《机械加工工艺编制》-模块六　叉架零件机械加工工艺编制

任务１分析叉架零件的技术资料教学目标能看懂叉架零件的零件图和装配图。明确叉架零件在产品中的作用，找出其主要技术要求。确定叉架零件加工的关键表面。任务引入通过分析斜支架的技术资料，能看懂斜支架的零件图和装配图，明确斜支架在产品中的作用，找出其主要技术要求，确定斜支架的加工关键表面，从而学习叉架零件技术资料的分析方法。下一页返回任务１分析叉架零件的技术资料相关知识１叉架零件的功用叉架零件主要起连接、拨动、支承等作用。常见叉架零件有拨叉、连杆、支架、摇臂、杠杆等，如图６-３所示。２叉架零件的结构特点叉架零件一般为非对称结构，它由三部分组成，即工作部分、结合部分和连接部分。叉架零件中常见的结构有：（１）工作部分与结合部分有圆孔、凸台、凹坑、定位平面等结构。（２）连接部分往往有筋板、铸（锻）圆角和拨模斜度。下一页上一页返回任务１分析叉架零件的技术资料３叉架零件的精度要求零件的配合面对加工精度要求相对较高。需结合部分的紧固结构（如螺孔）的加工精度相对较低，连接部分一般不需进行机械加工。这些由叉架零件结构特点决定，加工时往往还需设计专用夹具。任务实施一、读懂零件的结构及其在产品中的功用为了方便零件分析叙述，现将斜支架各部位和结构名称注明如图６-４所示。（１）斜支架零件图采用了主视图、左视图、移出断面图、局部视图来表达零件结构。其中主视图和左视图都采用了局剖视图，以利于看清零件的内部结构。下一页上一页返回任务１分析叉架零件的技术资料（２）工作部分结构。①φ２０圆孔位于φ

３５圆柱体的中心，φ

３５圆柱体与一半圆形几何体相贯，半圆形几何体形状见局部视图所示；②半圆形几何体上有一个φ

１８×３的圆形凸台；③过φ

２０孔中心线且与凸台上表面平行，有一宽度为３的切口；④切口将半圆形几何体沿一分为二，上部分有一个φ

１１的圆孔，下部有一个Ｍ１０的螺孔。（３）结合部分结构。①Ｌ形定位面是通过切割５０×２４×８０棱柱所形成，在棱柱体切去４０×８×８０长方体的材料，得到两个定位平面，两面的位置呈Ｌ形放置。②在棱柱体上有两个阶梯孔。下一页上一页返回任务１分析叉架零件的技术资料（４）连接部分结构。连接部分由筋板构成。由移出断面视图可得知筋板的截面形状为Ｔ形。二、斜支架在产品中的作用和位置“斜支架”零件属叉架零件，在产品中起支承作用，如图６-６所示。“斜支架”具有叉架零件共有的特点，由三个部分组成。（１）工作部分是φ３５圆柱部分（２）结合部分是棱柱体（３）连接部分是一个Ｔ形筋板下一页上一页返回任务１分析叉架零件的技术资料三、确定关键加工表面根据图纸标注，将精度要求较高的加工面定为关键加工表面。（１）φ２０孔的尺寸精度为ＩＴ８，其粗糙度为Ｒａ＝３.２μｍ，它是加工的关键表面。（２）Ｌ形两个面的垂直度为０.０５，表面粗糙度为Ｒａ＝３.２μｍ，它们是加工的关键表面。（３）φ

２０圆孔的中心线与Ｌ形定的两面定位尺寸精度为ＩＴ１０；中心线与两面的平行度要求为０.１５，加工的关键尺寸是φ

２０和Ｌ形定位面之间的位置控制。加工关键示意如图６-７所示。上一页返回任务２确定叉架零件的生产类型教学目标掌握叉架零件的生产纲领的计算方法。掌握叉架零件的生产类型及其工艺特征的确定方法。任务引入通过计算斜支架的生产纲领、确定斜支架的生产类型及其工艺特征，学习叉架零件生产纲领的计算方法、生产类型及其工艺特征的确定方法。下一页返回任务２确定叉架零件的生产类型任务实施一、计算斜支架的生产纲领根据任务书要求：（１）产品的生产纲领Ｑ＝２００台／年；（２）每台产品中斜支架的数量ｎ＝１件／台；（３）斜支架的备品百分率ａ＝１０％；（４）斜支架的废品百分率ｂ＝１％；计算斜支架的生产纲领计算如下：下一页上一页返回任务２确定叉架零件的生产类型二、确定斜支架的生产类型查附表２《机加工工作各种生产类型的生产纲领及工艺特点》（见注解）进行类比，该产品相当柴油机类，属“中型机械”。查同表又知斜支架的生产类型属于小批量生产，并查得其工艺特征，见表６-２。上一页返回任务３确定叉架零件的毛坯类型

及其制造方法教学目标掌握叉架零件毛坯的类型及其制造方法的选择。掌握叉架零件毛坯的机械加工余量的估算方法。掌握叉架零件的毛坯简图的绘制方法。任务引入通过选择斜支架毛坯的类型及其制造方法，以及估算斜支架毛坯的机械加工余量、绘制斜支架的毛坯简图，学习选择叉架零件毛坯的类型及其制造方法，以及叉架零件毛坯的机械加工余量的估算方法、毛坯简图的绘制方法。下一页返回任务３确定叉架零件的毛坯类型

及其制造方法相关知识（１）一些需钻削加工的孔，毛坯制造时一般将其做成实心（不留孔）。（２）若事前在毛坯上做出了孔，则在钻削时该孔将会引导钻头偏移，使钻头无法准确定位。（３）通常小于φ５０的孔，毛坯制造时都可将其做成实心。任务实施一、确定斜支架毛坯的类型及其制造方法（１）图纸设计该零件的材料为铸铁ＨＴ２００，查附表５《常用毛坯类型》，确定毛坏类型为铸件。（２）根据表６-２中的零件工艺特征（１）毛坯铸件采用木模手工造型。确定本零件制造方法为木模手工造型。下一页上一页返回任务３确定叉架零件的毛坯类型

及其制造方法二、估算斜支架毛坯的机械加工余量根据木模手工造型，余量精度取３级。查附表６《铸件的机械加工余量》和附表７《铸件的尺寸偏差》，根据各加工面的基本尺寸，将查到的各加工面毛坯余量及公差列入表６-３。三、绘制毛坯图毛坯图是在零件图基础上增加了毛坯余量并简化了尺寸后的视图，视图中用填充了交叉线图案来表示加工余量，如图６-８所示。上一页返回任务４选择叉架零件的定位基准

和加工装备教学目标掌握叉架零件粗基准的选择方法。掌握叉架零件精基准的选择方法。掌握斜支架加工装备的选择方法。任务引入通过具体选择斜支架的精基准、粗基准以及加工装备，掌握叉架零件的基准及其加工装备的选择方法。任务实施一、选择粗基准粗基准的选定有多种方案，在此列出两个选择方案，如图６-９所示。下一页返回任务４选择叉架零件的定位基准

和加工装备二、选择精基准１方案１以已加工的φ２０孔及其端面为精基准面，该精基准用夹具上的柱销定位，可保证关键加工面“Ｌ形定位面”加工的精度要求。定位示意如图６-１０（ａ）所示。２方案２以已加工的“Ｌ形定位面”为精基准面，用此基准可保证关键加工面φ

２０孔和端面的加工精度要求。定位示意如图６-１０（ｂ）所示。下一页上一页返回任务４选择叉架零件的定位基准

和加工装备三、选择加工装备根据表６-２中的零件工艺特征（２）：采用通用机床加工；根据表６-２中的零件工艺特征（３）：采用通用夹具和专用夹具结合；根据表６-２中的零件工艺特征（６）：使用通用刀具和量具检验；根据小批量生产特点，所设计的专用夹具使用手动夹紧。上一页返回任务５拟定叉架零件工艺路线教学目标掌握选择叉架零件各表面的加工方法。掌握初步拟定叉架零件机械加工工艺路线的方法。任务引入通过选择斜支架表面的加工方法以及初步确定斜支架机械加工工艺路线，学习选择叉架零件的加工方法，以及叉架零件机械加工工艺路线的拟定方法。下一页返回任务５拟定叉架零件工艺路线相关知识（１）完整的零件加工工艺路线包括从毛坯到成品所经过全部工序的顺序（路线），其中包含各种非切削加工工序，如毛坯制造、时效、涂漆、检验、入库、包装等。本模块主要学习的是零件表面的机械加工工艺，因此本案例提到的“加工工艺路线”是指零件表面的机械加工工序。（２）工艺路线的合理性将随企业的情况变化和技术的发展而变化，工艺的制定是一个不断改进、完善的过程。下一页上一页返回任务５拟定叉架零件工艺路线（３）车床附件：①三爪卡盘是车床最常用的附件之一，在夹紧过程中，它的三个爪都会同步联动，有自动定心的优点。三爪卡盘的三个卡爪可以正装，也可以反装。②除三爪卡盘外还有四爪卡盘，其在夹紧过程中，四个爪是独立移动的，它可以夹持圆柱体、四棱柱体的零件，并通过调节四个爪的位置，来精确找正零件的旋转中心线。其缺点是无自动定心功能，装夹找正的速度较慢。下一页上一页返回任务５拟定叉架零件工艺路线任务实施一、确定各表面的加工方法和设备以按图纸标注公差精度等级（“经济精度”）和“表面粗糙度”为依据查表：（１）查附表１１《孔加工方案的适用范围》确定平面的加工方法。（２）查附表１２《平面加工方案》确定孔的加工方法。（３）从实现所选加工方法考虑，确定可用的设备类型。下一页上一页返回任务５拟定叉架零件工艺路线二、划分加工阶段和工序１工段划分该零件加工余量少切削热不高，同时装夹的刚性足够，各工序粗、精加工之间的影响不大，加之属“小批生产”类型，因此不必划分加工阶段。２划分工序根据零件的生产批量属“小批”，工序划分本着“相对集中”原则。以每次装夹划分为一个工序，具体划分详见工艺路线。三、工序顺序的安排本着“先主要、后次要”、“先粗后精”的原则，将包含有关键加工表面的工序安排在前，而非关键加工表面的工序安排在后。下一页上一页返回任务５拟定叉架零件工艺路线四、初拟工艺路线拟定工艺路线可有多种方案，本任务仅给出两个方案，以供比较选定，工艺路线方案见表６-６和表６-７。现将两个工艺路线方案中主要不同点进行比较分析如下：（１）方案二中工序３和工序４的装夹部位与加工部位离得较远，其加工的刚度不如方案一好。（２）方案二要使用卧式铣床，方案一使用车床，车床与比较，车床的加工费用比铣床的低。（３）方案一中的工序３需使用专用夹具，它比方案二多设计一套夹具，但对相同部位加工时，方案一使用专用夹具生产效率较高。上一页返回任务６设计叉架零件加工工序教学目标¤掌握叉架零件工序加工余量及尺寸的确定方法。¤掌握叉架零件工序工时定额的计算方法。任务引入通过具体确定斜支架各工序加工余量及工序尺寸，计算斜支架各工序工时定额，学习叉架零件工序尺寸及其公差的确定方法，以及工时定额的计算方法。下一页返回任务６设计叉架零件加工工序相关知识（１）根据刀具参数（如钻头直径、铣刀直径等）／刀具材料／零件材料查表得出进给量范围和主轴转数范围。（２）根据机床型号／查到的进给量和主轴转数范围，查附表３７《常见通用机床的主轴转速和进给量》，确定一个切削用量。下一页上一页返回任务６设计叉架零件加工工序任务实施一、确定加工余量１查表确定查附表２１《基孔制８级精度（Ｈ８）孔加工的工序尺寸》来确定钻孔的工序加工余量；查附表１８《车轴端面加工余量及偏差》来确定车端面的工序加工余量；查附表１９《平面加工余量及公差》来确定铣削平面工序的工序加工余量；查附表２５《攻螺纹前钻孔用麻花钻直径》确定Ｍ１０的底孔为φ８.３。下一页上一页返回任务６设计叉架零件加工工序２说明（１）粗加工面选用公差等级ＩＴ１２～ＩＴ１３（本零件取ＩＴ１３）；（２）在附表中查不到的工序余量，由经验数据得出：精加工经验值是０.１～０.８；（３）小批生产因工序集中，每工序由一熟练操作者完成，在此仅给出简单的工序尺寸参考值，实际操作工序尺寸由操作者根据技术和经验控制。下一页上一页返回任务６设计叉架零件加工工序二、计算工序尺寸及其公差根据步骤２／零件工艺特征第８）点：“制作简单的工艺过程卡片”规定本零件无需进行工序尺寸计算，制订详细的工序卡。单件小批生产工序集中，相当于将中批、大批、大量生产中的多个工序合并成一个工序，工序情况变得复杂，不宜统一规定工序尺寸，因此在步骤２／零件工艺特征第５）点规定：“需用中级技工操作”，小批量生产将凭借操作者的技术和经验，由操作根据具体生产条件考虑，统筹安排加工工序尺寸，而无需计算给出统一的工序尺寸。下一页上一页返回任务６设计叉架零件加工工序三、确定切削用量（１）根据加工余量和装夹情况，确定走刀次数和背吃刀量；（２）查表确定主轴转数ｎ和刀具进给量ｆ，数据见表６-９。四、计算工时定额单件小批生产工序集中，一个工序中有多个工步，工步转换涉及诸多操作：装夹、换刀、对刀、测量、找正、变更切削用量、走刀…等，辅助时间与机动时间重叠交错，用计算法确定工时既困难又不准确，此时可使用类比法，即根据以往类似零件、类似工序、类似工步的已知工时作参照，通过类比即可直接给出工时定额。根据步骤２／零件工艺特征中的第７）点得知：“生产率较低且成本较高”的特征决定了本加工的工时定额不会很准确，但通过生产过程不断修正即可逐步趋向合理。上一页返回任务７填写叉架零件的机械加工

工艺文件教学目标掌握叉架零件机械加工工艺的填写内容及要求。任务引入根据上述任务结果，按要求填写《机械加工工艺过程卡片》和《机械加工工序卡片》，每工序一张（含工艺附图）。任务实施工艺文件中是用于指导生产的重要文件。填写工艺文件的要求，将根据零件的生产纲领不同而有区别，通常的规定见表６-１１。本零件虽属小批生产，但从熟悉填表角度考虑，仍填写了工序卡，但工序卡中未严格规定加工的切削用量和工时定额。返回任务８设计夹具教学目标掌握铣削夹具的设计方法。掌握钻削夹具的设计方法。任务引入设计用工序２０铣削Ｌ定位面的铣削夹具（仅要求给出总装图，零件图略），以及设计用于工序５０钻螺孔的钻削夹具（仅要求给出总装图，零件图略），学习常用夹具的设计方法。下一页返回任务８设计夹具相关知识夹具的组成部分：（１）定位元件：确定工件在夹具中的位置。如支承钉、支承板、Ｖ形块、圆柱销等。（２）夹紧装置：将工件压紧夹牢。如压板、斜楔、气缸等。（３）对刀装置：用以确定刀具与被加工表面间的正确位置。如对刀台、钻套、镗套等。（４）连接元件：确定夹具在机床正确位置的元件。如定位键、过渡盘等。（５）夹具体：连接夹具各部的基础件。如底座、本体、基板等。（６）其他装置：某些特殊加工需要的装置。如分度、靠模、上下料等装置。下一页上一页返回任务８设计夹具任务实施一、铣削夹具设计１确定设计方案加工部位：工序２０所铣削的棱柱体；定位元件：以φ２０孔定位／支承钉；夹紧装置：螺栓与压板手工夹紧；对刀装配：设计两个对刀平面。方案如图6-１８和图６-１９所示。下一页上一页返回任务８设计夹具２定位分析定位限制了６个自由度，其中φ２０圆柱销定位可限制４个自由度，夹紧点处定位限制了一个自由度，挡销限制了一个自由度。３夹紧力分析在零件上由摩擦力限制的运动，只有一个绕圆柱销的逆时针转动，转动方向恰好受加工时的切削分力（向下）限制。使用Ｍ１０螺栓压紧，在螺栓承受最大拉力内能有效保证夹紧工件夹持牢靠。夹具体的刚度根据类比设计，有足够的加工刚度，工时的变形量可忽略。下一页上一页返回任务８设计夹具４关键尺寸设计（１）φ２０圆柱销公差的选择查阅《机械加工工艺师手册》，定圆柱销直径精度可选用ｈ６＼ｇ６＼ｆ７之一，现选取圆柱销的直径配合尺寸φ２０ｆ７；查公差表有：（２）φ

２０圆柱销的定位尺寸和形位公差的控制２０圆柱销的位置精度制作是本夹具制造的关键，它既要保证其中心线到两个对刀平面的公差，又要保证其中心线与两个定位平面平行。下一页上一页返回任务８设计夹具５夹具使用说明（１）校准夹具：移动机床工作台，用千分表校准圆柱定位销的轴线与机床的导轨平行。校准夹具后用螺栓压紧在机床工作上。（２）刀具定位：用２ｍｍ厚的对刀块对刀，以控制加工尺寸。（３）工件定位：旋动“可调支承钉”使工件处在正确加工位置，拧紧支承钉的锁紧螺帽，将支承定锁牢（一次调整后不再随意调整）。（４）夹紧工件：扳动旋紧手柄，夹紧工件后开始加工。６绘制钻削夹具图纸钻床夹具的装配如图６-２１所示。下一页上一页返回任务８设计夹具二、钻削夹具设计１设计方案工序５０是钻销两个阶梯孔，为了解决两个定位孔的定位，设计一钻削夹具，以Ｌ形的两面定位，用螺栓及斜面压板夹紧，并设计一活动钻孔模板保证孔间距。加工部位：钻削零件棱柱体上的阶梯孔；定位元件：Ｌ形定位面／φ２０孔的一个端面；夹紧装置：螺栓及斜压板夹紧；对刀装配：设计一个活动钻模板。下一页上一页返回任务８设计夹具２定位夹紧力分析定位使用了水平、铅垂、侧垂三平面定位，三个平面可算作窄长平面，每个平面可限制两个自由度，夹具实现了六点定位。钻削时，零件受到一个向下运动的力和一个沿钻头轴线旋转的力矩作用。该夹具的定位面与零件贴合，三面的反作用力与钻削力平衡。斜压板的斜口与零件的棱线接触，同时产生水平和铅垂两个分力将工件夹紧。在Ｍ８压板螺栓可最大承受的拉力内，可以保证将工件夹紧压牢。夹具的刚度按类比法进行设计，可保证有足够的刚度，加工过程中的变形可忽略。下一页上一页返回任务８设计夹具３关键尺寸设计（１）侧垂定位面与两个钻模板定位销的位置；（２）钻模板与钻套的设计。４确定钻套内孔直径公差５其他尺寸设计为了保证两阶梯孔的中心距４０±０.０５，