拔叉类零件的加工工艺和夹具设计

拨叉类零件加工工艺和夹具设计摘要：本次毕业设计是拔叉零件加工工艺设计，及加工夹具设计。该拨叉位于车床变速机构中，主要起换挡、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。此拨叉零件的结构较为复杂，其加工的地方主要是孔和平面。本设计一共十三道工序，以先孔后面为原则。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它们的加工精度。基准选择以拨叉右面的最大平面作为粗基准，来加工中间的通孔，然后以此加工过的孔为精基准。主要加工工序安排是先以中心孔定位加工出顶平面和右侧平面以及下面的大孔的两平面，再以中心孔定位加工出下端的大孔。最后以这两个孔为基准，分别加工右侧的槽和顶面的螺纹底孔。整个加工过程选用了钻床、铣床和镗床。因此生产效率较高，适用于大批量流水线上加工。专用夹具的设计是针对工序精铣槽16H11的设计，夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价比。关键词：拔叉，加工工艺，夹具，设计TransmissionforkpartsprocessingtechnologyandfixturesdesignAbstract:Thisgraduationdesignistransmissionforkpartsprocessingtechnologyandfixturesdesign.Theforkislocatedlathegearmechanism,theroleisshiftandspindlerotarymotioninaccordancewithrequirementsofworkers,accesstotherequiredspeedandtorque.Partofthisconfigurationismorecomplicatedfork,itsmainlyprocessingplaceisholesflat.Thedesignprocesshasthirteen,theprincipleis“firstholeandthesurface”.Puttheholeandsurfaceclearlydividedintoroughingandfinishingstagestoensuretheirprecision.Thelargestsurfacetotherightoftheforkasaroughbenchmark,thenprocessthethroughholeinthemiddle,andthisholeisfinebenchmark.Theprincipalprocessesarrangementisprocessthesurfaceonthetopandthesurfaceontherightsideandthesurfaceofthefollowinghole,thenprocessthefollowinghole.Finally,withreferencetothesetwoholes,processedslotontherightsideandtopofsurfacepilotholefortappingseparately.Thewholeprocessisselecteddrilling,millingandboringmachines.Thereforeithashigherproductivityandapplytotheprocessingofhigh-volumeassemblyline.Specialfixtureisdesignedforthetwelfthslot16H11finishingprocessesofdesign.Fixturestructureissimple,easytooperate,lowercosts,goodvalue.Keyword:transmissionfork,processingtechnology,fixture,design目录1前言12零件的分析22.1零件的作用22.2零件的技术要求22.3零件的工艺分析33工艺规程的设计43.1生产类型的确定43.2确定毛坯的制造形式53.3基面的选择53.3.1粗基准的选择53.3.2精基准的选择53.4制定工艺路线63.4.1制定多种工艺路线63.4.2工艺方案的分析与比较73.5拨叉工艺路线及设备、工装的选用83.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定83.7确立切削用量及基本工时104夹具设计174.1问题的提出174.2工序设计专用夹具的优点174.3夹具设计174.3.1定位基准的选择174.3.2切削力和夹紧力的计算184.3.3定位误差分析194.3.4夹具设计及操作的简要说明20结论21附录22附录1拨叉零件图22附录2夹具零件图23附录3机械加工工艺过程卡片24附录4机械加工工序卡片25参考文献26致谢2701前言机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水平和国防实力。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品性能和质量的好坏则取决于制造过程中工艺水平的高低。将设计图样转化成产品，离不开机械制造工艺与夹具，因而它是机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。离开了它，就不能开发制造出先进的产品和保证产品质量，不能提高生产率、降低成本和缩短生产周期。机械制造工艺技术是在人类生产实践中产生并不断发展的。机械制造工艺的内容极其广泛，它包括零件的毛坯制造、机械加工及热处理和产品的装配等。毕业设计是在学完了所有课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这是我们在毕业前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练，更是一次毕业总结。因此，毕业设计在这四年的学习中占有十分重要的地位，因此我们一定竭尽所能搞好自己的设计，给自己的学业划上一个圆满的句号。由于个人能力有限，设计中难免有许多不足之处。希望各位指导老师给予批评指正，我也会在以后的工作中严格要求自己，努力提高自己的专业技能。12零件的分析2.1零件的作用题目所给的零件是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。零件上方的25孔与操纵机构相连，二下方的60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。2.2零件的技术要求拨叉零件技术要求表加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra形位公差/mm25孔两端面80IT1225孔25H7IT81.660孔60H12IT93.260孔两端面12d11IT103.2螺纹孔顶面距25孔中心线36IT116.3M22x1.5螺纹M22x1.5铣槽端面距槽底面8H12IT116.3铣16H11槽16H1IT93.222.3零件的工艺分析CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1.以25mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：25H7mm的孔，以及42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为25H7mm通孔。2.以60mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：60H12的孔，以及60H12的两个端面。主要是60H12的孔。3.铣16H11的槽这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面，16H11mm的槽两侧面。4.以M221.5螺纹孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：M221.5的螺纹孔，长32mm的端面。主要加工表面为M221.5螺纹孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：(1)60孔端面与25H7孔垂直度公差为0.1mm.。(2)16H11mm的槽与25H7的孔垂直度公差为0.08mm。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。拨叉零件图见附录1。33工艺规程设计机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。3.1生产类型的确定生产类型的确定对零件的工艺规程影响很大，在编制规程之前，须先确定的是生产类型。生产纲领为企业在计划期内生产的产品产量和进度计划等指标。也叫年产量。N=Qn（1+a+）注N：零件的年产量，单位是件/年。Qn：为产品的年产量，单位是台/年。a：为备品的百分率，一般为3-5。：为废品的百分率，一般为1-3。若该产品的年产量为1000台/年，则其生产纲领：N=1000X1X（1+4%+3%）=1070件/年。依据机械制造工艺学中，生产纲领和生产类型关系，一览表，确定生产类型为中批生产。零件的生产纲领（件/年）生产类型重型机械中型机械轻型机械单件生产520100小批生产510020200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产100050005000043.2确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。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。3.3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。3.3.1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25孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利021.用一组共两块V形块支承这两个42作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。3.3.2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。3.4制定工艺路线5制定工艺路线的出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,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3.4.1制定工艺路线工艺路线方案一工序一粗、钻、扩、铰、精铰25、60孔工序二粗、精铣60、25孔下端面。工序三粗、精铣25孔上端面工序四粗、精铣60孔上端面工序五切断。工序六铣螺纹孔端面。工序七钻22孔（装配时钻铰锥孔）。工序八攻M221.5螺纹。工序九粗铣半精铣精铣槽所在的端面工序十粗铣半精铣精铣16H11的槽。工序十一检查工艺路线方案二工序一粗、精铣25孔上端面。工序二粗、精铣25孔下端面。工序三钻、扩、铰、精铰25孔。工序四钻、扩、铰、精铰60孔。工序五粗、精铣60孔上端面工序六粗、精铣60孔下端面。工序七切断。工序八铣螺纹孔端面。工序九钻22孔（装配时钻铰锥孔）。工序十攻M221.5螺纹。工序十一粗铣半精铣精铣槽所在的端面工序十二粗、半精铣精铣16H11的槽。工序十三检查。工艺路线方案三工序一粗、精铣25孔上端面。工序二粗、精铣25孔下端面。工序三钻、扩、铰、精铰25孔。工序四钻、扩、铰、精铰60孔。工序五粗、精铣60孔上端面6工序六粗、精铣60孔下端面。工序七铣螺纹孔端面。工序八钻22孔（装配时钻铰锥孔）。工序九攻M221.5螺纹。工序十粗铣半精铣精铣槽所在的端面。工序十一粗、半精铣精铣16H11的槽。工序十二切断。工序十三检查。工艺路线方案四工序一以42外圆为粗基准，粗铣25孔下端面。工序二精铣25孔上下端面。工序三以25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰25孔,孔的精度达到IT7。工序四以25孔为精基准，粗铣60孔上下端面。工序五以25孔为精基准，精铣60孔上下端面，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，钻、镗、铰60孔，保证空的精度达到IT8。工序七两件铣断工序八以25孔为精基准，铣螺纹孔端面。工序九以25孔为精基准，钻20孔（装配时钻铰锥孔）。工序十以25孔为精基准，钻一个20孔，攻M221.5螺纹。工序十一以25孔为精基准，铣槽端面。工序十二以25孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08。工序十三检查。3.4.2工艺方案的比较与分析方案一的工序加工不太合理，大多数都应该先铣平面再加工孔，那样会更容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，对设备有一定要求。方案二的工序可以适合大多数生产，但是在全部工序中间的工序七把两件铣断，对以后的各工序的加工定位夹紧不方便，从而导致效率较低。方案三仍有先钻孔再铣平面的不足。综合以上因素，方案四虽然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀具不用调整）。多次加工60、25孔是精度要求所致。在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上选择了方案四。73.5拨叉工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备X53K刀具量具1粗、精铣25孔端面立式铣床Z5125A端铣刀游标卡尺2精铣25孔端面立式铣床Z5125A端铣刀游标卡尺3钻、扩、铰25孔立式钻床麻花钻头游标卡尺4检查5钻、镗、铰60孔钻床Z5163A麻花钻头、镗到刀游标卡尺6铣断卧式铣床X61K锯片铣刀7铣60孔两端面卧式铣床X5032端铣刀游标卡尺8铣螺纹孔顶面立式铣床X53K端铣刀游标卡尺9钻、攻螺纹M22x1.5钻床Z5163K麻花钻头、丝锥10铣槽端面立式铣床X53K端铣刀游标卡尺11铣16H11槽万能铣床X61K三面刃铣刀游标卡尺12去毛刺13检查3.6机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定”CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190210HB，毛坯重量1.45kg，生产类型为中批量，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：81.外圆表面（42）考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。2.外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（25，60端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表3.126，取25，60端面长度余量均为2（均为双边加工）铣削加工余量为：粗铣2mm半精铣0.7mm3.内孔（60已铸成50的孔）查工艺手册表2.22.5，为了节省材料，取60孔已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为50mm。工序尺寸加工余量：钻孔5mm扩孔0.5mm铰孔0.1mm精铰0mm同上，零件25的孔也已铸出15的孔。工序尺寸加工余量：钻孔至23余量为8mm扩孔钻1.8mm粗铰孔0.14mm精铰孔0.06mm4.槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量铸出槽端面至中心线47mm的距离，余量为3mm。工序尺寸加工余量：粗铣端面2.1mm半精铣0.7mm精铣0.2mm95.螺纹孔顶面加工余量铸出螺纹孔顶面至25孔轴线且垂直轴线方向40mm的距离，余量为4mm工序尺寸加工余量：粗铣顶面3.1mm半精铣0.7mm精铣0.2mm6.其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为中批量生产，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。3.7确定切削用量及基本工时工序一以42外圆为粗基准，粗铣25孔上下端面。1.加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=200241,铸造。加工要求：粗铣25孔上下端面。机床：X62型卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度aePcc=12.8kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/Vf=80/500=0.16min=9.6s.工序六以25孔为精基准，粗铣60孔上下端面。1.加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=190241,铸造。机床：XA5032卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae60,深度apPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/Vf=(72+9)/375=0.216min.工序七以25孔为精基准，精铣60孔上下端面1.加工条件工件材料：HT200,b=0.16GPaHB=190241,铸造。机床：XA5032卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae60,深度apPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/Vf=(72+9)/375=0.216min.结果ap=0.3mm,f=0.21mm/z,nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.工序八铣螺纹孔顶面1.选择机床及刀具机床：X53K立式铣床。刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。2.切削用量1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。2）刀具耐用度14查2表寿命T=180min。3）计算切削速度查2得Vc0.38mm/s，n=1.53r/min,Vf=1.42mm/ss16.20.85nfLtm工序九粗铣半精铣精铣槽16H11的端面1.选择机床刀具选择立式铣床X53K硬质合金钢端铣刀60pa2.切削用量查2表5f=0.140.24mm/rT=180min取f=0.15mm/rv=1.84m/minn=7.32r/minmin/4.6Vf3.计算工时s19.231nfLtm半精铣04s.62ftm238tT1工序十精铣槽16H11本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步，此工序精铣槽须满足各技术要求包括：槽宽16H11，槽深8H12，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。1.选择机床及刀具机床x61W型万能铣床刀具错齿三面刃铣刀铣槽do=16mm查1表8国家标准GB1118D=160mmd=40mmL=16mm齿数z=242.计算切削用量（1）由1表9.41和3查得走刀量f=0.67mm/r（2）铣刀磨钝标准和耐用度由1表9.46查得磨钝标准为0.20.3表9.47查得耐用度为T=150min（3）切削速度15由1式3.2vPuwYfXpmqVkzaTdCVv0v查表9.48得其中：修正系数.1v40VC2q.0vXm=0.5.vY5u1pmzfaf82467.6wa8代入上式，可得v=49.5m/min=0.82m/s（4）确定机床主轴速度in/5.390/.610rsrdwvns由3按机床选取主轴转速为6.33r/s所以实际切削速度为min/2.196/27.310sdnvw3.计算切削工时sznaylvLTffm.164夹具设计设计工序精铣槽16H11的夹具4.1问题的提出本夹具用于在卧式铣床上加工拨叉的16H11槽，工件以25H7孔、叉口侧面及60H12叉口为定位基准，在长销6、支承板4及削边销3上实现完全定位。夹紧时，首先旋转手柄2夹紧叉口部位。再旋动螺母8、带动夹爪5和7、浮动夹紧25孔两端面。最后转动手柄1镇定夹爪位置。夹爪7可旋转90，以便装取工件。4.2工序设计专用夹具的好处1.保证加工质量，试用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面互相之间的位置精度，使用机床夹具后，这种精度主要靠夹具和机床来保证，不再依赖于工人的技术水平。2.提高生产效率，降低生产成本，使用夹具后可减少划线找正等辅助时间，且易实现多件、多工位加工。3.扩大机床工艺范围，在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。4.减轻工人劳动强度，保证安全生产。4.3夹具设计4.3.1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，17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。25的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的25孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的25孔的端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。4.3.2切削力和夹紧力计算1.刀具：高速钢错齿三面刃铣刀160mmz=24机床：x61W型万能铣床由3所列公式得FVzwqueyXpFndafC0查表9.48得其中：修正系数0.1vk3F83.FqFXz=2465.0yuPa0Fw代入上式，可得F=889.4N因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数K=4321K其中：为基本安全系数1.51为加工性质系数1.12为刀具钝化系数1.13K为断续切削系数1.14所以NF7.152夹紧力的计算18选用夹紧螺钉夹紧机由FKfN21其中f为夹紧面上的摩擦系数，取25.01fF=+GG为工件自重zPNfFN4.35121夹紧螺钉：公称直径d=20mm，材料45钢性能级数为6.8级MPaB06MPaBs4801螺钉疲劳极限：B9263.2.1极限应力幅：akma7.51li许用应力幅：MPSa3.li螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为ss=3.54取s=4得MPa120满足要求8.24cHdFPaNc153.2经校核：满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。4.3.3.定位误差分析1.定位元件尺寸及公差确定。19夹具的主要定位元件为一平面和两定位销，孔与销间隙配合。2.工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：Td=Dmax-Dmin本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。4.3.4.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。本道工序为镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小，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。夹具零件图见附录2。20结论本次课程设计主要设计的是拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备，在这段时间里，我们充分运用了大学里所学的知识进行设计，每次遇到困难，经过研究以后才发现，那是我们学过的内容。这次设计内容涉及之广，连贯性之强，让我深深体会到设计的严谨。无论是在设计或是制图过程中，出现一点毛病就可能重新开始检查