夹具课程设计说明书

1机械制造技术课程设计题目：变速叉钻Φ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：李浩杰学号：2010094143030指导教师：王敏日期：2013年6月20日045.00192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……………………………………………………………………193一、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Φ045.0019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、课程设计说明数1份4二、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Φ045.0019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1624.00mm槽；金工2铣粗铣1624.00mm槽的两侧面；金工3铣粗铣Φ19045.00mm孔上端两端面金工4车1624.00mm槽1.5*450倒角金工5钻1、钻孔Φ18.5045.00mm；2、铰孔Φ19045.00mm；3、Φ19045.00mm孔倒角1*450金工6钻钻M10螺纹孔并倒角1200金工7攻螺纹攻螺纹M10；金工8铣粗铣Φ82.210mm孔端面金工59镗粗镗Φ81.710mm孔；金工10镗精镗Φ82.210mm孔；金工11车Φ82.210mm孔1*450倒角金工12铣精铣Φ82.210mm孔的两端面；金工13检验入库由工艺路线和零件图要求可知，主要是以Φ045.0019mm孔位为基准,来加工16mm槽,M10螺纹,槽的两侧面。对钻Φ045.0019mm孔的加工没有特殊要求，只有Φ045.0019mm孔的中心轴与Φ045.0019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。变速叉的结构较复杂，可以用于定位的平面有Φ19045.00mm孔两端面和Φ82.210mm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Φ19045.00mm孔两端面的支承板需要带凹槽。Φ19045.00mm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Z自由度，可以采用定位销进行定位。图2加工尺寸Φ045.0019mm表1零件工艺路线6三、定位方案设计3.1方案一以Φ28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(YXZ,,)，V形块共限制2个自由度（YX,），，定位销限制1个自由度(Z)。如图1-2所示：1.由零件的分析可得：定位方案和误差分析时主要考虑Φ045.0019mm孔的中心轴与Φ045.0019mm孔上端两端面12的线性定位尺寸要求，而计算所得的定位误差图3可定位平面分析图4定位方案一7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/T6414-1999《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IT11～14，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Φ38外圆的公差为0.62mm。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Φ38外圆的两个极限位置69.371d和31.381d，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。6.结论：定位误差=0.128mm0.4mm/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]。图5定位误差分析83.2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YX,自由度。虽然这个方案的定位基准与设计基准重合，水平方向X定位误差为0，在Y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。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。图6定位方案二俯视图93.4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（YX,）V形块32JB/T8018.1支承板1共同限制3个自由度(YXZ,,)支承板A12x120JB/T8029.1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(Z)定位销A20f7x22JB/T8014.2四、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，表2定位元件10可以迅速更换。根据工艺路线可知，此工序需要先钻孔Φ18.5045.00mm，再铰孔Φ19045.00mm，因此选用快换钻套。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=（2.5～3.5）dh=(0.7～1.5)d其中d等于所要钻的孔的直径则取H=47mm,h=15mm。图8钻套的安装图7导向装置设计114.3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。4.4钻套的选取标准件选用[4]可换钻套：钻套42G7x19g6x35（JB/T8045.2-1999）衬套：衬套A30x30（GB/T8045.4-1999）钻套螺钉：螺钉M8x6（GB5782-1999）图9导向装置的配合要求12五、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Φ38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。通过中间的调整螺钉和压紧块对工件Φ38外圆的侧平面进行压紧，再通过活节螺栓（GB/T798-1988）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Φ38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10夹紧机构132.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GB798-1988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。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)(1030mNKfdCMMYXMMM轴向力)(0NKfdCFFYXFFF其中M为切削扭矩，F为轴向力MMMYXC、、是常数，根据工件材料进行选取，FFFYXC、、是常数，根据工件材料进行选取。0d为钻头直径，f为走刀量。根据工件材料为20钢，可得到：求切削扭矩M：54.333MC；9.1MX；8.0MY求轴向力F：85.833FC；1FX；7.0FY图11压块压紧图12活节螺栓14且mmd190，rmmf/4.0带入上面公式，即可得：切削扭矩)(1030mNKfdCMMYXMMM)(104.01954.3338.09.1mN)(10.43mN轴向力)(0NKfdCFFYXFFF)(4.01985.8337.01N)(26.8342N则算出了钻Φ045.0019mm孔时的切削扭矩和轴向力分别为：切削扭矩)(10.43mNM轴向力)(26.8342NF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。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。在此分别对应的的是钻头的切削扭矩和轴向力。表3经典夹紧形式夹紧力计算