毕业设计（论文）倒挡拨叉工艺及夹具设计（单独论文不含图）

湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）湖 南 科 技 大 学潇湘学院毕业设计（论文）题目倒挡拨叉工艺及夹具设计作者学院潇湘学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师二一六年 五月 二十五日摘 要本次设计内容涉及倒挡拨叉的机械制造工艺及工装夹具设计的内容。根据倒挡拨叉的零件图分析其精度、表面粗糙度、技术要求、加工部位尺寸、形状结构及零件的批量生成的，确定被加工零件工艺方法和工艺过程，并选择好倒挡拨叉的加工基准，设计出倒挡拨叉的工艺路线；接着对倒挡拨叉各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量和基本工时；然后进行专用夹具的设计，在选择设计出夹具中，本次针对倒挡拨叉的工艺确定设计两套夹具。此两套夹具分别是铣叉口两侧面的夹具和钻铰孔19.1夹具。在设计夹具过程中，需要考虑的是如定位元件、夹紧元件、夹具体、对刀件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：倒挡拨叉；工装夹具；工艺规程单独论文不含图，加153893706ivAbstractThis design content relates to the mechanical manufacturing technology and the technology of the shifting fork fixture design content.Based on the analysis of its accuracy, surface roughness, technical requirements, the batch processing spot size, shape structure and parts of the generation of the fork of the parts diagram, identify processing technology method of parts and process, and the choice of processing benchmark good fork, the fork of the design process is obtained; then the fork each step process calculation of dimensions, the key is to determine the craft equipment and the cutting parameters and the basic working hours each working procedure; then design the special fixture, in the choice of design fixture, the process of shifting fork to determine the design of two sets of fixture. The two sets of clamps are slot milling jig and fixture for drilling slant hole diameter of 19.1. Fixture in the design process, need to consider is if the positioning element, clamping element, clamp, tool parts and other components; calculate fixture positioning errors when positioning, analysis the rationality and deficiency of fixture structure, pay attention to improving and will design in.Key word: Gear chamber cover, fixture, process specification 目 录第一章 绪 论11.1 设计目的11.2 研究的内容和意义11.3 目前国内外存在的现状及存在的问题1第二章 零件的分析32.1 零件的作用32.2 零件的工艺分析3第三章 确定毛坯形式53.1选择毛坯53.2确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差53.3设计毛坯图5第四章 选择加工方法制定加工工艺路线74.1定位基准的选择74.1.2粗基准的选择74.1.3精基准的选择74.2零件表面加工方法的选择84.3制定工艺路线84.4确定夹具、量具114.5 确定工序尺寸12第五章 确定切削用量及基本时间135.1切削用量的选择135.2各工序的切削用量及时间定额13第六章 部分工序专用夹具设计216.1机床夹具简介216.1.1机床夹具的概述216.1.2 专用夹具的组成216.1.3机床夹具设计要求216.1.4专用机床夹具的设计步骤226.2立式钻床上钻、扩、铰19.1mm孔专用夹具设计226.2.1定位基准的选择236.2.2定位元件的设计与选择236.2.3定位误差的分析236.2.4切削力的计算256.2.5 导向件的设计2616.2.6夹紧装置设计及夹紧力的计算276.2.7夹具操作说明296.3卧式铣床上精铣叉口侧面夹具316.3.1定位基准的选择316.3.2定位元件的设计316.3.3切削力及夹紧力的计算326.3.4定位误差分析336.3.5定向键装置设计346.3.6对刀装置设计356.3.7夹紧装置的设计36结 论38参 考 文 献39致 谢401第一章 绪 论1.1 设计目的 毕业设计是在毕业之前的最重要的一个学习环节，也是对大学所学各课程的一次综合应用与实践，是深化所学只是重要过程，是对学生素质与能力的一次全面检验，而且还是对学生毕业资格及学位认证的重要依据。所以，认真做好毕业设计是至关重要的。（1）设计出符合现代机械制造要求的工艺与夹具。（2）通过本次设计，加深、巩固大学所学的理论知识。（3）理论联系实际，培养自己运用理论解决实际问题的能力（如优选设计方案、编制设计说明书、列出计算过程和结果，并进行讨论和分析等等。（4）进一步提高利用技术资料、运算和绘图的能力；增强自己运用计算机的能力及外语的能力。（5）培养实事求是、认真、严谨的科学态度和刻苦钻研不断创新的精神。对于我们即将毕业的工科学生来说，我希望能够通过这次毕业设计对自己未来从事的的工作进行一次适应性的训练，也是学校对我们最后一次培养训练。希望在本次设计中充分的锻炼自己分析问题、解决问题的能力，也在本次设计中及时的发现自己的问题并且及时纠正解决。为将来能够很好的适应工作打下一个良好的基础。1.2 研究的内容和意义本次研究的内容是倒档拨叉的加工工艺及其部分工序夹具的设计。主要需要完成的包括加工工艺的安排以及专用机床夹具设计。为了保证加工零件的精度同时节约成本和缩短加工周期以及提高加工效率，那么一个良好的工艺安排以及专用夹具的设计就是必不可少的了。在工艺的安排上不但要考虑合理的加工要求还要考虑到操作者以及加工机械的安全。同时夹具的设计上也要考虑到使用的安全性和经济性以及安装和拆卸上的方便性。设计一个良好的工艺工装安排路线那么必须要经过对加工件的详细分析以及周密的考虑后才能得出。所以分析问题是解决问题的关键，同时还要反复的调整，来寻求最好的一个路线。这样才能让工艺路线更加的完美，才能保证工件的加工精度和加工效率以及节约材料。1.3 目前国内外存在的现状及存在的问题随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工加工精度，对夹具的制造精度精度要求相应提高。夹具的通用性直接影响其经济性，只有夹具系统的可重组性、可重构性及其可扩展性功能强，应用范围广，夹具利用率高，元件的功能强，元件少而精，配套费用低，经济使用才有推广的价值。国内外，目前中、小批多品种生产已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般中等生产能力的工厂，里面拥有数千甚至上万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新50%80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10%20%左右，给企业造成了巨大的浪费。这就需要我们进一步改善，在设计夹具时尽量扩大夹具的适用范围和可以使用的年限，减少财力物力的浪费。根据目前的现状提出了如下新要求：（1） 能迅速方便的装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产周期，降低生产成本；（2） 能装夹具有相似性特征的工件；（3） 能适应于精密加工的高精度机床夹具；（4） 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；（5） 采用以液压等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度提高劳动生产率；（6）提高机床的标准化程度。第二章 零件的分析2.1 零件的作用倒档拨叉位于拖拉机变速箱上的倒挡拨叉杆上，主要作用一是通过倒档拨叉杆将扭矩传递给倒档拨叉，拨动倒档同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机的倒行；二是在倒档拨叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在拨叉转动时带动其运动。零件上19.1mm的孔，装配在倒档拨叉杆上，用螺钉固定保证拨叉和拨叉杆的相对位置。宽 19.3mm 深 17mm的槽与其他零件相配合，半圆形叉口拨动同步器。 倒挡拨叉的主要作用是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证部件与发动机正确安装。因此倒挡拨叉零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。倒档拨叉的工作原理虽然简单，但是要想完成这一过程就得拨叉零件各方面配合。更重要的是，在设计及制造倒档拨叉的过程中要充分考虑材料的性能以及加工精度，以保证倒档拨叉的使用性能。若是制造材质质量不佳，强度不够，机械磨损快，那么会让倒档拨叉大打折扣。严重的还会导致齿轮接不到而掉档，或者拨叉在变速过程中断掉，造成严重后果。2.2 零件的工艺分析所加工零件图如下图所示： 图2.1 倒挡拨叉零件图从零件图上可以看出，倒挡拨叉结构相对比较简单，其主要加工表面可以分为四个部分，根据加工面之间的位置要求，可将这四个部分的加工面分为两组，其分述如下： 1. 以19.1mm孔为中心的加工面 这一组加工面包括：一个的19.1mm孔以及对其倒角，宽19.3mm深17mm的槽口，用来与其他零件配合。在19.1mm孔所在的轮毂上钻两个孔并攻丝，规格为M12，用来做为固定倒档拨叉和拨叉杆之用。 2. 叉口处的加工面 这一组加工面包括：铣叉口的侧面，铣叉口内圆面，内圆面所在的圆弧半径为R48mm，叉口的作用是拨动齿轮进行换挡。 这两组加工面之间有一定的位置要求： （1）R48mm叉口对 19.1mm孔的轴心线及19.3mm槽口中心线位置公差0.5mm。 （2）叉口侧面和螺纹孔中心线的位置要求是46.40.25。 由以上分析可知，根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证，对于这两组加工表面而言，我们可以首先加工出其中的一组加工面，然后借助专用夹具对零件以加工好的表面作为基准加工另外一组表面表面，以保证它们之间的位置精度要求。第三章 确定毛坯形式3.1选择毛坯该零件材料为QT500-5，硬度选用260HBS，毛坯重约 1Kg，2 级精度组。考虑到零件的结构以及材料，以及运行时经常需要挂倒档以倒行或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证，因此选择毛坯为铸件，由于零件年产量较大属于大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用金属型铸造。这从提高生产率，保证加工精度以及节省材料上考虑，是合理的。3.2确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差参见机械加工工艺手册，灰铸铁的公差及机械加工余量按手册表-和表-确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。铸件机械加工余量等级，该值由铸件的成型方法和材料确定，成型方法为金属型铸造，材料为灰口铸铁，确定加工余量等级为。铸件尺寸公差，根据手册表5-3毛坯铸件的基本尺寸处于100160之间，而铸件的尺寸公差等级取为级，取铸件的尺寸公差为1.8mm。 根据上述资料，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯进行初步设计： 1. 19.1mm 的孔为为实心体，通过钻、扩、绞进行加工，所以不留铸造底孔。 2. 叉口的两侧面分别进行一次粗、精铣，选取加工余量等级为F，选取尺寸公差等级为8级。所以毛坯的叉口厚度定为10mm，符合要求。 3. 叉口内圆面的圆弧半径为 R48mm，叉口精度要求不是很高，可以进行一次精加工。所以其加工余量不宜取得过大，但为了能保证其加工精度，而进行一次精铣，所以在毛坯铸造时给出3mm的加工余量。 4.铣槽，槽宽为19.3mm,深为17mm,铸造时留出3mm的加工余量，均满足加工要求。 5.钻孔、攻丝在19.1mm 的孔处钻孔，攻丝，锪孔。在此处因为加工的螺纹孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。 因其它表面均为不加工表面，而金属型铸造铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以不需要在其它表面上留有加工余量。 3.3设计毛坯图根据上述的资料及加工工艺，确定的各加工表面的加工余量、工序尺寸，所定下来的毛坯的尺寸就如下图所示：图3.1 倒挡拨叉毛坯图第四章 选择加工方法制定加工工艺路线4.1定位基准的选择4.1.1基准的作用 工件加工时，用作定位的基准。正确的选择定位基准，对保证零件技术要求、确定加工顺序有着至关重要的影响。定位基准可分为粗基准和精基准，用毛坯上未经加工的表面作定位基准，称为粗基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，在选择定位基准时，一般先根据零件的加工要求选择精基，然后再考虑用哪一组表面作粗基准才能将精基准的表面加工出来，从而确定粗基准。4.1.2粗基准的选择 根据本次的倒挡拨叉零件，选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便后续工序提供精基准。选择粗基准选择应当满足以下要求：A、 保证各重要孔的加工余量合理分配；B、 便于工件的装夹，使定位精准，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便；C、 保证两侧面与其他零件装配有一定的间歇；D、 粗基准在同一尺寸方向上一般只能使用一次。为了满足上述要求，应选择倒挡拨叉的端面为主要基准。即以倒挡拨叉的端面作为粗基准。因此应当选择倒挡拨叉的侧面，即中间的大半圆孔面基准面为倒挡拨叉的粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。4.1.3精基准的选择选择精基准一般遵循下列原则： 基准重合原则，应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准，这样可避免由于基准不重合而引起的误差。 基准统一原则，采用基准统一原则可以避免基准转换所产生的误差；可以减少夹具数量和简化夹具设计；可以减少装夹次数，便于工序集中，简化工艺过程，提高生产率。 互为基准原则，对于某些位置精度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的方法来保证其位置精度，这就是互为基准原则。 自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准，这就是自为基准原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。从保证倒挡拨叉两端面、小孔与大孔之间的位置 。精基准的选择应能保证倒挡拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从倒挡拨叉零件图分析可知，倒挡拨叉的小头孔和大头孔为后续加工宽槽和斜孔的主要基准，并且在加工完倒挡拨叉的两端面后，开始对小头孔和大头孔进行加工。因此小头孔和大头孔选择为倒挡拨叉加工的精基准。4.2零件表面加工方法的选择工件的表面加工往往需要通过粗加工、半精加工、精加工等才能逐步达到质量要求。加工方法的选择一般应根据每个表面的精度要求，先选择能够保证该要求的最终加工方法，然后再选择前面一系列预备工序的加工方法和顺序。设计时，可提出几个方案进行比较，再结合其他条件选择其中一个比较合理的方案。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此之外，应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。本零件的加工面有叉口面，大孔和小孔，宽槽，其中叉口面是侧面，内孔有19.1mm和R48mm的半圆孔，宽槽19.3mm，M12螺孔。材料为球墨铸铁。以公差等级和表面粗糙度要求，参考本指南有关资料，其加工方法选择如下。（1） 叉口两侧面 据表面粗糙度6.3，考虑加工余量的安排，选用先粗铣后半精铣的方法加工。（2） 19.1mm的孔 根据表面粗糙度，选公差等级为IT7，选用先钻后扩再扩孔再铰孔的加工方法。（3） R48的圆弧孔 据表面粗糙度3.2，采用粗镗和精镗的加工方法，加工采用加工量比较少的镗刀。（4） M12x1的孔选择钻头钻底孔后攻丝。（5） 19.3宽槽 根据表面粗糙度3.2，选用先粗铣后半精铣的加工方法。4.3制定工艺路线本次毕业设计是对倒挡拨叉的工艺规程和专用夹具的设计，对其设计方案的确定最重要的就是对其机械加工工艺路线的确定，其次就是夹具的设计。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。夹具方面可以考虑采用通用机床配以专用夹具，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。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于拖拉机倒挡拨叉，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。根据以上资料，制订了以下两条工艺路线。工艺路线方案一 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格M12。 工序 立式钻床上钻孔、扩孔、铰孔19.1mm并倒角。 工序 卧室铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床上铣槽。 工序 卧式铣床上精铣床铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 工艺路线方案二 工序 立式钻床上钻孔、扩孔、铰孔19.1mm并倒角。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床铣槽。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝、规格M12。 工序 手工去毛刺。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。工序 终检。上述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。第1个方案先是“摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12”，先把这一步工序放在前面是因为后面还有“钻 19.1mm 孔”这一步工序，如果先钻孔攻丝那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。这样想的目地是考虑到可以减少一步工序，能减少劳动工时，提高生产率，但是把这一步工序放前，定位比较难，不易保证必要的位置精度，夹具设计困难，实际可行性比较低。再看第2个方案，这个方案把“钻扩绞19.1mm 孔”这一步工序放在了前面，这样为以后的各个工序提供了加工基准，工序安排比较科学合理。不过它和第 1 个方案一样，都把“钻、扩、铰孔 19.1mm”和“倒角”放在了一步工序中。在这一步中通过换钻套可以倒一边的角，不过要倒另一边的角，就要把工件卸下翻面倒角，这样增加了夹具的设计难度。不过主要的是立式钻床体积比较大，操作起来不方便，并且倒角也没有高的精度要求，从经济效益上来考虑是不合算的。通过分析后，把这一步工序一分为二，把“倒角”独立出来，单独作为一步工序，因为倒角的精度要求不高，我们可以把这一步工序放在台钻上来完成。台钻体积比较小，操作简单，夹具结构也简单，这样零件的加工工时降下来了，生产效率上来了，降低了零件的成本。根据以上分析选择方案二作为加工方案，并做出将19.1mm的倒角独立出来做一步工序，最终确定的工序如下： 工序 立式钻床上钻孔、扩孔、铰孔19.1mm。 工序 台钻上对19.1mm倒角。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床铣槽。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝、规格M12。 工序 手工去毛刺。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 叉口与叉口侧面表面淬火。 工序 清洗。 工序 终检。 估算每一步工序所用夹具的大体尺寸，根据金属切削机床夹具设计手册（第二版）上给出的各种切削机床的规格尺寸，选择每一道工序所用的合适的机床。因此，最后的加工路线确定如下： 工序 立式钻床上钻、扩、铰孔 19.1mm。 以拨叉叉口内圆非加工面、槽口和 19.1mm 孔的端面为粗基准定位。 选用 Z535 立式钻床加工，采用专用夹具。 工序 台钻上对 19.1mm 倒角。 以 19.1mm 和端面为基准定位。 选用 ZQ4015 台式钻床加工，采用专用夹具。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 以 19.1mm 和端面为基准定位。 选用 X62W 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 卧式铣床上铣叉口。 以 19.1mm 和毛坯上的槽口为基准定位。 选用 X62W 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 手工去锐边。 用扁平挫刀手工去锐边，可设计简易的支承台。 工序 卧式铣床上铣槽。 以 19.1mm 孔、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 X62W 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 以 19.1mm 孔及其端面、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 Z3025 摇臂钻床加工，采用专用夹具。 工序 手工去毛刺。 用圆形小挫刀手工去毛刺，可以设计简易的支承台，注意不 不要划伤内圆面。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 以 19.1mm 孔和螺钉对准长销上的槽为基准定位。 选用 X62W 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 去毛刺。 用扁平挫刀手工去毛刺，可设计简易的支承台。 工序 清洗。 用专用清洗机清洗。 工序 终检。4.4确定夹具、量具4.4.1夹具选择 本零件结构不规则，不易进行装夹、定位，因此除手工去锐边、毛刺外基本上需要选择专用夹具。4.4.2选择量具 本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下。（1）选择加工平面所用量具铣端面，选择读数值0.02，测量范围0150游标卡尺。（2）选择加工孔所用量具19.1mm孔经过钻，扩两次加工，选择读数值0.01，测量范围530的内径千分尺。M121螺纹经过钻,锪孔，攻螺纹加工，钻,锪孔时选择读数值0.01，测量范围530的内径千分尺，攻螺纹时选择螺纹塞规进行测量。4.5 确定工序尺寸本零件各工序加工余量，工序尺寸及公差，表面粗糙度见下表。 （mm）加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度/m粗半精粗半精粗半精端面314mmRa6.319.1mm孔30.71519.5Ra6.3Ra1.6铣叉口R48mm742槽19.5mm414.5第五章 确定切削用量及基本时间5.1切削用量的选择 切削用量的选择，对生产效率，加工成本和加工质量均有重要的影响，所谓合理的切削用量是指在保证加工质量的前提下，能取得较高的生产效率和较低的生产成本的切削用量。约束切削用量选择的主要条件有：工件的加工要求，包括加工质量和生产效率要求：刀具材料的切削性能；机床性能，包括动力特征（功率、转矩）和运动特性;刀具的寿命要求。其主要包括：背吃刀量的选择；进给量的选择；切削速度v的选择。5.2各工序的切削用量及时间定额工序：钻孔 16mm、扩孔18.9mm、铰孔 19.1mm（1）钻孔16mm钻削是利用材料在实体材料上加工出精度要求不高（IT11IT12）、表面粗糙度Ra值大于或等于12.5m的孔的惟一切削加工方法。对于精度较高的孔，则常以钻孔作为粗加工工序或工步。机床：立式钻床Z525刀具：根据材料及精度要求，选高速钢锥柄麻花钻头。切削深度：进给量：根据文献7表15-9，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为2机动时间：（2）扩孔18.9mm扩孔是利用扩孔钻对已钻出、铸出、锻出或冲出的孔进行加工的工艺方法，其精度可达IT10IT11,表面粗糙度达到Ra3.2左右，常用来作为铰孔前的装备工序。扩孔也可以用其他扩孔刀具在车床、铣床和镗床上进行。刀具：选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。表5.1 扩钻与扩孔的切削用量加工方法切削深度p进给量切削速度扩 钻（0.150.25)D(1.21.8)钻（）扩 孔0.05D(2.22.4)（） D为加工孔径； 为钻孔进给量； 为钻孔切削速度。切削深度：进给量：查表及根据机床型号选取扩孔进给量，取切削速度：取机床主轴转速：，被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为5机动时间：（3）铰孔19.1mm铰削是用铰刀对孔进行半精加工和精加工的工艺方法。粗铰切削用量能保证得到级精度的孔，粗糙度可达。半精铰加工精度为,，精铰加工精度为、,细铰加工精度为、。刀具：选择硬质合金锥柄机用铰刀。 机用铰刀用于成批生产中在机床上铰孔，或用于成批生产时在机床上铰削带断续表面的孔、有色金属件的孔。表5.2 硬质合金铰刀铰孔的切削用量加工材料铰刀直径（mm）切削深度p(mm)进给量（mm）切削速度（m/s）冷硬铸铁HS 切削深度：进给量：根据文献7表15-9，取切削速度：参照文献7表2.4-41，取机床主轴转速：，取被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为3机动时间：工序 粗铣叉口侧面机床：万能铣床X62W刀具：硬质合金端铣刀 叉口两侧面在铸造毛坯时两个面的加工余量是相同的，故可以算一个面 就行。现在以其 中一面为粗基 准，对另一面进行 粗加工，切削 用量和切削工时如下：铣削深度：每齿进给量：根据文献7表2.4-73，取铣削速度：参照文献7表2.4-81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据文献7表2.4-81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为2机动时间：工序 精铣叉口R480.5mm机床：铣床X62W刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）（1）粗铣切削深度：进给量：根据文献7表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照文献7表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：（2）精铣切削深度：进给量：根据切削深度，再参照文献7表2.4-66。因此确定进给量切削速度：参照文献7表2.4-66，取机床主轴转速：，取工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：工序 铣槽机床：铣床X62W刀具：硬质合金端铣刀YG8，硬质合金立铣刀YT15铣削深度：每齿进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.73，取铣削速度：参照机械加工工艺手册表2.4.81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据机械加工工艺手册表2.4.81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：工序 钻孔、锪孔13.5mm、攻丝2-M121.75机床：组合钻床刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀（1）钻底孔11切削深度：进给量：根据文献7表2.4-58，取切削速度：参照文献7表2.4-60，取机床主轴转速：， 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为7机动时间：锪孔13.5mm锪钻的类型按其结构可分为：锥角为60，90及120的内、外锥面锪钻和平面（或端面）锪钻。锥面锪钻通常采用高速钢制造，平面（或端面）锪钻有高速钢，焊接硬质合金刀片和机床硬质合金刀片3种类型。锪钻类型的选择与应用取决于加工性质、被加工孔位置、被加工表面尺寸和导向孔的尺寸、表面粗糙度及加工精度。在此道工序中锪钻的锥角为90。 查文献3表15-14可得 mm/r 选取切削速度 m/min 计算机床转速 r/min 按照机床型号选取 所以，实际切削速度为 m/min基本时间： （2）攻丝2-M121.75攻丝是用一定扭矩将丝锥旋入要钻的孔底加工出内螺纹。丝锥是加工各种中、小内螺纹的刀具，它结构简单，使用方便，既可手工操作，也可以在机床上工作，丝锥在生产中应用十分广泛。对于小尺寸的内螺纹来说，丝锥几乎是唯一的加工工具。按其功用来分类，有手用丝锥、机用丝锥、锥形螺纹丝锥、梯形螺纹丝锥等。根据工序要求选用粗柄机用丝锥。进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照文献7表2.4-105，取机床主轴转速：，取被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 机动时间：工序 精铣叉口侧面机床：万能铣床X62W刀具：硬质合金端铣刀在工序粗铣叉口侧面时两个面剩余的加工余量是相同的，所以计算一个面即可。现在以其中一个面为精基准，对另一个面进行精加工，切削用量和切削工时如下：铣削深度：每齿进给量：根据文献7表2.4-73，取铣削速度：参照文献7表2.4-81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为2机动时间：第六章 部分工序专用夹具设计6.1机床夹具简介6.1.1机床夹具的概述 在机床加工工件时，为了保证工件的加工表面能达到规定的尺寸和位置公差要求，必须首先使工件占有一个正确的位置。通常把确定工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中受到切削力、重力等的作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。工件定位后将其固定。使其在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便、可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。用以装夹工件和引导刀具的装置，称为机床夹具。机床夹具在生产中应用十分广泛。 机床夹具的作用有以下四个方面： 保证加工精度 机床夹具能准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度，且稳定性好。 提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。 安全、方便、减轻劳动强度 采用手动、气动和液压等夹紧装置，减少辅助时间。 扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大。例如，在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔。使其具有镗床的功能。6.1.2 专用夹具的组成 由于本零件结构不规则，不易进行装夹、定位，所以采用的都是专用夹具。专用夹具的组成是：定位元件，用以确定工件正确位置的元件。用工件的定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。夹紧装置，是指在工件定位后将工件夹牢的装置。对刀、导向元件，是指用于确定或引导刀具的元件。夹具连接元件，是指用于保证夹具在机床上定位和夹紧用的元件。 其他元件及装置，根据工件加工要求，有些夹具除了上述组成部分外，还需设置其他元件和装置。夹具体，是指用于连接夹具各个组成部分，使之成为一个整体的基础体。 通常定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其他部分则根据夹具所属的机床类型、工件加工表面的特殊要求设置。6.1.3机床夹具设计要求 机床夹具的结构应与其用途和生产规模相适应尽量选用标准化零部件机床夹具结构应具有足够的刚度保证使用方便和安全有良好的工艺性6.1.4专用机床夹具的设计步骤 （1）收集和研究有关资料 分析零件图和工序简图 了解零件的功用、特点、材料、生产类型及技术要求，详细分析工件加工工艺过程和本工序的加工要求，如工序尺寸、工序基准、加工余量、定位基准和夹紧部位等，这些是夹具设计的主要依据。 了解本工序使用的机床和刀具 了解机床的规格、主要参数以及在机床上安装夹具部位的结构和配合尺寸。了解本工序使用的刀具类型、主要结构尺寸等情况。 熟悉夹具设计用的国家标准、行业标准和企业标准 查阅夹具设计手册和夹具设计指导资料等。 了解夹具典型结构 在着手设计之前，应多参阅一些典型夹具结构图册及夹具部件的典型结构，以增加对夹具结构的认识并吸收先进经验。 （2）确定夹具的结构方案 确定夹具结构方案时，主要考虑下列各项内容：确定定位方案，选择定位元件。确定刀具对刀或引导方式，选择对刀元件或导向元件。确定夹紧方案，选择夹紧装置。确定夹具其他组成部分的结构形式，例如分度装置、夹具与机床的连接方式。确定夹具体的形式和夹具的总体结构。在确定夹具结构方案的过程中，工件定位、夹紧、对刀和夹具在机床上定位等各部分的结构以及总体布局都会有几种不同的方案可供选择。因而，都应画出结构原理示意图，通过必要的计算（如定位误差计算等）和分析比较，最终选取最为合理的方案。 （3）绘制夹具的装配草图和装配图 夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均按1:1绘制，以保证良好的直观性。总图上的主视图，应尽量选取与操作者正对的位置。绘制夹具装配图可按如下顺序进行：把工件视为透明体，用双点画线画出工件的轮廓、定位面、夹紧面和加工表面：画出定位元件和导向元件：按夹紧状态画出夹紧装置：画出其他元件和机构：画出夹具体，把上述各组成部分连接成一体，形成完整的夹具：标注必要的尺寸、配合和技术条件：对零件编号，填写标题栏和零件明细表。 （4）绘制夹具零件图 夹具装配图中的非标准零件应绘制零件图。零件图的视图应尽量与装配图上的位置一致，尺寸、形状、位置、配合以及加工表面粗糙度等要标注完整。6.2立式钻床上钻、扩、铰19.1mm孔专用夹具设计本夹具要用于钻倒挡拨叉19.1的孔上，由于该孔加工精度要求较高，并且根据零件普通通用夹具很难装夹，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证各基准面的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。 6.2.1定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。机械零件是由若干要素（点、线、面）组成的，各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求。用来确定生产对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。在加工中用作确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。作为定位基准的点、线、面在工件上有时不一定实际存在（如外圆和内孔的轴心线，对称面等），而常由某些实际存在的表面来体现，这些体现定位基准的表面称为定位基面。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。根据本次的倒挡拨叉的零件特征，此零件由于钻孔的前面工序中只是加工了大的圆弧孔，此圆弧孔作为定位的话不是很好的选择，需要选择工件的外形进行定位，本次选择的是采用基本六点定位的原则方式进行定位，即工件的底面采用三个支撑点选择定位限制工件的三个自由度。在工件的叉口内表面限制工件的两个自由度，另外在工件的外圆柱24限制一个自由度，这样整个工件就实现了完全定位。6.2.2定位元件的设计与选择以工件的底面定位的三个支撑点的定位元件选择支撑钉和支撑板，支撑钉为机床夹具的标准元件，支撑板为自制件，工件叉口的侧面定位的元件选择支撑钉，另外工件的外圆柱24上使用支撑钉定位。这些支撑钉可以采用机床的夹具的标准元件，也可以不采用机床的夹具标准元件，根据实际情况来定。6.2.3定位误差的分析1、定位误差根据本次的定位方式采用的是平面的定位方式，平面的定位方式选择的是两个垂直平面的定位，根据两个垂直平面定位的形式如下图所示：- 23 -图6.1 垂直平面定位的示例通过两个垂直平面定位的公差分析计算如下式:本次的选择为15度，定位的侧边两个尺寸和分别为64和35，代入此式后得出定位误差占加工公差的 ，能保证加工要求。该定位方案能满足加工的精度要求，定位方案是合理的。2、夹紧误差常用符号表示。根据机床夹具设计手册1表17-9， =2（H-h）tan图6.2本次的定位方式是两个支撑板和一个支撑钉， 其中H=98mm，h=51mm，=0.1，则=2（98-51）tan0.1=0.16mm根据机床夹具设计手册手册1，加工精度等级IT=8，根据几何量公差与检测8附表3-2，公差为0.54mm，在允许的范围内。3、磨损造成的加工误差加工过程中出现的误差，它包括机床的几何精度、运动精度，机床、刀具、工件和夹具组成的工艺系统加工时的受力变形、受热变形，磨损，调整，测量中的误差，以及加工成形原理上的误差等。由于机床的磨损以及工件的磨损等等，这些条件的是按照实际情况来定，本次的夹具不好估计，只能按实际情况来确定。4、加工刀具相对误差夹具在机床上的对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。此误差也是根据实际情况来确定，按实际情况来进行估算。6.2.4切削力的计算 刀具： 主要以18.9钻头为准 机床： 摇臂钻床Z3050 由机械加工工艺手册中 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=289.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 6.2.5 导向件的设计 本次设计钻铰孔夹具一般要选取导向件，钻孔的导向件一般是可换钻套、钻套用衬套以及钻套用螺钉配合使用。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位原件的位置，并引导钻头等孔加工刀具，提高刀具刚度，防止在加工中发生偏移。 按钻套的结构和使用情况，可分为固定式、可换式、快换式和特殊钻套，前三种均已标准化，可根据需要选用，必要时也可自行设计。这些的元件均属于机床的标准件，本次选择的快换钻套以按照18.9的钻头为基准，选择内孔19的可换钻套，钻头用衬套选择19的快换钻套的外径就是40的钻套用衬套，钻套螺钉选择M6的钻套螺钉。图6.3 快换钻套 图6.4钻套用衬套图6.5钻套螺钉6.2.6夹紧装置设计及夹紧力的计算 （1）夹紧装置设计 夹紧装置的组成和基本要求 加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件夹紧夹牢在定位元件上。 夹紧装置的组成 1）动力装置 动力装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。 2）夹紧元件 夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。 3）中间传动机构 中间传动机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构，它将原动力以一定的大小和方向传递给夹紧元件。 夹紧装置的基本要求 1）夹紧时不得破坏工件在夹具中占有的正确位置。 2）夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中定位的稳定性，又要防止因夹紧力过大损伤工件及产生过大夹紧变形。 3）夹紧机构操作要安全、省力，夹紧迅速。 4)结构应尽量简单，便于制造与维修。夹紧机构的复杂程度、工作效率应与身类型相适应。5) 具有良好的自锁性能夹紧装置选择根据零件的形状及加工的夹紧力要求，选择应用最广泛的螺旋压板夹紧机构，其优点是扩力比大，自锁性能好，结构简单，制造方便，适应性强。（2）夹紧力的计算 确定夹紧力的基本原则是：夹紧力作用点 夹紧力作用点是指夹紧时，夹紧元件与工件表面接触位置。它对工件夹紧的稳定性和变形有很大影响。 1）夹紧力的作用点应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承平面内，以保证定位确定的正确位置不破坏。 2）夹紧力作用应落在工件刚性较好的部位上，这对刚性差的工件尤为重要。 3)夹紧力的作用点应尽可能靠近加工面，可以增加夹紧力的可靠性，防止和减少工件的振动。 夹紧力的作用方向 夹紧力作用方向与工件定位基准所处的位置以及工件所受外力的作用方向等有关。 1）夹紧力的作用方向应垂直于工件的主要定位基准，以保证加工精度，以保证加工精度。 2）夹紧力的作用方向应有利于减少所需的夹紧力的大小。 3)夹紧力的大小 夹紧的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形和夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响。原始动力为Fq，力臂L作用在螺杆上，由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=24mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，6.2.7夹具操作说明在安装工件的时候，将工件放在两个自位支撑钉6、支撑钉8和支撑板7上，并使得工件大叉口的内表面紧贴在两个支撑钉6的外圆柱面上，同时将小头G孔上的外圆柱面紧靠支撑钉9上。顺时针转动压板11，拧紧螺母13以夹紧工件右端。再将压板4推入并拧紧螺母1，通过球面垫圈5对工件左端实现夹紧。加工时，通过更换钻套10来完成钻、扩、绞的工艺内容该夹具比较好的处理了定位干涉与夹紧变形的问题，结构典型，比较好用。该钻扩绞夹具的机构图如下所示： 图6.6 孔钻模夹具装配图6.3卧式铣床上精铣叉口侧面夹具本夹具主要用来铣倒挡拨叉的叉口两侧面的由于叉口两侧的外形不好通过通用的机床装夹，所以需要使用专用夹具。因此在本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何