东风-150型拖拉机II-III档拨叉及钻15孔的夹具设计

目    录 序言…………………………………………………………………1 一. 零件分析  ……………………………………………………3 1.1 零件作用  ………………………………………………3 1.2零件的工艺分析 …………………………………………3 二. 工艺规程…………………………………………………3 2.1确定毛坯的制造形式 ……………………………………4 2.2基面的选择……………………………………………… 5 2.3制定工艺路线 ……………………………………………5 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 …………7 2.5确定切削用量及基本工时………………………………8 三  夹具设计……………………………………………………9 3.1问题的提出………………………………………………9 3.2定位基准的选择…………………………………………10 3.3切削力及夹紧力计算……………………………………10 3.4定位误差分析……………………………………………10 3.5夹具设计及操作简要说明………………………………11 总 结………………………………………………………………13 致 谢………………………………………………………………14 参考文献 …………………………………………………………15 序  言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，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。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下：清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆分为两体时无此问题,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角,则必须清根,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角R。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。 随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。 换档拨叉的加工工艺规程及其钻15孔的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 一.零件的分析 1.1   零件的作用 换档拨叉的作用，题目所给定的零件是东风-150型拖拉机II-III档拨叉，它位于换档拨叉杆上，主要作用一是通过换档拨叉杆将扭矩传递给换档拨叉，拨动换档同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机的倒行；二是在换档拨叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在拨叉转动时带动其运动。零件上?15mm的孔，装配在换档拨叉杆上，用螺钉固定保证拨叉和拨叉杆的相对位置。宽13mm深15mm的槽与其他零件相配合，半圆形叉口拨动同步器。 1.2  零件的工艺分析 换档拨叉从零件图上可以看出，它有两组加工表面，这两组加工面之间也有一定的位置要求，现将这两组加工面分述如下： 1. 以?15mm孔为中心的加工面 这一组加工面包括：一个的?15mm孔以及对其倒角，宽13m深 15mm的槽口，在?15mm孔所在的轮毂上钻两个孔，用来做为固定倒档拨叉和拨叉杆之用。 2. 叉口处的加工面 这一组加工面包括：铣叉口的2端面面，铣叉口内侧面，其中外端面和Φ15孔有垂直度要求，这就要求我们要以Φ15内孔定位加工这2端面，以保证端面和Φ15孔的垂直度。 二. 工艺规程设计 2.1   确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200，考虑到拖拉机运行时经常需要挂换档以倒行或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。 2．1．1毛坯的设计 拖拉机的换档拨叉零件材料为 HT200，硬度选用260HBS，毛坯重约1Kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下： 1. ?15mm的孔 因为孔只有15mm大，因此在铸造时不容易铸造出，因此在毛坯的设计时，不宜设计底孔。因此毛坯采用实心铸造。以确保毛坯的成功率。 2. 叉口侧面 该叉口两侧面粗糙度都是3.2，进行一次粗铣即可满足光洁度要求。根据资料可知，选取加工余量等级为G，选取尺寸公差等级为9级。 所以根据相关资料和经验可知，毛坯的叉口厚度定为10mm，符合要求。 3. 叉口内圆面 叉口内圆面的圆弧半径为R26mm，光洁度要求没有，直接铸造出来，查资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公差等级为8~10级， 5. 钻孔、 在?15mm的孔处钻孔 在此处，因为加工的孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。 因其它表面均为不加工表面，而且砂型机器造型铸造铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。 根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了。 2.2  基面的选择的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。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，使生产无法进行。 粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，拖拉机换档拨叉较不规则，所以粗基准不太容易选择。为了保证?15mm孔的位置精度的要求，选择叉口内圆面和叉口侧面作为粗基准，以保证孔的轴心线与叉口的X、Y方向的位置要求以及?15mm孔轴心线的垂直度，依照粗基准的选择原则 （即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。 工件被放在两个支承钉和支撑板上，限制三个自由度；工件的大叉口内表面紧靠在两个支承钉的外圆柱面上，限制两个自由度；小头?15mm 孔的端面紧靠在支承钉上，限制一个自由度，实现完全定位。 对于精基准而言，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。 2.3  制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。 一 工序Ⅰ：铸造。 工序Ⅱ：时效处理 工序Ⅲ：铣左端面 工序Ⅳ：铣右端面 工序Ⅴ：钻扩绞Φ15H9的孔 工序Ⅵ：铣宽7mm的2端面 工序Ⅶ：铣宽50的内侧面 工序Ⅷ：铣宽13mm的槽 工序Ⅸ：钻Φ5的孔 工序X：终检，入库。 方案二 工序Ⅰ：铸造。 工序Ⅱ：时效处理 工序Ⅲ：铣左端面 工序Ⅳ：铣右端面 工序Ⅴ：钻扩绞Φ15H9的孔 工序Ⅵ：铣宽7mm的2端面 工序Ⅶ：铣宽50的内侧面 工序Ⅷ：铣宽13mm的槽 工序Ⅸ：钻Φ5的孔 工序X：终检，入库。 上述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。第1个 方案先是“摇臂钻床上钻Φ5孔。”，先把这一步工序放在前面是想，后面还有“钻?15mm孔”这一步工序，如果先钻孔那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。能这样想，出发点是好的，考虑到可以减少一步工序，似乎能减少劳动工时，提高生产率，可是没有考虑到，把这一步工序放前，定位比较难，不易保证必要的位置精度，夹具设计困难，实际可行性比较低。再看第2个方案，第2个方案把“钻?15mm孔”这一步工序放在了前面，这样为以后的各个工序提供了加工基准，工序安排比较科学合理。不过它和第1个方案一样，都把“扩、铰孔?15mm”和“倒角”放在了一步工序中。在这一步中通过换钻套可以倒一边的角，不过要倒另一边的角，就要把工件卸下翻面倒角，这样增加了夹具的设计难度。不过主要的是立式钻床体积比较大，操作起来不方便，并且倒角也没有高的精度要求，从经济效益上来考虑是不合算的。通过分析后，把这一步工序一分为二，把“倒角”独立出来，单独作为一步工序，因为倒角的精度要求不高，我们可以把这一步工序放在台钻上来完成。台钻体积比较小，操作简单，夹具结构也简单，这样零件的加工工时降下来了，生产效率上来了，降低了零件的成本。 具体的加工路线如下 工序Ⅰ：铸造。 工序Ⅱ：时效处理 工序Ⅲ：铣左端面 工序Ⅳ：铣右端面 工序Ⅴ：钻扩绞Φ15H9的孔 工序Ⅵ：铣宽7mm的2端面 工序Ⅶ：铣宽50的内侧面 工序Ⅷ：铣宽13mm的槽 工序Ⅸ：钻Φ5的孔 工序X：终检，入库。 2.4  机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量和工步如下： 1. ?15mm的孔 钻孔Φ15 扩孔： ?15H11mm 2. 叉口侧面 铣： 2Z=2mm 3. 铣槽 铣宽45mm铣： Z=2mm 4. 钻孔、攻丝 在?15mm的孔处钻?5mm孔。 ， 2.5  确定切削用量及基本工时 工序III：钻，扩，绞φ15孔 工步一钻孔至φ14 确定进给量 ：根据参考文献Ⅳ表2-7，当钢的 ， 时， 。由于本零件在加工Φ14孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则 根据Z525机床说明书，现取 切削速度：根据参考文献Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度 所以 根据机床说明书，取 ，故实际切削速度为 切削工时： ， ， ，则机动工时为 工步二：扩孔 利用钻头将 孔扩大至 ，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 根据机床说明书，选取 则主轴转速为 ，并按车床说明书取 ，实际切削速度为 切削工时： ， ， ，则机动工时为 工步3：铰 孔 根据参考文献Ⅳ表2-25， ， ，得 查参考文献Ⅴ表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取 ， ，实际切削速度 。 切削工时： ， ， ，则机动工时为 三、 夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 由指导老师的分配，决定设计钻Φ15孔的钻床夹具。 3.1 问题的提出 本夹具主要用于钻Φ15孔，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。因此我们以Φ15孔外圆和顶面，侧面为定位基准。 3.2 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。Φ15的孔已加工好，为了使定位误差减小，选择Φ15孔外圆和顶面，侧面作为定位基准，来设计本道工序的夹具，以V型块，手柄，挡销作为定位元件。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的手柄作为夹紧机构。 3.3 切削力及夹紧力计算 由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得： 钻削力        式（5-2） 钻削力矩      式（5-3） 式中：D=15mm    代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。 3.4  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固定V型块和挡销销及其手柄，孔与销间隙配合。 （2）  工件的工序基准为孔外圆，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。本夹具是用来在铣床上加工，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：  Td=Dmax-Dmin 本工序采用一固定V型块，一挡销定位，用手柄夹紧，即可满足定位要求。 3.5  夹具设计及操作简要说明 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。本道工序为钻床夹具选择了手柄夹紧方式。本工序为铣切削余量小，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，使用手柄夹紧机构。 具装配图附 夹具体附图如下   机械加工工序卡片 工件名称 换档拨叉 工序号 3 零件名称 换档拨叉 零件号   零件重量   同时加工件数 1 材料 毛坯 牌号 硬度 型号 重量 钢板   铸件   设备 夹具 辅助工具 名称 型号 专用夹具   立式钻床 Z525   安装 工步 安装及工步说明 刀具 量具 走刀长度mm 走刀次数 切深度mm 进给量mm/r 主轴转速r/min 切削速度m/min 基本工 时min   1 钻Φ15孔 麻花钻 卡尺 0.1 2 0.2 0.25 375 22.37 0.488   2 扩Φ15H11 扩孔钻   0,18 2 0.37 0.5 68 4.238 1.006 设计者     指导老师     共 2 页 第 1 页                                 机械加工工序卡片 工件名称 换档拨叉 工序号 3 零件名称 换档拨叉 零件号   零件重量   同时加工件数 1 材料 毛坯 牌号 硬度 型号 重量 钢板   铸件   设备 夹具 辅助工具 名称 型号 专用夹具   立式钻床 Z525   安装 工步 安装及工步说明 刀具 量具 走刀长度mm 走刀次数 切深度mm 进给量mm/r 主轴转速r/min 切削速度m/min 基本工 时min   1 铰Φ15H11孔     0.2 1 0.3 0.35 198 9.33 0.606                         设计者     指导老师     共 2 页 第 2 页                                 机械加工工艺过程卡片 产品型号   零（部）件图号   共 1 页 产品名称 拖拉机换档拨叉 零（部）件名称 拖拉机换档拨叉 第 1 页 材料牌号 HT200 毛坯种类 铸件 毛坯外型尺寸   每毛坯可件数   每 台 件 数   备 注   工序号 工序名称 工 序 内 容 车间 工段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准终 单件 0 铸 铸造 铸造           1 铸 时效处理 铸造           2 铣 铣Φ15孔左端面 机加   X51 专用夹具、高速钢端铣刀，游标卡尺     3 铣 铣Φ15孔右端面 机加   X51 专用夹具、高速钢端铣刀，游标卡尺     4 钻 钻，扩Φ15孔 机加   Z525 专用夹具、麻花钻，扩孔钻、游标卡尺     5 铣 铣宽7mm的面 机加   X51 专用夹具、三面刃铣刀，游标卡尺     6 铣 铣50H12的2内端面 机加   X62 专用夹具、三面刃铣刀，游标卡尺     7 铣 铣宽13mm的槽 机加   X62 专用夹具、三面刃铣刀、游标卡尺     8 钻 钻Φ5的孔 机加   Z525 专用夹具、麻花钻、游标卡尺     9 检 检查                                 设计（日期） 审核（日期） 化（日期） 会签（日期）                     更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件名 签字 日期                                                         总    结 课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。 课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们课程业设计完成的更出色的关键一步。 致  谢 这次毕业设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。 这次课程设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 参 考 文 献 1． 林文换，陈本通，机床夹具设计.北京:国防工业出版社 2． 孟少龙，机械加工工艺手册，北京：机械工业出版社 3． 孙志礼，冷兴聚，魏严刚，机械设计. 沈阳：东北大学出版社 4．邓文英，金属工艺学，北京：高等教育出版社 5．董海森，机械制造技术自学辅导，北京：机械工业出版社 6．艾兴、肖诗纲主编切削用量简明手册, 机械工业出版社出版， 7．李益民主编机械制造工艺设计简明手册，，机械工业出版社出版 8．机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版 9．机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学                          技术出版社出版 10．金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社 11．郭宗连、秦宝荣主编机械制造工艺学，，中国建材工业出版社出版 12．刘友和，金工工艺设计，广州：华南理工大学出版社 13．机械加工工艺手册编委会，机械加工工艺手册，北京：机械工业出版社杨叔子，机械加工工艺手册，北京：机械工业出版社 14．孙 桓，陈作模. 机械原理. 北京：高等教育出版社 15．高泽远，王金，机械设计基础课程设计.沈阳：东北工学院出版社 16．巩云鹏、田万禄，机械设计课程设计 .沈阳：东北大学出版社