拨叉（七） 加工工艺及其夹具设计【铣U形弯两侧面R10.5侧面+钻20孔】[含cad高清图纸文档资料所见所得]
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拨叉（七）
加工工艺及其夹具设计【铣U形弯两侧面，R10.5侧面+钻20孔】[含cad高清图纸文档资料所见所得]
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理工科类本科生毕业设计（论文）开题报告论文(设计)题目拨叉的加工工艺及其夹具设计作者所在系别机电工程学院作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级B13113作 者 姓 名王潇作 者 学 号20134011337指导教师姓名赵忠泽指导教师职称副教授完 成 时 间2017年3月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告。开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2开题报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业教研室论证审查后生效。开题报告不合格者需重做。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4开题报告中除最后一页外均由学生填写，填写各栏目时可根据内容另加附页。5阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。6参考文献的书写应遵循毕业设计（论文）撰写规范要求。7开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交，文献综述的撰写格式按毕业设计（论文）撰写规范的要求，字数在2000字左右。毕业设计(论文)开题报告学生姓名王潇专 业机制班 级B13113指导教师姓名赵忠泽职 称副教授工作单位机电工程学院课题来源课题性质课题名称拨叉的加工工艺及其夹具设计本设计的科学依据（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等） 意义：提高零部件制造的可行性和经济性。研究其工艺性能以便能方便地生产出来，使零部件的缺陷少、成本低，同时使其达到环保、高效、节能、使用寿命长、工作可靠的目的，即所设计的零部件应具有较好的结构工艺性和良好的使用性。 前景：高度发达的制造业和先进的制造技术，已成为衡量一个国家实力和科技水平的重要标志之一，成为一个国家在竞争激烈的国际市场上获胜的关键因素。 国内外研究概况：国内把自动化生产的重点转移到中、小批量生产领域中，这就要求加速数控机床的发展速度，以满足市场要求。当前数控设备正在采用最新技术成就，向着高速化，高精度化，智能化，多功能化及高可靠性的方向发展。利用NC编程技术，特别是CNC编程中的自动编程技术可以快速应对市场的变化，提高产品的竞争力。 国外自动编程软件技术被广泛应用于机械、电子、航空等领域，因其出色的表现，在制造业领域有着极其广阔的前景，将其应用于拨叉类零件机械加工工艺规程及优化设计，正是当今制造行业所需要的。设计内容和预期成果（具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式）主要内容：1.设计拨叉类零件的加工工艺及关键工序的夹具。重点解决的技术问题：1. 设计拨叉类零件的加工工艺；2. 设计拨叉类零件的加工工艺的过程中相关的工序所需要的专门夹具的设计。预期成果和提供的形式：1.提交拨叉零件的工艺过程卡与工序卡，提交相关工艺参数的设计计算资料。2. 提交关键工序的夹具设计资料及夹具装配图、零件工作图。3. 在原理上不出现错误，能够出现操作上的可行性与可靠性。拟采取设计方法和技术支持（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等）设计方案及技术要求：1. 根据设计内容查阅相关期刊资料。2. 利用网络查找相关资料进行修改。3. 对实际生产中拨叉零件的应用进行统计总结。实验方法和步骤：1.利用CAD对拨叉零件进行二维平面设计，画出整体零件图；2.确定加工工艺，绘制零件的机械制造工艺规程和机械加工工艺卡片；3.设计关键工序的夹具，绘制夹具装配图和主要零件工作图。可能遇到的问题和解决办法：工件本身刚性差，定位夹紧时容易引起工件的变形，就可以采用适当的辅助支撑增加工件的刚性。实现本项目预期目标和已具备的条件（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等）预期目标：1. 能熟练运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制定工艺流程等问题的方法。2. 通过对零件所有工序的机械制造工艺规程的制定和夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。3. 设计过程重理论联系实际，并学会使用手册、查询相关资料等，增强自己的解决工程实际问题的能力。已具备的条件：1 通过大学期间的学习，对机械制造方面的知识有了一定的储备，学习过机械制造工艺学等课程。多次的课程设计也让我们有了一定设计经验。2.掌握CAD等二维设计软件的使用方法。3.在图书馆和网上查阅相关资料。各环节拟定阶段性工作进度(以周为单位)1.第一周至第四周：查阅资料，完成开题报告、文献综述、外文文献翻译。开题报告的审阅。2.第五周：总结前期工作，分析拨叉的作用并绘制零件图。3.第六周：确定加工工艺绘制零件图。4.第七周：绘制毛坯图。5.第八周：绘制零件的机械制造工艺规程和机械加工工艺卡片。6.第九周至第十周：设计关键工序的夹具，绘制夹具装配图和主要零件工作图。7.第十一周至第十二周：绘制夹具体和主要零件工作图。8.第十三周至十五周：整理最后资料，完成毕业设计论文。准备答辩。开 题 报 告 审 定 纪 要时 间地点主持人参会教师姓 名职 务（职 称）姓 名职 务（职 称）论证情况摘要 记录人：指导教师意见指导教师签名： 年 月 日教研室意见教研室主任签名： 年 月 日5 本科生毕业设计(论文)文献综述设计 (论文)题目拨叉的加工工艺及其夹具设计作者所在系别机电工程学院作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级B13113作 者 姓 名王潇作 者 学 号20134011337指导教师姓名赵忠泽指导教师职称副教授完 成 时 间2017年3月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述1 前言机械加工工艺及夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。而机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义。2 机械加工工艺及夹具设计的发展21 发展历史从1949年以来，我国机械工业有了很大的发展，已经成为工业中产品门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着阶段性的差距，主要表现在机械产品质量和水平不够高，加工工艺过程不合理，夹具应用也比较少，使其加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不理想。22发展现状现在，各工业化国家都把制造技术视为当代科技发展为活跃的领域和国际间科技竞争的主战场，制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心，纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展也突飞猛进。机械加工工艺以各个工厂的具体情况不同，其加工的规程也有很大的不同。突破已往的死模式，使其随着情况的不同具有更加合理的工艺过程，也使产品的质量大大提高。制定加工工艺虽可按情况合理制定，但也要满足其基本要求：在保证产品质量的前提下，尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。并在充分利用本工厂现有生产条件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验。还应保证操作者良好的劳动条件。但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺，多半不规定工步和切削用量，工时定额也凭经验来确定，十分粗略，缺乏科学依据，难以进行合理的经济核算。机床夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。23发展趋势长期以来，加工工艺编制是由工艺人员凭经验进行的。如果由几位工艺员各自编制同一个零件的工艺规程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。这是因为工艺设计涉及的因素多，因果关系错综复杂。CAPP将是机械加工工艺的发展趋势，它不仅提高了工艺设计的质量，而且使工艺人员从繁琐重复的工作中摆脱出来，集中精力去考虑提高工艺水平和产品质量问题。231夹具的发展趋势 现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化四个方面。 （1）标准化 机床夹具的目的就在于提高生产效率，这样也就必使其具有标准化和通用化，而机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 （2）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。 （3）精密化 机床夹具的精度会直接影响到零件的加工精度，而随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m。这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了保证。 （4）柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等形式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。231机械加工制造技术的发展趋势（1）特种加工 它是指一些物理的、化学的加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工方法的主要对象是难加工材料的加工，如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可达分子级加工单位或原子级加工单位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特种加工与传统加工相结合的复合加工有较大的发展前途。（2）快速成形 利用离散、堆积成形概念，可将一个三维实体分解为若干二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体。（3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械和纳米技术等方面。当前，以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机械技术有重要意义，它们代表了这一时期精密工程的方向。（4）传统加工工艺的改造和革新 这一方面的技术潜力很大，如高速切削、超高速切削、强力磨削、超硬材料磨具的出现都对加工理论的发展、加工质量和效率的提高有重要意义。另一方面，旧设备的改造和挖潜，如普通机床改造成数控机床等，对机械工业的发展和提高是不容忽视的。3 简单的评述综上，机械加工工艺及夹具随着科技的发展都使计算机技术、数控技术、控制论及系统工程与制造技术的结合为制造系统，形成现代制造工程学。而物料流、能量流、信息流是组成制造系统的三个基本要素。现代加工都为集成化的系统加工，这虽减轻了工人的劳动强度，但同时对工人的知识水平要求较高。这需要我们全方位的认知现代科技知识。因此，在以后的学习中需要我们全方位的学习其各个相关领域的知识，不能只注重一点，为将来的人才战略提出了新的要求。主要参考文献1 王先逵编著机械制造工艺学（上下册）M北京：清华大学出版社，19892 李德庆，吴锡英编著计算机辅助制造M北京：清华大学出版社，1992 3 赵家齐机械制造工艺学课程设计指导书M北京：机械工业出版社，20084 李旦，邵东向机床专用夹具图册M北京：哈尔滨工业大学出版社，20055 陈宏钧实用机械加工工艺手册M北京：机械工业出版社，20056 孙大涌主编先进制造技术M北京：机械工业出版社，20007 王力行专用机床夹具安装精度分析J装备制造技术，2008,（9）：1631648 李超平面加工专用夹具的设计J机械工程师2006，（12）：1309 Machine Tool Metalworking John L.Feirer ,1973.10 Handbook of Machine Tools Manfred weck ,1984 .11 Haffman E G. Jig and Fixture Design.America, VNR Co.,1980.12 Boyes W E. Jigs and Fixture .America,SME,1982.4毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述指导教师意见 指导教师： 年 月 日专业教研室审查意见 负责人： 年 月 日5 毕业设计报告(论文) 报告(论文)题目：拨叉的加工工艺及其夹具设计 作者所在系部： 机电工程学院 作者所在专业： 机械设计制造及其自动化 作者所在班级： B13113 作 者 姓 名 ： 王潇 作 者 学 号 ： 20134011337 指导教师姓名： 赵忠泽 完 成 时 间 ： 2017年6月 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业论文摘要此次毕业设计融入了本科期间学的一些重要理论知识，如机床的转速、进给量以及加工余量和刀具等参数的选用，同时也注意到要考虑有关零件加工时的表面精度和位置精度要求。此次毕设包括了换挡拨叉零件的工艺编制、拨叉专用夹具的设计以及设计说明书的撰写。加工工艺和夹具设计是目前工厂生产过程中的重要流程，加工工艺包括机械加工工艺流程、各工序的加工参数等内容，好的机械加工工艺可以充分简化加工流程，提高工件加工质量。夹具设计是工艺流程的一部分，它是工艺装备的重要组成部分，是除了机床以外最重要的工艺辅助装备。关键词：拨叉 夹具设计 工艺路线IIAbstractThe graduation design into the undergraduate period to learn some important theoretical knowledge, such as machine speed, feed and processing margins and tooling and other parameters of the selection,but also noted that the parts to consider the surface accuracy and location accuracy requirements.The complete set includes the shift fork parts of the preparation process, the design of the fork for the fixture and write the design manual.Processing technology and fixture design is an important process in the factory production process. The processing technology includes the machining process and the processing parameters of each process. The good machining process can simplify the processing flow and improve the quality of the workpiece. Fixture design is part of the process, it is an important part of process equipment, in addition to the machine tool is the most important auxiliary equipment.Key words：fork fixture design process routeII目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 引言11.2 本课题背景及发展趋势2第2章 零件的分析32.1 零件的作用32.2 零件的工艺分析3第3章 工艺规程设计43.1 确定毛坯的制造形式43.2 基面的选择43.2.1 粗基准的选择43.2.2 精基准的选择43.3 制定工艺路线53.4 确定工件的机械加工余量、各工序尺寸和毛坯尺寸53.4.1 确定毛坯种类、加工余量和工序尺寸53.5 确定切削用量及基本工时7第4章 专用夹具设计214.1 问题的提出214.2 工序V钻夹具设计214.2.1 工件定位面的选择214.2.2 夹具定位元件选择214.2.3 定位元件限制自由度分析214.2.4 计算切削力和夹紧力224.2.5 定位误差分析234.2.6 零部件的设计与选用244.3 工序VII铣夹具设计254.3.1 工件定位基准的选择254.3.2 计算切削力及夹紧力254.3.3 定位误差分析264.3.4 定位键与对刀装置设计28致 谢30参考文献31第1章 绪论1.1 引言发展先进的制造业是增强一个国家的国际制造竞争力和科技水平能力的重要手段，也是任何国家要想取得胜利和赢得声望的法宝，同时也是与我们的社会生产生活实践是息息相关的。现如今似乎很多国家都在极力提高自己的制造业能力，如德国提出的工业4.0，就是为了竞争下一次的工业革命。德国工业4.0描绘了制造行业的未来前景，通过极大资源利用现如今的物联网技术和信息技术成果，强力推进工业实现飞越式发展；日本的社会“5.0”同样也是为了提高自身的国际竞争力，为了改善人们的生活而提出来的；中国的中国制造2025，在国外的一些国家看来，也可称为是“工业4.0”，甚至优于国外。我国目前已经对一些重要领域的工业生产方式做出准备，如航空航天，军工等领域。中国的制造业虽然起步晚，但是这近几年来以来发展的非常迅速，正在赶追美国、德国、日本、俄罗斯等军事和工业强国。我们早已不再是只会生产桌子、椅子、马车的国家。在中高端制造业上，尽管我们与提出工业4.0的德国和提出社会5.0的日本在制造工业上还存在有一定程度的差距，尤其是重要核心科技还需依赖进口，做不到自主创新。但从另一个角度来看，我国的制造业发展水平较改革开放以来有很大的变化。中国的海尔冰箱就走出了国门，迈进世界的大洪流中去，成为国人为之喝彩的冰箱制造商；其次华为也走出国门，华为的电子产品，如手机也受人们的青睐。近两年来，在我国对国外一些国家的出口产品中，机电设备产品占比已经超过了五分之二。在通讯技术的发展上中国至少已经不逊色于德国，中国正极力发展5G技术；在移动互联网领域，我相信如今正在崛起的中国已经开始反超德国，华为就是一个很好的例子。中国制造2025在很大程度上促进现有传统生产模式的转型升级，伴随着产业转型的到来，不管是对制造行业工艺装备还是对制造产品的质量，其控制要求都会更高标准、严控制。制造产品质量标准要求更高，从而对工业设备的要求更高，就要更加精准控制工业设备，零部件和相应之配套的工具要求标准也自然而然的更高了，循环与整体促进的和谐局面也就慢慢成形了。2017年4月20号，在文昌航天发射中心天舟一号货运飞船发射成功；同年5月5日，中国自制大型客机C919首飞成功。取得的这些成功无疑不是在暗示中国航空航天业迈向新的里程碑，当然也体现出了中国这个制造大国的制造业获得质的飞跃。这次中国自制的大型客机C919的机身、机翼、尾翼等机体部件已经完全国产，动力装置等还需采用国外进口。当然中国为了实现全部的自制，也成立了航空发动机的研究中心，目的就是改变航空发动机一直以来依赖国外进口的现状。1.2 本课题背景及发展趋势拨叉是机床变速箱里的一个零件，主要位于机床上面的一个操纵机构中，对机床的速度进行变换。机床上加工零件时，拨叉就起着至关重要的作用，它不仅可以控制机床主轴转速，而且也可以调整机床的进给速度。拨叉零件在工业生产中的需求量很大，由于拨叉在变换速度时，会承受一定的力，故使用寿命会大大的降低，从而导致换拨叉零件的几率大大提高，进而使机床的维修成本提高。因此，研究拨叉零件的加工工艺过程具有很大的实用性意义。为了使拨叉零件的制造成本能够降低以及制造效率能够得到提高，我们可以通过对拨叉零件的作用，结构以及工艺过程进行合理有效分析，使拨叉零件能够高效快捷的加工生产出来，从而获得少缺陷，低成本的拨叉零件。同时设计中所选用的零部件的结构性、经济性和实用性要好，这样才能达到高效生产、长的使用寿命和可靠的工作性。目前我国将制造行业的核心主要聚焦在中、小批量等生产领域中，在很大程度范围内促进了国内一些数控机床生产厂家的发展和研发速度，以能够达到国内，甚至国外的标准，从而更好的将我们自己生产的数控机床推销出去。国内的大部分数控机床生产厂家为了能在市场上站稳脚跟，正在研发最新技术成果，朝着多元化的方向发展。他们为了很好应对制造业市场的变化以及来自国外生产厂家的竞争压力，提高自身产品的竞争力和国际影响力，NC编程技术和CNC编程中的自动编程技术争相被目前国内的许多数控设备生产厂家所深入研究和广泛采用。而国外的一些电子、机械、航空航天等重要领域的制造技术，自动编程技术的研究的较国内要成熟，当然也应用的更加广泛，涉及到很多行业。这也是国内为什么要奋起直追的原因吧。自动编程技术对行业显而易见的突出表现，使得发展前景变得更加广阔。当然也有大多数制造厂家将CNC应用于零件机械加工中，来获得高效、低成本的产品，这也是目前许多制造行业迫切需求的。第2章 零件的分析2.1 零件的作用本次毕业设计所要设计加工的零件是拨叉。拨叉位于机床变速机构中，在机床运转的过程中，拨叉要承载一定大小的力。此次拨叉零件通过20H7的孔再与10H7两个同轴孔接连到另一个零件上去，以摇杆的运动达到零件的同步运动。这种运动机构突出的特征是快速，运动精准、可靠性高。2.2 零件的工艺分析本零件为一个拨叉，通过零件图2-1可知，需要加工的地方有九处，分别是：（1） 60圆台下端面，中间20下凸台端面（2） 左端20上凸台端面（3） 20H7孔，30沉头孔（4） 9.8H9孔，M12螺纹，13沉头孔（5） R10.5侧面（6） 210H7孔（7） 10H7孔（8） M6螺纹（9） 左端凹槽图2-1 拨叉零件图加工端面可用端铣刀进行加工；孔的精度可用铰刀铰孔达到要求；分别用丝锥攻丝两个螺纹孔完成螺纹孔的加工；60底面大平面是有表面精度要求和位置精度要求的，必须要先找好基准，进行粗铣，半精铣，再刮削才能到达所需要求。第3章 工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形式根据图2-1可知，拨叉是一个形状复杂零件，材料为QT200，根据生产纲领，属于成批生产的水平。拨叉零件的结构设计形式多种多样，可是拨叉零件结构的主要特征依旧是大同小异，都有这共同的特点比如外形结构比较复杂、较多的加工部位、拥有半圆弧结构、比较难加工。对于这种典型的拨叉类零件，采用砂型铸造得到毛坯是一种常用的方法，同时QT200是一种常用的铸造材料，有很好的铸造性能、塑性和韧性，适合用于像换挡拨叉承受较大力这样的零件。同时焊接性，切削性能良好。3.2 基面的选择基准面是工件的加工基准，同时基准面的选取在加工时也是十分重要的，基准面可以选择较大的面、平面、大的外圆或者大的内圆等基准要素。选择合适的基准面不仅可以提高零件的加工效率，保证加工表面的质量，例如装夹时方便进行定位、能很快找到夹具上得定位面和便于装夹提升装夹效率，从而节约了时间成本。3.2.1 粗基准的选择粗基准的选择：粗基准是进行加工时所选的第一个定位基准，粗基准是工件上的没有加工过的表面。这样可以保证加工表面与不加工表面间的位置精度。在选择粗基准时，尽量选择那些表面平整、均匀、没有高低起伏、易于定位的面，应避开浇冒口、毛刺等不利于定位的位置，可使工件定位可靠，夹紧方便。同时粗基准只可使用一次。对于本设计选用左端20圆柱上部端面为主要的定位粗基准。3.2.2 精基准的选择选择精基准要尽量保证在加工时的定位基准和图纸上标注的基准重合，即图纸上的尺寸就是加工时的定位尺寸，避免了应为加工基准和图纸基准的不统一所产生的误差。在精加工时，精加工的基准尽量选取同一个定位基准，选用同一个定位基准可提高工件的加工精度，避免多次更换基准以免产生误差。本设计选用已加工过的中间20圆柱底面和60圆柱底面作为定位的精基准。3.3 制定工艺路线按照图纸要求，加工零件毛坯时，为了使加工出的零件满足使用的要求，如尺寸、公差、粗糙度等要求，我们需要在零件加工过程中进行热处理，同时要通过使用最短的加工工序和最方便加工的方式进行加工。查机械制造工艺设计简明手册李益民，机械制造工艺设计简明手册M，机械工业出版社。，编写拨叉的机械加工工艺如下表3-1所示：表3-1 工艺路线方案工序号工序名称工序内容I铸造II热时效处理III铣粗铣60圆台下端面、20下凸台端面，半精铣60圆台下端面IV铣粗铣、半精铣左端20下凸台端面V钻钻、扩、粗铰、精铰至20H7孔，锪30沉头孔VI钻钻、铰至9.8H9孔，攻M12螺纹，锪13沉头孔VII铣粗铣R10.5侧面VIII钻钻、粗铰、精铰至210H7孔IX钻钻、粗铰、精铰至10H7孔X钻钻5孔，攻M6螺纹XI铣粗铣左端凹槽XII刮刮60圆台下端面XIII去毛刺去除机械加工所留下的毛刺XIV清洗在乳化液中清洗零件保证没有赃物并吹净XV检验检验至图纸要求XVI入库入库3.4 确定工件的机械加工余量、各工序尺寸和毛坯尺寸3.4.1 确定毛坯种类、加工余量和工序尺寸零件材料为QT200，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-3，选用铸件的尺寸公差为CT8级，查表2.2-5得，加工余量为MA-G级。工件的机械加工余量与工序尺寸见表3-2。表3-2 机械加工余量与工序尺寸加工面加工余量Z（mm）工序尺寸Z（mm）工件60端面的加工余量2.5粗铣单边余量1.5半精铣单边余量0.85刮研单边余量0.1520下凸台端面的加工余量2粗铣就可满足其精度要求20上凸台端面的加工余量2粗铣单边余量1.8半精铣单边余量0.2R10.5两侧面的加工余量2粗铣就可满足其精度要求工件上所有孔的加工余量实心铸造其他不加工表面的加工余量直接铸造根据上表所确定的机械加工余量绘制毛坯图，如图3-1所示。图3-1 拨叉毛坯图3.5 确定切削用量及基本工时工序III 粗铣60圆台下端面、20下凸台端面，半精铣60圆台下端面。（1）粗铣60圆台下端面1.选择刀具：YT15硬质合金刀片1）根据切削用量简明手册艾兴，切屑用量简明手册M，机械工业出版社。表3.1，铣削深度时，端铣刀直径为80mm，为60mm，但已知铣削宽度为60mm，故根据铣削宽度,选择，标准硬质合金端铣刀，故齿数2）铣刀几何形状切削用量简明手册表3.2：由于，故选择，。2. 选择切削用量1）决定铣削深度本次工序加工余量不大，选择一次走刀以节省工时，则。2）决定每齿进给量采用不对称端铣以提高进给量。根据切削用量简明手册表3.5，当用YT15，铣床功率为7kw时，。采用不对称端铣，取。3）决定铣刀磨钝标准及道具寿命根据切削用量简明手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5，由于铣刀直径，故耐用度。4）决定切削速度和每分钟进给量切削速度可根据切削用量简明手册表3.27中的公式计算，也可由表中查出。根据表3.13，当，,时，。 各修正系数为： 故：根据X62W说明书选：，。因此实际切削速度和每齿进给量为： 3.计算基本工时式中，根据切削用量简明手册表20，不对称安装铣刀，入切量及超切量，则，故（2） 粗铣20圆台下端面粗铣20圆台下端面可以同样采取上述的机床转速，实际切削速度和每齿进给量。即：，计算基本工时： （3） 半精铣60圆台下端面1. 选择切削用量1）决定切削深度本次工序加工余量不大，选择一次走刀以节省工时，则。2）决定每齿进给量采用不对称端铣以提高进给量，根据切削用量简明手册表3.5，当使用YT15，铣床功率为7kw时，采用不对称端铣，取。3）决定切削速度和每分钟进给量 切削速度可根据切削用量简明手册表3.27中的公式计算，也可由表中查出。根据切削用量简明手册表3.13，当，,时，。故： 根据X62W说明书选择：，。因此实际切削速度和每齿进给量为：2.计算基本工时式中，根据切削用量简明手册表20，不对称安装铣刀，入切量及超切量，则，故：工序IV 粗铣、半精铣左端20上凸台端面（1）粗铣左端20上凸台端面 1.选择切削用量 1）决定切削深度本次工序加工余量不大，选择一次走刀以节省工时，则。 2）决定每齿进给量 采用不对称端铣以提高进给量，根据切削用量简明手册表3.5，当使用YT15，铣床功率为7kw时，采用不对称端铣，取。 3）决定切削速度和每分钟进给量 根据表3.13，当，,时，。故： 根据X62W说明书选：，。因此实际切削速度和每齿进给量为：2.计算基本工时式中，根据切削用量简明手册表20，不对称安装铣刀，入切量及超切量，则，故（2）半精铣左端20的上凸台端面 1.选择切削用量 1）决定切削深度本次工序加工余量不大，选择一次走刀以节省工时，则。 2）决定每齿进给量采用不对称端铣以提高进给量，根据切削用量简明手册表3.5，当使用YT15，铣床功率为7kw时，采用不对称端铣，取。 3）决定切削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表3.13，当，,时，。故：根据X62W说明书选择：，。因此实际切削速度和每齿进给量为：2.计算基本工时式中，根据切削用量简明手册表20，不对称安装铣刀，入切量及超切量，则，故：工序V 钻、扩、粗铰、精铰至20H7孔，锪30沉头孔。（1） 钻孔181. 选择钻头选择高速钢麻花钻头，其直径。 钻头几何形状为切削用量简明手册表2.1及表2.2：修磨横刃，。2. 选择切削用量1）决定进给量 按加工要求决定进给量：根据切削用量简明手册表2.7，当加工要求为铸铁的，。由于，故不用乘孔深修正系数。根据Z525机床说明书，现取。 2）决定钻头磨钝标准及寿命。 由切削用量简明手册表2.12，当时，钻头的后刀面最大磨损量取为0.6mm，寿命。 3）决定切削速度 根据切削用量简明手册表2.15查得切削速度，所以： 根据Z525机床说明说书，取，但因所选转速较计算转数为高，会使刀具使用寿命降低，可将进给量降低一级，即可取。3. 计算基本工时式中，入切量及超切量由切削用量简明手册表2.29查得，故：（2） 扩孔至19.81. 选择刀具利用19.8的专用扩孔钻对18的孔进行扩钻。2. 确定切削用量 取背吃刀量，根据切削用量简明手册表2.10得出，扩钻的进给量为，根据机床说明书，选取。则主轴转速为，并按机床说明书取，故实际切削速度为：3. 计算基本工时式中，入切量及超切量由切削用量简明手册表2.29查得，故：（3） 粗铰孔至19.941.选择刀具利用19.94的专用铰刀对19.8的孔进行粗铰孔。2.确定切削用量取背吃刀量，取进给量，根据机床说明书，取进给量，则机床主轴转速为：并按机床说明书取，故实际切削速度为：3.计算基本工时式中，入切量及超切量由切削用量简明手册表2.29查得，故：（4） 精铰孔至20H71.选择刀具利用20的铰刀对19.94的孔进行精铰孔。2. 确定切削用量取背吃刀量，取进给量，切削速度，根据机床说明书，取进给量，则机床主轴转速为：并按机床说明书取，故实际切削速度为：3.计算基本工时式中，入切量及超切量由切削用量简明手册表2.29查得，故：（5） 锪30沉头孔根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的，故： 按机床说明书取，则机床主轴转速为： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时：工序VI 钻、铰至9.8H9孔，攻M12螺纹，锪13沉头孔。（1）钻9.6孔 工件材料为铸铁，孔9.6mm，高速钢钻头，查切削用量简明手册表5.19切削速度，进给量，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 该工序基本时间为： （2）铰孔至9.8H9取背吃刀量，孔9.8H9，查切削用量简明手册表5.23切削速度，进给量，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为：查机械制造工艺设计简明手册表6.2-6绞孔切入切出行程，该工序基本时间为：（3）攻的螺纹Z525立式钻床，刀具为细柄机用丝锥。进给量，查切削用量简明手册表5.14，切削速度，则机床主轴转速： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为：攻M12螺纹的基本工时：，刀具切入长度， （3）锪13沉头孔Z525立式钻床，刀具为：锪钻孔13小直径端面锪钻。可取进给量，查表得， 则机床主轴转速： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时： ，工序VII 粗铣R10.5侧面1.选择刀具刀具选取三面刃铣刀 ，。2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 2）决定每次进给量及切削速度 根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为：当时,按机床标准选取,. 3）计算基本工时，工序VIII 钻、粗铰、精铰至210H7孔（1）钻孔至9.8 由Z525立式钻床说明书取：， 按机床说明书，选取，故实际切削速度为 计算基本工时： （2） 粗铰9.8孔至9.96取，切削速度 ，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时： （2）精铰孔至10H7取,切削速度 ，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时： 工序IX 钻、粗铰、精铰至10H7孔。（1）钻孔至9.81.决定切削用量：取背吃刀量，由切削用量简明手册可查出，根据Z525立式钻床，取进给量，切削速度：，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时：（2）粗铰孔至9.961.决定切削用量：取背吃刀量，由切削用量简明手册可查出，根据Z525立式钻床，取进给量，切削速度：，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时：（3）精铰孔至10H71.确定切削用量：取背吃刀量，由切削用量简明手册可查出，根据Z525立式钻床，取进给量，切削速度：，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时：工序X 钻5孔，攻M6螺纹。Z525立式钻床钻孔至5，选用5的麻花钻，攻M6 螺纹选用M6细柄机用丝锥攻螺纹。1.钻5孔 切削深度，进给量 取 ，切削速度 ，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时：2.攻螺纹背吃刀量，进给量 ，切削速度 ，则：按机床说明书，选取，故实际切削速度为：计算基本工时：工序X 粗铣左端凹槽二次粗铣左端凹槽 第一次选用高速钢直柄立铣刀。，Z=5，槽深。查切削用量简明手册表5.11 ， 5.14，每齿进给量，切削速度，则： 按机床说明书，选取，故实际切削速度为： 计算基本工时： 第二次铣削方式和第一次相同，则单件工时为第4章 专用夹具设计4.1 问题的提出根据毕设要求选择两道重要工序进行夹具设计，本次要设计的夹具是钻、扩、粗铰、精铰至20H7孔，锪30沉头孔夹具和粗铣R10.5侧面的夹具。钻、铰、锪通过专用的钻头、铰刀、锪孔钻都可以在钻床上进行加工，钻床广泛应用于机械加工中，是一种成本低、操作难度低、加工范围广的机床。而铣R10.5侧面在卧式铣床上进行加工。4.2 工序V钻夹具设计4.2.1 工件定位面的选择工件的定位面是工件上直接和接触的部分，对于工序V来说，此时拨叉基本上算是毛坯状态，大多数表面都是非加工面。选择定位面时应该遵循以下原则：选择大而平整的平面或内圆外圆进行定位、选择定位面后要方便后续的装夹、定位面所对应的装夹位置应该结构牢固，在装夹时保证不得有变形现象。根据上述原则选择拨叉的60外圆面和60底面作为定位面。4.2.2 夹具定位元件选择 根据机床夹具设计手册可知机床的定位元件可以有很多多种，例如支承板、定位销、支承钉、定位轴、V型块等，拨叉零件的钻孔夹具中，由于定位面不仅大而平整的表面，也有外圆表面，故应选用A型支承钉和V型块对零件进行定位。4.2.3 定位元件限制自由度分析任何实物要想在空间上具有确定的位置，需要约束6个自由度，分别是3个直线方向的自由度和绕三个方向转动的自由度。对于拨叉钻夹具，底面使用的3个支承钉，限制3个自由度，分别是1个移动自由度和2个旋转自由度；其次分别用一个V型块和一个A型固定定位销定位，V型块限制2个移动自由度；定位销限制1个旋转自由度。4.2.4 计算切削力和夹紧力 计算切削力 （1）刀具：刀具用高速钢刀具钻头机床：Z525机床切削力公式： 式中 查机床夹具及应用杨金凤，机床夹具及应用M，北京理工大学出版社。表1.2.8得： 其中： 即：实际所需夹紧力：由机床夹具及应用表1.2.12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，见机床夹具及应用表1.2.1可得： 所以 ： 计算夹紧力选用夹紧螺钉夹紧机构,由其中为夹紧面上的摩擦系数，取 为工件自重 夹紧螺钉：公称直径。 ， 螺钉疲劳极限： 极限应力幅： 许用应力幅：强度校核计算：螺钉许用切应力： ，取得： 满足要求， 通过计算校核可以算出，强度要求符合标准要求，夹具安全可靠。4.2.5 定位误差分析当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图4-1所示。 图4-1 用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图4-2所示，两个极端情况：情况1：,使工序基准尽可能地“高”的加工尺寸；情况2：,使工序基准尽可能地“低”的加工尺寸。且该工序定位误差：图4-2 定位误差 通过计算和分析，本次设计的专用夹具满足要求。4.2.6 零部件的设计与选用 定位销选用本夹具选用一个A型固定定位销销来定位。 钻套、衬套、钻模板设计与选用本工序涉及到被加工孔需要依次进行钻扩铰锪等工艺，由于刀具直径逐次增大，则需要采用外径相同而内孔尺寸随刀具变更的钻套来引导刀具，故选用快换钻套，可以减少更换钻套的时间。 钻模板选用翻转钻模板，用A型支承钉定位于夹具体上。4.3 工序VII铣夹具设计4.3.1 工件定位基准的选择本道工序粗铣R10.5侧面，采用60端面、20内圆面及一侧面定位，对应的定位元件为：衬套、非标准定位销和A型固定式定位销。1.衬套作为第一定位基准，与工件60端面相配合限制三个自由度，即x轴转动、y轴转动和z轴移动。2.非标准定位销作为第二定位基准，与工件中间2
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