铣削拨叉叉口两侧面专用夹具.doc

工艺装备工艺装备 课程设计说明书课程设计说明书 设计题目： 铣削拨叉叉口两侧面专用夹具 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 一班 指导教师： 夏广岚 学生姓名： 惠得祥 2014 年 7 月 11 日 目 录 第 1 章 绪 论 .1 1.1 课程设计的目的和意义.1 1.2 机械制造工艺与夹具的国内外发展现状.1 第 2 章 机械加工工艺规程设计 3 2.1 零件的分析3 2.2.1 零件的作用 .3 2.2.2 零件的工艺分析 .3 2.2 选择毛坯种类及制造方法4 2.3 拟定零件的机械加工工艺过程.4 2.3.1 选择定位基准 .4 2.3.2 制订工艺路线 .5 2.4 工序设计.7 2.4.1 选择机床和工艺设备 .7 2.4.2 确定加工余量及工序尺寸 .7 2.4.3 确定切削用量 .8 2.4.4 确定工时定额 11 第 3 章 专用机床夹具设计 14 3.1 定位方案的确定与定位元件的选择14 3.2 夹紧方案的确定与夹紧机构的设计14 3.3 对刀装置的选择 .15 3.5 夹具体结构设计 .16 3.4 切削力及夹紧力的计算 .17 3.5 定位误差分析 .17 结 论 .19 参考文献 .20 致 谢 .21 附 录 .22 工艺装备课程设计说明书 - - 0 - - 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 课程设计的目的和意义 机床夹具设计课程设计是在全部学完机械制造工艺学及机床夹具设计，并进 行了生产实习的基础是进行的一个教学环节。它要求学生全面地综合运用本课程 及其有关选修课的理论和实践知识进行工艺及结构的设计，也为以后进行一次预 备训练。此课程设计的目的： （1）能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会， 拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理 并能保证加工质量的专用夹具的能力。 （2）培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。 （3）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。 此次是对一种大批量生产的拨叉类零件进行钻孔。所设计的夹具必须保证这 个通孔的各种尺寸精度，并且以最经济、最省时省力的方法来设计此套夹具。通 过对定位误差的分析，确定出采用大端面小心轴定位，夹紧装置采用螺旋压板夹 紧机构。 对于我本人来说，希望能通过本次课程设计学习，学会将所学理论知识和工 艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自 己分析问题和解决问题的能力。 1.2 机械制造工艺与夹具的国内外发展现状 在我国现阶段拨叉类零件的加工还没有达到现代自动化的加工水平。在批量 的生产中，它的加工工艺还需要人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹 也是通过人工的方法进行的。因此，我国对拨叉类不规则零件的加工还处于效率 低、加工成本高的阶段。 随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提 出了愈来愈高的要求，气动、液压夹紧等夹具正是适应发展的产物。它对缩短工 工艺装备课程设计说明书 - - 1 - - 艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。 国外把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的 主要发展。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、 复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、 通用、经济方向发展。 工艺装备课程设计说明书 0 第第 2 章章 机机械械加加工工工工艺艺规规程程设设计计 2.1 零件的分析 2.2.1 零件的作用 如图 1 所示的零件是 CA6140 机床上的拨叉，他位于机床变速箱内。主要作 用是用于机床的变速,主要起换挡，使主轴回转运动按照工作者要求工作，这些 过程都是通过拨叉波动齿轮来实现的，是机床变速箱的一个主要零件。 图 1 零件图 2.2.2 零件的工艺分析 根据由图 1 可知，零件材料为 HT200 灰铸铁，该材料的强度不高，但其 耐磨性、耐热性及减震性很好，适用于承受较小应力，要求耐磨，减震等得零件。 工艺装备课程设计说明书 1 该零件的主要加工面有四处，其间有一定位置要求。分述如下： 1.开始主要加工的是 25 孔，以及其左右端面。25 孔的加工方法是钻， 扩，铰。 2.以 55 为中心的拨叉叉口两侧面以及 55 孔的加工，55 孔的加工采用 镗孔的方式加工。侧面与 25 孔的轴线的垂直度为 0.1。 3.40 圆柱斜面的加工,粗糙度为 6.3，粗加工即可。 4.槽的加工。采用粗精铣削的方式加工。槽与 25 孔的轴线的垂直度为 0.08。 由上面分析可知，加工时应先加工 25 孔以及其左右端面，再以这组加工 后表面为基准加工 55 为中心的叉口两侧面。这样可以保证叉口两侧面与 25 孔的垂直度。之后再用之前的加工表面来加工其他的表面。再根据加工方法的经 济精度以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 以根据上述要求，采用常规的加工工艺均可保证。 2.2 选择毛坯种类及制造方法 确定零件的材料为 HT200 灰铸铁，考虑到零件的几何形状比较复杂。所以用 铸造的形式进行毛坯的制造。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度 为主，由于零件的年生产量为中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可 采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。 2.3 拟定零件的机械加工工艺过程 2.3.1 选择定位基准 轴承基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可 以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出， 更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。 （1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对 工艺装备课程设计说明书 2 有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工 表面作粗基准。从保证孔与孔，孔与平面，平面与平面的位置精度出发，进而保 证拨叉在整个加工过程中，基本上都能用统一的基准定位，从零件图分析可知， 选择平面作为拨叉的加工粗基准。 （2）精基准的选择。精基准的选择原则有： 1、基准重合原则：定位基准与设计基准重合。 2、基准统一原则 3、自为基准原则：在精加工或光整加工时，要求余量小而均匀时，选择加 工表面自身为基准。 4、互为基准原则： 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度用。 5、精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。 其中主要应该考虑基准重合的问题。从保证孔与孔，孔与平面，平面与平面 的位置精度出发，进而保证拨叉在整个加工过程中，基本上都能用统一的基准定 位，从零件图分析可知，选择零件的侧面与 25 孔作为精基准。但是一个孔和 一个平面只能限制 5 个自由度，不能满足完全定位，综合考虑采用一面两销定位 方式定位，这样整个零件的加工过程都可以满足基准统一的要求。 2.3.2 制订工艺路线 2.3.2.1 确定工序的原则 工序集中的特点：有利于采用高效的专用设备和工艺装备，显著提高生 产率；减少了工序数目，缩短了工艺过程，简化了生产计划和生产组织工作； 减少了设备数量，相应地减少了操作工人人数种生产面积，工艺路线短；减少了 工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，且由于一次装夹加工较多的表面，就容易 保证它们之间的位置精度；专用机床设备、工艺装备的投资大、调整和维修费事， 生产准备工作量大，转为新产品的生产也比较困难。 工序分散的特点：所使用的机床设备和工艺装备都比较简单，容易调整，生 产工人也便于掌握操作技术，容易适应更换产品有利于选用最合理的切削用量， 减少机动工时。机床设备数量多，生产面积大，工艺路线长。 工艺装备课程设计说明书 3 工序的分散和集中各有特点，必须根据生产规模、零件的结构特点和技术要 求、机床设备等具体生产条件综合分析，以便决定采用哪一种原则来组合工序。 2.3.2.2 拟定工艺路线方案 拟订工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法， 安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的的拟定要考虑使 工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产 还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经 济性。根据先面后孔。现主要表面后次要表面及先粗加工后精加工的原则，确定 工艺路线如下： 10） 精密铸造，清砂 20） 时效处理 30） 粗、精铣圆柱右端面40 40） 粗铣 25 孔左端面 50） 钻、扩、铰孔25 60） 粗、精铣叉口两侧面（55 孔两侧面） 70） 粗、精镗 55 孔 80） 粗、精铣下平面 90） 粗、精铣 16mm 槽 100） 粗铣 40 圆柱斜平面 110） 切断 120） 去毛刺 130） 检查、入库 2.4 工序设计 2.4.1 选择机床和工艺设备 （1）粗、精铣拨叉叉口两侧面 1）粗铣拨叉叉口两侧面：选用 X62K 卧式升降台铣床，道具选择 YT15 硬质 工艺装备课程设计说明书 4 合金三面刃圆盘铣刀，齿数 Z=5 即粗齿铣刀。铣刀直径为 100mm。 0 d 2）精铣拨叉叉口两侧面：选用 X52K 卧式铣床，道具选择 YT15 硬质合金三 面刃圆盘铣刀，齿数 Z=8，即细齿铣刀。铣刀直径为 100mm。 0 d （2）粗、精镗 55 孔 1）粗镗 55 孔：选用卧式镗床 T618，YT5 硬质合金镗刀。 查表取刀杆伸出长度为 20mm。 2）精镗 55 孔：选用卧式镗床 T618，YT5 硬质合金镗刀。 查表取刀杆伸出长度为 20mm。 （3）铣断 选用 X52K 立式升降台铣床，刀具选择细齿锯片铣刀， ，铣刀直径为 100mm。80,224,ZmmdL 0 d 2.4.2 确定加工余量及工序尺寸 （1）粗、精铣拨叉叉口两侧面 1）粗铣拨叉叉口两侧面： 查表知铣削深度时，且铣刀直径为 100mm，取余量 z=2mm。侧mmap4 0 d 面毛坯厚度为 15mm。 选择铣刀磨铣标准及耐用度： 查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径 故0.8mmmm100 0 d 耐用度。s10 8 . 10 3 T 2）精铣拨叉叉口两侧面： 查表知铣削深度时，且铣刀直径为 100mm，取余量 z=1mm。此mmap4 0 d 时侧面毛坯厚度为 13mm。 选择铣刀磨铣标准及耐用度： 工艺装备课程设计说明书 5 查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径 故0.8mmmm100 0 d 耐用度。s10 8 . 10 3 T （2）粗、精镗 55 孔 1）粗镗 55 孔： 查表知铣削深度时，且刀杆伸出长度为 20mm，取单边余量mmap4 z=2.2mm，毛坯孔径为 52mm。 选择镗刀标准及耐用度： 查表知镗刀最大磨损量为；且刀杆伸出长度为 20mm，故耐用度0.8mm 。s10 8 . 10 3 T 2）精镗 55 孔： 查表知铣削深度时，且刀杆伸出长度为 20mm，取单边余量mmap4 z=0.8mm，此时毛坯孔径为 54.2mm。 选择镗刀标准及耐用度： 查表知镗刀最大磨损量为；且刀杆伸出长度为 20mm，故耐用度0.8mm 。s10 8 . 10 3 T （3）铣断 选择铣刀磨铣标准及耐用度： 查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径 故0.8mmmm100 0 d 耐用度。s10 8 . 10 3 T 2.4.3 确定切削用量 （1）粗、精铣拨叉叉口两侧面 1）粗铣拨叉叉口两侧面： 选择切削用量 确定铣削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成。 p ammap2 工艺装备课程设计说明书 6 确定每齿进给量 ：查表可知当使用 YT15 铣床功率为 7Kw 时， f a 。这里取。zmmaf/26 . 0 12 . 0 zmmaf/18. 0 确定铣削速度 v 和每秒钟进给量 f v 查表确定当 时mmd100 0 mmap5zmmaf/24. 0 smvc/47. 2zmmaf/18. 0 min/472 10014 . 3 6047 . 2 10001000 r d v n 查表确定 min/475rnc 因此实际铣削速度和每齿进给量 sm nd vc/49 . 2 601000 47510014 . 3 1000 0 smmznav cffc /12 . 7 60 547518 . 0 2）精铣拨叉叉口两侧面： 选择切削用量 确定铣削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成。 p ammap1 确定每齿进给量：查表知当使用 YT15 铣床功率为 7Kw 时， f a 。这里取 。zmmaf/18. 012. 0zmmaf/15. 0 确定铣削速度 v 和每秒钟进给量 f v 查表确定当 时mmd100 0 mmap5zmmaf/24. 0 smvc/8 . 2zmmaf/15. 0 min/535 10014. 3 608 . 210001000 r d v n 工艺装备课程设计说明书 7 查表确定 min/600rnc 因此实际铣削速度和每齿进给量 sm nd vc/14 . 3 601000 60010014 . 3 1000 0 smmznav cffc /12 60 860015 . 0 （2）粗、精镗 55 孔 1）粗镗 55 孔： 选择切削用量 确定切削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成，因此取 p a 。mmap2 . 2 确定进给量 ：查表确定进给量为frmmf/2 . 0 确定切削速度 v 和每秒钟进给量 s f 查表选取切削速度 smvc/5 . 2 min/67.918 5214 . 3 605 . 210001000 r d v n 查表确定 min/1000rnc 因此实际切削速度和每齿进给量 sm nd vc/72 . 2 601000 10005214 . 3 1000 0 工作台每分钟进给量 min/20010002 . 0mmfnfm 工作台每秒进给量 smmff ms /33 . 3 60/20060/ 2）粗镗 55 孔： 选择切削用量 工艺装备课程设计说明书 8 确定切削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成，因此取 p a 。mmap8 . 0 确定进给量 ：查表确定进给量为frmmf/15 . 0 确定切削速度 v 和每秒钟进给量 s f 查表选取切削速度 smvc/18. 3 min/ 1 . 1121 2 . 5414. 3 6018. 310001000 r d v n 查表确定 min/1000rnc 因此实际切削速度和每齿进给量 sm nd vc/84. 2 601000 10002 .5414. 3 1000 0 工作台每分钟进给量 min/150100015. 0mmfnfm 工作台每秒进给量 smmff ms /5 . 260/15060/ （3）铣断 选择切削用量 查表选取 铣削深度 mmap4 进给量 zmmaf/03 . 0 确定铣削速度 v 和每秒钟进给量 s f 查表选取 铣削速度 min/55mvc min/175 10014. 3 5510001000 r d v n 工艺装备课程设计说明书 9 由机床选 min/190rnc 因此实际切削速度和每齿进给量 sm nd vc/78. 0 601000 15010014 . 3 1000 0 smmznav cfcfc /660/1508003 . 0 2.4.4 确定工时定额 （1）粗、精铣拨叉叉口两侧面 1）粗铣拨叉叉口两侧面： 查表知 mma60 计算基本工时： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mml75 刀具其切入长度 mmaddl19)31 ()(5 . 0 2 2 001 刀具其切出长度 mml2 2 走到次数为 1 所用时间 s v lll t f m 48.13 12 . 7 21975 21 2）精铣拨叉叉口两侧面： 计算基本工时： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mml75 刀具其切入长度 精铣时 mml100 1 刀具其切出长度 mml2 2 走到次数为 1 所用时间 s v lll t f m 75.14 12 210075 21 所以铣削拨叉叉口侧面的总机动时间为 st59.2875.1484.13 （2）粗、精镗 55 孔 工艺装备课程设计说明书 10 1）粗镗 55 孔： 计算基本工时： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mml12 刀具其切入长度 mml4 1 刀具其切出长度 mml2 2 走到次数为 1 所用时间 s v lll t f m 6 . 6 200 60)2412( 21 2）精镗 55 孔： 计算基本工时： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mml12 刀具其切入长度 mml6 1 刀具其切出长度 mml2 2 走到次数为 1； 所用时间 s v lll t f m 8 5 . 2 2612 21 所以镗 55 孔的总机动时间为 st 6 . 1486 . 6 （3）铣断 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mml75 刀具其切入长度 mml52 1 刀具其切出长度 mml2 2 走到次数为 1 所用时间 s v lll t f m 5 .21 6 25275 21 工艺装备课程设计说明书 11 工艺装备课程设计说明书 - 12 - 第第 3 章章 专专用用机机床床夹夹具具设设计计 3.1 定位方案的确定与定位元件的选择 在进行叉口侧面加工的时候，孔已经加工出来，因此工件选用孔与2525 顶面作为定位基面。选用孔与孔左端面作为定位基面来限制五个自由度，2525 再以大头孔的一侧面作为定位基面，来限制工件的一个自由度。达到完全定位。 采用一面两销定位方式定位，定位元件包括：长圆柱销、支撑板、支撑钉。 3.2 夹紧方案的确定与夹紧机构的设计 根据夹紧力方向的原则 （1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置。 （2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小； （3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。 根据夹紧力作用点的原则 （1）夹紧力的作用点应正对夹具定位支承元件或位于支承元件所形成的稳定 受力区域内，以免工件产生位移和偏转； （2）夹紧力的作用点应在工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少， 有时可采用增大工件受力面积或合理布局夹紧点位置等措施来实现； （3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性 和可靠性，减小工件的夹紧力，防止加工过程产生振动。 根据以上原则，为了使夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价 比。且夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用联动夹紧机 构。 手动转动联动机构的手柄，通过联动机构带动压板和浮动支撑板来夹紧工件。 之后利用三面刃圆盘铣刀铣削。经检验，此夹具设计合理，使用方便，生产效率 高，夹具设计图如图 2 所示： 工艺装备课程设计说明书 - 13 - 图 2 夹具装配图 3.3 对刀装置的选择 对刀装置有对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 根据查表确定，选用直角对刀块，结构如图 3 所示： 图 3 对刀块结构图 根据夹具装配要求，选用平塞尺，其结构如图 4 所示： 工艺装备课程设计说明书 - 14 - 图 4 平塞尺结构图 3.5 夹具体结构设计 夹具体是机床夹具设计的主要零件，是工件加工的重要组成部分，对 CA6140 车床加工拨叉的夹具体设计如图 5 所示： 图 5 夹具体结构图 工艺装备课程设计说明书 - 15 - 3.4 切削力及夹紧力的计算 铣削力计算公式为： 圆周分力 fzfpz KZdaaaF 0 . 1 0 0 . 174 . 0 9 . 0 4 . 5481. 9 式中： mmae05. 0mmd100 0 8zzmmaf/2 . 0 mmap206 . 1 fz K 计算得 NFz33.1284 查表可知铣削水平力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 4 . 0/ EL FF9 . 0/ EV FF53. 0/ EX FF 所以 NFF EL 73.51333.12844 . 04 . 0 NFF EV 89.115533.12849 . 09 . 0 NFF EX 69.68033.128453. 053 . 0 当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力 NFF LL 46.102773.51322 加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力来平衡。 . FFL 所以 N F F L 86.3424 3 . 0 46.1027 取安全系数 k=2，则所需夹紧力NkFFL73.684986.34242. 通过联动装置产生的夹紧力 L FF 此时已大于所需的夹紧力，故本夹具可安全工作。 3.5 定位误差分析 定位元件尺寸及公差确定。 工艺装备课程设计说明书 - 16 - 本工序的加工采用的是孔定位，利用一面两销定位。设计时，采用25 孔作为第一定位基准，利用长圆柱销限制四个自由度，端面用一点接触限制25 一个自由度，欲在受力的情况下，保证保证长销正确定位，表面接触良好，常采 用平面支撑球面浮动和小平面。 在本工序中，设计的夹具主要用来加工叉口的两侧面，为了保证侧面与轴向 的水平位置，两侧面与孔的轴线垂直度的要求，从工件的定位方案来考虑，25 定位是必须保证销与孔的配合和孔的配合和孔左端面的接触良好。 查资料书知孔与轴的间隙配合公差可达到,0145 . 0 mm 由于工件的垂直度误差为 0.1，则因此它要求夹具的误差为 ,05 . 0 1 mm .0167. 0 3 1 12 mm 即可以达到设计要求。 2 结 论 - 17 - 结结 论论 本次设计是在完成大学的全部基础课、技术基础课、专业课学习之后进行的 一次设计。作为机械制造专业的学生，最重要的就是机械加工工艺规程的制定和 工装夹具的设计。通过课程设计，我掌握了机械加工工艺规程的设计和工装夹具 设计的基本步骤和方法。工艺规程设计首先是分析了零件的技术要求，包括被加 工面的尺寸精度和几何形状精度，各被加工表面之间的相互位置精度，被加工表 面的表面加工质量及热处理要求，对毛坯的要求等等。并对达到各个技术要求的 主要影响因素进行了分析，计算确定毛坯尺寸，了