标卡尺（200*0.02）；工序10为粗铣槽底面：游标卡尺（200*0.02）。2.确定工序尺寸（1）计算过程对单侧作机械加工时，采用R=F+RMA+CT2;对圆柱形得铸件部分或在双侧机械加工得情况下，采用R=F+2RMA机械加工余量按照最终机械加工余量后铸件得最大轮廓尺寸，查表得RMA=1mm。配合表5-3查得尺寸公差及工序尺寸。Ф14的孔（内腔）F=14，查表得CT=2.2，即R=14-2×1-2.2粗加工：钻削——选取钻头直径φ13mm，工序尺寸：φ13mm；扩削——选取扩刀直径φ13.75mm，工序尺寸：φ13.75mm；精加工：铰削——选取铰刀直径φ14mm，工序尺寸：φ14mm。14H13的内表面（内腔）F=14，查表CT=2.2,即R=14-2×1+粗加工：铣削——选取铰刀直径φ80，工序尺寸：φ14mm。φ8.7的孔粗加工：钻削——选取钻头直径φ8，工序尺寸：φ8mm。（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Ф14的孔3.10.25—1313.751412.56.33.214H133.1——14——12.5——φ8孔8——8——12.5——各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量/mm工序加工余量/mm3φ14孔3.12.8510槽底面3.13.111φ14孔3.10.2516φ8孔88二、切削用量、工时定额的计算工序3（1）切削用量1.确定钻削φ13孔的切削用量，所选刀具为硬质合金，直径为φ13的直柄麻花钻。确定背吃刀量：双边余量为2.9mm，显然ap为单边余量，ap=32=确定进给量f，切削速度vc：参考数据根据表5-142硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量表：已知材料为可锻铸铁，d0=13mm，属于8-22mm范围内，进给量为（0.05-0.1mm/r）切削速度为（45-50m/min），钻尖角（115-120°），切削液为（干切或乳化液）。实际数据根据表5-73立式钻床进给量，该工序选择Z525立式钻床，故选择进给量0.1mm/r。理论切削速度为50mm/r。根据表2-14查得钻孔时使用条件改变时切削速度的修正系数：kMv=0.74、ksv=ktv==1.0、k0v=1.2、k1v=0.6故：vc=50*0.74*1.2*0.6=26.64mm/minn=1000vcπd=1000*26.64根据表5-72立式钻床主轴转速，故选择主轴转速680r/min。则实际切削速度vc=πdn=27.8m/min=0.46m/s2.确定扩削φ13.75孔的切削用量所选刀具为硬质合金，直径为φ13.75的直柄扩孔钻。确定背吃刀量：双边余量为0.75mm，显然ap为单边余量，ap=32=确定进给量f，切削速度vc：参考数据根据表5-136硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量表：已知材料为可锻铸铁，d0=13.75mm，属于<=15mm范围内，进给量为（0.7-0.9mm/r）。实际数据根据表5-73立式钻床进给量，该工序选择Z525立式钻床，故选择进给量0.81mm/r。vc=式中Cv=93，xv=0.15，zv=0.4,yv=0.45,m=0.4,T=30T/min,f=0.81mm/z由计算可得；vc=87mm/根据表2-14查得钻孔时使用条件改变时切削速度的修正系数：kMv=0.74、ksv=ktv=1.0、k0v=1.2故：vc=87*0.74*1.2=57mm/minn=1000vcπd=1000*57π根据表5-72立式钻床主轴转速，故选择主轴转速1360r/min。则实际切削速度vc=πdn=58.7m/min=0.98（2）工时定额计算：基本时间：钻削基本时间：TTj=l+l1+l2fn、l1=DTj=67.7s、Tf=10扩削基本时间：TTj=l+l1+l2fn、l1=DTj=4.7s、Tf=0.7（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/s11.050.10.4611.367.720.3750.810.9822.674.7工序10（1）切削用量本工序为粗铣槽14的底面，由于加工余量较小，铣一次走刀即可完成。选择镶齿三面刃铣刀，铣刀宽度12mm，铣刀直径d080mm，齿数Z=10，ap=1.55mm，查表可知，铣床功率为2.8kw，工艺系统刚性为中等，高速钢铣刀加工可锻铸铁，根据表5-152查得每齿进给量为fz=0.15~0.30mm/z，现取fz=0.20mm/z。查表5-157得，T=120min，确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz。根据公式计算：vc=式中Cv=74，qv=0.25，xv=0.1,yv=0.2,uv=0.3,pv=0.1,m=0.2,fz=0.20mm/z,kv=1,由计算可得；vc=264.76m/由表2-9可知由于加工材料的强度和硬度因素，需要考虑切削速度修正系数kmv=0.66；毛坯状态因素，需要考虑切削速度修正系数ksv=0.8；硬质合金不同，需要考虑切削速度修正系数ktv=0.83。vc=kmvksvktv*264.76=116m/n=1000*vcπd0根据X60主轴转速表（5-82）查得转速选择n=560r/min=9.3r/s，则，实际切削速度为vc=πnd1000=140.7r/min=2.3m工作台每分钟进给量为fMz=0.2*10*560=1120mm/min根据5-83选择fMz=500mm/min，则工作台每转进给量为；f=5001120=0.45mm（2）工时定额计算：基本时间：TTj=l+l1+l2l1l其中ae=15，fMz=1120计算得l1=32，取l2=2，则TTf+Tb+Tx=(15%+2%+2Td=3（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/s10.050.452.39.32.64工序11（1）切削用量确定铰削φ14孔的切削用量所选刀具为硬质合金，直径为φ14的直柄机用铰刀。确定背吃刀量：双边余量为0.25mm，显然ap为单边余量，ap=32=确定进给量f，切削速度vc：参考数据根据表5-144硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量表：已知材料为可锻铸铁，d0=14mm，属于10-15mm范围内，进给量为（0.2-0.45mm/r），切削速度（8-12m/min），干切。实际数据根据表5-73立式钻床进给量，该工序选择Z525立式钻床，故选择进给量0.36mm/r。理论切削速度为10mm/r。根据表2-14查得铰孔时使用条件改变时切削速度的修正系数：kMv=0.74、ksv=ktv=k0v=k1v=1.0故：vc=10*0.74=7.4mm/minn=1000vcπd=1000*7.4π根据表5-72立式钻床主轴转速，故选择主轴转速195r/min。则实际切削速度vc=πdn=8.4（2）工时定额计算：基本时间：铰削基本时间：TTj=l+l1+l2fn、l1=D-Tj=76s、Tf=（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/s10.1250.360.143.2576工序16（1）切削用量1.确定钻削φ8.7孔的切削用量，所选刀具为硬质合金，直径为φ8的直柄麻花钻。确定背吃刀量：双边余量为8mm，显然ap为单边余量，ap=32=确定进给量f，切削速度vc：参考数据根据表5-142硬质合金钻头钻削不同材料的切削用量表：已知材料为可锻铸铁，d0=8mm，属于8-22mm范围内，进给量为（0.05-0.1mm/r）切削速度为（45-50m/min），钻尖角（115-120°），切削液为（干切或乳化液）。实际数据根据表5-73立式钻床进给量，该工序选择Z525立式钻床，故选择进给量0.1mm/r。理论切削速度为50mm/r。根据表2-14查得钻孔时使用条件改变时切削速度的修正系数：kMv=0.74、ksv=ktv==1.0、k0v=1.2、k1v=0.6故：vc=50*0.74*1.2*0.6=23.976mm/minn=1000vcπd=1000*26.64π根据表5-72立式钻床主轴转速，故选择主轴转速960r/min。则实际切削速度vc=πdn=24.13m（2）工时定额计算：基本时间：钻削基本时间：TTj=l+l1+l2fn、l1=DTj=43.9s、Tf=6.6（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/s140.10.41643.9三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计工件的定位主要通过心轴和底板的配合限制5个自由度，再通过一块支撑板使其侧面与叉头内表面相接触来限制z方向的转动。设计心轴时考虑到垂直度的要求，选择与夹具体通过螺纹连接，而并非直接铸出或焊接成型。综上所述即可完成工件的定位。通过心轴与孔的配合，限制x,y的平动和转动通过心轴与孔的配合，限制x,y的平动和转动4个自由度。支撑板通过支撑板通过与叉头内侧的弧面相贴合，限制z方向的转动。通过工件右端面与通过工件右端面与凸台接触可限制z方向的平动。（3）定位误差计算叉头内表面靠支撑面的圆柱面定位ΔΔΔ式中δD=0.02，α=60°ΔDH1=0.02mm、ΔDH2=Δz=Δ心轴与φ14内孔配合定位Δz=Δ凸台表面和零件左端面定位ΔΔΔz=2.夹紧机构（1）夹紧方案设计工件通过心轴和支撑块定位在夹具体上，使用垫片加螺母的组合使工件夹紧，属于螺旋夹紧机构。（2）夹紧方案草图通过螺旋夹紧装置，使工件固定在夹具体上。通过螺旋夹紧装置，使工件固定在夹具体上。 （3）夹紧力计算与校验工件的夹紧形式为，以内孔定位的作用下打滑与移动所需要的夹紧力：F=式中，f1为工件与螺母在轴向方向上的摩擦系数；f2为工件与芯轴底端在轴向方向上的摩擦系数；FJ为实际所需夹紧力，FJ=K*FJ0，FJ0为根据静力平衡原理计算出的理论夹紧力；D为工件被压紧面的最大直径。查表3-7，取f1=0.2，f2=0.2；安全系数K：一般在粗加工或断续加工时取K=2.5～3，此处K取3；实际所需夹紧力FJ=K*FJ0，在切削力的计算中得到铣削时所产生的轴向力为

F，此处FJ0=Ff，则FJ=34.83*3=104.49N；D=24mm，D1=22mm，D2=20mm，d=14mm。则：F=得到F=1435.57N。夹紧力的校验：此方案的夹紧机构采用的是螺旋夹紧机构，夹紧机构中收到力较大的是心轴，故需要强度校核。此处的夹紧力主要为轴向拉力，螺杆危险截面上的力为拉应力。拉应力计算：=F/S=1435.57/[（Π×d2）/4]=36.84Mpa心轴的材料为45钢，许用应力为，取=355Mpa，得到许用应力为88.75Mpa。综上所述，夹具满足强度要求。3.对刀装置/导向装置（1）设计说明本夹具体涉及的加工方式为铣削，所以需要提供对刀元件来完成加工前的对刀，所以根据国标选取标准件对刀块装配使用。（2）对刀装置/导向装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明本夹具体设计方式为铣削，选择立式铣床X51立式铣床，根据查表5-78查得立式铣床工作台参数，T型槽3，槽数：3、宽度：14、槽数：50。选择φ14的T型螺栓，φ14的六角螺母，使用螺栓螺母将夹具体和工作台连接在一起。（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明根据工作台的的具体参数在夹具体上设计了4个夹紧槽，为了避免加工大平面，在对刀块，支撑块，心轴这些零件与夹具体相接处的地方设置了小凸台，减少了加工表面，降低了成本，另外在与对刀块，支撑块，心轴相互配合的地方设置了螺纹孔和圆孔用来定位零件。（2）夹具体二维工程图6.使用说明使用φ14的T型螺钉和φ14的螺母，利用夹具体上预留的槽位将夹具体放置在X51立式铣床的工作台上，将心轴，支撑块，对刀块利用螺钉和销安装到夹具体上，放入待加工毛坯，毛坯通过φ14的孔放置在心轴上，再根据支撑板的位置限制工件z方向的转动，最后通过垫片加螺母的组合将工件夹紧，即可开始铣削副变速拨叉的叉头内表面。7.结构特点在夹具体与工作台连接处设置了双面都突出的槽，这样即可保证夹具体的定位精度，又避免了大平面的加工，降低了成本。在对刀块、支撑板，心轴与夹具体配合的地方同样设置了小凸台，另外在心轴的凸台上设置螺纹孔与心轴配合，这样既保证了定位精度，同时也不会像一体式铸造或焊接那样增加了成型难度，符合优结构工艺性的特点。8.夹具中标准件清单零件尺寸材料螺钉M6*1440钢圆柱销φ5Q235对刀块40*26*2220钢螺钉M10*1640钢螺母M1040钢垫片M1040钢9.夹具装配总图四、设计总结机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程教学的一个不可或缺的辅助环节。这次课程设计中主要完成的任务也很多，包括：绘制产品零件图，了解零件的结构特点和技术要求。根据生产类型和所拟的企业生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析。确定毛坯的种类及制造方法，绘制毛坯图。拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备和工艺装备(刀具、夹具、量具、模具、工具)，确定各工序的加工余量和工序尺寸，计算各工序的切削用量和工时定额，并进行技术经济分析。填写机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片等工艺文件。设计指定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图。撰写设计说明书。在本次课程设计中也遇到了不少的难点和困惑，任务初期在对零件的结构工艺性进行分析的时候，由于对零件的使用情况以及零件图的表示方法没有完全了解，以至于在加工表面精度，以及相互位置关系的表示上存在较大的疑惑，再了解了各个表面尺寸的具体含义与相互位置关系之后，对零件的结构工艺性理解也更加的全面，任务中期就牵连到了很多参数的计算，由于参考书的内容有限，以至于很多数据都没有可用的参数，导致数据计算卡了很长一段时间，后来在图书馆借阅了有关方面的参考书，补全了之前落下的数据，后续的计算才得以进行，在任务的后期，夹具体方案的表达是最重要也是花费时间最多的一步，定位及夹紧方案的选择一开始为考虑清楚定位于夹紧的区别，导致零件过定位，在后期经过查阅资料，清楚了定位于夹紧的概念，也是顺利的改正了夹紧方案，最后用solidworks成功的表达出了夹具体三维模型。在零件的结构分析与工艺性分析方面，更多的是自主设计的零件来辅助定位和夹紧，标准件的选取并不是很多，这样加工的成本以及效率就受到了一定的影响，所以在标准件的选用上还有一定的改进空间。五、参考文献专著：[1]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南[M].化学工业出版社,2015.4.[2]吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社,2018.6.[3]陈宏钧.实用机械加工工