叉杆零件的机械加工工艺及粗铣叉脚2端面的夹具设计-卧式【含CAD图纸、说明书】
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含CAD图纸、说明书
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设计说明书 设计题目：叉杆零件的机械加工工艺及粗铣叉脚2端面的夹具设计设计者 指导教师 摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。叉杆加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。ABSTRCTThis design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error目 录序 言1一 零件的分析21.1零件的作用21.2零件的工艺分析2二 工艺规程设计32.1确定毛坯的制造形式32.2基面的选择42.3制定工艺路线52.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定82.5确立切削用量及基本工时8三 夹具设计173.1 问题的提出173.2 定位基准的选择173.3切削力及夹紧力计算183.4 定位误差分析203.5 夹具设计及操作简要说明21总 结22致 谢23参 考 文 献24 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。叉杆的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。一 零件的分析1.1零件的作用题目所给的零件是叉杆。它位于变速机构中，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。零件上方的30孔与操纵机构相连，二下方的R52.5的则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。1.2零件的工艺分析叉杆共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1.以30作为定位基准这一组加工表面包括：30的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个M8螺纹孔。2.以30端面作为定位基准这一组加工表面包括：30的孔的加工，叉口端面和叉口内侧面。二 工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。2.2基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得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，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对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作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取30孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，用一个经过特殊加工的定位销定位，这样就限制了空间的5个自由度，又因为钻削时钻削力是向下的，因此上下的自由度不需要限制精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。精基准的选择。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。2.3制定工艺路线制定工艺路线得出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案一工序号工 名序 称工 序 内 容1铣粗铣叉杆头2端面2铣半精铣叉杆头左端面3钻钻扩铰30孔4钳校正叉杆脚5铣粗铣叉杆脚2端面6铣铣叉口爪内侧面7铣粗铣操纵槽底面和内侧面8铣精铣叉杆脚2端面9钻钻倒角，粗铰，精铰8孔10钳去毛刺11中检12热处理，叉杆脚2端面淬火13校正叉杆脚14检验检验工艺路线方案二：工序号工 名序 称工 序 内 容1铣粗铣叉杆头2端面2铣半精铣叉杆头左端面3铣粗铣叉杆脚2端面4铣铣叉口爪内侧面5铣粗铣操纵槽底面和内侧面6铣精铣叉杆脚2端面7钻钻扩铰30孔8钳校正叉杆脚9钻钻倒角，粗铰，精铰8孔10钳去毛刺11中检12热处理，叉杆脚2端面淬火13校正叉杆脚14检验检验方案一和方案二的区别在于方案一在先钻30孔然后开始铣叉口内侧面，同时才端面和两侧面，叉口内侧面的采用粗铣加工和精铣加工，这样更有利于保证叉口2侧面和叉口内侧面的精度。综上所述，我们选择方案一具体的工艺路线如下工序号工 名序 称工 序 内 容1铣粗铣叉杆头2端面2铣半精铣叉杆头左端面3钻钻扩铰30孔4钳校正叉杆脚5铣粗铣叉杆脚2端面6铣铣叉口爪内侧面7铣粗铣操纵槽底面和内侧面8铣精铣叉杆脚2端面9钻钻倒角，粗铰，精铰8孔10钳去毛刺11中检12热处理，叉杆脚2端面淬火13校正叉杆脚14检验检验2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定叉杆生产类型大批量，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：1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（，30端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.22.5，取54端面长度余量均为2mm（均为双边加工）2. 30孔 30孔的粗糙度3.2，查手册可知留余量2mm3. 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。2.5确立切削用量及基本工时工序：粗铣叉杆头2端面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为6kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取1000当1000r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时：，则机动工时为工序：半精铣叉杆头左端面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8，。2. 决定铣削用量4） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成5） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为6kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取6） 计算工时切削工时：，则机动工时为工序：钻扩铰30孔工步一钻孔至28确定进给量：根据参考文献表2-7，当钢的，时，。由于本零件在加工28孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则根据Z525机床说明书，现取切削速度：根据参考文献表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根据机床说明书，取，故实际切削速度为切削工时：，则机动工时为工步二：扩孔利用钻头将孔扩大至，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按车床说明书取，实际切削速度为切削工时：，则机动工时为工步3：铰孔根据参考文献表2-25，得查参考文献表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，实际切削速度。切削工时：，则机动工时为工序：粗铣叉杆脚2端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量7） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成8） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取1000当1000r/min时按机床标准选取9） 计算工时切削工时：，则机动工时为工序：铣叉口爪内侧面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量10） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成11） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取600当600r/min时按机床标准选取12） 计算工时切削工时：，则机动工时为工序：粗铣操纵槽底面和内侧面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量13） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成14） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取500当500r/min时按机床标准选取15） 计算工时切削工时：，则机动工时为工序：精铣叉杆脚2端面1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量16） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成17） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取800当800r/min时按机床标准选取18） 计算工时切削工时：，则机动工时为三 夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计的工序是粗铣叉脚2端面的夹具设计。3.1 问题的提出 本夹具主要用于粗铣叉脚2端面，粗糙度要求3.2，为此，需要考虑保证精度要求和如何提高生产效率上。我们采用30作为定位基准。3.2 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。选择30孔和其端面作为定位基准，来设计本道工序的夹具，以心轴和定位块作为定位夹具，同时采用开口垫圈夹紧即可满足要求。3.3切削力及夹紧力计算 （1）刀具： 采用端铣刀 30mm z=12,机床： x51立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=652N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=15mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用开口垫圈快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。 3.4 定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在心轴上定位，心轴为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 心轴外圆直径公差（mm）。图 心轴垂直放置时定位分析图3.5 夹具设计及操作简要说明本道工序为铣床夹具选择了开口垫圈夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。总 结这次设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设
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