机械制造技术课程设计-831006拨叉加工工艺及钻φ25孔夹具设计双件

PAGE22目录TOC\o"1-3"\h\u22802目录 1105181序言 272922零件的分析 3111762.1零件的作用 3181732.2拨叉的工艺分析 3193583工艺路线的制定 4261863.1确定毛坯的制造形式 4223463.2加工工艺过程 4207833.3基面的选择 433263.3.1粗基准的选择 4277853.3.2精基准的选择 599023.4工艺路线的拟订 6309423.5加工精度的划分 680993.6制定工艺路线 7137634工序参数选择、计算 8278504.1毛坯的确定 8208544.1.1毛坯的工艺要求 8256914.1.2毛坯形状、尺寸要求 836774.2拨叉的偏差计算 9143264.2.1拨叉平面的偏差及加工余量计算 954364.2.2大小头孔的偏差及加工余量计算 10154634.2.3粗、精铣槽 11251884.3确定切削用量及基本工时（机动时间） 11216684.3.1工序2：加工孔到要求尺寸 11279535钻2×φ25孔夹具设计 15168495.1定位基准的选择 15257375.2切削力及夹紧力计算 15266995.3定位误差分析 18287295.4夹具设计及操作的简要说明 19230407结论 209833参考文献 22

1序言机械制造加工工艺与机床夹具设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及全部专业课之后进行的一次理论联系实际的综合运用，进而使对机械有了进一步的认识，为以后的工作打下基础。它是主要是对零件的加工工艺和对零件的某几个工序加工进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。在本设计中，就针对拨叉的加工工艺进行分析，制定和比较加工工艺路线，选择较好的加工工艺路线进行加工。并对拨叉叉口两侧面、孔和槽进行专用夹具的设计，在这过程中，制定多套夹具方案分别对各夹具的定位误差和精度进行分析计算，选择其一进行下一步的设计，以完成本次设计。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行的最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。就个人而言，希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。2零件的分析2.1零件的作用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操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件下方的孔与操纵机构相连，而上方的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。2.2拨叉的工艺分析拨叉是机车变速箱中一个重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和侧面有精度要求，此外还有小头孔上的槽要求加工，对精度有一定的要求。拨叉的底面、大头孔上两侧面和大小头孔粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其大头孔与侧面有垂直度的公差要求，所要加工的槽，在其槽两侧面有平行度公差和对称度公差要求等。因为零件的尺寸精度、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，因此它们的加工必须保证精度要求。3工艺路线的制定3.1确定毛坯的制造形式零件材料为HT200，考虑到车床在加工中的变速虽然不像其它机器那么频繁。但是，零件在工作过程中，也经常要承受变载荷及冲击性载荷，且它的外型复杂，不易加工。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为5000件已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。3.2加工工艺过程由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔和槽等面。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，形位公差精度要求都很高，就给加工带来了困难，必须重视。3.3基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更严重的还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。3.3.1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、位置符合图纸要求。选择定位粗基准是要能加工出精基准，同时要明确哪一方面的要求是主要的。粗基准的选择应以下面的几点为原则：a应选能加工出精基准的毛坯表面作粗基准。b当必须保证加工表面与不加工表面的位置和尺寸时，应选不加工的表面作为粗基准。c要保证工件上某重要表面的余量均匀时，则应选择该表面为定位粗基准。d当全部表面都需要加工时，应选余量最小的表面作为基准，以保证该表面有足够的加工余量。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置出发，进而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，选择平面作为拨叉加工粗基准。3.3.2精基准的选择基准重合原则。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。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。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出发，进而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，该零件的底平面与小头孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件的自由度是不够的，它只限制了五个自由度，如果采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。选择精基准的原则时，重点考虑的是有利于保证工件的加工精度并使装夹更为方便。3.4工艺路线的拟订对于批量生产的零件，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是加工统一的基准。具体工序是先以小头孔左端面为粗基准，粗、精加工小头孔右端面，再以右端面为基准加工小头孔，在后续的工序安排中都是以小头孔为基准定位。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.5加工精度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，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切削用量，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，加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为。粗糙度为。（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。表面粗糙度为。（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切削用量小，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，表面粗糙度为。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，以及运输装夹费时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。3.6制定工艺路线制定工艺路线的出发点,应当使零件的几何形状、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工具,并尽量使工序集中来提高生产率。虽然工序增加了工时，但是质量大大提高了。方案一和方案二相比，方案一工艺路线在工序三就将孔锯开，在后面的工序铣孔的两侧面的时候，对于工件的加工面减少不的工设计，但是在后面的工序中进行的加工，特别是定位和孔的加工就有相当大的难度，如才用方案一进行孔的加工时，在上面的工序中已经锯断，只有进行半圆的加工。这样的加工在一般的机床上是不保证精度的，若想要保证精度只有在数控机床上，那样的话生产成本将提高了很多。方案二就解决了上述产生的问题，将的孔到了最后的时候才将其锯开，这样不仅保证了孔的精度，而且在后面工序中的加工也可以用的孔来作为定位基准。这样的加工可以在一般的机床上就可以进行加工了，不仅保证了精度，还降低了生产成本。由以上分析：方案二为合理、经济的加工工艺路线方案。具体综合形成以下的加工工艺过程如表3.3。表3.3最终加工工艺路线工序号工序内容工序一铸造。工序二热处理。工序三粗、精车孔右端面。工序四钻、扩、铰孔。工序五粗、精车孔两侧面。工序六粗、精镗孔。工序七粗、精车底平面。工序八切断。工序九粗铣斜平面。工序十粗、精铣16槽。工序十一检查。4工序参数选择、计算CA6140车床拨叉，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛皮重量1.0kg，生产类型大批量，铸造毛坯。4.1毛坯的确定4.1.1毛坯的工艺要求（1）由于铸造件尺寸精度和表面粗糙度值低，因此零件上有与其它机件配合的表面需要进行机械加工。（2）为了使金属容易充满膛摸和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直，尽量避免铸件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。（3）铸件的结构中应避免深孔或多孔结构。（4）铸件的整体结构应力求简单。4.1.2毛坯形状、尺寸要求（1）各加工面的几何形状应尽量简单。（2）工艺基准以设计基准相一致。（3）便于装夹、加工和检查。（4）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。据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量及毛坯尺寸如图4.1。图4.1拨叉毛坯4.2拨叉的偏差计算4.2.1拨叉平面的偏差及加工余量计算（1）侧平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：由参考文献[4]表6—28。其余量值规定为，现取。查参考文献[3]可知其粗铣为IT12。精铣：由参考文献[3]表2.3—59，其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，又由参考文献[6]表11-19可得铸件尺寸公差为。毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣后最大尺寸为：精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。大头孔两侧面的偏差及加工余量计算（2）两侧面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：由参考文献[4]表6—28。其余量值规定为，现取。查参考文献[3]可知其粗铣为IT12。精铣：由参考文献[3]表2.3—59，其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，又由参考文献[6]表11-19可得铸件尺寸公差为。毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣后最大尺寸为：精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。4.2.2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[5]表1—8，可以查得：孔：钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是扩孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是铰孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，各工序余量如下：钻孔参照参考文献[3]表2.3-47，表2.3-48。确定工序尺寸及加工余量为：加工该组孔的工艺是：钻——扩——铰钻孔：扩孔：（Z为单边余量）铰孔：（Z为单边余量）镗孔加工该组孔的工艺是：粗镗——精镗粗镗：孔，参照参考文献[3]表2.3-48,其余量值为；精镗：孔，参照参考文献[3]表2.3-48,其余量值为；铸件毛坯的基本尺寸分别为：孔毛坯基本尺寸为：；根据参考文献[3]表2.2-2可得锻件加工该孔经济精度为IT9。孔毛坯名义尺寸为：；粗镗工序尺寸为：精镗工序尺寸为：从而达到要求。4.2.3粗、精铣槽参照参考文献[5]表21—5，得其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由参照参考文献[5]表21—5的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为，精加工为。槽的毛坯为一个整体：粗铣两边工序尺寸为：粗铣槽底工序尺寸为：6精铣两边工序尺寸为：，已达到其加工要求：。4.3确定切削用量及基本工时（机动时间）4.3.1工序2：加工孔到要求尺寸工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为25mm，公差为H7，表面粗糙度。加工机床为Z535立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量根据参考文献[5]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式钻床说明书，取。根据表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据参考文献[5]表28-9，允许的进给量。由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率根据表28-15，由插入法得，，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。由参考文献[5]表28—3，，，故查Z535机床说明书，取。实际切削速度为由表28-5，，故3）校验机床功率切削功率为机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，，，相应地，，切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量根据参考文献[5]表28—31，。根据Z535机床说明书，取=0.57mm/r。2）确定切削速度及根据参考文献[5]表28—33，取。修正系数：，故查机床说明书，取。实际切削速度为切削工时被切削层长度：刀具切入长度，有：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：（3）确定铰孔切削用量1）确定进给量根据参考文献[5]表28—36，，按该表注4，进给量取小植。查Z535说明书，取。2）确定切削速度及由参考文献[5]表28—39，取。由参考文献[5]表28—3，得修正系数，故查Z535说明书，取，实际铰孔速度切削工时被切削层长度：刀具切入长度，式（4.3）由式（4.3）得刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：该工序的加工机动时间的总和是：4）各工序实际切削用量根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：，，，扩孔：，，，铰孔：，，，5钻2×φ25孔夹具设计根据零件的加工要求得，需要设计加工钻2-φ25孔夹具。本夹具主要用来钻、扩、铰拨叉2-φ25孔。由加工本道工序的工序简图可知。孔轴线分别与右端面有垂直度的要求。以及左右侧面均有表面粗糙度要求。本道工序仅是对φ25孔进行加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。5.1定位基准的选择考虑工件的加工结构，可以采用“一面，一固定V形块，一滑动V形块”的定位方式。其中滑动V形块Y轴移动自由度由导轨限制，X轴移动自由度不限制，避免过定位。夹紧机构采用螺旋夹紧机构。同时考虑到生产率要求不是很高，故可以采用手动夹紧。5.2切削力及夹紧力计算由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V型块定位，经螺旋夹紧机构适当夹紧后，本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.（1）刀具：刀具用高速钢刀具钻头机床：Z535机床切削力公式：式中D=50查表得：其中：,即：实际所需夹紧力：由参考文献[5]表得：有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[5]表可得：所以(3)夹紧力大小的估算理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。估算的步骤：a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理=Ф(FP)。b.实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJ>FJ需。夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此套移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。查参考文献[5]1～2～26可知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：螺旋夹紧力：该夹具采用夹紧机构，由上述计算易得：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。5.3定位误差分析采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：由参考文献[5]可得：=1\*GB2⑴两V型块定位误差：其中：，，，⑵夹紧误差：其中接触变形位移值：查[5]表1～2～15有。⑶磨损造成的加工误差：通常不超过⑷夹具相对刀具位置误差：取误差总和：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。5.4夹具设计及操作的简要说明如前所述，由于是批量生产，故采用手动夹紧即可满足要求。由于本工序处于加工的最后阶段，故对精度有较高的要求，必须保证刀具与工件的相对位置精度。夹具装有钻套，可以使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时夹具体底面的一对定位键可以使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以有利于钻，扩加工。7结论本设计中是对拨叉零件加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，