变速叉钻孔夹具设计-夹具设计-毕业设计

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1、机械制造技术课程设计 题 目：变速叉钻 孔夹具设计 院 别： 机 电 学 院 专 业：10机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2013年 6月20日 目录一、设计题目 1二、零件的分析 22.1 零件的作用 22.2 零件的工艺分析 2三、定位方案设计 43.1 方案一 43.2 方案二 63.3 方案的比较和选用 63.4 定位元件的选取 7四、导向装置设计 74.1导向装置的选用 74.2 钻套的安装 84.3 钻套的要求和配合 84.4 钻套的选用 9五、夹紧机构设计 95.1 夹紧机构的选用 95.2 夹紧元件的设计 105.3钻削力的计算 115.4 夹

2、紧力的计算 125.5 校核强度 135.6 夹紧元件的选用 14六、夹具体设计 15七、其他设计 167.1底面定位支承板的设计 167.2 带U槽的旋转板的设计17八、总装配图 17九、总结 19十、参考资料 19一、设计题目图1.1为CA10B解放汽车第四速及第五速变速叉（零件号831011），本次课程设计是设计孔专用钻床夹具。图1 变速叉零件图进度要求：17、18周两周。1、完成零件分析、绘制2、完成夹具设计、绘制总装图、零件图3、完成设计说明书，准备答辩4、最后一天答辩最后提交的资料：1、 零件图 1 张2、 夹具结构设计装配图 1 张3、 夹具结构设计零件图 1-2 张4、 课程设

3、计说明数 1 份二、 零件的分析2.1 零件的作用零件是解放汽车第四速及第五速变速叉,它位于变速箱中,主要重用是拨动变速箱中的齿轮,使汽车达到变速的目的。已知材料为20钢，毛坯为铸件，工件的工艺路线如表1所示，此次夹具设计任务是设计第5个工序：钻mm孔专用钻床夹具。2.2 零件的工艺分析零件的工艺路线如下表所示工序号工序名称工 序 内 容车间0毛坯1铣粗铣16mm槽；金工2铣粗铣16mm槽的两侧面；金工3铣粗铣19mm孔上端两端面金工4车16mm槽1.5*450倒角金工5钻1、 钻孔18.5mm；2、 铰孔19mm；3、 19mm孔倒角1*450金工6钻钻M10螺纹孔并倒角1200金工7攻螺纹

4、攻螺纹M10；金工8铣粗铣82.2mm孔端面金工9镗粗镗81.7mm孔；金工10镗精镗82.2mm孔；金工11车82.2mm孔1*450倒角金工12铣精铣82.2mm孔的两端面；金工13检验入库表1 零件工艺路线由工艺路线和零件图要求可知，主要是以mm孔位为基准,来加工16mm槽,M10螺纹,槽的两侧面。对钻mm孔的加工没有特殊要求，只有mm孔的中心轴与mm孔上端两端面有一个12的线性定位尺寸要求，因此定位方案和误差分析时主要考虑此要求。图2 加工尺寸mm变速叉的结构较复杂，可以用于定位的平面有19mm孔两端面和82.2mm孔两端面，但不在同一平面，需要用不同的支承元件去定位，其中定位19mm

5、孔两端面的支承板需要带凹槽。19mm孔的两侧刚好有两平面，因此可以采用一侧定位，另一侧夹紧的方案，左侧的平面较长，利于定位，但有一个凸块，因此采用V型块或采用支承钉的方式对左侧进行定位，对右侧进行夹紧。除了这些平面定位，还需要限制自由度，可以采用定位销进行定位。图3 可定位平面分析三、定位方案设计3.1 方案一以28外圆及端面和叉口外侧为定位基准，用V形块、支承板和定位销实现完全定位。其中两个支承板限制3个自由度()，V形块共限制2个自由度（），定位销限制1个自由度()。如图1-2所示：图4 定位方案一1.由零件的分析可得：定位方案和误差分析时主要考虑mm孔的中心轴与mm孔上端两端面12的线性

6、定位尺寸要求，而计算所得的定位误差需小于线性定位尺寸的公差的三分之一1，定位方案才可靠。2.由定位方案可得，线性定位要求主要由V型块限制，根据定位误差的两种计算方法1：1）分别求出基准位移误差和基准不重合误差，再求出代数和；2）根据设计基准的两个极限位置，根据几何关系求出两位置距离，投影到加工尺寸方向上来求出定位误差；由于此定位方案较复杂，因此选择第二种计算方法计算定位误差。3. 查标准GB/T 6414-1999大批量生产的毛坯铸件的公差等级可得：材料为钢且砂型铸造手工造型的毛坯的公差等级为IT1114，则在此将变速叉的毛坯尺寸设为14级（最低，公差最大），则V形块所定位的38外圆的公差为0

7、.62mm。4.由于定位要求没有给出公差，通过网络查询标准线性和角度尺寸未标注公差，查得线性尺寸12的公差为0.4mm，即该零件的线性定位尺寸的公差为0.4mm。5.如图所示，分别画出V型块限制的38外圆的两个极限位置和，而两圆在投影到加工尺寸方向（即水平方向），测量其距离，可以得到定位误差为=0.128mm。图5 定位误差分析6. 结论：定位误差=0.128mm 0.4mm/3,即定位误差小于线性定位尺寸的公差的三分之一，则该定位方案能够保证夹具的正确定位1。3.2 方案二方案二的思路与方案一的思路类似，但左侧不是以V型块定位，而是直接采用两个支承钉来定位，改用支承钉来限制自由度。虽然这个方

8、案的定位基准与设计基准重合，水平方向定位误差为0，在的定位会有较大的偏差，很难保证该方向的定位，对钻孔的中心度误差很大，且这方案不利于加紧，容易发生受力集中的情况。图6 定位方案二 俯视图3.3 方案的比较和选择从方案一和方案二的分析和误差分析结果可以看出：两个定位方案都能够保证主要线性定位尺寸12的定位（所得的定位误差都小于线性定位尺寸的公差的三分之一），但是方案二存在着垂直方向定位不准确且不利于压紧的缺点，第一种方案定位和压紧都比较可靠，因此最终选择第一种定位方案。3.4 定位原件选取4定位元件说明图示选型V形块V形块共限制2个自由度（）V形块 32JB/T 8018.1支承板1共同限制3

9、个自由度()支承板 A12x120JB/T 8029.1支承板2非标准件详看7-1 底面定位支承板的设计定位销限制1个自由度() 定位销 A20f7x22JB/T 8014.2表2 定位元件四、 导向装置设计4.1导向装置的选用钻床一般选用钻套作为导向装置，为便于钻套磨损后，或需要不同工步时，可以迅速更换。根据工艺路线可知，此工序需要先钻孔18.5mm，再铰孔19mm，因此选用快换钻套。图7 导向装置设计4.2 钻套的安装钻套在安装时，为了提高加工时的稳定性以及加工时的顺利排屑，对钻套高度H和排屑间隙h有一定的要求2：H=（2.53.5）d h=(0.71.5)d其中d等于所要钻的孔的直径则取

10、H=47mm,h=15mm。图8 钻套的安装4.3 钻套的要求和配合钻套的选取需要配合钻头的大小选取内孔d=19的尺寸，长度要配合钻套高度H和排屑间隙h。衬套和钻套螺钉的选取可以根据的钻套的选型进行相应的选取。此外，为了保证钻孔的精度和稳定性，对钻套、衬套和夹具体之间的配合有要求，并且钻套与夹具底面有垂直度要求3。由于此导向装置是用于刀具切削部分引导因此选定： 钻套与钻头的配合为G7/h6钻套与衬套的配合为H7/g6衬套与夹具体的配合为H7/n6由于工件加工孔对定位基面无特定的垂直度要求，因此将钻套轴心线对夹具安装基面的垂直度要求定为0.03。图9 导向装置的配合要求4.4 钻套的选取标准件选

11、用4可换钻套：钻套 42G7x19g6x35（JB/T 8045.2-1999）衬 套：衬套 A30x30 （GB/T 8045.4-1999）钻套螺钉：螺钉 M8x6 （GB 5782-1999）五、 夹紧机构设计5.1 夹紧机构的选择通过前面的零件分析和定位方案的选取，选定了以38外圆的右侧端面作为夹紧的面，考虑到此端面是圆形结构，因此采用压块压紧方式。考虑到工件的四周有定位零件及钻套等零件的限制，如果再用固定压板连接压板进行压紧的话，工件四周会形成封闭状态，因此，为了便于工件安装到夹具内，采用螺旋压板夹紧机构1，如图所示。图10 夹紧机构通过中间的调整螺钉和压紧块对工件38外圆的侧平面进

12、行压紧，再通过活节螺栓（GB/T 798-1988）和带U槽的旋转板(非标准)的配合，实现压板的旋转，使得工件能够从右侧放取。5.2 夹紧元件的设计1.压块的选型主要是通过38外圆的侧平面大小进行选取，并尽量保证V型块的中心线重合，选取顶面直径为14，螺纹为M8的压块；图11 压块压紧2.活节螺栓的选取是根据零件的的压紧范围选取的，由V型块、零件、压块和螺钉的位置，可选定上方的活节螺栓长度为115，下方的活节螺栓长度为140，再根据 GB 798-1988活节螺栓的标准的长度范围，上下都选取螺纹直径为16的活节螺栓。图12 活节螺栓3. 其他的螺栓和螺钉的选取，可以根据活节螺栓、压块的尺寸进行

13、选型。5.3钻削力的计算5根据高速钢标准钻头钻削力及功率的计算公式：切削扭矩 轴 向 力 其中 为切削扭矩，为轴向力 是常数，根据工件材料进行选取， 是常数，根据工件材料进行选取。 为钻头直径，为走刀量。根据工件材料为20钢，可得到： 求切削扭矩M：；求轴向力F：；且 ，带入上面公式，即可得：切削扭矩 轴 向 力 则算出了钻mm孔时的切削扭矩和轴向力分别为：切削扭矩 轴 向 力 5.4 夹紧力的计算6如下表2所示是经典的夹紧形式夹紧力的计算公式，这种方式刚好与上述的V型块定位，压板夹紧工件的情况相同。表3 经典夹紧形式夹紧力计算公式 如表所示，有两种危险情况会破坏加工：工件转动和工件移动。在此

14、分别对应的的是钻头的切削扭矩和轴向力。因此将夹紧力分为两部分计算：1） 防止工件转动计算公式：2） 防止工件移动计算公式：其中 -工件和压板间在圆周方向的摩擦系数； -工件与V形块间在圆周方向的摩擦系数； -工件与压板间在轴向方向的摩擦系数； -工件与V形块间在轴向方向的摩擦系数； -定位外圆的直径； -V形块的工作面的夹角； -安全系数，应不小于2.5已知 根据工件材料是20钢，V形块材料也为20钢，压块材料为45钢，网上查询材料相互间的摩擦系数，得：可算出夹紧力和：则最终确定所需要的夹紧力为：5.5 校核螺栓的强度7由所需要夹紧力可求出螺钉和压块的强度是否符合要求。图13 压块和螺钉校核由

15、于压块和螺钉主要受压，则要校核其屈服强度，使其不超过压块和螺钉的屈服极限，具体计算如下:其中A1、A2是压块和螺钉的接触面积，并且压块和螺钉选用的材料都是45钢，通过查GB/T699-1999标准，规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16，断面收缩率为40，冲击功为39J。则在此设计是安全的，夹紧方式可靠。5.6 夹紧元件的选取4压 块：压块 A8 （GB/T 8009.1）调整螺钉：螺钉 M8x35 （GB 67-85）活节螺栓：螺栓 M16X115 （GB 798-2000）螺 栓：M16X140 （GB 798-2000）螺 母：M16 （JB 8004.1

16、） M16X1.5 （GB/T 6171）带U槽的旋转板：非标准件，详看7-2 带U槽的旋转板的设计六、夹具体设计图14 夹具体设计设计的要点和依据1有：1.本夹具体毛胚采用铸造的制造方法,易于加工，抗压强度和抗震性较好，由于对材料无特殊要求，因此材料选用HT200；2.结构形式采用半开式，便于工件的装卸、便于制造装配和检验，安装基面形式采用两端接触，能提高夹具安装精度和减少加工面积；3.夹具体安装各元件，为减少加工面积，一般铸造出35mm凸台，在此设计3mm的凸台，如图所示，共四处地方；4.铸造结构壁厚一般选取830mm，为了保证强度和避免受力集中，应保证壁厚均匀，且由于有M16的螺纹孔，因

17、此选取30mm的壁厚；5.钻床的夹具体不需要安装另外的定位元件来确定夹具在工作台的位置，这一任务由夹具上的钻套完成；6.已经在夹具体的左右两端留有压板的夹紧位置，因此不再设计耳座；7.在夹具体的两侧是各有一个台阶，这个台阶的设计是用于安装活节螺栓，保持壁厚均匀。8.夹具体上的通孔、螺纹孔都是根据所装元件的要求来设计的。9.技术要求有：1）铸件不得有裂纹、气孔、砂眼、缩松、夹渣等铸造缺陷，浇口、冒口、结疤、粘砂应清除干净。2）铸件在机械加工前应经时效处理。3）未注明的铸造圆角R3mm。4）未注倒角1x45。七、其他设计7.1底面定位支承板的设计图15 底面定位支承板定位孔底面时，需要使用支承板进

18、行定位，但是由于定位的高度较高，且要求钻通孔，因此设计此底面定位支承板，要求同时满足高度要求，并且在中心有足够的空间进行钻孔。顶面的设计主要是针对底孔的底面尺寸，可设计成矩形，也可以设计成圆柱形，高度是根据尺寸在夹具上的定位高度来设计的，也要在中间加工一个凹槽或圆柱孔，便于钻通孔，通过螺钉与夹具体进行连接。7.2 带U槽的旋转板的设计图16 带U槽的旋转板此零件用于螺旋压板夹紧机构，起到一个连接活节螺栓和安装顶块的作用，并且还设计了一个U形槽，便于活节螺栓与旋转板的分离，实现工件的顺利放取。U形槽与右边螺纹孔根据与其配合的活节螺栓尺寸设计，中间的螺纹孔根据压块所用螺钉尺寸设计。八、总装配图当上

19、述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式，如图17所示，夹具行成框式结构，刚性较好。最后绘制夹具总图（图17）并按要求标注夹具有关的尺寸、公差和技术要求。技术要求：1.零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、砂粒、灰尘和油污等，并应符合相应清洁度要求。2.未注圆角半径为R35mm；3.未注倒角1x45。图17 总装配图九、总结经过这一次的课程设计，还有之前的机械设计等课程设计，使得我对于设计有了属于自己的心得，也渐渐找到了方法，我觉得做设计最好的方法就是要够认真，够严谨，够细心，这次的课程设计我掌握夹具的设计方法以及如何去分析一个零件的加工过程和相应夹具的设计技能，让我受益良多。最后，感谢王敏老师的辛勤付出和耐心指导，谢谢老师！十、参考资料1 卢秉恒主编.机械制造技术基础（第3版）.机械工业出版社；2 崇凯主编.机械制造技术基础课程设计指南.化学工业出版社；3 邹青、呼永主编.机械制造技术基础课程设计指导教程.机械工业出版社；4 浦林祥主编.金属切削机床夹具设计手册.机械工业出版社；5 林文焕、陈本通主编.机床夹具设计.国防工业出版社；6 吴拓、方琼珊主编.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导.机械工业出版社；7 单辉祖主编.材料力学教程.高等教育出版社；21