拨叉的工艺与工装设计.doc

湖南省技师综合评审加工中心职业文章（国家职业资格二级） 文章类型：案例报告文章题目：拨叉零件工艺工装夹具的设计与制作 姓 名：宋宗仁 准考证号： 所在省市：湖南省株洲市工作单位：湖南工贸技师学院2010年3月24日星期三目录毕业设计任务书- 1前言- 3一.零件的工艺分析- 3二.毛坯的选择- 5四.拟订机械加工路线- 10五.工序设计- 11六确定切削基本时间- 12七.夹具设计- 14八.机械加工工艺过程卡片-21九.机械加工工序卡片-22十.总结-26参考文献-26前言机械制造技术基础课程是在学完了机械制造基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性的教学环节。这次设计使我们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，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计的能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作达下了良好的基础。1、培养学生综合运用所学基础课，专业基础和专业课及知识，分析和解决加工过程技术问题的工作能力。2、巩固，深化和扩大学生所学基本理论，基本知识和基本技能。3、培养学生查阅文献和收集资料的能力，理论分析和能力，制定设计或实验方案的能力，设计计算和绘图能力，计算机应用能力，撰写论文和设计说明书的能力等。4、培养学生的创新能力和团队精神，树立良好的学术思想和工作作风。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。拨叉的工艺与工装设计 湖南工贸技师学院 宋宗仁摘要：本文对拨叉零件的加工难点、生产类型进行了分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计、对其工艺过程进行了设计。为提高生产效率，设计了加工拨叉零件的专用夹具，对其它拨叉零件的加工有一定的借鉴意义。关键词：拨叉 工艺 夹具 设计一， 零件的工艺、分析及生产类型的确定1. 零件的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。工作方式以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. 零件的工艺分析通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，公差及技术要求齐全。60底面需刮削，粗糙度1.6要求较高。10H7要求与表面垂直，并且精度较高。左10H7孔要求与右10H7同轴度为0.2。粗糙度为1.6要求较高。20H7的轴线要求与地面刮削垂直度为0.02，同时高度尺寸为9，上偏差为0.3,下偏差0.1是间接得到的需要通过尺寸链计算，10H7孔与20H7孔要求中心距为190+0.2,最好是同时加工才能保证尺寸。要求210H7与20H7孔中心线应在同一平面上，允差0.1。同时图中还有许多尺寸需要用尺寸链的计算，在下节中再重点分析。3零件的生产类型依设计题目知：Q=2000台/年，n=2件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取为3%各5%。代入公式得该零件的生产纲领 N=20002（1+3%）（1=5%）=4326件/年零件是机床上的拨叉，质量为0.98kg,查表可知其属轻型零件，生产类型为中批生产。二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图该零件材料为HT200。考虑到机床在换速度的时候，经常拨动过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，要求零件精度不高。因此可采用砂型铸造，由于零件年产量为4326件，属批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用手工木模造型。1确定机械加工余量、毛坯尺寸与公差按第五章第一节铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T 64141999）确定，步骤如下。 求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓尺寸，长256mm，宽60mm，高62.5mm,故最大轮廓尺寸为256mm. 选取公差等级CT 由表5-1,铸造方法按手工造型、铸件材料按球墨铸，得公差等级公差范围11-14级，取为12级。 求铸造尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸造公差等级CT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。 求机械加工余量等级 由5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按球墨铸铁，得机械加工余量等级范围E-G级，取为F级。 求RMA（要求的机械加工余量） 对所有加工表面取同一个数值，由表5-4查最大轮廓尺寸为256MM、机械加工余量等级为F级，得RMA数值为2.5MM. 求毛坯基本尺寸 凸台内孔10H7与螺纹M12、侧边2X10H7孔均较小，所以铸成实心。拨叉上的20的最左边凸台高25MM与中间的凸台、60底面、深12MM的L型铣销槽都属于单侧加工，属于双侧加工的有长度尺寸104MM。 内腔加工包括20H7底孔与内侧长度尺寸42。加工余量根据如下公式计算所得。双面加工公式R=F+2RMA+CT/2R=104+2X2.5+7/2= 112.5MM内腔加工R=F-2RMA-CT/2R=84-2X2.5-6/2=76MMR=20-2X2.5-4.6/2=12.7MM单侧加工R=F+RMA+CT/2R=25+2.5+4.6/2=29.8MMR=43.5+2.5+5.6/2=48.8MMR=11.5+2.5+4.4/2=16.2MM拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量见表如下项目宽内侧长20H7孔左凸台右凸台底面高公差等级CT121212121212加工面基本尺寸10484202543.511.5铸件尺寸公差764.64.65.64.4机械加工余量等级FFFFFFRMA2.52.52.52.52.52.5毛坯基本尺寸112.57612.729.848.816.22毛坯图的绘制如下图所示 （1）确定圆角半径 铸件的外圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按5-13确定。本铸件的各部分的t/H为大于0.51.故均按表中第一行数值。为简化起见，本铸件内、外圆角半径分别取相同数值，以台阶高度H=1625进行确定。结果为： 外圆角半径 r=6 内圆角半径 R=3以上所的圆角半径数值能保证各表面的加工余量。（2）确定拔模斜度 本铸件由于上下模膛深度不相等，拔模斜度应以模膛较深的部分计算。L/B=110/110=1, H/B=32/110=0.291按表5-11，外模斜度=5，没有内模斜度。（3）确定分模位置 由于毛坯是三个孔在一个平面内且两边对称，为了便于起模，应取三孔轴线所在的平面为分模面，分模线为直线，属平直分模线。（4）确定毛坯的热处理方式 铸铁毛坯经铸造后，应安排时效处理以消除残余的铸造应力，并使不均匀的晶相组织在应力消除过程中得到细化，均匀的组织，从而改善加工性，和力学性能，时效的处理方式可以是自然时效或人工时效。 下图所示为本零件的毛坯图。三 工艺路线的拟定拟定零件加工工艺路线，是零件加工的总体方案设计，是制定工艺规程中的关键性工作。拟定工艺路线所涉及的问题主要是选择定位基准、选择各加工表面方法、安排加工顺序各组合工序，以及选择各工序所用的机床各工艺装备等。所以选择一个合理经济的加工方案是创造效益的前提。1定位基准的选择定位基准分粗基准和精基准，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准称为粗基准，使用经过加工的表面作定位基准称精基准。粗基准的选择原则 以不加工表面作为粗基准。 选重要表面作为粗基准。 应尽可能的选光滑平整，无飞边或其它缺陷的表面为粗基准，以便定位，夹紧可靠。粗基准只可在头道工序中使用一次，应尽可量免重复使用。精基准的选择原则 “基准重合”原则 “基准统一”原则 “自为基准“原则 “互为基准“原则 2.零件表面加工方法的选择本零件的加工面有端面、内孔、螺纹，材料为QT200以公差等级和表面粗糙度的要求，参考本指南有关资料，其加工方法选择如下(1)三个10H7、一个9.8、一个20H7的孔表面粗糙度均为1.6，需粗车后绞孔获得其尺寸和表面粗糙度。(2)底面的表面粗糙度为1.6，图纸要求要以刮削的方式获得。(3) M12的螺纹表面粗糙度为12.5，只需钻孔后攻丝即可获得尺寸和表面粗糙度。 (4)其它表面的尺寸及表面粗糙度只需粗加工后就可以达到要求。3工艺路线的选择本零件结构复杂，作用是机床上用于拨动滑移齿轮的位置，实现变速。底面60的大平面与20H7孔是设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选择底面大平面为定位基准，即遵循“基准重合”原则。 工序I：用平口钳夹紧宽为42mm的台阶，以60上的台阶平面作为支撑，另外在20的凸台上垫上一个平板，钻孔10的内孔，粗铰，接着精铰到所需的尺寸。粗铣20的两个底平面，铣成所需要的尺寸，然后扩孔20的内孔，因为此零件批量为中批，所以粗铰20的孔，最后采用精铰。粗铣60底平面，然后半精铣留余量，最后刮研。 工序II：以精铣后的60底平面作为支撑面，分别以20H7的内孔和10H7的内孔作为定位，（一面两销定位）以凸台60圆柱上平面为压紧平面。钻孔9.8H9，然后铰孔到尺寸9.8H9. 工序III:以上同样的定位和夹紧结构,利用钻套钻孔侧面两个10H7的孔,接着粗铣左侧凸台上平面,半精铣到所需尺寸。 工序IV：以60的底平面和20H7内孔、左侧10H7内孔定位。粗铣中间凸台的T型孔，最后用丝锥攻M12的内螺纹达到所需尺寸。 工序V：用上面同样的定位和夹紧机构定位。粗铣尺寸长度尺寸104的两端面达到所需尺寸。用同样的方法粗铣内侧表面达到尺寸。粗铣底面与20H7孔同心的30孔达到尺寸。利用钻模套粗铰左右两端10H7的内孔，完后精铰到尺寸。 工序VI：粗铣左端铣刀台阶，半精铣到尺寸。钻孔螺纹孔，接着用丝锥攻M6的内螺纹。 工序VII：钳工去毛刺。 工序VIII：终检。四、工序设计 1选择加工设备与工艺装备 选择机床 根据不同的工序选择机床。 工序I、II、中需钻小10的孔，并且9.8的孔深达到43mm,所以首先需打预钻孔。而且有必要做一个钻模套。所用到的钻头型号为9.8，用到的机床为数控卧式铣床。 工序VI中由于采用的是两孔一面定位，而且用同样的夹具可以在不同的机床上加工不同的工序，所用到的钻头为5、M6的丝锥。机床选用机床为立式加工中心。 工序III中由于余量比较大，考虑到零件的批量为中批，最好是分多道工序加工，而且余量比较大。所以用到的机床为立式铣床X5012因为本零件的加工只大部分尺寸的加工只要在一道夹具上加工完成。所以用到的机床可以采用立式加工中心。 选择夹具 本零件钻孔及粗铣12M台阶用通用夹具，其它的工序都可以用下节夹具设计中的专用夹具。 选择刀具 根据不同的工序选择刀具。加工工序时，底面比较大，选用50的端铣刀可以提高生产效率。加工工序、工序和工序时，选用H7或H9的通用型绞刀。加工工序时，选用25四韧白钢刀，既能加工沉孔、端面，节省了换刀时间。加工工序和工序时，选用9.8 、9.6和5.3的普通麻花钻。加工工序时，由于要保证两孔同轴，就必须一次加工获得，所以选用125*9.8的加长型钻头。加工工序和工序时，选用M6、M12的机用丝锥。 量具的选择 本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件的精度要求、尺寸和形状特点，参考本书有关资料，选择如下。选择各轴向加工的量具。由于本零件需要测量的最大尺寸为190mm，所以所有的粗量量具都可以选择0200 mm的游标卡尺测量，62.5、19、选用0100mm的高度游标卡尺即可，12的尺寸由于精度比较高，应选用025mm的外径千分尺，42地的尺寸不能直接测量，要用芯棒插在20的孔里，再用游标卡尺间接测量。选择加工孔的量具，三个10H7、一个9.8H9和一个20H7的孔可以用卡尺进行粗量，绞孔后可以用内径百分表测量。2.确定工序尺寸（1）确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量(毛坯余量)，应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。 本零件各孔的工序加工余量，工序尺寸及公差，表面粗糙度见表加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗半精精粗半精精粗半精精10H753.29.8106.33.21.69.8H94.83.29.69.86.33.21.620H7101.519.7206.33.21.6M62.65.26.3（2）确定轴向工序尺寸 本零件的各工序的轴向尺寸如图所示。确定各加工表面的工序加工余量。 本零件各端面的工序加工余量见表。工序加工表面总加工余量工序加工余量1mm2.5mm2.3mm2mm2mm1.5mm3mm2mm1.5mm4mm2mm2.5mm5mm1.5mm2mm6mm1.5mm2mm1mm2.5mm0.2mm五、确定基本工时工序 I 粗铣，精铣端面决定切削速度Vc、可根据切削用量简明手册表3.9确定 Vc=60(m/min) n=1000V/d=(1000x60)/(3.14x50)=382.16r/min 根据型数控加工中心说明书选n=380r/minVc=3.14nd/1000=(380x3.14x50)/1000=59.66m/min Vf=nfZ=380x0.14=53.2mm/min 选Vf=37.5mm/min 实际fz=Vf/(nxz)=0.0159mm/z2）精铣3）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5 L1+=12mmTm=(L+L1+)/Vf=(40+12)/190=0.273（min） 工序 钻孔、铰孔。4）计算基本工时 Tm=L/nf 式中L=l+Y+,l=20mm,入切量和超切量由表2.29查出y+=6mm,所以 Tm=26/272*0.28=1.18min.2、铰孔基本工时 Tm= L/nf=1.5151.21.4/10003.60.067=0.025(min)工序 粗铣，精铣圆面。6) 基本工时根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/Vf=(20+24)/50=0.88（min） L1+=24mm2. 精铣6) 基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/Vf=(40+25)/100=0.65（min） L1+=25m工序 铣圆弧侧面5）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)106/Vf=(40+46)/95=1.11（min） L1+=46mm 工序 钻孔、铰孔。 计算基本工时 Tm=L/nf 式中L=l+Y+,l=40mm,入切量和超切量由表2.29查出y+=6mm,所以 Tm=45/600*0.3=0.22min.2、铰孔基本工时 Tm= L/nf=45/100*0.2=2.25(min)工序。扩孔，攻丝。 计算基本工时 Tm=L/nf 式中L=l+Y+,l=30mm,入切量和超切量由表2.29查出所以 Tm=30/250*0.3=0.4min.2、攻丝基本工时 Tm= L/nf=30/100*1.5=0.2(min)工序。钻孔，铰孔。 计算基本工时 Tm=L/nf 式中L=l+Y+,l=30mm,入切量和超切量由表2.29查出Y+=4所以 Tm=34/500*0.3=0.22min.2、铰孔基本工时 Tm= L/nf=30/100*0.3=1(min)工序。钻孔，攻丝。 计算基本工时 Tm=L/nf 式中L=l+Y+,l=13mm,入切量和超切量由表2.29查出Y+=3所以 Tm=16/400*0.2=0.16min.2、攻丝基本工时 Tm= L/nf=30/200*0.8=0.75(min)工序。钻孔，铰孔。 计算基本工时 Tm=L/nf 式中L=l+Y+,l=104mm,入切量和超切量由表2.29查出Y+=4所以 Tm=108/600*0.3=0.3min.2、铰孔基本工时 Tm= L/nf=110/100*0.3=3.67(min)六夹具设计本零件形状复杂，通用夹具不能满足其定位加工得要求，该零件又是批量生产工序分散，所以不同的工序要设计不同的夹具，以满足零件精度和提高生产效率。本夹具所加工的内容有M6、M12的螺纹、高12MM的月牙型槽、凸台平面、9.8H9、13、30内孔。所采用是定位方法为一面二销定位，设计的夹具装配图如图所示，夹具体零件图如图所示，有关说明如下。 定位方案： 工件以60的底面加之20的圆柱短销限制五个自由度还有一个转动自由度靠短销和削边销共同限制，及工件六个自由度全部限制。定位示意图如图所示：1、菱形销结构及规格菱形销的尺寸由于削边销的直径尺寸需要根据具体定位精度要求来计算确定，所以，削边销的规格以与之配合的定位孔的直径D来确定。图129为削边销主要结构尺寸。其中参数为： D定位孔直径基本尺寸； B削边销宽度； 6削边销圆弧宽度；削边销规格及主要参数见表12。D36688202024243030404050BD-0.5D-1D-2D-3D-4D-5D-562345568图129 削边销主要结构尺寸表12 菱形销主要参数 (mm)2菱形销的设计图130 菱形销的设计 如所示，当孔距为最大极限尺寸，销距为最小极限尺寸时，菱形销的干涉点会发生在A、B。当孔距为最小极限尺寸，销距为最大极限尺寸时，菱形销的干涉点则在、 (图130 b)。为了满足工件顺利装卸的要求，需控制菱形销直径，和经削边后的圆柱部宽度。 菱形销宽度可由图131c所示几何关系求得。在中在中联立两式得略去项则 菱形销宽度已标准化，故可反算得式中菱形销定位的最小间隙(mm)； 菱形销圆柱部分的宽度(mm)； I件定位孑L的最大实体尺寸(mm)； 补偿量(mm)。又式中 孔距公差(mm)； 销距公差(mm)。 菱形销直径可按下式求得 本道夹具加工工序为(1)确定两定位销的中心距 两定位销中心距的基本尺寸应等于工件两定位孔距的平均尺寸，其公差一般为 因，故取(2)选择定位销1尺寸销1直径为（或g5、f6、f7）。当定位孔为非基准孔，销1基本尺寸取孔1的最小极限尺寸。本例孔1为mm则定位销径可取为(3)选择菱形销宽度按表1-1取=4mm (4)确定菱形销直径 1)求补偿量 2)计算 3)计算菱形销的直径 取公差带为。小结1、平面双销组合定位在夹具设计中应用广泛。2、为改善重双销组合定位的重复定位引起的装夹困难问题，一般对其中的一只短圆柱销采用削边结构。3、设计平面双销组合定位时，主要需计算确定两定位销的中心距及两定位销的结构尺寸。 菱形销的工作高度上述两销定位中，圆柱销l为第二定位基准，消除两个移动不定度，菱形销为第三定位基准，消除最后一个转动不定度，所以，一般的安装顺序，多希望圆柱销首先插入1号定位孔一小段高度后，菱形销再参与安装。因此，为装夹方便，菱形销的工作高度可比圆柱销的工作高度低35 mm。即： 夹紧机构： 本工序加工主要是面和内孔，切削力不是很大，所以夹紧力也不需要很大，采用螺旋夹紧机构即可满足要求。为提高生产效率，也可采用气动夹紧装置。（4）夹具体与机床连接元件 采用两个标准的定位键A18h8JB/T8016-1999,固定在夹具体的同一直上的键槽中用以确定夹具在机床中的正确位置，并保证定位键的宽度在与机床的梯形槽相匹配的要求。（5）夹具体：工件的定位元件和夹紧元件由连接板连接起来，其余的相关机构都装在连接板上，从而确定了各元件的相对位置，这样有机地连接起来，便实现了定位，夹紧对刀的功能。（6）使用说明：安装工件时只需将右侧螺旋夹紧机构转动一个位置，将工件装在右边的定位孔中，然后再装入左边菱形销，夹紧螺旋机构即完成工件的安装。 （7）机构特点：夹具底面的定位键可使夹具实现重复安装且能保证精度。本夹具是一套专用夹具，所以加工对象就有其唯一性，因而不能用于其他零件的加工。机械加工工艺过程卡产品名称零件名称零件图号拨叉拨叉1材料名称及牌号HT200毛坯种类或材料规格铸件256*60*62.5总工时工序号工序名称工序简要内容设备名称及型号夹具量具工时工序：粗铣面和孔以凹弧面及60的外圆为粗基准粗加工加工底面和20的孔，同时加工两个20的端面到尺寸。立式加工中心专用夹具0200mm游标卡尺工序：精铣面绞孔精加工底面留刮余量，绞20的基准孔。立式加工中心专用夹具 塞规工序:铣沉孔铣面以底面和孔定位,加工30的沉孔到尺寸要求,加工同轴孔的端面到尺寸,加工两个20的端面到尺寸要求.立式加工中心专用夹具0200mm游标卡尺工序:钻孔钻9.8的通孔,钻9.6的通孔.立式加工中心专用夹具0200mm游标卡尺工序:钻孔攻丝绞10的孔至尺寸要求,绞9.8的孔至尺寸要求,攻M12的螺纹至深度.立式加工中心专用夹具塞规工序:钻孔攻丝以10的孔为基准钻5.3的孔,攻M6的螺纹。立式加工中心专用夹具塞规工序：钻绞孔以底面和孔为定位基准钻9.8的同轴孔，绞10的同轴孔至尺寸要求立式加工中心专用夹具塞规工序：刮底面以孔为基准刮底面到尺寸及表面粗糙度。/专用夹具0200mm游标卡尺工序：去毛刺去除全部毛刺钳工工序：终检。按零件图纸要求全面检查29数控加工工序卡零件名称拨叉零件图号1夹具名称专用夹具设备名称及型号数控加工中心材料名称及牌号HT200硬度工序名称铣面钻绞孔工序号工步号工步内容切削用量刀具量具VfNf编号名称编号名称1铣面2540050180端铣刀1游标卡尺2钻孔30300300.1219.5铰刀2游标卡尺3绞孔1015030120铰刀1游标卡尺数控加工工序卡零件名称拨叉零件图号1夹具名称专用夹具设备名称及型号数控加工中心材料名称及牌号HT200硬度工序名称钻绞同轴孔工序号工步号工步内容切削用量刀具量具VfNf编号名称编号名称1钻孔258005015.2钻头1游标卡尺2攻丝251501202M6丝攻2塞规数控加工工序卡零件名称拨叉零件图号1夹具名称专用夹具设备名称及型号数控加工中心材料名称及牌号HT200硬度工序名称铣面钻绞孔工序号工步号工步内容切削用量刀具量具Vfnf编号名称编