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拨叉钻孔夹具课程设计


课程设计任务书
一、课程设计的目的 机械制造装备设计课程设计是机械制造装备设计课程教学的一 个不可或缺的辅助环节。 它是学生综合运用本课程及其先修课程的理 论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。 它对于 培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力, 为以后搞好 毕业设计和到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。 本课程 的目的在于: 1) 培养

学生综合运用机械制造装备设计及相关专业课程(工 程材料、 机械设计、 互换性与测量技术、 机械制造基础) 的理论知识, 结合金工实习、生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决机械 加工工艺问题,初步具备设计中等复杂程度零件的工艺规程的能力。 2) 能根据被加工零件的技术要求,应用夹具设计的基本原理 和方法,学会拟定夹具设计方案,完成夹具结构设计,初步具备设计 保证加工质量的高效、省力、经济合理的专用夹具的能力。 3) 使学生熟悉和能够应用有关手册、标准、图表等技术资料, 指导学生分析零件加工的技术要求和企业已具备的加工条件, 掌握从 事工艺设计的方法和步骤。 4) 进一步培养学生机械制图、设计计算、结构设计和编写技 术文件等基本技能。
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5) 培养学生耐心细致、科学分析、周密思考、吃苦耐劳的良 好习惯。 6) 培养学生解决工艺问题的能力,为学生今后进行毕业设计 和去工厂从事工艺与夹具设计打下良好的基础。 二、课程设计的要求 本课程设计要求就一个中等复杂程度的零件编制一套机械加工 工艺规程,按教师指定的某道工序设计一副专用夹具,并撰写设计说 明书。学生应在指导教师的指导下,认真地、有计划地、独立按时完 成设计任务。学生对待自己的设计任务必须如图工厂接受任务一样, 对于自己所做的技术方案、数据选择和计算结果必须高度负责,注意 理论与实践相结合,以期待整个设计在技术上是先进的、在经济上是 合理的、在生产中是可行的。 设计题目:拨叉零件机械加工工艺规程及工艺装置 生产纲领:3000~10000 件 生产类型:批量生产 具体要求: 1、产品零件图 2、零件毛坯图 3、机械加工工艺过程卡片 4、机械加工工序卡片 5、夹具设计装配图(0#或 1#图纸) 6、夹具设计零件图(2#~4#图纸) 7、课程设计说明书(6000~8000 字)
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1张 1张 1份 1套 1份 1~3 张 1份

附:产品零件图

指导教师:

教研室主任: 年 月 日

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一、设计任务………………………………………………………………6 二、计算生产纲领、确定生产类型………………………………………6 三、零件的分析……………………………………………………………6 四、确定毛坯的制造方法、初步确定毛坯形状…………………………7 五、工艺规程设计…………………………………………………………8 六、夹具设计………………………………………………………………17 七、总结……………………………………………………………………21 八、参考文献………………………………………………………………22

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一、设计任务:
加工拨叉上?8.4mm 孔(工件材料 45 钢) 。工件以?15.81F8 孔、叉口及槽在定位轴 2、削边销 1、 偏心轮 3 上定位,由偏心轮夹紧工件,并利用偏心轮楔面的作用 限制工件一个自由度。本夹具采用铰链式钻模板,放松锁锁紧螺钉 6,即可回转 钻模板,以便于装卸工件。图 1 所示为拨叉钻孔工序图。
设计在 Z525 立式钻床上钻拨叉零件上Φ 8.4mm 的钻床夹具。.

图1

二、计算生产纲领、确定生产类型:
该零件属于大批量生产。故需设计专用夹具来确保生产.

三、零件分析:
1、拨叉技术要求: 加工表面 尺寸及偏差(mm) 公差及精度等级 表面粗糙度 Ra 6.3 形位公差(mm)

叉脚两端面

5.90 -0.15 51+0.1 0

IT12

0.15 A

叉口两内侧面

IT12

6.3

5

Φ 15.8 内孔 钻孔Φ 8.4 叉头凸台两端面 叉头平台外表面 叉头平台凸面 叉头下表面

15.81+0.043 +0.016

IT8 IT7 IT12 IT13

3.2

Φ 8.4 0 -0.021 ?1
9.650 -0.25

6.3 6.3 12.5 12.5

11

IT13 IT13

该拨叉结构简单,属于典型的叉杆类零件。加工精度要求高。叉脚两端面在工作中需承 受冲击载荷,为增强耐磨性,采用局部淬火,硬度为 180HBS 左右,为保证拨叉使用时,叉 脚受力均匀,要求叉脚两端面与孔Φ 15.8 垂直度要求为 0.15mm。 综上所述,该零件得各项技术要求制订较合理,符合在变速箱中得功用。

2、审查拨叉的工艺性
分析零件图可知,该拨叉的叉脚两端面厚度薄于连接的表面,但减少了加工面积,使用 淬火处理提供局部的接触硬度。叉脚两端面面积相对较大,可防止加工过程中钻头钻偏,保 证孔的加工精度,及孔与叉脚两端面的垂直度。其它表面加工精度较低,通过铣削、钻床的 粗加工就可达到加工要求; 而主要工作表面虽然加工精度相对较高, 但也可以在正常得生产 条件下,采用较经济得方法保质保量地加工出来。可见该零件工艺性好。

四、确定毛坯的制造方法、初步确定毛胚形状:
1、选择毛坯 由于该拨叉在工作过程中承受冲击载荷,为增强强度和冲击韧度,获得纤维组织,毛坯 选用锻模制作毛坯。拔模斜度为 5°。 2、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 公差等级:由拨叉的功用和技术要求,确定该零件的的公差等级为普通级。 锻件重量:已知机械加工后拨叉的重量为 3kg,由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的 重量为 3.5kg。 3、锻件形状复杂系数 对拨叉零件图分析计算,可大概确定锻件外轮廓包容体的长度、宽度和高度,即 l= 136mm,b= 76mm,h= 72mm,由公式 2-3、2-5 可计算出该拨叉锻件的形状复杂系数 S=mt/mN=3.5/(136?76?72?7.8?10-6 kg/mm3 )=3.5/5.8=0.6 故属于 S2级。 4、锻件材质系数 由于该拨叉材料为 45 钢,是碳的质量分数少于 0.65%的碳素钢,故该锻件的材质系数 属 M1级。
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5、锻件分模线形状 根据该拨叉的形位特点,以对称平分面为分模面,属平直分模线。 6、零件表面粗糙度 由零件图可知,该拨叉各加工表面粗糙度 Ra 均大于等于 3.2um。 由查表可知锻件毛坯的尺寸公差及机械加工余量: 锻件重量/kg 6 项目/mm 厚度 5.9 包容体重量/kg 3.5 机械加工余量/mm 形状复杂系数 S2 材质系数 M1 尺寸公差/mm 1.8+1.4 -0.4 2.0~2.5 2.5+1.7 -0.8 2.0~2.5 2.2+1.5 -0.8 2.0~2.5 2.2+1.5 -0.7 2.0 ±0.5 公差等级 普通级 备注

宽度 51

宽度 14.2

孔径Φ 15.8 中心距

五、 拟定工艺路线:
(一)选择定位基准: 1 粗基准的选择:以零件的圆柱面为主要的定位粗基准 2 精基准的选择:考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则 和“基准统一”原则,以Φ 15.8 的孔内表面为辅助的定位精基准。 (二)制定工艺路线: 根据零件的几何形状、 尺寸精度及位置精度等技术要求, 以及加工方法所能达到的经济 精度, 在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集 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。查《机械制 造工艺设计设计手册》第 20 页表 1.4-7、1.4-8、1.4-11,选择零件的加工方法及工艺路线 方案如下: 工序 01 粗铣Φ 15 上、下端面,以外圆为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具; 工序 02 钻Φ 15 孔,以Φ 15 孔的下端面为定位基准,采用 Z525 立式钻床加专用夹具; 工序 03 扩Φ 15.5 孔,以Φ 15 下端面为定位基准,采用 Z525 立式钻床加专用夹具; 工序 04 粗铰Φ 15.7 孔,以Φ 15 下端面为定位基准,采用 Z525 立式钻床加专用夹具; 工序 05 精铰Φ 15.8 孔,以Φ 15 下端面为定位基准,采用 Z518 立式钻床加专用夹具; 工序 06 铣Φ 8.4 端面,以Φ 15 孔为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具;
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工序 07 粗精铣叉口前后两侧面,以Φ 15.8 孔为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用 夹具; 工序 08 热处理(叉脚两端面局部淬火) ,淬火,使表面硬度达到 185HBS; 工序 09 粗精铣叉口 20*5 两内侧面, 以Φ 15.8 孔为定位基准, 采用 X61 立式铣床加专 用夹具; 工序 10 粗精铣Φ 14.2 缺口, 以Φ 15.8 孔为定位基准, 采用 X61 立式铣床加专用夹具; 工序 11 钻Φ 9 孔,以Φ 15.8 孔为定位基准,采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具; 工序 12 去毛刺; 工序 13 终检。 (三)机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: 1、圆柱表面工序尺寸: 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量, 现在确定各表面的各个加工工序的加 工余量如下: 加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度

Φ 15.81

钻 扩 粗铰 精铰

0.8 0.5 0.2 0.1

IT11 IT10 IT10 IT8

15 15.5 15.7 15.8

12.5 6.3 6.3 3.2

2、平面工序尺寸: 工序号 工序内容 加工余量 基本尺寸 经济精度

锻件 01 06 07 粗铣Φ 15 上、下端面 铣Φ 8.4 端面 粗精铣叉口前后两侧 面 09 粗精铣叉口 20*5 两内 侧面 10 粗精铣Φ 14.2 缺口 7.1 14.2 1.5 51 1 1 1.5 37 16 5

CT12 12 12 12

12

12

3、确定切削用量及时间定额: 工序 01 粗铣Φ 15.81 上、下端面,以外圆为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具
8

刀具:YG6 硬质合金端铣刀。铣削宽度 ae≤90,深度 ap≤6,齿数 z=12,故根据《机械制造 工艺设计简明手册》 (后简称《设计手册》 )表 3.1,取刀具直径 d0=125mm。根据《切削用量 手册》 (后简称 《切削手册》 ) 表 3.16, 选择刀具前角γ 0=0°后角α 0=8°, 副后角α 0’=10°, 刃倾角: λ s=-10°,主偏角 Kr=60°,过渡刃 Krε =30°,副偏角 Kr’=5°。 2. 切削用量 1)确定切削深度 ap 因为余量较小,故选择 ap=4mm,一次走刀即可完成。 2)确定每齿进给量 fz 采用对称端铣,以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表 3.5,使用 YG6 硬质合金端铣刀加工,机床功率为 4.5kw(据《设计手册》表 4.2-35,X61 立式铣床) 时: fz=0.09~0.18mm/z 故选择:fz=0.18mm/z。 3)确定刀具寿命及磨钝标准 根据《切削手册》表 3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm;由于铣刀直径 d0=125mm,故刀具使用寿命 T=180min(据《设计手册》表 3.8) 。 4)计算切削速度 vc 和每分钟进给量 vf 根据《切削手册》表 3.16,当 d0=125mm,Z=12,ap≤7.5,fz≤0.18mm/z 时, vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为:kMV= 1.0,kSV= 0.8。切削速 度计算公式为:

vc ?

Tm

cvd 0 qv kv apxvfzyvaeuvz p
v

其中 ae ? 72 mm , a p ? 4mm, Cv ? 245 , qv

? 0.2 , xv ? 0.15 , yv ? 0.35 ,

k v ? k Mv ? k Sv ? 1.0 ? 0.8 ? 0.8 , uv ? 0.2 , pv ? 0 , m ? 0.32 , T ? 180 min ,

f z ? 0.18mm / z , Z ? 12 ,将以上数据代入公式:
vc ? 180
0.32

245? 125? 0.2 ? 0.8 ? 4 ? 0.15? 0.08? 0.35? 72 ? 0.2 ? 12

? 142m / min
确定机床主轴转速:

ns ?

1000vc ? 361r / min 。 ?dw

根据《设计手册》表 4.2-36,选择 nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此,实际进给量和每 分钟进给量为:
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vc= f

?d 0 n 3.14 ? 125 ? 300 = m/min=118m/min 1000 1000
=v
fc

zc

/ncz=390/300?12 mm/z=0.1mm/z

5)校验机床功率 根据《切削手册》表 3.24,近似为 Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书,主轴允许功率 Pcm=4.5?0.75kw=3.375kw>Pcc。 故校验合格。 最终确定:ap=4.0mm, nc=300r/min, vf=390mm/s, vc=118m/min,fz=0.1mm/z。 6)计算基本工时 tm=L/ vf,L=l+ y+Δ ,l=24mm. 查《切削手册》表 3. 26,入切量及超切量为:y+Δ =40mm,则: tm=L/ Vf=(24*2+40)/390=0.22min。

工序 02 钻Φ 15 孔,以Φ 15 孔的上端面为定位基准,采用 Z525 立式钻床加专用夹具 1. 加工条件 工件材料:45 钢,σ b =170~240MPa,锻造;工件尺寸:aemax=72mm,l=176mm; 加工要求:钻Φ 15 孔,加工余量 0.8; 机床:Z525 立式钻床; 刀具: 根据 《切削手册》 表 2.1.2.2, 选择高速钢麻花钻钻头, 粗钻时 do=15mm, 钻头 采 用双锥后磨横刀, 后角α o=12°, 二重刃长度 bε =3.5mm,横刀长 b=2mm,宽 l=4mm,棱带 长度 l1

? 1.5mm , 2? ? 100 °, ? ? 30 °

2.选择切削用量 (1)确定进给量 按加工要求确定进给量:查《切削手册》 , f ? 0.43 ~ 0.53mm/ r ,

l

d

? 30 ? 1.67 ? 3 ,由《切削手册》表 2.7,系数为 0.5,则: 18
f ? (0.43 ~ 0.53) ? 0.5 ? (0.215 ~ 0.265)mm/ r

按钻头强度选择:查《切削手册》表 2.8,钻头允许进给量为: f ? 2.0m m/ r ; 按机床进给机构强度选择:查《切削手册》表 2.9,机床进给机构允许轴向力为 8330N 时,进给量为 f ? 0.93mm/ r 。 以上三个进给量比较得出,受限制的进给量是工艺要求,其值为:0.215~0.265mm/r。 根据《设计手册》表 4.2-16,最终选择进给量 f ? 0.22mm/ r 。 由于是通孔加工, 为避免即将钻穿时钻头折断, 故应在即将钻穿时停止自动进给而改为
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手动进给。 根据《切削手册》表 2.19 查出,钻孔时轴向力 Ff=2500N,轴向力修正系数为 1.0,故 Ff=2500N。根据 Z525 立式钻床使用说明书,机床进给机构允许的最大轴向力为 8830N ﹥Ff,故所选进给量可用。 (2)确定钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度(查《设计手册》 )为 0.6mm,寿命 T (3)切削速度 查《切削手册》表 2.30,切削速度计算公式为:

? 45 min .

vc ?
其中,Cv ? 9.5 ,d 0

cvd 0 m T ap x f
zv v

yv

kv

(m/min)

? 18mm ,zv ? 0.25 ,m ? 0.125 ,ap ? 9 ,xv ? 0 ,yv ? 0.55 ,

f ? 0.22 ,查得修正系数: kTv ? 1.0 , klv ? 0.85 , ktv ? 1.0 ,故实际的切削速度:

9.5 ? 180.25 vc ? 0.125 ? 0.85 ? 9.5m / min 60 ? 1 ? 0.220.55
(4)检验机床扭矩及功率 查《切削手册》表 2.20,当 f≤0.26, do≤19mm 时,Mt=31.78N?m,修正系数均为 1.0, 故 MC=31.78 N?m。查机床使用说明书:Mm =144.2 N?m。 查《切削手册》表 2.23,钻头消耗功率:Pc=1.3kw。 查机床使用说明书, PE

? 2.8 ? 0.81 ? 2.26kw 。

由于 Mc? Mm , PC ? PE ,故切削用量可用,即:

f ? 0.22mm/ r , n ? nc ? 272r / min , vc ? 15.4m / min
3、计算工时

tm ?
工序 03

L 42 ? ? 0.70min nf 272? 0.22

扩Φ 15.51 孔,以Φ 15 上、下端面为定位基准,采用 Z525 立式钻床加专用夹具;

查《切削手册》表 2.10,扩孔进给量为: f ? 0.7 ~ 0.8m m/ r ,并由机床使用说明书 最终选定进给量为: f ? 0.81m m/ r 。 根据资料,切削速度 v ? 0.4v钻 ,其中 v钻 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度,故:

v ? 0.4 ? 9.5 ? 3.8m / min ,

ns ?

1000 ? 3.8 ? 61.1r / min 19.8 ? ? ,根据机床使用说明书选取:
11

nw ? 97r / min 。
t?
基本工时:

L? y?? 42 ? ? 0.53 min 97 ? 0.81 97 ? 0.81

工序 04 粗铰Φ 15.7 孔,以Φ 15 上、下端面为定位基准,采用 Z525 立式钻床加专用夹具; 刀具:专用铰刀 机床:Z525 立式钻床 根据有关手册的规定,铰刀的进给量为 f z ? 0.8~1.2mm/z,进给量取 机床主轴转速取为 n w =140r/min,则其切削速度为:

f z ? 0.81mm/r,

v ? n?d ? 6.91m / min 。
机动时切削工时, l ? 42 mm,

tm ?

42 42 ? ? 0.37 min nw ? f 140? 0.81

工序 05 精铰Φ 15.8 孔,以Φ 15 上、下端面为定位基准,采用 Z525 立式钻床加专用夹具; 刀具: d w ? 15.8mm 机床:Z525 立式钻床 根据有关手册的规定,铰刀的进给量取

f ? 0.48mm/r,机床主轴转速取为:

n w =140r/min,则其切削速度为: v ? n?d ? 9.27 m / min
机动时切削工时, l ? 42 mm

tm ?
工序 06

42 42 ? ? 625min nw ? f 140? 0.48

铣Φ 8.4 端面,以外圆为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具;

刀具:YG6 硬质合金端铣刀; 机床:X61 立式铣床; 查《切削手册》表 3.5,进给量为: 参考有关手册,确定 v

f z ? 0.5 ~ 1.0mm / min ,取为 0.5mm/r

? 124m / min ,采用 YG6 硬质合金端铣刀,

d w ? 125mm, z ? 12 ,则:

ns ?

1000v

? dw

?

1000 ? 124 ? 316r / min ? ? 125
12

现采用 X61 立式铣床,根据《设计手册》表 4.2-36,取 nw ? 300r / min ,故实际切削速度:

v?

?d w nw
1000

?

? ? 125 ? 300
1000

? 117.75m / min

当 nw ? 300r / min 时,工作台每分钟进给量:

f m ? f z ? z ? nw ? 0.5 ? 12 ? 300 ? 1800mm / min ,取为 980mm/min
本工序切削时间为:

t ? tm ?
工序 07

l 42 ? ? 0.05 min f m 980

粗铣叉口前后两侧面,以Φ 15.8 孔为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具;

刀具:YG6 硬质合金端铣刀, d 0 机床:X61 立式铣床 根据《切削手册》查得,

? 40mm, Z ? 10

f z ? 0.13mm / z, a p ? 4mm 。根据《设计手册》表 4.2-36

查得,取: n w ? 300r / min ,故实际切削速度:

v?

?d w nw
1000

?

? ? 40 ? 300
1000

? 37.7m / m i n

当 n w ? 300r / min 时,工作台每分钟进给量应为:

f m ? f z ? Z ? nw ? 0.13 ? 10 ? 300 ? 390mm / min
查说明书,取

f m ? 400mm / min

计算切削基本工时:

L ? 44.5 ? y ? ? ? 44.5 ? 10 ? 54.5mm
因此, t m ? 工序 09 具。 刀具:YG6 硬质合金端铣刀, d 0 机床:X61 立式铣床 根据《切削手册》查得,

2 L 2 * 54.5 ? ? 0.28min 390 fm

粗精铣叉口 20*5 两内侧面, 以Φ 15.8 孔为定位基准, 采用 X61 立式铣床加专用夹

? 40mm, Z ? 10

f z ? 0.13mm / z, a p ? 4mm 。根据《设计手册》表 4.2-36
13

查得,取: n w ? 300r / min ,故实际切削速度:

v?

?d w nw
1000

?

? ? 40 ? 300
1000

? 37.7m / min

当 n w ? 300r / min 时,工作台每分钟进给量应为:

f m ? f z ? Z ? nw ? 0.13 ? 10 ? 300 ? 390mm / min
查说明书,取

f m ? 400mm / min ,计算切削基本工时:
L ? 19 ? y ? ? ? 19 ? 10 ? 29mm

因此, t m ?

2 L 38 ? ? 0.1min f m 390

精铣叉口 20*5 两内侧面,以Φ 15.8 孔为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具; 机床:X61 立式铣床 刀具: 硬质合金立铣刀 (镶齿螺旋形刀片) , 由 《切削手册》 表 3.6 查得:v

? 0.45m / s ,

d ? 40, z ? 6, f z ? 0.08mm / min ,即 27m/min,因此

ns ?

1000v

? dw

?

1000 ? 27 ? 214r / min 。 ? ? 40
f m 应为:

现采用 X61 立式铣床,取 nw ? 210r / min ,工作台每分钟进给量

f m ? f z ? z ? nw ? 0.08 ? 6 ? 210 ? 100.8mm / min ,
查机床使用说明书,取

f m ? 100mm / min 。
19 ? 0.19 min 100
2 t m ? 0.19? 2 ? 0.38min

铣削基本工时: t m ?

工序 10

粗铣Φ 14.2 缺口,以Φ 15.8 孔为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具;

刀具:YG6 硬质合金端铣刀, d 0 机床:X61 立式铣床 根据《切削手册》查得,

? 40mm, Z ? 10

f z ? 0.13mm / z, a p ? 4mm 。根据《设计手册》表 4.2-36

查得,取: n w ? 300r / min ,故实际切削速度:

v?

?d w nw
1000

?

? ? 40 ? 300
1000
14

? 37.7m / min

当 n w ? 300r / min 时,工作台每分钟进给量应为:

f m ? f z ? Z ? nw ? 0.13 ? 10 ? 300 ? 390mm / min
查说明书,取

f m ? 400mm / min
L ? 43 ? 27 ? 9.5 * 2 ? 89 mm
因此, t m ?

计算切削基本工时:

L 89 ? ? 0.23min f m 390

精铣Φ 14.2 缺口,以Φ 15.8 孔为定位基准,采用 X61 立式铣床加专用夹具 刀具:YG6 硬质合金端铣刀; 机床:X61 立式铣床; 查《切削手册》表 3.5,进给量为: 参考有关手册,确定 v 则:

f z ? 0.5 ~ 1.0mm / min ,取为 0.5mm/r

? 124m / min ,采用 YG6 硬质合金端铣刀,d w ? 125mm, z ? 12 ,

ns ?

1000v

? dw

?

1000 ? 124 ? 316r / min ? ? 125

现采用 X61 立式铣床,根据《设计手册》表 4.2-36,取 nw ? 300r / min ,故实际切削速度:

v?

?d w nw
1000

?

? ? 125 ? 300
1000

? 117.75m / min

当 nw ? 300r / min 时,工作台每分钟进给量: ,取为 980mm/min ? 1 8 0 mm 0 /min f m ? f z ? z ? nw ? 0.5 ? 12 ? 3 0 0 本工序切削时间为:

t ? tm ?
工序 11

l 42 ? ? 0.05 min f m 980

钻Φ 9 孔,以Φ 15.8 孔为定位基准,采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具

机床:Z525 立式钻床 刀具:高速钢麻花钻 根据《切削手册》查得,进给量为 则:

f ? 0.18~0.22mm/z,现取 f=0.22mm/z,v=17m/min,

15

ns ?

1000 v

? dw

?

1000?17 ? 602r / min ? ?9

查《设计手册》表 4.2-15,取 nw ? 600r / min 。所以实际切削速度为:

v?
计算切削基本工时:

?d w nw
1000

?

? ? 9 ? 600
1000

? 16.956 m / min

tm ?

l? y?? 3.9 ? ? 0.03min 600? 0.22 fm

六、专用钻床夹具设计
1、夹具设计要求 已知工件材料为 45 钢,毛坯为模锻件,所用机床为 Z525 型立式钻床,大批生产规模。 试为该工序设计一钻床夹具。

2、夹具的设计方案 分析: ①孔Φ 8.4mm 为自由尺寸,可一次钻削保证。该孔在轴线方向的设计基准距离槽 14.20
+0.1

mm 的对称中心线为 3.1mm±0.1mm; 在径向方向的设计基准是孔Φ 15.81F8 的中心线,

其对称度要求为 0.2mm,该尺寸精度可以通过钻模保证。 ②孔:15.81F8、槽 14.20+0.1mm 和拨叉槽口 50 0+0.1mm 是已完成的尺寸,钻孔 Φ 8.4mm。 ③立钻 Z525 的最大钻孔直径为Φ 25mm, 主轴端面到工作台面的最大距离 H 为 700mm, 工作台面尺寸为 375mm?500mm,其空间尺寸完全能够满足夹具的布置和加工范围的要求。 ④本工序为单一的孔加工,夹具可采用固定式。

方案设计 1、定位基准的选择:为了保证孔Φ 8.4mm 对基准孔Φ 15.8F8 垂直并对该孔中心线的 对称度符合要求,应当限制工件 X 的平移、Y 轴旋转、Z 轴旋转,三个自由度;为保证孔 Φ 8.4 处于拨叉的对称面内且不发生扭斜,应当限制 Y 轴旋转自由度;为保证孔对槽的位 置尺寸 3.1mm 错误!未找到引用源。0.1mm,还应当限制 Y 的平移自由度。由于Φ 8.4mm 为 通孔,深度方向的自 由度 Z 的平移可以不加限制,因此,本夹具应当限制 5 个自由度。 孔Φ 15.81F8 是已经加工好的, 且又是本工序要加工的孔Φ 8.4mm 的设计基准, 按照 基准重合原则, 选择它作为主要定位基准是比较恰当的。 若心轴水平放置并与钻床主轴垂直 和共面, 则所钻的孔与基准孔之间的垂直度与对称度就可以保证, 其定位精度取决于配合间
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隙。 为限制错误! 未找到引用源。 自由度, 应以拨叉槽口 mm 为定位基准。 这时有两种定位方案。 如图所 示图(a)是在叉口的一个槽面上布置了一个防转销;图(b)是利用插口的两侧面布置一个 大削边销,其尺寸采用Φ 51g6,从定位稳定和有利于夹紧来考虑,后一方案较好。

(a)

(b)

为限制其自由度,定位元件的布置有以下三种方案: a.以 D 面定位,这时定位基准与设计基准(槽不重合,设计基准与定位基准之 间的尺寸 20 错误!未找到引用源。0.105mm 所具有的误差必然会反映到定位误差中来,其 基准不重合误差为 0.21mm,不能保证 3.1mm 错误!未找到引用源。0.1mm 的需要。 b.以槽口两侧面中的任一面为定位基准,采用圆柱销单面定位,这时,由于设计基准 是槽的对称中心线,属于基准不重合,槽口尺寸辩护所形成的基准不重合误差为 0.05mm。 c.以槽口两侧面为定位基准,采用均有对称机构的定位零件(可伸缩的锥形定位销) 定位,此时,定位基准与设计基准完全重合,定位间隙也可以消除。 在这三个方案中,第一方案不能保证加工精度;第二方案具有结构简单、定位误差可 以保证的优点;第三方案定位误差为零,但结构比前两方案复杂些。从大批量生产的条件来 看,第三方案虽结构复杂一点,却能完成加紧的任务,因此第三方案是较合适的。 2、夹紧机构的确定:当定位机构水平放置时,在 Z525 立钻上钻Φ 8.4mm 孔的钻削力 和扭矩具有定位心轴来承担。这时工件的夹紧可以有以下两种方案。 a.在心轴轴向施加轴向力夹紧。这时,可在心轴端部采用螺纹夹紧装置,夹紧力与切 削力处于垂直状态。这种结构虽然简单,但装卸工件却比较麻烦。 b.在槽 14.2mm 中采用带对称斜面的偏心轮定位件夹紧,偏心轮转动时,对称斜面楔 入槽中,斜面上的向上分力迫使工件孔Φ 15.81F8 与定位心轴的下母线紧贴,而轴向分力又 使斜面与槽紧贴,使工件在轴向被偏心轮固定,起到了既定位(限制 Y 旋转自由度)又夹紧 的作用。

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显然,后一方案具有操作方便的优点。 总体结构 按设计步骤,先在各视图部位用双点画线画出工件的外形,然后围绕工件布置定位、 夹紧和导向元件(见图),再进一步考虑零件的装卸、各部件结构单元的划分、加工时操 作的方便性和结构工艺性的问题,使整个夹具形成一个整体。

图2

图 4 为该夹具的总体结构设计图,从该图可以看出,该夹具具有如下结构特点。 ①夹具体采用整体铸件结构,刚性较好。为保证铸件壁厚均匀,内腔掏空。为减少加 工面,各部件的结合面处设置铸件凸台。 ②定位心轴 6 和定位防转扁销 1 均安装在夹具体的立柱上,通过夹具体上的孔与底面 的平行度来保证心轴与夹具底面的平行度要求。 ③为了便于装卸零件和钻孔后进行攻丝,夹具采用了铰链式钻模板结构。钻模板 4 用 销轴 3 采用基轴制装在模板座 7 上,翻下时与支撑钉 5 接触,以保证钻套的位置精度,并用 锁紧螺钉 2 锁紧 ④钻套孔对心轴的位置,在装配时,通过调整模板座来达到要求。在设计时,提出了 钻套孔对心轴轴线的位置度要求Φ 0.04mm。 来调整达到此要求后, 在模板座与夹具体上配钻 铰定位孔、打入定位销使之位置固定。 ⑤偏心轮装在其支座中,安装调整夹具时,偏心轮的对称斜面的中心与夹具钻套孔中 心线保持 3.1mm±0.03mm 的要求,并在调整好后打入定位销使之固定。 ⑥夹紧时,通过手柄顺时针转动偏心轮,使其对称斜面楔入工件槽内,在定位的同时 将工件夹紧。由于钻削力不大,故工作可靠

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图4

确定夹紧机构 针对大批生产,选用偏向轮夹紧机构。 夹紧力计算 (1) 由表 10-1 得 夹紧力 Fj=FL/ρ [tan(α +φ 1)+tanφ 2],ρ =(R+esinβ )/cosα , α =arctan[ecosβ /(R+esinβ )] ecosβ = 3, e= 5, R=33, L=160

取偏心轮与夹紧面的摩擦系数和偏心轮与铰链轴的摩擦系数 f 一样,根据表 10-2 得, f=0.2,则摩擦角φ 1=φ 2=arctanf= 所以得: 夹紧力 Fj=5.3F

(2)求切削力和切削扭矩: 由表 3-54 和 3-55 得 切削力 Px=68Ds0.7 Kp,切削扭矩:M=34.5D2 s0.8 Kp。 D=8.4, s=0.2, Kp=(σ b/75)0.75 ,σ b=580 。

切削力 Px=264N,切削扭矩:M=1444N?mm 理论夹紧力 Fjo= Px=264N,取安全系数 K=2.7, 夹紧力 Fj =K Fjo=712.8N,原始作用力 F= Fj/5.3=134.5N

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切削扭矩 M=1444N?mm,对工件定位的影响很少,可以忽略。

3、夹具装配图标注尺寸、配合及技术要求 (1)确定定位元件间的尺寸,心轴与削边销中心距尺寸为 96.8 (2)根据加工孔的加工要求,确定钻套中心线与定位偏心轮中心线的尺寸为 3.1±0.03, 为零件相应尺寸 3.1±0.1 的公差值的 1/3。 位置度公差为零件相应尺寸 0.1 的公差值的 1/3。 (3)心轴中心线与夹具底面的平行度公差为 0.02mm。 (4)标注关键件的配合尺寸如图,Φ 20H7k6,Φ 19H7k6, Φ 12H7f9。

4、夹具操作简要说明 本夹具使用在立式钻床上,加工拨叉上孔 Φ 8.4mm。工件以Φ 15.81F8 孔、51+01 mm 0 叉口及 14.2+0.1 mm 槽,分别在定位心轴、削边销及偏心轮上定位。转动手柄,使偏心轮顺时 0 针转动,偏心轮上的对称弧面楔入工件 14.2+0.1 mm 槽内,定位并夹紧工件。 0

20

七、总结
就我个人而言, 通过这次设计, 基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计, 机床专用夹具等工艺装备的设计等。并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、 和国家标准等。 最重要的是综合运用所学理论知识, 解决现代实际工艺设计问题, 巩固和加深了所学到的东西。 并在设计过程中,学到了很多课堂上没有学到的东 西。 能够顺利的完成这次课程设计, 首先得助于罗成老师的悉心指导,还有就是我们 小组成员间合理的分工和小组成员们的努力。在设计过程中,由于对零件加工所 用到的设备的基本性能和加工范围缺乏全面的了解,缺乏实际的生产经验,导致 在设计中碰到了许多的问题。 但在我们小组成员的共同努力下,我们通过请教老 师和咨询同学,翻阅资料、查工具书,解决设计过程中的一个又一个的问题。在 这个过程中, 使我对所学的知识有了进一步的了解,也了解了一些设计工具书的 用途,同时,也锻炼了相互之间的协同工作能力。在此,十分感谢罗成老师的细 心指导,感谢同学们的互相帮助。在以后的学习生活中,我将继续刻苦努力,不 段提高自己。 本说明书拨叉的有关工艺规程的设计说明,由于本身及小组成员能力水平有 限,设计存在许多错误和不足之处,恳请老师给予指正,谢谢!

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八、参考文献
1、 《机械制造技术基础课程设计》 。柯建宏 主编 2008 年 华中科技出版社 2、 《机械制造工艺及设备设计指导手册[1].2》 。 3、 《GBT6414-1999 铸件尺寸公差及加工余量》 。 4、 《机床夹具设计》薛源顺主编 机械工业出版社 5、 《机床夹具图册》薛源顺主编 机械工业出版社

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