机械制造技术课程设计-叉杆零件的加工工艺及镗R23孔夹具设计

机械制造技术基础课程设计说明书设计题目：叉杆零件的加工工艺及镗R23孔夹具设计全套图纸加扣3012250582设 计 者： 指导教师： 2020年01月09日序言大三下学期我们进行了机械制造基础课的学习，并进行了金工实习，为了巩固所学习知识，并且在我们进行毕业设计之前所对所学各课程进行一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，我们进行了本次课程设计。 通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各老师给予批评指正。目 录一、零件分析41.1零件的作用41.2零件的工艺分析5二、确定毛坯52.1确定毛坯制造形式52.2确定铸件加工余量及形状52.3绘制铸件毛坯图6三、工艺规程设计63.1基准面的选择63.2 拟订工艺路线73.3机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定93.4确定切削用量和基本工时10（1）选择钻床及钻头13（2）选择切削用量13（1）选择钻床及钻头14（2）选择切削用量14四、叉杆镗床夹具设计164.1定位分析164.2切削力及夹紧力的计算164.3误差分析174.3.1定位误差174.3.2产生定位误差的原因174.3.3基准位移误差184.4确定夹具体194.5夹具操作说明19参考文献20一、零件分析1.1零件的作用题目所给的零件是车床的叉杆。它位于车床的变速机构中，主要起换挡，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。其中，尺寸为的孔操纵机构相连接，尺寸为的孔则是用于和所控制齿轮的轴接触。两零件铸为一体，加工时分开。用AutoCAD画出零件图为：1.2零件的工艺分析零件的材料为QT45-5，为球墨铸铁，从工程材料与成型技术基础与机械零件手册可查得：该类型的球墨铸铁最低抗拉强度为450，最低屈服强度为310，伸长率为5%，布氏硬度160210HBS。球墨铸铁在铸铁中力学性能最好，兼有灰铸铁的工业优点，抗拉强度可以和刚相当，塑性和韧性也有了很大的提高。球墨铸铁的焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁，但消震能力比灰铸铁低。可以制成承受很大冲击的零件。为此以下是叉杆需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求。1、小头孔以及与此孔相通的一个较难加工的（用于钻绞）孔和一个M8的螺纹孔。（其中孔与的孔有位置度的要求。） 2、大头半圆孔3、孔的上下端面； 为半径的孔的上下两个端面，其上下端面两端面与孔的表面有0.15mm的垂直度的误差要求。由上面的分析可知：加工时应该先加工一组表面，然后以已加工表面为基准，再加工另外一组表面。二、确定毛坯2.1确定毛坯制造形式已知此叉杆类零件的生产类型为大批量生产，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。零件的材料为QT450-5，根据该种零件所生产的批量，该种零件的结构形式比较简单，零件在机床运动时所受的冲击和震动大小，可以选择铸件毛坯，选择金属型铸造。2.2确定铸件加工余量及形状查阅机械制造技术基础课程设计，可以得到各加工面的铸件余量。加工代号基本尺寸加工余量等级加工余量说明D1H6孔降一级双侧加工D2H6孔降一级双侧加工T140H2.5单侧加工T240H2.5单侧加工T312H2.5单侧加工T412H2.5单侧加工2.3绘制铸件毛坯图三、工艺规程设计3.1基准面的选择 基准面的选择包括精基准的选择和粗基准的选择，是零件工艺规程设计中重要的环节之一。基准面的选择如果正确合理，可以使零件的加工质量得到保证，生产效率得到很大的提高。如果不合理，加工工艺过程中就会出现这样那样的问题，甚至还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行1、粗基准的选择根据所学知识可知：对于一个零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面为粗基准。根据这个基准选择原则，现选择孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承的外轮廓表面，可以限制5个自由度，再以一个销钉限制最后一个自由度，达到完全定位后，即可进行铣削。2、精基准的选择考虑到要保证零件的加工精度和装夹的准确方便，应依据“基准重合”原则和“基准统一”原则3.2 拟订工艺路线 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。加工表面尺寸及偏差/mm 尺寸精度等级粗糙度/m加工方案上端面36无Ra12.5粗铣下端面36无Ra12.5粗铣内圆面IT8无钻-扩-铰上端面R35无Ra6.3粗铣-半精铣下端面R35无Ra6.3粗铣-半精铣内圆面IT12Ra12.5镗上端面无Ra12.5粗铣下端面无Ra12.5粗铣内圆孔IT8Ra3.2钻-扩-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。3、工序的集中与分散选用工序集中原则安排叉杆的加工工序。该叉杆的生产类型为大批量生产，可以采用万能型机床配以专用夹具，以提高效率；而运用工序集中原则使工件的装夹次数少，但不可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置精度。4、工艺路线方案工序1粗铣上下端面，以36外圆表面为粗基准，采用X53立式铣床；工序2钻-扩-铰内圆孔，使孔的精度达到8级，保证其垂直度误差，以孔下端面为精基准，采用Z5125A立式钻床；工序3 粗铣-半精铣以为半径的孔的上下端面，保证其垂直度误差，以内圆孔为精基准，采用X53立式铣床；工序4 镗以为半径的孔，以内圆孔为精基准，采用Z5125A立式镗床；工序5 钻-扩-铰内圆孔，使孔的精度达到8级，并保证其垂直度误差，以内圆孔为精基准，采用Z5125A立式钻床；工序6 扩孔的上下端面，以内圆孔为精基准，采用Z5125A立式钻床；工序7 钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹，以内圆孔为精基准，采用Z5125A立式钻床；工序8 车各倒角和圆角；工序9 铣断，以内圆孔为精基准，采用X53立式铣床；加专用夹具；工序10去毛刺；工序11清洗及终检。3.3机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定工序1粗铣上下端面，查机械制造基础课程设计表2.63得：每边留下2.5mm的余量。工序22钻-扩-铰内圆孔，使孔的精度达到8级，查机械制造基础课程设计表2.54得:先在铸好的孔1218，1819.8，19.820工序3粗铣-半精铣以为半径的孔的上下端面，查机械制造基础课程设计表2.64得：粗铣余量为2mm，精铣余量为0.5mm。工序4 镗以为半径的孔，查机械制造基础课程设计表2.55得：由铸好的R20的孔镗至R23。工序5 钻-扩-铰内圆孔，查机械制造基础课程设计表2.53得：08，89.8，9.810。工序6 扩孔的上下端面，查机械制造基础课程设计得：1020深度为2mm。工序7 钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹，查机械制造基础课程设计表2.66得： 06。工序8 车各倒角和圆角；工序9 铣断。工序10去毛刺；工序11清洗及终检最终计算得到工序尺寸：加工面最终尺寸公差/粗糙度单边余量工序尺寸毛坯尺寸孔上下端面无，Ra12.52.5404545孔无，Ra6.30.21.862019.819.818181212孔上下端面无，Ra6.30.521213131717孔，Ra12.53464040孔，Ra3.20.21.88109.89.88800孔上下端面无，Ra12.510，深2201010M8x1.25（螺纹）无，无26M866003.4确定切削用量和基本工时由机械制造技术基础课程设计和机械零件手册中可查得：工件材料：QT450-5，=450Mpa，HB=160-210HBS，铸造。加工要求：粗铣孔的上端面。 工序1 以外圆为粗基准，粗铣孔的上下端面。机床：X53立式铣床。刀具：W18Cr4v硬质合金钢端铣刀，牌号切屑深度为ap=2.5mm每齿进给量为af=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=afZ=1mm/r，直径D=100mm切屑速度取 v=0.35m/s转速 ns=r/min， = r/min =66.84r/min 取ns=70 r/min铣削基本时间：Tj= Tj=64.6s工序2 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Z5125A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；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=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、 切削速度n=1000r/minc、 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3 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ap=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ns1=704r/min铣削基本时间： = =s=131.1s半精铣：切屑深度为ap=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ns2=70 r/min铣削基本时间：= =187.2s总时间=318.3s工序4 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Z5125A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、 切削速度n=500r/minc、 计算工时 工序5 以内圆孔为精基准，钻-扩-铰内圆孔，使孔的精度达到8级，并保证其垂直度误差。（1） 选择钻床及钻头 选择Z5125A立式钻床，选择硬质合金YG8钻头，粗钻时，=8mm,钻头采用双头刃磨法；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=8mm，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、 切削速度n=1000r/minc、 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=0.5-0.6mm/r 铰孔：选择高速钢绞刀 n=1000r/min f=0.65-1.3 mm/r ，取f=1mm/r 工序6 以内圆孔为精基准，锪孔的上下端面。（1）选择钻床及钻头 选择Z5125A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。 d、 切削速度n=500r/mine、 计算工时 工序7 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Z5125A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、 切削速度n=1000r/minc、 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fz=0.8mm切屑速度 v=0.85m/s转速 ns=r/min ns=274.8r/min车削基本时间：Tj=Tj=8.19s工序8 车倒角及圆角进给量为 f=0.25mm/r采用高转速ns=1061r/min车削基本时间：Tj=Tj+=0.1s工序9 铣断。四、叉杆镗床夹具设计对于成批生产的零件，大多采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下，亦可部分采用通用夹具。本加工工艺规程中，所用夹具均为专用夹具，需专门设计、制造，这里对叉杆镗R23内孔的夹具进行分析。4.1定位分析叉杆镗R23内孔在加工工艺规程中为工序70，由零件图可知，选用叉杆36端面、20H7孔和一侧面作为定位基准。定位分析如下：1.叉杆36端面与心轴35端面配合定位，限制三个自由度，即X轴移动、Y轴转动和Z轴转动。2.叉杆20H7与心轴20f6配合定位，限制两个自由度，即Y轴移动和Z轴移动。3.叉杆一侧面与A型固定式定位销配合定位，限制一个自由度，即X轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。4.2切削力及夹紧力的计算计算切削力如下：查简明机床夹具设计手册表3-3得切削力计算公式：由镗R23孔的工时计算知，=0.18mm，由简明机床夹具设计手册表3-3知即所需夹紧力，查表5得，所需夹紧力，查表5得，安全系数K=式中为各种因素的安全系数，查表得：K=2.246，当计算K2.5时，取K=2.5孔轴部分由M8螺母锁紧，查表得夹紧力为8473N4.3误差分析在夹具设计中，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。4.3.1定位误差工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸，形状和位置三个方面偏离理想工件的大小，它是由三部分因素产生的：1.工件在夹具中的定位、夹紧误差。2.夹具带着工件安装在机床上，夹具相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差。3.加工过程中误差，如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差。其中定位误差是指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差。4.3.2产生定位误差的原因1.基准不重合来带的定位误差： 夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准转换误差。2.间隙引起的定位误差 在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。3.与夹具有关的因素产生的定位误差定位基准面与定位元件表面的形状误差。导向元件、对刀元件与定位元件间的位置误差，以及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差。夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的位置误差。夹紧力使工件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。 4.3.3基准位移误差1.基准位移误差由于定位副的制造误差或定位副配合同间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用表示。工件以20H7孔在轴上定位镗R23孔，如果工件内孔直径与轴外圆直径做成完全一致，做无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，轴和工件内孔都有制造误差，于是工件套在轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不