機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)-副變速撥叉工藝及鉆8.7孔夾具設(shè)計(jì)

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)“副變速撥叉”零件“鉆Ф8.7孔”工序的夾具設(shè)計(jì)全套圖紙加V信153893706或扣3346389411姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：18機(jī)制1班指導(dǎo)教師：學(xué)院：機(jī)械電氣工程學(xué)院2021年11月

目錄一、工序設(shè)計(jì) 31.選擇加工設(shè)備與工藝裝備 32.確定工序尺寸 5二、切削用量、工時(shí)定額的計(jì)算 7工序1 7工序2 9工序4 11三、夾具總體設(shè)計(jì) 131.定位方案 132.夾緊機(jī)構(gòu) 153.對(duì)刀裝置/導(dǎo)向裝置 174.夾具與機(jī)床連接元件 195.夾具體 206.使用說(shuō)明 227.結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 228.夾具中標(biāo)準(zhǔn)件清單 239.夾具裝配總圖 23四、設(shè)計(jì)總結(jié) 23五、參考文獻(xiàn) 24六、心得體會(huì) 24一、工序設(shè)計(jì)1.選擇加工設(shè)備與工藝裝備（1）選擇機(jī)床選擇機(jī)床時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)基本原則：機(jī)床的加工尺寸范圍應(yīng)與工件的外形尺寸相適應(yīng)。機(jī)床的精度應(yīng)與工序要求的精度相適應(yīng)。求過(guò)高，沒(méi)有適當(dāng)?shù)脑O(shè)備可供選擇時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)床改裝或設(shè)計(jì)專用機(jī)床。根據(jù)以上原則，選擇機(jī)床如下：1、2、4、5、6、7、8、9、10均為粗銑。上述工序中所涉及到的加工表面的大，X51型立式銑床即可滿足要求（5-78）。3、11Z525（5-71）。12、13、14、15（16Z525型立式鉆床（5-71）。（2）選擇夾具（（（調(diào)整有缺陷的夾具以及適合小批量零件的加工夾。（3）選擇刀具工序號(hào)加工表面所選刀具1粗銑70上端面高速鋼端銑刀2粗銑70下端面高速鋼端銑刀3鉆φ14內(nèi)孔硬質(zhì)合金直柄麻花鉆4粗銑叉頭左內(nèi)側(cè)面高速鋼端銑刀5粗銑叉頭右內(nèi)側(cè)面高速鋼端銑刀6粗銑叉頭左端面高速鋼端銑刀7粗銑叉頭右端面高速鋼端銑刀8粗銑槽內(nèi)左面鑲齒三面刃銑刀9粗銑槽內(nèi)右面鑲齒三面刃銑刀10粗銑槽底面鑲齒三面刃銑刀11鉸φ14內(nèi)孔鉸刀12半精銑叉頭左端面高速鋼端銑刀13半精銑叉頭右端面高速鋼端銑刀14半精銑槽內(nèi)左面高速鋼端銑刀15半精銑槽內(nèi)右面高速鋼端銑刀16鉆φ8.7孔硬質(zhì)合金直柄麻花鉆（4）選擇量具，φ14H9孔，由于精度要求高，加工時(shí)每5-117，根據(jù)孔徑可選三牙鎖緊式圓柱塞規(guī)（GB/T6300-1986）。02.確定工序尺寸（1）計(jì)算過(guò)程確定工序尺寸L0、L1、L2、L3。該尺寸在工序中應(yīng)達(dá)到零件圖樣的要求，即：L0=50.5±0.15mm；L1=5mm；L2=70mm；L3為70上端面距離Ф8.7孔軸線的大小。構(gòu)成如下尺寸鏈：其中，L0為封閉環(huán)，L1、L3為減環(huán)，L2為增環(huán)。即L0ESEI代入數(shù)據(jù)得：L3=14.5；ES3=0.15；EI3=-0.15，最終確定L在計(jì)算各端面的工序加工余量時(shí)對(duì)工序1、2。加工70的上下端面（雙側(cè)）F=70，查表得CT=3.2，即R=70+2×1+3.22=73.6，即每一個(gè)端面的總加工余量為1對(duì)于工序4、5。加工粗銑叉頭寬度為40的內(nèi)表面（內(nèi)腔）F=40，查表CT=2.8,R=40-2×1-2.82=36.6，即每一個(gè)端面得總加工余量為1.7。查表5-33，各種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度得，粗銑的經(jīng)濟(jì)精度為IT9-IT13，選取經(jīng)濟(jì)精度為IT12，查表5-34（2）工序尺寸列表圓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無(wú)無(wú)Ф無(wú)無(wú)25各端面的工序加工余量工序加工表面總加工余量工序加工余量1粗銑70上端面1.8mm0.3mm2粗銑70上端面1.8mm0.3mm4粗銑叉頭左內(nèi)側(cè)面1.7mm0.18mm5粗銑叉頭左內(nèi)側(cè)面1.7mm0.18mm二、切削用量、工時(shí)定額的計(jì)算工序1（1）切削用量本工序?yàn)榇帚姧?4圓柱面的上端面，保證粗糙度Ra25。因?yàn)榧庸び嗔枯^小，表面粗糙度要求較低，粗銑一次即可達(dá)到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料為KHT350-10，零件為鑄件，選擇加工機(jī)床為立式銑床（X51）查表5-78，機(jī)床X51的功率為4.5KW，。選擇銑刀為端銑刀,選擇銑刀直徑d0=80mm，齒數(shù)z=12。刀具材料為高速鋼，查表5-151選擇：端銑刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，過(guò)渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齒螺旋角β=20°。根據(jù)高速鋼端銑刀加工可鍛黑心鑄鐵，查表5-152查得每齒進(jìn)給量為fz=0.20~0.30mm/z，現(xiàn)取fz=0.3mm/z。銑刀直徑d0=80mm，端面銑刀，查表5-157，可知刀具平均使用壽命T=180min。確定切削速度。根據(jù)表2-17中計(jì)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得修正系數(shù)kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，計(jì)算得vc根據(jù)切削速度確定機(jī)床轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式：νc式中，vc=104.8，?0=80，代入上式計(jì)算查表5-79，選擇X51立式銑床主軸轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)值，即n=300r/min，根據(jù)機(jī)床主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，最終根據(jù)確定實(shí)際切削速度vc校驗(yàn)機(jī)床功率。由表2-18中計(jì)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得修正系數(shù)kkrFc=0.81，kmFc=1.14由表2-18中計(jì)算公式：Pc=Fcvc1000，帶入數(shù)據(jù)得Pc即機(jī)床：X51，主軸轉(zhuǎn)速300r/min，實(shí)際切削速度（2）工時(shí)定額計(jì)算：基本時(shí)間：由表2-28可查，銑削機(jī)動(dòng)時(shí)間計(jì)算公式：T其中l(wèi)=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時(shí)間列表工步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?yàn)榇帚姧?4圓柱面的上端面，保證粗糙度Ra25。因?yàn)榧庸び嗔枯^小，表面粗糙度要求較低，粗銑一次即可達(dá)到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料為KHT350-10，零件為鑄件，選擇加工機(jī)床為立式銑床（X51）查表5-78，機(jī)床X51的功率為4.5KW，。選擇銑刀為端銑刀,選擇銑刀直徑d0=80mm，齒數(shù)z=12。刀具材料為高速鋼，查表5-151選擇：端銑刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，過(guò)渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齒螺旋角β=20°。根據(jù)高速鋼端銑刀加工可鍛黑心鑄鐵，查表5-152查得每齒進(jìn)給量為fz=0.20~0.30mm/z，現(xiàn)取fz=0.3mm/z。銑刀直徑d0=80mm，端面銑刀，查表5-157，可知刀具平均使用壽命T=180min。確定切削速度。根據(jù)表2-17中計(jì)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得修正系數(shù)kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，計(jì)算得vc根據(jù)切削速度確定機(jī)床轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式：νc式中，vc=104.8，?0=80查表5-79，選擇X51立式銑床主軸轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)值，即n=300r/min，根據(jù)機(jī)床主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，最終根據(jù)確定實(shí)際切削速度vc校驗(yàn)機(jī)床功率。由表2-18中計(jì)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得修正系數(shù)kkrFc=0.81，k由表2-18中計(jì)算公式：Pc=Fcvc1000，帶入數(shù)據(jù)得Pc即機(jī)床：X51，主軸轉(zhuǎn)速300r/min，實(shí)際切削速度（2）工時(shí)定額計(jì)算：基本時(shí)間：由表2-28可查，銑削機(jī)動(dòng)時(shí)間計(jì)算公式：T其中l(wèi)=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時(shí)間列表工步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?yàn)榇帚姼弊兯贀懿娌骖^左內(nèi)側(cè)面，保證粗糙度Ra12.5。因?yàn)榧庸び嗔枯^小，表面粗糙度要求較低，粗銑一次即可達(dá)到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料為KHT350-10，零件為鑄件，選擇加工機(jī)床為立式銑床（X51）查表5-78，機(jī)床X51的功率為4.5KW，。選擇銑刀為端銑刀,選擇銑刀直徑d0=80mm，齒數(shù)z=12。刀具材料為高速鋼，查表5-151選擇：端銑刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，過(guò)渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齒螺旋角β=20°。根據(jù)高速鋼端銑刀加工可鍛黑心鑄鐵，查表5-152查得每齒進(jìn)給量為fz=0.20~0.30mm/z，現(xiàn)取fz=0.3mm/z。銑刀直徑d0=80mm，端面銑刀，查表5-157，可知刀具平均使用壽命T=180min。確定切削速度。根據(jù)表2-17中計(jì)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得修正系數(shù)kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，計(jì)算得vc根據(jù)切削速度確定機(jī)床轉(zhuǎn)速，根據(jù)公式：νc式中，vc=128.16，?0=80查表5-79，選擇X51立式銑床主軸轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)值，即n=490r/min，根據(jù)機(jī)床主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，最終根據(jù)確定實(shí)際切削速度vc校驗(yàn)機(jī)床功率。由表2-18中計(jì)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得修正系數(shù)kkrFc=0.81，kmFc由表2-18中計(jì)算公式：Pc=Fcvc1000，帶入數(shù)據(jù)得Pc即機(jī)床：X51，主軸轉(zhuǎn)速490r/min，實(shí)際切削速度（2）工時(shí)定額計(jì)算：基本時(shí)間：由表2-28可查，銑削機(jī)動(dòng)時(shí)間計(jì)算公式：T其中l(wèi)=18，l1=0.5d-d2-ae2+1~3，l2=1~3，d=80，ae（注：工序5為粗銑副變速撥叉叉頭右內(nèi)側(cè)面，其切削速度、機(jī)床主軸的選擇、工時(shí)定額的計(jì)算等與工序3中計(jì)算過(guò)程相同）（3）本工序切削用量及基本時(shí)間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s11.70.32.058.171.4三、夾具總體設(shè)計(jì)1.定位方案（1）定位方案設(shè)計(jì)本次的夾具設(shè)計(jì)是正對(duì)加工Ф8.7的孔，在對(duì)鉆該孔進(jìn)行加工前已經(jīng)對(duì)其他表面進(jìn)行了加工，鉆孔工序?yàn)樽詈蟮囊坏罊C(jī)加工工序，因此，定位、夾緊方案有:=1\*ROMANI：選底平面、工藝孔和大頭孔定位，即一面、心軸和棱形銷定位，夾緊方式選用螺母在心軸上夾緊。該心軸需要在上面鉆孔，以便刀具能加工工件上的小孔。=2\*ROMANII：選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)的移動(dòng)壓板來(lái)夾緊。經(jīng)過(guò)分析比較及結(jié)合老師的建議，選擇方案中的心軸定位、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)，但又區(qū)別與方案=1\*ROMANI的是將菱形銷更換為圓柱銷，經(jīng)過(guò)對(duì)其自由度定位的分析，發(fā)現(xiàn)不會(huì)導(dǎo)致過(guò)定位的情況。零件圖中對(duì)孔的的加工沒(méi)有位置公差要求，所以我們選擇芯軸與工件接觸面和兩孔為定位基準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)鉆模，從而滿足孔的加工要求。工件定位用一面和兩孔定位，配合螺旋夾緊機(jī)構(gòu)共限制6個(gè)自由度。加工孔，直徑d=8.7mm加工孔，直徑d=8.7mm（2）定位方案草圖（3）定位誤差計(jì)算夾具的主要定位元件為一芯軸分別與一平面和固定圓柱銷相互配合限制工件六個(gè)自由度。工件的工序基準(zhǔn)為Φ14，使用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。考慮到在實(shí)際加工過(guò)程中為避免菱形銷在安裝過(guò)程中安裝位置不正確導(dǎo)致的誤差，在鉆Ф8.7的孔專用夾具中，將菱形銷更換為圓柱銷，由于加工工件的撥叉頭部為開(kāi)口，因此不會(huì)導(dǎo)致工件出現(xiàn)過(guò)定位的情況來(lái)表示。其數(shù)值大小為工件的工序基準(zhǔn)沿工序尺寸方向上發(fā)生的最大偏移量。它由定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合引起的基準(zhǔn)不重合誤差=1\*GB3①兩定位銷間的誤差Δ其中，L為兩孔的中心距，利用零件圖計(jì)算得L=65mm;D1max、D2max為工件與兩圓柱銷配合孔得最大直徑，查孔軸極限偏差數(shù)值表得：D1maxd1min、d2mind1min=14-0.027=13.973；代入上式計(jì)算得ΔDw=2\*GB3②磨損造成得加工誤差：ΔM通常不超過(guò)0.005mm；=3\*GB3③夾具相對(duì)刀具位置誤差：ΔD取0.01mm；=4\*GB3④夾緊誤差可忽略不計(jì)；綜上計(jì)算結(jié)果：轉(zhuǎn)角誤差為ΔDw誤差總和：ΔM從以上的分析可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的夾具能滿足零件的加工精度要求。2.夾緊機(jī)構(gòu)（1）夾緊方案設(shè)計(jì)螺旋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊行程大，具有增力比大(擴(kuò)力比為60-100)、自鎖性能好兩大特點(diǎn)，為了減少夾緊和松開(kāi)工件用時(shí)（輔助時(shí)間），使用快速裝卸螺旋夾緊機(jī)構(gòu)?？焖偃斯A緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力。（2）夾緊方案草圖（3）夾緊力計(jì)算與校驗(yàn)選用機(jī)床為Z525，刀具為硬質(zhì)合金鋼。查表2-15，可知公式為: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，常見(jiàn)加緊形式所需得夾緊力，由于此定位加工方案的夾緊力是與切削力方向垂直的，因此采用所需夾緊力計(jì)算公式為：F其中，查表3-7，選取f1=0.7；f2=0.16；考慮到加工時(shí)的安全因素，不能對(duì)人或者機(jī)器產(chǎn)生損壞，且考慮Z525在加工Ф8.7的孔是屬于連續(xù)切削，因此參照書(shū)中給定的安全系數(shù)值，最終取K=1.6查機(jī)械制造工藝書(shū)可知螺旋夾緊力得計(jì)算公式為：F查表計(jì)算選擇可知：γ'=6.22；螺紋中徑d0=11.188；φ1=9°50'；φ2=9°；α=2綜上計(jì)算實(shí)際螺旋夾緊力Fj=47133.758N>>所需夾緊力F故夾具夾緊方法可靠，可以使用。芯軸強(qiáng)度校核為避免手工計(jì)算出錯(cuò)，采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)芯軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，由于Ф8.7的孔為不鑄出孔，因此在加工過(guò)程中，芯軸承受的力來(lái)自兩個(gè)方向，分別是沿軸向的夾緊力以及與軸垂直的切削力，其中給定夾緊力為Fj=47133.758N，切削力為Ff=1015N，使用ANSYS對(duì)邊界條件設(shè)定后，求出其變形結(jié)果根據(jù)有限元分析結(jié)果可知，對(duì)芯軸的設(shè)計(jì)還需再優(yōu)化，最終，在芯軸通孔的兩側(cè)將圓柱直徑增加到14mm，這樣既可以提高加工孔是夾具的穩(wěn)定性，也可以提升芯軸的強(qiáng)度，同時(shí)考慮到提供夾緊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需的夾緊力，因此可以進(jìn)一步降低提供的夾緊力，這樣就可以綜合提升加工孔的精度要求。3.對(duì)刀裝置/導(dǎo)向裝置（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明因?yàn)槲覀冃枰勉@床去加工Φ8.7快換鉆套（JB/T8045.3-1999），鉆套磨損后，可以迅速更換。夾具設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，易于維修成，本較低。（2）對(duì)刀裝置/導(dǎo)向裝置二維工程圖4.夾具與機(jī)床連接元件（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明因?yàn)榧庸ご肆慵x用的機(jī)床為Z525型立式鉆床，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：從工作臺(tái)T型槽中心到導(dǎo)軌距離為150mm，主軸軸線到導(dǎo)軌面距離為250mm，Z525T200mm狀尺寸如下圖所示：T型螺栓固定，具體如下：T型槽尺寸，選擇公稱尺寸為M12T型槽快卸螺栓（JB/T如下圖所示：T在夾具體上表面和下表面分別有凸臺(tái)，在進(jìn)行機(jī)加工時(shí)只需要加工凸臺(tái)即可，節(jié)省加工時(shí)間，加工成本較低，具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖：（2）夾具與機(jī)床連接元件二維工程圖5.夾具體（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明具體上。我所設(shè)計(jì)的加工工序的專用夾具需要一個(gè)芯軸166mm160mm140mm。選擇夾具體通過(guò)鑄造得到，因?yàn)殍T造容易加工，抗壓強(qiáng)度和抗振性好。為了減輕重量，底部我們采用周邊接觸結(jié)構(gòu)。（2）夾具體二維工程圖6.使用說(shuō)明（1）快換鉆套使用說(shuō)明首先本夾具是專用快換式鉆模，用于加工副變速撥叉上Φ8.7，長(zhǎng)51mm的孔，在大批大量生產(chǎn)中，為了克服固定鉆套磨損后無(wú)法更換的缺點(diǎn)，因此使用快換鉆套?？蓳Q鉆套凸緣上銑有臺(tái)肩，鉆套螺釘?shù)呐_(tái)階形頭部壓緊在臺(tái)肩上從而防止可換鉆套轉(zhuǎn)動(dòng)。擰去螺釘，便可取出可換鉆套。采用可換鉆套的鉆模板，為避免鉆套與夾具體和鉆模板的直接接觸影響其精度，在安裝可換鉆套處應(yīng)專門配裝一個(gè)襯套，可換鉆套就裝在襯套中。（2）夾具體裝配說(shuō)明進(jìn)入裝配的零件及部件（包括外購(gòu)件、外協(xié)件），均必須具有檢驗(yàn)部門的合格證方能進(jìn)行裝配。零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、油污、著色劑和灰塵等。裝配前應(yīng)對(duì)零、部件的主要配合尺寸，特別是過(guò)盈配合尺寸及相關(guān)精度進(jìn)行復(fù)查。（3）夾緊方案選擇說(shuō)明夾具使用螺旋快速裝卸夾緊機(jī)構(gòu)，擴(kuò)力比大，拆卸方便。7.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在前面的定位誤差計(jì)算結(jié)果中可知本夾具的定位方法和夾緊方案是滿足本工序的加工精度要求的。在設(shè)計(jì)夾具的過(guò)程中，考慮到經(jīng)濟(jì)分析的合理性，更多的采用標(biāo)準(zhǔn)件會(huì)很大程度上降低夾具的制造成本，提升裝配精度，這會(huì)進(jìn)一步的提高工件的加工精度，同時(shí)也會(huì)一定程度的提升經(jīng)濟(jì)效益，因此本夾具使用的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量較多，經(jīng)濟(jì)性較好，安裝方便，如有損壞更換簡(jiǎn)單，成本較低。8.夾具中標(biāo)準(zhǔn)件清單夾具中使用標(biāo)準(zhǔn)件清單如下：序號(hào)名稱件數(shù)材料備注1內(nèi)六角螺釘24