CA6140车床拨叉的加工工艺及夹具设计论文

0 目 录 引言 . 0 1 机床夹具 . 1 . 1 . 2 . 2 . 2 2 零件的加工工艺规程设计 . 3 . 3 . 3 . 3 . 4 . 4 . 4 序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 5 . 7 3专用夹具设计 . 12 . 12 8底孔 丝 钻 . 13 . 13 紧力的计算 . 13 定位误差分析 . 14 图 3 花键轴 . 15 . 15 . 16 . 16 4结束语 . 17 5谢词 . 18 参考文献 . 19 引言 夹具 是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊 接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为 机床夹具 。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备， 对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位 1 置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种 :一种是工件直接装夹在机床的工作台或卡盘上 ;另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备 ，但效率低，一般用于单件和小批量生产。批量较大时，大都用夹具装夹工件，因为 它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等。机床夹具的使用有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现 “一机多用 ”等。 1 机床夹具 机械制造业经过了漫长的发展历程，从远古简单的石器打磨，到现代工业的数控加工，已经摆脱了手工作坊的作业方式，进入集团化生产、专业化协作的生产阶段。而夹具随着机械制造模式的改 变也经历了变革。 近些年来，随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代化加工设备的广泛应用，使传统的机械加工的制造方法发生了重大变革，由一次装夹多面加工，代替了传统的多次装夹和多次加工，由大批量生产转变为多品种小批量的生产。夹具的功能已经从过去的装夹、定位、引导刀具，转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的扩大化，已经将夹具的引导刀具的功能完全替代，给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。同时，在单件小批量生产中，由于批量小，设计制造夹具增加研发成本和延长生产周期。因此，这时候最多采 用的生产模式是简易生产，即土法上马以牺牲产品质量为代价来保证生产需求，这在科技高速发展的今天，明显不适应社会发展的需求。为了使企业整体的数字化和现代化加工技术能够得到更快的发展，就要使夹具设计和数字化、现代化加工技术相结合，所以人们开始研究一种新型的 于知识的工程）夹具。知识工程 14。其特点为： （ 1）保存占地面积小，制造周期短。 （ 2）满足循环经济的要求，最大的生的生产利用率。 （ 3）可实现工序间精确定位转换。 与专用夹 具生产周期长，保存占地面积大的缺点相比之下， 具的确是一种先进的夹具。但是由于目前 具还没有在各大企业公司之中推广使用，而且我国大多数企业的产品制造仍然为大中批量生产，专用的机床夹具仍在 2 各大中企业中普遍使用。 我们知道当零件生产批量较大时，大都用夹具装夹工件。因为它有稳定地保证工件的加工精度、提高劳动生产率扩大机床的使用范围，改善操作者的劳动条件等诸多优点。特别是工件批量愈大时，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。 根据夹具在不同生产类型中的通 用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等 1。 （ 1）通用夹具是指结构、尺寸已规格化，而且具有一定通用性的夹具。这类夹具适应性强，可用来装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。 (2)专用夹具。这类夹具是专为零件的某一道工序的加工而设计和制造的。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。 (3)可调夹具。可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件 和夹紧元件便可使用。 (4)组合夹具。组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新夹具。 （ 5）自动线夹具。自动线夹具一般分为两种 :一种为固定式夹具，它与专用夹 具相似 ;另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。 按使用机床可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具以及其他机床夹具等。这是专用夹具设计所用的分类方法。 按夹紧的动力源分 类可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具等。 机床夹具的结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为以下几个部分 : (1)定位元件及定位装置；定位元件与工件的基面相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置。 (2)夹紧元件 (夹紧装置 )；夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，使工件在加 3 工过程中保持在夹具中的既定位置。 (3)夹具体；用于连接或固定夹具上个元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。 (4)对刀或导向装置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，、如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件称为导向装置。 (5)分度 ,对定装置； (6)其他装置或元件； 根据加工需要，有些夹具分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、顶出器和平衡块等。 2 零件的加工工艺规程设计 该 零件是 床的拨叉 （图 1） ， 它位于厢体内部：主要作用是传递纽 矩 ，帮助改变机床工作台的运动方向。零件在主视方向均有 8件中部有 0220025 。的花键孔，上平面分别有 螺纹孔和 5锥孔 ,所有技术要求都是为了机床总体装配。 图 1 拨叉零件图 本零件可从零件图中可知 ,它有三组加工面 ,而有位置要求 ,还有两组孔 ,也有位置和精度要求。 1、零件左端面，它是毛坯铸造出来之后等待加工的第一个面，此面将作为粗 基准，表面粗糙度为 据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工 4 方式，即节省时间又能达到技术要求。 2、零件顶面，它是以底面为粗基准而加工的，它将作为精基准以完成以后的孔 加工，为达到题目要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式， 3、以顶面为基准加工 0220025 。的花键孔，此面表面粗糙度为 用钻，扩即达到要求。 4、 18槽侧面粗糙度为 面粗糙度为 精铣，两步工序能达到要求。 5、加工 纹孔，由机械加工工艺手册查知底孔为 虑到工艺要求我们采取钻、攻丝两步工序。 6、加工 机械加工工艺手册查知 加工的适当工艺过程 中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。 由以上工艺过成的完成，本零件也按要求加工完成。 由零件要求可知，零件的材料为 虑到本零件在具体工作的受力情况，我们选择砂型铸造，足以满足要求，又因为零件是中批量生产，所以选择砂型铸造是提高效率节省成本的最佳方法。 基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确，可以使加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，会使零件大批量地报废，使用无法 进行，难以在工期内完成加工任务。 粗基准的选择对于本拨叉来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以粗加工的表面为粗基准，零件左端面，它是毛坯铸造出来之后等待加工的第一个面，此面将作为粗基准正好符合要求。 对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，在此设计中我们以 0210025 。的孔为精基准，基本满足要求。 制定工艺路线的出发点，是应该使两件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到妥善保证，在生 产纲领一确定成批生产的情况下，我们尽量集中工序，除此之外我们还应该考虑经济效益，工艺简单工序集中，尽量降低成本。 工艺路线 5 方案 一： 工序 1:铸造； 工序 2:时效处理； 工序 3:粗铣、半精铣左端面； 工序 4:粗铣、半精铣顶面； 工序 5:钻、扩 22孔； 工序 6:车 22倒角 工序 7:拉花键孔； 工序 8:铣 18 工序 9:钻 丝 钻 工序 10:去刺 工序 11:检验。 方案二： 工序 1:铸造； 工序 2:时效处理； 工序 3:粗铣、半精铣左端面； 工序 4: 钻、扩 22孔； 工序 5:粗铣、半精铣顶面； 工序 6:车 22倒角； 工序 7:拉花键孔； 工序 8:铣 18 工序 9:钻 丝 钻 工序 10:去刺； 工序 11:检验。 工艺路线的比较与分析： 第二条工艺路线不同于第一条是将 “工序 4:钻、扩 22孔 ”变为 “工序 5粗铣、半精铣顶面 ”其它的先后顺序均没变化。通过分析发现这样的变动影响生产效率。而对于零的尺寸精度和位置精度都没有太大程度的帮助。 以零件左端面为基准，先铣下端面。再钻 、扩 22 孔，符合先加工面再钻孔的原则。若选第二条工艺路线 而先钻 、扩 22孔， 再 粗铣、半精铣顶面 需要二次装夹 。所以发现第二条工艺路线并不可行。从提高效率和保证精度这两个前提下，发现第一个方案也比较合理想。 序尺寸及毛坯尺寸的确定 “拨叉 ”零件的材料为 度 00，毛坯重量约为 1产类 6 型为成批量生产，采用砂型铸造， 13级精度以下（批量生产） 。由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 根据上述原始资料及加工工艺 ，分别对个加工表面的机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸确定如下： （ 1） 零件端面： 此面是粗基准，是最先加工的表面，由机械加工工艺设计实用手册表66算底面加工余量。 e=C A （ 1）式中 e 余量值 ； 铸件的最大尺寸； A 加工表面最大尺寸； C 系数 e=足机械加工工艺设计实用手册表 6 （ 2） 顶面 因为表面粗糙度要求高，根据零件图中可以看出加工余量为 e=3足机械加工工艺设计实用手册表 6 （ 3） 中间 22 孔 毛坯为实心，不冲出孔，孔精度为 间，根据机械加工工艺设计实用手册确定尺寸和余量。 钻孔： 20 扩孔： 22 e=2 4） 25 花键孔 以 22孔为基准拉孔 e=3 5） 铣 18毛坯为实心，不冲出孔，根据机械制造工艺手册查知 e=18 6） 毛坯为实心，不冲出孔，根据机械制造工艺手册查知 钻 攻丝 e= 7 （ 1） 工序 ：铣端面 加工条件： 机床： 刀具：高速钢圆柱铣刀 中 d=80 L=82 l=22算切削用量：机械加工工艺手册表 f= 由切削用量手册表 s s s 各 修 整系数为 以有 V= =s V= =s V= =s 由 s= s 所以实际切削速度 V=01000s=12m/ （ 2） 确定主轴转速： l1+7 l=75mm n=0100=7r/s=420r/ （ 3） 8 切削工时： 12 9 2 1 . 5 3 m i l （ 4） （ 2） 工序 ：铣 20+10平面 加工条件： 机床： 刀具：高速钢立铣刀 其中 d=32 z=6 . 计算切削用量： 机械加工工艺实用手册表 15 z 由机械加工工艺实用手册表 15v=s=18m/ws 1000 =1000 2=3r/s(179r/ （ 5） 按机床选取： 8 0 3 . 1 4 3 2 3 . 1 7 0 . 3 1 7 /1 0 0 0 1 0 0 0m s 实 际（ 6） 刀具 切入 长度： 01 刀具 切 出 长度： 2 被切削层长度： l=80进给量： 1 . 5 2 /a z n m m s 121 8 0 1 0 2 1 . 0 1 m i 5 2l lt v （ 7） （ 3） 工序 钻，扩 22孔 钻 20孔 9 加工条件： 机床： 花钻 ， 其中 d=20算切削用量： 0机械加工工艺手册表 15 15 f=r v=s 确定主轴转速： n=01000334r/ （ 8） 实际机床选取： v=0 . 4 1 /1000n （ 9） 被 切削层长度： l=80具 切入 长度： 1 5l 具 切出 长度： 2 3 12 0 . 6 2 m i l (10)扩 22孔 加工条件： 机床： 刀具：扩孔钻 ， 其中 d=22算切削用量：机械加工工艺手册表 15 15 f=r v=s 确定主轴转速： 10 n=01000. 按机床选取： 1 4 0 / m i 际机床选取： v=0 . 1 6 /1000n （ 11）切削工时： 12 0 . 7 8 m i l （ 12）(4) 拉花键孔 1 . 5 8 0 1 . 2 1 . 4 0 . 1 3 /1 0 0 0 1 0 0 0 3 . 6 0 . 0 6 7ns zz l y rn m sv f z （ 13）(5) 铣 18 加工条件： 机床： 刀具：直齿三面刃铣刀 ， 其中 d=80mm,z=18计算切削用量：8机械加工工艺手册表 15 15 z v=s 确定主轴转速： n=01000 （ 14） . 按机床选取： 7 5 / m i 际机床选取： 11 v=0 . 3 1 4 /1000n （ 15）切削工时： 12 1 . 1 6 m i l (16)( 6) 钻 1) 钻 加工条件： 机床： 刀具：麻花钻 其中 d=机械加工工艺手册表 15 15 f=r v=s 确定主轴转速： n=01000998r/ （ 17） . 按机床选取： 9 6 0 / m i 际机床选取： v=0 . 3 4 /1000n （ 18）被切削层长度： l=11具切入切出： l+削工时： 12 12 0 . 1 2 m i l (19)2) 攻丝 工条件： 机床： 用丝锥 ， 其中 d=8削用量：机械加工工艺手册表 15 15 f=1mm/r v=s 确定主轴转速： n=01000286r/ （ 20） . 按机床选取： 2 7 2 / m i 际机床选取： v=0 . 1 1 /1000n (21)刀具切入切出长度： l1+ 被切削层长度 ： l=11削工时： 12 0 . 0 6 m i l (22)3专用夹具设计 因该零件为批量生产，所以 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动 13 强度，需要设计专用夹具。 根据任务要求中 的设计内容，需要设计 钻 孔 丝 钻孔专用 夹具各一套。 本夹具将用于 式钻床 ， 刀具为麻花钻，机用丝锥。为达到零件工艺要求， 需要 对零件进行钻、扩两步工序进行加工。利用本夹具主要是钻 纹底孔 此孔没有特殊的形位要求 ,因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动的生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。 8底孔 丝 钻 具设计 根据 零件图及 定位 基准的选择原则，采用以 采用以 22孔以及零件左端面来定位。 紧力的计算 09 . 8 1 Z f Y d f K(23)查表可得 此 95N 09 . 8 1 Z M Y d f K(24) 查表 可得 K=此扭矩 M=夹紧力机构产生的实际夹紧力应满足下式 ： P=KF 其余系数 K=24 基本安全系数 2加工性质系数 3刀具钝化系数 14 断续刀削系数 以 K=设计夹夹具时，应该注意劳动生产率。但是考虑到实际夹紧力较小，以及所加工零件的结构特征，决定选用螺旋夹紧机构成，并用滑动压板图 2 压紧，它具有压紧零件以及方便零件的安装和拆卸。 图 2 滑动压板 定位误差分析 根据夹具方案的设计，采用花键轴 图 3 进行定位，花键轴可 固定 零件在夹具中的位置。由于所加工的零件对本工序加工的面没有特殊的技术要求，虽然由于定位孔的加工误 差以及底面的误差，可能产生所加工的面的平面度、位置度等形位误差，但是在这里是允许的。 15 图 3 花键轴 由于是钻孔，因此可选用钻套， 钻套具有引导刀具以及保证被加工孔的位置精度和提高工艺系统的刚度的作用。 标准钻套可分为固定钻套、可换钻套和快换钻套。固定钻套定位精度高，但磨损后不易更换，常用于中小批量生产中。可换钻套磨损后，将螺钉松开便可迅速更换，多用于大批量生产。因此在此选用可换钻套 图 4。 因为钻套必须安装在钻模板才能正确地确定刀具的位置并引导刀具 进行 加工 ，保证孔的加工要求和提高生产率，所以钻模板的设计也是非常必要的。图 5为钻模板的设计。 图 4 可换钻套 16 图 5 钻模板 夹具体图 6 主要用于连接或固定夹具上个元件及装置，使其成为一个整体的基础件。 图 6 夹具体 如图 7所示为夹具的装配图 图 5 装配图 17 图 7 夹具装配效果图 本夹具采用螺旋夹紧机构，通过手动螺旋螺母，用滑动压板及夹紧板 ，幷通过调节支撑的调节，将毛坯件夹紧，然后由可换钻 套将钻头导入，进行带加工孔的钻孔加工。 4结束语对专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。本夹具 在设计过程中 设计反应 了 夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、 夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。 而且运用 软件将每个元件的实体形状及最后的装配效果显现出来 。 但由于本人缺乏设计经验 ,个人能力有限 ,所以 本 夹