工艺夹具毕业设计10X6132立式升降台铣床拨叉壳体的加工工艺路线

摘 要 本毕业 设计抛开以往的设计思 路 ，浓缩了一个新方案。通过对 X6132 立式升降台铣床拨叉壳体 的 加工工艺 路线 的比较分析， 确定最合理的 加工 方案， 该方案 以三个面作为基准，实现基准统一，简化了随行夹具的设计，从而在保证所要求的质量和劳动生产率指标的前提下 ， 降低了生产成本。而且专用的 夹具设计严格按照收集的 有关资料， 经过认真研究， 确定夹具的结构方案，然后绘制夹具总图，最后确定并标注有关尺寸及技术条件的步骤，充分体现了提高劳动生产率、保证加工质量、降低劳动强度的原则， 论文 中将以详细的计算和说明 来 证明。 关健词 ： 拔叉 工艺 铣削 钻削 前 言 毕业设计 是在学校完成了大专 的全部课程，并进行了生产实习的基础上进行的，也是在校学习阶段 最后 一个重要的 环节 。 通过毕业设计培养综合运用所学知识 ， 独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。 本次设计涉及 机床、工艺、工装 、夹具等机制专业的大部分专 业知识，是一次全面、系统地检验自己在校 期间对专业知识的掌握情况。在整个设计过程中，认真调查研究、搜索资料， 尽量使自己的设计达到要求的较高水平。通过独立查找资料、分析计算完成方案设计，绘制图纸和编写技术文件等，使自己对机制专业有了更深刻的认识。 本论文 是设计 X5020B 立式升降台铣床拨叉壳体加工工艺规程及装备，是在进行生产实习的基础上，再和现场了解相结合，选用“机械制造工艺学”和“机床夹具设计”编写而成。系统地介绍了 X5020B 立式升降台铣床拨叉壳体加工工艺过程以及其工艺装备的选用、零件的功用及结构 分析、加工余量、工序尺寸、公差、确定工时、切削余量、速度的计算选用、工件加工夹具的设计等，是一份较为全面的 工艺 设计说明。 目 录 1 分析零件图 .1 1.1 零件结构分析 .1 1.2 加工精度分析 .5 2 选择 加工 设备 .6 2.1 选择机床 .6 2.2 选择夹具 .7 3 定位基准的选择 .8 3.1 粗基准的选择 .8 3.2 精基准的选择 .8 4 加工工艺方案的制定 .9 4.1 加工工序顺序安排 .9 4.2 走刀方式的选择 .9 4.3 走刀路线的选择 .10 4.4 方案对比 .10 5 刀具与冷却液的选择 .11 5.1 刀具的选择 .11 5.2 冷却液的选择 .12 6 切削用量选择 .13 6.1 确定主轴转速 .13 6.2 切削进给速度 .14 6.3 背吃刀量 . 15 7 编写工艺文件 .15 7.1 零件加工工艺过程卡 .15 7.2 数控加工工序卡 . .17 7.3 数控加工刀具卡 18 8 零件 精度 .21 8.1保证 精度 的 措施 .21 8.2表面质量 .21 参考文献 .22 结论 .23 题目 ： 拨叉的加工 1 分析零件图 1.1 零件结构分析 该拨叉壳体是 X6132 立式升降台铣床的一个重要 的 基础零件，它位于传动轴的端部，主要作用是： 一是传递扭矩，使机床获得动力；二是此零件可以调整传动轴的长短及位置。 上图为铸造成型的 零件 拨叉，毛坯材料为 HT200。该零件的毛坯尺寸为74X66X160， .主要结构有一叉体 、一通孔、一螺纹孔。所有的端面都需铣床的加工。上部是垂直的叉体， 加工难度比较大 ， 需选择合适的球头铣刀进行加工。 1.2加工精度分析 该零件的加工精度为 IT(8-9),表面粗糙度除垂直槽 Ra1.6um， 其余 Ra3.2um。 零件的形状和结构比较复杂，需保证以下几个精度：零件的总长度为 64 0.5、56 0.5、 150 0.5； 垂直槽的高度 、 螺纹孔的深度 、 通孔 突出的部分的厚度。 由零件图可知，该材料具有较高的强度、耐磨性 、耐热性及减振性，还用于承受较大应力，要 求耐磨的零件，铸造性能也较好，该零件上的主要加工面为、面，其中为了定位夹紧需加工的平面是、面，面的表面粗造度为 1.6 um，其直接影响拨叉壳体与机体的接触精度，、面的表面粗造度为 6.3 um。 该零件上的主要加工孔为的尺寸精度、同轴度与、面的垂直度影响机床的装配精度，加工精度要求较高，需精加工孔为孔，孔的表面粗糙度要求为：孔为 1.6 um， 各长轴线的同轴度及轴线之间的平行度对机体的安装精度以及运动精度影响较大， 加工精度要求较高。 尺寸要求：同轴度为 0.5（配作加工） 。 2设备的选择 2.1选择机床 根据分析 ， 此图形的尺寸比 较复杂，带有垂直面，所以采用卧式升降台铣床加工 。由于加工难度比较大需要四把刀具 （ 20立铣刀， 8立铣刀， 8球头铣刀， 100面铣刀）进行加工。 铣 床是用 铣 刀 对 工件 进 行 铣 削加工的机床。 铣 床除能 铣 削平面、 沟 槽、 轮齿 、螺 纹 和花 键轴 外， 还 能加工比 较复杂 的型面，效率 较刨 床高，在机械制造和修理 部 门 广泛 应 用。 铣 床 种类 很多，一般是按布局形式和适用范 围 分，主要有升降台 铣 床、 龙门铣 床、 单 柱 铣 床 、 单 臂 铣 床 等。升降台 铣 床有万能式、 卧 式和立式几 种 ，主要用于加工中小型零件， 应 用 最 广；龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床， 用于加工大型零件；工作台面宽度为 250、 300、 360mm 的立式升降台铣床适合于各种金属的铣削加工，可以铣平面、斜面、成形表面、沟槽、键槽，安装专用刀杆及附件，还可以钻孔、镗孔等。机床精度稳定，操纵灵活。工作台纵向、横向及垂向均有机动进给及快速调整移动。配备多种附件，更换容易，一机多能，用途广泛，适用于机械、轻工、仪表、电机、电器、模具等行业的铣削加工。在此基础上 有 XS5025C、 XS5030C 等数显立式升降台铣床。 2.2选择夹具 确定装夹方案时，要根据以选定的加工表面和定位基准来确定工件的定位与夹持方式，并选择合理的夹具。加紧机构和其他元件不得影响进给，加工部位要敞开，要求夹持工件后夹具等一些组件不能与刀具运动发生干涉。必须保证最小的夹紧变形，工件加工时切削力大，需要的夹紧力也大，但不能把工件夹变形。 因此，必须慎重考虑夹具的支撑点、定位点和夹紧点。夹具结构应力求简单，对形状简单的单件小批量生产的零件可以选用通用夹具。夹具应便于与机床工作及工件定位表面间的定位元件连接及 工件定位表面间的定位元件连接。由于该零件材料是 HT200， 一般不会产生夹紧变形，零件尺寸小、结构和形状比较简单，需要用专用夹具，所以只需要用平口虎钳和一辅助装夹的垫块、垫片。最终选择夹具如 下 图所示： 3 定位基准的选择 制定机械加工规程时定位基准选择的是否合理，将直接影响零件加工表面尺寸精度。定位基准选择不同，工艺规程也将随之而异。基准根据功用不同分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是指设计图样上采用的基准，而工艺基准则是在机械加工过程中用来确定加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。工艺基准按不同的用 途分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。对以上几种基准分别做解释： 工序基准：在工序图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置和基准。定位基准：在加工过程中用来定位的基准。测量基准：测量是采用的基准。装配基准：装配是用来确定零件或部件在产品中相对位置时所采用的基准。 3.1粗基准的选择 定位基准有粗精基准之分，在选择粗基准时主要考虑两个问题：一是保证加工面与不加工面的相对位置精度要求；二是合理分配各加工表面的加工余量。具体原则如下： 1 对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，为 保证不加工表面和加工表面的位置精度，应选择不加工表面为粗基准。 2 对于具有较多加工表面的工件选择粗基准时，应考虑合理分配各表面的加工余量（保证各表面都有足够的余量和选择重要表面作为基准）。 3 粗基准应避免重复使用。 4 选择粗基准的平面应平整，没有冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠粗基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便夹具结构简单。 5 选择精基准的原则到率如下：基准重合原则；基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则；精基准的选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。 定位基准 是工件再定位所依据的基准，首先以毛坯的一个面为粗基准，铣削 4的夹持面，在以夹持面为精基准来加工零件，零件加工完毕，在 已 加工后的上平面为精基准来铣下底面。 4加工工艺方案的制定 4.1加工工序顺序安排 工序内容： 加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序（或工步）中。 按照工件加工表面的性质和要求，将粗加工、精加工分为依次进行的不同工序（或工步）。先进行所有表面的粗加工，然后进行所有的表面精加工。 按照从简单到复杂的原则， 先加工精度要求较底的表面，再加工精度要求较高的表面等。 按照从简单到复杂的原则，先加工精度要求较底的表面，再加工精度要求较高的表面等。 4.2走刀方式的选择 在加工中刀具相对运动轨迹和方向称为加工路线，加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走道路线尽量短、效率高等。进刀方式和退刀方式是直接影响表面加工精度的重要因素之一，选取一种有利于加工又对表面加工精度影响不大的方式，直线进刀容易在工件表面上留下进刀、退刀的微观痕迹，而沿圆弧段方向进刀、退刀就不同，既不会留下 痕迹而且还不会影响表面加工质量。往复型走刀方式：在切削加工过程中，顺铣、逆铣交替进行，表面质量差但加工效率高。单方向走刀：在切削加工过程中，只有顺铣或逆铣，表面的质量高但效率低。 所以 根据零件的特点和加工要求， 选择该零件的加工方式为环切走刀， 这样既保证了表面质量又保证了加工效率。 4.3 走刀路线的选择 1.对于这个工件来说我们要先铣 4mm 的支持。保持所给的尺寸。然后翻面夹持。保持一定的尺寸。 2.第 2 步要接着铣垂直面。并保持尺寸和基本要求。 3.要粗铣工件的整个轮廓。并保持一定的尺寸和粗糙度。 4.粗铣之后要精铣轮廓。并保持一定的尺寸和粗糙度 5.粗铣槽端面。并保持一定的尺寸和粗糙度 6.精铣槽端面。并保持一定的尺寸和粗糙度 7.翻面夹持 。 8. 铣平面。 4.4 方案对比 表 4-1 方案 一 加工路线 刀具号 刀具直径 粗、精铣上平面 铣刀 100mm 面铣刀 粗、精铣外轮廓 铣刀 20mm 立铣刀 粗、精铣槽 铣刀 8mm 立铣刀 粗、精铣槽 铣刀 8mm 立铣刀 8mm 球头刀 粗、精铣下平面 铣刀 100mm 面铣刀 表 4-2 方案二 加工路线 刀具号 刀具直径 粗铣上平面 铣刀 100mm 面铣刀 粗铣外轮廓 铣刀 20mm 立铣刀 粗铣岛屿式槽 铣刀 8mm 立铣刀 精铣上平面 铣刀 100mm 面铣刀 精铣外轮廓 铣刀 20mm 立铣刀 精铣岛屿式槽 铣刀 8mm 球头刀 粗、精铣下平面 铣刀 100mm 面铣刀 根据以上的两种加工方案进行分析 比较 ：方案一 ， 将粗精加工一起完成， 这样可以节省时间和换刀的次数，避免因换刀而引起的长度补偿误差。 方案二 ， 将粗精加工分开进行，增加了换刀次数和加工时间，因换刀而引起的长度补偿误差 值增大。 所以选择方案一加工 本 零件。 5 刀具与冷却液的选择 5.1 刀具的选择 根据铣削特点，对刀具提出如下要求： 1. 刀具应具有高的刚性：因为在数 控 加工时无辅助装置支撑刀具，刀具的长度在满足使用要求的前提下 要 尽可能的短。 2. 重复定位精度高，同一把刀具多次装入主轴锥空时，刀具的位置应重复不变。 3. 刀具相对与主轴的一个固定点的轴向和径向位置应能准确调整即刀具必须能够以快速简单的方法准确地预调到一个固定的几何尺寸。 根据不同的加工内容，要不同规格的刀具来 加工，该零件材料为 HT200，毛坯为 74X66X160mm， 零件的实际尺寸为 74X66X160 mm 较为充足，考虑 加工效率，接刀痕迹，走倒的重叠量，综上分析 ， 确定粗精铣平面用直径 100 的平面铣刀，外轮廓用直径 20 的立铣刀，槽用直径 8 的立铣刀开粗，再用直径 8 的球头刀精铣。刀具材料 为 硬质合金。 5.2 冷却液的选择 为了提高加工零件的刀具精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和零件精度的影响。 通过查询资料选择常用的冷却液 进行选择。 综合以上 分析，采用润石合成金属加工液（ Corlan9y355）效果 好， 它的 主要作用：冷却、润滑、清洗而且还有一定的防锈作用。 6 切削用量选择 合理的选择切削用量的原则是：粗加工时一般以提高生产率为主，但也应该 考虑经济性和加工成本，半精加工和精加工时应在保证质量的前提条件下兼顾切 削效率，经济性和加工成本。 6.1 确定主轴转速 主轴根据允许的切削速度 Vc（ m/min）选择 N=1000Vc/3.14XD 其中： N 主轴转速 Vc 切削速度（ m/min）由刀具寿命来确定切削速度，常选为（ 100 200）m/min D 工件或刀具的直径（ mm） 根据上述公式得：粗加工主轴转 速 2000r/min,精加工 3000r/min。 6.2切削进给速度 进给速度 F是切削时单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，是根据工件的加工精度和表面粗造度的要求，以及刀具和工件材料进行选择，最大进给速度受到机床刚度和进给系统性能制约，不同的机床和系统，最大进给速度不同，当加工精度和表面粗造质量要求高时，进给速度应选小一些，通常在（ 20-50）m/min范围内选取。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。 切削进给速度与铣刀的转速 n、铣刀齿数 Z及每齿进给量 fz的关系为： F=fzZn 根据公式可以看出：每齿进给量 fz的选取主要取决于工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。当工件材料的强度和硬度越高， fz越小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同内高速钢铣刀。工件表面粗糙度值越小， fz就越小。 根据上述公式得：粗加工进给量 500m/min,精加工 300m/min。 6.3背吃刀量 由机床，夹具，刀具，工件组成的工艺系统的刚度确定，在系统刚度允许的情况下，尽量选取背吃刀量等于加工余量，这样可以减少走刀次数，提高 加工效率。为了保证加工表面质量可留少量精加工余量，一般留 0.2 0.5mm.对于质量要求较高的工件，可以减少加工余量最后进行精加工。 选取背吃刀量为：粗加工 2.0，精加工 0.3。 7编写工业文件 7.1工艺过程卡 表 7-1工艺过程卡 零件名称 零件材料 毛坯种类 毛坯硬度 毛重 / 净重 / 车型 每车件数 拨叉 HT200 热轧件 3 铣床 工序号 工序名称 设备名称及型号 夹具 进给量 /r 主轴转速r/min 切削速度 /min 冷却液 T单负菏 % 1 铣夹持面 加工中心KVC650 平口虎钳 0.5 1500 150 乳化液 2 铣上平面 加工中心KVC650 平口虎钳 0.4 2000 150 乳化液 7.2加工工序卡 表 7-2加工工序卡 名称 工序卡片 产品名称 零件名称 材料 程序号 件一 连杆锻摸 45 O00001 工序号 工序名称 夹具 使用设备及型号 车间 1 虎钳 加工中心 KVC650 加工 1室 工步号 工步内容 刀具 量具及检具 进给量 /r 主轴转速（ r/min） 切削速度（ m/min） 1 粗铣上平面留余量0.2 面铣刀100 游标卡尺塞规 0.5 /r 1800r/min 100m/min 2 精铣上平面 平面度 Ra1.6 面铣刀100 游标卡尺塞规 0.1 /r 2000r/min 60m/min 3 铣外轮廓 加工中心KVC650 平口虎钳 0.4 2000 150 乳化液 4 铣岛屿式槽 加工中心KVC650 平口虎钳 0.3 1500 150 乳化液 5 翻面铣底平面 加工中心KVC650 平口虎钳 0.4 1500 150 乳化液 6 检查 编制 审核 批准 共 1页 第 1页 表 7-3加工工序卡 工号 工序名称 夹具 使用设备及型号 车间 1 铣底平面 虎钳 加工中心 KVC650 数 加 1室 工步号 工步内容 刀具 量具及检具 进给量( /r) 主轴转速(r/min) 切削速度(m/min) 1 粗铣下平面留余 量0.3 100平面铣刀 游标卡尺塞规 0.5 /r 1800r/mm 100m/min 2 精铣下平面 100平面铣刀 游标卡尺塞规 0.1 /r 1800r/mm 60m/min 编辑 审核 批准 共 1页 第 1页 8 零件 精度 1 粗铣轮廓留余量 0.3 20立铣刀 游标卡尺塞规 0.5 /r 1800r/min 100m/min 2 精铣外轮廓 20立铣刀 游标卡尺塞规 0.1 /r 2000r/min 60 m/min 1 粗铣岛屿式槽余量 0.3 8立铣刀 游标卡尺塞规 0.5 /r 1800 r/min 100 m/min 2 精铣岛屿式槽 8立铣刀 游标卡尺塞规 0.1 /r 2000r/min 60 m/min 编辑 审核 批准 共 1页 第 1页 8.1 保证加工精度采取的措施 8.1.1 加 工精度的概念 加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表面相互位置等方面与理想零件的符合程度。它由尺寸精度、形状精度和位置精度组成。 尺寸精度：指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。形状精度：指加工后零件表面本身的实际形状与理想零件表面形状之间的符合程度。位置精度：指加工后零件各表面之间的实际位置与理想零件各表面之间的位置的符合程度。 8.1.2 机械加工精度获得的方法 1 尺寸精度的获得方法 1）试切法 这是一种通过试切工件 测量 比较 调整刀具 再试切 再调整，直至获得要求的 尺寸的方法。 2）调整法 是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整确定刀具相对工件定位基准的准确位置，并在保持此准确位置不变的条件下，对一批工件进行加工的方法。 3）定尺寸刀具法 在加工过程中采用具有一定尺寸的刀具或组合刀具，以保证被加工零件尺寸精度的一种方法。 4）自动控制法 通过由测量装置、进给装置和切削机构以及控制系统组成的控制加工系统，把加工过程中的尺寸测量、刀具调整和切削加工等工作自动完成，从而获得所要求的尺寸精度的一种加工方法。 2.形状精度的获得方法 机械加工中获得一定形状表面 的方法可以归纳为以下三种。 1）轨迹法 此法利用刀具的运动轨迹形成要求的表面几何形状。刀尖的运动轨迹取决于刀具与工件的相对运动，即成形运动。用这种方法获得的形状精度取决于机床的成形运动精度。 2）成形法 此法利用成形刀具代替普通刀具来获得要求的几何形状的表 面。机床的某些成形运动被成形刀具的刀刃所取代，从而简化了机床结构，提高了生产效率。 用这种方法获得的表面形状精度既取决于刀刃的形状精度，又有赖于机床成形运动的精度。 3）范成法 零件表面的几何形状是在刀具与工件的啮合运动中，由刀刃的包络面 形成的。因而刀刃必须是被加工表面的共扼曲面，成形运动间必须保持确定的速比关系，加工齿轮常用此种方法。 3 位置精度的获得方法 在机械加工中，获得位置精度的方法主要有下述两种。 1）一次装夹法 工件上几个加工表面是在一次装夹中加工出来的。 2）多次装夹法 即零件有关表面间的位置精度是由刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面（亦是工件在前几次装夹时的加工面）之间的位置关系保证的。在多次装夹法中，又可划分为： 直接装夹法 即通过在机床上直接装夹工件的方法。 找正装夹法 即通过找正工件相对刀具切削 运 动之间 准确位置的方法。 夹具装夹法 即通过夹具确定工件与刀具切削刃成形运动之间的准确位置的方法。 8.2 表面质量 （一）表面质量的概念 零件的 机械加工质量不仅指加工精度，而且也包括加工表面质量。表面质量是 机械加工后零件表面层的几何结构，以及受加工的影响表面层金属与基体金属性质产生变化的情况。表面层一般只有 0.05 0.15mm。 在金属切削过程中，形成加工表面时发生金属的弹性变形和撕裂，同时伴随着切削力和切削热的作用，使整个工艺系统可能产生振动。因此已加工表面不可能是理想的光滑的表面，而是存在着粗糙度 、波纹等几何形状误差以及划痕、裂纹等表面缺陷。零件表面层材料的化学和物理性质也发生一系列变化。 表面质量的主要内容包括以下方面： 1表面的几何形状 2表面层物理机械性能的变化 由于表面层沿深度的变化，所以表面层物理机械性能的变化主要有： 1）表面层的冷作硬化 2）表面层中残余应力的大小、方向及分布情况 3）表面层金相组织的改变 4）表面层的其它物理机械性能的变化 （二）表面质量对零件使用性能的影响 机械产品之所以要维修，更换某些零件或整个报废，一般不是因为它的零件发生了整 体破坏，而是零件之间有相互运动的表面产生过大的磨损，从而改变了机械的性能，使之不能使用。有时即使零件发生了整体断裂，究其原因也往往是首先在零件表面上形成了疲劳裂纹，裂纹不断扩展，从而造成了零件的整体破坏。因此，了解零件的表面质量对其使用性能的影响，正确的提出对零件表面质量的要求是非常重要的。 1表面粗糙度对耐磨性的影响 零件的耐磨性除与材料的性能、热处理状态和润滑条件有关外，零件自身的表面粗糙度起着十分重要的作用。 2冷作硬化对耐磨性的影响 冷作硬化可以显著地提高零件表面的耐磨性。 3表面层应力集中及 残余应力对疲劳强度的影响 零件表面微观不平度会在它的“波谷”底部造成应力集中。 4表面质量对零件耐蚀性能的影响 降低表面粗糙度值可以提高零件的抗腐蚀性能。 5表面质量对配合性质的影响 对于间隙配合，如果零件表面粗糙度值过大，初期磨损就较严重，导致磨损量加大，从而使配合间隙增大，破坏了原设计要求的配合精度。对于过盈配合， 表面粗糙度值过大，装配中，在压入配合的表面上的部分微小波峰被挤平，使实际得到的过盈量比设计要求的小，降低了过盈表面的结合强度，从而影响零件联接的可靠性。 （ 三 ） 提高加工质量的措施 影响零件加工精度