机械制造技术课程设计-高低档拨叉零件的加工工艺及铣7mm叉口2侧面的夹具设计【全套图纸】 .pdf

设计说明书 设计题目设计题目：高低档拨叉零件的机械加工工艺及铣高低档拨叉零件的机械加工工艺及铣 7mm 叉口叉口 2 侧面的夹具设计侧面的夹具设计 设计者设计者 指导教师指导教师 摘摘 要要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 高低档拨叉加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工 艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要 首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并 选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各 个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备 及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个 组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的 连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分 析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。 关键词关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 abstrct this design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. the reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; after that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. keywords: the craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序言1 一. 零件分析 2 1.1 零件作用 2 1.2 零件的工艺分析 3 二. 工艺规程设计4 2.1 确定毛坯的制造形式 4 2.2 基面的选择 5 2.3 制定工艺路线 8 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 9 2.5 确定切削用量及基本工时10 三 夹具设计16 3.1 问题的提出16 3.2 定位基准的选择16 3.3 切削力及夹紧力计算17 3.4 定位误差分析18 3.5 夹具设计及操作简要说明18 总 结19 致 谢20 参考文献 21 第 1 页 共 27 页 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接 供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各 种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业， 因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低 是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 高低档拨叉的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制 图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设 计之后的下一个教学环节。 正确地解决一个零件在加工中的定位， 夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹 具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新 能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在 设计中既要注意基本概念、 基本理论， 又要注意生产实践的需要， 只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评 指正。 第 2 页 共 27 页 一、零件的分析一、零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 题目所给的零件是高低档拨叉。它位于变速机构中，主要 起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需 的速度和扭矩的作用。零件上方的 15 孔与操纵机构相连， 二下方的 r39 的则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 高低档拨叉共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分 述如下： 1. 以 15 作为定位基准 这一组加工表面包括：15 的孔，以及其上下端面，上端面 与孔有位置要求，孔壁上有一个 5 的孔。 2. 以 15 端面作为定位基准 第 3 页 共 27 页 这一组加工表面包括：15 的孔的加工，叉口端面和叉口内 侧面。 二、二、 工艺规程设计工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大， 零件结构又比较简 单，故选择铸件毛坯。 2.2 基面的选择基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正 确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加 工工艺过程中回问题百出， 更有甚者， 还会造成零件的大批报废， 是生产无法正常进行。 粗基准选择应当满足以下要求： （1）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。 （2） 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。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。 这样可以保证 第 4 页 共 27 页 该面有足够的加工余量。 （4） 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。 （5） 粗基准应避免重复使用， 因为粗基准的表面大多数是粗 糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 粗基准的选择。 对于零件而言， 尽可能选择不加工表面为粗基准。 而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位 置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现 选取 15 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准， 用一个经过特殊加 工的定位销定位，这样就限制了空间的 5 个自由度，又因为钻削 时钻削力是向下的，因此上下的自由度不需要限制 精基准的选 择应满足以下原则： （1） “基准重合” 原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定 位基准，避免基准不重合引起的误差。 （2） “基准统一” 原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基 准定位， 以保证各表面的位置精度， 避免因基准变换产生的误差， 简化夹具设计与制造。 （3） “自为基准” 原则 某些精加工和光整加工工序要求加工 余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他 表面之间的位置精度由先行工序保证。 （4）“互为基准” 原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、 形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5） 所选的精基准 应能保证定位准确、 夹紧可靠、 夹具简单、 操作方便。 精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工 第 5 页 共 27 页 序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算， 此处不再重复。 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线得出发点,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 定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使 工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便 使生产成本尽量下降。 工艺路线方案一 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 粗铣24 左端面，保证尺寸 30.5mm，留加工余量 0.5 4 铣 精铣24 左端面，达到加工精度要求 5 钻 钻13 孔，扩 14.8 孔，铰15 孔，保证长度 30mm 6 钻 钻 5 孔，保证孔深度 25mm 7 铣 粗铣 7mm 叉口 2 侧面，保证尺寸 8mm，留加工余量 0.5 8 铣 粗铣叉口内侧面，留加工余量 0.5 9 铣 精铣 7mm 叉口 2 侧面，保证加工达到尺寸和精度要求 10 铣 精铣叉口内侧面，保证加工达到尺寸和精度要求 11 检验 检验，入库 工艺路线方案二： 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 铣24 左端面 第 6 页 共 27 页 4 钻 铣 7mm2 侧面 5 钻 铣叉口内侧面 6 铣 钻15 孔 7 铣 钻 5 孔 8 检验 检验，入库 方案一和方案二的区别在于方案一在先钻 15 孔然后开始铣叉 口内侧面，同时才端面和两侧面，叉口内侧面的采用粗铣加工和 精铣加工， 这样更有利于保证 7mm2 侧面和叉口内侧面的精度。 综 上所述，我们选择方案一 具体的工艺路线如下 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 粗铣24 左端面，保证尺寸 30.5mm，留加工余量 0.5 4 铣 精铣24 左端面，达到加工精度要求 5 钻 钻13 孔，扩 14.8 孔，铰15 孔，保证长度 30mm 6 钻 钻 5 孔，保证孔深度 25mm 7 铣 粗铣 7mm 叉口 2 侧面，保证尺寸 8mm，留加工余量 0.5 8 铣 粗铣叉口内侧面，留加工余量 0.5 9 铣 精铣 7mm 叉口 2 侧面，保证加工达到尺寸和精度要求 10 铣 精铣叉口内侧面，保证加工达到尺寸和精度要求 11 检验 检验，入库 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 高低档拨叉生产类型大批量，铸造毛坯。 据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余 第 7 页 共 27 页 量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（，16 端面） 。 查机械制造工艺设计简明手册 （以下称工艺手册 ）表 2.22.5，取 25 端面长度余量均为 2mm（均为双边加工） 2. 16 孔 16 孔的粗糙度 6.3，查手册可知留余量 2mm 3. 其他尺寸直接铸造得到 由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此 在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 2.5 确立切削用量及基本工时确立切削用量及基本工时 工序工序 1：铸造：铸造 工序工序 2：时效处理：时效处理 工序工序 3：粗铣：粗铣24 左端面，保证尺寸左端面，保证尺寸 30.5mm，留加工余量，留加工余量 0.5 1. 选择刀具 刀具选取端铣刀，刀片采用 yg8, 0.5 p amm=， 0 25dmm=，75/ minvm=，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 0.5 p amm= 2）决定每次进给量及切削速度 第 8 页 共 27 页 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 6kw，中等系统刚度。 根据表查出 0.2/ z fmm=齿，则 10001000 75 955 / min 25 s v nr d = 按机床标准选取 w n 1000min/r 25 1000 78.5/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 1000r/min 时 0.5 4 1000800/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取800/ m fmm r= 3）计算工时 切削工时：25lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 12 2593 0.185min 1000 0.2 m w lll t n fx + = 工序工序 4：精铣：精铣24 左端面，达到加工精度要求左端面，达到加工精度要求 1. 选择刀具 刀具选取端铣刀，刀片采用 yg8, 1.5 p amm=， 0 25dmm=，50/ minvm=，4=z。 2. 决定铣削用量 4）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 1.5 p amm= 5）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 6kw，中等系统刚度。 第 9 页 共 27 页 根据表查出 0.5/ z fmm=齿，则 10001000 50 636 / min 25 s v nr d = 按机床标准选取 w n 600min/r 25 600 47.1/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 600r/min 时 0.5 4 6001200/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取1200/ m fmm r= 6）计算工时 切削工时：25lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 12 2593 0.123min 600 0.5 m w lll t n fx + = 工序工序 5：钻，扩，绞：钻，扩，绞15 孔孔 工步一钻孔至13 确定进给量 f ：根据参考文献表 2- 7，当钢的 mpa b 800， 0 13dmm=时，rmf/47 . 0 39 . 0 =。由 于本零件在加工13 孔时属于低刚度零件，故进给量应 乘以系数 0.75，则 ()rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 = 根据 z525 机床说明书，现取rmmf/25 . 0 = 切削速度：根据参考文献表 2- 13 及表 2- 14，查得 第 10 页 共 27 页 切削速度min/18mv =所以 10001000 18 409 / min 13 s w v nr d = 根据机床说明书，取400 / min w nr=，故实际切削速度为 13 400 17.584/ min 10001000 ww d n vm = 切削工时：32lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 12 3293 0.44min 400 0.25 m w lll t n f + = 工步二：扩孔 14.8mm 利用钻头将 13mm孔扩大至 14.8mm， 根据有关手册 规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 ()() rmm ff /87 . 0 585 . 0 75 . 0 65 . 0 8 . 12 . 18 . 12 . 1 = = 钻 根据机床说明书，选取rmmf/57 . 0 = min/4612 3 1 2 1 3 1 2 1 mvv= = = 钻 则主轴转速为min/346 .51rn =，并按车床说明书 取min/68rnw=，实际切削速度为 14.8 68 3.373/ min 10001000 ww d n vm = 切削工时：32lmm=，mml6 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 第 11 页 共 27 页 12 3263 1.058min 68 0.57 m w lll t n f + = 工步 3：铰 15mm孔 根 据 参 考 文 献 表 2- 25 ，rmmf/4 . 02 . 0=， min/128mv =，得 min/65.254 8 . 169rns= 查参考文献表4.2- 2， 按机床实际进给量和实际转速， 取rmmf/35 . 0 =，min/198rnw=， 实 际 切 削 速 度 min/33. 9mv =。 切削工时：mml100=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动 工时为 min616 . 1 35 . 0 198 39100 21 = + = + = fn lll t w m 工序工序 6：钻：钻5 孔，保证孔深度孔，保证孔深度 24mm 根据 z525 机床说明书，现取0.2/fmm r= 切削速度：根据参考文献表 2- 13 及表 2- 14，查得 切削速度12/ minvm=所以 10001000 12 764 / min 5 s w v nr d = 根据机床说明书，取750 / min w nr=，故实际切削速度为 5 750 11.8/ min 10001000 ww d n vm = 切削工时：25lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 第 12 页 共 27 页 12 2593 0.25min 750 0.2 m w lll t n f + = 工序工序 7：粗铣：粗铣 7mm 叉口叉口 2 侧面，保证尺寸侧面，保证尺寸 8mm，留加工余量，留加工余量 0.5 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 yg8, 1.5 p amm=， 0 8dmm=，25/ minvm=，4=z。 2. 决定铣削用量 7）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 1.5 p amm= 8）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 10001000 25 995 / min 8 s v nr d = 按机床标准选取 w n 1000min/r 8 1000 25.12/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 1000r/min 时 0.2 4 1000800/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取800/ m fmm r= 9）计算工时 切削工时：22lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 第 13 页 共 27 页 12 2293 0.17min 1000 0.2 m w lll t n fx + = 工序工序 8：粗铣叉口：粗铣叉口内内侧面，留加工余量侧面，留加工余量 0.5 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 yg8, 1.5 p amm=， 0 68dmm=，125/ minvm=，4=z。 2. 决定铣削用量 10） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 2 p amm= 11） 决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 10001000 125 585 / min 68 s v nr d = 按机床标准选取 w n 600min/r 68 600 128/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 600r/min 时 0.2 4 600480/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取480/ m fmm r= 12） 计算工时 切削工时：68lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 第 14 页 共 27 页 12 2293 0.28min 600 0.2 m w lll t n fx + = 工序工序 9：精铣：精铣 7mm 叉口叉口 2 侧面，保证加工达到尺寸侧面，保证加工达到尺寸和和精度要求精度要求 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 yg8, 0.5 p amm=， 0 8dmm=，20/ minvm=，4=z。 2. 决定铣削用量 13） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 0.5 p amm= 14） 决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 10001000 20 796 / min 8 s v nr d = 按机床标准选取 w n 800min/r 8 800 20.096/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 800r/min 时 0.2 4 800640/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取800/ m fmm r= 15） 计算工时 切削工时：22lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 第 15 页 共 27 页 12 2293 0.2125min 800 0.2 m w lll t n fx + = 工序工序 10：精铣叉口：精铣叉口内内侧面，保证加工达到尺寸侧面，保证加工达到尺寸和和精度要求精度要求 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用 yg8, 0.5 p amm=， 0 68dmm=，100/ minvm=，4=z。 2. 决定铣削用量 16） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 0.5 p amm= 17） 决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 10001000 100 468 / min 68 s v nr d = 按机床标准选取 w n 500min/r 68 500 106.76/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 500r/min 时 0.2 4 00400/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取400/ m fmm r= 18） 计算工时 切削工时：68lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 第 16 页 共 27 页 12 2293 0.34min 500 0.2 m w lll t n fx + = 工序工序 11：检验入库检验入库 第 17 页 共 27 页 三、三、 夹具设计夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要 设计专用夹具。 由指导老师的分配，决定设计的工序是铣 7mm 叉口 2 侧面的 夹具设计。 3.1 问问题的题的提出提出 方案设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计关键的一步，方案设计的 好、坏将直接影响工件的加工精度、加工效率，稍不注意就会造成不能 满足工件加工要求，或加工精度不能达到设计要求，因此必须慎重考虑。 设计方案的拟定必须遵循下列原则： 1、定位装置要确保工件定位准确和可靠，符合六位定位原理。 2、夹具的定位精度能满足工件精度的要求。 3、夹具结构尽量简单，操纵力小而夹紧可靠，力争造价低 本夹具主要用于铣 7mm 叉口 2 侧面，粗糙度要求 6.3，为此， 需要考虑保证精度要求和如何提高生产效率上。 我们采用15 孔 定位。 3.2 定定位位基基准准的选择的选择 考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。选 择 15 孔和其端面作为定位基准， 来设计本道工序的夹具， 以心 轴和支撑板作为定位夹具，为了提高加工效率，缩短辅助时间， 决定用简单的手柄作为夹紧机构。 3.3 切削切削力力及夹及夹紧力紧力计计算算 第 18 页 共 27 页 铣时受力最大， 选用高速端端铣刀 铣时的轴向力 查文献表 15-31， 0 1.00.8 9.81 42.7,1.0,0.8,1.0 9.81 42.7 80.31.0380 ff zy ff ffff fc dfk czyk fn = = = 由于工件所受加紧力与切削力方向相互垂直， 为防止工件 在切削力作用下沿90mm 段较小平面侧边倾斜， 使工件离开 基面所需的夹紧力 lhf kl q + = 1 81 . 9 ， 摩擦系数 1 f 查4表 3-19， 1 f=0.25。 安全系数 54321 kkkkkk =， 式中 k1基本安全系数 1.5； k2加工状态系数 1.2； k3刀具钝化系数 1.5，由文献4表 3-20 查得； k4切削特点系数 1.0； k5考虑加紧动力稳定性系数 1.3。 l=20mm, h=42mm, l=34mm 9.81 1.5 1.2 1.5 1.0 1.3 38020 8245 0.25 4234 qn = + 查文献4表3-26， 知d=14mm的螺栓许用加紧力12425q= 许 ， 因 第 19 页 共 27 页 此选用该螺栓加紧足以满足加紧要求。 3.4 定位误差分析定位误差分析 夹具的主要定位元件为心轴和定位板，该定位心轴是根据零件定 位方案设计的专用件，定位精度较高，同时铣面时，面自身没有 精度要求，因此定位误差可以不予考虑。 3.5 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，为提高生产率，首先想到是怎么 样方便的安装和拆卸， 本道工序就是采用了开口压板压紧的方式。 由于本夹具是对工件