机械制造技术课程设计-副变速拨叉工艺及钻8.7孔夹具设计

机床夹具设计说明书“副变速拨叉”零件“钻Ф8.7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：18机制1班指导教师：学院：机械电气工程学院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 7工序1 7工序2 9工序4 11三、夹具总体设计 131.定位方案 132.夹紧机构 153.对刀装置/导向装置 174.夹具与机床连接元件 195.夹具体 206.使用说明 227.结构特点 228.夹具中标准件清单 239.夹具装配总图 23四、设计总结 23五、参考文献 24六、心得体会 24一、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：机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。机床的精度应与工序要求的精度相适应。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、2、4、5、6、7、8、9、10均为粗铣。上述工序中所涉及到的加工表面的大，X51型立式铣床即可满足要求（5-78）。3、11Z525（5-71）。12、13、14、15（16Z525型立式钻床（5-71）。（2）选择夹具（（（调整有缺陷的夹具以及适合小批量零件的加工夹。（3）选择刀具工序号加工表面所选刀具1粗铣70上端面高速钢端铣刀2粗铣70下端面高速钢端铣刀3钻φ14内孔硬质合金直柄麻花钻4粗铣叉头左内侧面高速钢端铣刀5粗铣叉头右内侧面高速钢端铣刀6粗铣叉头左端面高速钢端铣刀7粗铣叉头右端面高速钢端铣刀8粗铣槽内左面镶齿三面刃铣刀9粗铣槽内右面镶齿三面刃铣刀10粗铣槽底面镶齿三面刃铣刀11铰φ14内孔铰刀12半精铣叉头左端面高速钢端铣刀13半精铣叉头右端面高速钢端铣刀14半精铣槽内左面高速钢端铣刀15半精铣槽内右面高速钢端铣刀16钻φ8.7孔硬质合金直柄麻花钻（4）选择量具，φ14H9孔，由于精度要求高，加工时每5-117，根据孔径可选三牙锁紧式圆柱塞规（GB/T6300-1986）。02.确定工序尺寸（1）计算过程确定工序尺寸L0、L1、L2、L3。该尺寸在工序中应达到零件图样的要求，即：L0=50.5±0.15mm；L1=5mm；L2=70mm；L3为70上端面距离Ф8.7孔轴线的大小。构成如下尺寸链：其中，L0为封闭环，L1、L3为减环，L2为增环。即L0ESEI代入数据得：L3=14.5；ES3=0.15；EI3=-0.15，最终确定L在计算各端面的工序加工余量时对工序1、2。加工70的上下端面（双侧）F=70，查表得CT=3.2，即R=70+2×1+3.22=73.6，即每一个端面的总加工余量为1对于工序4、5。加工粗铣叉头宽度为40的内表面（内腔）F=40，查表CT=2.8,R=40-2×1-2.82=36.6，即每一个端面得总加工余量为1.7。查表5-33，各种加工方法的加工经济精度得，粗铣的经济精度为IT9-IT13，选取经济精度为IT12，查表5-34（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Ф8.7孔8.7无无Ф无无25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1粗铣70上端面1.8mm0.3mm2粗铣70上端面1.8mm0.3mm4粗铣叉头左内侧面1.7mm0.18mm5粗铣叉头左内侧面1.7mm0.18mm二、切削用量、工时定额的计算工序1（1）切削用量本工序为粗铣Ф24圆柱面的上端面，保证粗糙度Ra25。因为加工余量较小，表面粗糙度要求较低，粗铣一次即可达到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料为KHT350-10，零件为铸件，选择加工机床为立式铣床（X51）查表5-78，机床X51的功率为4.5KW，。选择铣刀为端铣刀,选择铣刀直径d0=80mm，齿数z=12。刀具材料为高速钢，查表5-151选择：端铣刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，过渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齿螺旋角β=20°。根据高速钢端铣刀加工可锻黑心铸铁，查表5-152查得每齿进给量为fz=0.20~0.30mm/z，现取fz=0.3mm/z。铣刀直径d0=80mm，端面铣刀，查表5-157，可知刀具平均使用寿命T=180min。确定切削速度。根据表2-17中计算公式:vc式中，Cv=43.1，qv=0.25，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.15，pv=0.1，m=0.2，T=180，fz=0.3，d0=80，z=12，ap=1.6，ae=24，查表2-9得修正系数kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，计算得vc根据切削速度确定机床转速，根据公式：νc式中，vc=104.8，ⅆ0=80，代入上式计算查表5-79，选择X51立式铣床主轴转速的标准值，即n=300r/min，根据机床主轴的实际转速，最终根据确定实际切削速度vc校验机床功率。由表2-18中计算公式：F式中，CF=30，xF=1.0，yF=0.72，uF=0.86，wF=0，qF=0.86，d0=80，n=380，fz=0.3，ap=1.6，z=12，ae=24，查表2-9得修正系数kkrFc=0.81，kmFc=1.14由表2-18中计算公式：Pc=Fcvc1000，带入数据得Pc即机床：X51，主轴转速300r/min，实际切削速度（2）工时定额计算：基本时间：由表2-28可查，铣削机动时间计算公式：T其中l=24，l1=0.5d-d2-ae2+1~3，l2=1~3，d=80，ae=24（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/s11.63.31.351.8工序2（1）切削用量本工序为粗铣Ф24圆柱面的上端面，保证粗糙度Ra25。因为加工余量较小，表面粗糙度要求较低，粗铣一次即可达到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料为KHT350-10，零件为铸件，选择加工机床为立式铣床（X51）查表5-78，机床X51的功率为4.5KW，。选择铣刀为端铣刀,选择铣刀直径d0=80mm，齿数z=12。刀具材料为高速钢，查表5-151选择：端铣刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，过渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齿螺旋角β=20°。根据高速钢端铣刀加工可锻黑心铸铁，查表5-152查得每齿进给量为fz=0.20~0.30mm/z，现取fz=0.3mm/z。铣刀直径d0=80mm，端面铣刀，查表5-157，可知刀具平均使用寿命T=180min。确定切削速度。根据表2-17中计算公式:vc式中，Cv=43.1，qv=0.25，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.15，pv=0.1，m=0.2，T=180，fz=0.3，d0=80，z=12，ap=1.6，ae=24，查表2-9得修正系数kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，计算得vc根据切削速度确定机床转速，根据公式：νc式中，vc=104.8，ⅆ0=80查表5-79，选择X51立式铣床主轴转速的标准值，即n=300r/min，根据机床主轴的实际转速，最终根据确定实际切削速度vc校验机床功率。由表2-18中计算公式：F式中，CF=30，xF=1.0，yF=0.72，uF=0.86，wF=0，qF=0.86，d0=80，n=380，fz=0.3，ap=1.6，z=12，ae=24，查表2-9得修正系数kkrFc=0.81，k由表2-18中计算公式：Pc=Fcvc1000，带入数据得Pc即机床：X51，主轴转速300r/min，实际切削速度（2）工时定额计算：基本时间：由表2-28可查，铣削机动时间计算公式：T其中l=24，l1=0.5d-d2-ae2+1~3，l2=1~3，d=80，a（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/s11.63.31.351.8工序4（1）切削用量本工序为粗铣副变速拨叉叉头左内侧面，保证粗糙度Ra12.5。因为加工余量较小，表面粗糙度要求较低，粗铣一次即可达到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料为KHT350-10，零件为铸件，选择加工机床为立式铣床（X51）查表5-78，机床X51的功率为4.5KW，。选择铣刀为端铣刀,选择铣刀直径d0=80mm，齿数z=12。刀具材料为高速钢，查表5-151选择：端铣刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，过渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齿螺旋角β=20°。根据高速钢端铣刀加工可锻黑心铸铁，查表5-152查得每齿进给量为fz=0.20~0.30mm/z，现取fz=0.3mm/z。铣刀直径d0=80mm，端面铣刀，查表5-157，可知刀具平均使用寿命T=180min。确定切削速度。根据表2-17中计算公式:vc式中，Cv=43.1，qv=0.25，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.15，pv=0.1，m=0.2，T=180，fz=0.3，d0=80，z=12，ap=1.7，ae=6，查表2-9得修正系数kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，计算得vc根据切削速度确定机床转速，根据公式：νc式中，vc=128.16，ⅆ0=80查表5-79，选择X51立式铣床主轴转速的标准值，即n=490r/min，根据机床主轴的实际转速，最终根据确定实际切削速度vc校验机床功率。由表2-18中计算公式：F式中，CF=30，xF=1.0，yF=0.72，uF=0.86，wF=0，qF=0.86，d0=80，n=490，fz=0.3，ap=1.6，z=12，ae=24，查表2-9得修正系数kkrFc=0.81，kmFc由表2-18中计算公式：Pc=Fcvc1000，带入数据得Pc即机床：X51，主轴转速490r/min，实际切削速度（2）工时定额计算：基本时间：由表2-28可查，铣削机动时间计算公式：T其中l=18，l1=0.5d-d2-ae2+1~3，l2=1~3，d=80，ae（注：工序5为粗铣副变速拨叉叉头右内侧面，其切削速度、机床主轴的选择、工时定额的计算等与工序3中计算过程相同）（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/s11.70.32.058.171.4三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计本次的夹具设计是正对加工Ф8.7的孔，在对钻该孔进行加工前已经对其他表面进行了加工，钻孔工序为最后的一道机加工工序，因此，定位、夹紧方案有:=1\*ROMANI：选底平面、工艺孔和大头孔定位，即一面、心轴和棱形销定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。该心轴需要在上面钻孔，以便刀具能加工工件上的小孔。=2\*ROMANII：选一面两销定位方式，工艺孔用短圆柱销，用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。经过分析比较及结合老师的建议，选择方案中的心轴定位、螺旋夹紧机构，但又区别与方案=1\*ROMANI的是将菱形销更换为圆柱销，经过对其自由度定位的分析，发现不会导致过定位的情况。零件图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择芯轴与工件接触面和两孔为定位基准来设计钻模，从而满足孔的加工要求。工件定位用一面和两孔定位，配合螺旋夹紧机构共限制6个自由度。加工孔，直径d=8.7mm加工孔，直径d=8.7mm（2）定位方案草图（3）定位误差计算夹具的主要定位元件为一芯轴分别与一平面和固定圆柱销相互配合限制工件六个自由度。工件的工序基准为Φ14，使用螺旋夹紧机构。考虑到在实际加工过程中为避免菱形销在安装过程中安装位置不正确导致的误差，在钻Ф8.7的孔专用夹具中，将菱形销更换为圆柱销，由于加工工件的拨叉头部为开口，因此不会导致工件出现过定位的情况来表示。其数值大小为工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量。它由定位基准与工序基准不重合引起的基准不重合误差=1\*GB3①两定位销间的误差Δ其中，L为两孔的中心距，利用零件图计算得L=65mm;D1max、D2max为工件与两圆柱销配合孔得最大直径，查孔轴极限偏差数值表得：D1maxd1min、d2mind1min=14-0.027=13.973；代入上式计算得ΔDw=2\*GB3②磨损造成得加工误差：ΔM通常不超过0.005mm；=3\*GB3③夹具相对刀具位置误差：ΔD取0.01mm；=4\*GB3④夹紧误差可忽略不计；综上计算结果：转角误差为ΔDw误差总和：ΔM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(扩力比为60-100)、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（3）夹紧力计算与校验选用机床为Z525，刀具为硬质合金钢。查表2-15，可知公式为:切削力Ff=C扭矩M其中，CF=320；zF=1.2；yF=0.75；f=0.1；d0=8.7；kmF=(CM=0.098；zM=2.2；yM=0.8；k查表3-6，常见加紧形式所需得夹紧力，由于此定位加工方案的夹紧力是与切削力方向垂直的，因此采用所需夹紧力计算公式为：F其中，查表3-7，选取f1=0.7；f2=0.16；考虑到加工时的安全因素，不能对人或者机器产生损坏，且考虑Z525在加工Ф8.7的孔是属于连续切削，因此参照书中给定的安全系数值，最终取K=1.6查机械制造工艺书可知螺旋夹紧力得计算公式为：F查表计算选择可知：γ'=6.22；螺纹中径d0=11.188；φ1=9°50'；φ2=9°；α=2综上计算实际螺旋夹紧力Fj=47133.758N>>所需夹紧力F故夹具夹紧方法可靠，可以使用。芯轴强度校核为避免手工计算出错，采用有限元分析软件ANSYS对芯轴的强度进行校核，由于Ф8.7的孔为不铸出孔，因此在加工过程中，芯轴承受的力来自两个方向，分别是沿轴向的夹紧力以及与轴垂直的切削力，其中给定夹紧力为Fj=47133.758N，切削力为Ff=1015N，使用ANSYS对边界条件设定后，求出其变形结果根据有限元分析结果可知，对芯轴的设计还需再优化，最终，在芯轴通孔的两侧将圆柱直径增加到14mm，这样既可以提高加工孔是夹具的稳定性，也可以提升芯轴的强度，同时考虑到提供夹紧力远远大于所需的夹紧力，因此可以进一步降低提供的夹紧力，这样就可以综合提升加工孔的精度要求。3.对刀装置/导向装置（1）设计说明因为我们需要用钻床去加工Φ8.7快换钻套（JB/T8045.3-1999），钻套磨损后，可以迅速更换。夹具设计技术经济性较好，易于维修成，本较低。（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）设计说明因为加工此零件选用的机床为Z525型立式钻床，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，Z525T200mm状尺寸如下图所示：T型螺栓固定，具体如下：T型槽尺寸，选择公称尺寸为M12T型槽快卸螺栓（JB/T如下图所示：T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，具体结构尺寸如下图：（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明具体上。我所设计的加工工序的专用夹具需要一个芯轴166mm160mm140mm。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。（2）夹具体二维工程图6.使用说明（1）快换钻套使用说明首先本夹具是专用快换式钻模，用于加工副变速拨叉上Φ8.7，长51mm的孔，在大批大量生产中，为了克服固定钻套磨损后无法更换的缺点，因此使用快换钻套。可换钻套凸缘上铣有台肩，钻套螺钉的台阶形头部压紧在台肩上从而防止可换钻套转动。拧去螺钉，便可取出可换钻套。采用可换钻套的钻模板，为避免钻套与夹具体和钻模板的直接接触影响其精度，在安装可换钻套处应专门配装一个衬套，可换钻套就装在衬套中。（2）夹具体装配说明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。（3）夹紧方案选择说明夹具使用螺旋快速装卸夹紧机构，扩力比大，拆卸方便。7.结构特点在前面的定位误差计算结果中可知本夹具的定位方法和夹紧方案是满足本工序的加工精度要求的。在设计夹具的过程中，考虑到经济分析的合理性，更多的采用标准件会很大程度上降低夹具的制造成本，提升装配精度，这会进一步的提高工件的加工精度，同时也会一定程度的提升经济效益，因此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。8.夹具中标准件清单夹具中使用标准件清单如下：序号名称件数材料备注1内六角螺钉24