机械制造技术课程设计-叉杆机械加工工艺规程及钻φ10孔夹具设计

机械制造工程学课程设计说明书设计题目：“叉杆”零件的机械加工工艺规程及夹具设计院（系）：机械工程学院专业：工业工程班级：姓名：学号：大学号（小学号）指导教师：设计时间：2022年11月28日~2022年12月09日机械制造工艺学课程设计任务书全套图纸加V信153893706或扣3346389411学生姓名：叉杆设计开始日期：2022年11月28日设计完成日期：2022年12月09日一、设计题目：“叉杆”零件的机械加工工艺规程及夹具设计（年产量5000件）二、设计的主要内容：设计“叉杆”零件的机械加工工艺规程及专用夹具。绘制零件图1张、机械加工工艺过程卡片1张、机械加工工序卡片1张、专用夹具结构装配图1张、编写课程设计说明书1份。：教研室主任：2022年11月28日

目录TOC\o"1-4"\h\z\t"a章节0,1"30861序言 序言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。叉杆零件的工艺规程及其钻2-Ф12孔的工装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。

1零件分析1.1叉杆零件作用题目所给定的零件是叉杆，支架是起支撑作用的构架。1.2叉杆零件的工艺分析图1-1叉杆零件图该叉杆形状特殊、结构简单，属于典型的又杆类零件。为实现换挡，变速的功能，又轴孔与变速义轴连接的定位孔有配合要求，因此加工精度要求较高。为保证叉尾两凸台面对又轴孔Φ20孔的垂直度要求为0.05mm.

为保证叉杆在叉轴上有准确的位置，改档换位正确，叉杆采用圆柱销定位。锁销孔的尺小为Φ10孔。

叉杆头底瑞面和叉杆脚两凸台面均要求切削加工，叉杆头的Φ20mm孔的端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，能确保扩孔时轴心线对其，以保证孔的加工精度。叉杆脚两凸台面均高于其他相邻的表面，这样减少了加1面积。Φ10孔端面为斜面，为了防止钻头钻偏，在“个端而处开了一个Φ20mm的工艺孔，来保证孔的精度要求。M8螺纹孔位于圆柱侧璧上，且偏离40°火角，这个需要做个专用夹具来进行加工方能达到要求，另外，该零件除主要表面外，其余表面的加工精度均较低，不需要高精度的机床进行加工，通过铁床的粗加工便可以达到加工要求，而主要工作表面虽然加工精度要求较高，但可以在正常的生产条件下，采用较为经济的方法，保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。

该零件的上要工作表面为叉杆脚两凸台表面、叉杆脚的圆弧表面、叉抽孔Φ20mm，锁销孔Φ10mm以及螺纹孔M8，在设计过程中时应重点给予保证。

2工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式零件材料为QT45-5，由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用金属型铸造，铸造精度为CT8级，加工余量等级MA-F，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。2.2基面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，可以保证质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。1.粗基准选择原则①如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面位置精度要求较高的表面作粗基准。②如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面作精基准。③如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选加工余量较小的表面作粗基准。④选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。⑤粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。由以上及零件知，选用叉杆Φ36端面、Φ36外圆作为定位粗基准。2精基准选择的原则①用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。②当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免生产基准转换误差。③当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。④为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。⑤有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。由上及零件图知，选用Φ36端面、Φ20孔及R23圆弧作为定位精基准。2.3制订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。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。最终工艺路线方案：工序01：金属型浇注工序02：时效处理以消除内应力工序03：铣Φ36后端面工序04：铣Φ36前端面工序05：钻、扩、铰Φ20孔工序06：粗铣、精铣R35端面工序07：铣R23圆弧工序08：锪Φ20深2沉孔、钻、铰Φ10孔工序09：钻、攻M81.25-6H螺纹工序10：去毛刺工序11：检验至图纸要求工序12：包装、入库2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据零件材料确定毛坯为铸件，根据其结构形状、尺寸大小和材料性能毛坯的铸造方法选用金属型浇注，毛坯精度等级CT8级，加工余量等级MA-F，各加工余量如下：1.叉杆Φ36端面的加工余量叉杆Φ36端面，查《机械制造工艺设计简明手册》2.2-4知，单边加工余量Z=2.0mm,Φ36前端面粗糙度Ra6.3,后端面粗糙度Ra12.5，由《机械制造工艺设计简明手册》1.4-8知，一步铣削即可满足其精度要求。2.叉杆R35端面，由《机械制造工艺设计简明手册》2.2-4知，单边加工余量Z=2.0mm,R35前端面粗糙度Ra6.3,后端面粗糙度Ra3.2，由《机械制造工艺设计简明手册》1.4-8知，两步铣削即粗铣——精铣方可满足其精度要求。2.5确定切削用量及基本工时工序03：铣Φ36后端面1.选择刀具刀具选取端面铣刀，，Z=12.决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-36，立式铣床X52K标准选取＝600按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时——工作台直径工序04：铣Φ36前端面1.选择刀具刀具选取端面铣刀，，Z=12.决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-36，立式铣床X52K标准选取＝600按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-37，立式铣床X52K标准选取3）计算工时——工作台直径工序05：钻、扩、铰Φ20孔工步一：钻孔至Φ18确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取 故实际切削速度为 切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为 工步二：扩Φ18孔至Φ19.8利用扩孔钻将Φ18孔至Φ19.8，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 ，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取则主轴转速为，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取 故实际切削速度为 切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为 工步三：铰Φ19.8孔至Φ20H7确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为 工序06：粗铣、精铣R35端面工步一：粗铣R35端面切削用量①本工序为粗铣R35端面，所选刀具为高速钢错齿三面刃铣刀。铣刀直径d=125mm，宽度L=60.7mm，齿数Z=20。根据《切削用量简明手册》第三部分表3.2选择铣刀的几何形状。由于加工钢料的大于等于785MPa，故选前角=15°，后角=12°（周齿），=6°（端齿）。已知铣削宽度=60.7mm，铣削深度=1.5mm。机床选用X62型卧式铣床。②确定每齿进给根据表3.3，X62型卧式铣床的功率为7.5KW（表4.2-35），工艺系统刚性为中等，高速钢端面铣刀加工钢料，查得每齿进给量=0.06～0.1mm/z，现取=0.07mm/z。选择铣刀磨钝标准及耐用度根据表3.7，用高速钢三面刃铣刀粗加工钢料，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.6mm；铣刀直径d=125mm，耐用度T=120min(表3.8）。确定切削速度和工作台每分钟进给量根据表3.27中公式计算：式中=48，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2,T=120min,=2.5mm,=0.07mm/z,=28mm,Z=20,d=125,=1.0。m/min≈27.86m/min=70.9r/min根据X62型卧式铣床主轴转速表（表4.2-39），选择实际切削速度工作台每分钟进给理为根据X62型铣床工作台进给量表（表4.2-40），选择则实际每齿进给量为校验机床功率根据表3.28的计算公式，铣削时的功率（单位KW）为式中=650，=1.0，=0.72，=0.86，=0，=0.86，=2.5，=0.063mm/min，=28.5mm，Z=20，d=50mm，n=475r/min,=0.63mm=2076.8NX62铣床主动电机的功率为7.5KW，故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量为=0.063mm/min，，，5、基本工时三面刃铣刀铣端面的基本时间为：工步二：精铣R35端面1、切削用量①本工序为粗铣R35端面，所选刀具为高速钢错齿三面刃铣刀。铣刀直径d=125mm，宽度L=60.7mm，齿数Z=20。根据《切削用量简明手册》第三部分表3.2选择铣刀的几何形状。由于加工钢料的大于等于785MPa，故选前角=15°，后角=12°（周齿），=6°（端齿）。已知铣削宽度=60.7mm，铣削深度=0.5mm。机床选用X62型卧式铣床。②确定每齿进给根据表3.3，X62型卧式铣床的功率为7.5KW（表4.2-35），工艺系统刚性为中等，高速钢端面铣刀加工钢料，查得每齿进给量=0.06～0.1mm/z，现取=0.07mm/z。2、选择铣刀磨钝标准及耐用度根据表3.7，用高速钢三面刃铣刀粗加工钢料，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.6mm；铣刀直径d=125mm，耐用度T=120min(表3.8）。3、确定切削速度和工作台每分钟进给量根据表3.27中公式计算：式中=100，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2,T=120min,=2.5mm,=0.07mm/z,=28mm,Z=20,d=125,=1.0。m/min≈58.04m/min≈148r/min根据X62型卧式铣床主轴转速表（表4.2-39），选择实际切削速度工作台每分钟进给理为根据X62型铣床工作台进给量表（表4.2-40），选择则实际每齿进给量为校验机床功率根据表3.28的计算公式，铣削时的功率（单位KW）为式中=650，=1.0，=0.72，=0.86，=0，=0.86，=2.5，=0.063mm/min，=28.5mm，Z=20，d=50mm，n=475r/min,=0.63mm=2076.8NX62铣床主动电机的功率为7.5KW，故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量为=0.078mm/min，，，5、基本工时三面刃铣刀铣端面的基本时间为：工序07：铣R23圆弧1.选择刀具刀具选取立铣刀，，Z=12.决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-36，数控铣床XK7132标准选取＝600当＝600r/min时按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-37，数控铣床XK7132标准选取3）计算工时，，工序08：锪Φ20深2沉孔、钻、铰Φ10孔工步一：锪Φ20深2沉孔1.选择钻头选择高速钢锪刀，其直径d=20mm2．选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据《切削用量手册》表2.7，当铸铁硬度>200H有。（2）计算切削速度根据《切削用量手册》表2.15，当铸铁硬度=200～220HBS时，,切削速度的修正系数为：，，，，故根据Z525型钻床技术资料（见《简明手册》表4.2-12）可选择n=680r/mm，。3．计算基本工时工步二：钻孔至Φ9.8确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取 故实际切削速度为 切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为 工步三：铰Φ9.8孔至Φ10确定进给量：根据参考文献Ⅳ表2-7根据Z525立式钻床说明书，主轴进给量，根据参考文献Ⅳ表4.2-13，取主轴速度：主轴转速，根据参考文献Ⅳ表4.2-12，取 故实际切削速度为切削工时：，，，走刀次数i=1则机动工时为 工序09：钻、攻M81.25-6H螺纹工步一：钻M81.25-6H螺纹底孔Φ6.75选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得（《切削》表2.15）472r/min按机床选取n=545r/min切削工时：，，则机动工时为工步二：攻M81.25-6H螺纹选择M8mm高速钢机用丝锥等于工件螺纹的螺距，即f=0.625mm/r,597r/min按机床选取n=545r/min切削工时：，，则机动工时为

3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。设计第6道工序08锪Φ20深2沉孔、钻、铰Φ10孔夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。刀具为Φ20锪孔钻、Φ9.8麻花钻、Φ10铰刀。3.1问题的提出本夹具主要用于锪Φ20深2沉孔、钻、铰Φ10孔，粗糙度分为Ra12.5、Ra1.6精度要求较高，故设计夹具时既要考虑如何提高生产效率，也要考虑Φ10孔质量。3.2夹具设计3.2.1定位元件及夹紧元件的选择以Φ36后端面、Φ20孔及R23圆弧定位，定位分析如下：1.叉杆Φ36后端面作为第一定位基准，与心轴端面相配合，限制三个自由度，即X轴移动、Y轴转动和Z轴转动。2.叉杆Φ20孔作为第二定位基准，与心轴相配合，限制两个自由度，即Y轴移动和Z轴移动3.叉杆R23圆弧作为第三定位基准，与B型固定式定位销相配合，限制一个自由度，即X轴转动，工件六个自由度，被完全限制，属于完全定位。3.2.2切削力和夹紧力的计算查表4得切削力计算公式：式中，f=1mm/r,查表得=736MPa,即==1547N所需夹紧力，查表5得，，安全系数K=式中为各种因素的安全系数，查表得：2.462K==1.872，当计算K<2.5时，取K=2.5孔轴部分由M8螺母锁紧，查表得夹紧力为2550N==6375N由上计算得》，因此采用该夹紧机构工作是可靠的3.2.3定位误差分析1、移动时基准位移误差（式3-1）式中：——心轴孔的最大偏差——心轴孔的最小偏差——心轴孔与心轴最小配合间隙代入（式3-1）得：=0.021+0+0.02=0.041（mm)2、转角误差（式3-2）式中：——心轴孔的最大偏差