机床“羊角”拨叉加工工艺及(一道工序)夹具设计 (原创).doc

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计） 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文 题 目：机床“羊角”拨叉加工工艺及（14d4工序）夹具设计ii内容摘要本论文完成了对机床“羊角”拨叉加工工艺及（14d4工序）夹具的设计。在设计的前一部分，主要进行工艺卡的填写。首先，分析零件, 选择毛坯。然后设计工艺规程：包括制定工艺路线，选择基准面等, 进行工序设计：包括选择机床，确定加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸，确定切削用量及计算基本工时等。最后编制工艺文件。第二阶段，进行夹具设计。纵观整条工艺路线，结合难易程度和夹具本身的特色，选定第三道工序进行夹具的总体装配和夹具体的设计。首先，结合零件在该工序中需要达到的各项技术要求，初步拟定工件的定位、夹紧方案；然后，根据夹具设计原则以及夹紧力和夹紧点的确定原则进行局部零部件和夹具体的设计；最后，校核该夹具的精度。关键词：羊角拨叉；机械加工；工艺；切削；夹具设计目 录内容摘要1引 言31.1 羊角拨叉的功用41.2 设计任务42 零件工艺规程设计52.1 产量的确定52.1.1 生产类型的确定52.1.2 日生产量的确定52.2 毛坯的选择及毛坯图的绘制52.2.1 毛坯的选择52.2.2 毛坯-零件综合图的绘制方法62.3 定位基准的分析与选择62.3.1 基准的概念62.3.2 基准选择原则72.3.3 定位基准的选择72.4 工艺路线的制定72.5 工艺卡的填写83 夹具设计233.1 夹具的整体设计233.1.1夹具设计分析233.1.2 夹具结构方案的确定233.1.3 夹具的具体设计243.2 夹具的装配253.3 夹具的经济性分析26结 论27参考文献28引 言拨叉的加工质量将直接影响机器的性能和使用寿命。本次设计旨在提高机床羊角拨叉的加工效率，由此我们首先对拨叉的结构特征和工艺进行了仔细的分析，然后确定了一套合理的加工方案，加工方案要求简单，操作方便，并能保证零的加工质量。1 设计任务说明1.1 羊角拨叉的功用设计机床羊角拨叉零件的机械加工工艺规程及其机床夹具。拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。该零件图纸如下：图1.1 机床羊角拨叉零件图 1.2 设计任务本次设计任务需完成毛坯选择、编排加工工艺、工装夹具设计、撰写产品说明书，以及图纸绘制等工作，图纸说明如下：1毛坯零件综合图1张2工艺过程卡片1套3夹具装配图 1张4夹具体零件图1张5说明书1份2 零件工艺规程设计2.1 产量的确定2.1.1 生产类型的确定表1 生产类型的划分生产类型同类零件的年产量/件重型零件（质量2000kg）中型零件（质量1002000kg）小型零件（质量 pcc,故校验合格。最终确定ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/min vc=119.3m/min fz=0.13mm/z3. 算基本工时公式中： l=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=12mm,所以l=l+y+=32+12=44mm故 =44/600=0.073min2.5.2 工序三：精铣a1、a2、b1、b2面1. 切削深度 因切削用量较小，故可以选择ap=1.0mm, 一次走刀即可完成所需尺寸2. 每齿进给量：由切削手册表3.30可知机床的功为7.5kw，查切削手册表3.5可得f=0.50.7mm/r，由于是对称铣，选较小量f=0.7mm/r1) 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为（1.01.5）mm 查切削手册表3.8, 寿命t=180min2) 计算切削速度 按切削手册表3.27中的公式：也可以由表3.16查得=124mm/s vf =395mm/min n=494r/min,根据xa5032铣床参数，选 n=475r/min vf =375mm/min , 则实际的切削速度为所以=119.3m/min,实际进给量所以=0.08mm/z3) 校验机床功率 查切削手册表3.24，pcc=1.1kw,而机床所提供的功率pcm为1.7kw，所以pcm pcc,故校验合格。最终确定ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/min3. 计算基本工时 公式中： l=l+y+；根据切削手册表3.26，可得 l+=80mm, 所以l=l+y+=32+80=112mm故=112/375=0.3min2.5.3 工序四：钻18mm的孔1. 加工条件1) 工艺要求：孔径d=18mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却2) 机床：z535型立式钻床3) 刀具：高速钢麻花钻头选择高速钢麻花钻头，其直径do=18mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.1及表2.2 选修磨横刃，=28o o=10o 2=118o 21=70o b=3.5mm b=2mm l=4mm2. 切削用量1) 决定进给量fa) 按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.7，当铸铁的强度b200hbs do=18mm时，f=0.700.86mm/r 由于l/d=30/18=1.673,故取修正系数k=1所以f=(0.700.86)x1=(0.700.86)mm/rb) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190mpa,do=18mm,钻头强度允许的进给量f=1.6mm/rc) 按机床进给机构强度决定进给量根据表2.9，当b210mpa,do20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760n（z535钻床允许的轴向力为15696n（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.700.86mm/r，根据z535钻床说明书，选f=0.80mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.80mm/r do=21mm时，轴向力ff=7260n 轴向力的修正系数为1.0，故ff=7260n 根据z535钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为fmax=15696n，由于fffmax,故f=0.80mm/r可以用。2) 决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=18 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.50.8）mm,寿命t=60min 3) 决定切削速度由切削手册表2.15可知f=0.80mm/r时，双修磨横刃的钻头，do=18 mm时，vt=17m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 ktv=1.0 kmv=1.0 ktv=1.0 klv=0.85所以 v=vtxkv=17x1.0x1.0x1.0x0.85=14.4m/min 所以=255r/min根据z535钻床说明书,可考虑选择nc=275r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4) 检验机床扭转及功率根据切削手册表2.21，当f=0.8mm/r，do mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)mpa do=20mm f=0.9mm/r vc=17.4m/min时 pc=1.7kw根据z535钻床说明书, pcpe所以有mc mm pcpe 故选择的切削用量可用。即 f=0.80mm/r n=nc=275r/min vc=14.4m/min3. 计算基本工时 l=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=9mm故 =0.18min2.5.4 工序五：扩19.8mm的孔1. 加工条件1) 工艺要求：孔径d=19.8mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却2) 机床：z535型立式钻床3) 刀具：高速钢扩孔钻头选择高速钢扩孔钻头，其直径do=19.8mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.5 ro=18o ao=10o kr=60o kr=30o =15o ba1=1mm2. 切削用量1) 决定进给量fa) 按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.10，当铸铁的强度 b200hbs do=19.8mm时，f=(0.91.1)mm/r由于l/d=30/19.8=1.52 因扩孔之后还须铰孔 ，故取修正系数k=0.7所以f=(0.91.1)x0.7=(0.630.77)mm/rb) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190mpa,do=19.8mm,钻头强度允许的进给量f=1.75mm/rc) 按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当b210mpa,do20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760n（z535钻床允许的轴向力为15696n（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=（0.630.77）mm/r，根据z535钻床说明书，选f=0.64mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.64mm/r do=21mm时，轴向力ff=6080n 轴向力的修正系数为1.0，故ff=6080n 根据z535钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为fmax=15696n，由于fffmax,故f=0.64mm/r可以用。2) 决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=19.8 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.60.9）mm,寿命t=30min 3) 决定切削速度 由切削手册表2.30中的公式： 可知f=0.64mm/r时， do=19.8 mm时，vt=27m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 ktv=1.0 kmv=1.0 ktv=1.0 klv=0.85所以 v=vtxkv=27x1.0x1.0x1.0x0.85=23m/min =370r/min根据z535钻床说明书,可考虑选择nc=375r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4) 检验机床扭转及功率根据切削手册表2.21，当f=0.8mm/r，do mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)mpa do=20mm f=0.75mm/r vc=20m/min时 pc=1.7kw根据z535钻床说明书, pcpe所以有mc mm pcpe 故选择的切削用量可用。即 f=0.64mm/r n=nc=375r/min vc=23m/min3. 计算基本工时 l=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.13min2.5.5 工序六：精铰20mm的孔1. 加工条件1) 工艺要求：孔径d=20mm，通孔 2) 机床 ：z535型立式钻床3) 刀具 ：高速钢铰刀选择高速钢铰刀，其直径do=19.94mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.6 ro=18o ao=10o kr=60o kr=30o =15o ba1=1mm2. 切削用量1) 决定进给量f 根据切削手册表2.11，当铸铁的强度 b170hbs do=20mm时，f=(1.02.0)mm/r，又由于粗铰之后还要精铰，所以应该选最大的进给量 即 f=2.0mm/r2) 决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=20 mm时，铰刀后刀面最大磨钝量取为（0.40.6）mm,寿命t=60min 3) 决定切削速度 由切削手册表2.30中的公式 可知，vc=7.7m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 ktv=1.0 kmv=1.0 ktv=1.0 klv=0.85所以 v=vtxkv=7.7x1.0x1.0x1.0x0.85=6.55mm/min 所以=105r/min根据z535钻床说明书,可考虑选择nc=140r/min(见工艺设计手册表4.2-15)4) 检验机床扭转及功率根据切削手册表2.21，当f=2.0mm/r，do mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)mpa do=20mm f=2.0mm/r vc=10m/min时 pc=1.7kw根据z535钻床说明书, pcpe所以有mc mm pcpe 故选择的切削用量可用。即 f=2.0mm/r n=nc=140r/min vc=6.55m/min3. 计算基本工时 l=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=10mm故 =0.14min2.5.6 工序七：钻12mm的孔1. 加工条件1) 工艺要求：孔径d=12mm，通孔 ，用乳化液冷却2) 机床：z535型立式钻床3) 刀具：高速钢麻花钻头选择高速钢麻花钻头，其直径do=18mm,钻头几何形状为：由切削手册表2.1及表2.2 选修磨横刃，=28o o=10o 2=118o 21=70o b=3.5mm b=2mm l=4mm2. 切削用量1) 决定进给量fa) 按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.7，当铸铁的强度b200hbs do=18mm时，f=0.700.86mm/r由于l/d=30/18=1.673,故取修正系数k=1所以f=(0.700.86)x1=(0.700.86)mm/rb) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190mpa,do=12mm,钻头强度允许的进给量f=1.6mm/rc) 按机床进给机构强度决定进给量根据表2.9，当b210mpa,do20.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760n（z535钻床允许的轴向力为15696n（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.700.86mm/r，根据z535钻床说明书，选f=0.80mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.80mm/r do=21mm时，轴向力ff=7260n 轴向力的修正系数为1.0，故ff=7260n 根据z535钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为fmax=15696n，由于fffmax,故f=0.80mm/r可以用。5) 决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do=12 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.50.8）mm,寿命t=60min 6) 决定切削速度由切削手册表2.15可知f=0.80mm/r时，双修磨横刃的钻头，do=12 mm时，vt=17m/min切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 ktv=1.0 kmv=1.0 ktv=1.0 klv=0.85所以 v=vtxkv=17x1.0x1.0x1.0x0.85=14.4m/min 所以=255r/min根据z535钻床说明书,可考虑选择nc=275r/min(见工艺设计手册表4.2-15)7) 检验机床扭转及功率根据切削手册表2.21，当f=0.8mm/r，do mc 又根据切削手册表2.23，当b=(170213)mpa do=20mm f=0.9mm/r vc=17.4m/min时 pc=1.7kw根据z535钻床说明书, pcpe所以有mc mm pc3,故取修正系数k=0.8所以 f=(0.180.22)x0.8=(0.1440.176) mm/r b) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190mpa,do=4.3mm,钻头强度允许的进给量f=0.5mm/r c)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当b210mpa,do10.2mm,机床进给机构允许的轴向力为8330n（z525钻床允许的轴向力为8830n（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.63mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=(0.1440.176) mm/r，根据z525钻床说明书，选f=0.17mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.17mm/r do=14mm时，轴向力ff=1230n 轴向力的修正系数为1.0，故ff=1230n 根据z525钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为fmax=8330n，由于fffmax,故f=0.17mm/r可以用。c) 决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do= 6 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.50.8）mm,寿命t=20min d) 决定切削速度 由切削手册表2.15可知f=0.20mm/r时，标准钻头，do=4 mm时，vt=20m/min 切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 ktv=1.0 kmv=1.0 ktv=1.0 klv=0.85所以 v=vtxkv=20x1.0x1.0x1.0x0.85=17m/min 所以=1354r/min根据z525钻床说明书,可考虑选择nc=1360r/min(见工艺设计手册表4.2-15)e) 检验机床扭转及功率根据切削手册表2.21，当f=0.17mm/r，do mc又根据切削手册表2.23，当b=(170213)mpa do=10mm f=0.53mm/r vc=17.4m/min时 pc=0.8kw根据z525钻床说明书, pcpe所以有mc mm pcpe 故选择的切削用量可用。即 f=0.17mm/r n=nc=1360r/min vc=17m/min3. 计算基本工时 l=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=2.5mm故 =0.15min 2.5.7 工序九：1. 加工条件1) 工艺要求；孔径do=5mm ,孔深l=6mm, 通孔2) 机床；z525立式钻床3) 刀具： 高速钢麻花钻选择的高速钢麻花钻的直径为do=5mm钻头的几何形状为（由切削手册表2.7可知铸铁的强度头几何形状为：由切削手册表2.1及表2.2 选=30o o=16o 2=118o 21=70o 2. 切削用量1) 决定进给量fa) 按加工要求决定进给量 根据切削手册表2.7，当铸铁的强度 b200hbs do=5mm时，f=0.270.33mm/r由于l/d=6/5=1.23,故取修正系数k=1所以 f=(0.270.33)x1=(0.270.33) mm/r b) 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当b=190mpa,do=5.4mm,钻头强度允许的进给量f=0.6mm/r c)按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当b210mpa,do10.2mm,机床进给机构允许的轴向力为8330n（z525钻床允许的轴向力为8830n（见工艺设计手册表4.2-14）时，进给量为1.63mm/r。从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=(0.270.33) mm/r，根据z525钻床说明书，选f=0.28mm/r（见工艺设计手册表4.2-16），又由切削手册表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.33mm/r do=12mm时，轴向力ff=2110n 轴向力的修正系数为1.0，故ff=2110n 根据z525钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为fmax=8330n，由于fffmax,故f=0.28mm/r可以用。c) 决定钻头的磨钝标准及寿命 由切削手册表2.12，当do= 6 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.50.8）mm,寿命t=20min d) 决定切削速度 由切削手册表2.15可知f=0.30mm/r时，标准钻头，do=5 mm时，vt=16m/min 切削速度的修正系数由切削手册表2.31可知 ktv=1.0 kmv=1.0 ktv=1.0 klv=0.85所以 v=vtxkv=16x1.0x1.0x1.0x0.85=13.6m/min 所以=866r/min根据z525钻床说明书,可考虑选择nc=960r/min(见工艺设计手册表4.2-15)e) 检验机床扭转及功率根据切削手册表2.21，当f=0.33mm/r，do mc又根据切削手册表2.23，当b=(170213)mpa do=10mm f=0.53mm/r vc=15.1m/min时 pc=1.0kw根据z525钻床说明书, pcpe所以有mc mm pcpe 故选择的切削用量可用。即 f=0.28mm/r n=nc=960r/min vc=13.6m/min3. 计算基本工时 l=l+y+ 由切削手册表2.29查得y+=2.5mm故 =0.03min2.5 工艺卡的填写1切削用量：切削加工过程中所采用的切削速度、切削深度和进给量等工艺参数，又称切削数据。正确选择切削用量，对于保证加工质量、提高加工效率和降低生产成本具有重要意义。选择切削用量时应考虑的主要因素有：刀具和工件的材料、工件的加工精度和表面粗糙度、刀具寿命、机床功率、机床机床夹具工件刀具系统的刚度以及断屑、排屑条件等。2在填好的工序卡中，摘抄一道典型工序内容。3工序卡3 夹具设计3.1 夹具的整体设计3.1.1夹具设计分析机床夹具是机械加工工艺系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备，应用十分广泛。夹具具有三个工作原理：1.使工件在夹具占有正确的加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面（定位元件上起定位作用的表面）接触、配合或对准实现的。2.夹具对机床应先保证有准确位置，而夹具结构又保证定位元件的定位工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几个位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。3.使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工作上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。夹具在机械加工中能起很多作用，第一保证稳定可靠地达到各项加工精度要求，第二缩短加工工时，提高劳动生产效率，第三降低生产成本，第四减轻工人劳动强度，第五可由较低技术等级的工人进行加工，第六能扩大机床工艺范围。）本文选择其中的第三道工序的夹具进行设计。因为第三道工序的两个14孔的同轴度不易保证。，本工序是加工两个14孔并保证两个孔的同轴度，加工完成应达到图纸的技术要求。3.1.2 夹具结构方案的确定确定夹具的结构方案，主要考虑一下问题：1. 根据六点定位原理确定工件的定位方式，并设计相应的定位装置。2. 确定刀具的引导方法，并设计引导元件和对刀装置，3. 确定工件的夹紧方案并设计夹紧装置，4. 确定其他元件或装置的结构形式，如定向键、分度装置，5. 考虑各种装置、元件的布局，确定夹具的总体结构。对夹具的总体结构，最好考虑几个方案，经过分析比较，从中选取合理的方案。这样确定的方案，符合定位夹紧的选择原则，能够实现对第三道工序的两个14孔的同轴度的加工。3.1.3 夹具的具体设计1定位：选择工件定位方式，确定工件定位基准面，和夹具定位元件类型。）2夹紧：4.2.2 切削力及夹紧力的计算 刀具：高速钢细齿圆锯片铣刀 直径直径 d0 =80 齿数 z=10又由切削手册表3.28中的公式：其中： z=50 所以 f=25.4n 水平分力：fh=1.1f=27.94n 垂直分力； fv=0.3f=7.62n又在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数其中 k1为基本安全系数1.5 k2为加工性质系数1.2 k3刀具钝化系数 1.2 k4为切削特点系数（断续切削）1.2所以 f =kfh=27.94x1.5x1.2x1.2x1.2=72.42n 为了克服水平方向的力，实际的夹紧力为 n（f1+f2）= kfh 其中 f1为螺母与螺杆间的摩擦系数 f2为工件与螺杆头（或压板）间的摩擦系数 又查得 f1 和f2为1.6 则所以 n=22.63n又选择的螺旋夹紧机构的基本尺寸如下（根据机床夹具设计 第三版表1-2-20、1-2-21、1-2-22、1-2-23查得：r=0