一四档变速叉工序10钻16孔夹具设计

摘要
此次设计是对变速叉零件的加工工艺和夹具设计，其零件为锻件，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具,并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。

全套设计请加197216396或401339828
关键词变速叉，加工工艺，专用夹具，设计
Abstract
This design is to dials forks the components the processing craft and the jig design, its components are the forging, has the volume to be small, components complex characteristic,Because the surface is easier than the hole to process, when formulation technological process, first the machined surface, then processes other take the surface as the datum,In which various working procedures jig all uses the unit clamp, special regarding processes the big end of hole, the trough and drills the capitellum hole incline eyelet in the working procedure, Chooses locate mode which two sells at the same time, and operates the simple manual clamp way clamp, its organization design is simple, the convenience also can satisfy the request.
Key words：Dials the fork, the processing craft, unit clamp, design
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
目录 (III)
第1章绪论 (1)
1.1 机械加工工艺概述 (1)
1.2机械加工工艺流程 (1)
1.3夹具概述 (2)
1.4机床夹具的功能 (2)
1.5机床夹具的发展趋势 (3)
1.5.1机床夹具的现状 (3)
1.5.2现代机床夹具的发展方向 (3)
第2章变速叉的分析 (6)
2.1变速叉的工艺分析 (6)
2.2变速叉的工艺要求 (6)
第3章工艺规程设计 (7)
3.1 加工工艺过程 (7)
3.2确定各表面加工方案 (7)
3.2.1影响加工方法的因素 (8)
3.2.2加工方案的选择 (8)
3.3 确定定位基准 (9)
3.3.1粗基准的选择 (9)
3.3.1精基准选择的原则 (9)
3.4工艺路线的拟订 (10)
3.4.1工序的合理组合 (10)
3.4.2工序的集中与分散 (11)
3.4.3加工阶段的划分 (11)
3.4.4加工工艺路线方案的比较 (12)
3.5变速叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (15)
3.5.1毛坯的结构工艺要求 (15)
3.5.2变速叉的偏差计算 (16)
3.6确定切削用量及基本工时（机动时间） (17)
3.7时间定额计算及生产安排 (24)
第4章加工轴孔￠45mm夹具设计 (27)
4.1 研究原始质料 (27)
4.2 定位、夹紧方案的选择 (27)
4.3切削力及夹紧力的计算 (27)
4.4 误差分析与计算 (28)
4.6 夹具设计及操作的简要说明 (29)
总结与展望 (30)
参考文献 (31)
致谢 (32)
第1章绪论
1.1 机械加工工艺概述
机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。

比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。

机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。

机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。

1.2机械加工工艺流程
机械加工工艺规程一般包括以上内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件上，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。

制订工艺规程的步骤
1) 计算年生产纲领，确定生产类型。

2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。

3) 选择毛坯。

4) 拟订工艺路线。

5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。

6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。

7) 确定切削用量及工时定额。

8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。

9) 填写工艺文件。

在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。

在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。

1.3夹具概述
夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。

工具是人类文明进步的标志。

自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。

但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。

机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。

因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。

1.4机床夹具的功能
在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。

1．机床夹具的主要功能
机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。

（1）定位确定工件在夹具中占有正确位置的过程。

定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。

正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。

（2）夹紧工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。

由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。

因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。

2．机床夹具的特殊功能
机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。

（1）对刀调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。

如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。

（2）导向如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。

导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。

镗床夹具（镗模）也具有导向功能。

1.5机床夹具的发展趋势
随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。

1.5.1机床夹具的现状
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。

然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。

另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。

特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如上新的要求：
1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。

2）能装夹一组具有相似性特征的工件。

3）适用于精密加工的高精度机床夹具。

4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。

5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。

6）提高机床夹具的标准化程度。

1.5.2现代机床夹具的发展方向
现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。

精密化
随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。

精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5μm；精密心轴的同轴度公差可控制在1μm内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.2～0.5μm。

高效化
高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。

常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。

例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在
车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2600r/min的条件上仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。

柔性化
机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。

可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。

具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。

在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。

标准化
机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。

在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。

通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。

夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。

目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259—91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。

机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。

计算机辅助机床夹具设计是利用计算机辅助设计CAD技术来完成夹具设计的先进方法。

由于夹具种类繁多，结构复杂，其设计过程涉及控制条件多，因此，用于夹具设计的专业软件甚少，目前还没有一种软件系统能够将夹具设计完全数字化。

目前，计算机辅助夹具设计一般是采用二维CAD软件进行。

采用二维CAD软件进行夹具设计，可以提高设计效率和质量，但是其缺点是设计人员首先要阅读工件二维零件图，了解零件的加工要求，并将二维零件图在头脑中三维实体化；再选择或设计合适的定位、夹紧等元件和装置；接上来将上述结构在头脑中形成夹具三维实体，用二维图表示，完成夹具的设计。

在设计过程中，思维要在三维和二维模型中反复转换，最终绘制二维的总装图。

由于绘制三维实体效果的装配图难度大，效率低，一般不绘制三维装配图。

这对夹具设计质量和效率，以及加工和装配均有不利的影响。

3D软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，该软件完全采用Windows图形用户界面，易学易用。

借助3D软件平台，可以创建三维实体模型；编辑零件装配体并进行简单的运动
仿真；利用它的动画功能不仅可以检查夹具工作的可行性，还能得到夹具零部件装配和运动过程的动画文件。

计算机辅助设计（CAD）的功能在于能协助设计者完成产品设计各阶段的工作。

本文针对机床夹具进行计算机辅助设计，借助3D软件平台，将设计时所用标准零件建立实体模型库；对于非标准零件，采用交互方式建模方法直接在设计平台建模并建立非标准模型库。

采用二维CAD软件进行设计，它使我们甩掉了图板，解决r使用绘图板带来的诸多弊端。

现在，大量三维实体造型软件崛起，如PR0／E、UG、3D、SoIidedge等，推动了设计领域的新革命．由于这些三维软件．不仅仅可创建三维实体模型，还可利用设计出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析、动态干涉检查、动力学分析、强度分析等，并且与其它软件配合可进行零件的数控加工演示和数控代码的生成。

这些功能是以往的二维CAD无法比拟的。

结合夹具设计的复杂性、高精度性等特点．采用了易学易懂的3D三维实体造型软件来实现设计过程。

第2章变速叉的分析
2.1变速叉的工艺分析
其小头孔与底平面有垂直度的公差要求，变速叉底面与大头孔上平面有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽边有平行度公差和对称度公差要求等。

因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。

变速叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有小头孔端要求加工，对精度要求也很高。

变速叉的底面，所以都要求精加工。

2.2变速叉的工艺要求
设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

设计者要考虑加工工艺问题。

工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。

图2.1 变速叉零件图
该加工有七个加工表面：平面加工包括变速叉底面、大头孔上平面；孔系加工包括大、小头孔、小孔；小头孔端15的槽加工。

⑴以平面为主有：①变速叉底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是；
6.1
Ra
=
②叉口端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是。

=
Ra
6.1
⑵孔系加工有：
②￠16的小头孔钻、扩和铰加工，其表面粗糙度要求
；
Ra=
1.6
⑶小头孔端15槽的加工，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，而槽底的表
1.6
Ra=
面粗糙度要求是。

3.6
Ra
=
变速叉毛坯的选择铸造，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。

单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。

因其年产量是1~3mm
5000件，由[3]表2.1～3可知是中批量生产。

上面主要是对变速叉零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要
的准备。

第3章工艺规程设计
3.1 加工工艺过程
由以上分析可知，该变速叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。

一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。

因此，对于变速叉来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。

由上面的一些技术条件分析得知：变速叉的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。

3.2确定各表面加工方案
一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。

设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

对于我们设计变速叉的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法及设备。

除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。

在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。

3.2.1影响加工方法的因素
⑴要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

⑵根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。

在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。

如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。

⑶要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。

⑷要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

⑸此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形
状和重量等。

选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。

再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63μm ，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车——半精车——淬火——粗磨。

3.2.2加工方案的选择
⑴ 由参考文献[3]表2.1～12可以确定，平面的加工方案为：粗铣——精铣（
），粗糙度为 6.3～0.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。

79IT IT a R ⑶ 小头孔￠16加工方法：
加零件毛坯不能直接锻出孔，只能锻出一个小坑，以便在以后加工时找正其中心，但其表面粗糙度的要求为，所以选择加工的方法是钻——扩——铰。

6.1=Ra ⑷M10孔加工方法：
因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是，所以我们采用一次钻孔的加工12.5Ra =方法。

⑸ 小头端面槽15的加工方法是：
因槽两侧面表面粗糙度的要求较高，为，所以我们采用粗铣——半精铣。

6.1=Ra 3.3 确定定位基准
3.3.1粗基准的选择
粗基准选择应当满足以下要求：
⑴ 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。

目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。

如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。

以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

⑵ 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。

因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。

这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

⑶
应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

这样可以保证该面有足够的加工余
量。

⑷ 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。

有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证变速叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从变速叉零件图分析可知，主要是选择加工变速叉底面的装夹定位面为其加工粗基准。

3.3.1精基准选择的原则
⑴ 基准重合原则。

即尽可能选择设计基准作为定位基准。

这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

⑵ 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。

基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。

例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。

车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。

⑶ 互为基准的原则。

选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。

例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。

例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。

此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

此外，还应选择工件上精度高。

尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。

并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证变速叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从变速叉零件图分析可知，它的底平面与小头孔，适于作精基准使用。

但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不209H φ够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。

至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用的孔为加44φ工基准。

选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。

3.4工艺路线的拟订
对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。

变速叉的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。

具体安排是先以孔和面定位粗、精加工变速叉底面大头孔上平面。

后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。

3.4.1工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。

确定工序数的基本原则：
⑴ 工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。

便于采用通用设备。

简单的机床工艺装备。

生产准备工作量少，产品更换容易。

对工人的技术要求水平不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

⑵ 工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。

使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。

但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。

结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。

清洗是在的含0.4%～1.1%苏打及8090c 0.25%～0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。

清洗后用压缩空气吹干净。

保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。

mg 2003.4.2工序的集中与分散
制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。

所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。

⑵工序分散的特点
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。

便于采用通用设备，简单的机床工艺装备。

生产准备工作量少，产品更换容易。

对工人的技术水平要求不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

⑴工序集中的特点
工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。

使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。

但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。

加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。

结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。

3.4.3加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：
⑴粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。

粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。

一般粗加工的公差等级为IT11～IT12。

粗糙度为Ra80～100μm。

⑵半精加工阶段。