机械制造技术课程设计-拨叉加工工艺及钻Φ10H7孔夹具设计（全套图纸）.doc

目 录第一章 绪论21.1 设计目的 21.2 设计任务2第二章 零件的分析3 2.1 零件作用32.2 零件工艺分析32.3 零件技术条件分析42.4 确定生产类型5第三章 工艺规程设计63.1 确定毛坯材料63.2 基面的选择63.3 制定工艺路线73.4 确定加工余量及毛坯尺寸93.5 确定切削用量以及基本工时10第四章 专业夹具设计274.1 问题的提出274.2 定位基准的选择304.3 切削力及夹紧力计算314.4 定位误差分析32第五章 修改记录33总结34参考文献36附录37第一章 绪论1.1设计目的机械制造课程设计是高等院校学生在学完了大学大部分科目后，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产实际问题的能力，使学生进一步巩固大学期间所学的有关理论知识，掌握设计方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。全套图纸，加153893706另外，这次课程设计也是大学期间最重要一项实践性教学环节。通过本次课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼：1.熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。2.通过夹具设计的训练，进一步提高结构设计(包括设计计算、工程制图等方面)的能力。3.能比较熟练的查阅和使用各种技术资料，如有关国家标准、手册、图册、规范等。4.在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。1.2设计任务1.完成拨叉零件的毛坯图及零件图2.完成拨叉零件工艺规程设计3.完成拨叉零件加工工艺过程片4.填写机械加工工序卡片5.机床专用夹具装配图及夹具零件图6.撰写设计说明书第二章 零件的分析2.1 零件作用拨叉零件主要用在操纵机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合、断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。本零件以直径和精度等级为20H7的孔为回转中心，10H7两个同轴孔连接另一个零件，通过摇杆的运动实现零件的同步动作。此种动作的优点是方便快捷可靠性高，可手动也可连接电动机构实现自动控制。2.2 零件工艺分析本零件为一个拨叉，总共有七组加工面，现分述如下：1).60端面、2-20凸台面。2).2-20凸台面。3).R10.5两侧面。4).30沉孔、20H7。5).9.8H9、M12螺纹、沉孔13。6).10H7。7).M6螺纹。图1.1 拨叉零件图图1.2 拨叉零件图由零件图可知，该零件外形不复杂、尺寸不大，底面是精度要求最高的面，必须要用刮刀刮削才能进行加工，加工那个圆弧面可用成型铣刀进行加工，其余表面用精铣就能满足。孔用钻摇钻钻后，用铰刀铰孔就能达到要求。螺纹用丝锥就可以，但零件技术要求高，考虑加工精度用攻丝。2.3技术条件分析通过对该零件的重新绘制，知道了原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。该零件须加工的表面较多，其间还有一定位置要求，分析如下：1 60底面需刮削，粗糙度为1.6，精度要求很高,2 孔20H7的中心线与零件下表面垂直度公差值为0.02。3 位于圆弧状结构顶端的2个10H7的孔同轴度公差值为0.2。4 零件左侧10H7的孔与零件上表面的直度公差值为0.2，粗糙度要求为1.6。另外此孔与孔20H7的中心距需在190+0.22.4确定生产类型已知此拨叉零件注释，可确定该拨叉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。 第三章 工艺规程设计3.1 确定毛坯材料零件材料为QT200，零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为8级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。3.2 基面的选择定位基准的选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与和理地选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类，提高生产率。3.2.1 粗基准的选择1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面 之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面位置精度要求较高的表面作粗基准。2）如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面作精基准。3）如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选加工余量较小的表面作粗基准。4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。5）粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。 3.2.2 精基准的选择选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。1）用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。2）当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免生产基准转换误差。3）当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。4）为获得均匀的加工余量或较高 的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。5）有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。 3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，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能得到合理的保证，在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工件集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案工序01 铸造工序02 时效处理工序03 以R10.5圆弧面、20端面及R10.5端面作为定位基准，粗铣60端面、两个20端面，刮60端面工序04 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，粗铣、半精铣两个20端面工序05 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，锪30沉孔、钻孔至18、扩18孔至19.8孔、铰19.8孔至20H7工序06 以60端面、20端面、20H7孔 及一侧面作为定位基准，钻孔至8，扩8孔至9.8，铰9.8孔至9.8H9，攻M12螺纹，锪沉孔13工序07 以60端面、9.8H9的孔及一侧面作为定位基准，铣R10.5两侧面工序08 以60端面、9.8H9孔及一侧面作为定位基准，钻R10.5侧面的两个孔至10H7 工序09 以60端面、9.8H9孔及20H7孔作为定位基准，钻孔至8、扩8孔至9.8、铰9.8孔至10H7工序10 以60端面、9.8H9孔及20H7孔作为定位基准，钻M6螺纹底孔5.1、攻M6螺纹工序11 去除机械加工所留下的毛刺工序12 在乳化液中清洗零件保证没有赃物并吹净工序13 检验至图纸要求工序14 入库3.4 确定加工余量及毛坯尺寸 图3.4拨叉毛坯图1. 工件60端面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT7级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.2mm,粗糙度Ra=3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，两步铣削即粗铣半精铣方可满足其精度要求。粗铣 单边余量Z=1.0mm半精铣 单边余量Z=0.2mm2. 20下凸台面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT8级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.0mm,粗糙度Ra=6.3，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，一步铣削即可满足其精度要求。3. 20上凸台面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT7级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.2mm,粗糙度Ra=3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，需经过粗铣半精铣方可满足其精度要求。粗铣 单边余量Z=1.0半精铣 单边余量Z=0.24. R10.5两侧面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT8级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.0mm,粗糙度Ra=6.3，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，需经过一步铣削即可满足其精度要求。5. 工件上所有孔的加工余量因工件上所有孔的加工尺寸都不大，故全采用实心铸造。6.其他不加工表面，直接铸造即可达到其精度要求。3.5 确定切削用量以及基本工时工序01 铸造工序02 时效处理工序03 以R10.5圆弧面、20端面及R10.5端面作为定位基准，粗铣60端面、两个20端面，刮60端面工步一：粗铣60端面、两个20端面1. 选择刀具刀具选取面铣刀，。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X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时：，则机动工时为工步二：刮60端面1. 选择刀具刀具选取刮刀，2. 决定刮削用量1）决定刮削深度2）决定每次进给量及切削速度 根据X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时：，则机动工时为工序04 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，粗铣、半精铣两个20端面工步一：粗铣两个20端面1. 选择刀具刀具选取面铣刀，。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X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取500当500r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时：，则机动工时为工步二：半精铣两个20端面 1. 选择刀具刀具选取面铣刀，。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X52K型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取500当500r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时：，则机动工时为工序05 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，锪30沉孔、钻孔至18、扩18孔至19.8孔、铰19.8孔至20H7工步一：锪30沉孔1、加工条件加工材料: QT200工艺要求：孔径d=30mm，精度H12H13,用乳化液冷却。机床：选用Z525立式钻床和专用夹具。2、选择钻头选择高速钢锪刀，其直径d=30mm 3选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据切削用量手册表2.7，当QT200硬度200H有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15，当铸铁硬度=200220HBS时， , 时，=75m/min。 切削速度的修正系数为：，故=751.01.00.751.0m/min56.3m/min=r/mm598r/mm 根据Z525型钻床技术资料（见机械制造工艺设计简明手册表4.2-12）可选择n=600r/mm，=25m/min4计算基本工时根据公式式中，l=15mm，入切量及超切量由切削用量手册表2.29查出，计算得， L=（15+6）mm=21mm 故有： t=0.140min工步二：钻孔至181、加工条件加工材料: QT200工艺要求：孔径d=18mm。通孔，精度H12H13,用乳化液冷却。机床：选用Z525立式钻床和专用夹具。2、选择钻头选择高速钢麻花钻头（如图3所示），其直径d=11mm 钻头几何形状为（根据切削用量手册表2.1及表2.2）：标准钻头，后角，横刃长度，弧面长度。3选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据切削用量手册表2.7，有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15， , 时，=50mm/min。 切削速度的修正系数为：，故=501.01.00.751.0m/min37.5m/min=r/mm663r/mm 根据Z525型钻床技术资料（见简明手册表4.2-12）可选择n=600r/mm，=50mm/min。4计算基本工时根据公式式中，l=18mm，入切量及超切量由切削用量手册表2.29查出，计算得， L=（18+6）mm=24mm 故有： t=0.160min工步三：扩18孔至19.8孔利用扩孔钻将孔扩大至，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按钻床说明书取，实际切削速度为切削工时：， 则机动工时为工步四：铰19.8孔至20H7根据参考文献表2-25，得查参考文献表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，实际切削速度。切削工时：，则机动工时为工序06 以60端面、20端面、20H7孔 及一侧面作为定位基准，钻孔至8，扩8孔至9.8，铰9.8孔至9.8H9，攻M12螺纹，锪沉孔13工步一：钻孔至81、加工条件加工材料: QT200工艺要求：孔径d=8mm。通孔，精度H12H13,用乳化液冷却。机床：选用Z525立式钻床和专用夹具。2、选择钻头选择高速钢麻花钻头（如图3所示），其直径d=8mm 钻头几何形状为（根据切削用量手册表2.1及表2.2）：标准钻头，后角，横刃长度，弧面长度。3选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据切削用量手册表2.7，有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15， , 时，=20mm/min。 切削速度的修正系数为：，故=201.01.00.751.0m/min15m/min=r/mm597r/mim 根据Z525型钻床技术资料（见简明手册表4.2-12）可选择n=600r/mm，=20mm/min。4计算基本工时根据公式式中，l=43mm，入切量及超切量由切削用量手册表2.29查出，计算得， L=（43+6）mm=49mm 故有： t=0.653min工步二：扩8孔至9.8孔利用扩孔钻将孔扩大至，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按钻床说明书取，实际切削速度为切削工时：， 则机动工时为工步三：铰9.8孔至9.8H9根据参考文献表2-25，得查参考文献表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，实际切削速度。切削工时：，则机动工时为 工步四：攻M12螺纹选择M12mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距，即f=1.1mm/rV=20m/min531r/min 按机床选取n=500r/min切削工时： ，则机动工时为工步五：锪沉孔131、加工条件加工材料: QT200工艺要求：孔径d=13mm，精度H12H13,用乳化液冷却。机床：选用Z525立式钻床和专用夹具。2、选择钻头选择高速钢锪刀，其直径d=13mm 3选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据切削用量手册表2.7，当QT200硬度200H有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15，当铸铁硬度=200220HBS时， , 时，=30m/min。 切削速度的修正系数为：，故=301.01.00.751.0m/min22.5m/min=r/mm551r/mm 根据Z525型钻床技术资料（见简明手册表4.2-12）可选择n=500r/mm，=25m/min4计算基本工时根据公式式中，l=13mm，入切量及超切量由切削用量手册表2.29查出，计算得， L=（13+6）mm=19mm 故有： t=0.152min工序 07 以60端面、9.8H9孔及一侧面作为定位基准，铣R10.5两侧面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 ，则按机床标准选取500当500r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时：，则机动工时为工序9 以60端面、9.8H9孔及20H7孔作为定位基准，钻孔至8、扩8孔至9.8、铰9.8孔至10H7工步一：钻孔至81、加工条件加工材料: QT200工艺要求：孔径d=8mm。通孔，精度H12H13,用乳化液冷却。机床：选用Z525立式钻床和专用夹具。2、选择钻头选择高速钢麻花钻头（如图3所示），其直径d=8mm 钻头几何形状为（根据切削用量手册表2.1及表2.2）：标准钻头，后角，横刃长度，弧面长度。3选择切削用量（1）选择进给量按加工要求决定进给量：根据切削用量手册表2.7，有。（2）计算切削速度根据切削用量手册表2.15， , 时，=20m/min。 切削速度的修正系数为：，故=201.01.00.751.0m/min15m/min=r/mm597r/mim 根据Z525型钻床技术资料可选择n=600r/mm，=20m/min。4计算基本工时根据公式式中，l=25mm，入切量及超切量由切削用量手册表2.29查出，计算得， L=（25+6）mm=31mm 故有： t=0.129min工步二：扩8孔至9.8孔利用扩孔钻将孔扩大至，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按钻床说明书取，实际切削速度为切削工时：， 则机动工时为工步三：铰9.8孔至10H71.选择钻头 选择高速钢直柄机用铰刀，直径（标准查绿书）2.选择切削用量（1）决定进给量f 查询切削用量简明手册表2.11，由，高速钢铰刀加工铸铁，得到进给量 确定加工工序为粗铰为之后精铰H7等级的孔，因此应当选择中等进给量。但是结合Z525立式钻床说明书，确定进给量（2）决定钻头寿命 由高速钢直柄机用铰刀、加工铸铁、得，（3）决定切削速度 查切削用量简明手册，得，且已知， 继续查修正系数，综合得 由计算公式得， 由计算公式得， 根据Z525立式钻床说明书，且因为进给量较小、精度要求高，转速可以稍微提高，确定主轴转速为 切削速度工序10 以60端面、9.8H9孔及20H7孔作为定位基准，钻M6螺纹底孔5.1、攻M6螺纹工步一：钻M6螺纹底孔5.1选用高速钢锥柄麻花钻经查得 （切削表2.15） 636r/min 按机床选取n=600r/min 切削工时： ，则机动工时为工步二：攻M6螺纹选择M6mm高速钢机用丝锥 等于工件螺纹的螺距，即f=0.45mm/r478r/min 按机床选取n=475r/min切削工时： ，则机动工时为工序11 去除机械加工所留下的毛刺工序12 在乳化液中清洗零件保证没有赃物并吹净工序13 检验至图纸要求并入库 第四章 专业夹具设计4.1 问题的提出为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计工序05：加工10H7头孔的夹具。本夹具用于钻10孔，对10孔内表面的要求：孔直径为10H7,精度等级为IT7，内表面粗糙度为1.6um。在加工时应保证精度，此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。4.2 定位基准的选择本道工序钻10头孔，因此我们采用60端面、20孔及9.8通孔定位，对应的定位元件为：垫圈、A型固定式定位销和削边销。1、 垫圈作为第一定位基准，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、 A型固定式定位销作为第二定位基准，限制两个自由度，即X轴移动和Y 轴移动。3、 削边销与A型固定式定位销相配合限制一个自由度，即Z轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。4、 为了使工件加工稳定，对10孔下方，添加辅助支撑。图4.21拨叉夹具装配图 图4.22拨叉夹具装配图 .图4.23拨叉夹具装配图 图4.24拨叉夹具体零件图4.3 切削力及夹紧力计算（1）刀具： 采用高速钢麻花钻头 机床： Z525立式钻床由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查切削手册表2.3，切削力计算公式为其中：=420，=1.0， =0.8，=8mm，f=0.40， 格与价材料有关，取0.94；与刀具刃磨形状有关,取1.33；与刀具磨钝标准有关,取1.0，则（2）夹紧力的计算 实际所需夹紧力：由参考文献机床夹具设计手册表1-2-11得：Wk = FfK 由机床夹具设计手册表1-2-1粗加工K为1.2，精加工K为1.0，若K的计算结果小于2.5则选用2.5。本次夹具设计选用的是螺旋与压板的组合夹紧装置 由机床夹具设计手册表1-2-3得Wk =（N） 其中u为夹紧面上的摩擦系数，取带入得 夹紧螺钉： 公称直径d=8mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠4.4 定位误差分析定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。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。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 机械制造技术基础P207公式6.2 e（定）+ w T（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为两个定位销，这两个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差，这两定位销共同保证加工孔位置。定位误差：定位尺寸公差e（定）=e（不）+e（基）=0+0.05=0.05mm 夹具相对刀具位置误差：D取0.01mm（2）误差总和D+e（定）=0.060.5从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。4.5 夹具操作的简要说明 20固定式定位销、9.8削边销及工作台面用来定位，辅助支撑，稳定加工部分。（1）相应于20固定式定位销、9.8削边销及工作台面，将工件放入夹具体中。（2）调整辅助支撑，拧紧辅助支撑锁紧螺母。（3）拧紧带肩螺母，通过移动压板联动夹紧机构压紧零件。（4）开始加工。（5）加工完毕后钻头升至安全高度方可拆卸工件。（6）松开带肩螺母，抽出移动压板。（7）抬起并略微旋转，取出工件。（8）循环以上步骤。第五章 修改记录5.1 第一次修改杠杆零件图和毛坯图：加工部分用网格线表示，标题栏用标准画法，注意加工面粗糙度的标注，技术要求要写。5.2 第二次修改杠杆零件图和毛坯图：标注的字体方向及字号大小。5.3 第三次修改夹具装配图：工件无法拆卸，调节改变削边销尺寸和排屑间隙；增加联动压紧；圆柱销过定位，改为削边销。5.4 第四次修改夹具装配图：加工工件为透明体，需要剖开的部分不打剖面线。注意图号、夹具体材料要标明。5.5 第五次修改 夹具装配图和零件图：剖开固定钻套，减小钻模版体积，改变削边销方位，增加辅助支撑，