機械制造技術課程設計CA10B解放汽車第四速及第五速變速叉加工工藝及鉆M10螺紋孔夾具設計【全套圖紙】

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1、 機械制造技術 課程設計 題 目：變速叉鉆 螺紋孔夾具設計 院 別： 機 電 學 院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓 名： 學 號： 指導教師： 日 期： 2013年 月 日 目錄 目錄

2、 2 課程設計任務書 3 序言 3 一、零件的分析 4 ㈠ 零件的作用 4 ㈡ 零件的工藝分析 4 二、夾具的定位結構方案設計 5 ㈠ 設計定位方案及定位誤差分析 6 ①方案一 7 ②方案二 8 ③方案三 9 ㈡ 確定定位方案 10 三、定位元件的設計 10 i.定位心軸的設計 10 ii.定位銷的設計 11 四、導向裝置設計 12 i.快換鉆套選用 12 ii.鉆套用襯套選用 13 iii.鉆套螺釘選用 13 五、夾緊機構設計 14 ㈠ 確定夾緊機構 14 ㈡ 夾緊元件的設計 14 ㈣ 夾緊力的計算 16 ㈤ 校核夾緊的強度 18 六、夾具體設

3、計 18 七、繪制總圖及確定主要尺寸、公差和技術要求 19 八、總結 20 九、參考資料 20 機械制造技術基礎 課程設計任務書 全套圖紙，加153893706 設計題目 設計CA10B解放汽車第四速及第五速變速 叉加工M10螺紋孔的專用鉆床夾具 設計內容： 1、零件圖 1張 2、夾具結構設計裝配圖 1張 3、夾具結構設計零件圖 12張 4、課程設計說明

4、數 1份 序言 機械制造技術基礎課程設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎可以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性鏈接，也是一次理論聯系實際的訓練。因此，它在我們的大學學習生活中占有十分重要的地位。 就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題的能里，為今后參加祖國的現代化建設打下一個良好的基礎。 一、零件的分析 ㈠ 零件的作用 題目所給定的零件是CA10B解放汽車第四速及第五速的變速叉（見圖1-1），應用在汽車變速箱的換擋機構中。叉頭以

5、Φ19孔套在變速叉軸上，并以螺釘經M10孔與叉聯結，叉腳夾在雙聯變換齒輪的槽中。當需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機構就通過叉頭的槽帶動換擋叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，叉腳撥動雙聯變速齒輪在花鍵軸上滑動改變檔位，從而改變汽車的行駛速度。 圖1-1 CA10B變速叉零件圖 ㈡ 零件的工藝分析 如圖1-2所示為CA10B變速叉攻螺紋孔的工序圖，該工件材料為20鋼，毛坯為鍛造件，重量為1.5kg，中批量生產，現要求設計加工該零件上尺寸為M10螺紋孔所用的鉆床夾具。 圖1-2 CA10B變速叉攻螺紋孔的工序簡圖 工件已加工過的尺寸有通孔及其兩端面45mm，槽及其兩端面，變速叉槽口

6、徑為及其兩端面。 在加工螺紋孔時，先要加工一個通孔，然后攻螺紋，尺寸可以由刀具直接保證，而螺紋孔的位置則和設計的夾具有關。螺紋孔的位置包括兩方面的要求： ①螺紋孔的中心線和通孔左端面距離保證20mm，該尺寸公差未標注。 ②螺紋孔的中心線與槽口的左端面距離保證 由上可知加工的位置精度要求不高。 二、夾具的定位結構方案設計 ㈠ 設計定位方案及定位誤差分析 如圖2-1所示，工件在通孔上加工的螺紋孔為通孔，保留沿Z軸的不定度并不影響該工序的加工精度要求，但在設計夾具選用定位元件時，無論是采用長心軸或者長V形塊，在限制了沿Y、X軸和繞X、Z軸四個不定度的同時，也自然的限制了沿Z

7、軸的不定度。零件圖上沒有標注垂直度公差，從理論上分析，這一繞Z軸方向的不定度可以不被限制，但在夾具設計和使用時，往往為了安裝螺釘可以緊貼螺紋孔口表面，仍在夾具上設置一個定位銷起定位作用，限制繞Y軸的不定度，故應按完全定位設計夾具，并力求遵守基準重合原則，以減少定位誤差對加工精度的影響。 由于工件比較復雜，使用車床鉆孔比較麻煩，因此選用立式鉆床進行加工，那么加工螺紋孔時必須使螺紋孔口面朝上。再根據位置度要求進行定位設計，所以定位方式著重考慮如下三種可能的方案： （a） （b） （c） 圖2-1 定位方案設計 ①方案一： 遵守基準重合原則，如圖2-1（a）所示，以已加工過

8、的通孔及其右端面為定位基準，在夾具體上的帶有小臺肩的長心軸定位，限制工件的五個不定度，長心軸限制沿X、Z軸和繞X、Z軸四個不定度；小臺肩限制沿Y軸的不定度。另外通過叉口的內廓安裝一個定位銷釘，可限制繞Y軸的不定度，從而實現完全定位。優(yōu)點是基準不重合，結構相對簡單。 定位誤差分析： 由零件的分析可知：定位方案和誤差分析時主要考慮設計基準Φmm孔的左端面與M10螺紋孔的中心線距離為20的線性定位尺寸要求。該尺寸未注公差，根據查《線性和角度尺寸未標注公差》可得20的定位尺寸的公差為mm。 尺寸的定位誤差： 設計基準是工件左端面，定位基準也是工件的左端面（緊靠心軸的定位工作端面），設計

9、基準和定位基準重合，，又，因此定位誤差為 ②方案二： 遵守基準重合原則，如圖2-1（b）所示，同第一個方案差不多，先以已加工過的通孔及其左端面為定位基準，在夾具體上的帶有小臺肩的長心軸定位，限制工件的五個不定度，長心軸限制沿X、Z軸和繞X、Z軸四個不定度；小臺肩限制沿Y軸的不定度。另外限制繞X軸的不定度通過安裝一個定位銷在槽口16的一個端面上，進而實現完全定位。優(yōu)點是基準不重合，結構較簡單。 定位誤差分析： 由零件的分析可知：定位方案和誤差分析時主要考慮設計基準Φmm孔的左端面與M10螺紋孔的中心線距離為20的線性定位尺寸要求。該尺寸未注公差，根據查《線性和角度尺寸未標注公

10、差》可得20的定位尺寸的公差為mm。 尺寸的定位誤差： 設計基準是工件左端面，定位基準也是工件的左端面（緊靠心軸的定位工作端面），設計基準和定位基準重合，，又，因此定位誤差為 ③方案三： 從保證工件定位穩(wěn)定的觀點出發(fā)，如圖2-1（c）所示，以已加工過的通孔、叉口及其右端面為定位基準，在夾具體上的長心軸、定位銷和支承釘定位。長心軸限制沿X、Z軸和繞X、Z軸四個不定度，定位銷限制繞Y軸方向的不定度，支承釘限制沿Y軸方向的不定度，從而實現完全定位。優(yōu)點是工件安裝穩(wěn)定。缺點是基準不重合，造成的誤差相對較大，結構相對復雜。 定位誤差分析： 由零件的分析可知：定位方案和誤差分析時主要考慮M

11、10螺紋孔的中心線距叉口左端面的距離為的線性定位尺寸要求。如果支承釘在叉口左端面，對零件的安裝拆卸有很大的阻礙，因此改換支承右端面。 通孔Φmm的左端面到叉口右端面距離為91mm，未注尺寸公差，故根據查《線性和角度尺寸未標注公差》可得91的定位尺寸的公差為mm。 尺寸的定位誤差： 該尺寸的設計基準是叉口左端面，定位基準是叉口右端面，定位基準和設計基準不重合，兩者的聯系尺寸是叉口厚度，故基準不重合誤差為： 工件內孔的左端面是定位基準，螺紋孔軸線是調刀基準，因此一批工件的定位基準相對夾具的調刀基準在L尺寸方向上的基準位移誤差為： 因此，定位誤差為： 【1】 由于定位誤差，即定

12、位誤差小于線性定位尺寸的公差的三分之一，則該定位方案能夠保證夾具的正確定位。 ㈡ 確定定位方案 根據分析定位方案和定位誤差，方案一和方案二的定位誤差均為零，而方案三由于基準不重合產生了較大的誤差，所以不應選用方案三?？紤]到工件重量為1.5公斤，相對較重，應盡可能使定位穩(wěn)定，根據初定夾緊元件選用螺旋夾緊機構，方案二的定位銷只能限制單向轉動，而方案一可以使變速叉不發(fā)生繞Y軸轉動，相對方案二定位穩(wěn)定，因此最終確定選用方案一。 三、定位元件的設計 i.定位心軸的設計 根據定位方案分析可知，確定通過帶臺肩長心軸進行定位。如圖3-1所示為心軸尺寸圖。心軸和孔采用間隙配合，長度比通孔長度短

13、，并根據標準取標準值為32mm，開了一個的通孔，方便鉆孔使用。 定位軸肩根據【3】，取h=1.5mm，長度要考慮工件的形狀，因此取值為10mm?？紤]到鉆孔時，右端受到一定力的作用，所以安裝在夾具體的配合軸段取d=18mm，采取間隙配合，長度由夾具體壁厚確定，根據導向裝置的選定，確定壁厚為15mm，還有凸臺距離都為5mm，所以長度小于壁厚加兩個凸臺距離23mm，并根據標準取值為22mm。 接著的螺紋段為了安裝方便做成階梯軸，尺寸取為M16,螺紋長度考慮螺母及墊圈寬度，再加點自由長度，因此取25mm。 圖3-1 定位心軸 ii.定位銷的設計 為了限制工件繞Y軸轉動，所以通過定

14、位銷進行定位。定位銷安裝位置的確定，將叉口的中心線和孔的中心線在Y軸某一垂直平面上連接起來，定位銷的中心線則設計過此連線，使得定位銷與叉口的表面相切，這樣可以保證工件不會繞著Y軸左右轉動。 由于該銷釘不需要受到很大的外力，因此我選用型號為定位銷 JB/T 8014.2—1999，如下圖3-2所示。 圖3-2 定位銷 四、導向裝置設計 鉆床一般選用鉆套作為導向裝置，為便于鉆套磨損后，可以迅速更換。由于此加工工序先鉆孔后攻螺紋，需要在每加工一個零件更換一次鉆套，因此采用快換鉆套，如圖4-1所示。鉆套在安裝時，為了提高加工時的穩(wěn)定性以及加工時的順利排屑，對鉆套高度H和排屑間隙h有

15、一定的要求： 鉆套高度【2】 排屑間隙【2】 故取H=25mm，h=9mm。 圖4-1 快換鉆套裝置 i.快換鉆套選用 根據鉆套高度H=25mm及鉆孔大小d=8.4mm查JB/T 8045.3-1999，確定型號為鉆套，如圖4-2所示。 圖4-2 快換鉆套 ii.鉆套用襯套選用 根據鉆套mm外圓及其高度15mm查JB/T 8045.4-1999，確定型號為鉆套襯套，如圖4-3所示。 圖4-3 鉆套襯套 iii.鉆套螺釘選用 根據查JB/T 8045.3-1999鉆套選用的尺寸型號，確定配用螺釘大小為M6，再查JB/T 8045.5-1999，確定型號為鉆套螺

16、釘，如圖4-4所示。 圖4-4 鉆套螺釘 五、夾緊機構設計 ㈠ 確定夾緊機構 考慮到要滿足夾緊力應垂直于主要定位基準面，且便于加工的工件安裝及拆卸，所以選用手動夾緊裝置——螺旋式夾緊機構。螺旋夾緊機構具有結構簡單、容易制造、夾緊可靠、擴力比大、夾緊行程不受限制等特點，所以在手動夾緊裝置中被廣泛使用。其作用原理是螺旋夾緊機構中所用的螺旋，實際上相當于把斜契繞在圓柱體上，因此它的夾緊作用原理與斜契是一樣的。 ㈡ 夾緊元件的設計 螺桿直接設計在心軸上，如圖5-1所示為在夾緊螺母1下方增加開口墊圈2，螺母的外徑小于工件的孔徑，只要稍許旋松螺母，即可抽出開口墊圈，工件便可穿過螺母取出

17、。 因此根據定位孔確定螺母型號為螺母 GB/T6172.1 M10，然后根據螺母尺寸選定快換墊圈，型號為 墊圈A1030 JB/T 8008.5—1999。 圖5-1 快速螺紋夾緊機構裝置 1—帶肩六角螺母；2—開口墊圈 ㈢ 鉆削力的計算【4】 根據高速鋼標準鉆頭鉆削力及功率的計算公式： 切削扭矩 軸 向 力 其中 為切削扭矩，為軸向力 是常數，根據工件材料進行選取， 是常數，根據工件材料進行選取。 為鉆頭直徑，為走刀量。 根據工件材料為20鋼，可得到： 求切削扭矩M：；

18、； 求軸向力F：；； 且 ， 帶入上面公式，即可得： 切削扭矩 軸 向 力 則算出了鉆mm孔時的切削扭矩和軸向力分別為： 切削扭矩 軸 向 力 ㈣ 夾緊力的計算 因螺旋式夾緊機構的夾緊力計算與斜契相似，故螺旋可以看作是繞在圓柱體上斜契，螺紋升角即為契角。如沿螺旋中徑展開，則螺旋相當于一個斜契作用在工件與螺母之間，其受力情況如圖5-2所示。 圖5-2 螺旋夾緊機構受力分析 使用扳手給螺母施加原始力矩后，則工件對螺桿的反作用力有：垂直于螺桿端部的反作用力W（即夾緊力）及摩擦力（與接觸形式有關）。此兩力

19、分布于整個接觸面上，計算時可視為集中于半徑的圓環(huán)上，為當量摩擦半徑。夾具體（即螺母）對螺桿的作用力有：垂直于螺紋面的正壓力N及螺紋面上的摩擦力，其合力為,此力分布于整個螺紋面，計算時，可視為集中在螺紋中經處。 根據平衡條件，對螺桿中心線的力矩去零，即 【2】 式中 ——原始力矩，【2】； ——螺母對螺桿的作用力矩； 【2】 ——工件對螺桿的摩擦力矩； 【2】 即 可得 【2】 式中 W——夾緊力，N； Q——原始作用力，N； L——作用力臂，mm； ——螺紋升角

20、； ——螺紋中徑，mm； ——螺紋處摩擦角； ——螺桿端部與工件的摩擦角； ——螺母與螺桿的當量摩擦角， ； ——螺桿端部與工件的當量摩擦半徑，mm；由于此螺旋夾緊機構是圓環(huán)面接觸形式，所以，其中D和D0如圖4-1所示。 故夾緊力為： （5-1） 查【4】表1-221-27可知 Q=70N，L=120mm，，，， 將上面數據帶入（5-1）公式得夾緊力為 ㈤ 校核夾緊的強度 查【4】的表1-26可知

21、，螺紋公稱直徑為M10時，其許用夾緊力為3924N，加載螺母上的夾緊扭矩為9.320，由于夾緊力計算得3550N小于許用值，而扭矩計算得0.92也小于許用值，因此強度滿足要求。 六、夾具體設計 圖6-1 夾具體 設計的要點和依據【1】有： 1.本夾具體毛胚采用鑄造的制造方法,易于加工，抗壓強度和抗震性較好，由于對材料無特殊要求，因此選用HT200； 2.結構形式采用半開式，便于工件的裝卸、便于制造裝配和檢驗，安裝基面形式采用兩端接觸，能提高夾具安裝精度和減少加工面積； 3.夾具體安裝各元件，為減少加工面積，一般鑄造出3～5mm凸臺，在此設計3mm的凸

22、臺，如圖所示，共四處地方； 4.鑄造結構壁厚一般選取8～30mm，為了保證強度和避免受力集中，應保證壁厚均勻，根據導向裝置的設計，確定壁厚為15mm； 5.鉆床的夾具體不需要安裝另外的定位元件來確定夾具在工作臺的位置，這一任務由夾具上的鉆套完成； 6.已經在夾具體的左右兩端設計耳座，為鉆孔時能穩(wěn)定固定夾具； 7.在夾具體的兩側是各有一個臺階，這個臺階的設計是用于安裝活節(jié)螺栓，保持壁厚均勻。 8.夾具體上的通孔、螺紋孔都是根據所裝元件的要求來設計的。 9.技術要求有： 1）鑄件不得有裂紋、氣孔、砂眼、縮松、夾渣等鑄造缺陷，澆口

23、、冒口、結疤、粘砂應清除干凈。 2）鑄件在機械加工前應經時效處理。 3）未注明的鑄造圓角R23mm。 七、繪制總圖及確定主要尺寸、公差和技術要求 當上述各種元件的結構和布置確定之后，也就基本上決定了夾具體和夾具整體結構的型式，如圖7-1所示，夾具行成框式結構，剛性較好。 最后繪制夾具總圖（圖7-1）并按要求標注夾具有關的尺寸、公差和技術要求。 技術要求： 1.零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、砂粒、灰塵和油污等，并應符合相應清潔度 要求。 2.未注圓角半徑為R3～5mm； 3.未注倒角1x45°。 八、總

24、結 通過這次設計，基本上掌握了零件機床專用夾具的設計。并學會了使用和查閱各種設計資料、手冊、和國家標準等。最重要的是綜合運用所學理論知識，解決現代實際工藝設計問題，鞏固和加深了所學到的東西。并在設計過程中，學到了很多課堂上沒有學到的東西。 在設計過程中，由于對零件加工所用到的設備的基本性能和加工范圍缺乏全面的了解，缺乏實際的生產經驗，導致在設計中碰到了許多的問題。但是我都沒放棄過，我一直相信我可以完成這個設計，為下年的畢業(yè)設計打下基礎。 我覺得做設計最好的方法就是要夠認真，夠嚴謹，夠細心，這次的課程設計我掌握夾具的設計方法以及如何去分析一個零件的加工過程和相應夾具的設計技能，讓我

25、受益良多。 九、參考資料 　　[1] 盧秉恒主編.機械制造技術基礎（第3版）.機械工業(yè)出版社； [2] 崇凱主編.機械制造技術基礎課程設計指南.化學工業(yè)出版社； [3] 王啟平主編.機床夾具設計（修訂本）.哈爾濱工業(yè)大學出版社； 　　[4] 鄒青、呼永主編.機械制造技術基礎課程設計指導教程.機械工業(yè)出版社； 　　[5] 浦林祥主編.金屬切削機床夾具設計手冊.機械工業(yè)出版社； 　　[6] 林文煥、陳本通主編.機床夾具設計.國防工業(yè)出版社； 　　[7] 吳拓、方瓊珊主編.機械制造工藝與機床夾具課程設計指導.機械工業(yè)出版社； [8] 單輝祖主編.材料力學教程.高等教育出版社；

26、 [9] 柯建宏主編.機械制造技術基礎課程設計.華中科技大學出版社； [10]吳拓編.機械制造工藝與機床夾具課程設計指導（第2版）.機械工業(yè)出版社。 their own conditions to develop the correct road, the maximum to avoid investment risk, gain profit.(three) vigorously promote the brand. To establish brand awareness, awareness of the use of brand, brand value, brand acqui

27、sition performance, enhance the competitive strength. Concentrated manpower, careful planning, packaging and publicity of a number of unique, market influence and coverage of the brand, the implementation of key breakthroughs, to enhance the competitive strength, walking business road the competitio

28、n of alienation and characteristics, the pursuit of stability and development of the market.(four) to promote the integration of resources. To further broaden their horizons, effective integration of resources within the group, the city resources, other industries and regional resources, mutual trus

29、t, mutual benefit, seeking win-win principle, in the framework of national policies and regulations, strict inspection and argumentation, legal consultation, examination and approval procedures, strict regulation of economic activities, attract injection the social investment to the industry group,

30、to achieve leveraging the development, ensure that the value of state-owned assets.(five) to strengthen the construction management personnel. Strengthen the management of education and training of cadres and workers of the existing business, firmly establish the concept of the market, enhance the s

31、ense of crisis to adapt to market competition, the sense of urgency, improve the ability to respond to market competition, improve management and operation of the market. At the same time, according to the need of industrial development, vigorously the introduction of high-quality management managem

32、ent personnel, and strive to build a high-quality professional management team, hard work, and promote the entire workforce knowledge structure, age structure, structure optimization and upgrading ability, enhance core competitiveness, adapt to the need of market competition.(six) seriously study th

33、e policy for policy. Serious research about social support the development of cultural undertakings in the country and the XX policy, especially the policy of industrial development, financial investment policy, financial policy and tax policy, and actively seek policy, projects and funds, enterprise and industry group mission to promote leapfrog development.