机械制造技术课程设计-付变速拨叉加工工艺及钻8.8孔夹具设计.doc

说明书题 目：付变速拨叉零件的机械加工工艺规程制订及专用机床夹具设计 姓 名： 学 号： 系 别： 专 业： 年 级： 指导教师： 系主任： 摘 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。付变速拨叉零件的机械加工工艺规程制订及专用机床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：切削用量；夹紧；定位；误差全套图纸加扣 3012250582IVAbstractThis design involves knowledge of mechanical manufacturing technology, fixture design of machine tools, metal cutting machine tools, tolerance coordination and measurement.The preparation of machining process rules and fixture design of worm bearing seat parts and special machine tool fixture design are three parts, including process design, process design and special fixture design. In the process design, it is necessary to analyze the parts, understand the process of the parts and then design the blank structure, select the processing benchmark of the parts, and design the process route of the parts. Then the dimension calculation of each working step of the part is carried out. The key is to determine the technological equipment and cutting amount of each working step. For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; The positioning error of fixture positioning is calculated, the rationality and deficiency of fixture structure are analyzed, and the improvement should be paid attention to in future design.Key words: Cutting amount; clamping; positioning; error目 录摘 要IIAbstractIII第1章 绪论1第2章 零件的分析22.1 零件的作用22.2零件的工艺分析22.3 毛坯制造形式及结构的确定32.4 确定铸件加工余量与形状42.5 绘制毛坯图5第3章 工艺规程设计63.1基准的选择63.1.1粗基准选择63.1.2 精基准的选择63.2 加工工艺路线的确定73.3 切削用量及切削时间的确定8第4章 夹具设计134.1 设计类型及机床选择134.2 定位方案的确定134.3 夹紧方案的确定144.4 钻模板的设计144.5 导向装置设计154.6 定位误差分析154.7 切削力和夹紧力的计算16结 论18致 谢19参考文献20第1章 绪论我们通过本次的课程设计来总结大学期间所学的相关知识。让自己将理论与实际相结合，将所学所想合理利用到工程实践当中去，培养自己的设计理念，以及认真负责的态度，和刻苦的精神，让自己学会掌握设计规范和流程，准确查阅设计手册，相关设计图纸，资料，学会设计计算，编写技术文件。在学习和实习的过程中，掌握相关经验和方法，设计出零件的加工工艺规程和相关工序的夹具设计，利用设计的机会可以更好的锻炼自己的，巩固以前所学的知识，查缺补漏。本课题是生产实际应用中的一种典型的付变速拨叉类零件，常用到变速箱变速位置，结构比较复杂，降低了毛坯的制造难度，但需要制订合理的工艺方法，采用专用的夹具来保证产品的生产效率。因为是第一次设计，会有一些错误，恳请老师指正。5第2章 零件的分析2.1 零件的作用拨叉的作用主要起固定支撑作用。拨叉零件图2.1如下：图2.1零件图2.2零件的工艺分析在分析零件的时候要考虑以下3方面：1、加工零件主要表面的要求及保证的方法；2、怎么样达到重要的技术要求及保证方法；3、零件的表面位置尺寸标注。对零件进行工艺分析 工艺分析的目的，一是根据图纸审查零件的形状结构及尺寸精度、性能（包括物理性能、化学性能、机械性能等）以及相对位置关系的过程、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；是否符合实际。二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 该零件为批量生产的小型零件，在生产时要注意零件的：1.减少装夹次数和工作行程次数 零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。2.便于加工 零件的结构应采用国标数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。2.2.1加工方法的选择：拨叉零件的主要加工位置为表面和孔系。表面加工根据精度要要求可选择铣削和磨削。孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑零件的结构特点、孔径大小、长径比、精度和粗糙度要求以及生产规模等各种因素。对于精度要求较高的孔往往还要采用几种不同的方法顺次进行加工。2.2.2保证加工精度的方法：1.在一次安装中完成内外表面及端面的全部加工。这种方法除了工件的安装误差，所以可获得很高的相对位置精度。但是，这种方法的工序比较集中，对于尺寸较大（尤其是长径比较大）的工件也不便与安装，故多用于尺寸较小零件的加工。2.主要表面加工分在几次安装中进行，先终加工孔，然后以孔为精基准最终加工外圆。这种方法由于所用夹具（心轴）机构简单，且制造和安装误差小，因此可保证较高的位置精度，在加工中一般多采用这种方法。采用这种方法时工件装夹迅速可靠，但因一般安装误差较大，加工后工件的位置精度较低。若欲获得较小的同轴度，则必须采用定心精度高的夹具。2.3 毛坯制造形式及结构的确定确定毛坯包括选择毛坯类型及其制造方法。毛坯类型有铸、锻、压制、冲压、焊接、热处理、切削加工、型材和板材等。确定毛坯时要考虑下列因素： 1）零件的材料及其力学性能。当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。铸造毛坯适合做形状复杂零件的毛坯，锻造毛坯适合做形状简单零件的毛坯，型材适合做轴、平板类零件的毛坯，焊接适合板料、框架类零件的毛坯。2）零件的形状和尺寸。毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工3）生产类型。对于大批大量生产，应选择高密度的毛坯制造方法，以减少机械加工减少材料，也要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻、冷轧和冷拉型材等。单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。4）生产条件。确定毛坯必须结合现有的生产条件和水平，有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械加工量，减少成本。拨叉零件材料为QT42，考虑到零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。2.4 确定铸件加工余量与形状查机械制造工艺设计简明手册2.2-5，选取加工余量等级为MA-F级，根据手册中的数据查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量如表2-1所示：项目/mm基本尺寸mm机械加工余量/mm说明22左右端面552双侧加工52的端面522单侧加工14的槽面14x122单侧加工14的孔不铸出不铸出铸坯设计2-8.8的螺纹孔不铸出不铸出铸坯设计2-3的孔不铸出不铸出铸坯设计表2.1机械加工余量2.5 绘制毛坯图根据以上信息对毛坯图进行绘制图2.2毛坯图第3章 工艺规程设计3.1基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面选择的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，加工工艺过程中问题百出，更我甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。定位基准分为粗基准和精基准。在初始加工过程中，以毛坯上的粗糙表面作为加工零件的粗糙基准。在下一步骤中，加工表面被用作加工的精细基准。主要考虑以下要求。第一，确保加工表面和非加工表面之间的正确位置；二是保证了加工面与专用加工面之间的正确位置，使专用加工面的加工余量小且均匀；第三，提高加工面与定位基准面之间的定位精度。四是装夹方便，定位可靠，装夹结构简单。 基面的选择 定位基面的选择是制定零件加工路线和确定加工方案的重要工作。基面的选择是否正确、合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题:a .加工时，哪一个面可以作为精基准面或统一基准面，以保证加工精度，使整个加工过程顺利进行？b .应使用哪一个表面作为处理细基面或均匀基准的粗基面？c .是否有个别工序需要采用除统一标准以外的细基面来满足特殊加工要求？3.1.1粗基准选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面作为粗基准。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。对于本次课题研究的拨叉零件，为保证位置精度，往往以端面为定位，采用一端夹持，加工另外一个端面。3.1.2 精基准的选择精基准的选择原则：（在精基准的选择中应重点考虑是如何减少工件的定位偏差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件装卸方便，夹具结构简单，应遵循以下原则：1)基准重合原则 2)基准统一原则 3)自为基准原则4)互为基准原则5) 便于装夹原则以上精基准选择的几项原则，每项原则只能说明一个方面的问题， 常常不能全部满足，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求综合考虑，分清主次，着重解决主要矛盾。精基准的选择主要应该考虑的是基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸的换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。3.2 加工工艺路线的确定拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。制定的工艺路线如下： 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容5铸件毛坯铸造10热处理正火处理15铣粗铣,精铣22右端面以及粗铣，精铣肋板斜面，以22左端面为粗基准20钻钻，扩，铰，及精铰14孔，以22右端面以及22外圆为基准25铣粗铣，精铣22左端面，以及粗铣，精铣两叉头左侧，以22右端面为定位基准30铣粗铣，精铣两叉头内侧，以14孔中心为定位基准40铣粗铣，精铣两叉头端面，以14孔中心为定位基准50铣粗铣，精铣槽，以22孔表面为定位基面60铣粗铣，精铣槽两端面，以22孔表面为定位基面80钻钻，扩，铰及精铰8.8孔，以22孔表面为定位基面90钻钻2*3孔，以22孔表面为定位基面100钳去毛刺110检验终检3.3 切削用量及切削时间的确定工序：粗铣，精铣22左端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用YG8,，。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2） 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 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时：，则机动工时为 工序：铣尺寸33mm、36mm两端下表面工序：精铣槽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,，。2. 决定铣削用量4） 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则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12.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取198当198r/min时按机床标准选取6） 计算工时切削工时： ，则机动工时为工序：钻，扩，铰及精铰8.8孔(1) 钻8mm孔机床：Z525立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢钻头W8Cr4V. 1)进给量 根据切削手册表10-66,当铸铁HB200时，D=8时，取f=0.3mm/r 2)切削速度根据机械加工工艺手册表10-70,及10-66,查得V=35m/min. 3)确定机床主轴转速ns= 619.2r/min,与619.2r/min相近的机床转速为555r/min。现选取=555r/min。所以实际切削速度=4)削工时。 t=i ;其中l=91mm; =10mm; =4mm; t= =0.63(min)(2) 扩8.5mm孔根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 式中的、加工实心孔进的切削用量. 现已知 =0.36mm/r (切削手册)表2.7 =42.25m/min (切削手册)表2.131) 给量 取f=1.50.36=0.51mm/r 按机床选取0.5mm/r2) 削速度v=0.442.25=16.9m/min. 3) 定机床主轴转速ns= 271.8r/min与271.8r/min相近的机床转速为275r/min。现选取=275r/min。所以实际切削速度=5) 削工时，按工艺手册表6.2-1。t=i ;其中l=91mm; =10mm; =4mm; t= =0.78(min)(3) 铰8.8mm孔1) 进给量 取f=1.50.36=0.51mm/r 按机床选取0.5mm/r2) 削速度按切削手册选取v=0.448.25=19.3m/min. 3) 定机床主轴转速ns= 298.3r/min与298.3r/min相近的机床转速为275r/min。现选取=275r/min。所以实际切削速度=4) 工时，按工艺手册表6.2-1。t=i ;其中l=91mm; =7mm; =3mm; t= =0.73(min)工序：钻2-3的孔机床：Z525立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻31)进给量 取f=0.13mm/r2)切削速度V=1220m/min. 取V=15m/min3)确定机床主轴转速ns= 682r/min与682r/min相近的机床转速为700r/min。现选取=700r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=10mm; =4mm; =3mm;t=2x（） =2x（）=0.0234(min)第4章 夹具设计4.1 设计类型及机床选择根据本次设计要求，设计一套钻扩铰8.8孔的专用夹具。选用Z525立式钻床（图4-1）更合理。它适用于各种零件的钻孔、扩孔、绞孔、锪平面及攻丝加工，操作简单，夹具一次装夹就可加工所有孔。图4-1 立式钻床4.2 定位方案的确定本道工序加工钻扩铰8.8孔，精度不高，因此我们采用已加工好的端面和孔定位，因为孔径自身较小，切削力较小，因此不在采用其他的辅助定位，挡圈和螺母的压紧力即可以满足要求。在夹具体上安装一个芯轴进行定位，芯轴限制五个自由度，定位销限制一个旋转自由度，这样就现在了空间的6个自由度。完成零件的定位。本次设计选择定位元件为：芯轴、定位销。4.3 夹紧方案的确定考虑到本次设计的夹具其零件并不是十分的复杂，并且为本夹具是进行钻孔加工，其切削力是垂直于水平面的。因此，采用的是对其垂直方向进行夹紧。从夹具图上可以看出，零件只有在向左的移动方向有偏移的趋势，所以我们考虑夹紧这个位置就能完成零件的夹紧。使用开口挡圈圈和螺母配合夹紧，螺母拧紧的同时压紧档圈，将工件夹紧。夹紧元件有：芯轴、螺母、开口垫圈。图4-2 夹紧机构4.4 钻模板的设计钻孔模板是用于引导工具在工件上钻孔的部件。本次设计的钻模板结构特征是:夹紧装置除了工件定位外，还具有根据待加工孔位置分布设置的钻套和钻模板，以确定刀具的位置，防止刀具在加工过程中发生倾斜，从而保证待加工位置的精度。在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易，并注意以下几点：（1） 在保证钻模板有足够刚度的前提下，要尽量减轻其重量。在生产中，钻模板的厚度往往按钻套的高度来确定，一般在1030mm之间。如果钻套较长，可将钻模板局部加厚。此外，钻模板一般不宜承受夹紧力。（2）钻模板上安装钻套的底孔与定位元件间的位置精度直接影响工件孔的位置精度，因此至关重要。4.5 导向装置设计我们这道程序的要求是要对被加工的孔进行钻孔，最后才能实现图上所要求的加工要求，所以我们要选快换钻套来用作刀具的导向元件。查机床夹具设计手册，我们知道我们所加工的孔在8-14mm之间，因此我们选用8-14mm之间这个结构的快换钻套图4-3快换钻套4.6 定位误差分析(1)移动时基准位移误差 （式5-5）式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙代入（式5-5）得： = =(2) 转角误差 （式5-6）式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙 削边销孔的最大偏差 削边销孔的最小偏差 削边销定位孔与定位销最小配合间隙其中： 则代入（式5-6）得：则： 经检验合格4.7 切削力和夹紧力的计算钻削轴向力为 引自参考文献机床夹具手册（第三版）表1-2-8.进给量 修正系数 引自参考文献机夹具设计手册（第三版）表1-2-8. 故 则实际夹紧力为 查机床夹具计手册（第三版）表1-2-1. 安全系数K 可按下式计算基本安全系数1.5；加工性质系数1.1;刀具钝化系数1.0；断续切削系数.0;上述数据查机械夹具具设计手册（第三版）表1-2-1. 故 同理当时计算切削力为2260N查机械夹具设计手册表12 25数据可知，当使用螺母进行夹紧就可以使夹紧力大于切削力。结 论完成本次设计后，我要去的课堂知识和实践知识，有一个非常好的