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拨叉工艺设计及夹具设计-铣叉脚(两侧说明书

机械制造课程设计说明书

题目：设计 挡拨叉的机械加工工艺规程
及 铣叉脚两侧工序的专用夹具

专 业：
学生姓名：
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班 级：
指导老师：
专业系主任：

机械工程学院
2015年 月 日

摘 要
本设计档拔叉零件加工过程的基础设计的夹具设计。主要加工部位是平面和孔加工。在一般情况下，确保比保证精密加工孔很容易。因此，设计遵循的原则是先加工面后加工孔表面。在零件的夹具设计中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数，进而根据零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹具的结构形式。
关键词：档拔叉零件；工艺；夹具；

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目 录
摘 要

第1章 零件的分析 1
1.1零件的作用 1
1.2零件的工艺分析 2
1.3零件的生产类型 2
第2章 确定毛坯的种类和制造方法 3
2.1选择毛坯 3
2.2确定机械加工余量 3
2.3设计毛坯尺寸 3
第3章 拟定工艺路线 5
3.1基准的选择 5
3.2零件表面加工方法选择 5
3.3工艺路线的拟定 6
第4章工序设计 7
4.1选择加工设备与工艺装备 7
4.2 确定工序尺寸 8
4.3切削用量及基本时间确定 9
第5章 铣叉脚端面夹具的设计 14
5.1 问题的提出 14
5.2 夹具设计 14
5.2.1 定位基准的选择 14
5.2.2切削力和夹紧力计算 15
5.2.3定位误差分析 16
5.2.4夹具设计及操作的简要说明 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21

第1章 零件的分析
1.1零件的作用
档拔叉在运输车的变速箱中，与操纵机构的其他零件结合，用它拨动滑动齿轮，实现倒车。φ14H9为配合面有较高精度。槽14H13为滑动拨动的配合表面。下拨叉为与滑动齿轮接触的表面。

1.2零件的工艺分析
该零件是叉架零件，形状不大规则，尺寸精度、形位精度要求不高，为大批量生产零件，其主要技术要求分析如下：
其主要加工的有14H9表面粗糙度为6.3，是一个比较重要的孔，其轴线要保证与M直线度0.03；斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到0；开挡公差尺寸为0.1到0.2，表面粗糙度为6.3并保证与14H9轴线的垂直度为0.25主要是保证叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上，拨叉利用弹簧、滚珠在轴上进行定位，；R19面粗糙度为12.5，表面要求淬火处理，硬度要求为48~53；下爪总长公差尺寸为-1到0；后脚面公差尺寸为0到0.52，前面到轴线尺寸18的公差尺寸为±0.2；孔8.7公差尺寸为0到0.09，其轴线到开挡前脚面的尺寸41.5的公差尺寸为±0.15，孔深32公差尺寸为-1到0；拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔8.7的对称度为0.4，内表面表面粗糙度为12.5，内表面满足配合14H13公差尺寸为0到0.27，其槽底部分允许呈R3圆角或2最大长为3的倒角；孔8.7还需锪平直径为12；孔21端面、开挡内R15面、孔8.7内表面以及槽14H13底面表面粗糙度为25一般的加工都可获得。通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
1.3零件的生产类型
依设计题目，结合生产实际可知该零件的生产纲领零件是大批量生产的铸件。

第2章 确定毛坯的种类和制造方法
2.1选择毛坯
由于零件的结构比较复杂，大批量生产，又是薄壁的中小型零件，所以采用砂型铸造，工件材料为45。
2.2确定机械加工余量
铸件的尺寸公差按6414-1999确定，机械加工余量按11351-89确定。 根据6414-1999查表得尺寸公差为8-12级。加工余量等级为F～H。所以，可取9级。查表（6414）查出各表面的公差数值。
零件尺寸
公差
端面50
3
脚面圆柱面15
1.6
脚面圆柱面19
1.7
两脚面尺寸6
1.5
12H13槽面尺寸12
1.6
槽底面14
1.6
叉脚开挡尺寸32
1.7
2.3设计毛坯尺寸
档拔叉毛坯图尺寸（单位：）
零件表面
总余量
毛坯尺寸
公差
端面50
2
50
2
脚面圆柱面15
2
13
1.6
脚面圆柱面19
2
17
1.7
两脚面尺寸6
2
10
1.5
12H13槽面尺寸14
2
10
1.6
槽底面14
2
12
1.6
叉脚开挡尺寸48
2
36
1.7
第3章 拟定工艺路线
3.1基准的选择
根据零件图纸及零件的使用情况分析，知Φ14H9孔，槽宽，叉子面厚，叉子面与腹板的距离等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。
（1）粗基准的选择
按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择5厚的腹板右侧为第一毛坯表面基准，在加工Φ14H9孔时，为保证Φ21mm的外圆表面为第二粗基准。
（2）精基准的选择 ，各工序则以该孔为定位精基准，从靠近叉脚的Φ21mm端面为轴向尺寸的定位基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。
3.2零件表面加工方法选择
本零件的加工面有内孔、倒角、槽、下底面、圆环面等，材料为45。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下。
（1）φ21端面:表面粗糙度为25，可选粗铣即可满足要求。
（2）φ14H9孔：公差等级为9级，表面粗糙度为6.3，公差尺寸0到0.043，根据1800.3-1998规定其公差等级按9，可以先钻后扩孔来满足要求。
（3）开挡R15内圆柱面：表面粗糙度为25，未标注公差等级，故粗铣即可满足要求。
（4）脚面：表面粗糙度6.3，加工方法可采用粗铣即可达到要求。
（4）开挡：表面粗糙度为12.5，加工方法可采用粗铣即可达到要求。
（5）槽14H13：表面粗糙度为12.5，公差等级13，加工方法可采用粗铣即可达到要求。
（6）槽12H13底面：表面粗糙度为25，加工方法可采用粗铣即可达到要求。
（7）孔φ10：表面粗糙度25，公差尺寸为0到0.1，根据1800-79规定其公差等级按11，采用钻孔即可达到要求。
3.3工艺路线的拟定
（1）工艺路线的拟定
为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术 要求，必须制定合理的工艺路线。
由于生产纲领为大批量生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。按照先加工基准面及先粗后精的原则，该零件的加工可按以下工艺路线进行。
10、铸造
15、热处理
20、铣14H9孔端面
25、钻扩铰14H9孔
30、倒角14H9孔
35、铣开档叉脚面T1，T2面
40、铣开档40B12
45、铣槽12H13
50、钻10
55、去毛刺
60、检验
根据此工序安排，编出机械加工工艺路线卡及工序卡片。
第4章工序设计
4.1选择加工设备与工艺装备
（一） 选择机床
1-1工序4钻扩铰14H9孔、工序5倒角及工序8钻8，工步不多，选用立式钻床就能满足要求，本零件外廓尺寸不大，选用Z525立式钻床。
1-2工序3、6、7是粗铣和精铣，各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式铣床就能满足要求，选用X62卧式铣床即可。
（二） 选择夹具
本零件除了铣槽和钻小孔需要专用量具外，其它用通用量具即可。
（三） 选择刀具
1-1工序3铣端面。镶齿三面刃铣刀。
1-2工序4钻扩铰14H9孔。选择莫氏锥柄麻花钻13 1438.1-1996。其直径为14，工作长度46
1-3工序4 14H9孔。选择14 1141-1984。其直径为14，工作长度46，莫氏锥度为1号，总长189。
1-4工序5倒角。
1-5工序3、6、7都是铣。铣刀按表5-105选镶齿三面刃铣刀，直径为100，孔径27，齿数12。
1-6工序8钻8孔。孔径为8.7无通用刀具，故可制造专用刀具，方便制造及经济效益，可做成直柄麻花钻。
（四） 选择量具
本零件为大批量生产，一般尽可能采用通用量具，根据表面精度、尺寸和形状等要求，参考有关手册资料，选择量具如下表：
工序
工序名称
量具
3
铣端面
游标卡尺、粗糙块
4
钻扩铰14H9孔
游标卡尺、塞规
5
倒角
游标卡尺
6
铣脚面、开挡
游标卡尺、粗糙块
7
铣槽
游标卡尺、粗糙块
8
钻8
游标卡尺、塞规
4.2 确定工序尺寸
1.φ21端面加工余量
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗铣
粗铣
粗铣
端面50
4
46
25
2. 钻扩铰14H9孔
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
钻扩孔
钻孔
扩孔
钻孔
扩孔
钻孔
扩孔
13
1

6.3
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
粗铣
精铣
粗铣
精铣
粗铣
精铣
T1，T2面
2

15

25

T1，T2面
2

12.5

脚面
1.6
0.4

12.5
6.3
14H13槽底面
2

10

25

14H13槽
1.6
0.4
14.4

25
12.5
4.钻孔
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
8孔
8
8
25
4.3切削用量及基本时间确定
1工序10
切削用量：本工序为粗铣端面，已知加工材料为45，表面淬火处理后48-53。
确定粗铣端面的切削用量。所选刀具为镶齿三面刃铣刀。
=2,查表得进给量f =0.2，又X62铣床主轴转速30-1500 ，精度要求不高，选择150。由前面可知刀具直径为100，则切削速度为。
校核机床功率： 参考公式
其中 100 12 150/60 1，解得<7.5 ，故可用。经计算得加工时间为57s。
2 工序15、20
切削用量：钻，扩，铰H9孔
2.1确定钻φ14孔的切削用量。
所选刀具为莫氏锥柄麻花钻
确定切削用量=13/2=6.5，查表得进给量f =0.28，切削速度v =21。则主轴转速514.19,故取545，此时22.26。
2.2确定扩φ14H9孔的切削用量。
所选刀具为14 1141-1984，其直径为14，工作长度108，莫氏锥度为1号，总长189。
确定切削用量=1/2=0.5，查表得进给量f =0.45，切削速度v =60。则主轴转速1364.19,故取960，此时42.2。
2.3基本时间
确定钻孔的基本时间
=
确定扩φ14H9孔的基本时间
=
总时间为30s。
3工序6
切削用量：本工序是铣脚面、开挡，先粗铣，后半精铣。
3.1确定铣开挡底面圆柱面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。
=2,查表得进给量f =0.2，又X62铣床主轴转速30-1500 ，精度要求不高（25），选择150。由前面可知刀具直径为100，则切削速度为。
校核机床功率： 参考公式
其中 100 12 150/60 1，解得<7.5 ，故可用。
3.2 确定铣开挡底面圆柱面R19的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。
=2,查表得进给量f =0.2，又X62铣床主轴转速30-1500 ，精度要求不高（12.5），选择200。由前面可知刀具直径为100，则切削速度为
。
校核机床功率： 参考公式
其中 100 12 200/60 1，解得<7.5 ，故可用。
3.3确定开挡脚面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。
=4,查表得进给量f =0.2，又X62铣床主轴转速30-1500 ，精度要求较高（6.3及有垂直度要求），选择250。由前面可知刀具直径为100，则切削速度为。
校核机床功率： 参考公式
其中 100 12 250/60 1，解得<7.5 ，故可用。 加工用时为：180s 铣脚面和开挡各90s。
4工序7
本工序为铣槽，先粗铣槽底，再铣槽。
4.1确定槽底面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。
=2,查表得进给量f =0.2，又X62铣床主轴转速30-1500 ，精度要求不高（25），选择150。由前面可知刀具直径为100，则切削速度为。
校核机床功率： 参考公式
其中 100 12 150/60 1，解得<7.5 ，故可用。
4.2确定槽的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。
=4,查表得进给量f =0.2，又X62铣床主轴转速30-1500 ，精度要求较高（12.5且对称度为0.4），选择220。由前面可知刀具直径为100，则切削速度为。
校核机床功率： 参考公式
其中 100 12 220/60 1，解得<7.5 ，故可用。加工时间为：120。
5 、工序8
本工序为钻8，并锪平12。
确定钻8孔的切削用量。所选刀具为直柄麻花钻
确定切削用量=8.7/2=4.35mm，查表得进给量f 0.49，切削速度v 27m。则主轴转速987.8,故取960，此时26.21m。加工用时99s。

第5章 铣叉脚端面夹具的设计
设计工序：铣叉脚端面夹具的设计
5.1 问题的提出
本夹具要用于铣叉脚端面夹具的设计夹具精度等级为12级，粗糙度为12.5。本道工序只精铣一下即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证铣叉脚端面的设计夹具设计的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。
5.2 夹具设计
5.2.1 定位基准的选择
拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。Φ14的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ14孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的φ14孔的端面作为定位夹具。
为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。
5.2.2切削力和夹紧力计算
（1）刀具： 6铣刀
机床： 卧式铣床X62
由[3] 所列公式 得

查表 9.4—8 得其中： 修正系数

21
代入上式，可得 889.4N
因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。
安全系数
其中：为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以
（2）夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机 由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
G为工件自重

夹紧螺钉： 公称直径20，材料45钢 性能级数为6.8级

螺钉疲劳极限：
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为
[s]=2.5~4 取[s]=4
得
满足要求

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力
5.2.3定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差确定。
夹具的主要定位元件为一平面和一定位销，孔与销间隙配合。
（2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：
本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。
5.2.4夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。
本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

总 结
档拔叉的加工工艺及夹具设计，主要是对档拔叉的加工工艺和夹具进行设计。档拔叉的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。不过在指导老师的悉心认真的指导下，经过两个月自身的不断努力，这些问题都一一解决。在这个过程中，对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强了对本专业综合知识运用的能力，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。
通过这次课程设计使我感到要设计一个夹具的不易，也感到团队合作的重要性，在这次课程设计中遇到了不少的问题，但在老师和同学的帮助之下一一解决。在这里我要感谢老师和同学对我的帮助。课程设计中我学到了 不少，不仅把以前的知识进一步巩固，还从中学到很多的新知识，使我受益匪浅。
毕竟是课程设计，由于自己能力有限，在此之中肯定有很多的不足之处，希望老师给予指点。

参考文献
1.《金属机械加工工艺人员手册》修订组， 金属机械加工工艺人员手册.上海科学技术出版社.1979。
2. 李洪.机械加工工艺师手册.机械工业出版社，1990。
3. 东北重型机械学院.机床夹具设计手册.上海科学技术出版社，1979。
4. 机械工程基础与通用标准实用丛书编委会.形状和位置公差.中国计划出版社，2004。
5. 淘济贤等.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，1986。
6. 李洪.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，1990。
7. 机械设计手册编委会.机械设计手册卷4.：机械工业出版社，1998。
8. 贺光谊等.画法几何及机械制图.重庆大学出版社，1994。
9. 丁骏一.典型零件制造工艺.机械工业出版社,1989。
10.孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导.冶金工业出版社，2002。
11.上海金属切削技术协会.金属切削手册.上海科学技术出版社，1984。

致 谢
本次课程设计综合了大学里所学的专业知识，是理论与实际相结合的一次考验。通过这次设计，我的综合运用知识的能力有了很大的提高，尤其是看图、绘图、设计能力，为我今后的工作打下了良好的基础。在此过程中，我进一步加深了对课本知识的理解，进一步了解了零件的工艺以及夹具设计过程，收获颇丰。
本次设计是在老师的悉心指导和帮助下完成的。我的机械工艺知识有限，在设计中常常碰到问题，是老师不厌其烦的指导，不断的点拔迷津，提供相关资料，才使其顺利完成。耐心的讲解，使我如沐春风。不仅如此，老师严谨的治学态度和高尚的敬业情操深深打动了我。在此，我向表示最真诚的感谢。同时，感谢同组同学的支持和帮助，使我更好的完成课程设计。