机械制造技术课程设计-拨叉831008加工工艺及镗φ50孔夹具设计

机床夹具设计说明书“拨叉（CA6140车床）”零件“镗Φ50孔”工序的夹具设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411姓名：学号：班级：指导教师：学院：2021年11月

目录一、工序设计 31.选择加工设备与工艺装备 32.确定工序尺寸 5二、切削用量、工时定额的计算 6工序5 6工序9 8工序11 10三、夹具总体设计 121.定位方案 122.夹紧机构 133.导向装置 154.夹具与机床连接元件 165.夹具体 196.使用说明 207.结构特点 208.夹具中标准件清单 209.夹具装配总图 20四、设计总结 21五、参考文献 22六、心得体会 22一、工序设计1.选择加工设备与工艺装备（1）选择机床选择机床时,应注意以下几个基本原则：1.机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。2.机床的精度应与工序要求的精度相适应。3.机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如果工件尺寸太大、精度要求过高，没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。根据以上原则，选择机床如下：1.工序3、4是粗铣。粗铣Φ20、Φ50孔上下端面，其他表面不要求很高的加工精度，故选用立式铣床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，X51型立式铣床即可满足要求（表5-78）。2.工序5、9为粗镗、半精镗。零件尺寸轮廓不大，不是回转体，故宜在镗床上进行加工，且孔的加工精度要求较高，需选用较为精密的镗床才能满足要求，因此选用T68（表5-92）。3.工序6、8是半精铣。表面不要求很高的加工精度，故选用立式铣床就能满足要求，且本零件外轮廓尺寸不大，X51型立式铣床即可满足要求（表5-78）。4.工序7、11为扩、钻工序。加工孔的尺寸为Φ20、Φ4，尺寸较小，可采用专用夹具在立式钻床上加工，故采用Z525型立式钻床（表5-71）。5.工序10为切断工序，要求将铸件从中间切断，故选用立式铣床采用锯片铣刀即可满足要求，且本零件尺寸不大，X51型立式铣床即可满足要求（表5-78）。6.工序12为攻螺纹工序。孔的尺寸较小，可采用专用夹具在立式钻床上加工，故选用Z525型立式钻床（表5-71）。（2）选择夹具机床夹具种类有很多，夹具类型及优缺点如下：通用夹具：适用性强，但加工精度不高；专用夹具：加工精度高，针对性强，缺乏通用性；可调夹具：调整有缺陷的夹具以及适合小批量零件的加工；组合夹具：通用性强，可重复利用，但体积较大，刚度较差。本零件体积较小，且不是回转体，加工中涉及铣削、镗削、钻孔、攻螺纹工序，加工表面较多，所以需要专用夹具进行装夹。（3）选择刀具工序号工序内容所选刀具3粗铣Φ20、Φ50孔上端面镶齿套式面铣刀4粗铣Φ20、Φ50孔下端面镶齿套式面铣刀5粗镗Φ50内孔镗刀6半精铣Φ20、Φ50孔下端面镶齿套式面铣刀7扩、粗铰、精铰两端的Φ20孔扩孔钻、铰刀8半精铣Φ20、Φ50孔上端面镶齿套式面铣刀9半精镗Φ50内孔镗刀10将铸在一起的两个拨叉切断锯片铣刀11钻Φ8孔的一半Φ4直柄麻花钻12钻M6底孔、攻M6螺纹直柄麻花钻、丝锥（4）选择量具该拨叉零件为成批生产，所以选择量具时应该使测量方便快捷，一般情况下应采用通用量具，Φ20孔与Φ50孔上下端面均需铣削加工，故可采用游标卡尺进行测量。左右Φ20H7孔需要扩、铰加工，精度要求较高且在加工时对工件的测量次数较多，测量工作需要重复进行，故应采用通用量具，极限量规是较合适的选择，根据设计手册表5-117可选择三牙锁紧式圆柱塞规。Φ50H7孔需要进行粗镗、半精镗加工，精度要求同样较高，在成批生产时需要大量的测量工作，同样根据设计手册表5-117选择三牙锁紧式圆柱塞规。零件要求Φ8孔加工一半，需要钻削；M6螺纹的底孔加工需要钻削，螺纹需要使用丝锥进行机加工，可以采用游标卡尺进行测量。2.确定工序尺寸（1）计算过程粗镗、半精镗Φ50H7内孔：在铸造内孔时尺寸为Φ46.6mm，加工余量为3.4mm。粗镗Φ46.6孔加工余量为1.1mm，粗镗后尺寸为Φ48.8mm，查设计手册表5-50公差为0.16，根据基孔制有镗削工序尺寸及公差为Φ48.80+0.16；半精镗Φ48.8孔加工余量为0.6mm，半精镗后的尺寸为Φ50mm，根据设计手册表公差为0.16，根据基孔制有镗削工序尺寸及公差为Φ500+0.16。钻M6底孔、攻M6螺纹：Φ6孔无法铸出，所以需要在Φ20孔外壁面进行钻削加工。在钻M6底孔时加工余量为2.5mm，钻削后尺寸为Φ5mm；在攻M6螺纹时加工余量为0.5mm，使用丝锥进行机加工后得到M6螺纹。（2）工序尺寸列表圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精Φ50H7孔1.10.6—Φ48.80+0.16Φ500+0.16—6.33.2—二、切削用量、工时定额的计算工序5（1）切削用量本工序为粗镗φ50内圆柱面，保证粗糙度Ra3.2。因为加工余量较小，镗刀一次走刀即可完成。背吃刀量，镗削时选择了圆形镗刀，直径为25mm。查表5-92可知，T68卧式镗床功率为17KW（.5KW/7.5KW），高速钢圆形镗刀加工铸铁，根据表5-123查的每转量为，现取f=0.6mm/r。查老师所发工具书的T=120min，根据表2-8公式计算：式子中Cv=22.7，m=0.1，xv=0.15，yv=0.4，T=120min，ap=1.1mm。代入上式中得到vc=14.235m/min。根据T68卧式镗床的主轴转速表(表5-92)，选择n=100r/min=1.67r/s，则实际切削速度为，工作台每分钟进给量为校验机床功率：根据表2-10的计算公式，镗削时的功率（单位KW）为：Fc=CFcapxFcfyFcvcnFckFc其中，CFc=1120，XFc=1.0，yFc=0.75，nFc=0，KFc=0.8（表2-10、表2-9-六）。代入计算公式有Fc=610.83N，Pc=9.614KW，T68卧式镗床电动机的功率为17KW，所以所选切削用量合理，可以采用。（2）工时定额计算：基本时间：由表2-24得：i进刀数，此处取1，计算得l1=2.5，则Tj=0.32min=19s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s11.10.600.2621.6719工序9此处工序编号为你实际选择计算的那道工序编号，请注意根据需要修改。（1）切削用量本工序为半精镗φ50内圆柱面，保证粗糙度Ra3.2。因为加工余量较小，镗刀一次走刀即可完成。背吃刀量，镗削时选择了圆形镗刀，直径为25mm。查表5-92可知，T68卧式镗床功率为17KW（.5KW/7.5KW），高速钢圆形镗刀加工铸铁，根据表5-123查的每转量为，现取f=0.6mm/r。查老师所发工具书的T=120min，根据表2-8公式计算：式子中Cv=22.7，m=0.1，xv=0.15，yv=0.4，T=120min，ap=0.60mm。代入上式中得到vc=18.626m/min根据T68卧式镗床的主轴转速表(表5-92)，选择n=125r/min=2.08r/s，则实际切削速度为校验机床功率：根据表2-10的计算公式，镗削时的功率（单位KW）为：Fc=CFcapxFcfyFcvcnFckFc其中，CFc=1120，XFc=1.0，yFc=0.75，nFc=0，KFc=0.8（表2-10、表2-9-六）。代入计算公式有Fc=366.50N，Pc=7.18KW，T68卧式镗床电动机的功率为17KW，所以所选切削用量合理，可以采用。（2）工时定额计算：基本时间：由表2-24得：i进刀数，此处取1，计算得l1=2.5，则Tj=0.32min=19s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s10.60.60.3282.0819工序11（1）切削用量本工序为钻M6底孔，刀具选用直柄麻花钻。攻M5螺纹，刀具选用高速钢丝锥（W18Cr4V）。机床选用Z525立式钻床。钻底孔：确定进给量f：根据课程设计手册表5-135查表，因为钻头直径为5mm，且零件材料铸铁，则进给量f的范围为0.27～0.33mm，根据手册中表5-73查的进给量f=0.28mm/r。选择钻头磨钝标准及耐用度：刀具材料为高速钢，加工材料为铸铁，钻头直径≤20mm，根据设计手册表5-138查得：钻头后刀面最大磨损限度为0.5mm～0.8mm。根据刀具直径d0=5≤6mm，得到刀具寿命T=20min。确定切削速度Vc：根据设计手册表2-13的计算公式根据上述情况查表得Cv=9.5，Zv=0.25，Xv=0，yv=0.55，m=0.125，ap=2.5mm，d0=5mm；取标准寿命等于实际寿命kv=1。将上述数据带入公式计算得vc=19.67mm/min。。查设计手册表5-72取n=1360r/min，则实际切削速度为：攻M6螺纹：确定进给量f：进给量f=vc/n，p为丝锥螺距。n为转速，n=vc/（∏*d），计算后得到n=366.06r/min。由于攻螺纹所用机床仍为Z525立式钻床，所以查表5-72取转速n=392r/min。vc=∏dn=392*0.006*∏=7.38m/min则f=vc/n=7.38/392=0.0188m/r=18.8mm/r。确定切削速度vc：此次攻螺纹螺纹直径为6mm，螺距选择为1mm，刀具为高速钢机动丝锥W18Cr4V，被切削材料为灰铸铁，所以根据设计手册表5-150可以得到切削速度vc=6.9m/min。在确定进给量时，切削速度vc=18.8mm/r。（2）工时定额计算：基本时间：钻底孔，所需基本时间为：最终Tj=1.85s。攻螺纹时，所需基本时间为：i为使用的丝锥数量，此处取i=1。取l=6，l1=2，l2=2.5。则经计算后Tj=1.42s。（3）本工序切削用量及基本时间列表工步ap/mmf/(mm/r)vc/(m/s)n/(r/s)Ti/s12.50.2821.36313601.8520.518.818.8003921.42三、夹具总体设计1.定位方案（1）定位方案设计因为加工的是φ50H7孔，因为本道工序为镗削，结合零件本身结构，应该竖直放置，便于加工。将其完全定位可以采用“一面两销”定位方式，零件下端面与夹具体接触，下方φ20H7孔使用圆柱销，上方φ20H7孔使用菱形销，这样的定位方式简单可靠。一面一销就已经限制了5个自由度，加一个菱形销限制转动，符合6点定位原则。“一面两销”的定位方式，使用方便，圆柱销、菱形销的结构也已经标准化，使用成本较低，但技术经济性并不低。在本方案中，圆柱销由芯轴代替，以便后续夹紧力的施加。该定位方案中，一个支撑面限制了X轴、Y轴的转动和Z轴的移动；一根芯轴和一个菱形销限制了X轴的转动、移动，Y轴的转动、移动，Z轴的转动，5个自由度被限制。菱形销菱形销芯轴工件支撑面芯轴工件支撑面（2）定位方案草图具体定位方案如上图所示，夹具的定位方案采用芯轴、菱形销和大平面定位，可以满足定位方案分析过程中对自由度的要求，定位方案中无欠定位，存在过定位的情况但不影响零件的加工。（3）定位误差计算夹具的定位元件为1个平面和1个芯轴、1个菱形销间隙配合。零件的工序基准为两端φ20内孔，零件使用1根芯轴和1个菱形销定位，由于工件的定位基准与工序基准不重合，以及工件的定位基准面与夹具定位元件的定位表面存在制造误差，都会引起工件的工序基准偏离理想位置，产生加工误差，称为定位误差，常用符号△dw表示。其数值大小为工件的工序基准沿工序尺寸方向上发生的最大偏移量，它由定位基准与工序基准不重合引起的不重合误差△jb和定位副制造不准确引起工序基准的位移误差△jw两部分组成。即：△dw=△jb+△jw两定位销间的误差：△dw=±arctan[（D1max-dimin+D2max-d2min）/2L]其中L为两孔的中心距；D1max、D2max为工件上圆柱销和菱形销配合孔的最大直径；d1min、d2min为夹具体上圆柱销和菱形销最小直径；根据工件图得到L=144mm；根据孔和轴各自的极限偏差数值表查的数据，并代入下列计算公式：D1max=20+0.033=20.033mm，D2max=14+0.033=14.033mm；d1min=20-0.033=19.967mm；d2min=14-0.027=13.973mm。将以上求得的数值代入上式计算得：△dw=±1.51′。磨损造成的加工误差：△M通常不超过0.005mm；夹具相对刀具位置误差：△D取0.01mm；则误差总：△M+△D=0.015mm。因为0.015m<0.1mm，所以设计的夹具能够满足零件的加工精度要求。2.夹紧机构（1）夹紧方案设计螺旋夹紧机构结构简单，易于制造，增力比大，自锁性能好，是手动夹紧中应用最广的夹紧机构。（2）夹紧方案草图（3）夹紧力计算与校验工件的夹紧形式为，以内孔定位的作用下打滑与移动所需要的夹紧力：式中，f1为工件与螺母在轴向方向上的摩擦系数；f2为工件与芯轴底端在轴向方向上的摩擦系数；FJ为实际所需夹紧力，FJ=K*FJ0，FJ0为根据静力平衡原理计算出的理论夹紧力；D为工件被压紧面的最大直径。查表3-7，取f1=0.2，f2=0.2；安全系数K：一般在粗加工或断续加工时取K=2.5～3，此处K取3；实际所需夹紧力FJ=K*FJ0，在切削力的计算中得到镗削时所产生的切削力为FC=CFcapxFcfyFcvcnFckFc，，此处FJ0=FC，则FJ=610.83*3=1832.49N；D=32mm，D1=25mm，D2=30mm，d=20mm。则：得到F=1835.59N。夹紧力的校验：此方案的夹紧机构采用的是螺旋夹紧机构，夹紧机构中收到力较大的是螺杆，故需要强度校核。此处的夹紧力主要为轴向拉力，螺杆危险截面上的力为拉应力。拉应力计算：=F/S=1835.59/[（Π×d2）/4]=22.82Mpa（螺杆直径最小处为16mm）。螺杆的材料为45钢，许用应力为，取=355Mpa，得到许用应力为88.75Mpa。综上所述，夹具满足强度要求。3.导向装置（1）设计说明本道工序为镗削φ50孔，使用的机床为T68镗床，在镗削时需要镗模来引导镗杆。镗模由镗套、衬套、镗模支架组成。在使用镗模作为导向装置后使镗床效率更高，加工精度得到保证。镗套磨损后可迅速更换，节省了辅助时间，节约了时间成本。（2）导向装置二维工程图4.夹具与机床连接元件（1）设计说明本道工序为镗削φ50孔，选用的机床为T68镗床，其参数如下：T68镗床的工作台面积为1000×800mm，主轴中心线到工作表面距离为42.5～800mm，T68镗床工作台上T型槽数为6个，两槽间距为130mm，其槽的形状尺寸如图一所示。根据T型槽尺寸选择公称直径为M12在的T型槽快卸螺栓，因为其为标准件，磨损后可以快速更换，成本较低，具体形状尺寸如图二。根据T型槽快卸螺栓尺寸，参考设计手册中其尺寸参数，可设计座耳结构，在夹具体底座的上下表面均可设置凸台，在对夹具体进行加工时只需加工凸台部分即可保证较高的精度，节省了加工时间与加工成本，具体形状尺寸如图三。图一根据T型槽尺寸选择公称直径为M12在的T型槽快卸螺栓，因为其为标准件，磨损后可以快速更换，成本较低，具体形状尺寸如图二。图二根据T型槽快卸螺栓尺寸，参考设计手册中其尺寸参数，可设计座耳结构，在夹具体底座的上下表面均可设置凸台，在对夹具体进行加工时只需加工凸台部分即可保证较高的精度，节省了加工时间与加工成本，具体形状尺寸如图三。图三（2）夹具与机床连接元件二维工程图5.夹具体（1）设计说明夹具体是夹具的基础件，夹具的其它各种元件、机构和装置等均要安装在夹具体上。镗削φ50孔这道工序需要1个心轴、1个菱形销和一个平面进行定位，以及在心轴上设计的螺旋夹紧机构。为了留出足够的安装空间，我的夹具体总长为230mm，宽为100mm，高为213mm。由于铸造容易加工，且铸铁抗压与抗振性好，所以选择铸造夹具体。为了减少精加工面积，底部采用周边接触结构。（2）夹具体二维工程图6.使用说明首先从夹具体展开说明，本夹具体底面设计有周边接触结构，将其放置在镗床工作台，其底座两端设计有座耳，可通过T型快卸螺栓与镗床工作台的T型槽相连接，起到固定作用，在镗削是保证其固定不动。夹具体左侧壁面面上开有φ12和φ20的通孔，使其与芯轴和菱形销相配合，φ60通孔可以使镗刀将工件镗削完毕。底面上开有φ5通孔与M6螺纹孔，使之与镗模底座相连，使其在机加工时保持稳定。镗模底座与夹具体相连，起导向作用。其φ60通孔与衬套和镗套相配合，共同完成引导工作。工件通过左侧壁面、芯轴和菱形销完成定位，通过芯轴及螺母压板完成夹紧。夹具使用螺旋夹紧机构，拆卸方便。使用时将零部件相互配合即可。7.结构特点此镗床夹具结构简单，但能够较好的完成镗削相关要求，使用方便。由于所需夹紧力并不是很大，所以通过人工施加即可满足需求。螺旋加紧机构具有很高的增力比，进一步的简化了夹紧力的施加。在设计夹具中使用了较多的标准件，使生产成本得到降低，也变相的达到绿色环保要求，在标准件磨损后可快速更换，操作简单。8.夹具中标准件清单名称数量材料备注内六角圆柱头螺钉M4×16320钢GB/T70.1-2008标准型弹簧垫圈8165MnGB/T93-1987内六角圆柱头螺钉M6×16220钢GB/T70.1-2008圆柱销φ5×20220钢GB/T119.1-2000衬套145钢镗套145钢菱形销120钢GB/T70.1-2008六角螺母M16120钢GB/T6172.1-20009.夹具装配总图四、设计总结本次夹具课程设计持续了三周，在这三周内我主要完成了零件图的抄写、毛坯合图的绘制，进行了工序的分配，对分配到的工序进行切削用量、工序尺寸、机械加工时间的计算。根据设计手册所给的零件图及相关技术要求，进行毛坯机械加工余量的计算，确定毛坯的尺寸公差。在和小组的讨论中确定该拨叉零件的加工工艺路线，在讨论中对零件的工艺性进行了分析。经小组讨论与老师指导最终确定各加工表面的加工顺序，根据设计手册中提供的机床参数进行了机床的选择，并一起完成了机械制造工艺过程卡。随后进行了工序的分配，对分配到的工序进行切削用量、工序尺寸、机械加工时间的计算，在计算过程中查阅了课程设计手册及其他参考书，对各类标准有了更加深刻的认识。随后就是撰写工艺规程设计说明书。根据老师指定的镗削工序进行专用夹具的设计，在设计过程中需要对工件的定位与夹紧进行明确的分析，选择最合适的夹具设计方案。在夹具设计过程中需要对定位误差及夹紧力进行计算，判断其是满足精度要求。方案确定后，需要对夹具进行三维建模，确定细节，为后续二维工程图的绘制提供基础。最后便是撰写夹具设计说明书，内容包括所分工序的相关计算、三维图与二维图的绘制、定位误差与夹紧力的计算。在本次课程设计中由于前期公差及加工余量掌握生疏，使计算产生错误，造成了返工。在设计夹具时，由于对定位方式及夹紧方式的认识不足，导致初始斜楔夹紧方案出现错误，V型块的定位方式也有错误。在与小组成员沟通交流后，最终确定了夹具方案。在计算定位误差及夹紧力时有一定的困难，在以前的学习中，没有这么细致的设计计算，耗费了大量