叉杆零件的加工工艺及夹具设计

机械制造技术课程设计说明书设计题目： 叉杆零件的加工工艺及夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师： 1. 零件图分析1.1零件的功用题目所给的零件是车床的叉杆。它位于车床的变速机构中，主要起换挡，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速6度和扭矩的作用。其中，尺寸为20+00.052的孔操纵机构相连接，尺寸为R23+00.25的孔则是用于和所控制齿轮的轴接触。两零件铸为一体，加工时分开。 1.2 零件的工艺分析 零件的材料为QT45-5，为球墨铸铁，从工程材料与成型技术基础与机械零件手册可查得：该类型的球墨铸铁最低抗拉强度b为4502/kgfmm，最低屈服强度0.2s为3102/kgfmm，伸长率d为5%，布氏硬度160:210HBS。球墨铸铁在铸铁中力学性能最好，兼有灰铸铁的工业优点，抗拉强度可以和刚相当，塑性和韧性也有了很大的提高。球墨铸铁的焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁，但消震能力比灰铸铁低。可以制成承受很大冲击的零件。为此以下是叉杆需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求。 1、小头孔20+00.052以及与此孔相通的一个较难加工的（用于钻绞）R23+00.25孔和一个M8的螺纹孔。（其中孔R23+00.25+F与20+00.052F的孔有位置度的要求。）2、大头半圆孔R23+00.25. 3.20+00.052孔的上下端R23+00.25为半径的孔的上下两个端面，其上下端面两端面与20+00.052F孔的表面有0.15mm的垂直度的误差要求。 由上面的分析可知：加工时应该先加工一组表面，然后以已加工表面为基准，再加工另外一组表面。二.确定毛坯 2.1确定毛坯制造方法 已知此叉杆类零件的生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段，工序适当集中加工设备以通用设备为主大量采用专用工装。零件的材料为QT450-5，根据该种零件所生产的批量，该种零件的结构形式比教简单，零件在机床运动时所受的冲击和震动大小，可以选择铸件毛坯，选择金属型铸造。 2.2 确定总余量 查阅机械制造技术基础课程设计，可以得到各加工面的铸件余量s2.3绘制毛坯图三.制定零件工艺规程3.1 选择表面加工方法查阅机械制造技术基础课程设计，表2.24、2.25可以得到各加工面的加工方法技术要求加工面加工内容加工余量工序尺寸10孔钻9.89.8铰0.1610.020孔钻1818.0扩1.819.8粗铰0.1419.94精铰0.0620.0技术要求工序号工序内容加工余量基本尺寸铸件1.501粗铣46叉口上下表面1.036.003粗铣46的叉口内圆面1.08.005精铣46的叉口内圆面1.08.02.4.3确定毛坯3.制定零件工艺规程3.1 选择定位基准 基准面的选择包括精基准的选择和粗基准的选择，是零件工艺规程设计中重要的环节之一。基准面的选择如果正确合理，可以使零件的加工质量得到保证，生产效率得到很大的提高。如果不合理，加工工艺过程中就会出现这样那样的问题，甚至还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。1、粗基准的选择 根据所学知识可知：对于一个零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对于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为粗基准。根据这个基准选择原则，现选择孔20+00.052的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承36F的外轮廓表面，可以限制5个自由度，再以一个销钉限制最后一个自由度，达到完全定位后，即可进行铣削。2、精基准的选择 考虑到要保证零件的加工精度和装夹的准确方便，应依据“基准重合”原则和“基准统一”原则3.2 拟定工艺路线 工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，加工方法、花粉加工阶段、决定工序的集中与分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验及其他铺助工序（去毛刺、倒角等）。它不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本。 工序1：粗铣20孔的两个端面，选用X5012立式铣床和专用夹具。工序2：精铣20孔的上端面，选用X5012立式铣床和专用夹具。工序3：钻、扩、粗铰、精铰20孔。以36外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。工序4：铣46的叉口及上、下端面。利用20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。工序5：粗铣46的叉口的内圆面。利用20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。工序6：精铣46的叉口的内圆面。利用20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。工序7：钻、粗铰、精铰10孔。以36外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。工序8：热处理。工序9：终检。3.3机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定 工序1粗铣20+00.052FF上下端面，查机械制造基础课程设计表2.63得：每边留下2.5mm的余量。 工序2粗铣-半精铣以R23+00.25为半径的孔的上下端面，查机械制基础课程设计表2.64得：粗铣余量为2mm，精铣余量为0.5mm。 工序4镗以R23+00.250.25023R+为半径的孔，查机械制造基础课程设计表2.55得：由铸好的R20的孔镗至R23。 工序5钻-扩-铰10+00.036内圆孔，查机械制造基础课程设计表2.53得：0 钻孔8，8孔9.8，9.8铰孔10 工序6扩10+00.036孔的上下端面，查机械制造基础课程设计得：10锪20深度为2mm。 工序7钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹，查机械制造基础课程设计表2.66得0钻孔6。工序8热处理工序9清洗及终检最后得到工序尺寸：3.4 确定切削用量和基本工时 3.4.1钻、扩、粗铰、精铰20孔1钻孔工步：钻床：Z525立式钻床钻头：选用直柄麻花钻，钻头直径18.00mm，l=123mm，l1=62mm。( 1 )背吃刀量的确定 取 ap=0.25mm.(2)进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表5-21 f=0.26mm/r。(3)切削速度的计算 由表5-21 切削速度选取为20m/min，由公式，求得该工序钻头转速，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=392r/min, 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为2.扩孔工步：钻床：Z525立式钻床扩孔钻：直柄扩孔钻，钻头直径d=19.8，L=205mm，l=140mm.（1）背吃刀量确定 取ap=0.9mm.(2)进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表5-23 f=1.0mm/r.(3)切削速度的计算 由表5-24 切削速度选取为v=83.7m/min. 由公式，求得该工序转速，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=1360r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。3.粗铰孔工步：钻床：Z525立式钻床铰刀：直柄机用铰刀 d=19.94，L=195mm l=60mm背吃刀量确定 取ap=0.07mm.进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书f=0.8mm/r.(3)切削速度的计算 由表5-27切削速度选取为v=13.1m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=195r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。4.精铰孔工步：钻床：Z525立式钻床铰刀：直柄机用铰刀 d=20，L=195mm l=60mm（1）背吃刀量确定 取ap=0.03mm.（2）进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表f=0.3mm/r.（3）切削速度的计算 由表5-26切削速度选取为v=8m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。3.4.2钻、粗铰、精铰10孔1钻孔工步：钻床：Z525立式钻床钻头：选用直柄麻花钻，钻头直径9.8mm，l=89mm，l1=40mm。( 1 )背吃刀量的确定 取 ap=4.9mm.(2)进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表5-21 f=0.20mm/r。(3)切削速度的计算 由表5-21 切削速度选取为20m/min，由公式，求得该工序钻头转速，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=680r/min, 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为2.粗铰孔工步：钻床：Z525立式钻床铰刀：直柄机用铰刀 d=9.96，L=133mm l=38mm（1）背吃刀量确定 取ap=0.08mm.（2）进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表f=0.8mm/r.（3）切削速度的计算 由表5-27切削速度选取为v=14.1m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=545r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。3.精铰孔工步：钻床：Z525立式钻床铰刀：直柄机用铰刀 d=10，L=133mm l=38mm（1）背吃刀量确定 取ap=0.02mm.（2）进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表f=0.3mm/r.（3）切削速度的计算 由表5-26切削速度选取为v=8m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=272r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。3.5时间定额的计算3.5.1钻、扩、粗铰、精铰20孔1钻孔工步：根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l=40mm; l2=0mm; l1=D/2*cotkr+(12)=1.09mm; f=0.26mm/r;n=392mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(40mm+1.09mm) /(0.26mm/min* 392r/min)= 0.4min=24s。2扩孔工步：根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l=40mm; l2=2mm; l1=D/2*cotkr+(12)=1.654mm; f=1.0mm/r;n=1360mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(40mm+1.654mm+2mm)/(1.0mm/min*1360r/min) =0.03min=0.18s。3粗铰工步：根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得： l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（19.94-19.8）/2=0.07查得l1=0.19mm; l2=13mm;而l=40mm; f=0.8mm/r; n=195r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(40mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*195r/min)=0.34min=20.4s4.精铰工步同上，根据表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（20-19.94）/2=0.03查得l1=1.1mm; l2=45mm; 而l=40mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=(40mm+1.1mm+45mm)/(1.3mm/min *140r/min)=2.05min=123s。5.辅助时间ta的计算辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.150.2) tj ,这里取ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为：钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15*24s=3.6s;扩孔工步的辅助时间为：ta=0.15*0.18s=0.027s;粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15*20.4s=3.06s;精铰工步的辅助时间为：ta=0.15*123s=18.45s;6.其他时间的计算除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%* (24s+3.6s)=1.656s;扩孔工步的其他时间为：tb+tx =6%* (0.18s+0.027s)=0.012s粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (20.4s+3.06s)=1.408s;精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (123s+18.45s)=8.487s;单件时间tdj的计算7.这里的各工序的单件时间分别为：钻孔工步tdj钻=24s+3.6s+1.626s=29.226s;扩孔工步tdj扩=0.18s+0.027s+0.012s=0.219s粗铰工步tdj粗铰=20.4s+3.06s+1.408s=24.868s;精铰工步tdj精铰=123s+18.45s+8.487s=39.937s;因此，此工序的单件时间：tdj=tdj钻+tdj扩tdj粗铰+tdj精铰=29.226s+0.219s+24.868s+39.937=94.25s。3.5.2.钻、粗铰、精铰10孔1钻孔工步：根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得： l=36mm; l2=0mm; l1=D/2*cotkr+(12)=3.904mm; f=0.20mm/r;n=680mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(36mm+3.904mm) /(0.20mm/min * 680r/min)= 0.29min=17.4s。2粗铰工步根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.8mm/r; n=545r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(36mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*545r/min)=0.34min=0.11min=6.6s。3.精铰工步同上，根据表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02查得l1=0.37mm; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.3 mm/r; n=272 r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(36mm+0.37mm+13mm)/(0.3mm/min*272r/min)=0.605min=36.3s。4辅助时间ta的计算同上辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.150.2) tj ,这里取ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为：钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15*17.4s=2.61s;粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15*6.6s=0.99s;精铰工步的辅助时间为：ta=0.15*36.3s=5.45s;5. 其他时间的计算除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%* (17.4s+2.61s)=1.2s;粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (6.6s+0.99s)=0.46s;精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (36.3s+5.45s)=2.51s;6单件时间tdj的计算这里的各工序的单件时间分别为：钻孔工步tdj钻=17.4s+2.61s+1.2s=21.21s;粗铰工步tdj粗铰=6.6s+0.99s+0.46s=8.05s;精铰工步tdj精铰=36.3s+5.45s+2.51s=44.26s;因此，此工序的单件时间：tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=21.21s+8.05s+44.26s =73.52s。4 .机床夹具的设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。夹具装配图4.1提出问题（1）怎样限制零件的自由度：V形块限制四个方向的自由度（即X,Y的平动和转动），两个圆柱销的加入可以限制Z方向的转动，Z方向的平动不需要限制。所以设计的夹具只要限制5个自由度。（2）设计夹紧装置：夹具由固定手柄紧夹紧配合V形块夹紧工件，定位块起支撑工件的作用。如图所示：（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻、扩孔钻头和铰刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。4.3导向元件的设计加工20mm的通孔选用立式钻床，钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。1）钻套高度H钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(12.5)d，所以H=1.620mm=32mm。2）排屑间隙h钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。h值太小，切屑难以自由排出，使加工表面损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用。加工铸铁时，h=(0.30.7)d，所以h=0.6520mm=13mm。4.4夹具设计4.3.1定位分析（1）定位基准的选择据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工20孔时，以36外圆和其端面为基准（2）定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。，因为该定位元件的工序基准为36外圆柱，定位基准为加工零件的轴线，所以基准不重合误差b =Td/2=0.043/2=0.0215mm；基准位移误差j=Td/sin（/2）=0.061mm所以定位误差d=j-b=0.061-0.0215=0.0395mm4.3.2切削力及夹紧力的计算夹紧机构应保证工件夹紧可靠安全不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。刀