毕业设计（论文）拨叉831008的工艺规程及粗铣φ32孔上端面的工装夹具设计(校正版)

拨叉CA831008加工工艺设计及粗铣上端面专用夹具设计姓名_王子嘉专业_机械设计制造及其自动化学号_1090810110班号_0908101_指导教师_王广林_哈尔滨工业大学2012年12月20日一、零件分析（一）、零件的作用CA6140车床的拨叉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20孔与操纵机构相连，二下方的50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。（二）、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20为中心的加工表面这一组加工表面包括20的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M6的螺纹孔。这三个都没有高的位置度要求。2以50为中心的加工表面这一组加工表面包括50的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求，即50的孔上下两个端面与20的孔有垂直度要求。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。二、工艺规程设计（一）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。考虑到零件年产量为4000件，已达到中批生产的水平，故采用金属型铸造毛坯。（二）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。（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，首先选取工件底面作为粗基准，以支撑板大平面支撑底面作为主要定位面，限制3个自由度，铣削上下端面。之后选取20孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一个固定V形块和一个活动V型块支承这两个32的外轮廓作定位面，限制3个自由度，再以一个大平面支撑加工过的底面，限制3个自由度，达到完全定位，然后进行钻削。（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。（三）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。在生产纲领已确定为中批生产的情况下，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。1、工艺路线方案一工序1钻扩两孔20工序2半精铣底面工序3粗镗半精镗孔50工序4粗铣半精铣32端面工序5粗铣半精铣50端面工序6粗铣32圆柱侧面工序7钻锥孔8及M6底孔工序8攻螺纹M6工序9半精绞精绞两孔20工序10切断工序11去毛刺清洗工序12终检2、工艺路线方案二工序1粗铣底面工序2粗铣端面32工序3钻扩铰两孔0工序4精铣底面工序5精铣端面工序6钻扩铰孔5工序7粗铣上端面2工序8粗铣上端面工序9铣断工序10钻与M6螺纹孔底孔工序11攻M6螺纹孔工序12铣圆柱面侧面32工序13去毛刺，清洗工序14终检3、工艺方案比较分析区别1方案一是先加工内孔20，再以20孔为基准加工底面，然后加工50内孔，而方案二先加工底面，以底面为基准加工各面及20内孔。由方案一可见20孔为基准加工底面精度易于保证，但不方便于定位与加工，而方案二中先粗加工平面，再加工孔，可基本保证垂直度要求，再以孔为基准精加工上下两面，互为基准，可保证加工精度，并符合要求。区别2方案一最后铣断，方案二在加工小孔，以及圆柱面侧面之前铣断。由方案一可见在加工小孔时，需要将零件颠倒，二次装夹，浪费时间且精度不易保证，且增加了专用夹具的设计难度，方案二中先将零件铣断，便于定位加工，符合中批生产要求。综上，方案二较为合理，因此，最后的加工路线确定如下工序1粗铣底面/以32上端面为基准，选用XA5032立式铣床和专用夹具工序2粗铣32圆柱上端面/以底面为基准，选用XA5032立式铣床和专用夹具工序3钻、扩、绞孔20/以底面与两32圆柱面为基准，选用Z525立式钻床与专用夹具工序4精铣底面/以32端面为基准，选用XA5032立式铣床和专用夹具工序5精铣32端面/以底面为基准，选用XA5032立式铣床和专用夹具工序6钻、扩、绞孔50/以底面、两20孔为基准，选用Z550立式钻床与专用夹具工序7粗铣72上端面/以底面为基准，选用XA5032立式铣床和专用夹具工序8粗铣72上端面/以底面为基准，选用XA5032立式铣床和专用夹具工序9铣断/以大底面与两20孔为基准，选用XA6132卧式铣床和专用夹具工序10钻锥孔8、M6底孔/以一面两孔为基准，选用Z512台式钻床及专用夹具工序11攻螺纹孔/以一面一孔为基准，选用Z525立式钻床与专用夹具工序12铣32圆柱面侧面/以一面两孔为基准，选用XA5032立式铣床和专用夹具工序13去毛刺清洗工序14终检（四）机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定拨叉零件材料为HT200，硬度170220HBS，取190HBS。毛坯重量约10KG，生产类型为中批生产，采用金属型铸造毛坯。跟据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下（1）、由于工件较小，为方便加工节省材料将两件铸在一起，同时加工。（2）、铸件的圆角半径按表221选则金属型铸造R35MM，拔模斜度外表面0O30。毛坯热处理方式为自然失效处理以消除铸造应力。（3）、两内孔2000021MM0，考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将32圆柱铸成实心的。（4）、两内孔精度要求IT7。参照机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表238确定工序尺寸及余量为钻孔18MM扩孔198MM2Z18MM绞孔2000021MM2Z02MM（5）、内孔5002505MM，毛坯铸底孔46MM，内孔精度要求IT12表面粗糙度为RA32，参照工艺手册表2310确定工序尺寸及余量为钻孔48MM2Z20MM扩孔498MM2Z18MM绞孔50025050MM2Z02MM（6）、内孔50端面加工余量按照工艺手册表225可知，加工余量等级MA为F，尺寸公差等级CT为79，取7。由表224得孔外端面单边加工余量为25，双边加工余量为20。由表221可知，铸件的尺寸公差数值为12，取06。铣削余量精铣削的公称余量（单边）为Z05MM铣削公差现规定本工序（粗削）的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工尺寸偏差022MM（入体方向）。由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差，因此规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上，加工余量有最大及最小之分。由于本设计规定的零件为中批生产，应该采用调整法加工，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定。50端面精铣的加工余量（单边）Z05MM粗铣加工余量（单边）Z20MM毛坯名义尺寸1225217MM毛坯最大尺寸17062182MM毛坯最小尺寸17062158MM粗铣后最大尺寸12052130MM粗铣后最小尺寸1300221278MM精铣后与零件图尺寸应相符，即12018006MM（7）、两32圆柱端面加工余量及公差圆柱32圆柱端面为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求为RA32。32端面精铣的加工余量（单边）Z05MM粗铣加工余量（单边）Z20MM毛坯名义尺寸3025235毛坯最大尺寸35062362毛坯最小尺寸35062338粗铣后最大尺寸3005231粗铣后最小尺寸310223078精铣后与零件图尺寸应相符，即30MM（五）加工基本工时工序1粗铣底面1选择刀具（1）根据切削用量简明手册（以下简称切削手册）表12，选择YG6硬质合金端铣刀。根据表31铣前深度AP6MM，铣削宽度AE90MM，端铣刀直径D0100125MM，取100MM。由于采用标准硬质合金端铣刀，故齿数Z10（2）铣刀几何形状由表32可知，R0508KR60KR30KR5S10010B122选择切削用量（1）铣削深度AP由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完，故APH2MM（2）每齿进给量FZ由XA5032型立式铣床功率75KW，查表35可知FZ014024MM/Z取FZ024MM/Z（3）选择铣刀磨纯标准及刀具寿命由表37可知，铣刀后刀面最大磨损限度为1015MM由表38可知，刀具平均寿命T180MIN（4）切削速度VC与每分钟进给量VF由D0/Z100/10，T180MIN，AP2MM，FZ024MM/Z，查表316可知，VT96M/MIN，由01NDVFZZ可得NT3055R/MINVFT7332MM/MIN各修正系数为KMKMNKMF10KSKSNKSF08故V961008768M/MINN305510082444R/MINVF733210085865MM/MIN根据表330选择N235R/MINVF600MM/MIN因此实际切削速度和每齿进给量为VC7379M/MINFZ0255MM/Z（5）校验机床功率由硬度190HBSAE90MMAP2MMD0100Z10VF600MM/MIN，查表324可知，PCC46KW根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为PCM75075563KW，故PCC150，R0008KR45KRE30KR5S2008BQ122选择切削用量（1）决定铣削深度AP（由于加工余量不大，可以在一次走刀内切完）APH6MM（2）决定每齿进给量FZ当使用YG6铣床功率为75KW查表35时FZ014024MM/Z取FZ018（3）选择铣刀磨纯标准及刀具寿命根据表37铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时20，精加工时05由于铣刀直径D0100MM故刀具寿命T180MIN（查表38）（4）根据（表316）当D0100MMZ10AP2FZ018I98M/MINNT32R/MINFT490MM/MIN各修正系数为KMKMNKMF089KSKSNKSF08故CTK980890870M/MINNNTKN32208908230R/MINFFTKT490089083503MM/MIN根据X62型卧式铣说明书（设计手册表4235）选择N300R/MINFC375MM/MIN因此实际切削速度和每齿进给量为CD0N/1000314100300/1000942M/MINFZCFC/（NCZ）375/300100125MM/Z（5）根据机床功率根据表324当HBS170240AE9MMAP2D100Z10F375MM/MIN近似PCC38KW根据X62型卧式铣说明机床主轴允许功率为PCM75075563KW故PCCPCM因此所选择的切削用量可以采用即AP2F375MM/MINN300R/MINC942M/MINFZ0125MM/Z3计算基本工时TML/F式中L20MM根据表326，对称安装铣刀，入切量及超切量Y35则故TML/NF（2034）/375007MIN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。经过与指导老师协商，决定设计第道工序粗铣32上端面。本夹具将用于XA5032立式铣床。刀具为YG6硬质合金端铣刀。51问题的提出本夹具主要用来粗铣32外圆上端面，该端面与其他面没有任何位置形状关系。在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。52夹具设计1定位基准选择由零件图可知，粗铣32外圆上端面，因为是粗加工，用72的端面作为大平面（主要定位面）定位和两边外圆用一个固定V型块和一个活动V型块夹紧定位，限制6个自由度。2切削力及夹紧力计算（1）刀具采用端铣刀80MMZ10,用端铣刀保证一次走刀对两个32平面同时进行粗铣。这样就可以一刀铣出两个平面，并且保证尺寸和平行度。机床XA5032立式铣床由切削用量手册表328，得0981FFXYUPZEVQWCAFKDN查表,得铣削修正系数VK54F1FQ9FX32EAM08DZ1007Y0UPFW24ZFM代入上式，可得F1052N各方向分力3405368899457CVLNFF取取取在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数012345K其中为基本安全系数15为加工性质系数粗加工121为刀具钝化系数102K为连续切削系数103为夹紧力稳定系数手动夹紧134手动夹紧手柄位置方便为105K代入，2325K取根据设计，走刀方向为主要受力方向所以67VFN（2）夹紧力的计算夹紧力23H夹紧轴最细公称直径D10MM，材料45钢性能级数为68级MPAB106MPABS4801疲劳极限MPAB192603201极限应力幅KMA751LI许用应力幅PASA3LI强度校核许用切应力为SS354取S4得MPA120满足要求245HCFD2139CPA经校核满足强度要求，夹具安全可靠，使用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54定位误差分析定位原件主要有，固定V形块、活动V形块和固定支撑板三部分组成，全部采用标准件设计，活动V形块的通道配合采用H7公差，可能会有一定的X、Y方向的误差，固定V形块和支撑板有平行度要求，定位公差应小于工件的定位公差。本工序采用底面用大平面定位，并用一固定V形块和一活动V形块定位，工件始终夹紧于两V形块之间而下端面的定位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，工件不会在X、Y、Z方向发生转动或移动。并且，由于加工是自由公差，主要精度要求在Z轴方向，故应当能满足定位要求。55对刀装置设计对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳内侧端面的粗铣加工，所以选用圆形对刀块。圆形对刀块的结构和尺寸如图所示图34对刀块图对刀块尺寸如下塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示标记四周倒圆图35平塞尺图塞尺尺寸为表32平塞尺尺寸表公称尺寸H允差DC3000602556夹具设计及操作简要说明如前所述，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。夹紧方式为固定V形块和活动V形块配合，操作为手动手柄夹紧。而本工序切削余量小，切削力小，夹紧力小，拆卸方便，所以为降低成本采用手动夹紧。本夹具的最大优点就是结构简单，成本低，耐用度高，操作方便。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用螺旋夹紧机构。总结本次夹具设计即将结束，时间虽短但使我获益菲浅。一次又一次的大作业与课程设计，一步一步走来，我们从当初一个尺寸都不敢下手画到现在，在老师的指导下已经可以完成夹具的设计，不得不说，正是这些大作业与课程设计让我们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，使我们学会检索和利用图书馆和网络的资料，更好的更熟练的应用我们手中的各种设计手册和各种制图软件，特别对我们的手工绘图能力和体力做出了很多考验并因此提升（关于手工绘图能力的提升至今仍未理解为何电脑制图在应用中占绝对多数的时候还被如此重视），为我们踏入设计打下了好的基础。本次设计使我认识到，只是努力学好书本上的知识是远远不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。课程设计是本科毕业前的非常难得的理论与实践相结合的机会，通过本次设计，对拨叉的加工工艺及其夹具设计