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機械制造課程設計說明書
題目：設計快擋撥叉的機械加工工藝規(guī)程
及鉆直徑8.7孔工序的專用夾具
專 業(yè)：
學生姓名：
學 號：
班 級：
指導老師：
專業(yè)系主任：
機械工程學院
2015年 月 日
摘 要
本設計快擋撥叉零件加工過程的基礎設計的夾具設計。主要加工部位是平面和孔加工。在一般情況下，確保比保證精密加工孔很容易。因此，設計遵循的原則是先加工面后加工孔表面。在零件的夾具設計中，主要是根據零件加工工序要求，分析應限的自由度數，進而根據零件的表面特征選定定位元件，再分析所選定位元件能否限定應限自由度。確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件，最后就是確定專用夾具的結構形式。
關鍵詞：快擋撥叉零件；工藝；夾具；
19
Abstract
The design of turntable parts machining process based design of fixture design. The main processing parts processing plane and holes. In general, ensure easy to guarantee precision machining holes than. Therefore, the design principle is first machined surface after machining hole surface. In the fixture design of parts, mainly according to the requirement of machining process, the number of degrees of freedom analysis should limit, then according to the surface characteristics of components selected location element, then analyze the selected location components can be qualified shall be limited degrees of freedom. Determine the location element also need to select the clamping element, the last is to determine the structure of the special fixture.
Keywords: cutter turntable parts; technology; fixture;
目 錄
摘 要 II
Abstract III
第1章 零件的分析 1
1.1零件的作用 1
1.2零件的工藝分析 2
1.3零件的生產類型 2
第2章 確定毛坯的種類和制造方法 3
2.1選擇毛坯 3
2.2確定機械加工余量 3
2.3設計毛坯尺寸 3
第3章 擬定工藝路線 5
3.1基準的選擇 5
3.2零件表面加工方法選擇 5
3.3工藝路線的擬定 6
第4章工序設計 7
4.1選擇加工設備與工藝裝備 7
4.2 確定工序尺寸 8
4.3切削用量及基本時間確定 9
第5章 鉆孔夾具設計 14
5.1研究原始質料 14
5.2定位基準的選擇 14
5.3 切削力及夾緊力的計算 14
5.4誤差分析與計算 15
5.5 零、部件的設計與選用 16
5.5.1定位銷選用 16
5.5.2 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 17
5.6夾具設計及操作的簡要說明 18
總 結 19
參考文獻 20
致 謝 21
第1章 零件的分析
1.1零件的作用
快擋撥叉在運輸車的變速箱中，與操縱機構的其他零件結合，用它撥動滑動齒輪，實現倒車。φ14H9為配合面有較高精度。槽14H13為滑動撥動的配合表面。下?lián)懿鏋榕c滑動齒輪接觸的表面。
1.2零件的工藝分析
該零件是叉架零件，形狀不大規(guī)則，尺寸精度、形位精度要求不高，為大批量生產零件，其主要技術要求分析如下：
其主要加工的有14H9表面粗糙度為Ra6.3um，是一個比較重要的孔，其軸線要保證與M直線度0.03；斜腳面尺寸要求公差尺寸為-0.48到0；開擋公差尺寸為0.1到0.2，表面粗糙度為Ra6.3um并保證與14H9軸線的垂直度為0.25主要是保證叉面能正確地安裝在變速箱的倒檔軸上，撥叉利用彈簧、滾珠在軸上進行定位，；R19面粗糙度為Ra12.5um，表面要求淬火處理，硬度要求為48~53HRC；下爪總長公差尺寸為-1到0；后腳面公差尺寸為0到0.52，前面到軸線尺寸18的公差尺寸為±0.2；孔8.7公差尺寸為0到0.09，其軸線到開擋前腳面的尺寸41.5的公差尺寸為±0.15，孔深32公差尺寸為-1到0；撥叉尺寸要求較高，兩內表面歸于孔8.7的對稱度為0.4，內表面表面粗糙度為Ra12.5，內表面滿足配合14H13公差尺寸為0到0.27，其槽底部分允許呈R3max圓角或2最大長為3的倒角；孔8.7還需锪平直徑為12；孔24端面、開擋內R15面、孔8.7內表面以及槽14H13底面表面粗糙度為Ra25一般的加工都可獲得。通過分析該零件，其布局合理，雖結構復雜，但加工要求比較容易保證，通過專用夾具可保證其加工要求，整個圖面清晰，尺寸完整合理，能夠完整表達物體的形狀和大小，符合要求。
1.3零件的生產類型
依設計題目，結合生產實際可知該零件的生產綱領零件是大批量生產的鑄件。
第2章 確定毛坯的種類和制造方法
2.1選擇毛坯
由于零件的結構比較復雜，大批量生產，又是薄壁的中小型零件，所以采用砂型鑄造，工件材料為KTH350-10。
2.2確定機械加工余量
鑄件的尺寸公差按GB/T6414-1999確定，機械加工余量按GB/T11351-89確定。 根據GB/T6414-1999查表得尺寸公差CT為8-12級。加工余量等級為F～H。所以，可取CT=9級。查表（GB/T6414）查出各表面的公差數值。
零件尺寸
公差CT
端面46
2
腳面圓柱面15
1.6
腳面圓柱面19
1.7
兩腳面尺寸6
1.5
14H13槽面尺寸14
1.6
槽底面14
1.6
叉腳開擋尺寸40
1.7
2.3設計毛坯尺寸
快擋撥叉毛坯圖尺寸（單位：mm）
零件表面
總余量
毛坯尺寸
公差CT
端面46
2
50
2
腳面圓柱面15
2
13
1.6
腳面圓柱面19
2
17
1.7
兩腳面尺寸6
2
10
1.5
14H13槽面尺寸14
2
10
1.6
槽底面14
2
12
1.6
叉腳開擋尺寸40
2
36
1.7
第3章 擬定工藝路線
3.1基準的選擇
根據零件圖紙及零件的使用情況分析，知Φ14H9孔，槽寬，叉子面厚，叉子面與腹板的距離等均應通過正確的定位才能保證，故對基準的選擇應予以分析。
（1）粗基準的選擇
按照粗基準的選擇原則，為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應選擇不加工表面為粗基準，故此處選擇5mm厚的腹板右側為第一毛坯表面基準，在加工Φ14H9孔時，為保證Φ24mm的外圓表面為第二粗基準。
（2）精基準的選擇 ，各工序則以該孔為定位精基準，從靠近叉腳的Φ24mm端面為軸向尺寸的定位基準不重合，這時需要進行尺寸鏈的換算。
3.2零件表面加工方法選擇
本零件的加工面有內孔、倒角、槽、下底面、圓環(huán)面等，材料為KTH350-10。以公差等級和表面粗糙度要求，參考有關資料，其加工方法選擇如下。
（1）φ24端面:表面粗糙度為Ra25um，可選粗銑即可滿足要求。
（2）φ14H9孔：公差等級為9級，表面粗糙度為Ra6.3um，公差尺寸0到0.043，根據GB/T1800.3-1998規(guī)定其公差等級按IT9，可以先鉆后擴孔來滿足要求。
（3）開擋R15內圓柱面：表面粗糙度為Ra25um，未標注公差等級，故粗銑即可滿足要求。
（4）腳面：表面粗糙度Ra6.3um，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（4）開擋：表面粗糙度為Ra12.5um，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（5）槽14H13：表面粗糙度為Ra12.5um，公差等級13，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（6）槽14H13底面：表面粗糙度為Ra25um，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（7）孔φ8：表面粗糙度Ra25um，公差尺寸為0到0.1，根據GB1800-79規(guī)定其公差等級按IT11，采用鉆孔即可達到要求。
3.3工藝路線的擬定
（1）工藝路線的擬定
為保證達到零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術 要求，必須制定合理的工藝路線。
由于生產綱領為大批量生產，所以采用通用機床配以專用的工、夾、量具，并考慮工序集中，以提高生產率和減少機床數量，使生產成本下降。按照先加工基準面及先粗后精的原則，該零件的加工可按以下工藝路線進行。
10、鑄造
15、熱處理
20、銑14H9孔端面
25、鉆擴鉸14H9孔
30、倒角14H9孔
35、銑開檔叉腳面T1，T2面
40、銑開檔40B12
45、銑槽14H13
50、鉆8
55、去毛刺
60、檢驗
根據此工序安排，編出機械加工工藝路線卡及工序卡片。
第4章工序設計
4.1選擇加工設備與工藝裝備
（1） 選擇機床
1-1工序4鉆擴鉸14H9孔、工序5倒角及工序8鉆8，工步不多，選用立式鉆床就能滿足要求，本零件外廓尺寸不大，選用Z525立式鉆床。
1-2工序3、6、7是粗銑和精銑，各工序的工步數不多，成批生產不要求很高的生產率，故選用臥式銑床就能滿足要求，選用X62臥式銑床即可。
（2） 選擇夾具
本零件除了銑槽和鉆小孔需要專用量具外，其它用通用量具即可。
（3） 選擇刀具
1-1工序3銑端面。鑲齒三面刃銑刀。
1-2工序4鉆擴鉸14H9孔。選擇莫氏錐柄麻花鉆13 GB/T1438.1-1996。其直徑為14mm，工作長度46mm
1-3工序4 14H9孔。選擇14 GB/T 1141-1984。其直徑為14mm，工作長度46mm，莫氏錐度為1號，總長189mm。
1-4工序5倒角。
1-5工序3、6、7都是銑。銑刀按表5-105選鑲齒三面刃銑刀，直徑為100，孔徑d=27，齒數z=12。
1-6工序8鉆8孔?？讖綖?.7mm無通用刀具，故可制造專用刀具，方便制造及經濟效益，可做成直柄麻花鉆。
（4） 選擇量具
本零件為大批量生產，一般盡可能采用通用量具，根據表面精度、尺寸和形狀等要求，參考有關手冊資料，選擇量具如下表：
工序
工序名稱
量具
3
銑端面
游標卡尺、粗糙塊
4
鉆擴鉸14H9孔
游標卡尺、塞規(guī)
5
倒角
游標卡尺
6
銑腳面、開擋
游標卡尺、粗糙塊
7
銑槽
游標卡尺、粗糙塊
8
鉆8
游標卡尺、塞規(guī)
4.2 確定工序尺寸
1.φ24端面加工余量
加工表面
工序雙邊余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗銑
粗銑
粗銑
端面50
4
46
Ra25
2. 鉆擴鉸14H9孔
加工表面
工序雙邊余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
鉆擴孔
鉆孔
擴孔
鉆孔
擴孔
鉆孔
擴孔
13
1
Ra6.3
3. 面加工余量
加工表面
工序余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗銑
精銑
粗銑
精銑
粗銑
精銑
T1，T2面
2
15
Ra25
T1，T2面
2
Ra12.5
腳面
1.6
0.4
Ra12.5
Ra6.3
14H13槽底面
2
10
Ra25
14H13槽
1.6
0.4
14.4
Ra25
Ra12.5
4.鉆孔
加工表面
工序雙邊余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
8孔
8
8
Ra25
4.3切削用量及基本時間確定
1工序10
切削用量：本工序為粗銑端面，已知加工材料為KTH350-10，表面淬火處理后HRC48-53。
確定粗銑端面的切削用量。所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉速30-1500 r/min，精度要求不高，選擇n=150r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。經計算得加工時間為57s。
2 工序15、20
切削用量：鉆，擴，鉸H9mm孔
2.1確定鉆φ14mm孔的切削用量。
所選刀具為莫氏錐柄麻花鉆
確定切削用量=13/2=6.5mm，查表得進給量f =0.28mm/r，切削速度v =21m/min。則主軸轉速n==514.19r/min,故取n=545r/min，此時v==22.26m/min。
2.2確定擴φ14H9孔的切削用量。
所選刀具為14 GB/T 1141-1984，其直徑為14mm，工作長度108mm，莫氏錐度為1號，總長189mm。
確定切削用量=1/2=0.5mm，查表得進給量f =0.45mm/r，切削速度v =60m/min。則主軸轉速n==1364.19r/min,故取n=960r/min，此時v==42.2m/min。
2.3基本時間
確定鉆孔的基本時間
=
確定擴φ14H9孔的基本時間
=
總時間為30s。
3工序6
切削用量：本工序是銑腳面、開擋，先粗銑，后半精銑。
3.1確定銑開擋底面圓柱面的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉速30-1500 r/min，精度要求不高（Ra=25um），選擇n=150r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。
3.2 確定銑開擋底面圓柱面R19的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉速30-1500 r/min，精度要求不高（Ra=12.5um），選擇n=200r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為
。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=200/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。
3.3確定開擋腳面的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=4mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉速30-1500 r/min，精度要求較高（Ra=6.3um及有垂直度要求），選擇n=250r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=250/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。 加工用時為：180s 銑腳面和開擋各90s。
4工序7
本工序為銑槽，先粗銑槽底，再銑槽。
4.1確定槽底面的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉速30-1500 r/min，精度要求不高（Ra=25um），選擇n=150r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。
4.2確定槽的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=4mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉速30-1500 r/min，精度要求較高（Ra=12.5um且對稱度為0.4），選擇n=220r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=220/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。加工時間為：120.s。
5 、工序8
本工序為鉆8，并锪平12。
確定鉆8孔的切削用量。所選刀具為直柄麻花鉆
確定切削用量=8.7/2=4.35mm，查表得進給量f =0.49mm/r，切削速度v =27m/min。則主軸轉速n==987.8r/min,故取n=960r/min，此時v==26.24m/min。加工用時99s。
第5章 鉆孔夾具設計
5.1研究原始質料
利用本夾具主要用來鉆Φ8.7孔，加工時要滿足粗糙度要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。
5.2定位基準的選擇
由零件圖可知：在對鉆Φ8.7孔進行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，孔進行了鉆、擴、鉸加工，因此，定位、夾緊方案有：
方案Ⅰ：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。
方案Ⅱ：選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。
分析比較上面二種方案：方案Ⅰ中的心軸夾緊、定位是不正確的，孔端是不加工的，且定位與夾緊應分開，因夾緊會破壞定位。心軸上的開孔也不利于排銷。
通過比較分析只有方案Ⅱ滿足要求，孔其加工與孔的軸線間有尺寸公差，選擇小頭孔和大頭孔來定位，從而保證其尺寸公差要求。
圖中對孔的的加工沒有位置公差要求，所以我們選擇底平面和兩孔為定位基準來設計鉆模，從而滿足孔的加工要求。工件定位用底面和兩孔定位限制5個自由度。
5.3 切削力及夾緊力的計算
鉆該孔時選用：鉆床Z525，刀具用高速鋼刀具。
由參考文獻[5]查表可得：
切削力公式：
式中d=8.7MM
查表得：
其中：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得：
有：
安全系數K可按下式計算有：
式中：為各種因素的安全系數，見參考文獻[5]表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
取，，
查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：
式中參數由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構工作是可靠的。
5.4誤差分析與計算
該夾具以底面、兩孔為定位基準，要求保證被加工和孔粗糙度為12.5。該孔次性加工即可滿足要求。
由參考文獻[5]可得：
⑴ 兩定位銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
且：L=69mm ，得
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
5.5 零、部件的設計與選用
5.5.1定位銷選用
本夾具選用一可換定位銷和固定棱形銷來定位，其參數如表6.1和6.2：
表6.1可換定位銷
d
H
D
公稱尺寸
允差
14～18
16
15
～0.011
22
5
1
4
M12
4
表6.2 固定棱形銷
d
H
d
公稱尺寸
允差
40～50
20
22
+0.034
～0.023
65
5
3
8
1
6
1.5
5.5.2 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
圖3.1 可換鉆套
鉸工藝孔鉆套結構參數如下表3.4：
表6.4 鉆套
d
H
D
公稱尺寸
允差
6
12
12
+0.018
+0.007
22
18
10
4
9
0.5
18
襯套選用固定襯套其結構如圖所示：
圖3.2 固定襯套
其結構參數如下表3.5：
表3.5 固定襯套
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
12
+0.034
+0.016
12
18
+0.023
+0.012
0.5
2
鉆模板選用固定式鉆模板，用4個沉頭螺釘和2個錐銷定位于夾具體上。
5.6夾具設計及操作的簡要說明
本夾具用于在鉆床上加工孔。工件以底平面、兩孔為定位基準，在定位環(huán)上實現完全定位。采用手動螺旋壓板機構夾緊工件。該夾緊機構操作簡單、夾緊可靠。
總 結
快擋撥叉的加工工藝及夾具設計，主要是對快擋撥叉的加工工藝和夾具進行設計?？鞊鯎懿娴募庸すに囋O計主要是確定加工工藝路線，機械加工余量和切削用量、基本工時的確定，夾具的設計主要是要設計出正確的定位夾緊機構。在本設計中工件的加工工藝路線正確合理，夾具的定位夾緊機構也能達到定位夾緊的目的，能保證加工工件的精度。在設計中遇到了很多問題，如出現工藝路線的不合理，甚至出現不能保證加工所要求達到的精度。在進行夾具設計時，因定位基準選擇不合理，出現過定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保證。在選擇夾緊機構時由于機構的大小，尺寸等不合理，而達不到夾緊的目的，也可能因夾緊力作用點或作用面的位置不合理而使工件產生翻轉。不過在指導老師的悉心認真的指導下，經過兩個月自身的不斷努力，這些問題都一一解決。在這個過程中，對機械加工工藝和夾具設計有關的知識有了更深的理解，增強了對本專業(yè)綜合知識運用的能力，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術的工作打下基礎。
通過這次課程設計使我感到要設計一個夾具的不易，也感到團隊合作的重要性，在這次課程設計中遇到了不少的問題，但在老師和同學的幫助之下一一解決。在這里我要感謝老師和同學對我的幫助。課程設計中我學到了 不少，不僅把以前的知識進一步鞏固，還從中學到很多的新知識，使我受益匪淺。
畢竟是課程設計，由于自己能力有限，在此之中肯定有很多的不足之處，希望老師給予指點。
參考文獻
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21
致 謝
本次課程設計綜合了大學里所學的專業(yè)知識，是理論與實際相結合的一次考驗。通過這次設計，我的綜合運用知識的能力有了很大的提高，尤其是看圖、繪圖、設計能力，為我今后的工作打下了良好的基礎。在此過程中，我進一步加深了對課本知識的理解，進一步了解了零件的工藝以及夾具設計過程，收獲頗豐。
本次設計是在XX老師的悉心指導和幫助下完成的。我的機械工藝知識有限，在設計中常常碰到問題，是老師不厭其煩的指導，不斷的點拔迷津，提供相關資料，才使其順利完成。耐心的講解，使我如沐春風。不僅如此，老師嚴謹的治學態(tài)度和高尚的敬業(yè)情操深深打動了我。在此，我向表示最真誠的感謝。同時，感謝同組同學的支持和幫助，使我更好的完成課程設計。