机械制造技术课程设计-Ⅲ-Ⅳ档拨叉的的工艺规程及铣叉口2端面夹具设计【全套图纸】 .pdf

1 设计说明书设计说明书 题目：-档拨叉的工艺规程及铣宽 8mm 的叉口 2 端面夹具设计 全套图纸，加 153893706 2 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。 -档拨叉加工工艺规程及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。 3 abstrct this 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 4 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 目录目录 序 言 . 1 一 零件的分析 . 2 1.1 零件的作用 2 1.2 零件的工艺分析 2 二. 工艺规程设计 3 2.1 确定毛坯的制造形式 3 2.2 基面的选择 3 2.3 制定工艺路线 4 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7 2.5 确定切削用量及基本工时 . 7 三 夹具设计 . 16 3.1 问题的提出 16 3.2 定位基准的选择 16 3.3 切削力和夹紧力的计算 17 3.4 定位误差分析 19 3.5 夹具设计及操作的简要说明 20 总 结 . 21 致 谢 . 23 参 考 文 献 . 24 1 序序 言言 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。 -档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。 2 一一 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 - 档拨叉的作用传动扭矩的作用。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 - 档拨叉有 2 个加工面他们相互之间没有任何位置度要求。 1：以25 上端面为基准的加工面，这组加工面主要是铣25 下 端面，钻扩铰16 孔。 2：以16 孔为基准的加工面，这组加工面主要是铣宽 8mm 的叉 口 2 端面，车90h12 孔，铣宽 12h12 槽，钻扩铰5h11 孔。 3 二二. 工艺规程设计工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸 造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2 级，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 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。 4 （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。先选取端面作为定位基准， 。 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。 以已经加工好的16 孔和一端面为定位精基准， 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。 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精 5 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。 制定以下两种工艺方案： 方案一 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 铣25 下端面 4 铣 铣25 顶端面 5 钻 钻扩铰16 孔 6 铣 铣宽 8mm 的叉口 2 端面 7 车 车90h12 孔 8 铣 铣宽 12h12 槽 9 钻 钻扩铰5h11 孔 10 钳 去毛刺 11 检验 检验 12 入库 入库 方案二 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 钻 钻扩铰16 孔 4 车 车90h12 孔 5 铣 铣25 下端面 6 6 铣 铣25 顶端面 7 铣 铣宽 8mm 的叉口 2 端面 8 铣 铣宽 12h12 槽 9 钻 钻扩铰5h11 孔 10 钳 去毛刺 11 检验 检验 12 入库 入库 工艺方案一和方案二的区别在于方案一先加工25 孔左右端 面，然后加工16 孔，利用加工好的16 孔作为定位，加工其他 工序的夹具，工序安排紧凑合理，可以更好的保证加工精度要求 和位置度要求。而方案二采用先钻孔，车孔，然后铣端面，违背 了先面后孔的基本原则，不能保证加工精度要求，综合考虑我们 选择方案一。 具体的加工路线如下： 1 铸造 铸造 2 时效 处理 时效处理 3 铣 铣25 下端面 4 铣 铣25 顶端面 5 钻 钻扩铰16 孔 6 铣 铣宽 8mm 的叉口 2 端面 7 车 车90h12 孔 8 铣 铣宽 12h12 槽 9 钻 钻扩铰5h11 孔 10 钳 去毛刺 11 检验 检验 7 12 入库 入库 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。 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、-档拨叉的端面 由于-档拨叉端面要与其他接触面接触， 查相关资料知余量留 2mm 比较合适。 3、-档拨叉的孔 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于 it7it8 之间，参照 参数文献，确定工艺尺寸余量为 2mm 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序：铣25 下端面 1. 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, mmap5 . 1=，mmd25 0 =，min/125mv =，4=z。 2. 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 mmap5 . 1= 8 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 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/17.796 50 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 750min/r 50 750 117.15/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 750r/min 时 rmmznff wzm /60075042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/600= 3）计算工时 切削工时：mml15=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min18 . 0 2 . 0750 3915 21 = + = + = xfn lll t w m 工序：铣25 顶端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=，mmd35 0 =，min/125mv =，4=z。 2. 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 mmap5 . 1= 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。 9 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/48.663 35 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 750min/r min/ 3 . 141 1000 75050 1000 m dn v w = = 当 w n 750r/min 时 rmmznff wzm /60075042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/600= 3）计算工时 切削工时：mml85=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min6467 . 0 2 . 0750 3985 21 = + = + = xfn lll t w m 工序：钻扩铰16 孔 工步一钻孔至11 确定进给量 f ：根据参考文献表 2- 7，当钢的mpa b 800， 0 11dmm=时，rmf/47 . 0 39 . 0 =。由于本零件在加工11 孔 时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 0.75，则 ()rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 = 根据 z525 机床说明书，现取rmmf/25 . 0 = 切削速度：根据参考文献表 2- 13 及表 2- 14，查得切削速度 min/18mv =所以 10 10001000 18 152 / min 11 s w v nr d = 根据机床说明书，取min/175rnw=，故实际切削速度为 11 175 71.98/ min 10001000 ww d n vm = 切削工时：mml100=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min19 . 1 25 . 0 375 39100 21 = + = + = fn lll t w m 工步二：扩孔 15.85mm 利用钻头将 11mm 孔扩大至 15.85mm，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 ()() rmm ff /87 . 0 585 . 0 75 . 0 65 . 0 8 . 12 . 18 . 12 . 1 = = 钻 根据机床说明书，选取rmmf/57 . 0 = min/4612 3 1 2 1 3 1 2 1 mvv= = = 钻 则主轴转速为min/346 .51rn =，并按车床说明书 取min/68rnw=，实际切削速度为 13.85 68 6.8/ min 10001000 = ww d n vm 切削工时：mml100=，mml6 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min81 . 2 57 . 0 68 36100 21 = + = + = fn lll t w m 11 工步 3：铰 16mm 孔 根 据 参 考 文 献 表 2- 25 ，rmmf/4 . 02 . 0=， min/128mv =，得 min/65.254 8 . 169rns= 查参考文献表4.2- 2， 按机床实际进给量和实际转速， 取rmmf/35 . 0 =，min/198rnw=， 实 际 切 削 速 度 min/33. 9mv =。 切削工时：mml100=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动 工时为 min616 . 1 35 . 0 198 39100 21 = + = + = fn lll t w m 工序：铣宽 8mm 的叉口 2 端面 1. 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, mmap5 . 1=， 0 6dmm=，25/ minvm=，4=z。 2. 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 mmap5 . 1= 5）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 齿/2 . 0 mmfz=，则 12 10001000 25 1326 / min 6 s v nr d = 按机床标准选取 w n 1450min/r 6 1450 27.3/ min 10001000 w dn vm = 当 w n 1450r/min 时 0.2 4 14501160/ mzw ff znmm r= = 按机床标准选取1200/ m fmm r= 6）计算工时 切削工时：45lmm=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 12 4593 0.196min 1450 0.2 m w lll t n fx + = 工序：车90h12 孔 1) 切削深度 单边余量为 z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k fat c v vv = 其中： v c =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见 切削手册表 1.28,即 mv k=1.44 , sv k =0.8 , kv k =1.04 , krv k=0.81 , bv k=0.97。 所以 13 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = x34.5 891000x 753r/min 与 753r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 750r/min 。 现 选 取 w n =750r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/94 1000 75050 m x = 5) 切削工时， tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=25mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 0.8750 29 x2=0.966(min) 工序：铣宽 12h12 槽 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=，mmd32 0 =，min/125mv =，4=z。 2. 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 mmap5 . 1= 5）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 齿/2 . 0 mmfz=，则 14 min/48.663 32 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 750min/r min/ 3 . 141 1000 75032 1000 m dn v w = = 当 w n 750r/min 时 rmmznff wzm /60075042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/600= 6）计算工时 切削工时：mml39=，mml9 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min34 . 0 2 . 0750 3939 21 = + = + = xfn lll t w m . 工序：钻扩铰5h11 孔 机床：z525 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花 钻 5 1)进给量 取 f=0.13mm/r 2)切削速度 v=1220m/min. 取 v=15m/min 3)确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = 1000 15 5 955r/min 与 955r/min 相 近 的 机 床 转 速 为 1000r/min 。 现 选 取 w n =1000r/min。 15 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 5 1000 15.7/ min 1000 =m 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=10mm; 1l=4mm; 2 l=3mm; tm=2x（ fn l w 21 ll + ） =2x（ 0.131000 3410 + ）=0.13(min) 16 三三 夹具设计夹具设计 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。 由指导老师的分配第 6 道工序的铣宽 8mm 的叉口 2 端面的 铣床夹具。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于铣宽 8mm 的叉口 2 端面，精度要求不高， 和其他面没有任何为主度要求，为此，只考虑如何提高生产效率 上，精度则不予考虑。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的 那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工 艺基准两大类。 1. 设计基准 在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。 2. 工艺基准 零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准 按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。 （1）装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装 17 配基准。 （2）测量基准 测量时用以检验已加工表面尺寸几 位置的基准， 称为测量基 准。 （3）工序基准 在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、 形状及位置的基准，称为工序基准。 （4）定位基准 工件定位时所采用的基准，称为定位基准。 本道工序铣宽 8mm 的叉口 2 端面，精度不高，因此我们采 用已加工好的16 孔及端面和侧面定位，端面限制 3 个自由度， 16 孔作为定位基准，采用心轴定位，限制 2 个自由度，侧面采 用定位挡销定位，限制 1 个自由度，这样空间的六个自由度就限 制完全了，同时采用开口垫圈夹紧工件，开口垫圈的夹紧力即可 以满足要求。 3.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 （1）刀具： 采用锯片铣刀 8mm z=24 机床： x51 立式铣床 由3 所列公式 得 f v fzf w q u e y z x pf nd zafac f 0 = 查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1= v k 30= f c 83 . 0 = f q 0 . 1= f x 18 65 . 0 = f y 83 . 0 = f u 8= p a z=24 0= f w 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= 4321 kkkk 其中： 1 k 为基本安全系数 1.5 2 k 为加工性质系数 1.1 3 k 为刀具钝化系数 1.1 4 k 为断续切削系数 1.1 所以 nkff7 .1775= （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由()fkffn=+ 21 其中f为夹紧面上的摩擦系数， 取25 . 0 21 = ff f= z p +g g 为工件自重 n ff f n 4 . 3551 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=12mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 mpa b 1006= mpa b s 480 10 8= 19 螺钉疲劳极限：mpa b 19260032 . 0 32 . 0 1 = 极限应力幅：mpa k kkm a 76.51 1lim = 许用应力幅： mpa sa a a 3 . 17 lim = 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s = s=3.54 取s=4 得 mpa120= = 8 . 2 2 4 2 c h d f 满足要求 = mpa d n c 15 43 . 1 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 3.4 定位误差分析定位误差分析 本工序选用的工件以圆孔在心轴上定位，心轴为水平放置， 由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。 在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴 上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在 z 轴方向，且向 下，见下图。 20 0.0120.0230.0320.067 2 d yz ttd + =+= 式中 定位副间的最小配合间隙（mm） ； d t 工件圆孔直径公差（mm） ； td心轴外圆直径公差（mm） 。 图 心轴水平放置时定位分析图 3.5 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 使用心轴定位， 压板的压紧力即可指定可靠的卡紧力。 同时我 们采用快换钻套，当导向的钻套磨损后，我们松开螺钉可以快速 地换下钻套。保证导向的精度，这样就大大的提高了生产效率， 适合于大批量生产。 21 总总 结结 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、