机械制造技术课程设计-三四档拨叉加工工艺及铣12mm两端面夹具设计

TOC\o"1-3"\h\z\u31921摘要 232111第一章零件的工艺分析 3208011.1零件的作用 3270291.2零件的加工要求分析 325452第二章零件工艺规程的制定 4294082.1确定毛坯的制造形式 4156912.2基准的选用 4257642.3制定工艺路线 5184292.4机械加工余量、工序尺寸的确定 726172.5切削余量的计算 721859第三章专用夹具设计 13312903.1夹具定位方案确定 1312533.2夹具定位分析 1453153.3夹紧力计算 14172103.3.1工件加工受力情况 1452664.3.2夹紧力计算 15259873.4夹具简要操作说明 1921044总结 208769参考文献 21摘要本次课设的题目为：设计零件“3、4档拨叉铣两端面”机械加工及工艺装备。主要内容包括以下几点：绘制产品零件图；分析零件特性及结构，查阅资料了解零件的作用及用途；确定零件毛坯的余量及制造形式，绘制零件毛坯图；分析零件的加工工艺，确定零件的加工路线，根据产品图纸要求及工艺路线，合理利用设备及刀具，计算相应的切削速度；设计加工零件铣两端面夹具，绘制夹具装配图及夹具体图（两维）；进行夹具的定位误差分析及夹紧力的分析；零件的工艺分析1.1零件的作用题目给出的灵剑士某汽车的3、4档拨叉零部件，从字面上理解它主要作用就是起到换挡作用，按理论来讲，该零件主要承受速度及扭矩所带来的力。图1.1零部件两维图：图1.1零部件两维图1.2零件的加工要求分析经审阅零部件图纸，该零件加工主要表现在如下几方面：孔Ø22F8两端面的加工，尺寸72mm，粗糙度Ra=12.5；两叉角外侧两端面的加工，尺寸12mm,粗糙度Ra=3.2；两叉角内侧加工，尺寸206mm，粗糙度Ra=3.2孔Ø22F8的加工，粗糙度要求Ra=3.2，尺寸要求距叉角圆弧中心160mm；孔Ø8H9的加工，粗糙度要求Ra=3.2，尺寸要求距右侧端面11mm；拨叉顶部厚度8±0.1mm两端面加工，粗糙度要求内侧Ra=3.2，外侧Ra=12.5，距孔Ø22F8中心距离为18.5mm；开口18mm的加工，粗糙度要求Ra=3.2，尺寸要求距孔端右端面32mm；个别表面倒角及热处理（淬火）的加工。零件工艺规程的制定2.1确定毛坯的制造形式已知零件的材料为20钢，该材料为优质碳素结构钢，为冷挤压、渗碳淬硬钢，强度低、韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为≥410Mpa，伸长率≥25。考虑该零件在工作中承受载荷及冲击力较大，零件结构也较为简单，没有较复杂的曲面，所以选择毛坯的制造形式为锻造，采用模锻直接成型。从而提高生产效率及保证产品质量。2.2基准的选用基准的选用是工艺设计的重要组成部分，基准选择的正确性及合理性直接关系到产品的质量，是产品质量保证的关键；及生产效率的保障。否则基准的选择错误，在加工过程中会问题不断，更甚者出现批量事故。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粗基准的选用：粗基准选用R108、R114的肋筋构成的平面及轮廓进行定位加工拨叉孔两端面；精基准的选择：考虑该零件在加工过程中的易产生变形，精基准选用拨叉孔的一个端面及拨叉孔作为精基准，后在合理的部位加辅助支撑进行定位加工。2.3制定工艺路线零件的工艺路线的设定直接关系到加工过程是否流畅，影响加工过程的效率，同样关系到产品质量。工艺路线的拟定应遵循降低劳动强度、降低成本为目的，尽量减少工艺步骤，缩短工艺路线。通过上述分析制定工艺路线分析如下：工序号工序名称工序内容备注10锻造锻造毛坯20热处理正火处理，是组织细化、均匀30铣铣拨叉孔两端面，粗糙度Ra=12.540钻钻孔Ø21.5mm（通）铰孔Ø22F8mm（通），粗糙度Ra=3.250铣铣叉角两端面，保证尺寸12mm，粗糙度Ra=3.2，垂直度0.1mm60钻钻孔Ø7.5mm（通）铰孔Ø8H9mm(通）保证尺寸距拨叉孔右端面11mm，粗糙度Ra=3.270铣粗、精铣叉角内侧，保证尺寸206mm，粗糙度Ra=3.280铣铣拨叉孔上端面，保证尺寸35mm，粗糙度Ra=12.590铣加工拨叉孔顶端厚度8mm两端面，保证尺寸18.5mm，粗糙度Ra=3.2100铣铣拨叉孔顶部槽，宽度保证18mm，粗糙度Ra=3.2110倒角钳工手工按图示倒角120淬火按图示在要求部位淬火处理130检验按图纸检验各尺寸2.4机械加工余量、工序尺寸的确定根据上述原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的加工余量、工序尺寸，具体如下。“3、4档拨叉”零件材料20钢，生产类型为大批量生产，采用锻造形式制造毛坯。端面余量为2mm（包括拨叉孔两端面、叉角两端面及叉角内侧）；孔径Ø22mm、Ø8mm过小采用实心锻造，后期有加工获得；拨叉孔顶端余量为2mm；拨叉孔顶端18mm，为实心锻打，后期有加工获得；通过以上分析，现绘制零件毛坯图如下：图3.4零件毛坯图：图3.4零件毛坯图2.5切削余量的计算工序30：铣，铣拨叉孔两端面。设备选用X62W型立式铣床，刀具选用直径为Ø180mm三面刃铣刀；刀具YW1牌号刀片；已知余量为，粗糙度Ra=12.5，一刀可满足要求；计算切削速度与转速：确定进给量，查《切削用明手册》根据表3.3得，根据设备说明书取；根据《切削用量简明手册》表3.9得切削速度；根据公式；计算实际切削速度：根据说明书选取转速；计算切削时间 ：根据公式，计算的切削时间。工序40：钻，钻、铰孔Ø22mm。钻孔Ø21.5mm1、设备选用Z535型立式钻床；刀具选用锥柄直径Ø21.5mm硬质合金钻头；2、确定进给量由《机械制造工艺设计简明手册》得：进给量f=0.2-0.3mm/r,取f=0.2mm/r,确定切削速度：切削速度，计算转速，根据公式根据机床说明书选取4、基本时间t的计算由公式：t=L/nf=72+5/0.2X600=0.642min。铰孔Ø22mm1、设备选用Z535型立式钻床；刀具选用锥柄直径Ø22mm硬质合金铰刀；2、确定进给量由《机械制造工艺设计简明手册》得：进给量f=0.15mm/r,3、确定切削速度：切削速度，计算转速，根据公式根据机床说明书选取4、基本时间t的计算由公式：t=L/nf=72+5/0.15X360=1.42min。工序50：铣，铣叉角两端面。设备选用X62W型立式铣床，刀具选用直径为Ø100mm三面刃铣刀；刀具YW1牌号刀片；已知余量为，粗糙度Ra=12.5，一刀可满足要求；计算切削速度与转速：确定进给量，查《切削用明手册》根据表3.3得，根据设备说明书取；根据《切削用量简明手册》表3.9得切削速度；根据公式；根据说明书选取转速；计算实际切削速度：计算切削时间 ：根据公式，计算的切削时间。工序60：钻，钻、铰孔Ø8mm。一、钻孔Ø7.5mm设备选用Z535型立式钻床；刀具选用锥柄直径Ø7.5mm硬质合金钻头；确定进给量由《机械制造工艺设计简明手册》得：进给量f=0.2-0.3mm/r,取f=0.2mm/r,确定切削速度：切削速度，计算转速，根据公式根据机床说明书选取计算实际切削速度：基本时间t的计算由公式：t=L/nf=38+5/0.2X1800=0.119min。二、铰孔Ø8mm设备选用Z535型立式钻床；刀具选用锥柄直径Ø8mm硬质合金铰刀；确定进给量由《机械制造工艺设计简明手册》得：进给量f=0.15mm/r,确定切削速度：切削速度，计算转速，根据公式根据机床说明书选取基本时间t的计算由公式：t=L/nf=38+5/0.15X360=0.796min。工序70：铣，铣叉角内侧两端面。设备选用X62W型立式铣床，刀具选用直径为Ø36mm立铣刀；刀具材料为硬质合金；已知余量为，粗糙度Ra=3.2，两刀加工可满足要求；计算切削速度与转速：确定进给量，查《切削用明手册》根据表3.3得，根据设备说明书取；根据《切削用量简明手册》表3.9得切削速度；根据公式；根据说明书选取转速；计算实际切削速度：计算切削时间 ：根据公式，计算的切削时间。工序80：铣，铣拨叉孔顶面。设备选用X62W型立式铣床，刀具选用直径为Ø50mm端铣刀；刀具YT15硬质合金；已知余量为，粗糙度Ra=12.5，一刀加工可满足要求；计算切削速度与转速：确定进给量，查《切削用明手册》根据表3.3得，根据设备说明书取；根据《切削用量简明手册》表3.9得切削速度；根据公式；根据说明书选取转速；计算实际切削速度：计算切削时间 ：根据公式，计算的切削时间。工序90：铣，铣18mm槽。设备选用双头专用铣床，查看图纸该尺寸粗糙度要求底部为Ra=12.5、两侧为Ra=3.2，因此分两刀加工，已知该尺寸为实心锻造，即余量为18mm至槽底。刀具粗加工选用直径为Ø18mm立铣刀加工至槽底，保证槽底粗糙度Ra=12.5；槽两侧有三面刃铣刀进行切削两侧，保证粗糙度Ra=3.2。一、粗铣：计算切削速度与转速：确定进给量，查《切削用明手册》根据表3.3得，根据设备说明书取；根据《切削用量简明手册》表3.9得切削速度；根据公式；根据说明书选取转速；计算实际切削速度：计算切削时间 ：根据公式，计算的切削时间。第三章专用夹具设计为提高生产效率，保证产品质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。根据课设要求本次夹具设计工序50：铣，铣叉角两侧端面专用夹具。3.1夹具定位方案确定夹具定位是夹具制定的关键，它直接关系到产品质量及生产效率，本次夹具设计为铣面夹具的设计。根据图纸要求及零件在工作中情况，该零件的基准为拨叉孔Ø22mm。所以本次夹具设计依该孔及孔端端面为定位基准，并在中心压紧，因加工时位于该孔上部，加工过程容易出现工件颤动现象。所以在轮廓R114/R108处增加两处调整螺钉及压板。如图4.1夹具装配图：图4.1夹具装配图3.2夹具定位分析以中心拨叉孔定位，芯轴与孔径为间隙配合，间隙为F8/h7，孔端螺母压紧，使工件贴近夹具体。计算轴向误差：及轴向误差为0.036mm，螺母压紧后使工件贴近夹具体，此误差为零（即定位基准与加工基准重合）。3.3夹紧力计算3.3.1工件加工受力情况本次工序加工设备为X62W铣床，刀具为Ø100mm三面刃铣刀，计算加工过程中的受力数据为：进给力约为398N；径向力为422N；主切削力为1206N；3.3.2夹紧力计算由参考文献[5]5表1～2～9可得铣削切削力的计算公式：有：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：式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数：由此可得：所以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。夹紧力的确定夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。夹紧力作用点的选择a.夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b.夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。c.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(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。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。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；（X）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。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。3.4夹具简要操作说明本次夹具采用中心销定位，定位销顶部加