大连理工大学机械制造课程设计说明书题目：拨叉夹具设计 学 院： 机械工程学院 班 级： 机制0902 姓 名： 管学双 学 号： 200961164 指导教师： 孙玉文 2013年3月18日目 录1.绪论 11.1课题背景 12.拨叉加工工艺规程设计 12.1零件的工艺分析 12.2确定生产类型 22.3确定毛坯铸件加工余量及形状 22.4工艺规程设计 32.4.1选择定位基准 32.4.2制定工艺路线 32.4.3选择加工设备和工艺设备 52.4.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 62.5确定切削用量及基本工时 82.5.1工序Ⅰ： 82.5.2工序Ⅵ：钻Φ6.5的孔 102.5.3工序Ⅶ： 112.6本章小结 123.专用夹具设计 133.1钻孔夹具设计 133.1.1问题的提出 133.1.2夹具的设计 133.2本章小结 224.零件成本估算 23结束语 24参考文献 2511.绪论 1.1课题背景随着现代科学技术的不断发展，各种新方法、新工艺和新技术不断涌现，制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。
各种新工艺的出现，大大提高了复杂零件加工的生产率及加工精度计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段虽然现代制造技术与机械制造工艺都有了长足的发展，但夹具、刀具、量具与辅具等在不断的革新中，其功能仍然十分显著机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备2.拨叉加工工艺规程设计 2.1零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：图2.1 拨叉零件位置尺寸图由分析可知，可以先加工拨叉上端圆孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，采用常规加工工艺均可保证 2.2确定生产类型确定此拨叉零件的生产类型为中批生产，年产量2000，每批产量为200件 2.3确定毛坯铸件加工余量及形状零件材料为HT200查《金属机械加工工艺人员手册》1012页表12-2 铸件机械加工余量，选用孔底面加工余量为5mm，其余各个加工面的铸件机械加工余量均为6mm。
图2.2 毛坯零件综合图 2.4工艺规程设计 2.4.1选择定位基准 ①粗基准的选择图2.3 加工表面名称以零件较大的B面为主要的定位粗基准，然后加工与其相对的D面 ②精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以加工后的F通孔和加工后的面B为定位精基准 2.4.2制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹具除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：表2.1零件加工工艺路线方案一工序工序内容机床名称刀具名称Ⅰ粗铣平面B和平面D，Ra达到12.5，半精铣平面B和平面D，Ra达到6.3立式铣床镶齿套式面铣刀Ⅱ钻、扩、粗铰、精铰孔F，Ra达到1.6，d=30H8；钻孔G摇臂钻床直柄短麻花钻套式扩孔钻套式机用铰刀Ⅲ粗车工件两侧的H面，Ra达到12.5；半精车面A和面E，Ra达到6.3；精车面A和面E，Ra达到1.6.车床弯头通切车刀端面车刀Ⅳ钻、扩、粗铰、精铰孔C摇臂钻床直柄长麻花钻直柄扩孔钻直柄机用铰刀Ⅴ粗铣平面M，锯片铣刀切开两工件立式铣床镶齿套式面铣刀中齿锯片铣刀Ⅵ钻孔L摇臂钻床直柄短麻花钻Ⅶ攻孔L、孔G的螺纹摇臂钻床细柄机用和手用丝锥Ⅷ倒角，去毛刺，修锐边钳工台Ⅸ清洗清洗机Ⅹ检验检验台表2.2零件加工工艺路线方案二工序工序内容机床名称刀具名称Ⅰ粗铣平面B和平面D，Ra达到12.5，半精铣平面B和平面D，Ra达到6.3。
立式铣床镶齿套式面铣刀Ⅱ钻、扩、粗铰、精铰孔F，Ra达到1.6，d=30H8；钻孔G，钻、扩、粗铰、精铰孔C钻孔L摇臂钻床直柄短麻花钻套式扩孔钻套式机用铰刀Ⅲ粗车工件两侧的H面，Ra达到12.5；半精车面A和面E，Ra达到6.3；精车面A和面E，Ra达到1.6.车床弯头通切车刀端面车刀Ⅳ粗铣平面M，锯片铣刀切开两工件立式铣床镶齿套式面铣刀中齿锯片铣刀Ⅴ攻孔L、孔G的螺纹摇臂钻床细柄机用和手用丝锥Ⅵ倒角，去毛刺，修锐边钳工台Ⅶ清洗清洗机Ⅷ检验检验台工艺立方案评价：上述工艺方案一的特点在于：把工件加工工序分得相对分散，避免了由于在同一地点各个工步换刀和装夹带来的时间浪费各个定位和加工基准能得到保证，符合中批量生产规模的生产要求考虑到加工零件的方便性，及加工精度要求不高，尽量采用通用夹具，尽可能降低生产成本方案二由于工序高度集中，此批零件为中批量生产，不可避免的会在每一道工序中浪费掉很多时间，造成成本的提高和工作强度的提高综合上述两种方案的特点，选择工艺方案一为加工方案 2.4.3选择加工设备和工艺设备 ①机床的选择 工序Ⅰ、Ⅴ 采用X5025型卧式铣床； 工序Ⅱ、Ⅳ、Ⅶ 采用Z5030型摇臂钻床； 工序Ⅲ 采用CA6140型卧式车床； ②选择夹具该拨叉的生产纲领为中批生产，所以部分采用专用夹具。
③选择量具加工过程中主要用到的量具有游标卡尺、螺纹量规、塞规等 ④其他对垂直度、平行度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可 2.4.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定根据前面资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：表2.3 各加工工序达到的尺寸、经济度、粗糙度工序工序内容经济精度表面粗糙度工序余量最小最大Ⅰ粗铣Φ55的两侧面IT1212.5-0.40.4半精铣Φ55的两侧面IT116.3-0.20.2Ⅱ钻Φ28通孔IT11-0.140.14扩孔Φ29.75IT11-0.140.14粗铰Φ29.90IT113.2-0.140.14精铰到Φ30H8IT91.6-0.0450.045钻孔Φ10IT11-0.10.1Ⅲ粗车H’’面到R=40，粗车端面E到28.5IT1212.5-0.40.4半精车端面E到27.5IT123.2-0.150.15精车端面E到27IT101.6-0.070.07粗车H’面到R=40，粗车端面A到21.5IT1212.5-0.40.4半精车端面A到20.5IT123.2-0.150.15精车端面A到20IT101.6-0.070.07粗车I到R=30IT1212.5-0.280.28Ⅳ钻孔C到Φ4.8IT123.2-0.050.05扩孔到Φ5.8IT11-0.080.08粗铰到Φ5.9IT113.2-0.080.08精铰到Φ6IT91.6-0.0250.025Ⅴ粗铣M面IT1212.5-0.340.34锯开两工件-0.050.05Ⅵ钻孔L到Φ6.5IT11-0.10.1Ⅶ攻螺纹孔L到M84H攻螺纹孔G到M125H 2.5确定切削用量及基本工时 2.5.1工序Ⅰ：①粗铣Φ55的两侧面机床：X5025型卧式铣床刀具：镶齿套式面铣刀，材料：高速钢， ，齿数。
因其单边余量：6mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献《金属机械加工工艺人员手册》表14-69，取，铣削速度：参照《金属机械加工工艺人员手册》表14-71，取机床主轴转速： 进给量： 切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：辅助时间：工作地点服务及身体需要时间：准备终结时间：单件时间： 单件核算时间：功率：②半精铣Φ55的两侧面机床：X5025型卧式铣床刀具：镶齿套式面铣刀，材料：高速钢， ，齿数单边余量：1mm所以铣削深度：每齿进给量：根据参考文献《金属机械加工工艺人员手册》表14-69，取，铣削速度：参照《金属机械加工工艺人员手册》表14-71，取机床主轴转速： 进给量： 切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：辅助时间：工作地点服务及身体需要时间：准备终结时间：单件时间： 单件核算时间：功率： 2.5.2工序Ⅵ：钻Φ6.5的孔工件材料为HT200铁，硬度200HBS孔的直径为6.5mm加工机床为Z3040x16型摇臂钻床。
钻头为Ø6.5mm标准高速钢直柄短麻花钻确定钻削用量①确定每转进给量参照《金属机械加工工艺人员手册》表14-34，可查出②确定切削速度v、轴向力F、转矩T参照《金属机械加工工艺人员手册》表14-36，表14-30 ③校验加工参数 切削工时 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1 机动时间： 辅助时间： 工作地点服务及身体需要时间： 准备终结时间： 单件时间： 单件核算时间：切削功率： 2.5.3工序Ⅶ：①攻M8×1.25的螺纹机床：Z3040x16型摇臂钻床刀具：细柄机用和手用丝锥（）进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照《金属机械加工工艺人员手册》表14-94，取机床主轴转速： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：辅助时间：工作地点服务及身体需要时间：准备终结时间：单件时间： 单件核算时间：②攻M8×1.75的螺纹机床：Z3040x16型摇臂钻床刀具：细柄机用和手用丝锥（）进给量：由于其螺距,因此进给量切削速度：参照《金属机械加工工艺人员手册》表14-94，取机床主轴转速： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：辅助时间：工作地点服务及身体需要时间：准备终结时间：单件时间： 单件核算时间： 2.6本章小结本章节主要从零件的结构和外型入手分析，从而得出设计毛坯的依据。
再查阅有关资料，设计出零件加工的毛坯在计算每一步的切削用量时，先选用刀具和机床，再查阅资料找出进给量，由它算出机床所需的转速，翻阅机床手册选一个最接近它的一值算切削速度、机动时间等3.专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度在加工此拔叉零件时，需要设计专用夹具根据任务要求中的设计内容，需要设计钻孔夹具一套 3.1钻孔夹具设计 3.1.1问题的提出本夹具主要用来钻拔叉顶部d=6.5mm的小孔因为位置精度要求不高，后续还会有进一步的攻螺纹加工，也无表面粗糙度要求，故再本道工序加工时主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度 3.1.2夹具的设计①定位基准的选择此零件放在摇臂钻床上加工，刀具为6.5直柄短麻花钻由零件分析，选择零件的B面和F孔以及未攻螺纹的G孔，便可以采用一面两销的定位方式，限制6个自由度，达到完全定位②定位元件与夹紧元件的选择机床夹具设计手册，表2-1-3，选用可换定位销（GB 2204-80）图3.1 可换定位销（GB 2204-80）图3.2 可换定位销 B型（GB 2204-80）《机床夹具设计手册》，表2-1-3，压块选用槽面压块（GB 2172-80）图3.3 槽面压块（GB 2172-80）③钻套、衬套、钻模板及夹具体设计螺纹底孔的加工只需钻削加工就能满足加工要求。
考虑到钻套可能出现的磨损，故参照《机床夹具设计手册》，表2-1-46选用可换钻套（GB2264-80），当磨损就可更换与其装配的是钻套用衬套（GB2263-80），查表2-1-58可得起固定的是钻套螺钉（GB2268-80），查表2-1-60可得图3.4 可换钻套表3.1 可换钻套dDHhCr基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差6.5+0.028+0.01312+0.018+0.00722182010470.51.51.516图3.5 钻套用衬套表3.2 钻套用衬套dDHh基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差12+0.034+0.01618+0.023+0.012222041.5图3.6 钻套螺钉表3.3 钻套螺钉dL1d1Dd2LL0nt基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差M64+0.200+0.0509.5-0.040-0.130164.418101.52钻模板选用伸出式钻模板，用螺钉将其连接在夹具体上安装前先调整好位置然后用销定位，后用螺钉将其拧紧在夹具体上钻模板参见钻孔装配图④夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。
因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算由工序可知，本道工序只需钻螺纹底孔，所以孔的精度无需考虑由于是立钻，又是一面两销定位，在垂直方向可能存在偏转转角定位误差：图3.7 转角误差分析图除了上面的误差外，影响孔位置度的因素还有：1）、钻模板上装衬套孔的尺寸公差：2）、衬套与钻套配合的最大间隙：3）、钻套与钻头配合的最大间隙：4）、钻套的同轴度公差： ∴综合误差为：能满足零件要求⑤夹具体设计夹具体的设计参考钻孔夹具体零件图⑥夹具体设计 (1).夹紧力方向的选择1）夹紧力的方向应有利于工件的定位，而不能破坏定位为此一般要求主夹紧力应垂直指向第一定位基准面2）夹紧力的方向应尽量与工件刚度大的方向一致，以减小工件变形3）夹紧力的方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致，以减小所需的夹紧力根据以上夹紧力方向确定的基本原则，并结合本设计的夹具的实际情况做出如下分析：如图3.8所示，工件的定位面为左端面，并且是以左圆住端面为第一定位基准面来限制三个自由度，根据夹紧力方向应指向第一定位基准的原则可以确定本夹具的夹紧力方向应与工件圆柱轴线方向一致，并且工件在圆柱径向方向上的刚度明显比在轴线方向上的刚度小，根据夹紧离的方向应尽量与工件刚度大的方向一致，以减小工件变形的基本原则，本夹具的夹紧方向仍然为圆柱轴线方向上。
图3.8 夹紧力方向的选择(2).夹紧力作用点的选择夹紧力作用点应正对于支承元件所形成的稳定受力区域内，以保证工件已获得的位置不变夹紧力作用点应处于工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形夹紧力的作用点和支承点应尽量靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性，夹紧力作用点应尽量使各支承处的接触变形均匀，以减小加工误差图3.9 夹紧力作用点的选择根据以上夹紧力作用点的选择原则并结合本次设计的夹具的具体情况分析，如图3-9所示得：夹紧力作用点为工件圆柱右端面3).夹紧力大小的计算当在计算夹紧力的大小时，一般可以以最不利于夹紧时的状况为工件受力状况，分析作用在工件上的各种力，列出工件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需要的夹紧力式中： ——实际所需要的夹紧力，单位为N；K——安全系数，一般取1.5~2,取K=1.5；F——由静力平衡计算出的理论夹紧力，单位为N分析工件的受力状况时，除了夹紧力、切削力以外，工件还应该考虑重力，运动速度较大时还须要考虑离心力和惯性力的作用针对本设计的夹具夹紧装置的具体形式，如图3.10所示，通过分析得出楔槽式快速螺旋夹紧机构的夹紧力计算公式为式中: T——加在楔槽式夹紧机构上的夹紧转矩（N/m）；L——手柄上力的作用点到回转轴间的距离（m）， P——加在手柄上的外力（N），取150N；Q——夹紧力（N）；R——螺旋槽的作用半径（m），0.01m；——螺旋槽升角, ；——螺旋槽与定位销之间的摩擦角,。
图3.10 夹紧力计算 夹紧力可以由上式得出轴向力：由于钻削力方向与夹紧力方向垂直，因此滑动摩擦力满足加紧要求 3.2本章小结在本章是对夹具结构的设计和分析其精确度的阶段重点在于选择基准面将零件如何定位、夹紧在夹具体上在选择基准面时，主要参考已加工面，在此主要用到的是一面两销定位，一个圆柱销和一个削边销，他们分别穿过已加工过的长中心孔和另一待加工螺纹的孔，再由中心孔的一面定位，就使零件在夹具体上完全定位了，最后设计出夹具体4.零件成本估算 以下是零件加工过程中所用机床的使用价格 铣床 30元/时 钻床 20元/时 车床 25元/时 整个工艺过程中每道工序所用机床与时间表工序机动时间（min）同时加工零件数机床011.212立式铣床022.5162摇臂钻床031.7722卧式车床040.6822摇臂钻床054.8772立式铣床060.0671摇臂钻床070.251摇臂钻床由以上数据可以求出单个零件的加工成本为X：X=（1.21+4.877）*30/2/60+(（2.516+0.682）/2+0.067+0.25)*20/60+1.772*25/2/60 =2.53（元） 查资料得铸铁类材料零件费：5-6RMB/kg，HT200计算时取密度：，而且由三维软件建模计算得毛坯零件体积为276642，因此，材料成本费：（元）。
因此每个零件的总的加工成本为：2.53+9.68=12.21（元），整批零件成本为Z=12.21*2000=24420（元）25结束语本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了铣、车、钻、铰、攻螺纹、打毛刺等工序因为是中批量生产，工序相对而言比较分散，中间就可省去换刀具和调试的时间在每道工序中都有计算切削用量和工时在夹具设计中，先确定工件的基准，然后通过一面两销定位，将工件固定夹紧在夹具上在本次设计中已无大的问题，基本达到了要求只是在夹具的设计中没有能提出多种方案进行分析比较，有所不足参考文献[1] 金属机械加工工艺人员手册 赵如福主编 第三版 上海科学技术出版社 1997.2[2] 机床夹具设计手册 王光斗 王春福主编 第三版 上海科学技术出版社 2000.11[3] 机械设计课程设计 巩云鹏 田万禄等主编 东北大学出版社 2009.8[4] 机械精度设计与检测技术 陈隆德 赵福令主编 机械工业出版社 2000.8[5] 机械制造技术基础 贾振元 王福吉主编 科学出版社 2011.2[6] 机械制造工艺及专用夹具设计指导 孙丽媛主编 冶金工业出版社 2002.12[7] 机床夹具图册 孟宪栋 刘彤安主编 机械工业出版社 1991.4 。