K411-双拨叉 机械加工工艺规程及钻4-Φ6.2孔夹具设计（全套含CAD图纸）
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k411
双拨叉
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设计说明书 题目 ： 拨叉的工艺规程及夹具设计 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。 so on is as as on in to is on to a of is on to as as in to 目 录 序言 1 一 . 零件分析 2 件作用 2 2 二 . 工艺规程设计 3 3 3 5 序尺寸及毛坯尺寸的确定 7 8 三 夹具设计 13 题的提出 13 位基准的选择 13 削力及夹紧力计算 14 位误差分析 15 具设计及操作简要说明 16 总 结 18 致 谢 19 参考文献 20 第 1 页 共 28 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铣槽的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 28 页 一、零件分析 件的作用 拨叉作用待查 件的工艺分析 零件为 热处理要求。 从结构上看，左部呈圆筒状，右部为厚 14部分上下都不在同一平面上，工件安装有一定困难。 零件的主要加工表面和主要的技术要求也分两个部分 一个是以 20 孔端面为中心的加工表面，这一组加工表面包括： 20孔以及 一个是以 20 孔为中心的加工表面 ,这一组加工表面包括：叉口端面，宽 42槽，螺纹孔，销孔。 第 3 页 共 28 页 二：工艺规程设计 (一 )确定毛坯的制造形式 零件材料是 件年产量为批量，而且零件加工的轮廓 尺寸不大，在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型中的金属模铸造。零件形状复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。 （二）基面的选择 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 第 4 页 共 28 页 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。 （ 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。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取 20 端面为定位基准。 精基准的选择应满足以下原则： （ 1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。 （ 2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 （ 3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。 （ 4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （ 5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 以 错误 !未找到引用源。 20 孔（一面 2销）为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。 第 5 页 共 28 页 （三） 工艺路线的制定 制定艺路线的出发点 ,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 ,在生产纲领已确定的情况下 ,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具 ,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。经考虑选择了两个可行的工艺方案。 方案一 1 铸造 铸造 2 时效处理 时效处理 3 铣 铣 20孔两端面 4 钻 钻扩铰 20孔 5 钻 钻 纹底孔 6 铣 铣叉口端面 7 钻 钻 8销孔 8 钻 钻 29 钻 钻 410 铣 铣宽 4211 攻 攻 12 检验 检验，入库 方案二 1 铸造 铸造 第 6 页 共 28 页 2 时效处理 时效处理 3 铣 铣 20孔两端面 4 铣 铣叉口端面 5 钻 钻扩铰 20孔 6 钻 钻 纹底孔，攻丝 7 钻 钻 8销孔 8 钻 钻 29 钻 钻 410 铣 铣宽 4211 检验 检验，入库 上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，对设备有一定要求。 方案一和方案二的区别在于方案一先加工 20孔端面，再 加工20孔，再加工 面工序采用 20孔和 用一面两销，这样可以为后面工序利用更好的定位基准；而方案二是把端面加工完毕再加工孔，加工完 纹底孔立即攻丝，不能作为定位基准。综合考虑我们选择方案一。 最终工艺路线如下： 1 铸造 铸造 2 时效处理 时效处理 3 铣 铣 20孔两端面 4 钻 钻扩铰 20孔 5 钻 钻 纹底孔 第 7 页 共 28 页 6 铣 铣叉口端面 7 钻 钻 8销孔 8 钻 钻 29 钻 钻 410 铣 铣宽 4211 攻 攻 12 检验 检验，入库 六、机械加工余量 、 工序尺寸及毛皮尺寸的确定 拨叉零件材料为 坯重量 产类型为中批量，铸造毛坯。 据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量 、 工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1、 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。 2、 端面 由于端面要与其他接触面接触，同时又是 20 孔的中心线的基准。查相关资料知余量留 3、孔 第 8 页 共 28 页 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精 度要求介于 间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为 2、确立切削用量及基本工时 工序：铣 20 孔两端面 1. 选择机床刀具 选择立式铣床 0切削用量 查 2 表 5 f=r T=180取 f=r v=n=4.6 3. 计算工时 431 422 工序：铣宽 421、选择机床及刀具 机床 刀具 三面刃铣刀铣槽 21表 8 国家标准 D=160 d=40 第 9 页 共 28 页 L=16齿数 z=24 2、计算切削用量 由 工艺手册 表 1和（切削用量手册）查得 走刀量 f=mm/r 铣刀磨钝标准和耐用度 由 工艺手册 表 6查得 磨钝标准为 7查得 耐用度为 T=150（ 1）切削速度 由 工艺手册 式 3.2 （ 7 查表 8 得其中： 修正系数 0.1.5 f 6得 v=s （ 2）确定机床主轴速度 m 00 vn s 由 工艺手册 按机床选取主轴转速为 r/s 所以 实际切削速度为 第 10 页 共 28 页 m i n/ 6/ 0 0 （ 3）计算切削工时 3 2 . 7 7 0 . 5 4 m i nm l a z n （ 7 第 11 页 共 28 页 第 3 章 钻 具设计 究原始质料 利用本夹具主要用来加工 工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求 。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 一、机床夹具定位元件 工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件。实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。 （一）工件以平面定位常用定位元件 1支承钉 常用支承钉的结构形式如图 6头支承钉（图 a）用于支承精基准面；球头支承钉（图 b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图 c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦 力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。 图 6 常用支承钉的结构形式 第 12 页 共 28 页 2支承板 常用的支承板结构形式如图 6面型支承板（图 a）结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位 ；带斜槽型支承板（图 b），在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位。当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。 图 6常用支承板的结构形式 3可调支承 常用可调支承结构形式如图 6调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。 图 6常用可调支承的结构形式 (二 ) 工件以孔定位常用定位元 件 1定位销 图 6工件的孔径尺寸较小时，可选用图 a 所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图 b 所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图 c 所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销（图 d）限制三个自由度。 第 13 页 共 28 页 图 6固定式定位销的结构形式 位、夹紧方案的选择 由零件图可知：在对加工前，平面进行了粗、精铣加工，底面进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有： 为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面一销再加上一手动调节的螺丝定位的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。 削力及夹紧力的计算 刀具： 钻头 则轴向力：见工艺师手册表 =CF z 中： 420， f=( 90200()190 F=420 1 . 0 0 . 86 . 8 0 . 3 5 1 . 0 7 2 1 2 3 ( )N 转矩 T=CT Z 式中 : 第 14 页 共 28 页 T=( 功率 在计算切削力时 ,必须考虑安全系数 ,安全系数 K=2 4 式中 基本安全系数， 加工性质系数， 刀具钝化系数 , 断续切削系数 , F/ =( 钻削时 T= M 切向方向所受力 : 671065 取 1.0f 4416 )( 所以 ,时工件不会转动 ,故本夹具可安全工作。 根据工件受力 切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际 所需夹紧力的数 第 15 页 共 28 页 值。即： 安全系数 ： ： 6543210 式中：60 全系数，查参考文献 5表121 可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6 1 . 2 1 . 2 1 . 0 5 1 . 2 1 . 3 1 . 0 1 . 0 2 . 3 6 1 . 2 1 . 2 1 . 0 1 . 2 1 . 3 1 . 0 1 . 0 2 . 2 5 所以有： 1 1 9 3 . 0 8 ( )K C F N 7 6 6 . 3 7 ( )K P F N 1 3 5 9 . 9 0 ( )K f F N 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则； 参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 夹 向力： N） 扭距： 计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数321 第 16 页 共 28 页 由资料机床夹具设计手册查表 721 可得： 切削力公式：（ 式中 查表 821 得： 9 0( )(实际所需夹紧力：由 参考文献 16机床夹具设计手册表1121 得： 安全系数 式（ ： 6543210 式中：60 参考文献 16机床夹具设计手册表 121 可得： K 所以 )( 5 8 0 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用螺旋夹紧机构。 差分析与计算 该夹 具以一底面一侧面，两支撑钉和一个调节螺丝定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。 第 17 页 共 28 页 与机床夹具有关的加工误差 j ，一般可用下式表示： 由参考文献 5可得： 销的定位误差 ： 11 1 m i D d 1 1 2 21 m i n 2 m i n. 2D d D a r c t g L 其中： 1 0 2D ， 2 0D 1 0 1d ， 2 0 3d 1 ， 2 m i n 0 4 0 . 0 6 3DW . 0 . 0 0 3 2JW 夹紧误差 ： co s)( m a x 其中接触变形位移值： 1( ) ( )1 9 . 6 2 a Z a Z l 查 5 表 1 2 15 有10 . 0 0 4 , 0 . 0 0 1 6 , 0 . 4 1 2 , 0 . 7R a z H C n 。 c o s 0 . 0 0 2 8j j y 磨损造成的加工误差： 通常不超过 夹具相对刀 具位置误差： 取 误差总和： 0 . 0 8 5 0 . 3jw m m m m 第 18 页 共 28 页 从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 套、衬套、钻模板设计与选用 工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。 图 换钻套 表 d D t 基本 极限 偏差 本 极限 偏差 0 1 + + 6 9 1 + 5 8 第 19 页 共 28 页 3 6 9 8 12 16 3 4 7 +0 4 5 8 11 5 6 10 13 10 16 20 6 8 +2 +5 8 10 15 18 12 20 25 10 12 +8 22 12 15 22 +6 16 28 36 15 18 26 30 18 22 +0 34 20 36 22 26 35 +9 26 30 42 46 25 6 30 35 +8 52 35 42 55 +9 30 56 67 42 48 62 66 48 50 70 74 模板选用钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。 定夹具体结构和总体结构 对夹具体的设计的基本要求 （ 1） 应该保持 精度和稳定性 在 夹具体表面重要的面，如安装 接触 位置，安装表面 的 刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体， 夹具体应该 采用铸造 ，时效处理，退火 等处理方式 。 （ 2）应具有足够的强度和刚度 保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。 （ 3）结构的方法和使用应该不错 第 20 页 共 28 页 夹较大的 工件的 外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。 再满足功能性要求（ 刚度和强度 ）前提下 ，应能减小体积减轻重量，结构应该 简单。 （ 4）应便于铁屑去除 在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精 度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在 夹具体上面 。 （ 5）安装应牢固、可靠 夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。 加工过程中，夹具必承受 大的 夹紧力切削力，产生冲击和振动， 夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便 排出铁屑 。 具设计及操作的简要说明 为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋机构）。 这类夹紧机构结构简单、 夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。 此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。 第 21 页 共 28 页 第 22 页 共 28 页 总 结 这次 设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进
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