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制定撥叉零件的加工工藝設計夾具
班 級：
學 生：
指導教師：
目 錄
設計任務書
一、 零件的分析………………………………………(3)
二、 工藝規(guī)程設計……………………………………(3)
（一）、確定毛坯的制造形式……………………(3)
（二）、基面的選擇………………………………(3)
（三）、制訂工藝路線……………………………(3)
（四）、機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺
才的確定……………………………………………(4)
（五）、確定切削用量及基本工時………………(5)
三、 夾具設計…………………………………………(11)
四、 參考文獻…………………………………………(13)
機械制造工藝及夾具課程設計任務書
設計題目：制定撥叉零件的加工工藝，設計
夾具
設計要求：1.中批生產(chǎn)；
2.盡量選用通用設備。
設計內(nèi)容：1.填寫設計任務書；
2.制訂一個中等零件的加工工藝過程，填寫工
藝過程卡和工序卡各一張；
3.設計指導教師指定的工序夾具，繪制全套夾
具圖紙，要求用計算機繪圖；
4.編寫設計說明書一份，按照畢業(yè)論文的格式
寫，要求打印文稿。
班 級
學 生
指導教師
一、 零件的分析
（一）零件的工藝分析
撥叉這個零件從零件圖上可以看出，它一共有兩組加工表面，而這二組加工表面之間有一定的位置要求，現(xiàn)將這二組加工表面分述如下：
1．以?25mm孔為中心的加工表面。這一組加工表面包括：?25H7mm的l六齒花鍵孔及倒角，尺寸為80㎜與花鍵孔垂直的兩端面，尺寸為18H11與花鍵孔垂直的通槽。
2． 與?25mm花鍵孔平行的表面。這一組加工表面包括：與花鍵孔中心軸
線相距22㎜的上表面，與上表面垂直的二個M8通孔和一個? 5錐孔。
這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是：
1． 上表面與?25mm花鍵孔中心線平行度為0.10㎜；
2． 18H11通槽兩側面與與?25mm花鍵孔中心線的垂直度為0.08㎜。
由以上分析可知，對于這二組加工表面而言，我們可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具進行另一組表面的加工，并且保證它們之間的位置精度要求。
二、 工藝規(guī)程設計
（一）確定毛坯的制造形式
零件材料為HT200，考慮到該零件在車床中的受力并保證零件的工作可靠性，零件為中批生產(chǎn)，而且零件的尺寸不大，因此，毛坯可采用金屬模砂型鑄造。
（二）基面的選擇
基準面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
粗基準的選擇：以上下表面和兩 側面作為粗基準，以消除，，三個自由度，用以消除，，三個自由度，達到完全定位。
對于精基準而言，根據(jù)基準重合原則，選用設計基準作為精基準。
（三） 制訂工藝路線
制訂工藝路線的出發(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得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具來提高生產(chǎn)效率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效率，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
1.工藝路線方案一
工序Ⅰ 銑端面。
工序Ⅱ 鉆、擴花鍵底孔?22mm。
工序Ⅲ 內(nèi)花鍵孔倒角。
工序Ⅳ 拉花鍵孔。
工序Ⅴ 銑上、下表面。
工序Ⅵ 鉆2—M8孔，?5mm錐孔。
工序Ⅶ 銑通槽18H11㎜。
工序Ⅷ 攻螺紋2—M8。
工序Ⅸ 去毛刺。
工序Ⅹ 檢查。
2.工藝路線方案二
工序Ⅰ 銑端面。
工序Ⅱ 鉆、擴花鍵底孔?22mm。
工序Ⅲ 內(nèi)花鍵孔倒角。
工序Ⅳ 銑上、下表面。
工序Ⅴ 鉆2—M8孔，?5mm錐孔。
工序Ⅵ 銑通槽18H11㎜。
工序Ⅶ 拉花鍵孔。
工序Ⅷ 攻螺紋2—M8。
工序Ⅸ 去毛刺。
工序Ⅹ 檢查。
工藝方案的比較與分析：
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先拉花鍵孔，再以該花鍵孔為基準加工其余平面；方案二是先加工上下面，再加工花鍵孔。兩相比較可以看出，方案一可以避免加工上表面和槽的設計基準和加工基準不重合的問題，而方案而不能，所以選用方案一作為零件的加工工序。
（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“撥叉”零件材料為HT200，毛坯重量約為1.00Kg，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，
采用金屬砂型鑄造。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 銑端面
考慮左端面的粗糙度Ra為3.2，參照《機械制造工藝設計手冊》——以下簡稱“手冊”，表1—43，確定工序尺寸為 Z=3.0mm，其中粗加工的加工余量Z=2.0mm，精加工的加工余量Z=1.0mm。右端面沒有粗糙度要求，只要求粗加工，所以余量定位3.0㎜。
2. 花鍵孔（6-?25H7×?22H12×6H11）。
要求花鍵孔為外徑定心，故采用拉削加工。
內(nèi)孔?22H12㎜：
鉆孔：?20㎜
擴鉆：?22㎜ 2Z=2.0㎜
拉花鍵孔（6-?25H7×?22H12×6H11）
花鍵孔要求外徑定心，花鍵內(nèi)徑拉削時的加工余量為孔的公差0.17㎜。
3．銑表面
根據(jù)“手冊”表1—49，取上表面的機械加工余量為4.0㎜，下表面的余量為3.0㎜。
粗銑上表面 Z=3.0㎜
精銑上表面的臺階面 Z=1.0㎜
粗銑下表面 Z=3.0㎜
4. 銑通槽18H11㎜
粗銑16㎜ 2Z=4.0㎜
半精銑18㎜ 2Z=2.0㎜
毛坯制造尺寸及技術要求見毛坯圖。
（五）確定切削用量及基本工時
工序Ⅰ：銑端面。
1）粗銑左端面
α=0.25mm/Z (表3-28)
ν=0.35m/s（21m/min） (表3-30)
采用高速三面刃銑刀，d=175mm,齒數(shù)Z=16。
n===0.637r/s (38.2r/min)
按機床選取n=31.5r/min=0.522r/s （表4—17）
故實際切削速度ν==0.29m/s
切削工時
l=75mm，l=175mm，l=3mm
t== =121.2s=2.02min
2）粗銑右端面
粗銑右端面的進給量、切削速度和背吃刀量與粗銑左端面的切削用量相同。
切削工時
l=45mm，l=175mm，l=3mm
t== =106.8s=1.78min
3）精銑左端面
α=0.10mm/Z (表3-28)
ν=0.30m/s（18m/min） (表3-30)
采用高速三面刃銑刀，d=175mm,齒數(shù)Z=16。
n===0.546r/s (32.76r/min)
按機床選取n=31.5r/min=0.522r/s （表4—17）
故實際切削速度ν==0.29m/s
切削工時
l=75mm，l=175mm，l=3mm
t== =302.92s=5.05min
工序Ⅱ：鉆、擴花鍵底孔
1）鉆孔? 20㎜
f=0.75mm/r·K=0.75×0.95=0.71㎜/s (表3—38)
ν=0.35m/s （21m/min） （表3—42）
n===5.57r/s (334r/min)
按機床選取 n=338r/min=5.63r/s
故實際切削速度 ν==0.35m/s
切削工時 l=80mm，l= 10mm，l=2mm
t== =23s （0.4min）
2）擴孔? 22㎜
f=1.07 (表3—54)
ν=0.175m/s （10.5m/min）
n===2.53r/s (151.8r/min)
按機床選取 n=136r/min=2.27r/s
故實際切削速度 ν==0.16m/s
切削工時 l=80mm，l= 3mm，l=1.5mm
t== =35s （0.6min）
工序Ⅲ：倒角1.07×15
f=0.05㎜/r (表3—17)
ν=0.516m/s （參照表3—21）
n===6.3r/s (378r/min)
按機床選取 n=380r/min=6.33r/s
切削工時 l=2.0mm，l= 2.5mm，
t== =14s （0.23min）
工序Ⅳ：拉花鍵孔
單面齒升 0.05㎜ （表3—86）
v=0.06m/s （3.6m/min） （表3—88）
切削工時 （表7—21）
t=
式中：
h——單面余量1.5㎜（由? 22㎜—? 25㎜）；
l——拉削表面長度80㎜；
——考慮標準部分的長度系數(shù)，取1.20；
K——考慮機床返回行程的系數(shù)，取1.40；
V——切削速度3.6m/min；
S——拉刀同時工作齒數(shù) Z=L/t。
t——拉刀齒距，
t=(1.25—1.5)=1.35=12㎜
Z=L/t=80/126齒
t==0.15min (9s)
工序Ⅴ：銑上、下表面
1）粗銑上表面的臺階面
α=0.15mm/Z (表3-28)
ν=0.30m/s（18m/min） (表3-30)
采用高速三面刃銑刀，d=175mm,齒數(shù)Z=16。
n===0.546r/s (33r/min)
按機床選取n=30r/min=0.5r/s （表4—17）
故實際切削速度ν==0.27m/s
切削工時
l=80mm，l=175mm，l=3mm
t== =215s=3.58min
2）精銑臺階面
α=0.07mm/Z (表3-28)
ν=0.25m/s（18m/min） (表3-30)
采用高速三面刃銑刀，d=175mm,齒數(shù)Z=16。
n===0.455r/s (33r/min)
按機床選取n=30r/min=0.5r/s （表4—17）
故實際切削速度ν==0.27m/s
切削工時
l=80mm，l=175mm，l=3mm
t== =467s=7.7min
3）粗銑下表面保證尺寸75㎜
本工步的切削用量與工步1）的切削用量相同
切削工時 l=40mm，l=175mm，l=3mm
t== =181.7s=3.03min
工序Ⅵ：鉆2-M8底孔（? 6.80㎜）
f=0.36㎜/r (表3—38)
ν=0.35m/s （參照表3—42）
n===16.39r/s (983.4r/min)
按機床選取 n=960r/min=16r/s
故實際切削速度ν==0.34m/s
切削工時（表7—5）
l=9.5mm，l= 4mm，l=3㎜
t== =2.86 （0.048min）
工序Ⅶ：銑槽18H11
1）粗銑
α=0.10㎜/s(表3-28)
ν=0.30m/s（21m/min） (表3-30)
采用粗齒直柄立銑刀，d=16mm,齒數(shù)Z=3。
n===5.97/s (358.2/min)
按機床選取n=380r/min=6.33/s （表4—16）
故實際切削速度ν==0.32/s
切削工時
l=34mm，l=2mm，l=0mm
t== =19s
因為要走刀兩次，所以切削工時為38s。
2）精銑通槽
α=0.07/s(表3-28)
ν=0. 25m/s（15m/min） (表3-30)
采用細齒直柄立銑刀，d=12mm,齒數(shù)Z=5。
n===6.63s (397.8min)
按機床選取n=380r/min=6.33/s （表4—16）
故實際切削速度ν==0.24s
切削工時
l=35mm，l=2mm，l=0mm
t== =16s
因為走刀兩次，所以切削工時為64s。
Ⅷ：攻螺紋2—M8
v=0.35m/s (表3—42)
n===13.9 (834min)
按機床選取n=850r/min=14.2s
故實際切削速度ν==0.357m/s。
三、專用夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。
（二） 提出問題
利用本夾具主要用來鉆? 22㎜花鍵底孔。在加工本工序是，其他重要表面都還未加工，因此，在本道工序加工時，主要考慮如何保證底面的定位，如何降低勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率，而精度則不是主要問題。
（三） 夾具設計
1. 定位基準的選擇
由零件圖可知，為了定位誤差為零，選擇零件的上下表面為主要定位基準面。
2．切削力及夾緊力計算
刀具：高速鋼鉆頭，直徑d=20mm，f=0.71mm/r
鉆頭轉速 n=5.63r/s
工件材料：灰鑄鐵 HB=210
則：
切屑扭矩 M=10 （表3—36）
=225.63×20×0.71×1.059×10
=53.86（N·m）
軸向力 F==588.60×20×0.71×1.059
=9478.8（N）
其中 K=K=()=()=1.059
切削功率 P=2Mn×10
=2×3.14×53.86×5.63×10
=1.90 KW
由零件定位、裝夾方式可知，只有鉆削時產(chǎn)生的軸向力能引起零件的松動。
由夾緊機構產(chǎn)生的實際夾緊力應滿足下式：
P=K·F
式中，安全系數(shù)
為基本安全系數(shù)1.5；
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1；
為刀具鈍化系數(shù)1.2；
為斷續(xù)切削系數(shù)1.2。
所以 （N）
所需的實際夾緊力為22521.6N是比較大的，為了使得整個夾具結構緊湊，決定選用鉸鏈夾緊機構。
結構形式：Ⅰ型單臂鉸鏈夾緊機構
夾緊時，臂的最小允許傾斜角：α=15
擴力比：i=3.14
活塞桿的最大拉力為：
F=22521.6/3.14=7172.5N
計算驅(qū)動氣缸直徑：
F=·p=7172.5
式中：p——壓縮空氣單位壓力，取p=0.4MPa。
D=151㎜
按標準，取氣缸直徑D=150㎜.此時，當壓縮空氣壓力p=0.4MPa時，驅(qū)動氣缸的拉力 F=7068N,則鉸鏈機構的放大倍數(shù)i可降至：
i=3.19
此時，臂的最小允許傾角在20°到25°之間，取放大倍數(shù)為3.41。
∴ 實際的夾緊力應為：
P=7068×3.41=24101.9N
這遠遠大于所需的22521.6N的夾緊力，因此工作是可靠的。
3． 位誤差分析
定位尺寸幾公差的確定。夾具的主要是底面的一側及頂面，并且要求不是很高，可以滿足。
4． 夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率。為此，應首先著眼于采用何種夾緊裝置以減少更換工件的輔助時間。本夾具設計時，盡量使夾具體簡單，緊湊。
四、參考文獻
1.《機械制造工藝學課程設計指導書》 機械工業(yè)出版社 趙家齊 編
2.《機械制造工藝設計手冊》 機械工業(yè)出版社 王紹俊 編
3.《機床夾具設計》 哈爾濱工業(yè)大學出版社 王啟平 編
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