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拖拉机
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学士学位毕业设计 设计拖拉机拨叉的工艺 规程及工艺装备 学生姓名： 谷 丰 学 号： 20054024110 指导教师： 李宝玉 所在学院： 工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 中 国 大 庆 2009 年 6 月 nts摘要 I 摘 要 拖拉机变速箱的倒挡拨叉，位于倒挡拨叉杆上，主要作用倒挡拨叉杆将扭矩传递给倒档拨叉，拨动倒档同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机的倒行 ；在倒档拨叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在拨叉转动时带动其运动。 基于对零件的工艺范围和生产批量进行工艺 分析， 从而确定出毛坯的制造形式，通过毛坯设计和对于基面的选择，制定出拨叉的工艺路线，确定机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸和切屑用量，基本工时，完成拨叉的工艺规程设计； 为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具 ，根据这一问题，选择定位基准并进行切削力及加紧力的计算和定位误差的分析，从而确定此夹具设计的可行性，并对其加紧元件的强度进行较核，分析夹具设计所可能带来的问题及其操作说明，完成工艺装备的设计。 设计采用计算机辅助设计 CAD对零件的图形进行处理，完成其工序卡片，零件图及夹具装配图，达到预期 加工表面质量及加工精度。 关键词： 倒档拨叉 ； 工艺规程 ； 夹具设计 ； CAD 辅助设计 ntsABSTRACT II Abstract Tractor fork gearbox reverse gear, reverse gear fork located on a post, a major role in reverse gear rod fork to fork torque transmission to the reverse, reverse struck synchronizer, change the direction of the meshing gears, the realization of tractors back row; the reverse fork, there is a tie in with the groove, and other parts with the assembly, when the driven rotation in the fork of its movement. Parts based on the scope of the process technology and production quantities for analysis, to determine the manufacture of the blank forms, through the rough design and the choice of the base, the development of a fork of the process line, to determine allowances, process size and rough size and the am ount of chips, the basic working hours to complete the order process fork design; In or der to improve productivity, to ensure processing quality, reduce labor intensity, the need for a dedicated fixture design, in accordance with this problem, select the b ase and positioning the cutting force and power of computing and intensify Analysis of positioning errors in order to determine the feasibility of the design of this fixture, and to intensify the strength of components to carry out more nuclear, analysis o f the potential fixture design problems and operating instructions to complete the process and equipment design. Computer-aided design CAD design of parts of the graphics processing, to complete its process cards, fixture assembly parts diagram and map, to achieve the desired surface quality and machining accuracy. Key words: Reverse fork； Process； Fixture Design； Aided Design CAD nts目录 III 目录 摘要 . I ABSTRACT . II 目录 . III 前言 . V 1 零件的分析 . 1 1.1 零件的作用 . 1 1.2 零件的工艺分析 . 1 1.2.1 以 19.1mm 孔为中心的加工面 . 1 1.2.2 叉口处的加工面 . 1 2 工艺规程设计 . 2 2.1 确定毛坯的制造形式 . 2 2.2 毛坯设计 . 2 2.2.1 19.1mm 的孔 . 3 2.2.2 叉口侧面 . 3 2.2.3 叉口内圆面 . 3 2.2.4 铣槽 . 3 2.2.5 钻孔、攻丝 . 3 2.3 基面的选择 . 3 2.4 制订工艺路线 . 5 2.4.1 工艺路线方案一 . 5 2.4.2 工艺路线方案二 . 5 2.4.3 工艺方案的比较与分析 . 6 2.5 机械加工余 量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 7 2.5.1 19.1mm 的孔 . 7 2.5.2 叉口侧面 . 7 2.5.3 叉口内圆面 . 7 2.5.4 铣槽 . 8 2.5.5 钻孔、攻丝 . 8 2.6 确定切削用量及基本工时 . 8 2.6.1 工序 . 8 2.6.2 工序 . 10 2.6.3 工序 . 10 2.6.4 工序 . 11 2.6.5 工序 . 12 2.6.6 工序 . 12 3 夹具设计 . 15 nts目录 IV 3.1 问题的提出 . 15 3.2 定位基准的选择 . 15 3.3 切 削力及加紧力的计算 . 16 3.4 定位误差分析 . 17 3.4.1 定位元件尺寸及公差的确定 . 17 3.4.2 采用以上的两个定位元件 . 17 3.5 加紧元件的强度校核 . 18 3.6 夹具设计及操作的简要说明 . 19 3.6.1 解决措施一 . 19 3.6.2 解决措施二 . 19 结论 . 21 参考文献 . 22 致谢 . 23 附录 1 . 23 nts前言 V 前 言 拖拉机倒档拨叉是拖拉机变速箱的一个重要零部件，它主要通过倒档拨叉拨动同步器来改变齿轮的啮合方向实现拖拉机倒档。本次设计 就是依据它在拖拉机变速箱中的作用对零件进行工艺分析，确定零件的主要加工表面，从毛坯的材料，生产批量，铸造形式和精度来考虑，确定了毛坯的设计和零件的毛坯简图。 分析主要加工面的位置和精度要求，根据粗精基准选择原则合理安排出工艺加工的最佳路线，对每一工序 估算出每一步工序所用夹具的尺寸，根据资料所给出的各种切屑机床的规格尺寸 ，选择每一道工序所适用的机床之后，确定切屑用量和切屑工时。 对于工艺装备和夹具设计部分，本设计针对第七道工序 钻孔，锪孔，攻丝部分进行夹具结构设计，设计时采用偏心钻套，同时换定位销加工螺纹，夹具设计相对比较简单，并且可以保证劳动生产率，降低加工成本。 工件夹紧采用 U 型压板 和压紧螺母压紧，且工人操作时扳动加紧板手比较方便，容易操作。因此，整个零件的工艺设计过程切实可行 ，能够保证加工精度和提高劳动生产率。 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 1 - 1 零件的分析 1.1 零件的作用 题目所给定的零件是拖拉机变速箱中的倒档拨叉，它位于倒档拨叉杆上， 主要作用一是通过倒档拨叉杆将扭矩传递给倒档拨叉，拨动倒档同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机的倒行；二是在倒档拨叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在拨叉转动时带动其运动。零件上 19.1mm 的孔，装配在倒档拨叉杆上，用螺钉固定保证拨叉和拨叉杆的相对位置。宽 19.3mm 深 17mm 的槽与其他零件相配合，半圆形叉口拨动同步器。 1.2 零件的工艺分析 从倒档拨叉的零件图上可以看出，它有两组加工表面，这两组加工面之间也有一定的位置要求，现将这两组加工面分述如下： 1.2.1 以 19.1mm 孔为中心的加工面 这一组加工面包括：一个的 19.1mm 孔以及对其倒角，宽 19.3mm深 17mm 的槽口，在 19.1mm 孔所在的轮毂上钻两个孔并攻丝，规格为M12，用来做为固定倒档拨叉和拨叉杆之用。 1.2.2 叉口处的加工面 这一组加工面包括：铣叉口的侧面，铣叉口内圆面，内圆面所在的圆弧半径为 R48mm。这两组加工面之间有一定的位置要求： 首先， R48mm叉口对 19.1mm 孔的轴心线及 19.3mm 槽口中心线位置公差 0.5mm。 其次， 叉口侧面和螺纹孔中心线的位置要求是 46.4 0.25。由以上分析可知，对于这两组加工表面而 言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工，并保证他们之间的位置精度要求。 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 2 - 图 1 “拖拉机倒挡拨叉”零件工艺分析示意图 Figure 1 reverse gear tractor fork process analysis parts diagram 2 工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 QT500-5，考虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以倒行或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件年产量为 4000 件，已达到成批生产水平，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 2 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。 2.2 毛坯设计 拖拉机的倒档拨叉零件材料为 QT500-5，硬度选用 260HBS，毛坯重 约 1Kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型， 2 级精度组。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 3 - 对毛坯初步设计如下： 2.2.1 19.1mm 的孔 为了便于加工，在毛坯的设计时，可以设计底孔。根据常用刀具的规格和合理的 切削用量，可以铸出 10mm 的底孔。这样加工这个孔到规定的尺寸，可以分为以下步骤： 2.2.2 叉口侧面 该两侧面分别进行一次粗、精铣。根据资料可知，选取加工余量等级为 G，选取尺寸公差等级为 9 级。所以根据相关资料和经验可知，毛坯的叉口厚度定为 10mm，符合要求。 2.2.3 叉口内圆面 叉口内圆面的圆弧半径为 R48mm，叉口精度要求不是很高，可以进行一次精加工。所以其加工余量不宜取得过大，但为了能保证其加工精度，而进行一次精铣，所以在毛坯铸造时给出 2mm 的加工余量。 2.2.4 铣槽 槽宽为 19.3mm,深 为 17mm,查资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公差等级为 810 级，加工余量等级为 G。取尺寸公差等级为 9 级，在铸造时留出 2mm 的加工余量，均满足加工要求。 2.2.5 钻孔、攻丝 在 19.1mm 的孔处钻孔，攻丝，锪孔。在此处，因为加工的螺纹孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。因其它表面均为不加工表面，而且砂型机器造型铸造铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。 根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体 形状和尺寸见图 .2 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 4 - 图 2 “拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图 Figure 2 a tractor fork reverse gear parts rough sketch 2.3 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工 至关重要。从零件图上可以看出，拖拉机倒档拨叉较不规则，所以粗基准不太容易选择。为了保证 19.1mm 孔的位置精度的要求，选择叉口内圆面和叉口侧面作为粗基准，以保证孔的轴心线与叉口的 X、 Y 方向的位置要求以及 19.1mm 孔轴心线的垂直度，依照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 5 - 工件被放在两个支承钉和支撑板上，限制三个自由度；工件的大叉口内表面 紧靠在 两 个支承钉 的外圆 柱 面上，限 制两个 自 由度；小头19.1mm 孔的端面紧靠在支承钉上，限制一个 自由度，实现完全定位。 对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 2.4 制订工艺路线 制订工艺路线的出发点，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，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。 2.4.1 工艺路线方案一 工序摇臂钻床上钻孔、攻丝，规 工序立式钻床上扩、铰孔 19.1 工序卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序卧式铣床上铣叉口。 工序手工去锐边。 工序卧式铣床上铣槽。 工序卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序去毛刺。 工序清洗。 工序终检。 2.4.2 工艺路线方案二 工序立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 并倒角。 工序卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序卧式铣床上铣叉口。 工序手工去锐边。 工序卧式铣床上铣槽。 工序摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 工序手工去毛刺。 工序卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序去毛刺。 工序清洗。 工序终检。 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 6 - 2.4.3 工艺方案的比较与分析 上述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。第 1个方案先是“摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。”，先把这一步工序放在前面是想，后面还有“钻 19.1mm 孔”这一步工序，如果先钻孔攻丝那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。能这样想，出发点是好的，考虑到可以减少一步工序，似乎能减少劳动工时，提高生产率，可是没有考虑到，把这一步工序放前，定位比较难，不易保证必要的位置精度，夹具设计困难，实际可行性比较低。再看第 2 个方案，第 2 个方案把“钻19.1mm 孔” 。 这一步工序放在了 前面，这样为以后的各个工序提供了加工基准，工序安排比较科学合理。不过它和第 1 个方案一样，都把“扩、铰孔19.1mm”和“倒角”放在了一步工序中。在这一步中通过换钻套可以倒一边的角，不过要倒另一边的角，就要把工件卸下翻面倒角，这样增加了夹具的设计难度。不过主要的是立式钻床体积比较大，操作起来不方便，并且倒角也没有高的精度要求，从经济效益上来考虑是不合算的。通过分析后，把这一步工序一分为二，把“倒角”独立出来，单独作为一步工序，因为倒角的精度要求不高，我们可以把这一步工序放在台钻上来完成。台钻体积比较小，操作 简单，夹具结构也简单，这样零件的加工工时降下来了，生产效率上来了，降低了零件的成本。 估算每一步工序所用夹具的大体尺寸，根据金属切削机床夹具设计手册（第二版）上给出的各种切削机床的规格尺寸，选择每一道工序所用的合适的机床 15。因此，最后的加工路线确定如下： 2.4.3.1 工序立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 以拨叉叉口内圆非加工面、槽口和 19.1mm 孔的端面为粗基准定位。选用 Z535 立式钻床加工，采用专用夹具。 2.4.3.2 工序台钻上对 19.1mm 倒角 以 19.1mm 和端面为基准定位 。选用 ZQ4015 台式钻床加工，采用专用夹具。 2.4.3.3 工序卧式铣床上粗铣叉口侧面 以 19.1mm 和端面为基准定位。选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 2.4.3.4 工序卧式铣床上铣叉口 以 19.1mm 和毛坯上的槽口为基准定位。选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 7 - 2.4.3.5 工序手工去锐边 用扁平挫刀手工去锐边，可设计简易的支承台。 2.4.3.6 工序卧式铣床上铣槽。 以 19.1mm 孔、叉口内圆侧面为基准定位。选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 2.4.3.7 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12 以 19.1mm 孔及其端面、叉口内圆侧面为基准定位。选用 Z3025 摇臂钻床加工，采用专用夹具。 2.4.3.8 工序手工去毛刺 用圆形小挫刀手工去毛刺，可以设计简易的支承台，注意不不要划伤内圆面。 2.4.3.9 工序卧式铣床上精铣叉口侧面 以 19.1mm 孔和螺钉对准长销上的槽为基准定位。选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。工序去毛刺。用扁平挫刀手工去毛刺，可设计简易的支承台。工序清洗。用专用清洗机清洗。工序终检。以上工艺过程相见“拖拉机倒档拨叉机械加工工序 卡片”。 2.5 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量和工步如下： 2.5.1 19.1mm 的孔 扩孔： 16mm 2Z=6mm 二次扩孔： 18.9mm 2Z=2.9mm 粗铰： 19.04mm 2Z=0.14mm 精铰： 19.1mm 2Z=0.06mm 2.5.2 叉口侧面 粗铣： 2Z=2.05mm 精铣： 2Z=0.4mm 2.5.3 叉口内圆面 一次精铣： Z=2mm nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 8 - 2.5.4 铣槽 一次精铣： Z=2mm 2.5.5 钻孔、攻丝 在 19.1mm 的孔处钻孔，攻丝，锪孔。先在加工面上钻出 4mm 小孔，再扩孔至 10.4mm，这是攻丝前的底孔，然后用 M12 的机用丝锥攻丝，最后锪孔 13.5mm。 2.6 确定切削用量及基本工时 2.6.1 工序钻孔 16mm、扩孔 18.9mm、铰孔 19.1mm。 2.6.1.1 钻孔 16mm 根据文献 4表 2.18 可知 4 f=0.1 mm/r v=50 m/min 根据资料 1.表 4.2-15 按照机床型号选取 n=1100w/rmin 所以，该钻床的实际切削速度为 1 切削工时 其中：切入深度了 ，切出深度 2.6.1.2 扩孔 18.9mm 根据文献 3表 4.2-16，查得扩孔钻扩 18.9mm 孔时的进给量，并根据机床的型号规格选取 f=0.72 mm 扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其它有关资料确定为 v=0.4*v。 其中，为用钻头钻同样材料、同样尺寸实心孔时的切削速度 3。故： nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 9 - 根据文献 3.表 4.2-15 并由机床型号选取 nw=400 r/min。 所以，该床的实际切削速度为 切削工时： 2.6.1.3 粗铰 19.04mm 根据文献 4表 2.25 规定查得铰 19.04mm 孔时的进给量，并由机床及零件材料的硬度可以选取 4 f =0.48mm/r v =12m/min 根据文献 3表 4.2-15 按照机床型号选取 nw=275r/min。 所以，该钻床的实际切削速度为 切削工时： 2.6.1.4 精铰 19.1mm 根据文献 4表 2.25 规定查得铰 19.1mm 孔时 的进给量，并由机床及零件材料的硬度可以选取 4 f =0.48mm/r v =12m/min nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 10 - 根据文献 3表 4.2-15 按照机床型号选取 nw=275r/min。 所以，该钻床的实际切削速度为 切削工时： 2.6.2 工序 19.1mm 孔倒角 为缩短辅助工作时间，提高工作效率，取倒角主轴转速与扩孔时转速相同。 n =460r/min 采用手动进给。 2.6.3 工序粗铣 叉口侧面叉口两侧面在铸造毛坯时两个面的加工余量是相同的，故可以算一个面就行。现在以其中一面为粗基准，对另一面进行粗加工，切削用量和切削工时如下： 根据文献 3表 4.2-38，可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 75kw。因此，再根据资料文献 4表 3.5 可查得 4 fz=0.20mm/z 切削速度：参照有册资料，确定 v=0. 45m/s 即 27m/min 选用 YG8 硬质合片直径 Dw=125mm， 齿数为 z=12 则： 根据文献 3表 4.2-39 按照机床型号选取 nw=75r/min故实际切削速度为： 当 nw=75 r/min 时，工作台每分钟进给量应为： fm 应为： nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 11 - 根据文献 3表 4.2-40 按照机床型号选取 fm=190mm/min 铣削加工时间：由于是粗铣，故整个刀盘不必过整个工件，利用作图法，可知总行程 3 为 则： 2.6.4 工序精铣叉口 R48 0.5mm 根据文献 3表 4.2-38 可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 7.5kw。因此，再根据文献 4表 3.5 可查得 fm=0.09mm/z （采用对称 铣削，以提高进给量） 切削速度：参照有关手册资料，确定 v=0. 45m/s 即 27m/min。 根据资料 1.表 3.1-39 选取硬质合金镶齿三面刃铣刀直径 Dw=50mm 齿数为 z =12， 齿宽 l=8mm1。 则： 根据文献 3表 4.2-39 按照机床型号选取 nw=190 r/min 故实际切削速度为： 当 nw=190 r/min 时，工作台每分钟进给量 fm 应为： 根据文献 3表 4.2-40 按照机床型号选取 fm=235mm/min。 铣削加工时间：由于是精铣，故整个刀盘应该过 整个工件，利用作图法，可知总行程 其中：根据文献 4表 3.25 可得知入切量 +超切量为 21mm 则： nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 12 - 2.6.5 工序 铣槽 根据文献 3表 4.2-38 可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 7.5kw。因此，再根据资料 2.表 3.5 可 查得 2 切削速度：参照有关手册资料，确定 v=0. 45m/s 即 27m/min。 根据文献 3表 3.1-39 选取硬质合金立铣刀直径 Dw=193mm 齿数为 z=8 则： 根据文献 3表 4.2-39 按照机床型号选取 nw=475 r/min 故 实际切削速度为： 当 nw=475 r/min 时，工作台每分钟进给量 fm 应为 : 根据文献 3表 4.2-40 按照机床型号选取 fm=375mm/min。 铣削加工时间 3： 2.6.6 工序 钻孔、锪孔 13.5mm、攻丝 2-M12 1.75 2.6.6.1 钻孔 10.4mm 根据文献 4表 2.18 可知 f=0.08 mm/r v=48 m/min 根据文献 3表 4.2-12 按照机床型号选取 nw=1600 r/min。 所以，该钻床的实际切削速度为 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 13 - 切削工时： 2.6.6.2 锪孔 13.5mm 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 1/21/3 根据文献 4表 2.18 可得 根据文献 3表 4.2-13 取 f =0.05mm/r 取 v=18mmin 根据资料 1.表 4.2-12 按照机床型号选取 nw=500 r/min。 所以，实际切削速度为 切削工时： 2.6.6.3 攻丝 2-M12 1.75 攻丝 M12 1.75 时， v=0. 1m/s=6m/min。 所以， 根据文献 3表 4.2-12 按照机床型号选取 nw=125 r/min。 所以，实际切削速度为 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 14 - 切削工时： 工序精铣叉口侧面 ， 在工序粗铣叉口侧面时两个面剩余的加工余量是相同的，所以计算一个面即可。现在以其中一个面为精基准，对另一个面进行精加工，切削用量和切削工时如下：根据文献 3表 4.2-38，可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 7.5kw。因此，再根据资料文献 4表 3.5 可查得 4 fz=0.18mm/z （采用不对称端铣，以提高进给量） 切削速度：参照有关 手册资料，确定 v=0. 45m/s 即 27m/min， 选用YG8 硬质合金刀片直径 dw=125mm， 齿数为 z=12。 则： 根据文献 3表 4.2-39 按照机床型号选取 nw=75r/min。 故实际切削速度为： 当 nw=75r/min 时，工作台每分钟进给量 fm 应为： 根据文献 3表 4.2-40 按照机床型号选取 铣削加工时间： 由于是精铣，故整个刀盘必须过整个工件，利用作图法，可知总时间为 其中：入切量为 10mm 超切量为 5mm 则： nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 15 - 3 夹具设计 为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过指导老师的指定，决定设计第道工序 钻孔、锪孔 13.5mm、攻丝 2-M12 1.75，本夹具将用于 Z3025 摇臂钻床上，刀具为：锥柄长麻花钻一把（ 10.4mm）、圆柱柄锥形锪钻一把（ 13.5mm）、机用丝锥一把 (M12)。 3.1 问题的提出 利用本夹具辅助钻孔、攻丝，从零件图上可以看出在 19.1mm 孔的轮毂上钻两个孔并攻丝至 M12，关键问题在于两个孔排列在 34mm 的工件长度上，并且两个空间隔 13.5mm，所以很难在一个钻套上设计出 两个孔，也就是说装卡一次工件只能完成一个孔的加工。经过老师的指导决定定出如下方案： 在设计钻套时，可设计为偏心钻套，加工方案为先成批加工一批工件，然后拆卸钻套，转向 180 度，同时换定位销（定位销上有盲孔，便于钻孔攻丝的加工），然后反过来将这批零件的另一个螺纹孔加工好。这样夹具设计相对简单，并且可以保证劳动生产率。 由零件图纸上可以看出这道工序没有特别的精度要求，所以在进行夹具设计时，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 3.2 定位基准的选择 经过分析可知，这两个螺纹孔只要保证与 19.1mm 孔的轴 心线有垂直精度的要求即可。定位基准选 19.1mm 孔及其端面，工件以 19.1mm在定位销上定位，限制四个自由度；以销上的环面台阶靠在 19.1mm 孔的端面上，限制一个自由度；以叉口靠在半圆形定位销上，限制一个自由度，实现完全定位，如图 .3 所示。 为了提高生产率，在能保证加工精度的情况下，夹具要设计的尽量便于操作，以减少辅助工时，降低生产成本。在这个原则下，对夹具的加紧机构作了详细分析，要加紧工件，还要受力均匀，防止工件受迫变形。最后定出方案，在工件的 50mm 的铸造工艺孔处设计加紧螺栓，用U 型压板和加紧螺 母压紧工件，经过分析认为这个方案操作简单，可行性很高。 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 16 - 图 3 工序工件定位加紧示意图 Figure 3 workpiece positioning process diagram to intensify 3.3 切削力及加紧力的计算 在这一步工序中，所需要最大切削的工步是钻孔 10.4mm，我们只对这一工步进行计算即可。刀具：锥柄长麻花钻一把， 10.4mm。 进给量： f=0.08mm/r 工件硬度： 250HBS。 由文献 6表 3-7 可知，钻削加工时的切削力计算公式为 16： 带入以上 数据： 虽然在该步工序中零件是竖直放置的，加工时钻头也是垂直工作，但是由于工件受定位、加紧的影响，所以在其他两个方向上也有分力。根据有关资料可知，分力系数为 a=0.60.8，由于工件加紧是垂直夹具体立墙的方向，所以只需求出垂直于立墙的分力 Pz，该力即为所需加紧力要克服的力： nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 17 - 由加紧 机构 产生 的 实际加 紧力 应满 足 下式： P=K*Pz。 安 全系 数K=K1K2K3K4 式中 K1 基本安全系数 1.5； K2 加工性质系数 1.1； K3 刀具钝化系数 1.2; K4 断续切削 系数 1.0 所以 由文献 7表 2-177可知，加紧方式采用的是螺旋加紧机构加紧，由表中数据可知，规格为 M20 的螺母，扳手手柄长为 240mm，施加的作用力为 100N 时，产生的压紧力为 W=11400N。 由比例关系可知，在使用这个夹具时，扳手手柄长为 240mm,施加的作用力为 50N 时，产生的压紧力为 W=5700N。 所以由以上计算数据可以看出，工人操作时扳动加紧扳手时比较方便，容易操作，夹紧力满足要求。 3.4 定位误差分析 3.4.1 定位元件尺寸及公差的确定 在这一步工序中，定位元件为长销和半圆形 短平销： 19.1mm 孔的尺寸公差为 Js9，即 定位销的与其配合，尺寸及公差为叉口内圆的尺寸为 960.2mm 扁平半圆销的尺寸为12。 3.4.2 采用以上的两个定位元件 采用以上的两个定位元件， 能保证叉口相对于 19.1mm 孔在 X、 Y方向上的圆跳动保证在 0.5mm。 由于这一步工序在精铣叉口侧面之前，所以零件图纸上要求的螺纹孔和叉口侧面的尺寸保证在 46.4 0.25mm，在这一步还要多一个精铣侧面的加工余量，为 0.2mm，这样就是 46.6 0.25mm。在夹具设计时，因为把支承叉口侧面的台阶面设计 成不可调的，所以就只有提高夹具的加工精度来保证上面所说的尺寸要求。具体的尺寸是长销的端面到叉口侧nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 18 - 面的支承台阶的高度差为 62.85 0.1mm，可以满足要求。对于这一步的改进，应该把叉口侧面的不可调支撑改为调节支撑螺柱支承，这样就可以通过现场调试来保证长销的端面到叉口侧面的支承台阶的高度差，又降低了夹具的设计加工成本，一举两得。 3.5 加紧元件的强度校核 这一步工序，工件是竖直放置的，在钻削加工时所受的钻削力也是竖直向下的。 图 .4 夹具结构示意图 Figure .4 Schematic diagram of the fixture 从图 .4 我们可以看出，钻套下面的定位销受力最大，所以对其进行强度校核。定位销所承受的最大的钻削力为 由前面的计算可知，安全系数为 K=1.98 定位销所受的挤压应力为： 定位销材料为 T8A，热处理 HRC5560，屈服强度为 =500Mpa，取安全系数为 n=1.9，则许用挤压应力为： nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 19 - 所以 故定位销可安全工作 许用剪切应力 =0.6 =157.9Mpa。 实际剪切应力： （ 故定位 销可安全工作 ） 3.6 夹具设计及操作的简要说明 根据前面提出的定位方案，经过比较分析，设计了图 .3 所示的夹具方案。因为零件的生产量不算是太大，并且零件尺寸和重量不太大，所以从经济方面考虑采用手动加紧方式比较合适。采用 U 型压板和压紧螺母压紧，通过计算可知，工人操作时扳动加紧扳手时比较方便，容易操作。 在这一步工序中，由于是在 34mm 长度的表面上加工两个 M12 的螺纹孔，而两个螺纹孔的间距很小，为 13.5mm，采用的是普通机床，并且如果同时进行两个孔的加工，机床满足不了要求，切削力为原来单孔加工的两倍，增加了夹 具的制造难度。为了解决这个问题，在夹具的设计时采取了如下措施： 3.6.1 解决措施一 由于在零件上加工的螺纹孔是通孔，所以要在定位销对应的位置上要设计沉孔，工件上要加工 2 个螺纹孔，而这两个螺纹孔的间隔为13.5mm，两个螺纹孔的规格为 M12，要是在一个定位销上加工出这么两个沉孔，势必会影响到定位销的强度。可以设计为两个定位销，每个定位销上各加工一个孔对应的沉孔。在加工时，一批次的零件上的一个螺纹孔加工完了以后，再换另一个定位销，对这批次零件的另一个孔进行加工。 3.6.2 解决措施二 根据上面同样的原因， 对于钻模板来说，要在这么小的间隔上安装两个钻套，不太容易。我们可以把钻模板设计成为偏心式的，钻套偏离钻模板中心 6.75mm 安装，这样在同一批次的零件上的一个孔加工完了以后，拔掉钻模板上的圆柱销，把钻模板旋转 180 度安装，这样钻模板上的钻套就钻过了 180 度，转过的距离正好是 13.5mm，正对应着零件上的另一个孔。 在加工时，在夹具体上先安装其中的一个定位销，把上面的沉孔对nts黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 20 - 准钻套上的孔，对准以后，通过定位销后面的螺母将定位销固定锁死。待这一批次零件上的一个孔加工完了以后，将定位销卸掉，换上另一个定位销，把钻模板 旋转 180 度，将定位销上的沉孔与钻套上的孔对准以后，用螺钉将其紧固。再将这批次的零件反过来加工另一个孔，这样可以提高生产效率。 这是本夹具的特别之处，不过本夹具还有一些不足。就是夹具的长销的端面和支撑叉口侧面的半圆销的台阶面都是不可调的，这样就需要在制造夹具时，这两个面要有很高的位置精度要求，是以提高夹具的成本为代价来换取同一批次零件上加工的螺纹孔的一致性。经过分析后，想出了如下的改进方案：去掉半圆销，用两个可调节的支承螺钉来代替。将两个支承螺钉的支承部位改成台阶式的，细的圆柱侧面用来卡住叉口，台阶面来支承 叉口的侧面，通过调节支承螺钉来调节台 阶面支承叉口侧
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