拨叉的工艺规程及铣断夹具设计

设计说明书题目：拨叉的工艺规程及铣断夹具设计学 生：学 号：专 业：班 级： 指导老师：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。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：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。ABSTRCTThis 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 录序 言 .1一 零件的分析 .21.1 零件的作用 .21.2 零件的工艺分析 .2二 毛坯的确定 .42.1 确定毛坯的制造形式 .42.2 毛坯形状及尺寸 .4三 拟定加工工艺路线 .53.1 基准的选择 .53.1.1 粗基准选择 .53.1.2 精基准的选择 .63.2 制定工艺路线 .7四 切削用量及工时计算 .94.1 工序 1 设计 .94.2 工序 2 设计 .104.3 工序 3 设计 .114.4 工序 4 设计 .134.5 工序 5 设计 .144.6 工序 6 设计 .154.7 工序 7 设计 .16五 夹具设计 .185.1 问题的提出 .185.2 定位基准的选择 .185.3 切削力及夹紧力计算 .185.4 定位误差分析 .215.5 夹具设计及操作简要说明 .21总 结 .22致 谢 .24参 考 文 献 .25第 1 页 共 30 页序 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。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 30 页一 零件的分析1.1 零件的作用题目所给的零件是 CA6140 车床的拨叉。它位于车床变速机构中，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 22 孔与操纵机构相连，二下方的 55 半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。1.2 零件的工艺分析零件的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求需要加工的表面：1.小孔的上端面、大孔的上下端面；2.小头孔 mm 以及与此孔相通的 8mm 的锥孔、021.螺纹孔；8M3.大头半圆孔 mm；5位置要求：第 3 页 共 30 页小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.07mm。由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。第 4 页 共 30 页二 毛坯的确定2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为 HT200。考虑到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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级 CT9 级，已知此拨叉零件的生产纲领为 5000 件/年，零件的质量是 1.0Kg/个，可确定该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。2.2 毛坯形状及尺寸毛 坯 的 形 状 和 尺 寸 主 要 由 零 件 组 成 表 面 的 形 状 、 结 构 、 尺寸 及 加 工 余 量 等 因 素 确 定 的 ， 并 尽 量 与 零 件 相 接 近 ， 以 达 到 减少 机 械 加 工 的 劳 动 量 ， 力 求 达 到 少 或 无 切 削 加 工 。 但 是 ， 由 于现 有 毛 坯 制 造 技 术 及 成 本 的 限 制 ， 以 及 产 品 零 件 的 加 工 精 度 和表 面 质 量 要 求 愈 来 愈 来 高 ， 所 以 ， 毛 坯 的 某 些 表 面 仍 需 留 有一 定 的 加 工 余 量 ， 以 便 通 过 机 械 加 工 达 到 零 件 的 技 术 要 求 。毛 坯 尺 寸 与 零 件 图 样 上 的 尺 寸 之 差 称 为 毛 坯 余 量 。 铸 件 公 称 尺寸 所 允 许 的 最 大 尺 寸 和 最 小 尺 寸 之 差 称 为 铸 件 尺 寸 公 差 。 毛 坯余 量 与 毛 坯 的 尺 寸 、 部 位 及 形 状 有 关 。 第 5 页 共 30 页三 拟定加工工艺路线3.1 基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。3.1.1 粗基准选择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。第 6 页 共 30 页（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。以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。这样就可以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。3.1.2 精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：1)为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量最小的面为精基准。2)为了保证零件上加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗基准。当零件上有几个加工面，应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为精基准。3)为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。零件上有些重要工作表面，精度很高，为了达到加工精度要求，在粗加工时就应使其加工余量尽量均匀。4)为了使定位稳定、可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。作为粗基准的面应无锻造飞边和铸造浇冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夹具装夹时，还应使夹具结构简单，操作方便。5) 精基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。因粗基准是毛面，表面粗糙、形状误差大，如果二次装夹使用同一精基准，两次装夹中加工出的表面就会产生较大的相互位置误差。考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重第 7 页 共 30 页合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基准。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算，此处不再重复。3.2 制定工艺路线制订工艺路线的出发点，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。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下工艺方案：工序号工序名 工序内容10 铣断 将毛坯从对称轴线铣断20 粗铣 粗铣拨叉头上端面 Ra12.5m，控制尺寸 51.530 粗铣 粗铣拨叉头下端面 Ra12.5m，控制尺寸 5140 粗铣 粗铣拨叉头上台阶面 Ra12.5m，控制尺寸 21.150 粗铣 粗铣拨叉头下台阶面 Ra12.5m，控制尺寸 20.660 半精 铣 半精铣拨叉头上端面 Ra3.2m，控制尺寸 50.570 半精 铣 半精铣拨叉头下端面 Ra3.2m，控制尺寸 5080 半精 铣 粗铣拨叉头下台阶面 Ra3.2m，控制尺寸 20.390 半精 铣 粗铣拨叉头下台阶面 Ra3.2m，控制尺寸 20第 8 页 共 30 页10扩、铰22孔粗扩、精扩、倒角、铰 22mm 孔，Ra1.6m110 粗铣 粗铣拨叉脚两端面，Ra6.3m120 粗、精镗 粗镗拨叉脚内侧面，再精镗，Ra3.2m130钻、铰8孔钻、倒角、粗铰、精铰 8mm 孔，Ra1.6m140 攻螺 纹 丝锥加工 M8 螺纹150 去毛 刺160 中检170 热处 理180 清洗190 终检第 9 页 共 30 页四 切削用量及工时计算4.1 工序 1 设计工序内容：粗铣拨叉头上端面 Ra12.5m，控制尺寸 51.51. 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,， ， ， 。map5.1d250min/125v4z2. 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 map5.2）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 ，则齿/2.0mfzin17.96510rdvns按机床标准选取 750wn/70.i10wvm当 750r/min 时nrzfwm /607542.按机床标准选取 mf第 10 页 共 30 页3）计算工时切削工时： ， ， ，则机动工时为ml15l91ml32in8.0732xfntwm4.2 工序 2 设计工序内容：粗铣拨叉头上台阶面 Ra12.5m，控制尺寸 21.11. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用 YG8,， ， ， 。map5.1d320min/15v4z2. 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 map5.15）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 ，则齿/2.0mfzin48.631510rdvns按机床标准选取 750wn/min/3.14075321vw当 750r/min 时n第 11 页 共 30 页rmznfwm /607542.0按机床标准选取 fm6）计算工时切削工时： ， ， ，则机动工时为l39l1l32.in4.027521xfnltwm4.3 工序 3 设计工序：粗扩、精扩、倒角、铰 22mm 孔，Ra1.6m工步一粗扩 20确定进给量的确定 ：根据参考文献表 2-7，当钢的f， 时， 。由于本零MPab8002dmrmf/47.039.件在加工 20 孔时属于低刚度零件，故进给量的确定应乘以系数 0.75，则 rf /35.029.75.04.39.0根据 Z525 机床说明书，现取 rmf/.切削速度：根据参考文献表 2-13 及表 2-14，查得切削速度所以min/18v101826/in0swvrd根据 Z525 立式钻床说明书，取 ，因此实际切削3/miw速度计算为第 12 页 共 30 页20318.4/min1wdnv切削工时计算： ， ， ，则机动工时ml0l9l2为1231.4in0.5mwltnf工步二：精扩 .85利用钻头将 孔扩大至 ，根据有关手册规定，2021.8m扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 rff/87.05. 75.06.1钻根据机床说明书，选取 mf则主轴转速为in/46123312vv钻，并按车床说明书取 ，实际切min/46.5rn mi/8rw削速度为 21.564./in100wdv切削工时： ， ， ，则机动工时为ll6l32min81.57.061fntwm工步 3：铰 孔2根据参考文献表 2-25， ，rf/4.2第 13 页 共 30 页，得min/128vin/65.248.9rs查参考文献表 4.2-2，按机床实际进给量的确定和实际转速，取 ， ，实际切rf/3.0mi/198rw削速度 。min/.9v切削工时： ， ， ，则机l1l1l32动工时为 min6.35.019821fnltwm4.4 工序 4 设计工序：粗铣拨叉脚两端面，Ra6.3m 1.选择刀具刀具选取高速钢端铣刀，刀片采用 YG8,， ， ， 。map5.1d40min/75v4z2. 决定铣削用量7）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 map5.18）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 ，则齿/2.0mfz第 14 页 共 30 页min/2.19407510rdvns 按机床标准选取 1450wnin/12.81054vw当 1450r/min 时nrmzfwm /160452.按机床标准选取 fm9）计算工时切削工时： ， ，则机动工时为l241l322()()0.1in75mwtnf4.5 工序 5 设计工序内容：粗镗拨叉脚内侧面，再精镗，Ra3.2m 1.加工条件工件材料：HT200，时效处理，砂型铸造加工要求：镗孔 75mm机 床：卧式镗床 T616刀 具：弯头镗刀2.计算切削用量查简明手册表 4.2-19 和 4.2-20,4.2-21 得=25mm/minv第 15 页 共 30 页=0.07mm/zmf=9.6mmpamin/106754.321.0rdvn根据 T616 镗床说明书，取 =125 r/minw切削工时：L=2mm min286.07.125fmvLT4.6 工序 6 设计工序：丝锥加工 M8 螺纹选用 高速钢锥柄麻花钻（工艺表 3.16）6m由切削表 2.7 和工艺表 4.216 查得/r28.0f机（切削表 2.15）inVcc1v0x163r/minD机机 按机床选取 54/in机x6.8542/in100cV机机 第 16 页 共 30 页基本工时： min17.028.543f21xnlt机机攻螺纹 M8mm：选择 M8mm 高速钢机用丝锥等于工件螺纹的螺距 ，即f p1.25/fmr7.5/mincV机 107.598(/in)cnrD查按机床选取 2/ir机6.8/incVm机基本工时： 1203.5(min)7.ltf机4.7 工序 7 设计工序内容：铣断1.选择刀具刀具选取三面刃铣刀， ， ， 。map5.1d10min/3v4z2. 决定铣削用量1）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ap5.2）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。第 17 页 共 30 页根据表查出 ，则齿/2.0mfzin951310rdvns按机床标准选取 975wn/min/30170vw当 975r/min 时nrzfwm /7809542.按机床标准选取 mf3）计算工时切削工时： ， ，则机动工时为l641l32in.75321fnltwm第 18 页 共 30 页五 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，决定设计的工序铣断的铣床夹具。5.1 问题的提出 本夹具主要用于铣断，本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。5.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。我们采用20 孔和端面为定位基准，采用一面两销定位，端面限制 3 个自由度，V 型块限制 2 个自由度，定位挡销限制 1 个自由度，这样空间的六个自由度就限制完全了，为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用移动压板作为夹紧机构。5.3 切削力及夹紧力计算 （1）刀具： 采用端铣刀 30mm z=24第 19 页 共 30 页机床： x51 立式铣床由3 所列公式 得FVzwqueyXpFndafC0查表 9.48 得其中： 修正系数 0.1vk3F83.FqFXz=24 65.0Fy.uPaw代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K= 4321K其中： 为基本安全系数 1.5为加工性质系数 1.12为刀具钝化系数 1.13K为断续切削系数 1.14所以 NF7.15（2）夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机 由 FKf21其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25.01f第 20 页 共 30 页F= +G G 为工件自重zPNfFN4.35121夹紧螺钉： 公称直径 d=12mm，材料 45 钢 性能级数为6.8 级MPaB106MPaBs4801螺钉疲劳极限： B9263.2.1极限应力幅： Pakma7.51li 许用应力幅： MSa3.li螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 ss=3.54 取s=4得 MPa120满足要求8.24cHdFPaNc153.2经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力第 21 页 共 30 页5.4 定位误差分析用外圆表面定位，工件定位面是外圆表面，定位元件的定位工作面是 V 形块对称面，定位基准是外圆中心线，当工件外圆直径发生变化时其中心线在 V 形块对称面上上下移动。定位误差计算如下：jb=1/2T(d)=1/2x0.022=0.011db=0.707(Td)=0.707x0.022=0.016dw=db-jb=0.005分析计算孔中心线与侧板中心线的重合度误差：jb=0db=0dw=05.5 夹具设计及操作简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了开口垫圈夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑，夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。第 22 页 共 30 页第 23 页 共 30 页总 结这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了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。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现, 提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节, 更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到