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含工艺 含CAD图纸、说明书等文档 基于气动夹紧的拨叉专用夹具设计【含工艺】【含CAD图纸、说明书等文档 基于 气动 夹紧 专用 夹具 设计 工艺 CAD 图纸 说明书 文档

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内容简介：

基于气动夹紧的专用夹具设计11 绪论绪论1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的机械加工企业上品种、上质量、上水平，加工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是速产品更新，提高经济效益的技术保证。合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力，而且可以较大程度地提高企业的利润，因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约，比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等，其中较为重要的是夹具的生产和设计。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有深远的意义。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制，而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力，要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。在设计气动系统装置时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，可是，夹具设计还是有很多问题，有的会影响到工件加工精度。把夹具设计无锡太湖学院学士学位论文2夹具。随着现代机械加工越来越多地使用数控机床及组合机床，如何提高产品的加工精度、提高劳动生产率、降低工人的劳动强度，这是所有机械加工行业管理人员必须考虑的问题，这就使得快速夹具的设计和生产应运而生。但随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了越来越高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像换挡拨叉类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，在对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论及液压与气动传动等相关知识充分掌握后，分析金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合液压与气动传动的相关理论知识，完成气压传动方案分析及气压原理图的拟定，设计气动专用夹具的驱动、夹紧装置，并进行主要气动元件的设计与选择及传动系统的验算校核等，来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。基于气动夹紧的专用夹具设计32 零件三维造型零件三维造型拨叉零件主要是由圆柱和一些孔还有一段圆弧组成，这些外表面都是回转类的表面，用三维造型软件通过拉伸，旋转扫描等变换都可以得到，目前市场上的三维造型软件主要有 Master-CAM、UG、Pro-e、CAXA、Solidworks、CAD1等等。我个人比较喜欢Solidworks，所以拨叉的造型采用 Solidworks2这款软件，另外 Solidworks 还有很多优点如全动感的而用户界面让设计变的非常简单大大提高了设计效率，草图绘制状态和定义特征状态有明显区别，使用起来很方便，Solidworks 用强大的基于特征的实体建模功能可以对特征草图进行动态修改，所以我用 Solidworks 这款软件，下面是我用 Solidworks 这款软件进行拨叉零件造型的过程。首先我对图纸进行了分析，第一步将零件的主截面的视图草绘出来，草绘结果如图 2.1所示。接下来通过草绘可以把 40 的外圆和花键孔拉伸出来，拉伸过程及结果如图 2.2 所示。为了能把 40 的外圆拉出来后再画它上面的圆弧，就要在画圆弧前先要拉伸一块板，按主截面的草绘图增加小头实体，增加的实体及拉伸的结果如图 2.3 所示。增加此块实体的目的是通过这块板再经过拉伸切除把除圆弧以外的多余部分切除，最后圆弧就做出来，图 2.1 零件的主视截面图 2.2 截面拉伸的结果无锡太湖学院学士学位论文4因此先要做拉伸切除的草绘，只有这样才能做拉伸做出来的草绘效果，其效果图如图 2.4所示。图中蓝线围成的截面轮廓是拉伸切除中要保留的部分，也是后面进行的拉伸面。构建了拉伸截面后，对不需要的部分进行了布尔计算、切除，再进行拉伸，最后的结果如图 2.5 所示。因为拨叉零件图中圆弧中间有一部分是凸出来的，所以接下来开始进行中间那一部分的造型，开始先画轮廓的草绘，先创建一个基准面然后再画需要扫描切除的轮廓草绘，如图 2.6 所示。图 2.3 封闭轮廓拉伸的结果图 2.4 构建截面拉伸轮廓图 2.5 拉伸切除后效果图图 2.6 创建扫描切除的截面基于气动夹紧的专用夹具设计5草绘轮廓好了以后再以一个圆弧轮廓进行扫描最后就能得到零件的主体结构形状。另一半同样结构形状的造型原理和过程与前面的完全一样这里不在重复。其最终效果图如图 2.7 所示。接下来就是要对 22 外圆进行造型分析，可以采用旋转求交集变换得到，开始先进行 22 外圆的草绘，草绘时直接把孔的草绘也作出来了，草绘结果如图 2.8 所示。接着就进行旋转变换，变换结果得到的图形如图 2.9 所示。另一个 22 外圆的造型可以通过镜像得到，镜像时要有一个基准，在前面构建草图时已经确定了绘图基准，其造型结果如图 2.10 所示。图 2.7 扫描切出结果图 2.8 22 外圆的草绘图 2.10 镜像后的形状图 2.9 旋转拉伸结果无锡太湖学院学士学位论文6最后就是要进行 29 孔的造型，为了能够顺利地对 29 孔进行造型，首先应在拨叉的主截面图中对 29 孔进行草绘，其草绘的结果如图 2.11 所示。草绘后再经过旋转求布尔差集，进行切除就可以得到想要的，最后的结果如图 2.12 所示。花键孔中阶梯孔造型结束后，再对整个零件进行倒角，倒角很简单，Solidworks3直接有倒角的按钮只要直接点击就行了，只需要给出倒角的大小，倒角的结果如图 2.13 所示。图 2.12 镗孔后的剖面图图 2.11 草绘旋转切除图 2.13 倒角后图形效果基于气动夹紧的专用夹具设计73 换挡拨叉加工工艺规程设计换挡拨叉加工工艺规程设计3.1 零件的分析零件的分析3.1.1 零件的作用零件的作用题目所给的零件是车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的两个 8 孔与操纵机构相连，而下方的 23 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。图 3.1 拨叉零件图3.1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析零件的材料为 HT150，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，由零件图得出以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1） 以 40 的两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：40 两外圆端面的铣削，加工 23 的孔以及中间段 29 的孔和插花键槽。其中 60 两外圆端无锡太湖学院学士学位论文8面表面粗糙度要求为 Ra6.3um，23 的孔表面粗糙度要求为 Ra6.3um，29 孔表面粗糙度 Ra12.5um，键槽侧面粗糙度为 Ra3.2um。2）以 22 的圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：40 的两圆端面铣削，端面粗糙度 Ra6.3um，钻 28 孔，两孔有0.12mm 精度要求。3）由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。3.1.3 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式零件材料为 HT150, 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，毛坯大批量生产，故选择铸件。查零件制造工艺与装备4同时考虑毛坯的铸造精度及降低毛坯的生产成本，可选择砂型铸造，并采用机器造型较手工造型不但生产效率高，而其所得到的铸件有较准确的尺寸，毛坯热处理方式为自然时效处理以消除铸造应力。3.2 工艺过程设计所应采取的相应措施工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于该零件来说，加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。该类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工零件的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。换挡拨叉的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。换挡拨叉零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。3.3 换挡拨叉加工定位基准的选择换挡拨叉加工定位基准的选择3.3.1 粗基准的选择：粗基准的选择： 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。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。（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）尽可能选择平整、光洁、面积够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。基于气动夹紧的专用夹具设计9（5）粗基准应避免重复使用。综上要求，粗基准选择以拨叉大外圆端面作为粗基准，先以拨叉大外圆端面互为基准，两个 22mm 孔外圆表面为辅助粗基准加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。3.3.2 精基准的选择：精基准的选择： 精基准的选择考虑基准重合和基准统一原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，满足“基准重合”4原则，以 22mm 圆柱表面为辅助的定位精基准。3.4 工艺路线的制定工艺路线的制定制定工艺路线：根据零件、尺寸及位置精度等技术要求、几何形状、加工方法能达到经济精度，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夹具,并尽量使工序集中来提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。由于生产类型为大批生产，故采用组合机床及专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还适当降低生产成本。3.4.1 工艺路线方案一：工艺路线方案一：工序 1 铸造毛坯工序 2 时效处理工序 3 粗铣 半精铣 40 两端面工序 4 粗铣 半精铣 222 两端面工序 5 钻 扩 铰孔 23工序 6 镗孔 29工序 7 拉花键孔 26工序 8 钻 铰 28 孔工序 9 倒角 工序 10 去毛刺 清洗工序 11 终检 入库3.4.2 工艺路线方案二：工艺路线方案二：工序 1 铸造毛坯工序 2 时效处理工序 3 粗铣 半精铣 22 圆的两端面工序 4 钻 铰 28 孔工序 5 粗铣 半精铣 40 两端面工序 6 钻 扩 铰 23 孔工序 7 镗孔 29工序 8 拉花键孔 26工序 9 倒角无锡太湖学院学士学位论文10工序 10 去毛刺 清洗工序 11 终检 入库 3.4.3 工艺方案的比较与分析：工艺方案的比较与分析：上述两方案:方案一 是先加工大孔 23, 拉花键孔后再以 23 孔为基准加工小孔 8,而方案二先加工小孔 8,以小孔为基准加工各面及 23 内孔.由方案一可见 23 孔为基准加工 8 精度不易于保证,且工序不集中，不符合大批量生产方式。方案二先加工 8 不能保证精度,且工序也比较分散。综合以上分析比较，设计出工艺路线方案三较前两种工艺方案工序集中，提高生产效率，拉花键孔放在后面工序，也能保证了加工孔的精度要求。最终确定的工艺方案如下：最终工艺路线方案：工序 1 铸造毛坯工序 2 时效处理工序 3 粗铣 半精铣 40 端面工序 4 粗铣 半精铣 28 两端面工序 5 钻 扩 绞 23 孔工序 6 钻 铰 28 孔工序 7 镗孔 29 内孔倒角 C1工序 8 拉花健孔 26工序 9 倒角 工序 10 去毛刺 清洗工序 11 终检 入库3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定换挡拨叉零件材料为 HT150，采用砂型铸造毛坯大批量生产。选择工序间加工余量的主要原则15： 应采用最小的加工余量，以求缩短加工时间，并降低零件的制作费用； 加工余量应能保证图纸上所规定的表面粗糙度及精度； 决定加工余量时应考虑零件热处理时引起的变形，否则可能产生报废； 决定加工余量时应考虑所采用的加工方法和设备，以及加工过程中零件可能发生的变形； 考虑零件的大小，零件越大，则加工余量也越大；综上所述，选择各工序加工余量： 铣 40mm 外圆端面：考虑其表面粗糙度要求为 Ra6.3mm,可先粗铣，再半精铣。查金属机械加工工艺人员手册5P-1050 表 13-27 取 2Z=3mm； 铣 222mm 两圆端面：基于气动夹紧的专用夹具设计11 其表面粗糙度要求为 Ra6.3mm，可先粗铣，再半精铣。根据5P-1050 表 13-27 取2Z=3mm 即可满足要求； 加工 23H8 孔；其表面粗糙度要求较高为 Ra6.3mm，其加工方式可以分为钻，扩，铰三步，根据5可得 P-1044 表 13-12，孔径30mm,直径余量4mm，确定工序尺寸及余量为：钻孔：20mm Z=20mm扩孔：22.2mm Z=2.2mm铰孔：23H8 Z=0.8 mm 加工 28H8 孔；精度等级为 IT8,其加工方式可以分为钻，铰二步，根据根据5可得孔径30mm,直径余量4mm，确定工序尺寸及余量为：钻孔：7.8mm 铰孔：8H8 Z=0.2 mm 镗 29mm 孔；表面粗糙度要求为 Ra12.5mm，分两次粗镗加工即可满足精度要求。镗孔：27mm Z= 4mm镗孔：29mm Z= 2mm 拉花键孔（6-23H8mmx26H8x6D9mm） ；表面粗糙度要求为 Ra3.2，根据根据5可得 2Z=6mm；3.63.6 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时工序 1 铸造与工序 2 时效处理非机动时间，在此不作计算工序 3：粗、半精铣 40mm 两外圆端面；加工条件：机床：专用组合铣床 刀具：高速刚圆柱形铣刀 D=63mm d=27mm 粗齿数 Z=6，细齿数 Z=10（1） 、粗铣铣削深度 ap：ap=2mm每齿进给量 af：根据实用机械加工工艺手册6 取 af=0.08mm/z铣削速度： 取 v=(2040)m/min，V机床主轴转速：n 01000Vnd取=30, =63V0d代入公式（3-1）得：（3-1）无锡太湖学院学士学位论文121000 30(101 201) / min3.14 63nr根据表 11-4，取169 /minnr实际铣削速度：V03.14 63 16933.4/min10001000d nVm 工作台每分进给量：mf （3-2）mzwff zn取=，=zf0.08fa 6Z wn169n 代入公式（3-2）得：mf0.08 6 16981.12/minmm 取80/minmfmm根据机械加工工艺手册 被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知 =40mml刀具切入长度： =30mm1l1l刀具切出长度：=3mm2l走刀次数为 1机动时间： （2-3）1jt121 jmllltf取 =40mm，=30mm，=3mm, 1l80mf代入公式（2-3）得：=(40+30+3)/80=0.91min1 jt以上为铣一个端面的机动时间，故本工序机动工时为:t1=2=2X0.91=1.82min1 jt（2） 、半精铣铣削深度 aw：aw=1mm每齿进给量：根据机械加工工艺手册 取fa0.06/famm Z铣削速度：参照机械加工工艺手册 取，V(20 40)/minVm基于气动夹紧的专用夹具设计13取=30, =63V0d代入公式（2-1）得：机床主轴转速：，根据机械加工工艺手n010001000 30(101 201) /min3.14 63Vnrd册 取210 /minnr实际铣削速度：V03.14 63 21041.5/min10001000d nVm 取=，=代入公式（2-2）得：zf0.08fa 6Z wn210n 工作台每分进给量：mf0.06 10 210126/minmzwff znmm根据机械加工工艺手册 被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知 =40mml刀具切入长度：1l130l 刀具切出长度：取 2=3mm2l走刀次数为 1取 =40mm，=3mm130l 代入公式（2-3）得：机动时间：=(40+30+3)/126=0.58min1jt1 jt以上为铣一个端面的机动时间，故本工序机动工时为t1=2=2X0.58=1.16min1 jt工序 4：粗铣 2-22mm 圆的外侧面加工条件：机床：专用组合铣床刀具：高速刚圆柱形铣刀 D=50mm 粗齿数 Z=6 细齿数 Z=8（1） 粗铣： 铣削深度 aw：aw=2mm每齿进给量：根据表 30-29，取fa0.08/famm Z铣削速度：参照表 30-29，取，V24/minVm取=24, =50V0d无锡太湖学院学士学位论文14代入公式（3-1）得机床主轴转速：，根据表 11-4，n010001000 24152 /min3.14 50Vnrd取169 /minnr实际铣削速度：V03.14 50 16926.5/min10001000d nVm 取=，=zf0.08fa 6Z wn169n 代入公式（2-2）得：工作台每分进给量：mf0.08 6 16981.12/minmzwff znmm 取80/minmfmm根据机械加工工艺手册 被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知 =22mml刀具切入长度：1l130l 刀具切出长度：取 =3mm2l走刀次数为 1取 =22mm，=3mm,130l 80mf代入公式（3-3）得：机动时间：=(22+30+3)/80=0.69min1jt1 jt以上为铣一个端面的机动时间，故本工序机动工时为：t1=2=2X0.69=1.38min1 jt（2） 半精铣：半精铣 2-22mm 圆的内侧面；机床：专用组合铣床刀具：高速刚圆柱形铣刀 D=50mm 粗齿数 Z=6 细齿数 Z=8铣削深度 aw：aw=1mm每齿进给量：根据表 30-29，取fa0.08/famm Z铣削速度：参照表 30-29，取，V24/minVm取=24, =50V0d基于气动夹紧的专用夹具设计15代入公式（3-1）得机床主轴转速：，根据表 11-4，取n010001000 24152 /min3.14 50Vnrd169 /minnr实际铣削速度：V03.14 50 16926.5/min10001000d nVm 取=，=zf0.08fa 6Z wn169n 代入公式（3-2）得：工作台每分进给量：mf0.08 6 16981.12/minmzwff znmm 取80/minmfmm根据机械加工工艺手册 被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知 =22mml刀具切入长度：1l130l 刀具切出长度：取 =3mm2l走刀次数为 1取 =22mm，=3mm, 130l 代入公式（3-3）得：机动时间：=(22+30+3)/80=0.69min1jt1 jt以上为铣一个端面的机动时间，故本工序机动工时为t1=2=2X0.69=1.38min1 jt工序 5：钻，扩，铰 23H8 孔；加工条件：机床：专用组合钻床刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀（1） 、钻孔 20mm切削深度：ap=10mmpa进给量：根据机械加工工艺手册 因为此次钻孔后还需要一个扩孔及一个铰刀f的加工，所以选择进给量的范围为 f=0.350.43mm/r 综合考虑取 进给量 f=0.4mm/r取切削速度 v=28.7m/min80mf无锡太湖学院学士学位论文16取=28m/min =20mm V0d代入公式（3-1）得机床主轴转速：n=1000v/d0=(1000x28)/(3.14x20)=445m/minn 根据机械加工工艺手册 取 n=545m/min;实际切削速度：V= dn/1000=3.1420545=34.226m/minV被切削层长度 ：=76mml刀具切入长度：1=20mm1l刀具切出长度：=3mm 2l走刀次数为 1机动时间： (3-4)jt121 jllltfn取 =76mm，1=20mm，=3mm , f=0.4mm/r, n=5m/min 入公式 （3-4）得： 机动时间 ：=(l+l1+l2)/fn=(76+20+2)/(455x0.4) =0.54min1 jt（2） 、扩 20mm 孔；切削深度：ap=1.1mmpa进给量：根据机械加工工艺手册得：ff=(0.91.2)mm/r；查机械加工工艺手册 取 f=1.0mm/r切削速度：根据机械加工工艺师手册 取V19/minVm取=19, =22.2 代入公式（3-1）得；V0d机床主轴转速： r/min， 根据机械加工工艺册 n2732 .2214. 319100010000xxdvn取 n=272r/min;实际切削速度：V； min/96.1810002722 .2214. 310000mndV根据机械加工工艺师手册 ；被切削层长度 ： l76lmm刀具切入长度： =4mm1l1l刀具切出长度： =3mm 2l2l基于气动夹紧的专用夹具设计17走刀次数为 1取， =4mm，=3mm, f=1.0mm/r, n=272r/min 代入公式（3-4）得：76lmm1l2l机动时间 ：min；1jt31. 00 . 12723476211xfllltnj（3）铰 23H8 孔;切削深度：ap=0.4mm；pa进给量：根据机械加工工艺手册 取f(0.95 2.1)/fmm r根据机械加工工艺师手册 ，取1.2/fmm r取切削速度9.1/minVm取=9.1, =23mm 代入公式（3-1）得;V0d机床主轴转速：，根据机械加工工艺手册 nmin.1262314. 31 . 91000110000rxxdVn取 n=140r/min；实际切削速度：V； min/11.1010001402314. 31000V0mxxnd被切削层长度 ：l76lmm刀具切入长度：=20mm 1l1l刀具切出长度：=5mm 2l2l走刀次数为 1取，, ,n=140r/min 代入公式（3-4）得：76l 15l 220l 1.2f 机动时间 ：；jtmin61. 02 . 114052076211xfllltnj（4）倒角 C1 采用锪钻。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速与扩孔时相同：090n=272r/min；手动进给。 工序 5：钻，铰 2-8H8 孔；加工条件：机床：专用组合钻床无锡太湖学院学士学位论文18刀具：麻花钻、铰刀（1） 、钻 7.8mm 孔切削深度：=3.4mm;papa进给量：根据机械加工工艺手册 取=0.18-0.22mm/r;ff根据机械加工工艺手册 取=0.20mm/r;f切削速度 V=32.6m/min取=33m/min, =7.8 代入公式（3-1）得V0d机床主轴转速：，根据机械加工工艺手册nmin.1333.8714. 3.632100010000rxxdVn取 n=1360r/min;实际切削速度：V min/3 .33100013608 . 714. 31000V0tmxxnd被切削层长度 ： =12mm;ll刀具切入长度：=20mm; 1l1l刀具切出长度：=3mm ;2l2l走刀次数为 1取 =12mm，=20mm，=3mm, =0.20mm/r,n=1333r/min;代入公式（3-4）得：l1l2lf机动时间 ：;jtmin13. 020. 0133332012211xfnllltj以上为钻一个孔的机动时间，故本工序机动工时为;=2x0.13=0.26min;12jjtt （2）铰 2-8H8 孔;切削深度：=0.1mm;papa进给量：根据机械加工工艺手册 取f(0.8 1.8)/fmm r根据机械加工工艺手册表 28-36，取1.2/fmm r取切削速度 V=8.7m/min;取=8.7m/min, =8mm 代入公式（3-1）得V0d基于气动夹紧的专用夹具设计19机床主轴转速：，据机械制造工艺设计简明手nmin.346814. 3.78100010000rxxdVn册 7取 n=392r/min实际切削速度：V min/111000392914. 31000V0tmxxnd被切削层长度 ： =12mm;ll刀具切入长度：=20mm; 1l1l刀具切出长度：=5mm; 2l2l走刀次数为 1取 =12mm，=20mm，=5mm, =1.2mm/r,n=394r/min;代入公式（2-4）得：l1l2lf机动时间 ：jtmin7.002 . 139232012211xfnllltj以上为铰一个孔的机动时间，故本工序机动工时为;=2x0.07=0.14min;12jjtt 工序 6：镗 29mm 孔；加工条件：机床：T68 镗床刀具：90 镗刀、45 镗刀00（1） 、镗孔至 27mm；切削深度：=2mm;papa进给量：根据机械加工工艺手册 P-1063 表 14-7 取=0.40.6mm/r;ff根据机械加工工艺手册 取=0.5mm/r;f切削速度 V=127m/min取=127m/min, =7.8 代入公式（3-1）得V0d机床主轴转速：，nmin.14982714. 3127100010000rxxdVn根据机械加工工艺手册取 n=1000r/min;实际切削速度：V无锡太湖学院学士学位论文20；min/8.788100010002714. 31000V0tmxxnd切屑加工时：被切削层长度 ： =26mm;ll刀具切入长度：=30mm; 1l1l刀具切出长度：=2mm; 2l2l走刀次数为 1 次取 =26mm，=30mm，=2mm, =0.5mm/r, n=1000r/min;l1l2lf代入公式（3-4）得：机动时间 ：jtmin12. 0.50100023026211xfnllltj倒角 C1，采用 45 偏刀。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速与镗孔时相同：0n=1000r/min；手动进给。工序 7：拉花键孔（6-23H8mmx26H8x6D9mm） ；加工条件：机床：专用组合拉床；刀具：矩形齿花键拉刀；单面齿升：查机械加工工艺手册 ，确定拉花键孔时花键孔拉刀的单面齿升为0.06mm，拉削速度 V=3.6m/min;切削工时： ；zvfkltz1000Zb式 中： 为单面余量 1.5mm bZ 为拉削长度；l 为校准部分的长度系数；=1.2 K 为机床返回行程系数，取 K=1.4 V 为拉削速度； 为拉刀单面齿升；zf Z 为拉刀同时工作齿数；Z= /Pl P 为拉刀齿距； mml127635. 11.5)(1.25P所以，拉刀同时工作齿数 Z=l/p=76/126;基于气动夹紧的专用夹具设计21综上所述，拉削工时为： min15. 0606. 06 . 310004 . 12 . 176.511000Zbxxxxxxzvfkltz3.7 零件加工工艺设计小结零件加工工艺设计小结以上内容主要是对换挡拨叉的加工工艺进行设计。首先要明确零件的作用 ，本次设计的换挡拨叉的主要作用就是车床变速机构中，主要起换档，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。在确定了零件的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以对零件的工艺路线进行分析，制定出几套工艺方案，然后对这几套方案进行分析比较，选择最优方案，最后确定切削用量并计算出基本工时。优良的加工工艺是能否生产出合格的，优质零件的必要前提，所以对零件加工工艺的设计十分重要，设计时要反复比较，综合考虑机加工因素，选择出最优方案。4 基于气动夹紧的专用夹具设计基于气动夹紧的专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。 经过与指导教师协商，决定设计铣 40外圆两端面的气动铣夹具及加工 2-8H8 工艺孔的钻夹具设计。铣 40外圆两端面的气动铣夹具用于立式铣床，适合于批量生产，铣刀采用指状铣刀，先加工一个面再加个另一个面。加工 2-8H8 工艺孔的钻夹具用于立式钻床，适合于批量生产，刀具分别采用麻花钻、扩孔钻及铰刀，加工出来作为后续加工的工艺孔使用。4.1 设计主旨设计主旨本夹具主要用来铣 40的两个端面，从零件图中可以知道这两个端面有一定的粗糙度要求，对于尺寸精度与行位精度没有严格的要求。但是加工本工序时没有任何孔来无锡太湖学院学士学位论文22定位，刚好是进过实效处理的毛坯件，在以后的工序中这两个面也不起什么定位作用。因此，在本道工序主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度不是主要问题。4.2 夹具设计夹具设计4.2.1 定位基准的选择定位基准的选择 由零件图可知，有 22和 40的外圆可以利用，因此采用 V 型块进行装夹，采用两个小 V 型块和一个大的 V 型块定位装夹，这样总共限制 5 个自由度，因此在 22的端面处采用一个支撑钉，这样自由度被完全限制了，但从零件图中知道，圆弧的壁厚比较薄，刚性比较差，因此在 40处又加了一个辅助支撑，这样就把刚性差的问题避免了，改夹具采用铰链式夹紧，通过快速气缸和压板进行夹紧，并且要实现快速装夹，提高劳动生产率。 4.2.2 定位误差分析定位误差分析 工件在夹具中的位置由定位基准与定位元件相接触或配合来确定的，然而工件与定位元件均有制造误差，就会使一批工件在夹具中的位置不一致，从而导致工件工序尺寸的误差，这就是定位误差。该夹具由计算分析知道基准不重合误差为零，基准位移误差也为零所以没有定位误差。 因此能满足零件的加工要求。4.2.3 铣夹具设计的基本要求铣夹具设计的基本要求 如前所述，在设计夹具时，为了提高劳动生产率，应着眼于机动夹紧，本道工序的铣床夹具就选择了气缸拉动压板对工件进行夹紧。本道工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要加大压板，而这将使整个夹具过于庞大。因此，应设法降低切削力。目前采取的措施有三个：一是提高毛坯的制造精度，是最大背吃刀量降低，以降低切削力；二是选择比较合适的铰链机构，增大夹紧时的力臂以降低夹紧力；三是在可能的情况之下，适当提高夹紧力，来满足夹紧的要求。 夹具上还需要装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞尺配合使用很好的对刀；同时，夹具体底面上的一对 U 型槽可使夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。4.3 气缸的设计计算气缸的设计计算设计要求是做任何设计的依据，气动夹具设计时要明确气动传动系统的动作和性能要求，这里一般要考虑以下几方面：1）该设备中，哪些运动需要液压或气压传动完成，各执行机构的运动形式及动作幅度；2）对液压或气压装置的空间布置、安装形式、重量、外形尺寸的限制等；3）执行机构载荷形式和大小；4）执行机构的运动速度，速度变化范围以及对运动平稳性的要求；基于气动夹紧的专用夹具设计235）各执行机构的动作顺序，彼此之间的联锁关系，实现这些运动的操作或控制方式；6）自动化程度、效率、温升、安全保护、制造成本等方面的要求；7）工作环境方面的要求，如温度、湿度、振动、冲击、防尘、防腐、抗燃性能等；另外对主机的功能、用途、工艺流程也必须了解清楚，力求设计的系统更加切合实际。4.3.1 切削力及切削力矩的计算与分析切削力及切削力矩的计算与分析对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律。通常是求出一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示，必要时还应作出速度、负载随时间（或位移）变化的曲线图（称为速度循环图、负载循环图和功率循环图） 。在一般情况下，液压和气压系统中气缸承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载、功率、惯性负载、重力负载、密封负载和背压负载，前五项构成了气缸所要克服的机械总负载。这里为了方便起见，只是将铣削时产生的铣削力矩作为气缸的工作负载，其余的负载这里没有考虑（只需要按照一定的工作方式进行计算即可） 。根据加工需要，该系统的工作循环也较为简单：快速前进快速后退原位停止。根据调查研究和工作系统要求，快速前进和快速后退的速度约为 4.5m/min，不考虑换向及启动时间、动静摩擦系数等因素，气缸的机械效率 取 0.9。由于本道工序主要完成花键孔的两端面加工，为后续花键孔的加工提供良好的基准，且在铣削过程中由于铣刀所产生的铣削力对工件的附加转矩会造成工件的加工误差，因而必须对工件所受的铣削力和铣削力矩进行计算分析，从而设计出符合要求的夹紧装置。对气缸的设计计算主要是以铣削力矩为主进行理论计算，以工件加工中所需的夹紧力来设计气缸的结构参数，以实现工件快速装夹所需要的行程来确定气缸的理论行程，因而需要对工件所受的夹紧力和夹具的结构进行分析。1）切削力的计算切削力的计算可通过试验的方法，测出各种影响因素变化是的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用的切削力经验公式有两种：一是指数公式；二是单位切削力。这里为了方便起见，以单位切削力进行切削力的计算。单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用 kc表示。由切削手册得主切削力公式： c0F9.81/60FFFFFFZXYFpfeFCaaaZdnk式中：CF、XF、YF、F、F是指切削用量的系数和指数，可查相关设计手册；ap-铣削深度，mm；无锡太湖学院学士学位论文24af-每齿进给量，mm/Z；ae铣削宽度，mm；Z-铣刀齿数，n-铣刀每秒转速，m/s；d0-切削宽度，mm；kFZ-切削条件改变时的修正系数；代入数据可得工件所受的切削力：Fc=3305N。2）由切削手册得铣削力矩公式：3c0MFd /10Z式中：M-铣削力矩，Nmm；Fc-铣削力，N；d0-切削宽度，mm；Z-铣刀齿数，代入数据可得：M=2079660 Nmm.在夹具设计时采用了由气缸带动两个定 V 形块及一个活动的 V 形块对工件实施夹紧，工件所需要的夹紧力是由这个气缸提供的，因此需要计算气缸所受的负载，气缸所应提供的夹紧力 F 可按如图 3.1 所示夹紧情况来进行计算。由图 3.1 可知：MFL式中：M-铣削力矩，Nmm；F-夹紧力，N；L力臂，mm；代入数据可得：F=18906N。4.3.2 气缸的设计计算气缸的设计计算1）初选气缸的工作压力16图 3.1 夹紧力分析计算图基于气动夹紧的专用夹具设计25工作压力是确定执行元件结构参数的主要依据，它的大小影响执行元件的尺寸和成本，甚至整个系统的功能。在此气动夹具设计中，因采用企业气源作为动力，一般空气的压力为0.50.8Mpa。所以选定工作压力为0.5Mpa。2）确定气缸的主要结构参数本气缸采用单向作用气缸。最大负载即为上面所求值，F=18906N，其缸径计算公式为:264418906D6.317103.140.510Fmp式中:F - 活塞杆上的推力，N- -气缸工作压力，MPaPD-气缸缸体直径，m 查设计8手册，按气缸内径系列将以上计算值圆整为标准直径，取D=65mm。由,可得活塞杆直径:3 . 02 . 0/DdmmDd5 .1913)3 . 02 . 0(圆整后，取活塞杆直径校核，按公式mmd18)4/(21dF有:5 . 0)/14(Fd 其中，MPa120NF7501则:5 . 0)120/4904(d1828. 2满足实际设计要求。3）缸筒壁厚的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: 2/pDP式中:- 缸筒壁厚，mm- 气缸内径，mmD- 实验压力，取, PapPPPp5 . 1材料为:ZL3,=3MPa代入己知数据，则壁厚为: 2/pDP无锡太湖学院学士学位论文26)(5 . 6)1032/(1066565mm取，则缸筒外径为:mm5 . 7)(8025 . 7651mmD4）活塞行程的确定由夹具设计中对零件进行装夹的移动距离可知，为了便于工件的装夹，移动压板所需要的行程为75mm，气缸装在移动夹板的另一端，由杠杆原理可知，气缸移动的距离不小于是150mm，为了确保气缸安全工作，取气缸的工作行程为160mm。5）气动传动原理图拟定由于只有一个工作气缸，且气缸的快速前进和快速后退速度可取相同，并没有采用多种工速，因而气动传动原理图相对简单，其传动原理图如图4.2所示，所需要的气动元件规格如表3-1所示。各通行机构的调速，这种方法的特点是结构简单效果好。如平臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快启动速度，也可调节全程的速度。气液传送器气缸的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器18的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸缓冲均采用液压缓冲器10，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作气缸速度，行程，尺寸计算出所需压缩空气流量，与选用的电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。序号型号规格名称数量1QF-44手动截止阀12储气缸13QSL-26-S1分水滤气器1图 4.2 气动传动原理图9表 4-1 气路元件表基于气动夹紧的专用夹具设计274QTY-20-S1减压阀15QIU-20-S1油雾器16YJ-1压力继电器1724D2H-10-S1二位五通电磁滑阀18单向节流阀19气缸15 加工加工 2-8H8 工艺孔夹具设计工艺孔夹具设计5.1 加工加工 2-8H8 工艺孔夹具设计工艺孔夹具设计本夹具主要用来钻、铰工艺孔 2-8H8。这两个工艺孔均有尺寸精度要求为上偏差+0.022 mm，两孔形位公差要求为 0.12mm。并用于以后拉花键孔的定位。本道工序为换挡拨叉的第六道工序，加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求两孔的同轴度要无锡太湖学院学士学位论文28求，如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。5.2 定位方案的分析和定位基准的选择定位方案的分析和定位基准的选择由零件图17可知，两工艺孔位于零件 22mm 孔内外侧面上，其有表面粗糙度要求Ra=6.3mm。为了保证所钻、铰的孔的同轴度要求，则用定位心轴与 23H8 孔过盈配合。又根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、半精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择 40mm 外圆端面和与 23mmH8 孔过盈配合的定位心轴为主要定位基准限制工件的五个自由度，以保证 2-8H8 孔的同轴度要求，再用一个活动 V 形块限制工件的另一个自由度。其定位分析如图 5.1 所示。 5.3 配合种类的选择配合种类的选择选择配合种类11的目的是确定孔、轴结合的相互关系， 以保证机器满足设计的使用要求。首先是选择合理的配合类别及基本偏差， 其次是尽量选用优先、 常用配合。公差等级、 基准制和配合种类都选定后， 即可根据国标的 “优先、 常用配合” 表确定合理的配合。定位心轴与直径 23H8 孔配合起到定位作用，故选择配合间隙很小的不回转配合 H8/g7. 图 5.1 定位分析图基于气动夹紧的专用夹具设计29定位心轴与夹具体上直径 22H7 孔采用过盈配合 H7/P6，装配时可采用中等打入方法,拆卸也比较方便。可换钻套更换较为方便，可换钻套在衬套中，衬套以 H7/n6 的过盈配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间采用 F7/m6 配合。5.4 定位误差分析定位误差分析本工序选用的工件以 23mm 孔在定位心轴上以小间隙配合定位19，心轴为垂直放置，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。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍。分析如图 4.2 所示。由上面 4.3 节所述配合种类可得出的定位心轴与 23H8 孔的配合为 23H8/g7 ；则 ：dDYyxTTY查机械加工工艺手册得：式中： 定位副间的最小配合间隙 =0.007mm； 工件圆孔直径公差 =0.033 mm； DTDT 心轴外圆直径公差 =0.021 mm;TdTd将数值带入公式得： ；mmTdDYyx61.0021.0033.0007.00TY5.5 切削力的计算与夹紧力分析切削力的计算与夹紧力分析由于本道工序主要完成工艺孔的钻、铰加工，而钻削力远远大于铰削的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由切削手册12得：钻削力 式（5-1）6 . 08 . 026HBDfF 图 5.2 心轴垂直放置时定位分析图无锡太湖学院学士学位论文30图 5.3 快换钻套图钻削力矩 式（5-2）6 . 08 . 09 . 110HBfDT 式中：D=8mm maxmaxmin11187187 14917433HBHBHBHB f=0.20mm/r ; 代入公式（5-1）和（5-2）得;则 ：0.80.62680.321741839FNmm 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧力计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。5.6 钻套、衬套、钻模板设计钻套、衬套、钻模板设计工艺孔的加工需钻、铰二次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如图 5.3所示） ，以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔H88-2mm 分钻、铰二个工步完成加工。快换钻套可选用标准件，查现代夹具设计手册13可选择 H，具体见可见装配图。因为在钻孔过程中钻模板的受力不大，根据选择的钻套的工作深度可确定钻模板的厚度为 12mm 即可满足要求；钻套用衬套也根据所选用的快换钻套即可选择，衬套结构及尺寸如图 5.4 所示。快换钻套配用的压紧螺钉为尺寸为 M6。5.7 活动活动 V 形块的设计形块的设计图 5.4 固定衬套图1.90.80.610 80.321744617TN mm基于气动夹紧的专用夹具设计31活动 V 形块的作用是限制零件在加工时绕定位心轴旋转，因此可根据 V 形块所作用的 22mm 外圆，该零件有标准可查，查机械设计14即可选择，具体可见装配图。5.8 支撑板的设计支撑板的设计 由零件图可看出，在钻工艺孔时，钻头向下的力可能使加工出来的孔不满足尺寸精度要求和同轴度要求或者零件还会发生变形使之报废。因此为了避免上述情况发生，达到图纸要求，故在孔下方位置设计一个可调支撑板。可调支撑板可以沿着夹具体上下调节位置，这样零件可以顺利的装夹，同时支撑板才能可靠的支撑 22mm 圆内侧面。为了加强支撑板的支撑强度，防止支撑板受压变形，故设计了两块肋板来满足要求。利用压紧螺钉将支撑板固定在夹具上。可调支撑板结构如图 5.5 所示。 夹具体的设计主要考虑零件的形状及零件在装夹，拆卸过程是否方便可靠，加工过程中式否能满足设计图纸上所标注的尺寸精度以及形位公差。最后将上述各主要元件装配成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见 CAD 夹具体图纸所示。5.9 夹具体设计夹具体设计夹具体是用于连接夹具各元件及装置,使其成为一个整体的基础件,并与机床有关部位连接,以确定夹具相对于机床的位置.其在设计时应满足以下基本要求:应有足够的强度和刚度保证在加工过程中, 夹具体在夹紧力,切削力等外力作用下,不至于产生不允许的变形和震动，由此可选用材料 HT200.结构应简单,具有良好工艺性. 在保证强度和刚度条件下,力求结构简单,体积小,重量图 4.5 可调支撑板结构图无锡太湖学院学士学位论文32轻,以便于操作.尺寸要稳定.对于铸造夹具体,要进行时效处理,以消除内应力.保证夹具体加工尺寸的稳定.便于排屑为防止加工中切削聚积在一起定位元件工作表面或其他装置中,而影响工件的正确定位和夹具的 正常工作,在设计夹具体时,要考虑切削的排除问题.根据此次加工的零件形状及工艺要求综合考虑设计出如图 5.6 所示夹具体：5.9.1 夹具精度分析夹具精度分析本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸 2-8H8 孔及同轴度公差0.12 要求。本道工序最后采用铰削加工，并采用快换钻套.。定位心轴与直径 23H8 孔配合起到定位作用，选择的配合是间隙很小的不回转配合H8/g7 经过前面的径向基准位移误差分析得出结果：mmx61.00Y 钻本工序孔时孔下方有可调支撑板给