拨叉(CA6140车床)夹具设计

题目名称 拨叉（CA6140车床）夹具设计目录一、 已知条件1二、 零件的工艺分析及生产类型的确定1（一） 零件的作用1（二） 确定加工表面及主要加工表面1（三） 确定生产类型2三、 确定毛坯尺寸，绘制毛坯图2（一） 确定毛坯尺寸2（二） 绘制毛坯图3四、 拟定工艺路线4（一） 选择加工方法，拟定工艺路线4（二） 填写工艺过程卡6五、 进行工序设计和工艺计算7（一） 工序设计和工艺计算7（二） 画工序简图，填写工序卡片10六、 设计专用夹具11（一） 确定定位方案及定位元件11（二） 绘制夹具三维模型12七、 绘制夹具装配二维图并进行标注18八、 总结18九、 参考文献191、 已知条件 已知：Q=7500台/年，m=1件/台， 工件工作过程中不会受到冲击载荷，毛坯选用铸件，材料HT200，重量1.12kg。2、 零件的工艺分析及生产类型的确定（1） 零件的作用 该拨叉应用在某拖拉机变速箱的换档机构中。拨叉头以25mm孔套在变速叉轴上,拨叉脚则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拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变拖拉机的行驶速度。 该拨叉在改换档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔250-0.03mm(H7)，在设计工艺规程时应重点予以保证。（2） 确定加工表面及主要加工表面该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔的垂直度要求为0.1mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位准确，拨叉采用导向槽定位。导向槽的尺寸为，且导向槽的侧面与叉轴孔中心线的垂直度要求为0.08mm。表2-1 各表面技术要求加工表面公差及精度等级尺寸及偏差mm表面粗糙度Ram形位公差/mm拨叉头侧面IT12176.3拨叉脚两端面IT123.20.1A拨叉脚内表面IT133.2拨叉脚顶面IT96.3操纵槽端面IT133.2操纵槽内侧面IT123.20.08A操纵槽底面IT1286.3孔IT70.4（3） 确定生产类型结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%，则年产纲领拨叉重量为1.12kg，查表2-1知，拨叉属轻型零件，生产类型为大批生产。表2-2 不同机械产品的零件质量型别表 表2-3机械加工零件生产类型的划分 表2-3生产类型3、 确定毛坯尺寸，绘制毛坯图（1） 确定毛坯尺寸1、 求最大轮廓尺寸 根据零件图确定轮廓尺寸：长约为155.5mm，宽为75mm，高位80mm，故最大轮廓尺寸为155.5mm。2、 选取公差等级CT 由表5-1，铸造方法按机器造型、铸造材料按灰铸铁，得公差等级范围8-12级，取为10级。3、 求铸件尺寸公差 很据加工面的基本尺寸和铸造公差等级CT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。4、 求机械加工余量等级 由表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级范围E-G级，去为F级。5、 求RMA（要求的机械加工余量） 对所有加工表面取同一个数值，由表5-4查最大轮廓尺寸为155.5mm、机械加工余量等级为F级，RMA数值为1.5mm。6、 求毛坯基本尺寸1 拨叉头侧面 单侧加工由式5-1求出，即 ，因为拨叉头外圆半径为 20mm，因此压铸时外圆铸完整，外圆槽完全机加工做出。2 拨叉脚两端面 双侧加工由式5-2求出，即 3 拨叉脚内表面 内腔加工由式5-3求出，即 4 拨叉脚顶面 单侧加工由式5-1求出，即 5 操纵槽端面 单侧加工由式5-1求出，即 6 操纵槽内侧面 内腔加工由式5-3求出，即 7 操纵槽底面 单侧内腔加工由式5-1求出，即 8 孔 内腔加工由式5-3求出，即 表3-1 毛坯尺寸加工表面铸件公差等级CT加工面基本尺寸mm铸件尺寸公差/mm机械加工余量等级/mm毛坯基本尺寸mm拨叉脚两端面10122.21.516.1拨叉脚内表面10552.81.550.6拨叉脚顶面10132.53.61.5135.8操纵槽端面10232.41.525.7操纵槽内侧面10162.21.511.9操纵槽底面10821.55.5孔10252.41.520.8（2） 绘制毛坯图如下图所示：图3-1 毛坯图4、 拟定工艺路线（1） 选择加工方法，拟定工艺路线1、 定位基准的选择1 精基准的选择：根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择拨叉脚左端面和孔作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。且拨叉轴孔的轴线是设计基准，选用其作精基准定位加工拨叉脚两端面、操纵槽端面和拨叉头侧面，实现了设计基准和工艺基准的重合，遵循了“基准重合”的原则。选用拨叉脚左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该拨叉在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准。另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能作用在叉杆上。2 粗基准的选择： 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。本例选择拨叉头左端面作粗基准。采用拨叉头左端面作粗基准加工拨叉脚左端面，可以为后续工序准备好精基准；再采用加工过的拨叉脚左端面作为精基准加工孔，这样遵循了粗基准不重复使用的原则，同时能保证拨叉脚端面与孔的垂直度。2、 零件表面加工方法的选择表4-1 表面加工方法加工表面经济精度表面粗糙度Ram加工方案备注拨叉头侧面IT126.3粗铣-半精铣表5-16拨叉脚两端面IT123.2粗铣-磨削表5-16拨叉脚内表面IT103.2粗镗-半精镗表5-15拨叉脚顶面IT126.3粗铣-半精铣表5-16操纵槽端面IT123.2粗铣-半精铣表5-16操纵槽内侧面IT123.2粗铣-半精铣表5-16操纵槽底面IT126.3粗铣-半精铣表5-16孔IT80.4扩-铰表5-153、 制定工艺路线按照“先基面后其他”“先主后次”“先粗后精”的原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。以粗基准拨叉头底面定位，加工精基准孔和拨叉脚左端面以孔定位加工拨叉头侧面、操纵槽端面、拨叉脚顶面和内表面以拨叉脚左端面定位加工拨叉脚右端面、操纵槽内侧面和底面表4-2工艺路线工序号工序名称机床设备刀具量具负责人1铸件表面处理钳工台锤子、锉刀卡尺2退火3扩、铰孔立式钻床扩孔钻、铰刀卡尺、赛规汪帅兵4粗铣拨叉脚两端面卧式双面铣床卧式双面铣床铣刀游标卡尺沈博文5粗铣拨叉脚顶面、内侧面铣床铣刀游标卡尺、赛规吴家文6粗铣、半精铣拨叉头侧面立式铣床立铣刀游标卡尺刘露淳7粗铣、半精铣操纵槽端面、内侧面、底面立式铣床立铣刀游标卡尺冼李广8精铣拨叉脚两端面周轶骁9精铣拨叉脚顶面、内侧面黎如剑10去毛刺钳工台砂纸11热处理拨叉脚两端面局部淬火淬火机等12中检赛规、百分表、卡尺等13校正拨叉脚钳工台手挫14磨削拨叉脚两端面平面磨床砂轮游标卡尺15清洗清洗机16终检赛规、百分表、卡尺等（2） 填写工艺过程卡5、 进行工序设计和工艺计算（1） 工序设计和工艺计算1、机械加工余量的与确定 查表5-42可得，扩孔至24.8，粗铰至24.94，精铰至25，即精铰余量，粗铰余量，扩孔余量2、 工序尺寸及公差的计算查表5-29可确定各工序尺寸的加工精度等级为精铰：IT7；粗铰：IT10；粗扩：IT12。根据上述结果，再查表5-30可确定各工步的公差值分别为，精铰：0.021mm；粗铰：0.084mm；粗扩：0.21mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：mm；粗铰： mm；粗扩：mm，它们的相互关系如图图5-1 工艺尺寸链3、 切削用量的选择1 扩孔工步高速钢扩孔钻扩孔，取背吃刀量=2mm，走刀两次。由表5-128，选取该工步的每转进给量f=0.7mm/r。由表5-133，按工件材料为HT200的条件取，切削速度为10m/min。由公式可求得该工序钻头转速为n=128.42r/min，参照表5-65所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际切削速度。2 粗铰工步高速钢铰刀粗铰，取背吃刀量=0.14mm。由表5-129，选取该工步的每转进给量f=1.5mm/r。由表5-135，切削速度v可取为5m/min。由公式可求得该工序铰刀转速n=63.85r/min，参照表5-65所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速n=68r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际切削速度。3 精铰工步高速钢铰刀精铰，取背吃刀量=0.06mm。由表5-129，选取该工步的每转进给量f=1.5mm/r。由表5-135，切削速度v可取为5m/min。由公式可求得该工序铰刀转速n=63.69r/min，参照表3-54（2）所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速n=68r/min。再将此转速代入公式，可求出该工序的实际切削速度。4、 工时定额的计算计算公式：1 基本时间（机动时间）的计算A. 扩孔工步 根据表2-26，扩孔的基本时间可由公式求得。式中；f=0.7mm/r；n=140r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间。B. 粗铰工步 根据表2-26，粗铰基本时间可由公式求得。式中、由表3-42按、的条件查得；而；f=1.5mm/r；n=68r/min。将上述结果代入公式，则工序的基本时间：。C. 精铰工步 同上，根据表2-26，基本时间可由公式求得。式中、由表3-42按、的条件查得；而；f=1.5mm/r；n=68r/min。将上述结果代入公式，工序的基本时间2 辅助时间的计算辅助时间与基本时间之间的关系为，取，则各工序的辅助时间分别为：工序2扩孔工步的辅助时间： 工序2粗铰工步的辅助时间： 工序2精铰工步的辅助时间： 3 其他时间的计算除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。该拨叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%4%,均取为3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）（+）计算，它们分别为：工序2扩孔工步的辅助时间：（+）=6%（50.82s+8.64s）=6%59.64s=3.57s工序2粗铰工步的辅助时间：（+）=6%（54.92s+9.34s）=6%64.26s=3.86s工序2精铰工步的辅助时间：（+）=6%（53.64s+9.12s）=6%62.76s=3.77s4 单件时间的计算工序2的单件时间为三个工步单件时间的和，其中扩孔工步：=50.82s+8.64s+3.57s=63.03s；粗铰工步：=54.92s+9.34s+3.86s=68.12s；精铰工步：=53.64s+9.12s+3.77s=66.53s；因此，工序2的单件时间=63.03s+68.12s+66.53s=197.68s。将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。（2） 画工序简图，填写工序卡片6、 设计专用夹具（1） 确定定位方案及定位元件1、 定位方案的确定 分别以拨叉头外圆及拨叉底面定位，以短V型块定位外圆限制两个自由度，以辅助支撑和两个支撑钉定位底面限制三个自由度，沿切削方向的转动自由度无需限制。2、 定位元件的设计1 V形块的设计：查表5-170，由拨叉头外圆直径D=40mm，得V形块参数，如下表：DNLBHAbldh404285403264161916128111810182 支撑钉的设计：查表5-162，底面为粗基准面，采用D6球头支撑钉，得参数如下表：DLdSR8412683、 导向装置的设计：1 快换钻套：查表5-182，由钻孔直径d=25mm，得钻套参数，如下表：dDHhrmt 配用螺钉2535524625125.532.521210.012M82 衬套：查表5-183，d为钻套的D，选用A型衬套，得衬套参数。dDHt354852250.0123 钻套螺钉：查表5-184，取M8。dDLntM85.512202211.522.54 钻模板：已知衬套外圆直径D=48，查表3-5，排屑间隙h=（0.3-0.7）d，得到钻模板高度等参数。4、夹紧装置的设计：采用钩形压板夹紧机构，查表5-204,使用A型，得压板参数。ABDHhr92420203511101814201查表5-205，得组合件尺寸。dKDBLM814282038（2） 绘制夹具三维模型图6-1 V形块图6-2 钻套图6-3 钻模板图6-4钻套螺钉图6-5 底座图6-6 球头支撑钉图6-7 钩形压板图6-8 夹具装配模型6-9 爆炸视图7、 绘制夹具装配二维图并进行标注8、 总结此次课程设计是在一边进行课程学习，一边着手完成的，基本上是课程上学习多少便应用多少，对书本的知识有很好的巩固及实践的作用，效果相当受用。从课程设计的过程中了解了机械产品制造的一般过程，特别是机械加工这一块，了解了从初始毛坯，经过粗精加工后到成品的过程，对于其中生产类型的确定，加工表面选择，加工余量的计算有比较深的理解，也学会了初步的应用。而对于粗精基准的选择和作用，也在学习与应用的过程中逐步从比较懵懂到有了一定理解。在工序的安排这一块，从课本上比较模式化的书面语言到实际设计过程中较灵活的安排，都有不少方法上的收获和理解。在夹具这一块，在没接触之前对其比较陌生，感觉不是很好上手，但在实际设计时，慢慢从书本及现实的结合中都对其逐步加深理解，对于定位键及自由度的应用从书本上比较抽象的说法到实际使用时概念的渐渐明确，方法的逐步熟练都有不小的收获。而夹具体的设计上，从原来的空白到参照一些典型结构之后，慢慢也是逐步上手，到最后的三维主体的完成，其中的过程有些许困难，但任务完成时的那份成就依然是比之欣喜得多。到现在已经做过四次的课程设计了，每次都是从陌生开始，在忐忑与能力的怀疑中逐步摸索出来，最后如期地完成成品。其中最深的印象便是对人学习能力的认识，人可以从一无所知到精通一门专业，之间相差的便是这种学习的行动，很多东西看似高不可攀，但一步步下来，终究可以将其掌握，而这中间要求的，便是决心与毅力了。感谢这次课程设计中老师对自己的指导，多次劳心的检查与改进意见的给出及知识上的点拨都让我相当收益。同时谢谢组员间的合作，在与同学的彼此讨论中，解决了疑问，加深了印象，最重要的是通过自己的发现与探讨后解决方案的提出，都是自己实实在在的收获，对知识有深的理解，对将来问题的解决有信心与有启发。9、 参考文献【1】机械制造技术基础 于骏一、邹青主编 机械工业出版社。【2】机械制造技术基础课程设计指南 崇凯主编 化学工业出版社。【3】几何量公差与检测 甘永立主编 上海科学技术出版社。【4】机械制图 何铭新 钱可强主编 高等教育出版社。17