机械制造技术课程设计-倒挡导块加工工艺及铣两端面夹具设计

摘要本次课程设计为“倒挡导块”零件机械加工工艺的编制及工序夹具设计。本次设计首先根据零件绘制零件两维图；分析零件结构及作用，明确零件加工尺寸精度及部位；确定零件毛坯的制造形式，确定零件毛坯加工余量，绘制零件毛坯图；确定零件加工的工艺基准；通过分析零件制定零件加工流程并分析流程优越性，取其最优工艺，确定最终加工工艺流程，编写零件加工工艺规程，根据零件加工工艺规程，合理选取机床及刀具，并计算相应的切削参数；设计铣削两端面专用夹具，确定零件夹具设计基准，明确零件夹具结构，分析零件定位误差；确定夹具夹紧装置，分析计算切削力及夹紧力，通过绘图软件绘制零件夹具装配图及非标零件图。关键词：倒挡导块零件、工艺规程、切削参数、铣面夹具装配图。目录TOC\o"1-3"\u摘要 1第一章零件结构分析 31.1零件结构分析 31.2零件尺寸精度分析 3第二章零件工艺规程设计 42.1零件毛坯的制造方式 42.2零件毛坯尺寸确定 52.3零件加工基准得确定 62.4制定工艺路线 6第三章设备及刀具的确定 7第四章零件加工切削参数计算 8第五章专用夹具设计 125.1设计要求 125.2夹具设计定位基准 125.3夹具定位i自由度的限制 125.4夹具体的设计 125.5夹紧力计算 135.1.1夹紧装置的设计 135.5.2切削力计算 145.6绘制夹具装配图 15总结 15致谢 16参考文献 16第一章零件结构分析1.1零件结构分析本次课程设计题目为“倒挡导块零件工艺及夹具设计。根据零件结构，通过查阅资料，本次零件的作用为该零件在汽车变速箱里面通过与拨叉配合拨动齿轮实现换挡的作用，其具体结构见下图如图1.1倒挡导块零件图。图1.1倒挡导块零件图1.2零件尺寸精度分析如图1.1所示为倒挡导块零件图，通过几何图对其进行分析。根据零件技术要求，知材料为HT200,即为灰铁材质。其加工面有孔加工、端面加工、槽加工等组成。根据图纸看，具体表现如下：1零件叉孔两端面加工，尺寸要求为72mm，两端粗糙度为Ra=12.5；2叉孔Ø22mm加工，该孔要求为通孔，粗糙度为Ra=3.2；3零件孔Ø8mm加工，要求贯穿零件叉孔，距离要求距零件右端面距离为11mm，粗糙度Ra=3.2；4零件上、下端面加工，厚度要求为12mm，上端面距孔Ø22mm中心为35mm，粗糙度均为Ra=3.2；5零件左侧端面加工，尺寸要求距零件叉孔Ø22mm中心距离为47.5mm，粗糙度Ra=3.2；6零件槽18mm加工，要求距端面距离为30mm至槽中心。7通过对零件图纸分析，本次零件的实际基准为中心孔即叉孔Ø22mm为本次设计基准。第二章零件工艺规程设计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。机械加工工艺规程的作用：=1\*GB3①指导生产；=2\*GB3②组织生产和管理生产。工艺规程的设计原则：=1\*GB3①技术上的先进性；=2\*GB3②经济上的合理性；=3\*GB3③良好的劳动条件。2.1零件毛坯的制造方式毛坯的种类很多，每一种毛坯又有许多不同的制造方法。常用的毛坯主要有：（1）轧制件主要包括各种热轧和冷拉圆钢、方钢、六角钢等型材。（2）铸件铸件适用于形状较复杂的毛坯。（3）锻件锻件适用于强度要求高、形状较简单的毛坯。（4）焊接件焊接件是将型材或板料等焊接成所需的毛坯，简单方便，生产周期短，但常需经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。（5）其它毛坯如冲压件、粉末冶金和塑料压制件等。选择毛坯时应全面考虑下列因素：（1）零件的材料及力学性能要求（2）零件的结构形状与尺寸（3）生产纲领的大小（4）现有生产条件（5）充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的性能根据零件技术要求材料为HT200，即为灰铁材质，根据零件结构，本次零件结构较为复杂，已知材料特性，最终决定本次零件毛坯的制造形式为铸造，采用金型铸造。2.2零件毛坯尺寸确定综上所述，本次零件毛坯得制造形式为锻造制成，根据零件结构及加工位置，结合《机械加工余量》确定零件毛坯余量。零件加工部位有槽、端面及孔等加工，根据零件尺寸暂定端面余量为单面2mm；针对孔（Ø22mm、Ø8mm）由加工工获得；针对上、下、侧端面的加工余量为2mm；槽采用实心铸造，后续加工满足。综上所述，确定零件毛坯尺寸，绘制零件毛坯图：图2.1倒挡导块零件毛坯图2.3零件加工基准得确定基准是用来确定工件上其他几何要素之间的几何关系所依据的点、线、面等，基准根据用途分为设计基准和加工基准。设计基准是零件在图纸上标注设计尺寸是所采用的基准。工艺基准是指零件在加工过程中采用的基准。按照用途及作用工艺基准又分为：工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。所以基准的选用对于一个产品的加工起到至关的重要性。基准的选用必须满足一下原则：1）、选主要非加工表面原则；2）、余量均匀分配原则；3）、不重复使用原则；4）、便于工件装夹原则。本次加工首先以毛坯轮廓定位加工零件叉孔Ø22mm两端面至尺寸，后续加工叉孔Ø22mm至尺寸。根据本次零件具体的使用及设计，本次的设计基准为孔Ø22mm，根据基准统一原则本次加工基准为拨叉孔Ø22mm为本次加工基准。2.4制定工艺路线制定工艺路线是设计机械加工工艺规程当中最关键的一步，目的是要保证零件的尺寸精度，位置公差，表面粗糙度等技术要求，同时也需要考虑加工效率，降低企业的生产效率，减少对环境的污染，因此对加工机床和夹具的选取要严谨，通过查阅相关资料，对零件加工工艺性，效率和经济性进行分析，最后确定如下这一种工艺路线方案，拟定好的倒挡导块零件工艺路线方案如下所示：工序10：备料，按零件毛坯图纸下料；工序20：热处理，人工时效处理；工序30：铣，铣零件叉孔Ø22mm两端面，至尺寸，保证厚度为72mm，粗糙度Ra=12.5；工序40：钻，1、钻孔直径Ø21.5mm（通）；2、铰孔Ø22mm孔（通），粗糙度Ra=3.2；3、孔端倒角1x45渡两端；工序50：铣，铣上端面，保证尺寸距孔Ø22mm中心距离为35mm，粗糙度Ra=3.2；工序60：铣，铣侧面，保证距孔Ø22mm中心距离为47.5±0.15mm，粗糙度Ra=3.2；工序70：铣，铣底面距离保证据上端面为12mm，长度为13mm距零件左端面，粗糙度Ra=3.2；工序80：铣，粗铣槽至尺寸，保证槽宽度为16mm，深度为7mm；工序90：铣，精铣槽至尺寸，保证槽宽度为18mm，深度为8mm，粗糙度为Ra=3.2~6.3；工序100：钻，1、钻孔直径Ø7.5mm（通）；2、铰孔Ø8mm孔（通），粗糙度Ra=3.2；工序110：热处理，叉槽两侧淬火处理，硬度为HRC50~58,硬化层深为1.2~2.5mm；工序120：清理，去除尖角毛刺、清洗、刷油；工序130：检验，按零件图纸检验各加工尺寸。第三章设备及刀具的确定上一节已对零件的加工工艺做了详细的叙述并最终确定了工艺方案。“工欲善其事，必先利其器”，同样设备及刀具的选取也是影响零件加工精度及效率的重要关键部分，现根据具上述工艺及零件要求选择加工设备及刀具。1根据零件技术要求精度及零件加工工艺规程，确定本次加工用设备采用数控设备，具体如下表3.1加工设备表：表3.1各工序加工用设备表工序号工序名称设备备注30铣面XD200型双面铣床40钻孔Z525型立式钻床50铣面X61型铣床60铣面X61型铣床70铣面X61型铣床80铣面X61型铣床90铣面X61型铣床100钻孔Z525型立式钻床110热处理高频淬火机2俗话说“三分手艺、七分刀”可以看出刀具在机械加工过程中的重要意义。设备的使用结合良好的刀具，对零件的表面质量起到至关重要的作用。本次刀具使用见下表表3.2各工序刀具表：表3.2各工序刀具表工序号工序名称加工方式刀具表备注30铣面铣削端面铣刀40钻孔钻、铰削钻头、铰刀、45°倒角刀50铣面铣削钻头、铰刀60铣面铣削端面铣刀70铣面铣削端面铣刀80铣面铣削端面铣刀90铣面铣削立铣刀100钻孔钻削钻头第四章零件加工切削参数计算切削用量包括机床的主轴转速、切削深度、进给量、吃刀量以及切削时间，根据查切削用量手册并计算切削用量，具体如下：零件切削用量及基本工时的确定：铣，铣端面至尺寸：根据工艺工序要求本次加工方式为铣削加工且为两面加工，所以设备采用XD200型双面铣床，根据工步加工方式及部位刀具采用镶嵌式端面铣刀，刀具直径为Ø50mm，已知本次加工面粗糙度为Ra=12.5，余量为单面2mm，一次加工可满足零件要求。具体参数见下分析：确定切削速度：查《切削用量简明手册》表1.10得：切削速度为；表1.4得：进给速度为；根据本次材料及硬度取进给为；计算主轴转速：，根据XD200机床参数取转速为；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据图纸及工艺分析本次加工为切削外径，余量为单面2mm，加工方式为铣削加工，余量不大，所以一刀可以满足，一已知直径为36mm，查《切削用量简明手册》表1.26得：过切量及入切量为：，即本次切削总长度：；根据公式计算切削时间为：；钻，钻、铰Ø22mm至尺寸（通）：根据加工需要采用Z525型摇臂钻床。根据零件图纸分析本次加工孔数为1，直径为Ø22mm，表面粗糙度为Ra=3.2，孔径精度为F8，所以本次采用钻—铰的加工方式完成零件要求；1钻孔Ø21.5mm：刀具采用直径Ø21.5mm直柄硬直合金钻头，已知切削余量为21.5/2=10.75mm；确定切削速度：查《切削用量简明手册》表2.27得：切削速度为；进给速度为；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据机床参数选用转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据零件图纸已知本次切削长度为72mm，孔数量为1，即计算切削长度为72mm，查表《切削用量简明手册》表2.29得过切量及入切量为10mm，即本次总切削量为72+10=82mm；根据公式计算切削时间为：；2铰孔Ø22mm：刀具采用直径Ø22mm直柄硬直合金钻头，已知切削余量为22-21.5/2=0.25mm；确定切削速度：查《切削用量简明手册》表2.27得：切削速度为；进给速度为；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据机床参数选用转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据零件图纸已知本次切削长度为72mm，孔数量为1，即计算切削长度为72mm，查表《切削用量简明手册》表2.29得过切量及入切量为10mm，即本次总切削量为72+10=82mm；根据公式计算切削时间为：；钻，钻、铰Ø8mm至尺寸（通）：根据加工需要采用Z525型摇臂钻床。根据零件图纸分析本次加工孔数为1，直径为Ø8mm，表面粗糙度为Ra=3.2，孔径精度为H9，所以本次采用钻—铰的加工方式完成零件要求；1钻孔Ø7.5mm：刀具采用直径Ø7.5mm直柄硬直合金钻头，已知切削余量为7.5/2=3.75mm；确定切削速度：查《切削用量简明手册》表2.27得：切削速度为；进给速度为；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据机床参数选用转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据零件图纸已知本次切削长度为36mm，孔数量为1，即计算切削长度为36mm，查表《切削用量简明手册》表2.29得过切量及入切量为10mm，即本次总切削量为36+10=46mm；根据公式计算切削时间为：；2铰孔Ø8mm：刀具采用直径Ø8mm直柄硬直合金钻头，已知切削余量为8-7.5/2=0.25mm；确定切削速度：查《切削用量简明手册》表2.27得：切削速度为；进给速度为；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据机床参数选用转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：根据零件图纸已知本次切削长度为36mm，孔数量为1，即计算切削长度为36mm，查表《切削用量简明手册》表2.29得过切量及入切量为10mm，即本次总切削量为36+10=46mm；根据公式计算切削时间为：；第五章专用夹具设计5.1设计要求为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。根据本次设计要求，需设计铣削专用夹具，即工序30：铣两端面专用夹具。5.2夹具设计定位基准已知本次夹具设计为工序20：铣部件的两个端面专用夹具，根据零件结构本次选用零件外轮廓定位，并采用前端侧面定位限制旋转自由度，具体见下图图5.1夹具定位基准及工序尺寸示意图：图5.1夹具定位基准及工序尺寸示意图5.3夹具定位i自由度的限制本次夹具设计采用零件端面外轮廓定位。首先端面定位限制三个自由度；侧面轮廓定位限制两个自由度；侧面端面定位限制旋转自由度。5.4夹具体的设计夹具体用于将各种元件、装置连接为一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。夹具体是整个夹具的基体和骨架，要服从所有元件、机构和装置的安装要求来精心设计，夹具体需要正确安装在机床上，故夹具体的形状和尺寸，主要取决于夹具上各组成体的分布、工件形状、尺寸、加工性质等。考虑到加工过程中，夹具体要承受一定的切削力，为防止产生变形和振动，在夹具体设计时要保证有足够的强度和刚性。本次夹具体设计材料采用HT200材料，该材料易铸造，后期进行时效处理后，不易变形，并且易切削。具体夹具体结构如图图5.2夹具体设计：图5.2夹具体零件图5.5夹紧力计算5.1.1夹紧装置的设计本次夹具采用移动压板是手动压紧，具体结构见下图图5.3夹具锁紧结构图：图5.3夹具锁紧结构图其中1为夹具体；2为带肩六角螺母M10；3为可调支撑；4为带肩六角螺母M12；5为双头螺柱；6为移动压板；7为倒挡导块。5.5.2切削力计算根据本次材料特性，材料为HT200，根据本次切削方式可知本次为铣削加工，根据公式计算本次加工受力情况如下：①、计算切削力：已知本次铣削端面，采用刀具为直径为D=50mm端面铣刀，齿数Z=4;查资料《机械夹具手册》铣削部分切削力计算公式为：；其中：F为铣削力(N)；Cp为工件材料即铣刀类型系数，其值查表；ap为铣削深度（mm）；D为铣刀直径（mm）；fz为每齿进给量（mm）；B为铣削宽度（mm）；Z为铣刀齿数；Kp为工件材料机械性能不同的修正系数，对于结构钢、铸钢：Kp=；对于铸铁：Kp=;将数值代入公式得：②、计算实际夹紧力：在计算实际夹紧力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数。其中：-为基本安全系数，取安全系数为1.5；-为加工性质系数，取加工性质系数为1.1；-为刀具钝化系数，取刀具钝化系数为1.1；-为断续切削系数，取断续切削系数为1.1；所以：；将数据带入公式计算得：。5.6绘制夹具装配图图5.4铣面夹具装配图总结课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益非浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是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，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AutoCAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，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，它将是我本次设计完成的更出色的关键一步。致谢这