拨叉夹具课程设计

燕山大学

课程设计说明书

题目：“拨叉”机械加工工艺规程及

“铣叉口两端面”夹具设计

学院（系）：

年级专业：

学号:

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

燕山大学课程设计（论文）任务书

院（系）：基层教学单位：机械系

说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

目录

第1章零件的分析 (1)

零件的功用及结构分析 (1)

零件的工艺分析 (1)

第2章拨叉零件机械加工工艺规程设计 (1)

毛坯的选择 (1)

基准的选择……………………………………………………… ..1

工艺路线的拟定 (2)

2.3.1表面加工方法及加工方案的确定 (2)

2.3.2加工顺序的确定 (3)

加工余量、工序尺寸及其公差的确定 (4)

切削用量及工时定额的确定 (5)

第3章铣叉口两端面工序夹具设计........................................... ..6任务的提出 (6)

定位方案及定位装置的设计计算 (7)

3.2.1定位方案的确定 (7)

定位误差的分析计算 (7)

夹紧方案及装置的设计计算 (7)

夹紧方案的确定 (7)

夹紧力大小的分析计算 (8)

夹具操作及维护简要说明 (8)

第4章小结 (8)

参考文献 (10)

附录Ⅰ机械加工工艺过程卡片 (11)

附录Ⅱ机械加工工序卡片 (12)

夹具课程设计说明书

一、零件的分析

零件的功用

机械中的拨叉，一般分为拨叉爪子，拨叉轴和拨叉手柄座。主要是拨动滑移齿轮，改变其在齿轮轴上的位置，可以上下移动或左右移动，从而实现不同的速度。或则是机械产品中离合器的控制，比如端面结合齿的结构，内外齿的结构，都需要用拨叉控制其一部分来实现结合与分离。还有一种是机械产品中电器的控制也是需要拨叉来实现开关的闭合与断开，一般是电器盒中两边各一个碰卡开关，拨叉左右或上下拨动，从而实现机床不同方向的运转。

零件的工艺分析

拨叉有一组加工表面，它们之间有一定的位置要求。

以Ф28mm孔为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：Ф28mm孔两端面，叉口及叉口两端面，M16螺纹孔。

这些加工表面之间有着一定的位置要求：

⑴Ф28mm孔轴线与叉口端面的垂直度误差为100。

⑵Ф28mm孔轴线与两端面的垂直度误差为100。

由以上分析可知，Ф28mm孔为设计基准，要加工Ф28mm孔要先加工孔的两个端面再加工孔，然后以孔为基准加工其他待加工面，并保证它们之间的位置精度要求。

二、零件机械加工工艺规程设计

毛坯的选择

零件材料为QT400-18，根据选择毛坯应考虑的因素，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用铸造方法。

基准的选择

基准选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于该零件毛坯没有铸孔，根据有关粗基准的选择原则，现选取Ф44外圆为粗基准先加工两端面，然后以端面为基准再加工Ф28孔。最后以Ф28孔轴线为基准加工其他待加工面。

精基准的选择

主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

工艺路线的拟定

拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案一

Ⅰ.粗铣Ф28mm孔端面；

Ⅱ.精铣Ф28mm孔端面；

Ⅲ.钻，扩，粗铰，精铰Ф28mmmm孔至图样尺寸；

Ⅳ.粗铣叉口两端面；

Ⅴ.精铣叉口两端面；

Ⅵ.粗铣叉口；

Ⅶ钻M16底孔Ф14mm；

Ⅷ.; .攻螺纹M16mm；

Ⅸ. 去锐边,毛刺；

Ⅹ. 终检,入库。

工艺路线方案二

Ⅱ.精铣Ф28mm孔端面；

Ⅲ.钻Ф28mm孔（不到尺寸）；

Ⅳ.半精镗Ф28mm孔（不到尺寸）；

Ⅴ.精镗Ф28mm孔

Ⅵ.粗铣叉口；

Ⅶ.粗铣叉口两端面；

Ⅷ.精铣叉口两端面；

Ⅸ.钻M16mm螺纹底孔；

Ⅹ.攻螺纹M16mm;

Ⅺ.去锐边,毛刺;

Ⅻ.终检,入库。

工艺方案的比较与分析

方案一中的工序Ⅲ虽然代替了方案二中的工序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，减少了装夹次数，但是在一道工序中要完成这么多工作，除了选用专门设计的组合机床（但在成批生产时，在能保证加工精度的情况下，应尽量不选用专用组合机床）外，只能选用转塔车床，利用转塔头进行加工。而转塔车床目前大多适用于粗加工，用来在此处加工Ф28mm孔是不合适的，因此决定降方案二中的工序Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ移入方案一，改为两道工序加工。

综上所述，零件的最后加工路线如下：

工艺方案的确定

Ⅰ.粗铣Ф28mm孔端面；

Ⅱ.钻、扩Ф28mm孔；

Ⅲ.粗铣叉口；

Ⅳ.粗铣叉口端面；

Ⅵ.攻螺纹M16mm；

Ⅶ.精铣Ф28mm孔端面；

Ⅷ.精铣叉口端面；

Ⅸ.精镗Ф28mm孔；

Ⅹ.去锐边、毛刺；

Ⅺ.终检。

毛坯尺寸及其加工余量的确定

拨叉零件材料为QT400-18，生产类型为大批生产，采用精铸生产。

由于孔均有精度要求，不铸出。故仅确定四个端面和叉口的相关尺寸。

查表确定加工余量：

砂型铸造，材料为球墨铸铁，机器造型，公差等级为CT8~12,取CT10，加工余量等级E~G,取G.

切削余量：查表，基本尺寸小于100mm，加工余量为1.4mm；

基本尺寸小于63mm，加工余量为0.7mm。

铸件公差等级：查表，基本尺寸小于100mm，取；

基本尺寸小于63mm，取。

圆柱两端面毛坯尺寸及加工余量计算

根据工序要求，Ф28mm圆柱两端面经过两道工序，先粗铣Ф28mm圆柱端面，再精铣Ф28mm圆柱端面，各步余量如下：

粗铣：由《机械加工工艺手册第一卷》表，其余量值规定，对于端面（≤50mm）为~2.0mm，现取 1.8mm。表粗铣平面的厚度偏差（≤30mm）

精铣：由《加工工艺手册》表，其余量规定值为。

故铸造毛坯的基本尺寸为44＋＋＝49mm 。又根据前面铸件尺寸公差标准值，取尺寸公差为2.8mm 。故：

毛坯的名义尺寸：43＋＋＝49mm ；

毛坯的最小尺寸：49－＝；

毛坯的最大尺寸：49＋＝；

粗铣端面后的最大尺寸：44＋＝；

粗铣端面后的最小尺寸：－＝；

精铣端面后的最大尺寸：:44+0＝44mm ；

精铣端面后的最小尺寸：:44－＝。

确定各工序切削用量及基本工时

粗铣叉口两端面

1.加工条件：

工件材料：QT400-18,精铸

加工要求：粗铣叉口两端面

机床：X63卧式铣床

v=s 即27m/min

刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，80w d mm =,齿数z=18。则

1000100027=107r 80

s w v n d ππ?==（/min ） 现采用X63卧式铣床，根据机床使用说明书，取100/min w n r =，故实际切削速度为

8010025.12(/min)10001000

w w d n v n ππ??=== 当100/min w n r =时，工作台的每分钟进给量m f 应为

查机床说明书，刚好有150/min m f mm =，故直接选用该值。

切削深度 单边余量Z=，可一次切除。

切削工时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，利用作图法，可得出铣刀的行程1241l l l mm ++=，则机动工时为

12410.27(min)150

m m l l l t f ++=== 精铣叉口端面

v=s 即27m/min

刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，80w d mm =,齿数z=18。则

1000100027=107r 80

s w v n d ππ?==（/min ） 现采用X63卧式铣床，根据机床使用说明书，取100/min w n r =，故实际切削速度为

8010025.12(/min)10001000

w w d n v n ππ??=== 当100/min w n r =时，工作台的每分钟进给量m f 应为

0.021810036(/min)m z w f f zn mm ==??=

查机床说明书，刚好有40/min m f mm =，故直接选用该值。

切削深度 单边余量Z=，可一次切除。

切削工时：利用作图法，可得出铣刀的行程1245l l l mm ++=，则机动工时为

1245 1.125(min)40

m m l l l t f ++=== 三、工序夹具设计

由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。

任务的提出定位方案的确定

设计加工叉口两端面的专用夹具。

工序要求

本次设计选择工序Ⅶ：粗铣叉口两端面，工件以Ф28mm 孔及端面为定位基准，一面加芯轴和一个支撑钉实现完全定位，由机械夹紧装置直接夹紧工件，工件的定位基面为Ф28mm 孔内表面及端面。

定位方案及定位装置的设计计算

定位方案的确定 为了加工叉口两端面，应限制的自由度有x r 、y u r 、z r 、x )、)y 、z )。为使定位可靠，加工稳定，我所设计的定位方案如附图A1图纸——夹具装配图所示，总共限制了工件的全部6个自由度，属于完全定位。

在该定位方案中，Ф28mm 孔端面被夹具体上的一块支撑板顶住，限制

三个自由度z )、)y 、x v ，Ф28mm 孔内插入芯轴，限制了z v 、y u r ，支撑钉和芯

轴配合限制了x )。

定位误差分析

定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3，或满足++≤T,即可认为定位方案符合加工要求。

对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：零件中Ф28mm 孔轴线与端面的垂直度误差为°。此项技术要求主要应由夹具底面和直立支撑板的垂直度保证。

已知夹具底面和直立支撑板的垂直度误差为100即°，当零件安装在夹具中时，零件的最大垂直度误差为°。所以夹具的精度能够满足零件的精度要求。

对于工序要求，定位基准与工序基准同为Ф28mm 孔中心线，故基准不重合误差为0。基准位置误差则取决于孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于孔的表面精度都达到Ra1.6mm ，经过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要芯轴的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是很小的。

综上所述，该定位方案是符合加工要求的。

夹紧方案的确定

夹紧装置的设计

夹紧力方向原则：

（1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置；

（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；

（3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。

夹紧作用点原则：

（1）夹紧里的作用点应正对夹具定位支撑元件或位于支撑元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；

（2）夹紧力的作用点应正对工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理分布夹紧点位置等措施来实现；

（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减少工件的夹紧力，防止加工过程中可能产生振动。

根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式。

本设计方案选用的是定心夹紧机构，夹紧方向在垂直水平面方向，通过机械手柄的转动，带动压板做小角度转动，进而使平头螺栓向左运动，由于双螺母结构的锁紧作用，使胀块也向左运动，通过与楔形锥轴的相互作用使胀块向外膨胀，实现夹紧，具体夹紧装置的布置见A1图纸。这种夹紧方式和夹紧装置简单实用，且对于大批量生产能较快装夹工件，劳动强度较小，成本低，简单可靠。

切削力及夹紧力的计算

切削力的计算

刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀,d=80mm, z=18

0F F F u x y F p z e q w C a f a z

F d n =（见《切削手册》表）

其中650F C =, 1.8p a mm =， 1.0F x =，0.08z f =，0.72F y =,40e a mm =，

080d mm =，0.86F q =，z=18

所以 0.720.860.86

650 1.80.0840181883()80F N ????== 当用两把铣刀时，=2=3766F F 实（N ）

水平分力： 1.1=4143H F F =实（N ）

在计算切削力的时候，必须把安全系数考虑在内。安全系数1234K K K K K =

其中：1K 为基本安全系数；

2K 为加工性质系数；

3K 为刀具钝化系数；

4K 为断续切削系数。

所以 ` 1.5 1.1 1.1 1.1 1.141438270()H F KF N ==?????=

夹紧力的确定

运用定心夹紧机构，楔角α=10°，则扩力比 3.42i =。

为克服水平切削力，十几夹紧力N 应为

12()H N f f KF +=

所以 12

H KF N f f =+ 其中1f 及2f 为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，120.25f f ==。则

827016540()0.5

N N =

= 杠杆的传力比为。胀块的扩力比为

凸轮的推力为2000N 。所以该机构的夹紧力为 =2000 2.2 3.422=30096N N ???夹（）

夹具的操作及维护

安装工件时，应先将机械手柄扳起，然后将工件的Ф28mm孔的端面紧靠在直立支撑板上，转动机械手柄，胀块会膨胀从而将工件夹紧，由于是定心夹紧机构所以会自动定心。此机构操作方便，简单易懂，装夹方便，效率极高。

夹具在使用中，应注意检查钻套的磨损情况，如果磨损后不能精确保证加工精度，则需要更换钻套。本夹具定位面板是受力部件，夹紧时检查其是否发生受力变形，如有变形，应及时设法修正，才能保证加工精度。为使其变形减小，需要严格控制螺杆的夹紧力。

四、小结

本次课程设计持续时间很长，在进行到一半的时候，全体去长春一汽实习了。在课程设计过程中碰到的许多问题都不是很明白，书上的一些图例工作原理也不是很了解，这次实习恰到好处的解决了这个问题。在一汽的车间里见到了各种各样的机床，还有各种各样的夹具，使我们更加充分的把书本上的知识联系到实际当中来。实习回来后还有一周的时间来进行剩余的课程设计，这几天当中明显感觉要比刚开始的时候脑子里有东西。

同时本次课程设计是在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性复习，是一次对我们所学的专业基础知识的掌握情况的重要考察和检验，更是培养我们理论联系实际，分析并解决问题能力的重要内容和阶段。

关于本次课程设计，个人觉得收获很多，首先是加深了我对工件从最初的毛坯生产到最终的成品之间的整个工艺流程的理解和认识，其次锻炼了我解决实际问题的能力，最后也是最重要的就是培养了我以工程性的思维和眼光去分析，思索，解决实际生产问题的能力。

参考文献

1 赵家齐．机械制造工艺学课程设计指导书．（第2版）．机械工业出版社，2000年10月：1～41。

2 王先逵．机械制造工艺学．（第2版）．机械工业出版社，2007年8月：13～183。

3邵晓荣互换性与测量技术中国标准出版社.

4王宛山.邢敏机械制造手册辽宁科学技术出版社.

5王绍俊机械制造工艺学手册机械工业出版社.

6邓文英等．金属工艺学．高等教育出版社．

7林文焕陈本通机床夹具设计国防工业出版社.

8 符拉兹涅夫波德戈尔诺夫契尔内谢夫沙拉绍夫标准化机床夹具国防工业出版社.

9 徐发仁机床夹具设计重庆大学出版社.

燕山大学课程设计评审意见表