機床夾具設計說明書“副變速撥叉”零件“鉆Ф8.7孔”工序的夾具設計全套圖紙加V信153893706或扣3346389411姓名：學號：班級：18機制1班指導教師：學院：機械電氣工程學院2021年11月

目錄一、工序設計 31.選擇加工設備與工藝裝備 32.確定工序尺寸 5二、切削用量、工時定額的計算 7工序1 7工序2 9工序4 11三、夾具總體設計 131.定位方案 132.夾緊機構 153.對刀裝置/導向裝置 174.夾具與機床連接元件 195.夾具體 206.使用說明 227.結構特點 228.夾具中標準件清單 239.夾具裝配總圖 23四、設計總結 23五、參考文獻 24六、心得體會 24一、工序設計1.選擇加工設備與工藝裝備（1）選擇機床選擇機床時,應注意以下幾個基本原則：機床的加工尺寸范圍應與工件的外形尺寸相適應。機床的精度應與工序要求的精度相適應。求過高，沒有適當的設備可供選擇時，應考慮機床改裝或設計專用機床。根據以上原則，選擇機床如下：1、2、4、5、6、7、8、9、10均為粗銑。上述工序中所涉及到的加工表面的大，X51型立式銑床即可滿足要求（5-78）。3、11Z525（5-71）。12、13、14、15（16Z525型立式鉆床（5-71）。（2）選擇夾具（（（調整有缺陷的夾具以及適合小批量零件的加工夾。（3）選擇刀具工序號加工表面所選刀具1粗銑70上端面高速鋼端銑刀2粗銑70下端面高速鋼端銑刀3鉆φ14內孔硬質合金直柄麻花鉆4粗銑叉頭左內側面高速鋼端銑刀5粗銑叉頭右內側面高速鋼端銑刀6粗銑叉頭左端面高速鋼端銑刀7粗銑叉頭右端面高速鋼端銑刀8粗銑槽內左面鑲齒三面刃銑刀9粗銑槽內右面鑲齒三面刃銑刀10粗銑槽底面鑲齒三面刃銑刀11鉸φ14內孔鉸刀12半精銑叉頭左端面高速鋼端銑刀13半精銑叉頭右端面高速鋼端銑刀14半精銑槽內左面高速鋼端銑刀15半精銑槽內右面高速鋼端銑刀16鉆φ8.7孔硬質合金直柄麻花鉆（4）選擇量具，φ14H9孔，由于精度要求高，加工時每5-117，根據孔徑可選三牙鎖緊式圓柱塞規（GB/T6300-1986）。02.確定工序尺寸（1）計算過程確定工序尺寸L0、L1、L2、L3。該尺寸在工序中應達到零件圖樣的要求，即：L0=50.5±0.15mm；L1=5mm；L2=70mm；L3為70上端面距離Ф8.7孔軸線的大小。構成如下尺寸鏈：其中，L0為封閉環，L1、L3為減環，L2為增環。即L0ESEI代入數據得：L3=14.5；ES3=0.15；EI3=-0.15，最終確定L在計算各端面的工序加工余量時對工序1、2。加工70的上下端面（雙側）F=70，查表得CT=3.2，即R=70+2×1+3.22=73.6，即每一個端面的總加工余量為1對于工序4、5。加工粗銑叉頭寬度為40的內表面（內腔）F=40，查表CT=2.8,R=40-2×1-2.82=36.6，即每一個端面得總加工余量為1.7。查表5-33，各種加工方法的加工經濟精度得，粗銑的經濟精度為IT9-IT13，選取經濟精度為IT12，查表5-34（2）工序尺寸列表圓柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精Ф8.7孔8.7無無Ф無無25各端面的工序加工余量工序加工表面總加工余量工序加工余量1粗銑70上端面1.8mm0.3mm2粗銑70上端面1.8mm0.3mm4粗銑叉頭左內側面1.7mm0.18mm5粗銑叉頭左內側面1.7mm0.18mm二、切削用量、工時定額的計算工序1（1）切削用量本工序為粗銑Ф24圓柱面的上端面，保證粗糙度Ra25。因為加工余量較小，表面粗糙度要求較低，粗銑一次即可達到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料為KHT350-10，零件為鑄件，選擇加工機床為立式銑床（X51）查表5-78，機床X51的功率為4.5KW，。選擇銑刀為端銑刀,選擇銑刀直徑d0=80mm，齒數z=12。刀具材料為高速鋼，查表5-151選擇：端銑刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，過渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齒螺旋角β=20°。根據高速鋼端銑刀加工可鍛黑心鑄鐵，查表5-152查得每齒進給量為fz=0.20~0.30mm/z，現取fz=0.3mm/z。銑刀直徑d0=80mm，端面銑刀，查表5-157，可知刀具平均使用壽命T=180min。確定切削速度。根據表2-17中計算公式:vc式中，Cv=43.1，qv=0.25，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.15，pv=0.1，m=0.2，T=180，fz=0.3，d0=80，z=12，ap=1.6，ae=24，查表2-9得修正系數kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，計算得vc根據切削速度確定機床轉速，根據公式：νc式中，vc=104.8，?0=80，代入上式計算查表5-79，選擇X51立式銑床主軸轉速的標準值，即n=300r/min，根據機床主軸的實際轉速，最終根據確定實際切削速度vc校驗機床功率。由表2-18中計算公式：F式中，CF=30，xF=1.0，yF=0.72，uF=0.86，wF=0，qF=0.86，d0=80，n=380，fz=0.3，ap=1.6，z=12，ae=24，查表2-9得修正系數kkrFc=0.81，kmFc=1.14由表2-18中計算公式：Pc=Fcvc1000，帶入數據得Pc即機床：X51，主軸轉速300r/min，實際切削速度（2）工時定額計算：基本時間：由表2-28可查，銑削機動時間計算公式：T其中l=24，l1=0.5d-d2-ae2+1~3，l2=1~3，d=80，ae=24（3）本工序切削用量及基本時間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s11.63.31.351.8工序2（1）切削用量本工序為粗銑Ф24圓柱面的上端面，保證粗糙度Ra25。因為加工余量較小，表面粗糙度要求較低，粗銑一次即可達到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料為KHT350-10，零件為鑄件，選擇加工機床為立式銑床（X51）查表5-78，機床X51的功率為4.5KW，。選擇銑刀為端銑刀,選擇銑刀直徑d0=80mm，齒數z=12。刀具材料為高速鋼，查表5-151選擇：端銑刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，過渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齒螺旋角β=20°。根據高速鋼端銑刀加工可鍛黑心鑄鐵，查表5-152查得每齒進給量為fz=0.20~0.30mm/z，現取fz=0.3mm/z。銑刀直徑d0=80mm，端面銑刀，查表5-157，可知刀具平均使用壽命T=180min。確定切削速度。根據表2-17中計算公式:vc式中，Cv=43.1，qv=0.25，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.15，pv=0.1，m=0.2，T=180，fz=0.3，d0=80，z=12，ap=1.6，ae=24，查表2-9得修正系數kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，計算得vc根據切削速度確定機床轉速，根據公式：νc式中，vc=104.8，?0=80查表5-79，選擇X51立式銑床主軸轉速的標準值，即n=300r/min，根據機床主軸的實際轉速，最終根據確定實際切削速度vc校驗機床功率。由表2-18中計算公式：F式中，CF=30，xF=1.0，yF=0.72，uF=0.86，wF=0，qF=0.86，d0=80，n=380，fz=0.3，ap=1.6，z=12，ae=24，查表2-9得修正系數kkrFc=0.81，k由表2-18中計算公式：Pc=Fcvc1000，帶入數據得Pc即機床：X51，主軸轉速300r/min，實際切削速度（2）工時定額計算：基本時間：由表2-28可查，銑削機動時間計算公式：T其中l=24，l1=0.5d-d2-ae2+1~3，l2=1~3，d=80，a（3）本工序切削用量及基本時間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s11.63.31.351.8工序4（1）切削用量本工序為粗銑副變速撥叉叉頭左內側面，保證粗糙度Ra12.5。因為加工余量較小，表面粗糙度要求較低，粗銑一次即可達到加工要求，即ap=1.6mm，ae=24mm。已知加工零件材料為KHT350-10，零件為鑄件，選擇加工機床為立式銑床（X51）查表5-78，機床X51的功率為4.5KW，。選擇銑刀為端銑刀,選擇銑刀直徑d0=80mm，齒數z=12。刀具材料為高速鋼，查表5-151選擇：端銑刀前角γ0=10°，主偏角kr=90°，過渡刃偏角kre=30°，副偏角kr’=2°，刀齒螺旋角β=20°。根據高速鋼端銑刀加工可鍛黑心鑄鐵，查表5-152查得每齒進給量為fz=0.20~0.30mm/z，現取fz=0.3mm/z。銑刀直徑d0=80mm，端面銑刀，查表5-157，可知刀具平均使用壽命T=180min。確定切削速度。根據表2-17中計算公式:vc式中，Cv=43.1，qv=0.25，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.15，pv=0.1，m=0.2，T=180，fz=0.3，d0=80，z=12，ap=1.7，ae=6，查表2-9得修正系數kkrv=0.87，kMV=0.66，ksv=0.8。代入上式中，計算得vc根據切削速度確定機床轉速，根據公式：νc式中，vc=128.16，?0=80查表5-79，選擇X51立式銑床主軸轉速的標準值，即n=490r/min，根據機床主軸的實際轉速，最終根據確定實際切削速度vc校驗機床功率。由表2-18中計算公式：F式中，CF=30，xF=1.0，yF=0.72，uF=0.86，wF=0，qF=0.86，d0=80，n=490，fz=0.3，ap=1.6，z=12，ae=24，查表2-9得修正系數kkrFc=0.81，kmFc由表2-18中計算公式：Pc=Fcvc1000，帶入數據得Pc即機床：X51，主軸轉速490r/min，實際切削速度（2）工時定額計算：基本時間：由表2-28可查，銑削機動時間計算公式：T其中l=18，l1=0.5d-d2-ae2+1~3，l2=1~3，d=80，ae（注：工序5為粗銑副變速撥叉叉頭右內側面，其切削速度、機床主軸的選擇、工時定額的計算等與工序3中計算過程相同）（3）本工序切削用量及基本時間列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s11.70.32.058.171.4三、夾具總體設計1.定位方案（1）定位方案設計本次的夾具設計是正對加工Ф8.7的孔，在對鉆該孔進行加工前已經對其他表面進行了加工，鉆孔工序為最后的一道機加工工序，因此，定位、夾緊方案有:=1\*ROMANI：選底平面、工藝孔和大頭孔定位，即一面、心軸和棱形銷定位，夾緊方式選用螺母在心軸上夾緊。該心軸需要在上面鉆孔，以便刀具能加工工件上的小孔。=2\*ROMANII：選一面兩銷定位方式，工藝孔用短圓柱銷，用棱形銷定位，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。經過分析比較及結合老師的建議，選擇方案中的心軸定位、螺旋夾緊機構，但又區別與方案=1\*ROMANI的是將菱形銷更換為圓柱銷，經過對其自由度定位的分析，發現不會導致過定位的情況。零件圖中對孔的的加工沒有位置公差要求，所以我們選擇芯軸與工件接觸面和兩孔為定位基準來設計鉆模，從而滿足孔的加工要求。工件定位用一面和兩孔定位，配合螺旋夾緊機構共限制6個自由度。加工孔，直徑d=8.7mm加工孔，直徑d=8.7mm（2）定位方案草圖（3）定位誤差計算夾具的主要定位元件為一芯軸分別與一平面和固定圓柱銷相互配合限制工件六個自由度。工件的工序基準為Φ14，使用螺旋夾緊機構。考慮到在實際加工過程中為避免菱形銷在安裝過程中安裝位置不正確導致的誤差，在鉆Ф8.7的孔專用夾具中，將菱形銷更換為圓柱銷，由于加工工件的撥叉頭部為開口，因此不會導致工件出現過定位的情況來表示。其數值大小為工件的工序基準沿工序尺寸方向上發生的最大偏移量。它由定位基準與工序基準不重合引起的基準不重合誤差=1\*GB3①兩定位銷間的誤差Δ其中，L為兩孔的中心距，利用零件圖計算得L=65mm;D1max、D2max為工件與兩圓柱銷配合孔得最大直徑，查孔軸極限偏差數值表得：D1maxd1min、d2mind1min=14-0.027=13.973；代入上式計算得ΔDw=2\*GB3②磨損造成得加工誤差：ΔM通常不超過0.005mm；=3\*GB3③夾具相對刀具位置誤差：ΔD取0.01mm；=4\*GB3④夾緊誤差可忽略不計；綜上計算結果：轉角誤差為ΔDw誤差總和：ΔM從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。2.夾緊機構（1）夾緊方案設計螺旋機構結構簡單、夾緊行程大，具有增力比大(擴力比為60-100)、自鎖性能好兩大特點，為了減少夾緊和松開工件用時（輔助時間），使用快速裝卸螺旋夾緊機構。快速人工夾緊，調節夾緊力調節裝置，即可指定可靠的夾緊力。（2）夾緊方案草圖（3）夾緊力計算與校驗選用機床為Z525，刀具為硬質合金鋼。查表2-15，可知公式為:切削力Ff=C扭矩M其中，CF=320；zF=1.2；yF=0.75；f=0.1；d0=8.7；kmF=(CM=0.098；zM=2.2；yM=0.8；k查表3-6，常見加緊形式所需得夾緊力，由于此定位加工方案的夾緊力是與切削力方向垂直的，因此采用所需夾緊力計算公式為：F其中，查表3-7，選取f1=0.7；f2=0.16；考慮到加工時的安全因素，不能對人或者機器產生損壞，且考慮Z525在加工Ф8.7的孔是屬于連續切削，因此參照書中給定的安全系數值，最終取K=1.6查機械制造工藝書可知螺旋夾緊力得計算公式為：F查表計算選擇可知：γ'=6.22；螺紋中徑d0=11.188；φ1=9°50'；φ2=9°；α=2綜上計算實際螺旋夾緊力Fj=47133.758N>>所需夾緊力F故夾具夾緊方法可靠，可以使用。芯軸強度校核為避免手工計算出錯，采用有限元分析軟件ANSYS對芯軸的強度進行校核，由于Ф8.7的孔為不鑄出孔，因此在加工過程中，芯軸承受的力來自兩個方向，分別是沿軸向的夾緊力以及與軸垂直的切削力，其中給定夾緊力為Fj=47133.758N，切削力為Ff=1015N，使用ANSYS對邊界條件設定后，求出其變形結果根據有限元分析結果可知，對芯軸的設計還需再優化，最終，在芯軸通孔的兩側將圓柱直徑增加到14mm，這樣既可以提高加工孔是夾具的穩定性，也可以提升芯軸的強度，同時考慮到提供夾緊力遠遠大于所需的夾緊力，因此可以進一步降低提供的夾緊力，這樣就可以綜合提升加工孔的精度要求。3.對刀裝置/導向裝置（1）設計說明因為我們需要用鉆床去加工Φ8.7快換鉆套（JB/T8045.3-1999），鉆套磨損后，可以迅速更換。夾具設計技術經濟性較好，易于維修成，本較低。（2）對刀裝置/導向裝置二維工程圖4.夾具與機床連接元件（1）設計說明因為加工此零件選用的機床為Z525型立式鉆床，其相關技術參數如下：從工作臺T型槽中心到導軌距離為150mm，主軸軸線到導軌面距離為250mm，Z525T200mm狀尺寸如下圖所示：T型螺栓固定，具體如下：T型槽尺寸，選擇公稱尺寸為M12T型槽快卸螺栓（JB/T如下圖所示：T在夾具體上表面和下表面分別有凸臺，在進行機加工時只需要加工凸臺即可，節省加工時間，加工成本較低，具體結構尺寸如下圖：（2）夾具與機床連接元件二維工程圖5.夾具體（1）設計說明具體上。我所設計的加工工序的專用夾具需要一個芯軸166mm160mm140mm。選擇夾具體通過鑄造得到，因為鑄造容易加工，抗壓強度和抗振性好。為了減輕重量，底部我們采用周邊接觸結構。（2）夾具體二維工程圖6.使用說明（1）快換鉆套使用說明首先本夾具是專用快換式鉆模，用于加工副變速撥叉上Φ8.7，長51mm的孔，在大批大量生產中，為了克服固定鉆套磨損后無法更換的缺點，因此使用快換鉆套。可換鉆套凸緣上銑有臺肩，鉆套螺釘的臺階形頭部壓緊在臺肩上從而防止可換鉆套轉動。擰去螺釘，便可取出可換鉆套。采用可換鉆套的鉆模板，為避免鉆套與夾具體和鉆模板的直接接觸影響其精度，在安裝可換鉆套處應專門配裝一個襯套，可換鉆套就裝在襯套中。（2）夾具體裝配說明進入裝配的零件及部件（包括外購件、外協件），均必須具有檢驗部門的合格證方能進行裝配。零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、油污、著色劑和灰塵等。裝配前應對零、部件的主要配合尺寸，特別是過盈配合尺寸及相關精度進行復查。（3）夾緊方案選擇說明夾具使用螺旋快速裝卸夾緊機構，擴力比大，拆卸方便。7.結構特點在前面的定位誤差計算結果中可知本夾具的定位方法和夾緊方案是滿足本工序的加工精度要求的。在設計夾具的過程中，考慮到經濟分析的合理性，更多的采用標準件會很大程度上降低夾具的制造成本，提升裝配精度，這會進一步的提高工件的加工精度，同時也會一定程度的提升經濟效益，因此本夾具使用的標準件數量較多，經濟性較好，安裝方便，如有損壞更換簡單，成本較低。8.夾具中標準件清單夾具中使用標準件清單如下：序號名稱件數材料備注1內六角螺釘24