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1、 燕山大學 “機械制造工藝及夾具課程設計” CDIO二級項目報告 題目：“變速撥叉”機械加工工藝規(guī)程編制 及“鉆Φ25孔”夾具設計與制造 學院（系）：機械工程學院機制系 班 級：10級機制二班 成 員：平晟原、孫偉濤、王學姚 駱江龍、王航、杜英磊 指導教師：鹿玲 教師職稱：副教授 燕山大學課程設計（論文）任務書 院（系）：機械工程學院 基層教學單位：機械制造研究所 學 號

2、 學生姓名 專業(yè)（班級） 設計 題目 “CA6140法蘭盤夾具”機械加工工藝規(guī)程組合夾具設計 設計技術參數(shù) 1.年生產(chǎn)綱領：5000件 2.加工要求：見零件圖 設計 要求 1.工藝規(guī)程必須保證加工質量和生產(chǎn)率要求，合理可行。 2.夾具設計要保證加工精度，并定位合理、夾緊可靠、操作簡便； 盡量采用機動夾緊、多件夾緊等。 3.設計圖紙及說明書符合規(guī)范。 工 作 量 零件圖 1張（A3/A4） 毛坯圖 1張（A3/A4）

3、 機械加工工藝過程卡片及工序卡片 1套（2張B5） 夾具結構裝配圖(二維) 1張（A1/A0） 零件模型及夾具裝配模型一套(三維) 1張（A1/A0） 課程設計說明書 1份 工 作 計 劃 第1周 抄畫零件圖，完成機械加工工藝規(guī)程設計及毛坯圖。 第2周 進行夾具方案設計及其相關分析計算，草圖設計；夾具二維裝配圖設計。 第3周 基于夾具二維裝配圖，繪制零件三維圖，完成該夾具模型裝配，并實現(xiàn)裝配過程動態(tài)展示。 第4周 完成夾具的虛擬裝配，撰寫課程設計說明書，制作答辯用的pp

4、t，答辯。 參 考 資 料 《機械制造工藝學課程設計指導書》 《機械制造工藝手冊》 《機床夾具設計圖冊》 《機床夾具設計手冊》 《機械零件設計手冊》 指導教師簽字 基層教學單位主任簽字 2012 年 11 月 25 日 燕山大學課程設計評審意見表 指導教師評價： （1）工藝規(guī)程設計及毛坯圖 優(yōu)秀， 良好， 中等， 一般， 較差 （2）夾具結構設計及分析計算 優(yōu)秀， 良好， 中等， 一般， 較差 （3）夾具裝配圖及說明書

5、 優(yōu)秀， 良好， 中等， 一般， 較差 （4）出勤、平時表現(xiàn)及獨立設計能力 優(yōu)秀， 良好， 中等， 一般， 較差 成績： 指導教師： 年 月 日 答辯小組評價： （1）表達能力： 優(yōu)秀， 良好， 中等， 一般， 較差 （2）回答問題： 優(yōu)秀， 良好， 中等， 一般， 較差 （3）設計質量： 優(yōu)秀， 良好， 中等， 一般， 較差

6、成績： 評閱人： 年 月 日 課程設計總成績： 答辯小組成員簽字： 年 月 日 目 錄 第1章 零件的分析………………………………………………6 1.1 零件的功用及結構析 1.2 零件的工藝析 第2章 變速撥叉零件機械加工工藝規(guī)程計……………………6 2.1 確定生產(chǎn)類型和毛坯的選擇 2.2 基準的選擇 2.3 工藝路線的擬定 2.4 加工余量、工序尺寸及其公差的確定 2.5 切削用量及工時定額的確定 第3章 變速撥

7、叉工序夾具設計…………………………………19 3.1 任務的提出 3.2 定位方案及定位裝置的設計計算 3.2.1定位方案的確定 3.2.2定位元件及裝置設計 3.2.3定位誤差的分析計算 3.4夾緊方案及裝置的設計計算 3.4.1夾緊方案的確定 3.4.2夾緊力大小的分析計算 3.4.3夾緊機構及裝置設計 3.5 連接元件及夾具體設計 3.6 夾具操作及維護簡要說明 第4章 變速撥叉工序夾具虛擬裝配……………………………24 4.1 Solidworks三維零件設計及虛擬裝配技術 4.2夾具主要零件虛擬創(chuàng)建 4.3虛擬裝配方

8、法、順序及零件約束確定 4.4夾具組件虛擬裝配及其分解 第5章 撥叉工序夾具制造………………………………………27 5.1主要件加工工藝與夾具成本預算 5.2夾具裝配工藝與技術措施 5.3夾具驗收檢驗（檢驗項目與檢驗方法或方案） 5.4夾具改進方案 5.5夾具使用與維護 結束語 參考文獻 附錄Ⅰ 機械加工工藝過程卡片 附錄Ⅱ 機械加工工序卡片 1.零件的分析 1.1 零件的作用 題目所給的零件是CA6140車床的撥叉。它位于車床變速機構中，主要起換檔，使主軸回轉運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ25

9、孔與操縱機構相連，二下方的φ55半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。 1.2 零件的工藝分析 零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，為此以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求： 1、小頭孔以及與此孔相通的的錐孔、螺紋孔 2、大頭半圓孔Ф55 3、小頭孔端面、大頭半圓孔上下Ф73端面，大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.07mm，小頭孔上端面與其中心線的垂直度誤差為0.05mm。 由上面分析可知，可以粗加小頭孔端面，然后以此作為粗基準采用專用夾具進行加

10、工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。 2.工藝規(guī)程設計 2.1確定生產(chǎn)類型和毛坯的選擇 已知此撥叉零件的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。 確定毛坯種類：零件材料為HT200?？紤]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結構又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故選擇鑄件毛坯。查《機械加工工藝手冊》選用鑄件尺寸公差等級IT0級。 2.2基準的選擇 定位基準是影響撥叉零

11、件加工精度的關鍵因素。基準選擇得合理可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工過程中將問題百出，更有甚者，造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 （1） 粗基準的選擇 對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，現(xiàn)選取φ40的外表面和底面為粗基準加工φ25孔的上表面。 （2） 精基準的選擇 主要應該考慮基準重合的問題。因此選擇精加工過的φ25mm孔為精基準，限制2個自由度。 考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“

12、基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的上表面和鏜過的孔為主要的定位精基準。 2.3制定工藝路線（CA6140撥叉設計工藝過程） (二)制定工藝路線 制定工藝路線得出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 工藝路線方案一: 工序1 銑φ40上平面，保證表面粗糙度3.2 工序2 鉆、擴、絞孔φ25，保證表面粗糙度1.6 工序3 粗鏜孔φ55，保證表面粗糙度3.2 工序4 銑φ55上、下端面

13、，保證表面粗糙度3.2 工序5 銑斷 工序6 粗銑3240底面，保證表面粗糙度3.2 工序7 粗銑1735平面，保證表面粗糙度6.3 工序8 粗銑、半精銑816底槽，保證表面粗糙度3.2 工序9 倒角 工序10檢驗、清洗工件 工藝路線方案二: 工序1 銑φ40上平面，保證表面粗糙度3.2 工序2 鉆、擴、絞孔φ25，保證表面粗糙度1.6 工序3 ?25mm內孔倒角0.545 工序4 鏜孔至，保證表面粗糙度3.2 工序5 銑斷圓環(huán) 工序6 粗銑大圓兩端面 工序7 半粗銑大圓兩端面，保證表面粗糙度3.2 工序8 粗銑、半精銑4032側平面，保證表面粗糙度3.2

14、工序9 粗銑816槽 工序10 半精銑816槽，保證表面粗糙度3.2 工序11 銑柱面3517面，保證表面粗糙度6.3 工序12 檢驗、清洗工件 工藝方案比較分析 上述兩方案中方案二先以φ25外圓面為基準加工孔，然后倒角、鏜孔φ55，再通過φ55內孔、φ25孔及平面，以“一面兩銷”加工其他部分。可保證其加工的位子精度，符合大批生產(chǎn)要求,相比較方案一，方案二較為合理。 2.4加工余量、工序尺寸及其公差的確定 撥叉零件材料為HT200 HB170—240，毛坯重量約1.0Kg生產(chǎn)大批采用機器造型鑄造毛坯 依據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工

15、面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1> 由于工件較小，為方便加工節(jié)省材料將兩件鑄在一起，同時加工。 2> 鑄件的圓角半徑 按表2.2.1<<簡明設計手冊>> 選則機器造型鑄造 R=3-5mm 拔模斜度外表面0-15自然失效處理以消除鑄造應力。 3> 內孔φ25 考慮其孔徑較小鑄造困難，為簡化鑄造毛坯外型，現(xiàn)直接將φ40圓柱鑄成實心的。 4>粗鏜φ55。 毛坯為鑄孔,內孔精度要求IT13表面粗糙度為Ra3.6,參照《工藝手冊》表2.3-10確定工序尺寸及余量為: 一次 粗鏜φ53.5，2Z=3.5 二次 半精鏜φ55+0.4，2Z=1.5

16、 5>鉆擴鉸孔φ25。 兩內孔精度要求IT7參照《機械加工工藝手冊》表2.3-8確定工序尺寸及余量為： 鉆孔 ： φ23 擴孔 ： φ24.7 2Z=1.7mm 半精絞: φ25 2Z=0.3mm 6>粗銑φ55上下端面。 兩φ55圓柱端面加工余量及公差,圓柱φ55圓柱端面為自由尺寸公差,表面粗糙度值要求為Ra3.2,要求粗銑。 φ55粗銑加工余量(單邊)Z=2 7>半精銑φ55上下端面。 兩φ55圓柱端面加工余量及公差,圓柱φ55圓柱端面為自由尺寸公差,表面粗糙度值要求為Ra3.2,半精銑。 φ55半精銑的加工余量(單邊)Z=0.8 8

17、>銑斷 2.5 切削用量及工時定額的確定 I銑φ40上平面 選擇工具 根據(jù)《制造手冊》表14-17 銑屑深度ap≤4 銑削寬度ae≤60 端銑刀直徑D0=80mm，由于采用標準高速鋼端銑刀,故齒數(shù)Z=10 查《機械加工工藝手冊》表2.4-76 fz=0.2~0.3mm/z 取fz=0.2 根據(jù)表14-27確定銑削速度為15m/min~21m/min,取Vc=15m/minn D=80mm，齒數(shù)Z=4.則轉數(shù)為： n=1000v/πd=100015/80π=59.7r/min 現(xiàn)采用X52K型立銑，根據(jù)《機械工藝手冊》表3.1-74，取n

18、=60 r/min， 因此，實際切削速度Vc和工作臺每分鐘進給量fm為 Vc=πdn /1000 =3.148060/1000 =15.1m/min fm=nwzfz=0.21060=120mm/min 查表3.1-75，選取fm=126mm/min 計算基本工時 tm = L / Vf式中 L=40mm 根據(jù)《切削手冊》表3.26,對稱安裝銑刀,入切量及超切量Y+Δ=35 則L=(40+35)=75mm 故tm=75/126=0.60min II銑φ40下平面 選擇工具 根據(jù)《制造手冊》表14-17 銑屑深度ap≤4 銑削寬度ae≤60

19、 端銑刀直徑D0=80m，由于采用標準高速鋼端銑刀,故齒數(shù)Z=10。 查《機械加工工藝手冊》表2.4-76 fz=0.2~0.3mm/z 取fz=0.2 根據(jù)表14-27確定銑削速度為15m/min~21m/min,取Vc=15m/minn D=80mm，齒數(shù)Z=4.則轉數(shù)為： n=1000v/πd=100015/80π=59.7r/min 現(xiàn)采用X52K型立銑，根據(jù)《機械工藝手冊》表3.1-74，取n=60 r/min， 因此，實際切削速度Vc和工作臺每分鐘進給量fm為 Vc=πdn /1000 =3.148060/1000 =15.1m/min f

20、m=nwzfz=0.21060=120mm/min 查表3.1-75，選取fm=126mm/min 計算基本工時 tm = L / Vf式中 L=40mm 根據(jù)《切削手冊》表3.26,對稱安裝銑刀,入切量及超切量Y+Δ=35 則L=(40+35)=75mm 故tm=75/126=0.60min。 III鉆孔mm 選擇鉆頭 選擇高速鋼麻花鉆頭,其直徑 選擇切削用量 確定進給量f 1)按加工要求決定進給量:由《切削用量簡明手冊》以下簡稱《切削用量手冊》,根據(jù)表2.7, 時,f=0.78-0.96mm/r.由于l/d=78/23=3.4,取4,這樣是安全的,故

21、應乘孔深修正系,則f=(0.78-0.96)0.95=0.74-0.91mm/r。 2)按鉆頭強度決定進給量:根據(jù)《切削用量手冊》表2.8,灰鑄鐵硬度為168~218, 時,鉆頭強度允許的進給量為1.85mm/r。 3)按機床進給機構強度決定進給量: 根據(jù)《切削用量手冊》表2.9,當灰鑄鐵硬度≤210,,機床進給機構允許的軸向力為14120N(Z535鉆床允許的軸向力為15680N,見《機械加工工藝手冊》表3.1-35)時,進給量為1.0mm/r。 從以上三個進給量比較可以看出,受限制的進給量是工藝要求,其值為0.74~0.91mm/r.根據(jù)Z535鉆床說明書,現(xiàn)

22、取f=0.72mm/r. 切削速度 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-41,當f=0.72mm/r, 時,v=0.41m/s,所以為v=24.6m/min.所以 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 切削工時 ,故: 擴孔孔 采用刀具: 擴孔鉆. 進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-52,當, 鑄鐵硬度HB≤200時,進給量為f=1.0~1.2mm/r.因孔的要求較高,所以應乘系數(shù)0.7,故f=(1.0~1.2)0.7=0.7~0.84mm/r，查

23、機床說明書,取f=0.72mm/r。 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-53, 當,進給量取f=0.72mm/r時,切削速度為： v=0.39m/s,換算后為:v=0.3960=23.4m/min。 則主軸轉速為: 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 切削工時 , 故 鉸孔孔 采用刀具: 鉸刀. 進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-58,當,鑄鐵硬度HB>170時,進給量為f=0.9~1.4mm/r，查機床說明書,取f=0.96mm/r。 根據(jù)《機械加工

24、工藝手冊》表2.4-62, 當,進給量取f=0.96mm/r時,切削速度為：v=0.13m/s,換算后為v=0.1360=7.8m/min. 則主軸轉速為: 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 切削工時 , 故 IV擴孔孔 采用Z535立式鉆床 采用刀具 用鏜桿直徑為鏜刀對毛坯孔進行擴孔. 進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-5,當,加工材料為鑄鐵,加工深度為2時,進給量為f=0.4~0.6mm/r，查機床說明書,取f=0.43mm/r。 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-66, 當加工材料為鑄鐵,不加

25、切削液時,切削速度為：v=0.2~0.4m/s,換算后為:v=(0.2~0.4)60=12~24m/min。 則主軸轉速為: 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 切削工時 , 故 V銑斷 加工機床:X62W臥式銑床，功率7.5Kw 加工刀具 選擇粗齒鋸片銑刀，直徑，齒數(shù)為24 進給量 根據(jù)《切削用量手冊》表3.4,當,時， 因為是灰鑄鐵,所以 . 切削速度 根據(jù)《機械制造手冊》表14-27當材料為灰鑄鐵硬度為HB=150~225時切削速度為：v=0.25~0.35，選擇v=0

26、.35m/s所以v=21m/min。 則 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 當時，工作臺的每分鐘進給量為： 根據(jù)機床說明書,取 切削工時 ，， 故 VI粗銑大圓兩端面 加工機床:X62W臥式銑床，功率7.5Kw 加工刀具 選擇高速鋼鑲齒三面刃銑刀，直徑，齒數(shù)為10 進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-75，機床功率為7.5kw，工藝系統(tǒng)剛度取中等，工件為灰鑄鐵時，每齒進給量為,因為為粗銑，故選擇=0.2mm/z。 切削速度 根據(jù)《機械制造手冊》表14-27當材料為灰鑄鐵硬度為HB=150~2

27、25時切削速度為：v=0.25~0.35，因為為粗銑，故選擇v=0.25m/s所以v=15m/min。 則： 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 當時，工作臺的每分鐘進給量為： 根據(jù)機床說明書,取 切削工時 ，， 故 VII半精銑大圓兩端面 加工刀具 選擇高速鋼鑲齒三面刃銑刀，直徑，齒數(shù)為10 進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-75，機床功率為7.5kw，工藝系統(tǒng)剛度取中等，工件為灰鑄鐵時，每齒進給量為,因為為半精銑，故選擇=0.25mm/z 切削速度 根據(jù)《機械制造手冊》表14-27當材料為

28、灰鑄鐵硬度為HB=150~225時切削速度為：v=0.25~0.35，因為為半精銑，故選擇v=0.3m/s所以v=18m/min。 則 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 當時，工作臺的每分鐘進給量為： 根據(jù)機床說明書,取 切削工時 ，， VIII粗銑4032側平面 選擇工具 根據(jù)《制造手冊》表14-17 銑屑深度ap≤4 銑削寬度ae≤60 端銑刀直徑D0=80mm，由于采用標準高速鋼端銑刀,故齒數(shù)Z=10。 查《機械加工工藝手冊》表2.4-76 fz=0.2~0.3mm/z 取fz

29、=0.2，根據(jù)表14-27確定銑削速度為15m/min~21m/min,取Vc=15m/minn，D=80mm，齒數(shù)Z=4.則轉數(shù)為 n=1000v/πd=100015/80π=59.7r/min 現(xiàn)采用X52K型立銑，根據(jù)《機械工藝手冊》表3.1-74，取n=60 r/min， 因此，實際切削速度Vc和工作臺每分鐘進給量fm為 Vc=πdn /1000 =3.148060/1000 =15.1m/min fm=nwzfz=0.21060=120mm/min 查表3.1-75，選取fm=126mm/min。 計算基本工時 tm =

30、 L / Vf式中 L=32mm 根據(jù)《切削手冊》表3.26,對稱安裝銑 刀,入切量及超切量Y+Δ=35 則L=(32+12)=44mm 故tm=44/126=0.35min， 以上為銑一個面時的機動時間。故本工序的機動工時為： Tm=tm2=0.70min IX半精銑4032側平面 選擇工具 根據(jù)《制造手冊》表14-17 銑屑深度ap≤4 銑削寬度ae≤60 端銑刀直徑D0=80mm，由于采用標準高速鋼端銑刀,故齒數(shù)Z=10 查《機械加工工藝手冊》表2.4-76 fz=0.2~0.3mm/z 取fz=0.3 根據(jù)表14-27確定銑削速度為15m/min

31、~21m/min,取Vc=21m/minn D=80mm，齒數(shù)Z=10.則轉數(shù)為： n=1000v/πd=100021/80π=83.6r/min 現(xiàn)采用X52K型立銑，根據(jù)《機械工藝手冊》表3.1-74，取n=75r/min， 因此，實際切削速度Vc和工作臺每分鐘進給量fm為 Vc=πdn /1000 =3.148075/1000 =18.8m/min fm=nwzfz=0.31075=225mm/min 查表3.1-75，選取fm=250mm/min。 計算基本工時 tm = L / Vf式中 L=32mm 根據(jù)《切

32、削手冊》表3.26,對稱安裝銑刀,入切量及超切量Y+Δ=35 則L=(32+12)=44mm 故tm=44/250=0.18min， 以上為銑一個面時的機動時間。故本工序的機動工時為 Tm=tm2=0.36min X粗銑816底槽 加工機床:X62W臥式銑床，功率7.5Kw 加工刀具 選擇高速鋼鑲齒三面刃銑刀，直徑，齒數(shù)為10 進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-76，當，，工件為灰鑄鐵時，每齒進給量為,因為為粗銑，故選擇=0.11mm/z 切削速度 根據(jù)《機械制造手冊》表14-27當材料為灰鑄鐵硬度為HB=150~225時切削速度為：v=0.

33、25~0.35，因為為粗銑，故選擇v=0.25m/s所以v=15m/min。 則 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 當時，工作臺的每分鐘進給量為： 。 根據(jù)機床說明書,取 切削工時 ，， 故 XI半精銑816底槽 加工機床:X62W臥式銑床，功率7.5Kw 加工刀具 選擇高速鋼鑲齒三面刃銑刀，直徑，齒數(shù)為10 進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》表2.4-76，當，，工件為灰鑄鐵時，每齒進給量為,因為為半精銑，故選擇=0.13mm/z 切削速度 根據(jù)《機械制造手冊》表14-27當材料為灰鑄鐵硬度為HB=150~

34、225時切削速度為：v=0.25~0.35，因為為半精銑，故選擇v=0.3m/s所以v=18m/min。 則 根據(jù)機床說明書,取,故實際切削速度為 當時，工作臺的每分鐘進給量為： 根據(jù)機床說明書,取 切削工時 ，， 故 XII銑柱面上側面3517 選擇工具 根據(jù)《制造手冊》表14-17 銑屑深度ap≤4 銑削寬度ae≤60 端銑刀直徑D0=80mm，由于采用標準高速鋼端銑刀,故齒數(shù)Z=10。 查《機械加工工藝手冊》表2.4-76 fz=0.2~0.3mm/z 取fz=0.2 根據(jù)表14-27確定銑削速度為15m/min~21

35、m/min,取Vc=15m/minn D=80mm，齒數(shù)Z=4.則轉數(shù)為 n=1000v/πd=100015/80π=59.7r/min 現(xiàn)采用X52K型立銑，根據(jù)《機械工藝手冊》表3.1-74，取n=60 r/min 因此，實際切削速度Vc和工作臺每分鐘進給量fm為 Vc=πdn /1000 =3.148060/1000 =15.1m/min Fm=nwzfz=0.21060=120mm/min 查表3.1-75，選取fm=126mm/min。 計算基本工時 tm = L / Vf式中 L=21mm 根據(jù)《切削手冊》表3.26

36、,對稱安裝銑刀,入切量及超切量Y+Δ=35 則L=(21+10)=33mm，故t=33/126=0.26min。 3.變速撥叉工序夾具設計 3.1 任務的提出 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定設計第一道工序——鉆、擴、鉸φ55孔的鉆床夾具。 3.2 定位方案及定位裝置的設計計算 3.2.1定位方案的確定 如圖所示，根據(jù)設計要求，鉆削孔時，選用長V型塊確定外圓，從而限定4個自由度（分別為），選用一個定位銷來限定一個自由度（），底面則用自位支撐（防止過定位）來限定剩余的最后一個自由度（）。 3.2.

37、2定位元件及裝置設計 采用長V型塊、底面及一個定位銷定位。其中，長V型塊利用螺紋連接安裝在夾具體上，自位支撐則利用螺釘固定在底板上，而底板則焊接在夾具體上。由于夾緊力很小，只有600N，加緊部分可選用快速夾緊裝置，能夠實現(xiàn)工件的良好且快速的裝夾。鉆套則利用螺紋固定，且采用快換鉆套，實現(xiàn)鉆、擴、鉸工步間的快速轉換，提高加工效率。 為了防止過定位，底面用浮動支撐裝置，避免底面定位的過定位問題。 3.2.3定位誤差的分析計算 加工過程中，孔的精度靠刀具自身精度尺寸保證（定尺寸刀具法），而孔的位置精度，尤其是孔與外圓的同軸度則需要夾具的定位元件保證。在該夾具中，對同軸度影響大的

38、也僅有長V型塊。故只需要對長V型塊進行分析即可實現(xiàn)定位誤差的分析。 而定位誤差的來源主要有兩方面：①由于工件的定位表面或夾具上的定位元件制作不準確引起的定位誤差，稱作基準位置誤差，用表示 ；②由于工件的工序基準與定位基準不重合引起的定位誤差，稱作基準不重合誤差，用表示。 工件的外圓尺寸應該為 R-工件的外圓半徑 O-工件的理論軸線 O’-工件的實際軸線 如圖，工件由V型塊定位（定中定位）鉆孔，工序基準為中心線O，鑄件由于鑄造過程中存在尺寸誤差，在V型塊上會引起實際與理想基準的位置偏移，即基準位置誤差 = ；定位基準為B，工序基準為O，由

39、于二者不重合引起的基準不重合誤差=。 又有 已知 查閱《機械加工工藝手冊》2.3-11知，灰鑄鐵機器造型鑄造精度為IT8~IT10，選取精度等級為IT10。查《機械加工技師綜合手冊》表1-24，基本尺寸40（30～50）mm時IT10為Td=100 故 。 3.3 對刀或導引元件（裝置）設計 由于此加工工序為鉆孔，需要更換鉆套，而且要完成鉆擴鉸三個工步，所以使用快換鉆套，為了防止鉆套的外表面與鉆模板摩擦損壞鉆套，在鉆套外面放置一個襯套，并且經(jīng)過淬火處理，增加硬度和耐磨性，鉆套使用靜定螺釘壓緊。 3.4夾

40、緊方案及裝置的設計計算 3.4.1夾緊方案的確定 為了實現(xiàn)工件的快速裝卸，采用快速夾緊裝置。 3.4.2夾緊力大小的分析計算 查閱《機械加工工藝手冊》表2.4-69可得，高速鋼鉆頭，材料HT190時: 鉆削軸向力公式： 扭矩： 功率： 查表2.4-47可得，對于加工HT200的孔時 （機械性能HB>180-200），系數(shù) 當其他條件不改變時，代入，，可得 受力分析圖： 由受力分析圖知平衡

41、條件為： F+G=Fn (1) M=（f1+f2+f3）r (2) N1cos45+N2cos45=N3 (3) J0=N3-Ff (4) Ff= Fn (5) 其中，F(xiàn)-鉆削軸向力； G-工件自身重力； Fn-支撐力； M-鉆削時工件受到的轉矩； r-工件外圓半徑； N1、N2、N3-分別為工件各面受到的接觸面壓力； f1、f2、f3-分別為工件各面受

42、到的接觸面摩擦力； -工件與夾具間的靜摩擦系數(shù)； J0-夾緊力； Ff-工件底面與夾具之間的靜摩擦力。 又存在 f1=N1 f2=N2 f3=N3 綜上： （6） 以上已經(jīng)得出F=7407.83N,M=83.79N*M,工件的外圓半徑r=20mm G=mg=1.29.8=11.76N 查閱《機械加工工藝手冊》表1.1-17可得，夾緊元件和定位元件材料為鋼，工件為灰鑄鐵， 無潤滑時，選擇靜

43、滑動摩擦系數(shù)為=0.3， 代入數(shù)據(jù)得： 3.4.3夾緊機構及裝置設計 3.5 連接元件及夾具體設計 連接元件主要是鉆模板，鉆模板與夾具體采用的是銷、釘鏈接，其中釘?shù)淖饔檬沁B接緊固，而銷則主要是其定位作用，鉆模板上安裝襯套和鉆套，并且要經(jīng)過淬火處理。 夾具體使用鋼板焊接在一起的，要注意兩個鋼板之間的距離要能容納焊條，使用的鋼板不宜過厚。 3.6 夾具操作及維護簡要說明 本夾具的操作比較簡單，首先將工件裝入V型塊中，通過V型塊定位，然后吐過快速夾緊裝置加緊。卸工件時，只需旋轉快速夾緊裝置的旋桿即可。這套夾具能夠應用時間較

44、長，不易發(fā)生損壞，不過由于經(jīng)常的松緊螺母可能會是螺紋連接處發(fā)生松動，使工件裝夾不緊，所以需要定期的進行檢查。 4. 變速撥叉工序夾具虛擬裝配 4.1 Solidworks三維零件設計及虛擬裝配技術 大部分零件都是由2D草圖繪制開始，再由2D草圖生成3D實體。首先選中一個基準面，使用草圖繪制命令，即可在此基準面上開始草圖繪制。草圖完成后通過對其進行拉伸、旋轉等操作得到一個基本特征，幾個特征組合起來時就形成各種零件。根據(jù)所設計的零件形狀在其他基準面建立草圖，隨后進行拉伸、旋轉、掃描、放樣等特征操作，完成一個普通零件的三維設計。 裝配體是2個或多個零件(也稱為零部件)的組

45、合。裝配體是將各種零件模型插人到SolidWorks裝配體文件中，利用零部件之間幾何關系的配合來限制各個零件的相對位置，使其構成某一機械或機器的部件，甚至裝配成一臺完整的機械或機器。應用SolidWorks軟件進行裝配體設計的思路是，首先應把握裝配體的主體結構，即對應的主體零件，先插人或先生成主體零件，再插人或生成其他零件，并依據(jù)其間的配合關系裝配各個零件，最后完成裝配體設計。 4.2夾具主要零件虛擬創(chuàng)建 自位支撐浮動支撐底座 4.3虛擬裝配方法、順序及零件約束確定 裝配方法采用的約束裝配，利用零件間的相互位置關系進行裝配。而裝配的順序則是根據(jù)夾具的要求，由內而外進行的

46、。首先將浮動支撐組件和鉆模板組件裝配好，然后將浮動支撐裝到夾具體上，其次將V型塊裝到夾具體上，接著安裝鉆模板和快速夾緊裝置以及夾具體底板上的定位銷等。 4.4夾具組件虛擬裝配及其分解 5.撥叉工序夾具制造 5.1主要件加工工藝與夾具成本預算 1） 成本核算報價 對主要零部件進行成本核算，次要零件估算，計算總價。這里主要次要零件是指價值。 對制造或裝配工藝要求極高，成品率較低情況，好需要將廢品率考慮在內，將備件成計算在內。 2） 設備報價 1、材料費=（機器重量/材料利用率）x材料單價，計算法為價格=材料費（1+K） K：加工費/材料費 統(tǒng)稱1工K料 2、制

47、造費=零件加工定額（時間）x[加工設備價格（元/臺時）+人工價格（元/時）]+刀具費用+工裝成本+（內部）運輸費 3、管理費=制造費*25%。 4、利潤=制造費*12%。 5、包裝運輸費：一般不填，正式商務中談。 6、模具攤銷費：新產(chǎn)品開發(fā)必須由采購方承擔此部分費用。 7、廢料收入：主要指切屑、廢油、廢渣、廢料等 3） 成本計算辦法： 零件報價＝原材料成本－廢料收入＋外購、外委零件成本＋機器使用成本＋人工成本＋管理費用＋利潤＋包裝成本＋運輸成本＋模具攤銷費＋稅金 零件圖號： 零件名稱： 費用名稱 計算方法 金額（元） 材料費 （機器重量/材料利

48、用率）x材料單價 （0.34+0.024+0.04+0.976+0.57+0.102+0.04+0.58+7.944）/0.75*4.2=60元 另若干標準件合計共約 75元 制造費 零件加工定額（時間）x[加工設備價格（元/臺時）+人工價格（元/時）]+刀具費用+工裝成本+（內部）運輸費 約合人民幣1500 模具使用費 新產(chǎn)品開發(fā)必須由采購方承擔此部分費用。 運輸費 一般不填，正式商務中談 利潤 制造費X12% 180元 合計 材料費（1+K） 1575元 廢料收入 主要至切屑、廢油、廢渣、廢料等 5.2夾具裝配工藝與技術措施

49、 1） V型塊的安裝 V型塊的安裝直接影響工件所要加工孔的中心定位，只要當V型塊精準安裝的情況下才能保證孔的位置精度要求。故V型塊安裝時需要采用調整法并用直徑40mm的驗棒來找正其工作面與夾具體底面的垂直度。 2） 鉆模板的安裝 鉆模板的安裝對于孔的加工也有著至關重要的作用，只有當鉆模板準確安裝的情況下，孔的位置精度才能得到保障。鉆模板安裝時也需要采用調整法并用直徑40mm的驗棒來找正，從而保證鉆模板上鉆套導引孔中心線與V形塊中放入的直徑40mm驗棒外圓同軸度及鉆套導引孔中心線與夾具體底平面垂直度誤差0.025mm等。 3） 自位支撐機構 由于工件的定位既用到了長V型塊，

50、也用到了平面，存在過定位問題，采用自位支撐機構可以很好地解決這一問題。 5.3夾具驗收檢驗（檢驗項目與檢驗方法或方案） 夾具檢驗時類似于裝配，需要借助于各種測量工具以及驗棒，當裝配圖上的各種精度和公差都能到得到完美實現(xiàn)和保障后，則該夾具的設計與加工合格的實現(xiàn)了。 5.4夾具改進方案 由于快速夾緊裝置的加工復雜，加工過程中甚至用到了五軸聯(lián)動機床，成本較大，可以換一種較為容易且能很好的實現(xiàn)夾緊的裝置，例如可以將螺旋槽改為直槽，通過氣動施加力來實現(xiàn)夾緊。 5.5夾具使用與維護 由于該夾具屬于專用夾具，使用頻繁，應注意夾具薄弱環(huán)節(jié)的維護，時刻注意涂油和更

51、換 ，使用時輕拿輕放，避免因力氣不當而引發(fā)的損壞等。 結束語 此次設計中主要是 “變速撥叉”工藝規(guī)程設計及鉆孔專用夾具的設計與制造。這次課程設計主要經(jīng)歷了兩個階段:第一階段是機械加工工藝規(guī)程設計，第二階段是夾具設計與制造。第一階段我們運用了基準選擇、切削用量選擇計算、機床選用、時間定額計算等機械制造工藝與切削原理與刀具以及金屬切削機床等方面的知識。夾具設計的階段運用了工件定位與定位元件、夾緊機構及零件結構設計等方面的知識。 通過對“變速撥叉”的工藝規(guī)程及夾具設計，匯總所學專業(yè)知識如一體(如 《互換性與測量技術基礎》 《機械設計》 《金屬切削機床概論》 《機械制造工藝學》

52、《金屬切削原理與刀具》等)。使我們對各科的作用更加深刻的熟悉與理解，也讓我們對所學的專業(yè)課得以鞏固、復習及實用，在理論與實踐上有機結合。同時使我們在下述各方面得到了鍛煉: 1.能熟練運用機械制造工藝學課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，正確的解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線的安排、工藝尺寸的確定等問題，保證零件的加工質量。 2.提高結構設計能力。通過設計夾具的訓練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出合理又能保證加工質量的夾具的能力。 3.學會使用手冊及圖表資料。 4．通過實際的動手裝配，白了理論與實際的差距，要將理論應用于實際，而且應用實際指導設計。 5．小

53、組成員的溝通與協(xié)作是一個項目做完和做好的基礎，做每件事情，有責任心是很重要的。 在將近四周的不懈努力下，課程設計終于完成了。從開始直到設計基本完成，我有許多感想。這是我們比較獨立的在自己的努力下做一個與課程相關的設計。在這次設計中暴露出我們許多薄弱環(huán)節(jié)，很多學過的知識不能學以致用，直到做了這次項目后才能漸漸掌握，以前學過的東西自己并不是都掌握了，很多知識只是照搬書本，并非自己所理解，經(jīng)過這次設計又加深了理解。而且，在一些計算過程中我和我的同學進行了計算方面的討論，這又加強了我的合作能力。做課設的期間不僅手工制圖得到了鞏固，而且CAXA畫圖軟件也在不斷練習中進一步加深，學會了如何去應用

54、工程手冊，如何合理的選用相關參數(shù)，以及一些設計經(jīng)驗。 總的說來，我們感覺這次課程設計讓我們的許多方面都得到了鍛煉，這不僅僅是知識方面的，還有能力方面東西?？傊覀儗W到了想學的東西，這次課程設計使我們受益匪淺。 參考文獻 1.陸劍中，孫家寧主編.金屬切削原理與刀具.第4版.北京：機械工業(yè)出版社，2005 2.肖詩綱，艾興編.切削用量簡明手冊.第3版.北京：機械工業(yè)出版社，1994 3.王先逵主編.機械制造工藝學.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2008 4.陳宏鈞主編.實用機械加工工藝手冊.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2003 5.王紹俊主編.機械制造工藝設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1985 6.陶濟賢，謝明才主編.機床夾具設計.北京：機械工業(yè)出版社，1986 7.李益民主編.機械制造工藝設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社1998 8.王先逵主編.機械加工工藝手冊.第2版第2卷.北京：機械工業(yè)出版社，2007 9.邵曉榮，曲恩主編.互換性與測量技術基礎.北京：中國標準出版社，2007 10.趙家齊主編.機械制造工藝學課程設計指導書.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2009 33