831003拨叉加工工艺及铣左端面75-40夹具设计【气缸夹紧】【工艺综合卡】
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气缸夹紧
加工
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75
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夹具
设计
气缸
夹紧
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目 录1零件的分析12工艺规程设计2（一）确定毛坯的制造形式2（二）基面的选择23 制订工艺路线34 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定65 确定切削用量及基本工时76 专用夹具设计14（一）定位机构14（二）夹紧机构15（三）夹具方案分析16（四）铣夹具设计的基本要求16（五）气缸的设计计算16（六）切削力及切削力矩的计算与分析17（七）气缸的设计计算19（八）定位误差的计算20结论18致谢19参考文献201零件的分析 拨叉这个零件从零件图上可以看出，它一共有两组加工表面，而这二组加工表面之间有一定的位置要求，现将这二组加工表面分述如下：1以25mm孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：25H7mm的l六齿花键孔及倒角，尺寸为80与花键孔垂直的两端面，尺寸为18H11与花键孔垂直的通槽。2 与25mm花键孔平行的表面。这一组加工表面包括：与花键孔中心轴线相距22的上表面，与上表面垂直的二个M8通孔和一个 5锥孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：1 上表面与25mm花键孔中心线平行度为0.10；2 18H11通槽两侧面与与25mm花键孔中心线的垂直度为0.08。由以上分析可知，对于这二组加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工，并且保证它们之间的位置精度要求。202 工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200，考虑到该零件在车床中的受力并保证零件的工作可靠性，零件为中批生产，而且零件的尺寸不大，因此，毛坯可采用金属模砂型铸造。（二）基面的选择 基准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，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择：以上下表面和两 侧面作为粗基准，以消除，三个自由度，用以消除，三个自由度，达到完全定位。 对于精基准而言，根据基准重合原则，选用设计基准作为精基准。 3 制订工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。在生产纲领为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。 1.工艺路线方案一 工序 铣端面。 工序 钻、扩花键底孔22mm。 工序 内花键孔倒角。工序 拉花键孔。工序 铣上、下表面。工序 钻2M8孔，5mm锥孔。工序 铣通槽18H11。工序 攻螺纹2M8。工序 去毛刺。工序 检查。2.工艺路线方案二工序 铣端面。 工序 钻、扩花键底孔22mm。 工序 内花键孔倒角。工序 铣上、下表面。工序 钻2M8孔，5mm锥孔。工序 铣通槽18H11。工序 拉花键孔。工序 攻螺纹2M8。工序 去毛刺。工序 检查。工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先拉花键孔，再以该花键孔为基准加工其余平面；方案二是先加工上下面，再加工花键孔。两相比较可以看出，方案一可以避免加工上表面和槽的设计基准和加工基准不重合的问题，而方案而不能，所以选用方案一作为零件的加工工序。4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.00Kg，生产类型为中批生产，采用金属砂型铸造：余量等级为G级，精度等级为CT10根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸如下：1. 铣端面考虑左端面的粗糙度Ra为3.2，加工后尺寸为80，根据要求余量等级跟精度等级要求：端面尺寸80的最小余量1.4，铸造余量公差尺寸为3.2面尺寸80的毛坯尺寸：801.43.2/2=831.62. 花键孔（6-25H722H126H11）。根据手册要求小于直径25的孔不铸出3铣表面零件的不加工表面不留加工余量，按铸造公差等级留公差余量即：401.3；751.6；201.2；251.2；81；4. 铣通槽18H11槽底尺寸15，最小余量,0.5，铸造余量公差尺寸为2.2尺寸15的毛坯尺寸：150.52.2/2=16.61.1槽宽尺寸18，最小余量,0.5，铸造余量公差尺寸为2.4尺寸18的毛坯尺寸：18-0.5-2.4/2=16.31.2毛坯制造尺寸及技术要求见毛坯图。5 确定切削用量及基本工时工序：铣端面。1）粗铣左端面=0.25mm/Z (表3-28)=0.35m/s（21m/min） (表3-30)采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.637r/s (38.2r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s （表417） 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=75mm，l=175mm，l=3mm t= =121.2s=2.02min 2）粗铣右端面 粗铣右端面的进给量、切削速度和背吃刀量与粗铣左端面的切削用量相同。 切削工时l=45mm，l=175mm，l=1.5mm t= =106.8s=1.78min 3）精铣左端面 =0.10mm/Z (表3-28)=0.30m/s（18m/min） (表3-30)采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (32.76r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s （表417） 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=75mm，l=175mm，l=1.5mm t= =302.92s=5.05min 工序：钻、扩花键底孔1）钻孔 20f=0.75mm/rK=0.750.95=0.71/s (表338) =0.35m/s （21m/min） （表342） n=5.57r/s (334r/min) 按机床选取 n=338r/min=5.63r/s 故实际切削速度 =0.35m/s 切削工时 l=80mm，l= 10mm，l=2mm t= =23s （0.4min）2）扩孔 22f=1.07 (表354) =0.175m/s （10.5m/min） n=2.53r/s (151.8r/min) 按机床选取 n=136r/min=2.27r/s 故实际切削速度 =0.16m/s 切削工时 l=80mm，l= 3mm，l=1.5mm t= =35s （0.6min） 工序：倒角1.0715 f=0.05/r (表317) =0.516m/s （参照表321） n=6.3r/s (378r/min) 按机床选取 n=380r/min=6.33r/s 切削工时 l=2.0mm，l= 2.5mm， t= =14s （0.23min） 工序：拉花键孔 单面齿升 0.05 （表386） v=0.06m/s （3.6m/min） （表388） 切削工时 （表721） t=式中：h单面余量1.5（由 22 25）； l拉削表面长度80； 考虑标准部分的长度系数，取1.20； K考虑机床返回行程的系数，取1.40； V切削速度3.6m/min； S拉刀同时工作齿数 Z=L/t。 t拉刀齿距， t=(1.251.5)=1.35=12 Z=L/t=80/126齿 t=0.15min (9s)工序：铣上、下表面 1）粗铣上表面的台阶面 =0.15mm/Z (表3-28)=0.30m/s（18m/min） (表3-30)采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s （表417） 故实际切削速度=0.27m/s切削工时 l=80mm，l=175mm，l=3mm t= =215s=3.58min 2）精铣台阶面 =0.07mm/Z (表3-28)=0.25m/s（18m/min） (表3-30)采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.455r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s （表417） 故实际切削速度=0.27m/s切削工时 l=80mm，l=175mm，l=3mm t= =467s=7.7min 工序：钻2-M8底孔（ 6.80） f=0.36/r (表338) =0.35m/s （参照表342） n=16.39r/s (983.4r/min) 按机床选取 n=960r/min=16r/s 故实际切削速度=0.34m/s切削工时（表75） l=9.5mm，l= 4mm，l=3 t= =2.86 （0.048min）工序：铣槽18H11 1）粗铣 =0.10/s(表3-28)=0.30m/s（21m/min） (表3-30)采用粗齿直柄立铣刀，d=16mm,齿数Z=3。 n=5.97/s (358.2/min)按机床选取n=380r/min=6.33/s （表416） 故实际切削速度=0.32/s切削工时 l=34mm，l=2mm，l=0mm t= =19s 因为要走刀两次，所以切削工时为38s。 2）精铣通槽=0.07/s(表3-28)=0. 25m/s（15m/min） (表3-30)采用细齿直柄立铣刀，d=12mm,齿数Z=5。 n=6.63s (397.8min)按机床选取n=380r/min=6.33/s （表416） 故实际切削速度=0.24s切削工时 l=35mm，l=2mm，l=0mm t= =16s因为走刀两次，所以切削工时为64s。 ：攻螺纹2M8 v=0.35m/s (表342) n=13.9 (834min) 按机床选取n=850r/min=14.2s 故实际切削速度=0.357m/s。6 专用夹具设计本次课设是要为此图铣75X40端面夹具，最终实现将工件定位，更加精确和方便的完成铣面工作，并保证能夹紧工件，夹紧力要适中，不要使工件变形，又能保证工件所要求的加工精度。（一）定位机构图6-1大平面、挡板和支承钉在夹具设计中，定位方案不合理，工件的加工精度就无法保证。工作定位方案的确定是夹具设计中首先要解决的问题。根据工序图给出的定位元件方案，按有关标准正确选择定位元件或定位的组合。在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。设计夹具是原则上应选该工艺基准为定位基准。无论是工艺基准还是定为基准，均应符合六点定位原理。由于该零件的加工是铣40X70的端面并以下底面作为定位面，属面定位类型，因此本次设计采用的定位机构为大平面与支承钉相结合。定位的形式很多，大平面限制X，Y方向的转动及Z方向的移动；小平面限制Y方向的移动；在用另一个小平面限制X方向移动和Z轴转动，来实现完全定位。装夹工件时，通过夹紧机构压板将夹紧工件。本次设计的定位平面与平面相结合，分别限制工件的X、Y方向的移动及转动自由度以及Z方向的旋转自由度。心轴定位的特点为结构简单、制造容易、夹紧可靠，自锁性好，夹紧动作慢、效率低。（二）夹紧机构图6-2 工件放置方式1.夹紧的目的：使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏，同时保证加工精度。2 .夹紧力的方向的确定： 1）夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。 2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。 3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。3 .夹紧力的作用点的选择： 1）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内，以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。 2）夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的部位。 3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的刚度和抗振性。 4）夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。4. 选择夹紧机构：设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：1)夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内。3)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构4)必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。5)夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。选用压板夹紧机构来对被加工工件进行夹紧。压板夹紧机构的特点：结构简单，制造方便加紧可靠施力范围大；自锁性能好操；扩力比80以上，行程S不受限制；加紧工作慢，效力低。（三）夹具方案分析方案一：采用对称结构的多件夹紧方式，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是省力。方案二：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，比较费时。本次设计零件为大批量生产，为了降低人工成本，因此夹具夹紧方案选用方案一，利用汽缸夹紧。（四）铣夹具设计的基本要求 如前所述，在设计夹具时，为了提高劳动生产率，应着眼于降低人工成本，本道工序的铣床夹具就选择了气缸拉动压板对工件进行夹紧。本道工序由于是粗和半精加工一体，切削力较大，为了夹紧工件，势必要加大压板，而这将使整个夹具过于庞大。因此，应设法降低切削力。目前采取的措施有三个：一是提高毛坯的制造精度，是最大背吃刀量降低，以降低切削力；二是选择比较合适的铰链机构，增大夹紧时的力臂以降低夹紧力；三是在可能的情况之下，适当提高夹紧力，来满足夹紧的要求。 夹具上还需要装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞尺配合使用很好的对刀； （五）气缸的设计计算设计要求是做任何设计的依据，气动夹具设计时要明确气动传动系统的动作和性能要求，这里一般要考虑以下几方面：1）该设备中，哪些运动需要液压或气压传动完成，各执行机构的运动形式及动作幅度；2）对液压或气压装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限制等；3）执行机构载荷形式和大小；4）执行机构的运动速度，速度变化范围以及对运动平稳性的要求；5）各执行机构的动作顺序，彼此之间的联锁关系，实现这些运动的操作或控制方式；6）自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等方面的要求；7）工作环境方面的要求，如温度、湿度、振动、冲击、防尘、防腐、抗燃性能等；另外对主机的功能、用途、工艺流程也必须了解清楚，力求设计的系统更加切合实际。（六）切削力及切削力矩的计算与分析对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律。通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示，必要时还应作出速度、负载随时间（或位移）变化的曲线图（称为速度循环图、负载循环图和功率循环图）。在一般情况下，液压和气压系统中气缸承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载、功率、惯性负载、重力负载、密封负载和背压负载，前五项构成了气缸所要克服的机械总负载。这里为了方便起见，只是将铣削时产生的铣削力矩作为气缸的工作负载，其余的负载这里没有考虑（只需要按照一定的工作方式进行计算即可）。根据加工需要，该系统的工作循环也较为简单：快速前进快速后退原位停止。根据调查研究和工作系统要求，快速前进和快速后退的速度约为4.5m/min，不考虑换向及启动时间、动静摩擦系数等因素，气缸的机械效率取0.9。由于本道工序主要完成拨叉75X40面面加工，为后续其它面的加工提供良好的基准，且在铣削过程中由于铣刀所产生的铣削力对工件的附加转矩会造成工件的加工误差，因而必须对工件所受的铣削力和铣削力矩进行计算分析，从而设计出符合要求的夹紧装置。对气缸的设计计算主要是以铣削力矩为主进行理论计算，以工件加工中所需的夹紧力来设计气缸的结构参数，以实现工件快速装夹所需要的行程来确定气缸的理论行程，因而需要对工件所受的夹紧力和夹具的结构进行分析。1）切削力的计算切削力的计算可通过试验的方法，测出各种影响因素变化是的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用的切削力经验公式有两种：一是指数公式；二是单位切削力。这里为了方便起见，以单位切削力进行切削力的计算。单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示。由切削手册得主切削力公式： 式中：CF、XF、YF、F、F是指切削用量的系数和指数，可查相关设计手册；ap-铣削深度，mm；af-每齿进给量，mm/Z；ae铣削宽度，mm；Z-铣刀齿数，n-铣刀每秒转速，m/s；d0-切削宽度，mm；kFZ-切削条件改变时的修正系数；代入数据可得工件所受的切削力：Fc=3305N。2）由切削手册得铣削力矩公式：式中：M-铣削力矩，Nmm；Fc-铣削力，N；d0-切削宽度，mm；Z-铣刀齿数，代入数据可得：M=2079660 Nmm.在夹具设计时采用了由气缸带动杠杆工件实施夹紧，工件所需要的夹紧力是由这个气缸提供的。由图参数3可知：式中：M-铣削力矩，Nmm；F-夹紧力，N；L力臂，mm；代入数据可得：F=18906N。（七）气缸的设计计算1）初选气缸的工作压力工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，它的大小影响执行元件的尺寸和成本，甚至整个系统的功能。工作压力选得高，执行元件和系统和结构紧凑，但对元件的强度、刚度及密封要求高，且要采用较高压力的气源；反之，如果工作压力选得低，就会增大执行元件及整个系统的尺寸，使结构变得庞大。所以应根据实际情况选取适当的工作压力。执行元件的工作压力可以根据总负载的大小或主机设备类型进行选取。在此气动夹具设计中，因采用企业气源作为动力，一般空气的压力为0.50.8Mpa。所以选定工作压力为0.5Mpa。2）确定气缸的主要结构参数本气缸采用单向作用气缸。最大负载即为上面所求值，F=18906N，其缸径计算公式为:式中:F - 活塞杆上的推力，N- -气缸工作压力，MPaD-气缸缸体直径，m 查设计8手册，按气缸内径系列将以上计算值圆整为标准直径，取D=65mm。由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径校核，按公式有:其中，则:满足实际设计要求。3）缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算:式中:- 缸筒壁厚，mm- 气缸内径，mm- 实验压力，取, Pa材料为:ZL3,=3MPa代入己知数据，则壁厚为:取，则缸筒外径为:4）活塞行程的确定由夹具设计中对零件进行装夹的移动距离可知，为了便于工件的装夹，移动压板所需要的行程为75mm，气缸装在移动夹板的另一端，由杠杆原理可知，气缸移动的距离不小于是150mm，为了确保气缸安全工作，取气缸的工作行程为160mm。（八）定位误差的计算1.定位误差，此项主要是定位孔8H6与定位销8f5的间隙产生，最大间隙为-0.028mm。2.钻模板衬套中心与定位销中心距误差，装配图标注尺寸为15.30.015mm，误差为0.03mm。3.钻套与衬套的配合间隙，有18H7h6可知最大间隙为0.024mm。4.钻套内孔与外圆得同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽 略。5.钻头与钻套间隙的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e，由下式求出： e=( H/2 + h + b )max/He-刀具引偏量（mm）H-钻套导向高度（mm）h-钻套下断面与工件间的空间高度（mm）max-刀具与钻套的最大间隙 刀具与钻套的配合为30H7/r6，可知max=0.028mm；将H=36mm, h=20, B=30mm代入，可求得e=0.05mm。 由于上述各项都是按最大误差计算，实际上各项也不可能同时出现最大值，各误差方向也很可能不一致，因此，其最和误差可按概率法求和： 该项误差大于中心距允差0.1mm的2/3，可用。结论在这次历时两个礼拜的课程设计中，发现自己在理论与实践中有很多
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