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拨叉831006钻φ55孔夹具设计
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广东海洋大学 06 级本科生课程设计 1 目 录 序言 2 一、拨叉的工艺分析及生产类型的确定 3 1.1 拨叉的作用 3 1.2 拨叉的工艺分析 3 1.3 拨叉的生产类型 3 二、 选择和确定毛坯尺寸设计毛坯图 3 2.1 选择毛坯 3 2.2 确 定机械加工余量和毛坯尺寸公差 3 2.3 确定机械加工余量 3 2.4 确定毛坯尺寸 3 2.5 确定毛坯尺寸公差 3 2.6 设计毛坯图 3 三、选择加工方法及制定工艺路线 4 3.1 定位基准的选择 4 3.1.1 精基准的选择 4 3.1.2 粗基准的选择 4 3.2 零件表面加工方法的选择 4 3.3 制定工艺路线 4 四、 机床设备和工艺装备的选用 4 4.1 选择加工设备与工艺装备 4 4.1.1 选择机床 5 4.1.2 选择夹具 5 4.1.3 选择刀具 5 4.1.4 选择量具 5 五、 加工余量工序尺寸及公差的确定 5 六、 确定切削用量及基本时间 5 6.1 切削用量 5 6.2 时间定额的计算 6 6.3 辅助时间的计算 6 6.4 其他时间的计算 6 七、夹具设计 6 7.1 问题的提出 7 7.2 定位基准的选择 7 7.3 切削力和卡紧力计算 7 7.4 定位误差分析 7 7.5 导向装置 8 7.6 夹紧机构 8 7.7 夹具设计及操作的简要说明 8 八、小结 8 参考文献 9 nts广东海洋大学 06 级本科生课程设计 2 序言 机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分 专业基础课，并进行了金工实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计要求能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计机床专用夹具这一典型的工艺装备。 本次课程设计是对 CA6140 车床中的拨叉（零件号 831006）专用夹具设计。本研究认为首先应对拨叉进行机械加工工艺规程的制定，然后确定加工余量和工序尺寸，选择金属切削机床，设计专用机床夹具。 nts广东海洋大学 06 级本科生课程设计 3 课程设计说明书 一、拨叉的工艺分析和生产类型的确 定 1、拨叉的用途 题目所给的零件是 CA6140 车床的拨叉。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。零件的 25 孔与操纵机构相连， 55 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。 2、拨叉的工艺分析 （ 1）、 25mm的圆柱内表面，加工时要保证 25 + 00.023的 0.023公差要求，以及表面粗糙度 Ra1.6，表面要求较高。 （ 2）、 16 8槽两侧面对 25mm孔的垂直度要求为 0.08mm, 粗糙度要求 Ra3.2， 16 8槽的底面和端面粗糙度要求 Ra6.3。 （ 3）、拨叉脚两侧面对 25mm孔的垂直度要求为 0.1 mm，粗糙度要求 Ra3.2。 （ 4）、 40mm外圆斜面的长度要求为 17mm，粗糙度要求 Ra3.2。 （ 5)、 55mm孔的粗糙度要求 Ra3.2。 （ 6）、拨叉叉口的粗糙度要求 Ra6.3。 零件图如附图 1 所示 3.确定拨叉的生产类型 依设计题目知： 5000台年， n=1件台，结合生产实际，备产率和废品率分别取为 3和 0.5。带入公式得该零件的生产纲领 5000（ +3）（ +0.5） 5407.5件年 零件是机床的杠杆，质量为 1.12kg,查表 -可知其属轻型零件，生产类型为大批生产。 二、确定毛坯、绘制毛坯简图 1、选择毛坯 该零件材料为，考虑到零件的结构以及材料，选择毛坯为铸件，由于零件年产量为 5000 件，属于批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用金属型铸造。这从提高生产率，保证加工精度以及 节省材料上考虑，是合理的。 2、确定机械加工余量和毛坯尺寸公差 参见本书第二章第二节，灰铸铁的公差及机械加工余量按表 2-1和表 2-5确定。要确定毛坯的 尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。 1）、铸件机械加工余量等级 该值由铸件的成型方法和材料确定，成型方法为金属型铸造，材料为灰口铸铁，确定加工余量等级为。 2）、铸件尺寸公差 根据表 2-毛坯铸件的基本尺寸处于 250400 之间，而铸件的尺寸公差等级取为 10级，取铸件的尺寸公差为 4.4mm. 3、确定机械加工余量 根据查得的毛坯的加工余量等级为，以及铸件的尺寸，定铸件的机械加工余量为1.4mm. 4、确定毛坯尺寸 根据成型零件的基本尺寸，以及确定的机械加工余量和铸件的尺寸公差确定毛坯的尺 寸 5、确定毛坯尺寸公差 根据表 2-毛坯的尺寸公差等级为 10 级，确定尺寸公差为 4.4mm. 6、设计毛坯图 毛坯图如附图 2 所示。 nts广东海洋大学 06 级本科生课程设计 4 三、拟定工艺路线 1.定位基准的选择 （ 1）、精基准的选择 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.1mm；槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.08m，故以 25孔为精基准。 （ 2）、粗基准的选择 按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加 工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。现以 40外圆为主要的定位粗基准。 2、零件表面加工方法的确定 1） 168 槽端面 据表面粗糙度 6.3，根据表 1-8选用粗铣的方法加工。 2） 25mm 的孔 根据表面粗糙度，选公差等级为 IT7，根据表 1-7 选用先钻后粗铰再精铰的加工方法。 3） 40mm外圆斜面 据表面粗糙度 6.3，根据表 1-8选用粗铣的方法加工。 4） 16 8槽两侧面 据表面粗糙度 3.2，根据表 1-8选用粗铣 -半精铣的方法加工。 5） 16 8槽底面 据表面粗糙度 6.3，根据表 1-8选 用粗铣的方法加工。 6） 拨叉脚两端面 据表面粗糙度 3.2，根据表 1-8选用粗铣 -半精铣的方法加工。 7） 拨叉脚内表面 据表面粗糙度 3.2，根据表 1-7选用扩铰 的方法加工。 8） 拨叉叉口 据表面粗糙度 6.3，根据 表 1-8选用粗铣 -半精铣的方法加工。 3、制定工艺路线 根据该零件的结构以及需要选用的定位基准，按照先加工基准面，以及先粗后精的的原则，具体工艺路线如下： 工序一 人工时效处理 工序二 以 40外圆为粗基准， 钻扩铰 25孔 ，孔的配合达到 H7。 工序三 以 25 孔为精基准， 扩粗铰精铰 55 孔。 工 序四 铣断 。 工序五 以 25孔为精基准， 粗、精铣 55两端面 ，保证端面相对孔的垂直度误差不超过 0.1。 工序六 以 25孔为精基准， 粗铣和半精铣 168 槽端面， 16 8槽底面， 16 8槽两侧面 ，并保证槽的侧面与 25 端面的垂直度达到 0.08 工序七 以 25孔为精基准， 粗铣 40外圆 斜面 工序八 去毛刺。 工序九 清洗 。 工序十 终检 。 四、机床设备和工艺装备的选用 1、选择加工设备和工艺设备 （ 1）、选择机床 根据不同的工序选择机床 工序四 铣断。工序五 粗、精铣 55 两端面 。工序六 粗铣和半精铣 16 8槽。工序七 粗 40外圆斜面。 根据工序的工步数目多少还有零件外廓尺寸，精度要求，选用式卧式铣床 X60 即能满足要求。 nts广东海洋大学 06 级本科生课程设计 5 工序二 钻扩铰 25孔，工序三 扩粗铰精铰 55 孔。 由于加工面位置分散，表面粗糙度数值要求不同，分别选择 Z535钻床和 Z575 钻床。 （ 2）、选择夹具 本零件结构不规则，不易进行装夹、定位，故 工序二、三、四、五 均选择专用夹具。 （ 3）、选择刀具 根据不同的工序选择刀具 工序二 扩粗铰精铰 55 孔，扩孔时 选择莫氏锥柄麻花钻 进行扩钻 d 54.7mm， 1l 230mm，l =417mm,莫氏圆锥号为 5。材料为高速钢。粗铰 时 选择高速钢整体套式机用铰刀 d54.92mm， L 71mm,l 50mm, 1d =27mm,材料选择高速钢。铰孔时选择高速钢 整体套式机用铰刀 d 55mm， L 71mm， l 50mm,1d =27mm,材料选择高速钢。 （ 4）、选择量具 本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考有关资料，选择如下。 a) 选择加工平面所用量具。 铣端面，选择读数值 0.02，测量范围 0 150游标卡尺。 b) 选择加工孔所用量具。 加工孔时，用到 的量具是卡尺和塞规。 五、加工余量、工序尺寸及公差的确定 “ CA6140车床拨叉”；零件材料为 HT200，硬度 190 210HB，毛皮重量 1.12kg，生产类型大批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 工序四 钻粗铰精铰 55孔（ 55已铸成孔） 查表 2.2 2.5，取 55 已铸成孔长度余量为 2.5,即铸成孔半径为 50m。由表 2-28、 2-29可查得，精铰余量为 0.08mm;粗铰余量为 0.22mm;扩孔余量为 4.7mm。查表 1-20 可依次确定各工 序尺寸的加工精度等级为，精铰： IT7；粗铰 :IT10;钻： IT11。根据上述结果，再标准公差值表可确定各工步的公差值分别为，精铰： 0.030mm；粗铰： 0.12mm；扩： 0.19mm。 综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰： 0030.055 ；粗铰：012.092.54 ；扩孔：019.07.54 ； 工序尺寸加工余量： 工序余量 工序尺寸 毛坯： 5 50 扩孔： 0.3 54.7 粗铰： 0.08 54.92 精铰： 0 55 六 确定切削用量及基本时间 工序二 钻粗铰精铰 55 孔 1、 切削用量 （ 1） 扩孔工步 1） 确定背吃刀量 pa 扩孔粗加工双边余量 4.7mm 取 pa 4.7/2=2.35mm。 nts广东海洋大学 06 级本科生课程设计 6 2） 确定进给量 查表得，选取该工步的每转进给量 f=0.7mm/r. 3） 切削速度的计算 按工件材料为 HT200 的条件选取，切削速度 v 可取为 27.6m/min。由公式 (1)n=1000v/d可求得该工序钻头转速 n=161r/min,参照 Z575 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=172r/min。再将此转速代入公式 (1),可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=172r/min 54.7mm/1000=29.56m/min. (2)粗铰工步 1） 确定背吃刀量 pa 取 pa 0.11mm。 2） 确定进给量 查表得，选取该工步的每转进给量 f 0.8mm/r. 3） 切削速度的计算 查表得， 切削速度 v 可取为 11.1m/min。 由公式 (1)n=1000v/d可求得该工序铰刀转速 n 64.33r/min， 参照 Z575 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=64r/min。再将此转速代入公式 (1),可求出该工序的实际切削速度为 v=nd/1000=64r/min 54.92mm/1000=11m/min. (3)精铰工步 1） 确定背吃刀量 pa 取 pa 0.04mm。 2） 确定进给量 查表得，选取该工步的每转进给量 f 0.8mm/r 3） 切削速度的计算 查表得， 切削速度 v 可取为 8m/min。 由公式 (1)n=1000v/d可求得该工序铰刀转速 n 46r/min，参照 Z575 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=44r/min。再将此转速代入公式 (1),可求出该工序的实际切削速度为 v=nd/1000=44r/min 55mm/1000=7.6m/min. 2、 时间定额的计算 1） 钻孔工步 根据表 5-41,钻孔的基本时间可由公式 jt L/fn（ l +1l +2l ） /fn求得。式中 l 18mm； 2l 2mm； 1l )21(cot2D rk 2.36 3.36;取 1l 3mm； f 0.7mm/r；n=172r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 jt （ 18mm+2mm+3mm） /（ 172r/min 0.7mm/r） 0.19min 11.4s。 2） 粗铰工步 根据表 5-41,铰圆柱孔的基本时间可由公式 jt L/fn（ l +1l +2l ） /fn求得。式中 1l 、 2l 由表 5-52按 rk 5、 pa 0.11mm 的条件查得 1l 1.4mm; 2l 18mm；而 l 18mm； f 0.8mm/r； n=64r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 jt （ 18mm+18mm+1.4mm） /（ 64r/min 0.8mm/r） 0.73min 43.8s。 3） 根据表 5-41,铰圆柱孔的基本时间可由公式 jt L/fn（ l +1l +2l ） /fn求得。式中 1l 、 2l由表 5-52按 rk 5、 pa 0.04mm 的条件查得 1l 0.57mm; 2l 13mm；而 l 18mm； f0.8mm/r； n=44r/min。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 jt （ 18mm+13mm+0.57mm）/（ 44r/min 0.8mm/r） 0.90min 54s。 3、辅助时间的计算 根据第五章第二节所述，辅助时间与基本时间之间的关系为 ft （ 0.15 0.2） jt ，取 ft 0.15jt ，则工序的辅助时间为 钻孔工步的辅助时间： ft 0.15 11.4s 1.71s； 粗铰工步的辅助时间： ft 0.15 43.8s 6.57s； 精铰工步的辅助时间： ft 0.15 54s 8.1s； 4、其他时间的计算 除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于拨叉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；布置工作地时间 bt 是作业时间的 2 7，休息与生理需要时间 xt 是作业时间的 2 4，所以均取为 3，则工 序的其他时间 xb tt 可按关系式（ 3%+3%) (ft +jt )nts广东海洋大学 06 级本科生课程设计 7 计算， 钻孔工步的其他时间： xb tt 6（ 1.71s+11.4s） 0.79s 粗铰工步的其他时间： xb tt 6（ 6.57s+43.8s） 3.02s 精铰工步的其他时间： xb tt 6（ 8.1s+54s） 3.73s 2、 单件时间 djt 的计算 单件时间 djt （ 11.4+43.8+54+1.71+6.57+8.1+0.79+3.02+3.73） s 133.12s 七、 夹具设计 设计工序 55孔加工的钻床夹具。 1、问题的提出 本夹具要用于钻 55孔，对于 55孔的要求有：孔径为 55mm，孔的加工精度为精度等级IT12级，本道工序需要保证 表面粗糙度 3.2。，因此，本道工序的加工方案为扩、铰、精铰，在本道工序加工时，我们应首先考虑孔的 表面粗糙度 ，如何提高生产效率，降低劳动强度。 2、定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选 择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动 强度，提高加工精度。所以工件以 25H7 孔和 55 孔端面和侧板为定位基准，在长圆柱销、活动支承块和挡销上实现完全定位。 3、切削力和卡紧力 计算 刀具 : 高速钢麻花钻头 54.7mm 本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。 轴向力 NkfdCFFyfxfFi 9.2 4 2 0 30.17.07.546.588 8.00.10 扭矩 MNkfdCMMyMxMMc 13.340001.00.17.07.5463.225 8.09.10采用 DQG型气缸直径 150为通过对称布置的两套铰链机构，其结构形式选用型，则扩力比为 i=2.83 实际夹紧力 FDKMC075.0 13.3403 13605.2N 气缸直径 150。当压缩空气单位压力 P 0.5MPa时，气缸推力为 7000N。由于 铰链机构扩力比为 i=2.83，故气缸产生的实际夹紧力为 N 7000i=7000 2.83=19810N 大于所需要的夹紧力，故本夹具可安全工作。 4、 定位误差分析 定位孔与定位销的配合尺寸取为 2567rhmm。对于工序尺寸 134.5而言，定位基准与工序基准 jb 0；由于定位副制造误差引起的定位误差 dw （ 0.023+0.011-0.034） 0， 可见nts广东海洋大学 06 级本科生课程设计 8 这种定位方案是可行的 5、 导向装置 本工序需依次对被加工孔进行扩、粗铰、精铰等 3 个工步的加工，才能量终达到工序简图上规定的加工要求（表面粗糙度 3.2），故此夹具选用快换钻套 4 作导向元件， 钻套高度 H 1.5D 1.5 55 82.5mm, 排屑空间 h=0.6d=0.4 55=22mm 6、夹紧机构 根据零件的定位方案、加工方法、生产率要求，提高加工效率，缩短辅助时间，增加压紧可靠性，现决定采用 DQG 型气缸通过对称布置的两套铰链机构和压板夹紧工件。 7、夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结 构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具， 工件以 25H7 孔和 55 孔端面和侧板为定位基准，在长圆柱销、活动支承块和挡销上实现完全定位， 选择了 DQG型气缸通过对称布置的两套铰链机构方式。 定位销与钻套中距尺寸公差取工件相应尺寸公差的 1/3，偏差对称标注，即标尺寸为134.5 0.015。 钻套中心线对定位销中心的平行度公差取 0.02mm。定位销中心线与夹具底面平行度公差为 0.01mm。 本夹具的最大优点就是操作简单，工作稳定。 夹具装配图，夹具零件图分别见附带图纸。 八、小结 通过本次课程设计，巩固了大学以来所学的机械制造技术的专业知识，从实际运用知识的过程中，更深一层次理解所学的机械专业知识。同时在设计过程中，查缺补漏，发现自己专业知识薄弱与不足的方面。复习巩固了大学一年级重要的专业基础课 -机械制图、互换性。 这次设计来到这里已经基本结束，在很长一段时间的工作之后，我发现了自己的种种不足，但同时，正因为发现了，才可以改正，加之在这次设计
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