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007零件夾具設計說明書
機械制造技術 基礎課程設計
設計說明書
設計題目：007撥叉零件機械加工工藝過程
及鉆M8螺紋孔工序專用夾具設計
班級：
學號：
姓名：
同組同學姓名：
指導教師：
2019年9月
機械制造技術基礎課程設計
任務書
設計題目：007撥叉零件機械加工工藝過程
及鉆M8螺紋孔工序專用夾具設計
設計任務：
1. 繪制零件圖，并以小組為單位，分析零件的加工要求，了解其加工關鍵點和難點。按中批量生產綱領，設計零件的機械加工工藝過程，并依據(jù)各表面的加工總余量，繪制毛坯圖；
2. 按組內分工，進行所選工序的工序設計，分析計算、選取確定相關工藝參數(shù)，編制機械加工工序卡；
3. 針對所選工序設計專用夾具。內容包括裝夾方案和對定方式的確定、夾緊力計算、定位誤差分析、夾具操作說明等，完成夾具裝配圖和夾具主要零件圖；
4. 編寫設計說明書。
指導教師
1
摘 要
本文為CA6140車床的007撥叉零件設計了機械加工工藝過程，并且為鉆M8螺紋孔工序設計了專用夾具。
首先分析圖紙，我們小組確定需要加工的面。之后小組討論，對上學期的加工工藝流程進行修改，確定了一個更加完善的加工工藝流程。
然后我們小組進行任務分配，我對工序9的工步進行了分析，通過查找資料，確定了主軸轉速，切削速度，進給量等鉆削用量。然后還確定了每個工步所需的刀具、量具、基本工時。
接著，根據(jù)工序9的加工需求，我選用了一面兩銷的定位方式來加工工件。根據(jù)一面兩銷的原則，我設計了鉆螺紋孔的專用夾具，通過查相關的資料，我用軟件繪制了專用夾具的三維圖紙。然后將三維圖紙轉化為二維圖紙，并反復修改得到最終的二維圖紙。
最后，我進行了夾具夾緊力的計算，計算后得到夾具夾緊工件所需的夾緊力為。我還進行了加工誤差的分析，計算后發(fā)現(xiàn)夾緊誤差和定位誤差都在合格范圍內，夾具設計合理。
目錄
一、設計內容 1
二、加工工藝過程的制定 1
2.1 最初的加工工藝路線 1
2.2 完善后的加工工藝路線 2
三、機械加工工序卡的相關計算 6
3.1確定毛坯尺寸 6
3.2工序9的參數(shù)計算 8
四、鉆螺紋孔夾具的設計 12
4.1快換鉆套的設計 12
4.2襯套的設計 13
4.3固定模板的設計 13
4.4夾具體的設計 14
4.5定位短銷和削邊銷的設計 14
4.6手柄支撐橫梁及支撐架的設計 15
4.7手柄及壓塊的設計 16
4.8輔助支撐的設計 17
4.9夾具裝配體三維圖 17
4.10夾具裝配體二維圖 18
4.11夾具體二維圖 19
4.12夾具操作說明 19
五、相關計算 20
5.1 夾緊力的計算 20
5.2加工誤差分析 21
六、參考文獻 23
27
一、設計內容
本設計書的設計內容有兩個，分別是：
①為CA6140車床的撥叉設計加工工藝過程
②選定其中一道加工工序，設計專用夾具。內容包括裝夾方案和對定方式的確定、夾緊力計算、定位誤差分析、夾具操作說明等
二、加工工藝過程的制定
2.1 最初的加工工藝路線
這個831007撥叉在上個學期的大作業(yè)中，我已經給出了工藝路線的安排，但是當時設計這個工藝路線的時候，知識還未成體系，所以現(xiàn)在看來還有很多瑕疵，在后面我將給出一個更加合理的工藝路線安排。
現(xiàn)將上學期的工藝路線安排羅列如下：
工序1：以的上表面作為粗基準，粗銑的下表面
工序2：以的下表面作為精基準，粗銑的上表面
工序3：以的上表面作為精基準，鉆、擴、鉸的通孔，保證表面粗糙度為1.6
工序4：以的通孔作為精基準，精銑的上表面，粗銑、精銑的上表面，保證兩個平面相對于通孔的垂直度要求
工序5：以的通孔作為精基準，精銑的下表面，粗銑、精銑的下表面，保證的下平面相對于通孔的垂直度要求
工序6：粗鏜、半精鏜、精鏜的內壁，保證表面粗糙度為3.2，半精鏜的內壁，保證表面粗糙度為6.3
工序7：以的上表面作為精基準，鉆的底孔，然后攻螺紋
工序8：鉆的底孔，加工到一半，裝配時再進行鉆鉸
工序9：切斷
工序10：檢查
2.2 完善后的加工工藝路線
現(xiàn)在再仔細分析當初設計的工藝路線，我發(fā)現(xiàn)存在以下問題：
①的下表面在設計圖紙上并未標注任何表面要求，這就意味著下表面不需要加工，但是在之前的工藝路線中，下表面加工了兩次。
②在選取定位方式的時候，沒有考慮到對稱的另一塊工件，在部分定位方式的選取上存在問題。
最后經過小組討論和與老師之間的交流我們確定了如下的更為合理的工藝流程：
工序1：以的下表面作為粗基準，粗銑，精銑的上表面（銑兩刀）
工序2：以的上表面作為精基準，鉆、擴、鉸的兩個（左右各一個）通孔，保證表面粗糙度為1.6
工序3：以的上表面和兩個的通孔作為精基準, 粗鏜、半精鏜的內壁，保證表面粗糙度為3.2
工序4：以的上表面和兩個的通孔作為精基準，粗鏜的下表面，粗鏜至
工序5：以的上表面和兩個的通孔作為精基準，半精鏜的下表面，半精鏜至，保證下表面的表面粗糙度為3.2，以及它的垂直度。
工序6：以的下表面和兩個的通孔作為精基準，粗鏜的上表面，粗鏜至
工序7：以的下表面和兩個的通孔作為精基準，半精鏜的上表面，半精鏜至，保證上表面的表面粗糙度為3.2，以及它的垂直度。
工序8：以的上表面和兩個的通孔作為精基準，鉆兩個的底孔，加工到一半，裝配時再進行鉆鉸
工序9：以的上表面和兩個的通孔作為精基準，鉆一個的底孔，然后攻螺紋，再鉆另一個的底孔，然后攻螺紋。
工序10：切斷。以的上表面和兩個的通孔作為定位基準，用臥式銑床的盤形銑刀切斷
工序11：去毛刺
工序12：檢查
接下來，進行更加詳細地分析每個工序的定位方式、加工方式以及加工余量：
①在工序1中：
定位方式：以的下表面為第一定位基準，消除三個不定度
夾緊方式：用兩個V型塊夾緊
加工方式：立式銑床，面銑刀，銑兩刀
加工余量：粗銑1.5mm，精銑0.5mm
②在工序2中：
定位方式：以的上表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），兩個V型塊消除三個不定度（兩平一轉）
夾緊方式：用兩個V型塊夾緊
加工方式：搖臂鉆床，麻花鉆，鉆一個孔，再鉆一個孔。擴孔鉆擴孔，擴完一個再擴另一個。用鉸刀精鉸孔，鉸完一個再鉸另一個。
加工余量：粗擴余量0.9mm，精鉸余量0.1mm，鉆孔余量10mm（都是單邊余量），用直徑為20mm的麻花鉆鉆孔。
③在工序3中：
定位方式：以的上表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：鏜床，鏜刀。先用粗鏜刀加工，再用精鏜刀加工
加工余量：粗鏜1.5mm，半精鏜0.5mm（都是單邊余量）
④在工序4中：
定位方式：以的上表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：臥式鏜床，用粗鏜刀加工
加工余量：粗鏜6.5mm
⑤在工序5中：
定位方式：以的上表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：臥式鏜床，用半精鏜刀加工
加工余量：半精鏜2.5mm
⑥在工序6中：
定位方式：以的下表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：臥式鏜床，用粗鏜刀加工
加工余量：粗鏜4.5mm
⑦在工序7中：
定位方式：以的下表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：臥式鏜床，用半精鏜刀加工
加工余量：半精鏜2.5mm
⑧在工序8中：
定位方式：以的上表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：立式鉆床，用麻花鉆鉆Φ7.4的孔，然后將工件旋轉180°，放置在夾具上夾緊，再用麻花鉆加工一個Φ7.4的孔
加工余量：鉆孔余量為3.7mm（單邊）
⑨在工序9中：
定位方式：以的上表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：立式鉆床，型號為Z525，用麻花鉆鉆Φ7.6的孔，然后換絲錐攻出的螺紋，再將工件旋轉180°，放置在夾具上夾緊，用麻花鉆鉆另一個Φ7.6的孔，然后換絲錐攻出另一個的螺紋。
加工余量：鉆孔余量為3.8mm（單邊）
⑩在工序10中：
定位方式：以的上表面為第一定位基準（大平面），消除三個不定度（兩轉一平），一個短銷消除兩個不定度（兩平），一個削邊銷消除一個不定度
加工方式：臥式銑床，盤形銑刀。
加工余量：4mm
三、機械加工工序卡的相關計算
3.1確定毛坯尺寸
首先根據(jù)831007的設計圖畫出撥叉831007的SolidWorks三維立體圖，如圖3-1所示：
圖3-1 撥叉831007立體建模圖
撥叉831007的平面圖及其表面質量要求如圖3-2所示：
圖3-2 撥叉831007平面二維圖
在第二部分中，已經確定了每道工序的加工余量，這些加工余量都是根據(jù)工件所需的表面質量要求，通過查找參考文獻【1】得到的。通過確定的加工余量，我們可以反解出加工我們需要的零件的毛坯的尺寸。計算后，我們畫出了撥叉831007的毛坯圖，如圖3-3所示：
圖3-3 撥叉831007毛坯的二維圖
撥叉831007的毛坯是用HT200材料鑄造而成的，在圖3-3中零件的輪廓線用雙點劃線表示。
3.2工序9的參數(shù)計算
我選用工序9來編制機械工序卡。工序7分為4個工步，分別是：
①鉆一個7.6mm的底孔
②對7.6mm的底孔攻絲，用絲錐攻出M8的螺紋
③將工件旋轉180°，繼續(xù)鉆另一個7.6mm的底孔
④對7.6mm的底孔攻絲，用絲錐攻出M8的螺紋
對于以上的四個工步，選用立式鉆床即可滿足要求。
這里不選用搖臂鉆床是因為搖臂鉆床可以調節(jié)主軸的位置，在一次裝夾中可以在一個工件上加工多個孔，但在本道工序中，不需要在一次裝夾中在一個工件上加工多個孔，一次裝夾只加工一個孔，所以從經濟性的角度來看，只需選用一次裝夾中加工一個孔的立式鉆床。
根據(jù)參考文獻【2】，可以查得以下的表3-13-3.
表3-1立式鉆床的主要參數(shù)
表3-2 立式鉆床的主軸轉速
表3-3 立式鉆床的進給量
根據(jù)表3-1到3-3的參數(shù)可知，選用型號為Z525的立式鉆床是較為合理的。在工步1中，需要用的麻花鉆鉆一個螺紋底孔，在這個過程中，背吃刀量較大，所以在表3-2中選取一個中等轉速，這里選用的主軸轉速為：
由于是鉆孔，進給量不宜過大，由表3-3可知，選用：
由工序9的工序要求可知，該工序需要鉆一個通孔并且整個孔需要攻上螺紋，再考慮到高速鋼麻花鉆鉆頭的頂尖長度。所以可以設置走刀長度為L = 18。
切削速度通過以下公式計算：
背吃刀量通過以下公式計算：
在鉆孔的時候還需要考慮快換鉆套的高度（詳見4.1節(jié)），考慮到快換鉆套及其模具的高度后，走刀長度還需要增加：
基本工時通過以下公式計算：
接下來，需要用絲錐攻出一個的螺紋，在這個過程中，主軸轉速不宜過大，否則會對螺紋的質量產生影響，所以在表3-2中選取一個較低轉速，這里選用的主軸轉速為：
由于是攻螺紋，主軸的進給量等于螺紋的螺距，M8螺紋的細牙螺紋螺距為1，故進給量也為，即：
攻螺紋的走刀長度可以與鉆孔的走刀長度一致，即為L = 18。
切削速度通過以下公式計算：
背吃刀量通過以下公式計算：
基本工時通過以下公式計算：
接著將工件從夾具上取下，翻轉180°之后，再將工件裝在夾具上，工步3與工步1的操作完全一致，工步4與工步2的操作完全一致，所以關于工步3和工步4的計算就略去了。在鉆孔和攻螺紋時使用的切削液都是乳化液。定位方式采用的是一面兩銷定位，因為設計圖紙上是對螺紋孔相對于上表面的位置提出了要求以及兩個螺紋孔之間水平距離的要求。每個工步加工完后需要用量具進行合格性的測量，通孔加工后用塞規(guī)檢查孔的合格性，螺紋加工后用螺紋塞規(guī)檢查孔的合格性。綜上，可以繪制出工序9的機械加工工序卡片，如圖3-4所示。
圖3-4 工序9的機械加工工序卡片
四、鉆螺紋孔夾具的設計
4.1快換鉆套的設計
因為在工序9中，對一個孔有兩個工步的加工，加工兩個孔，共四個工步，所以最好采用快換鉆套。根據(jù)參考文獻【3】表3-27可以查得快換鉆套的標準尺寸，由于麻花鉆的直徑為7.6mm，所以快換鉆套，相應的快換鉆套的其它部分尺寸由表的第一行可以查得，根據(jù)標準，畫出快換鉆套的三維立體圖,如圖4-1。
圖4-1 快換鉆套的三維立體圖
4.2襯套的設計
根據(jù)參考文獻【3】表3-25可以查得襯套的標準尺寸，由于在快換鉆套中選用的外徑尺寸為：
選用A型襯套，故襯套的內徑：
查表后即可畫出襯套立體圖，如圖4-2所示：
圖4-2 襯套的三維立體圖
4.3固定模板的設計
設計完快換鉆套和襯套后，需要設計與之配合的模板，模板上除了需要給快換鉆套留孔外，還需要留螺釘孔和銷釘孔。固定模板的立體圖，如圖4-3所示。
圖4-3 固定模板的三維立體圖
4.4夾具體的設計
夾具體上需要有兩個定位孔，一個放置短銷，另一個放置削邊銷，這兩個孔的中心距為120 mm。夾具體底部還需要一個小凸臺，防止支撐銷出現(xiàn)壓桿穩(wěn)定的問題。夾具體上部需要一個螺紋孔和兩個銷釘孔，螺紋孔用來連接，銷釘孔用來固定。夾具體的三維立體圖如圖4-4所示。
圖4-4 夾具體的三維立體圖
4.5定位短銷和削邊銷的設計
夾具體上定位短銷的直徑等于工件內孔的直徑，即為22mm。削邊銷長邊大致為22mm，需要略短一點，防止過配合。將定位銷和削邊銷安置在夾具體上的圖如圖4-5所示。
圖4-5 定位銷和削邊銷安置在夾具體上的三維圖
4.6手柄支撐橫梁及支撐架的設計
支撐橫梁主要起到方便手柄擰緊的作用，所以尺寸的大小沒有過多的約束，同樣支撐架的尺寸也沒有過多的限制，只要保證在支撐的強度極限范圍內。這里不妨取支撐架的外徑為18 mm，內部有M12的內螺紋，方便安裝螺釘。尾部有M12的外螺紋，方便連接螺母固定支撐架，整個支撐部分的三維效果圖如圖4-6所示
圖4-6 整個支撐部分的三維效果圖
4.7手柄及壓塊的設計
手柄的大小需要與人手掌的大小相似，并且具有便于握住的特征，手柄的直徑大約為40mm。手柄上有螺紋，與橫梁上的螺紋構成螺旋副傳動。手柄尾部還有小凸起，方便壓住壓塊。手柄的三維效果圖如圖4-7所示
圖4-7 手柄的三維效果圖
壓塊由兩部分兩部分組成，一部分緊貼工件，另一部分靠近手柄。它們兩者使用螺釘連接，設計為兩部分有以下考慮：
①靠近工件的壓塊極易磨損，需要頻繁的更換
②單靠一個壓塊很難保證壓塊不從手柄上脫落，用另一個壓塊與其配合可以很好地防止脫落的問題。
壓塊與手柄的連接圖如圖4-8所示。
圖4-8 壓塊與手柄的連接圖
4.8輔助支撐的設計
為了保持在鉆孔時，工件處于一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)，除了壓塊的夾緊力，還需要一個輔助支撐，來防止工件掉落。輔助支撐和螺釘之間有彈簧，可以調節(jié)輔助支撐的高度，在整個加工過程中，輔助支撐應該始終與工件接觸。輔助支撐的三維立體圖如圖4-9所示。
圖4-9 輔助支撐的三維立體圖
4.9夾具裝配體三維圖
至此，整個夾具的各個零件都設計完成，整體效果圖如圖4-10所示.
圖4-10夾具整體效果圖
4.10夾具裝配體二維圖
圖4-11夾具裝配體二維圖
4.11夾具體二維圖
圖4-12夾具體二維圖
4.12夾具操作說明
首先將工件放置在定位短銷和削邊銷上，工件的上表面與夾具體接觸，整個定位方式是一面兩銷定位。注意此時輔助支撐應該與工件接觸。然后旋轉手柄，使得壓塊往前運動，直到壓塊壓緊工件，注意壓塊要壓得足緊，以防在鉆孔的時候工件發(fā)生轉動。
然后啟動立式鉆床，開始鉆孔，之后攻螺紋。加工完一個孔后，反向旋轉手柄，將壓塊和工件分離，之后提起支撐橫梁，將工件取出，旋轉180°后，再次將工件放置在夾具上，再將支撐橫梁放下，旋轉手柄，使得壓塊往前運動，直到壓塊壓緊工件，然后啟動立式鉆床，開始鉆孔，之后攻螺紋。加工完第二個孔后，反向旋轉手柄，將壓塊和工件分離，之后提起支撐橫梁，將工件取出。
五、相關計算
5.1 夾緊力的計算
由文獻4查得鉆孔時軸向力經驗公式：
其中：
代入數(shù)據(jù)后算得：
在計算夾緊力時必須把安全系數(shù)考慮在內，
安全系數(shù)
其中，為基本安全系數(shù)1.2；
為加工性質系數(shù)為1.3；
為刀具鈍化系數(shù)為1.2；
為斷續(xù)切削系數(shù)為1.3
考慮到安全系數(shù)后，夾具所需的豎直向上的夾緊力：
工件的夾緊是通過壓塊與工件之間的摩擦來實現(xiàn)的，所以摩擦力充當夾具所需的豎直向上的夾緊力。通過查找參考文獻【5】可知，45鋼與鑄鐵之間的摩擦系數(shù)，為了安全起見，不妨取。因此壓塊所需的壓緊力：
5.2加工誤差分析
本道工序所需保證的是所加工的兩個孔，根據(jù)最終的零件要求可以知道，零件的螺紋孔到中心線之間的尺寸公差需要保持在中，而在這一步加工過程中，需要保證左右兩個零件同時合格。
本道工序中，加工螺紋孔的主要誤差來源有：
A、鉆頭的位置誤差。鉆頭的位置誤差包括襯套與快換鉆套之間的位置誤差，麻花鉆與快換鉆套之間的位置誤差。這屬于夾具對定誤差。
B、工件擺放的位置誤差。也就是定位銷與削邊銷之間的尺寸誤差。這屬于定位誤差中的基準不重合誤差。定位銷與工件之間的配合誤差不用考慮，因為工件時豎直擺放，定位銷的軸線與工件內孔的軸始終都在豎直平面內。
在誤差分析中，忽略了襯套與鉆模板之間的配合誤差以及定位銷與夾具體之間的配合誤差，因為它們都是過盈配合。同時還忽略了快換鉆套內孔與外圓得同軸度誤差，因為對于標準鉆套，精度較高，此項可以忽略。
以下的誤差分析均采用極限位置法分析
鉆頭的位置誤差分析（夾具對定誤差）：
襯套與快換鉆套之間的配合關系是：，而， ，按照極限位置法分析可知：鉆套軸線與襯套軸線之間的最大偏差是在鉆套外圓取最小極限尺寸，襯套內孔取最大極限尺寸。
故計算夾具第一部分對定誤差：
快換鉆套內孔的尺寸是：，而，按照極限位置法分析可知：快換鉆套軸線與麻花鉆軸線之間的最大偏差是在快換鉆套內孔取最大極限尺寸。
故計算夾具第二部分對定誤差：
而鉆孔所需的工序公差：
故總的對定誤差：
故夾具所選的對定方案是合格的。
工件擺放的位置誤差分析（定位誤差）：
定位銷孔與削邊銷孔之間的尺寸公差為：，夾具體中定位銷孔與削邊銷孔的中心線的平行度公差為。按照極限位置法分析可知：
當夾具體定位銷孔與削邊銷孔的中心線往左偏移0.01 mm時，加工孔的尺寸為：
當夾具體定位銷孔與削邊銷孔的中心線往右偏移0.01 mm時，加工孔的尺寸為：
定位誤差為：
所以夾具所選的定位方案合理。
六、參考文獻
1. 《機械加工余量標準》，25EQY-19-1999
2. 李益民.《機械制造工藝設計簡明手冊》. 機械工業(yè)出版社. 2014.01.
3. 趙家齊，邵東向.《機械制造工藝學課程設計指導書》. 機械工業(yè)出版社. 2016.10.
4. 艾興，肖詩剛.《切削用量簡明手冊》. 機械工業(yè)出版社. 1994.
5. 王黎欽，陳鐵鳴.機械設計.6版. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2015.