拨叉加工工艺及夹具设计

1此次设计是对拨叉零件的加工工艺和夹具设计，其零件为锻件，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具，特别的对于加工大头孔、槽和钻小头孔斜面小孔的工序中，选一面两销的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。关键词拨叉，加工工艺，专用夹具，设计2 1 1 52.1拨叉的工艺分析 52.2拨叉的工艺要求 5 63.1加工工艺过程 63.2确定各表面加工方案 63.2.1影响加工方法的因素 6 73.3确定定位基准 73.2.1粗基准的选择 73.2.1精基准选择的原则 83.4工艺路线的拟订 83.4.1工序的合理组合 93.4.2工序的集中与分散 9 3.5拨叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 3.5.1毛坯的结构工艺要求 3.5.2拨叉的偏差计算 3.6确定切削用量及基本工时(机动时间) 3.7时间定额计算及生产安排 4.1研究原始质料 4.2定位、夹紧方案的选择 5.1研究原始质料 5.2定位基准的选择 35.3切削力及夹紧分析计算 5.4误差分析与计算 5.5零、部件的设计与选用 5.5.1定位销选用 5.5.2夹紧装置的选用 5.5.3定向键与对刀装置设计 5.6夹具设计及操作的简要说明 6.1研究原始质料 6.2定位基准的选择 6.3切削力及夹紧力的计算 6.4误差分析与计算 6.5零、部件的设计与选用 6.5.1定位销选用 6.5.2夹紧装置的选用 6.5.3钻套、衬套、钻模板设计与选用 6.6夹具设计及操作的简要说明 1机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，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来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。而本次对于拨叉加工工艺及夹具设计的主要任务是：(1)完成拨叉零件加工工艺规程的制定；(2)完成镗孔、铣槽、钻孔三个专用夹具的设计。通过对拨叉零件的初步分析，了解其零件的主要特点，加工难易程度，主要加工面和加工粗、精基准，从而制定出拨叉加工工艺规程；对于专用夹具的设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据切销力的大小、批量生产情况来选取夹紧方式，从而设计专用夹具。52拨叉的分析2.1拨叉的工艺分析拨叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有小头孔端要求加工，对精度要求也很高。拨叉的底面、大头孔上平面和小头孔粗糙度要求都是Ra1.6,所以都要求精加工。其小头孔与底平面有垂直度的公差要求，拨叉底面与大头孔上平面有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽边有平行度公差和对称度公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。2.2拨叉的工艺要求一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。该加工有七个加工表面：平面加工包括拨叉底面、大头孔上平面；孔系加工包括大、小头孔、φ6小孔；小头孔端20.5403的槽加工以及大头孔的铣断加工。(1)以平面为主有：①拨叉底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是Ra=1.6;②大头孔端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是Ra=1.6。(2)孔系加工有：①φ44的大头孔粗、精镗加工，其表面粗糙度为Ra=6.3;②φ20H9的小头孔钻、扩和铰加工，其表面粗糙度要求③φ6的小孔钻加工，φ6小孔表面粗糙度要求Ra=12.5。(3)小头孔端20.53槽的加工，该槽的表面粗糙度要求是两槽边Ra=1.6,而槽底的表面粗糙度要求是Ra=6.3。(4)最后为大头孔的铣断加工，要求断口粗糙度Ra=6.3。拨叉毛坯的选择模锻，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在1~3mm,结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其年产量是5000件，由[3]表2.1～3可知是中批量生产。上面主要是对拨叉零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择6了其毛坯的的制造方法为模锻和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供3工艺规程设计由以上分析可知，该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。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，对于拨叉来说，加工过程中的主要问题是保证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以及槽的各尺寸精度。由上面的一些技术条件分析得知：拨叉的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。3.2确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计拨叉的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。3.2.1影响加工方法的因素(1)要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。(2)根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。(3)要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。(4)要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。(5)此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6,7表面粗糙度为Ra0.63μm,并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车——半精车——淬火——粗磨。3.2.2加工方案的选择(1)由参考文献[3]表2.1～12可以确定，平面的加工方案为：粗铣——精铣(IT7□.),粗糙度为R,6.3～0.8,一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以(2)由参考文献[3]表2.1～11确定，φ44孔的表面粗糙度要求为6.3,则选择孔的加方案序为：粗镗——精镗。加零件毛坯不能直接锻出孔，只能锻出一个小坑，以便在以后加工时找正其中心，但其表面粗糙度的要求为Ra=1.6,所以选择加工的方法是钻——扩——因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是Ra=12.5,所以我们采用一次钻孔的加工方法。(5)小头端面槽20.503的加工方法是：因槽两侧面表面粗糙度的要求较高，为Ra=1.6,所以我们采用粗铣——精3.3确定定位基准3.2.1粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。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8(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。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉零件图分析可知，主要是选择加工拨叉底面的装夹定位面为其加工粗基准。3.2.1精基准选择的原则(1)基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。(2)基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。(3)互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉零件图分析可知，它的底平面与φ20H9小头孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用φ44的孔为加工基准。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。3.4工艺路线的拟订对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗、精加工拨叉底9面大头孔上平面。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.4.1工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：(1)工序分散原则工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。(2)工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在80口的含0.4%～1.1%苏打及0.25%～0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于200mg。3.4.2工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。(1)工序集中的特点工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。(2)工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备，简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术水平要求不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。3.4.3加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：(1)粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。粗糙度为Ra80～100μm。(2)半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9～IT10。表面粗糙度为Ra10~(3)精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保证零件的形状位置几精度，尺寸精度及表面粗糙度，使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后，可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度.精加工的加工精度一般为IT6～IT7,表面粗糙度为Ra10～1.25μm。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。3.4.4加工工艺路线方案的比较在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下表：表3.1加工工艺路线方案比较表工序号方案I方案Ⅱ工序内容定位基准工序内容定位基准粗铣平面E、Fφ20H9孔粗、精铣E平面φ20H9孔精铣平面E、Fφ20H9孔粗、精铣F平面φ20H9孔钻、扩、铰：φ20H9孔底面和侧面钻、扩、铰：φ20H9孔底面和侧面粗镗φ44孔底面和φ20孔粗、精镗φ44孔底面和φ20孔精镗φ44孔底面、φ20孔和φ44孔粗、精铣20.5+0.3槽底面、φ20孔和φ44孔粗铣20.53槽底面、φ20孔和φ44孔钻：φ6孔底面、φ20孔和φ44孔精铣20.503槽底面和φ20孔铣断底面和φ20孔钻：φ6孔检验铣断底面和φ20孔加工工艺路线方案的论证：(1)从前两步工序可以看出：方案Ⅱ把粗、精加工都安排在一个工序中，以便装夹、安装工件。(2)再看后面的镗孔、铣槽工序，方案I把粗、精加工分在两个不同的工序中，而方案Ⅱ都在一个工序中，这样不但有利于工件的安装，且在设计专用夹具时也可以减少工件的安装次数。方案2中其工序较为集中，如粗、精加工都安排在一个工序中，以便装夹、由以上分析：方案Ⅱ为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如表3.2加工工艺过程表工序号工作内容锻造模锻铸件毛坯尺寸：长：195.6mm宽：68mm高：45.2mm孔：φ41热处理退火铣粗、精铣E平面工件用专用夹具装夹；双立轴圆工作台铣床铣粗、精铣F平面工件用专用夹具装夹；双立轴圆工作台铣床铰d=17mm再将φ17扩孔到φ19.7最后进行铰加工到要求尺寸φ20H9工件采有专用夹具装夹，机床选用摇臂钻床粗、精镗粗、精镗孔φ44工件用专用夹具装夹；立式铣镗床(T68)粗、精铣粗、精铣20.5槽工件用专用夹具装夹；双立轴圆工作台铣床钻钻φ6到要求尺寸工件用专用夹具装夹；摇臂钻床(Z3025))铣断将大头孔φ44铣断检验入库清洗，涂防锈油3.5拨叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定拨叉的锻造采用的是45钢模锻制造，其材料是45,生产类型为中批量生产，采用模锻毛坯。3.5.1毛坯的结构工艺要求拨叉为锻造件，对毛坯的结构工艺性有一定要求：(1)由于模锻件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需要进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。(2)为了使金属容易充满模膛和减少工序，模锻件外形应力求简单、平直的对称，尽量避免模锻件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。(3)模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构。(4)模锻件的整体结构应力求简单。(5)工艺基准以设计基准相一致。(6)便于装夹、加工和检查。(7)结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。3.5.2拨叉的偏差计算(1)拨叉底平面和大头孔上平面的偏差及加工余量计算底平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余粗铣：由参考文献[4]表11～19。其余量值规定为2.0～2.5mm,现取2.2mm。查[3]可知其粗铣时精度等级为IT12,粗铣平面时厚度偏差取-0.21mm精铣：由参考文献[3]表2.3～59,其余量值规定为1.0mm。锻造毛坯的基本尺寸为42+2.2+1.0=45.2mm,又由参考文献[4]表11～19可得铸件尺寸公差为。毛坯的名义尺寸为：42+2.2+1.0=45.2m·毛坯最小尺寸为：45.2-0.6=44.6mm毛坯最大尺寸为：45.2+1.4=46.6mm粗铣后最大尺寸为：42+1.0=43mm粗铣后最小尺寸为：42-0.21=41.79mm精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度15d8。(2)大小头孔的偏差及加工余量计算参照参考文献[3]表2.2～2,2.2～25,2.3～13和参考文献[15]表1～8,可扩孔的精度等级：T=10,表面粗糙度Ra=12.5um,尺寸偏差是0.21mm。表面粗糙度Ra=3.2um,尺寸偏差是0.084mm。表面粗糙度Ra=1.6um,尺寸偏差是0.043mm。粗镗孔的精度等级：IT=13,表面粗糙度Ra=12.5um,尺寸偏差是0.39mm。精镗孔的精度等级：Ir=8,表面粗糙度Ra=1.6um,尺寸偏差是0.039mm。根据工序要求，小头孔加工分为钻、扩、铰三个工序，而大头孔加工分为粗镗、精镗二个工序完成，各工序余量如下：参照参考文献[3]表2.3～47,表2.3～48。确定工序尺寸及加工余量为：加工该孔的工艺是：钻——扩——铰扩孔：φ19.72Z=2.7mm(Z为单边余量)加工该孔的工艺是：粗镗——精镗锻件毛坯孔的基本尺寸分别为φ:44-2.2-0.8=41mm参照参考文献[1]表21～5,得其槽边双边粗加工余量2Z=2.0mm,槽深加工余量为1.0mm,再由参照参考文献[1]表21～5的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为。。0,精加工为。o。槽两边毛坯名义尺寸为：20.5-2=18.5mm槽两边毛坯最大尺寸为：18.5+0.110=18.5.110mm槽两边毛坯最小尺寸为：18.5-0=18.50m·粗铣两边工序尺寸为：18粗铣槽底工序尺寸为：273.6确定切削用量及基本工时(机动时间)工序1:粗、精铣E平面。机床：卧式铣床x6012刀具：硬质合金可转位端铣刀(面铣刀),材料：γT数z=5,此为粗齿铣刀。所以铣削深度a,:a,=2.2mm精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm考文献[3]表2.4～81,取铣削速度v=2.8m/s文献[3]表2.4～81,取铣削速度v=2.47m/s机床主轴转速n:按照参考文献[3]表3.1～74,取n=475r/min实际铣削速度v:被切削层长度1:由毛坯尺寸可知1=141mm,l'=68mm刀具切出长度l,:取l₂=2mm走刀次数为1工序2:粗、精铣F面。机床：卧式铣床x6012刀具：硬质合金可转位端铣刀(面铣刀),材料：YT15,D=100mm,齿数8,此为细齿铣刀。所以铣削深度a,:a,=2.2mm铣削深度a,:a,=1.0mm文献[3]表2.4～81,取铣削速度v=2.47m/s考文献[3]表2.4～81,取铣削速度v=2.8m/s机床主轴转速n:按照参考文献[3]表3.1～31,取n=600r/min实际铣削速度v:工作台每分进给量f:fm=V,=12mm/s=720mm/min被切削层长度1:由毛坯尺寸可知1=141mm,I=68mm刀具切入长度1₁:精铣时1=D=100mm刀具切出长度l₂:取l₂=2mm走刀次数为13.7时间定额计算及生产安排根据设计任务要求，该拨叉的年产量为5000件。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于21件。设每天的产量为21件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于22.8min。参照参考文献[3]表2.5～2,机械加工单件(生产类型：中批以上)时间定额的计算公式为：t₄=(t,+t;)(1+k%)+t/N(大量生产时t/N≈0)因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为：t₄=(t,+t;)(1+k%)t,—辅助时间，用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间k—布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值(1)粗、精铣E、F面于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为1min,k:根据参考文献[3]表2.5～48,k=13t₀=(m+t)(1+k%)=(0.55+1.41)(1+13%)≈2.21min×--………t₂w=(+t)(1+k%)=(0.58+1.41)(1+13%)≈2.25min×--………因此应布置二台粗、精机床即可以完成此二道工序的加工，达到生产要求。k:根据参考文献[3]表2.5～43,k=12.14t₄=(t+t₇)(I+k%)=(0.48+1.77因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求则t,=0.81+3=3.81mink:根据参考文献[3]表2.5～39,k=14.83。t₄=(tm+t/)(1+k%)=(0.11+3.81)(1+14.83%)≈4.50min×--………k:根据参考文献[3]表2.5～39,k=14.83。单间时间定额：t₄=(t+t/)(l+k%)=(0.104+3.81)(1+14.83%)≈4.则t=0.41+1=1.41mink:根据参考文献[3]表2.5～48,k=13。t₄=(t,+t,)(1+k%)=(2.28+1.41)(1+13%)≈4.17min<--………k:根据参考文献[3]表2.5～43,k=12.14。t₄=(t,+t₁)(1+k%)=(0.11+1.775)(1+12.14%)≈2.11min×--………因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求(6)铣断k:根据参考文献[3]表2.5～48,k=13。t₄=(t,+t)(1+k%)=(0.616+1.41)(1+13%)≈2.29min×--………因此应布置一台机床即可以完成此道工序的加工，达到生产要求。4.1研究原始质料方案Ⅲ:选一面两销定位方式，φ20H9工艺孔用短圆柱销，还有一挡销定5铣槽夹具设计5.1研究原始质料利用本夹具主要用来粗、精铣20.5槽，该槽对孔φ20H9的中心线要满足对称度要求以及其槽两边的平行度要求。在铣此槽时，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。5.2定位基准的选择由零件图可知：在对槽进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，孔φ20H9进行了钻、扩、铰加工，φ44进行了粗、精镗加工。因此，定位、夹紧方案有：方案I:选底平面、φ20H9工艺孔和大头孔定位，即一面、心轴和棱形销定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。方案Ⅱ:选一面两销定位方式，φ20H9工艺孔用短圆柱销，φ44用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。分析比较上面二种方案：方案I中的心轴夹紧、定位是不正确的，φ20H9孔端是不加工的，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。通过比较分析只有方案Ⅱ满足要求，孔φ44其加工与孔φ20H9的轴线间有尺寸公差，选择小头孔和大头孔来定位，从而保证其尺寸公差要求。铣该槽时其对孔φ20H9的中心线有对称度以及槽两边的平行度要求。为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面两销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即为拨叉底平面；两销为φ20H9的短圆柱销和φ44的棱形销。5.3切削力及夹紧分析计算刀具：错齿三面刃铣刀(硬质合金)刀具有关几何参数：γ。=15°α。=顶刃10°α。=侧刃6°β=10°~15°K=30D=40mmd=160mmL=20.5mmZ=22a=0.08mm/za,=2.0mm由参考文献[5]5表1～2～9可得铣削切削力的计算公式：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：安全系数K可按下式计算：K=K₀K₁K₂K₃K₄KsK₆K₁=1.0,K₂=1.0,,K₃=1.0,由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。查参考文献[5]1～2～26可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：式中参数由参考文献[5]可查得：γ'=6.22r;=2.76Q₁=90°92=9°50′α=229该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件，受力简图如2.1.由表1-2-26得：原动力计算公式由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。5.4误差分析与计算工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。A,=△w·z+△o.A+△o,m+△,.,+△.δ,=0.052mm,δ,₂=0mmδ=0.011mm,δ₄₂=0.023mm△₁min=0mm,△2min=0.034mm(2)夹紧误差：△,=(y△△,=0.063mm其中接触变形位移值：查[5]表1～2～15有K=0.004,K=-0.0016,C₁=0.412,n=0.7。从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。5.5零、部件的设计与选用5.5.1定位销选用本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如下表：表5.1定位销dHDhbdC公称尺寸允差14~51441表5.2定位棱销dHdLhbC公称尺寸允差40~+0.034538165.5.2夹紧装置的选用该夹紧装置选用移动压板，其参数如表5.3:表5.3移动压板公称直径LBHlbdK687M655.5.3定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。根据GB2207—80定向键结构如图所示：图5.1夹具体槽形与螺钉根据T形槽的宽度a=18mm定向键的结构尺寸如表5.4:表5.4定向键BLHhD夹具体槽形尺寸B₂h₂公称尺寸公称尺寸允差D~~0.03545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拨叉槽精铣加工，所以选用侧装对刀块。根据GB2243—80侧装对刀块的结构和尺寸如图5.2所示：5.6夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式(螺旋夹紧机构)。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。6钻孔夹具设计利用本夹具主要用来钻圆周面上φ6mm孔，加工时要满足粗糙度要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。由零件图可知：在对槽进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，孔φ20H9进行了钻、扩、铰加工，φ44进行了粗、精镗加工。因此，定位、夹紧方案有：方案Ⅱ:选一面两销定位方式，φ20H9工艺孔用短圆柱销，φ44用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。分析比较上面二种方案：方案I中的心轴夹紧、定位是不正确的，φ20H9孔端是不加工的，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。心轴上的开孔也不利于排销。通过比较分析只有方案Ⅱ满足要求，孔φ44其加工与孔φ20H9的轴线间有尺寸公差，选择小头孔和大头孔来定位，从而保证其尺寸公差要求。图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择底平面和两孔为定位基准来设计钻模，从而满足孔的加工要求。工件定位用底面和两孔定位限制5个自钻该孔时选用：台式钻床Z4006A,刀具用高速钢刀具。由参考文献[5]查表1-2-7可得：式中D=6mm查表1-2-8得：f=0.22mmlrK,=0.0048实际所需夹紧力：由参考文献[5]表1-2-12得：有：μ₁=0.7,μ₂=0.16安全系数K可按下式计算有：K=K₀K₁K₂K₃K₄KsK₆K=1.2×1.0×1.0×1.0×1.3×1.0×1.0=1.56所以W=K·F,=955.08×1.56=1489.92(N)由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取k=1.56,μ₁=0.7,μ₂=0.16查参考文献[5]1～2～26可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：式中参数由参考文献[5]可查得：r'=6.22r;=2.769₁=90°Q₂=9°50′α=2°29因此采用该夹紧机构工作是可靠的。6.4误差分析与计算该夹具以底面、两孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为12.5。该孔次性加工即可满足要求。(1)两定位销的定位误差：△0=+δ,+△δ,=0.052mm,δ,₂=0mmδ=0.011mm,δ₄₂=0.023mm=0.034mm△p.w=0.063mm(2)夹紧误差：△,=(y-y)cosa其中接触变形位移值：查[5]表1～2～15有k=0.004,K=-0.0016,C₁=0.412,n=0.7.6.5零、部件的设计与选用6.5.1定位销选用本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如表6.1和6.2;表6.1可换定位销dHDhbC公称尺寸允差14~~5144表6.2固定棱形销dHdLhbC公称尺寸允差40~538166.5.2夹紧装置的选用该夹紧装置选用移动压板，其参数如表6.3:表6.3移动压板公称直径LBHlbdK687M656.5.3钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间。图6.1可换钻套铰工艺孔钻套结构参数如下表6.4:表6.4钻套dHDD₂hmCrα公称尺寸允差649衬套选用固定衬套其结构如图所示：图6.2固定衬套其结构参数如下表6.5:表6.5固定衬套dHDC公称尺寸允差公称尺寸允差2钻模板选用固定式钻模板，用4个沉头螺钉和2个锥销定位于夹具体上。6.6夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在钻床上加工φ6mm孔。工件以底平面、两孔为定位基准，在定位环上实现完全定位。采用手动螺旋压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、通过这次毕业设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了对大学四年中所学基础知识的学习和理解。毕业设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，毕业设计使我学会了从实际出发加工零件和设计夹具。在本次设计中，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。但也有不足之处：特别是对于镗孔夹具，在刀具加工完退出工件孔时，有可能会划伤工件内孔表面，本可以在夹具体内部设置液压升降系统，使工件孔与定位立台可升可降，这样，在刀具退出时，使定位立台连同工件孔一起升起，从而避免划伤。但考虑到成本问题，未采用这种方法。为此，镗孔的专用夹具还有待改进。无论怎样，这次的毕业设计使我获益良多，是我在学校的最后一次答卷，也是我成功迈向社会的第一步。参考文献[1]杨叔子，机械加工工艺师手册[M],北京：机械工业出版社，2004。[2]上海金属切削技术协会，金属切削手册[M],上海：上海科学技术出版社，2004。[3]李洪，机械加工工艺手册[M],北京：机械工业出版社，1990。[4]方昆凡，公差与配合手册[M],北京：机械工业出版社，1999。[5]王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M],上海科学技术出版社，2000。[6]东北重型机械学院等，机床夹具设计手册[M],上海：上海科学技术出版社，1979。[7]吴宗泽，机械设计实用手册[M],北京：化学工业出版社，2000。[8]刘文剑，曹天河，赵维，夹具工程师手册[M],哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，[9]上海金属切削技术协会，金属切削手册[M],上海：上海科学技术出版社，1984。[10]周永强，高等学校毕业设计指导[M],北京：中国建材工业出版社，2002。[11]黄如林，切削加工简明实用手册[M],北京：化学工业出版社，2004。[12]余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M],重庆：重庆大学出版社，1995。[13]东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册[M],上海：上海科学技术出版社，1980。[14]李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册[M],银州：宁夏人民出版社，1991。[15]廖念钊，莫雨松，李硕根，互换性与技术测量[M],中国计量出版社，2000:9~[16]乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，2005:4～17。[17]王先逵，机械机械制造工艺学，机械工业出版社，2006。首先，我要感谢指导毕业设计的卢宗彪老师。在毕业设计中，他给予了很多指导性的意见，我万分的感谢他给我的宝贵的意见和鼓励。同时，我深深感谢谢永春老师、李泽容老师、周汝忠老师、党玉春老师、乔水明老师、卢宗彪老师、张勇老师、翟秀云老师、周丹老师等。在他们的课堂上使我受益匪浅，得到了不少对我论文有帮助的知识和想法。我也非常感谢我的父母。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。最后，很感谢阅读这篇毕业设计(论文)的人们。感谢您们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计(论文)。本科毕业设计(论文)文献综述 文献综述评价表毕业设计(论文)题目拨叉加工工艺及夹具设计综述名称拨叉加工工艺及夹具设计的综述评阅教师姓名职称优良合格不合格综述结构文献综述结构完整、符合格式规范综述内容能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验结果文字通顺、精练、可读性和实用性强反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、新水平、新原理、新技术等参考文献格式符合规范围绕所选毕业设计(论文)题目搜集文献成绩综合评语：评阅教师(··):拨叉机械加工工艺及夹具设计的综述1前言机械加工工艺及夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段，所有国家都在寻求、获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法。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来体现。而机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义。2机械加工工艺及夹具设计的发展2.1发展历史从1949年以来，我国机械工业有了很大的发展，已经成为工业中产品门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一，其机械加工和夹具也有很大的发展，但是与工业发达国家相比，我们这方面的水平还存在着阶段性的差距，主要表现在机械产品质量和水平不够高，加工工艺过程不合理，夹具应用也比较少，使其加工工人劳动强度大，加工出来的产品也不理想。2.2发展现状现在，各工业化国家都把制造技术视为当代科技发展为活跃的领域和国际间科技竞争的主战场，制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心，纷纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展也突飞猛进。机械加工工艺以各个工厂的具体情况不同，其加工的规程也有很大的不同。突破已往的死模式。使其随着情况的不同具有更加合理的工艺过程。也使产品的质量大大提高。制定加工工艺虽可按情况合理制定，但也要满足其基本要求：在保证产品质量的前提下，尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。并在充分利用本工厂现有生产条件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验。还应保证操作者良好的劳动条件。但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺，多半不规定工步和切削用量，工时定额也凭经验来确定，十分粗略，缺乏科学依据，难以进行合理的经济核算。机床夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从-种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50～80%左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10～20%左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成2)能装夹一组具有相似性特征的工件；3)能适用于精密加工的高精度机床夹具；4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6)提高机床夹具的标准化程度。2.3发展趋势长期以来，加工工艺编制是由工艺人员凭经验进行的。如果由几位工艺员各自编制同一个零件的工艺规程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。这是因为工艺设计涉及的因素多，因果关系错综复杂。CAPP将是机械加工工艺的发展趋势，它不仅提高了工艺设计的质量，而且使工艺人员从繁琐重复的工作中摆脱出来，集中精力去考虑提高工艺水平和产品质量问题。2.3.1夹具的发展趋势现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化等四个方面。(1)标准化机床夹具的目的就在于提高生产效率，这样也就必使其具有标准化和通用化，而机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148～T2259—91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。(2)高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。(3)精密化机床夹具的精度会直接影响到零件的加工精度，而随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1”;用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。这些精密化的夹具为以后零件加工的精度提供了保证。(4)柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。2.3.1机械加工制造技术的发展趋势(1)特种加工它是指一些物理的、化学的加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工方法的主要对象是难加工材料的加工，如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可达分子级加工单位或原子级加工单位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段。特种加工与传统加工相结合的复合加工有较大的发展前途。(2)快速成形利用离散、堆积成形概念，可将一个三维实体分解为若干二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体。(3)精密工程它包括精密加工的超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械和纳米技术等方面。当前，以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机械技术有重要意义，它们代表了这一时期精密工程(4)传统加工工艺的改造和革新这一方面的技术潜力很大，如高速切削、超高速切削、强力磨削、超硬材料磨具的出现都对加工理论的发展、加工质量和效率的提高有重要意义。另一方面，旧设备的改造和挖潜，如普通机床改造成数控机床等，对机械工业的发展和提高是不容忽视的。3简单的评述综上，机械加工艺及夹具随着科技的发展都使计算机技术、数控技术、控制论及系统工程与制造技术的结合为制造系统，形成现代制造工程学。而物料流、能量流、信息流是组成制造系统的三个基本要素。现代加工都为集成化的系统加工，这虽减轻了工人的劳动强度，但同时对工人的知识水平要求较高。这需要我们全方位的认知现代科技知识。因此，在以后的学习中需要我们全方位的学习其各个相关领域的知识，不能只注重一点，为将来的人才战略提出了新的要求。[1]王先逵编著.机械制造工艺学(上下册)[M].北京：清华大学出版社，1989[2]李德庆，吴锡英编著.计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，1992.[3]赵志修主著.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1985.[4]孙大涌主编.先进制造技术[M].北京：机械工业出版社，2000.[5]MachineToolMetalworki[6]HandbookofMachineToolsManfredweck,1984.[7]HaffmanEG.JigandFixtureDesign.Americ[8]BoyesWE.JigsandFixture.America,SME,1982预术要求预术要求GP2249■念HRC2B-JzL=04钻礼费其C-钻孔夹具0-80-810Z月被术要表被术要表收把龙算铣槽夹具形形垂被采梁单铣床夹具体己镗套支架5-1部缀一机械加工工艺过程卡片零(部)种图号零(部)