制定分离叉轴的加工工艺设计钻φ9锥孔的钻床夹具.docx
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制定分离叉轴的加工工艺设计钻φ9锥孔的钻床夹具
哈尔滨理工大学
机械制造工艺学
课程设计说明书
设计题目制定分离叉轴的加工工艺，设计钻φ9锥孔的钻床夹具（生产纲领：
中批生产）
班别______________
设计者______________
指导教师______________
评定成绩______________
设计日期年月日至月日
目录
设计任务书………………………………………………………
课程设计说明书正文……………………………………………
序言………………………………………………………………
一、零件的分析…………………………………………………
二、工艺规程设计………………………………………………
（一）确定毛坯的制造形式……………………………………
（二）基面的选择………………………………………………
（三）制定工艺路线……………………………………………
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………
（五）确定切削用量及基本工时………………………………
三、专用夹具设计………………………………………………
（一）设计主旨…………………………………………………
（二）夹具设计…………………………………………………
四、课程设计心得体会…………………………………………
参考文献…………………………………………………………
机械制造工艺学课程设计任务书
设计题目指定分离叉轴的加工工艺，设计铣R4槽的铣床夹具（生产纲领：
中批生产）
设计内容：
1.绘制加工工件图，计算机绘图1张
2.制定零件的加工工艺过程2张
3.填写零件加工工艺过程卡1张
4.所有工序的工序卡1套
5.夹具设计装配图1份
6.夹具设计零件图1～2张
7.课程设计说明书1份
班别______________
设计者______________
指导教师______________
教研室主任______________
年月日
序言
机械制造技术课程设计是在学完机械制造工艺、金属切削原理与刀具、机床夹具设计等课程内容，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学实践环节。
它要求学生全面地综合运用本课程及其先修课程的理论和实践知识进行工艺及结构的设计，对所学各课程的一次深入的综合性的链接。
因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。
课程的内容包括设计零件的加工工艺规程和夹具设计。
加工工艺规程是指导生产的主要技术文件，是生产组织和管理工作的基本依据，是技术交流的重要文件。
零件在工艺规程制定之后，就要按工艺规程顺序进行加工，加工中除了需要机床、刀具、量具外，成批生产时还要用机床夹具。
它们是机床和工件之间的联结装置，使工件相对于机床或刀具获得正确的位置。
机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度，所以机床夹具设计是装备设计中一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。
一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给定的零件是分离叉轴（见图1-1），它位于变速箱中。
拨叉零件主要用在操纵机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合、断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。
而分离叉轴的作用是用于安装拨叉零件，主要用来传递旋转运动和扭矩，支撑拨叉零件并对拨叉零件的轴向运动起导向作用。
分离叉轴的中间部分有两个宽度为80-0.036、长度为41a、高度为4+0.10的键槽，主要用于联接分离叉轴与轴上的零件，起传递扭矩和轴向移动时导向的作用。
零件上还有一个Ф9的锥孔。
（二）零件的工艺分析
分离叉轴共有两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求。
现分析如下：
1.Φ28-0.065-0.117外圆表面为中心的加工表面。
图1-1产品零件图
这一组加工表面包括：
Φ28-0.065-0.117的外圆表面及倒角，尺寸为500mm的与Φ28-0.065-0.117外圆表面相垂直的平面，Φ27-0.05-0.2.的外圆表面及倒角，还有分离叉轴的两个端面。
其中主要加工表面为Φ28-0.065-0.117和Φ27-0.05-0.2.的外圆表面。
2.一锥孔为中间的加工表面。
这一组加工表面包括：
两个宽度为80-0.036、长度为41a、高度为4+0.10的键槽，一个直径为Ф9的锥孔。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：
（1）Φ28-0.065-0.117的圆柱表面与基准线A—B的径向全跳动公差。
（2）宽度为80-0.036的键槽与Φ28-0.065-0.117轴中心线的对称度公差。
由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。
二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
考虑到该零件主要用于离合器和减速器变速箱中经常变速，有一部分轴段还需要高频淬火,零件在工作过程中经常承受交变扭矩载荷及冲击性载荷，所以零件材料应该为45钢，保证零件工作可靠。
由于零件中批生产，而且零件的形状简单，尺寸不大，故可以采用棒料毛坯。
这对于提高生产率、降低成本，保证加工质量也是有利的。
（二）基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。
否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。
1.粗基准的选择
按照有关粗基准的选择原则（即以重要表面、加工余量少的表面作为粗基准），现选取直径为Φ28-0.065-0.117的外圆的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用车床三抓自定心卡盘夹持Φ28-0.065-0.117的外轮廓作为定位面钻中心孔。
2.精基准的选择
加工Φ28-0.065-0.117外圆表面和Φ27-0.05-0.2.的外圆表面时以中心孔作为精基准，这样可以保证两外圆表面轴线重合。
加工两键槽和锥孔时利用一组共两个短V形块支撑Φ28-0.05-0.2.的外圆表面作为主要定位面，以消除
、
、
、
四个自由度，再用轴的一个端面消除
自由度，保证键槽铣刀轴线与分离叉轴轴线垂直加工键槽；加工完键槽再以键槽定位消除
自由度，保证键槽位置与锥孔垂直，达到完全定位，加工锥孔。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以采用专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。
工艺路线方案：
工序1：
采用棒料毛坯，下料。
工序2：
校直处理。
工序3：
车端面，打中心孔。
选用C6140卧式车床加工。
工序4：
粗车Φ28-0.065-0.117外圆、粗车Φ27-0.05-0.2.外圆及倒角1*45。
车床。
工序5：
调质。
工序6：
校直处理。
工序7：
粗磨Φ28-0.065-0.117外圆、粗车Φ27-0.05-0.2.外圆。
工序8：
铣两个键槽。
以Φ28-0.065-0.117外圆表面和一端面定位，选用X63卧式铣床加工。
工序9：
去毛刺。
工序10：
钻锥孔。
以Φ28-0.065-0.117外圆表面、一端面定位和键槽定位，选用Z535立式钻床加工。
工序11：
局部表面高频淬火处理。
工序12：
校直处理。
工序13：
磨Φ28-0.065-0.117外圆、粗车Φ27-0.05-0.2.外圆。
工序14：
清洗。
工序15：
检验。
工序16：
包装，入仓库。
以上工艺过程详见附表1机械加工工艺过程卡片和附表2机械加工工序卡片。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“分离叉轴”零件材料为45钢，硬度为HB255～285，生产类型为中批生产，可采用模锻毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.外圆表面（Φ28-0.065-0.117mm及Φ27-0.05-0.2.mm）
考虑其加工长度为500mm，直径基本尺寸为Ф28mm，与其连接的外圆表面直径基本尺寸为Ф27，为简化模锻毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为Ф30mm。
Φ28-0.065-0.117外圆表面粗糙值要求为Ra0.8um，所以要求精加工，此时直径余量2Z=2mm已满足加工要求，Φ27-0.05-0.2.mm亦满足要求，所以毛坯直径为Φ30mm。
2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量。
长度方向的余量查《工艺手册》表2.2～2.5，其余量值规定为2.0～2.5mm，现取为2.0mm。
所以，棒料毛坯下料时，棒料毛坯长度为522mm。
（五）确定切削用量及基本工时
工序3：
车端面，打中心孔。
1）确定端面最大加工余量：
已知毛坯长度方向的加工余量为2mm，可一次加工，a
=3mm计。
2）确定进给量f：
根据《切削用量简明手册》（第3版）（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm，a
≤3mm以及工件直径为60mm时
f=0.5～0.7mm/r；
按CA6140车床说明书取f=0.51mm/r（参见表3-9）。
3）计算切削速度：
按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。
v
=cvTmapxvfyvkv
式中，C
=242，m=0.2,T=60,x
=0.15,y
=0.35。
kv见《切削手册》表1.28，即k
=1.44,k
=0.8,k
=1.04,k
=0.81,k
=0.97
所以v
=242600.2×20.15×0.510.35×1.44×0.8×1.04×0.81×0.97m/min=163m/min
4）确定机床主轴转速：
n
=1000Vcπdw=1000×163÷（π×30）=1729r/min
4）计算切削工时：
按《工艺手册》表6.2-1，取
L=30/2=15mm,L1=2mm,L2=0,L3=0
t
=L+L1+L2+L3nwfi=15+21729×0.5×2min=0.04min
工序4：
粗车Φ28-0.065-0.117外圆、粗车Φ27-0.05-0.2.外圆及倒角1*45。
1）粗车Φ28-0.065-0.117外圆面。
（1）背吃刀量：
粗车单边余量Z=0.8mm，可一次切除。
（2）进给量：
根据《切削手册》表1.4，选用f=0.5mm/r。
（3）计算切削速度：
见《切削手册》表1.27
v
=cvTmapxvfyvkv
式中，C
=242，m=0.2,T=60,x
=0.15,y
=0.35,k
=1.44,k
=0.81
于是v
=242600.2×0.80.15×0.50.35×1.44×0.8×0.81×0.97m/min
=217.5m/min
（4）确定主轴转速：
ns=1000vcπdw=1000×217.5π65r/min=1065r/min
（5）切削工时：
t=l+l1+l2nf
式中，l=500，l1=4，l2=0，
所以t=l+l1+l2nf=500+41065×0.5min=0.95min
2）粗车Φ27-0.05-0.2.外圆及倒角1*45。
背吃刀量：
粗车单边余量Z=0.8mm，可一次切除。
进给量：
根据《切削手册》表1.4，选用f=0.5mm/r。
切削速度：
见《切削手册》表1.27
v
=cvTmapxvfyvkv
式中，C
=242，m=0.2,T=60,x
=0.15,y
=0.35,k
=1.44,k
=0.81
于是v
=242600.2×1.30.15×0.50.35×1.44×0.8×0.81×0.97m/min
=133.8m/min
确定主轴转速：
ns=1000vcπdw=1000×133.8π65r/min=655r/min
切削工时：
t=l+l1+l2nf
式中，l=18，l1=4，l2=0，
所以t=l+l1+l2nf=18+4655×0.5min=0.04min
工序8：
铣两个键槽。
fz=0.08mm/齿（参考《切削手册》表3-3）
切削速度：
参考有关手册，确定v=0.45m/s，即27m/min。
采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=8mm，齿数z=20。
则
ns=1000vπdw=1000×278×πr/min=1074r/min
现选用X63卧式铣床，根据机床说明书，取n
=1000r/min，故实际切削速度为v=πdwnw1000=π×8×10001000m/min=25.1m/min
当n
=1000r/min时，工作台的每分钟进给量f
应为
f
=f
zn
=0.08×20×1000mm/min=1600mm/min
查机床说明书，刚好有f
=1600mm/min，故直接选用该值。
切削工时：
利用作图法，可得出铣刀的行程l+l
+l
=45mm。
因此，机动工时为t
=l+l1+l2fmi=451600×2min=0.056min
工序10：
钻Ф9锥孔。
f=0.41mm/r（见《切削手册》表2.7）
v=12.25m/min（见《切削手册》表2.13及表2.14，按5类加工性考虑）
n
=1000×12.25π×9r/min=430r/min
按机床选取n
=430r/min（按《工艺手册》表4.2-2）
所以实际切削速度v=πdwnw1000=π9×4301000m/min=12m/min
切削工时：
t=L+L1+L2nwf=9+10+4430×0.41min=0.13min
最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其他加工数据，一并填入机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片中，见附表4-1、附表4-2。
三、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，通常需要设计专用夹具。
经过与指导教师协商，决定设计第10道工序——钻Ф9mm锥孔的钻床夹具。
本加工将用于Z535立式钻床，刀具为Ф9锥形钻刀。
（一）设计主旨
本夹具仅用来钻Φ9mm的锥孔。
由于此道工序在轴的粗磨之后，所以在设计中不仅考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，也要考虑精度问题。
（二）夹具设计
1、定位基准的选择
该锥孔的位置受两个因素的制约，一方面是与前道工序中所铣出的键槽空间垂直，另一方面此锥孔与轴的一段端面的距离为281mm。
。
因此，夹具必须保证这两方面且也必须限定6个自由度。
2、切削力及夹紧力的计算
切削刀具：
选择高速钢麻花钻头，其直径为Φ9mm，则
F=CdfK
C=600,d=Φ9mm，Z=1.0，f=0.22,Y=0.7,K=1.0
F=CdfK=60090.221=1871N
水平分力：
F=1.1F=2058N
垂直分力：
F=1.3F=2432N
在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数K=KKKK.
式中
K基本安全系数，K=1.5
K加工性质系数，K=1.1
K刀具钝化系数，K=1.1
K断续切削系数，K=1.1
于是F=KF=1.51.11.11.12058=4109N
为克服水平切削力，实际夹紧力N应为
N（f+f）=KF
N=4109/0.5=8218N
式中，f和f为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，f=f=0.5。
3、定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差的确定
本夹具的主要定位元件为两个半圆套，该定位半圆套的尺寸与公差现规定为与本零件在尺寸及公差相同，即Φ28-0.065-0.117mm。
（2）计算最大转角。
已知键槽宽为mm，夹具中定位键宽为mm，因此当零件安装在夹具中时，键槽处的最大侧向间隙为
b=0.065mm
因此而引起的零件最大转角为
arctan=0.263
由此可知，最大侧隙能满足零件的要求。
4.夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，为降低成本，简化设计，本道工序的钻床夹具选择了手动夹紧方式。
夹具上装有钻模套，可起到对钻刀的导向作用,钻床夹具见图。
四、课程设计心得体会
通过这段时间的机械制造课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械工艺设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械制造基本技能的训练。
在具体做的过程中，从设计到计算，从分析到绘图，让我更进一步的明白了作为一个设计人员要有清晰的头脑和整体的布局，要有严谨的态度和不厌其烦的细心，要有精益求精、追求完美的一种精神。
从开始的传动方案的拟定的总体设计中，让我清楚的了解了自己接下来要完成的任务，也很好的锻炼了自己自主学习的能力；在大量的计算和最终的选择过程中，不但考验了自己计算过程中的细心程度还提高了自己快速资料的一种能力；在最后的绘图过程中，再次锻炼并提高了自己手工绘图的能力。
在这个过程中也遇到了些许的问题，在面对这些问题的时候自己曾焦虑，但是最后还是解决了。
才发现当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.。
短短三周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是如此的缺乏，自己综合应用所学专业知识的能力的不足，现在把这个课程做完了才发现自己对以前学的知识点有了更好的理解，知识只有放在实践运用上才能体现他的价值才能更好地被大家接受，所以这门实践课是很有必要开设的，也是大家很有必要去认真做的。
在这个过程中，在老师的讲解下让我对整个设计过程以及绘图过程有了很好的了解，对我后面的整体的设计和绘图的进行有了很大的帮助，我要谢谢老师对我的教导。
五、参考文献
1.艾兴，肖诗刚主编.切削用量简明手册.北京：
机械工业出版社，1994
2.李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：
机械工业出版社，1994
3.哈尔滨工业大学，上海工业大学主编.机床夹具设计.上海：
上海科学技术出版社，1983
4.李洪主编.机械加工工艺手册.北京：
北京出版社，1990
5.王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.北京：
机械工业出版社，1987
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