机械制造技术课程设计-叉杆零件加工工艺及钻φ10孔夹具设计（全套图纸）.doc

目 录1零件工艺性分析11.1零件的技术要求11.2零件的作用11.3审查叉杆的工艺性21.4确定生产类型32拟定叉杆工艺路线及确定毛坯42.1选择定位基准42.2工序顺序的安排原则52.3制定工艺路线62.4毛坯及工序尺寸的确定93切削用量及时间定额的计算133.110孔的计算133.2其余工序的计算174机床夹具的设计234.1设计准备234.2定位误差分析244.3切削力及夹紧力的计算254.4装配零件的设计与选用264.5夹具设计及操作的简要说明30三维造型32体会与展望33参考文献341、零件工艺性分析1.1零件的技术要求叉杆的主要要求是保证各安装孔之间的中心距及平行度，并保证部件正确安装。因此叉杆零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。全套图纸，加153893706该叉杆的全部技术要求列如下表:表1.1叉杆技术要求技术要求加工面尺寸及偏差公差表面粗糙度形位公差20mm孔mm0.04312.5叉口上下表面mm0.153.2 0.15 A叉口内圆面mm0.256.310mm孔10mm0.031.6 0.1 A20孔上下端面40mm12.5 0.05 A1.2零件的作用 所给的零件是叉杆，它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的20孔与操纵机构相连，下方的46半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。1.3审查叉杆的工艺性零件如图：图1.1叉杆零件 审查叉杆的工艺性分析零件图可知，该叉杆形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。除了孔以外外，其余表面加工精度较低，通过铣削、钻床等车床的粗加工、半精加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。由此可以见，该零件的工艺性较好。1.4确定生产类型零件的生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。零件生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。已知此叉杆零件的生产纲领为5000件/年，叉杆属于轻型零件，查机械制造技术基础课程设计指导书，可确定该零件生产类型为中批生产，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。2、拟定叉杆工艺路线及确定毛坯2.1选择定位基准2.1.1粗基准的选择1、 对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。2、 若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为粗基准。3、 如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。4、 应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。5、 粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。因此，选择孔的外圆柱面作为粗基准。2.1.2精基准的选择应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。从保证叉杆孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证叉杆在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从叉杆零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。2.2工序顺序的安排原则1）遵循“先基准后其他”原则。2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面。4）遵循“先面后孔”原则 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。叉杆加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。对于叉杆，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。 2.3制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、生产成本等。1、表面加工方法的确定 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。表2.1加工方案加工表面尺寸及偏差/mm尺寸精度等级粗糙度/加工方案上端面无Ra12.5粗铣下端面无Ra6.3粗铣-半精铣内圆面IT8无钻-扩-铰上端面无Ra3.2粗铣-半精铣-精铣下端面无Ra3.2粗铣-半精铣-精铣内圆面IT12Ra12.5镗上端面无Ra12.5粗铣下端面无Ra12.5粗铣内圆孔IT8Ra1.6钻-粗铰-精铰M8螺纹孔无无无钻-攻丝 2、该叉杆加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半、精加工。在粗加工阶段，先把精基准（的下端面和其内表面）准备好，使后续工序可用精基准定位加工，保证其他加工表面精度要求。根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，查机械制造技术基础课程设计指导书，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序号工序名称工 序 内 容10铸造采用铸造的方法获得毛坯20时效时效处理，回火，去应力30划线打点划线40粗铣粗铣上端面，以外圆表面为粗基准50粗铣粗铣下端面，以外圆表面为粗基准60钻-扩-铰钻-扩-铰内孔并倒角70镗孔镗为半径的孔，以内孔为精基准80铣断铣断，以内孔为精基准90粗铣粗铣的2端面保证12尺寸100半精铣半精铣的2端面保证12尺寸110钻-粗铰-精铰钻-扩-铰内孔，以内孔为精基准120钻孔钻M8x1.25螺纹底孔130攻丝攻M8x1.25内螺纹140钳工去毛刺150清洗清洗160检验入库检验入库表2.2加工工艺路线2.4毛坯及工序尺寸的确定2.4.1确定毛坯“叉杆”零件材料采用铸铁制造。材料为QT450-5，硬度HB为170241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。根据所发的任务书上的数据，该零件的月工序数不低于3050，毛坯重量21001602.52.0顶、底面双侧面 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，如图2.1。图2.1毛坯2.4.2孔工序尺寸前面已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定表2.6各表面的加工工序的加工余量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0.1610.046孔镗6466.8孔钻6.86.820孔钻1818.0扩1.819.8粗铰0.1419.94精铰0.0620.0表2.7平面工序尺寸技术要求工序号工序内容加工余量基本尺寸90粗铣46叉口上下表面2.517.040粗铣36的上下表面2.545.03、切削用量及时间定额的计算3.1 10孔切削用量及时间定额的计算3.1.1钻、粗铰、精铰10孔切削用量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，=89mm，=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 =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 =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。3.1.2钻、粗铰、精铰10孔时间定额1钻孔工步：根据表5.41，钻孔的基本时间可由公式 求得： =36mm; =0mm; 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/minx680r/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 求得；、由表5.42按kr=15ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08查得=0.19mm; =13mm; 而=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/min545r/min)=0.34 min=0.11min=6.6s。3.精铰工步同上，根据表5.41可由公式 求得；、由表5.42按kr=15ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02查得=0.37mm; =13mm; 而=36mm; =0.3 mm/r; =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/min272r/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=0.1517.4s=2.61s;粗铰工步的辅助时间为：ta=0.156.6s=0.99s;精铰工步的辅助时间为：ta=0.1536.3s=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：=6%(17.4s+2.61s)=1.2s; 粗铰工步的其他时间为：=6%(6.6s+0.99s)=0.46s; 精铰工步的其他时间为：=6%(36.3s+5.45s)=2.5s;6单件时间的计算这里的各工序的单件时间分别为：钻孔工步钻=17.4s+2.61s+1.2s=21.21s;粗铰工步粗铰=6.6s+0.99s+0.46s=8.05s;精铰工步精铰=36.3s+5.45s+2.51s=44.26s;因此，此工序的单件时间：=钻+粗铰+精铰=21.21s+8.05s+44.26s =73.52s。3.2其余工序切削用量及时间定额的计算工序40以外圆为粗基准，粗铣孔的上下端面。机床：X52K立式铣床。刀具：W18Cr4v硬质合金钢端铣刀切屑深度为=2.5mm每齿进给量为=0.1mm/z，采用高速钢镶齿套式面铣刀，齿数为Z=10，则进给量f=Z=1mm/r，直径D=100mm切屑速度取 v=0.35m/s主轴转速 r/min， = r/min =66.84r/min 取70 r/min铣削基本时间：Tj= Tj=64.6s工序60 以孔下端面为精基准，钻-扩-铰内圆孔，使孔的精度达到8级，保证其垂直度误差 1、选择钻床及钻头 选择Z525立式钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时，=18mm,钻头采用双头刃磨法；钻床主轴转速为n=50-2000r/min， 取n=1000 r/min。 2、选择切削用量 a、决定进给量 由=18mm，查表并计算得：按钻头性能可查出进给量f=0.47-0.57mm/r，按机床强度查得进给量f=0.056-1.8mm/r。最终选择机床进给量为f=0.45mm/r。 b、主轴转速1000r/min c、计算工时 扩、铰和精铰的切削用量如下 扩钻：选择高速钢扩孔钻 n=1000r/min f=0.7-0.8mm/r 铰孔：选择高速钢绞刀 n=1000r/min f=1.3-2.6 mm/r 工序70 以内圆孔为精基准，镗以为半径的孔。 （1）选择钻床及钻头 选择Z525立式镗床，选择高速钢镗刀，镗孔时，=46mm,钻头采用双头刃磨法；车床主轴转速为n=50-2000r/min，取n=500 r/min。 （2）选择切削用量a、决定进给量 由=46mm，查表并计算得：按钻头性能可查出进给量f=1.2-1.4mm/r，按机床强度查得进给量f=0.056-1.8mm/r。最终选择机床进给量为f=1.2mm/r。 b、 主轴转速500r/minc、 计算工时 工序80以内圆孔为精基准,半精铣孔的下端面机床：X52K立式铣床。刀具：W18Cr4v硬质合金钢端铣刀切屑深度为=0.5mm每齿进给量为=0.07mm/z，采用高速钢镶齿套式面铣刀，齿数为Z=10，则进给量f=Z=0.7mm/r，直径D=100mm切屑速度取 v=0.35m/s主轴转速 r/min， = r/min =66.84r/min 取70 r/min铣削基本时间：Tj= Tj=44.1s工序100 以内圆孔为精基准，粗铣-半精铣以为半径的孔的上下端面粗铣：切屑深度为=2mm每齿进给量为=0.1mm/z，采用高速钢镶齿套式面铣刀，齿数为Z=10，则进给量=afZ=1mm/r，直径D=100mm切屑速度取 v=0.35m/s转速 =r/min， = r/min =66.84r/min 取=704r/min铣削基本时间： = s=131.1s半精铣：切屑深度为=0.5mm每齿进给量为=0.07mm/z，采用高速钢镶齿套式面铣刀，齿数为Z=10，则进给量=afZ=0.7mm/r，直径D=100mm切屑速度取 v=0.35m/s转速 =r/min， = r/min =66.84r/min 取=70 r/min铣削基本时间：= =187.2s总时间=318.3s工序130 以内圆孔为精基准，锪孔的上端面。 （1）选择钻床及钻头 选择Z525立式钻床，选择高速钢锪钻，锪孔钻时，=20mm,车床主轴转速为n=50-2000r/min， 取n=500 r/min。 （2）选择切削用量 a、决定进给量 由=20mm，查表并计算得：按钻头性能可查出进给量f=0.6-0.7mm/r，按机床强度查得进给量f=0.056-1.8mm/r。最终选择机床进给量为f=0.6mm/r。 b、主轴转速500r/min c、计算工时 工序140 以内圆孔为精基准，钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹。钻孔： （1）选择钻床及钻头 选择Z525立式钻床，选择硬质合金YG8钻头，粗钻时，=6mm,车床主轴转速为n=50-2000r/min，取n=1000 r/min。 （2）选择切削用量 a、决定进给量 由=6mm，查表并计算得：按钻头性能可查出进给量f=0.18-0.22mm/r，按机床强度查得进给量f=0.056-1.8mm/r。最终选择机床进给量为f=0.20mm/r。 b、主轴转速1000r/min c、计算工时 车螺纹:采用高速钢刀具W18Cr4V采用精加工模式，加工行程i=3，进给量=0.8mm切屑速度 v=0.85m/s转速 r/min 274.8r/min车削基本时间：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。4.1设计准备4.1.1提出问题（1）怎样限制零件的自由度：心轴限制四个方向的自由度（即X,Y的平动和转动），减少半径的短圆柱销的加入可以限制Z方向的转动，Z方向的平动由支承板限制。（2）设计夹紧装置：采用螺母在心轴上夹紧（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和铰刀，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。4.1.2设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要是对10孔进行加工，孔的尺寸精度要求为GB/T1804-m表面粗糙度1.2，钻、粗铰、精铰可以满足其精度要求，所以要在满足其精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。4.1.3导向元件的设计加工10mm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=1.210mm=12mm。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=0.510mm=5mm。4.2定位误差分析（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10孔时，以20圆和其端面和R23为基准。（2）定位误差的分析该夹具以底面、两孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为1.6。该孔3次性加工可满足要求。由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ： 其中：0.045mm，0.25mm0.011mm，0.023mm0.007mm ， 0.014mm且：L=103.2mm ，得 0.063mm 0.097mm 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1.2.15有: 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： 0.178mm0.2mm这种定位方案可满足加工精度要求。4.3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。钻该孔时选用：钻床Z525，刀具用高速钢刀具。由参考文献5查表可得：切削力公式： 式中 查表得： 其中：160 =0.9即：1144.5N实际所需夹紧力：由参考文献5表得： 有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献5表 可得： K=1.21.01.01.01.31.01.0=1.56取k=2.574，所以 =1.56x1144.5/0.86=2076.1N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，决定选用快速螺旋夹紧机构。查参考文献5可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由参考文献5可查得： 其中：120mm 45N螺旋夹紧力：2923.8N 由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。4.4装配零件的设计与选用1、工艺孔的加工需钻、铰才能满足加工要求。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4.1 可换钻套铰工艺孔钻套结构参数如下表4.1：表4.1 钻套dH D公称尺寸允差101615+0.018+0.007262210490.5182、衬套选用固定衬套其结构如图所示： 图4.2 固定衬套其结构参数如下表4.2： 表4.2 固定衬套dH DC公称尺寸允差公称尺寸允差12+0.034+0.0161618+0.023+0.0120.52钻模板选用固定式钻模板，用4个沉头螺钉和2个锥销定位于夹具体上。3、 夹紧机构的选用 快速夹紧机构如图所示：图4.3 快速夹紧机构4、 定位销的选用 可换定位销结构如图所示：图4.4 可换定位销其结构参数如下表4.3：表4.3 可换定位销DHdd1D1llh101210-0.009M816351044.5夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在钻床上加工孔。工件以底平面、两孔为定位基准，在定位环上实现完全定位。采用螺母在心轴上夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。三维造型零件三维造型：毛坯三维造型：体会与展望 通过这次课程设计使我进一步的理解了所学的理论知识及具