K143-拨叉机械加工工艺规程及铣宽25槽夹具设计带图纸和文档
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K143
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K143-拨叉机械加工工艺规程及铣宽25槽夹具设计带图纸和文档,K143,机械,加工,工艺,规程,25,夹具,设计,图纸,文档
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沈阳理工大学应用技术学院机械工程系课程设计（实训）说明书专 业：机械设计制造及其自动化班 级：学 号：姓 名：指导教师：成 绩：目 录目 录II第1章 绪论11.1夹具概述11.2机床夹具的功能11.3机床夹具的发展趋势11.3.1机床夹具的现状21.3.2现代机床夹具的发展方向22 夹具设计简介52.1机床夹具的功能52.2机床夹具应满足的要求52.3设计已知条件63夹具的结构设计73.1设计机床夹具前的准备工作73.1.1明确工件的年生产纲领73.1.2充分理解工件的零件图和工序图73.2确定机床夹具的结构方案83.2.1选择定位原件83.2.2选择夹紧机构83.2.3 定向键与对刀装置设计103.3夹具结构方案的设计123.4绘制夹具装配图123.5绘制夹具零件图144夹具精度的验算154.1产生定位误差的原因154.2 误差分析与计算154.3夹具设计及操作的简要说明16总结与展望17参考文献18致 谢19 第1章 绪论1.1夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.2机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.3机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.3.1机床夹具的现状现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如上新的要求：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，降低生产成本。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.3.2现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。精密化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卡盘，其定心精度为5m；精密心轴的同轴度公差可控制在1m内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5m。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、具有夹紧动力装置的夹具等。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；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2600r/min的条件上仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。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、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。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、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991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。计算机辅助机床夹具设计是利用计算机辅助设计CAD技术来完成夹具设计的先进方法。由于夹具种类繁多，结构复杂，其设计过程涉及控制条件多，因此，用于夹具设计的专业软件甚少，目前还没有一种软件系统能够将夹具设计完全数字化。目前，计算机辅助夹具设计一般是采用二维CAD软件进行。采用二维CAD软件进行夹具设计，可以提高设计效率和质量，但是其缺点是设计人员首先要阅读工件二维零件图，了解零件的加工要求，并将二维零件图在头脑中三维实体化；再选择或设计合适的定位、夹紧等元件和装置；接上来将上述结构在头脑中形成夹具三维实体，用二维图表示，完成夹具的设计。在设计过程中，思维要在三维和二维模型中反复转换，最终绘制二维的总装图。由于绘制三维实体效果的装配图难度大，效率低，一般不绘制三维装配图。这对夹具设计质量和效率，以及加工和装配均有不利的影响。3D软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，该软件完全采用Windows图形用户界面，易学易用。借助3D软件平台，可以创建三维实体模型；编辑零件装配体并进行简单的运动仿真；利用它的动画功能不仅可以检查夹具工作的可行性，还能得到夹具零部件装配和运动过程的动画文件。计算机辅助设计（CAD）的功能在于能协助设计者完成产品设计各阶段的工作。本文针对机床夹具进行计算机辅助设计，借助3D软件平台，将设计时所用标准零件建立实体模型库；对于非标准零件，采用交互方式建模方法直接在设计平台建模并建立非标准模型库。采用二维CAD软件进行设计，它使我们甩掉了图板，解决r使用绘图板带来的诸多弊端。现在，大量三维实体造型软件崛起，如PR0E、UG、3D、Solidedge等，推动了设计领域的新革命由于这些三维软件不仅仅可创建三维实体模型，还可利用设计出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析、动态干涉检查、动力学分析、强度分析等，并且与其它软件配合可进行零件的数控加工演示和数控代码的生成。这些功能是以往的二维CAD无法比拟的。结合夹具设计的复杂性、高精度性等特点采用了易学易懂的3D三维实体造型软件来实现设计过程。192 夹具设计简介2.1机床夹具的功能2.1.1 保证加工精度，工件通过机床夹具进行安装，包含了两层含义：一是工通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位;二是通过家骏技工是工件 的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧、这样，就可以保证工件加工面的位置精度，且精度稳定。2.1.2 提高生产率，使用夹具来安装工件，可以减少划线，找正，对刀等辅助时间，采用多件，多工位夹具，以及气动，液压动力基金装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。2.1.3 扩大加床的使用范围，有些机床夹具是指上是对机床进行了部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。如在车床床鞍上暗访镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工。2.1.4 减轻工人的劳动强度，保证生产安全。2.2机床夹具应满足的要求机床夹具应满足的基本要求包括下面几方面：2.2.1保证加工精度，这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位，夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。2.2.2夹具的总体方案应与年生产纲领相适应，在大批量生产时，尽量采用快速，高效的定位，夹紧机构和动力装置，提高自动化程度，符合生产节拍要求 在中，小批量生产时，夹具应有一定的可调性，一适应多品种工件的加工。2.2.3安全，方便，减轻劳动强度，机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置、要符合工人的操作位置和习惯，要有合适的工件装卸位置和空间，时工人操作方便、大批量生产和加工笨重时，更需要减轻工人的劳动强度。2.2.4排屑顺畅，机床夹具中积累切屑会影响到工件的定位精度，切屑的热量时工件和夹具产生热变形，影响加工精度，清理切屑将增加辅助时间，降低生产率。因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。2.2.5机床夹具应有良好的强度，刚度和结构工艺性，加床夹具设计时，要方便制造，检查测，调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。2.3设计已知条件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。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，所以都要求精加工。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、小孔；小头孔端的槽加工以及大头孔的铣断加工。 以平面为主有： 拨叉底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是； 大头孔端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是。 孔系加工有： 的大头孔粗、精镗加工，其表面粗糙度为； 的小头孔钻、扩和铰加工，其表面粗糙度要求； 的小孔钻加工，小孔表面粗糙度要求。 小头孔端槽的加工，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，而槽底的表面粗糙度要求是。 最后为大头孔的铣断加工，要求断口粗糙度。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，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2.13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了必要的准备。利用本夹具主要用来粗、精铣20.5槽，该槽对孔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。3夹具的结构设计3.1设计机床夹具前的准备工作3.1.1明确工件的年生产纲领工件的年生产量是确定机床夹具总体方案的重要依据之一。它决定了夹具的复杂程度和自动化程度。如工件的年生产量很大，可采用多工件加工、机动夹紧或自动化程度较高的设计方案，采用此方案时，机床夹具的结构较复杂，制造成本较高；如工件的年生产量不大，可采用单件加工，手动夹紧的设计方案，以减小机床夹具的结构复杂程度及夹具的制作成本。3.1.2充分理解工件的零件图和工序图零件图标出了工件的尺寸、形状和位置、表面粗糙度等总体要求，他决定了工件在机床夹具中的放置方法，是设计机床夹具总体结构的依据。工序图给出了零件本工序的工序基准、以加工表面、以及本工序的定位、夹紧原理方案。工件的工序基准、已加工表面、决定了机床夹具的定位方案，如选用平面定位、孔定位定位等；定位方案的选择依据六点定位原理和采用的机床加工方法，定位方案不一定要顶六个自由度，但是要完全定位。工件的代待加工表面是选择机床，刀具的依据。确定夹紧机构要依据零件的外形尺寸，选择合适的定位点，确保夹紧力安全、可靠同时夹紧机构不能与刀具的运动轨迹相冲突。3.2确定机床夹具的结构方案3.2.1选择定位原件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3.1 定位销dHD公称尺寸允差141816150.01122514M124 表3.2 定位棱销dHd公称尺寸允差40502022+0.0340.0236553816 1.53.2.2选择夹紧机构（1） 夹紧力的方向：夹紧力的要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。（2） 夹紧力的作用点：夹紧力的作用点应该选择在定位元件支撑点的作用范围内，以及工件刚度高的位置。确保工件的定位准确、不变形。 （3）选择夹紧机构：在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题： 安全性 夹紧机构应具备足够的强度和加紧力，以防止意外伤及夹具操作人员。 手动夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。 夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。 手动夹紧机构应操作灵活、方便。该夹紧装置选用移动压板，其参数如表3.3：表3.3 移动压板公称直径L645208196.67M65刀具：错齿三面刃铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 由参考文献55表129 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5121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。查参考文献51226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： 其中： 螺旋夹紧力：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.由表得：原动力计算公式 即： 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。3.2.3 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GB220780定向键结构如图所示： 图3.1 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3.4：表3.4 定向键 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D180.0120.03525124124.518+0.0195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GB224380侧装对刀块的结构和尺寸如图3.2所 图3.2 侧装对刀块塞尺选用平塞尺，其结构如图3.3所示： 图3.3 平塞尺塞尺尺寸参数如表3.5：表3.5 塞尺公称尺寸H允差dC30.0060.253.3夹具结构方案的设计（1）首先对工件的加工要进行分析，根据工件的形状和加工要求，我认为采用立式钻床比较合理。（2）然后，根据六点定位原理，选用定位销套在圆柱内孔，这样配合使用来完成限制了五个自由度，加上圆柱销，这样就共限制了六个自由度，正好满足六点定位原理，由于限制了六方自由度，所以只需要将工件夹紧就可以进行加工了，在垂直方向上进行夹紧，可以利用移动压板，进行夹紧，因为移动压板简单使用，而且不影响加工过程，所以最总选择移动压板进行夹紧。（3）最后，对整个夹紧方案分析得出，定位约合六点定位原理，夹紧工件稳定，所以此夹具设计可行。这样就可使工件稳固的夹紧在机床上，能更加方便，准确的进行加工。3.4绘制夹具装配图（1）装配图应按照国家标准尽可能1：1地绘制，用剖视图完整清晰的表示出夹具的主要结构及夹具的工作原理。（2）视工件为透明体，用双点画线画出主要部分（如轮廓，定位面夹紧面加工表面）。画出定位元件、夹紧机构、导向装置的位置（3）按照夹紧状态画出夹紧元件和夹紧机构。（4）画出夹具体及其他联接用的元件（联接体、螺钉等），将夹具各组成元件联成一体。此机床夹具要用到的零件如下：六角螺钉M6X25 8个 材料：钢件定位销 A6X26 4个 材料：钢件定位衬套 4个 材料：钢件 六角螺母-C级M12 1个 材料：Q235 螺杆M12X40 1个 材料：钢件 夹具体 1个 材料：HT200筋板 1个 材料：钢件 立柱 1个 材料：钢件轴 1个 材料：钢件快换垫圈 1个 材料：钢件 定位轴 1个 材料：钢件 （5）标注必要的尺寸、配合、公差等夹具的外形尺寸，所设计夹具的最大长、宽、高尺寸。夹具中所有有配合关系的元件间应标注尺寸和配合种类。各定位元件之间，定位元件与导向元件之间，各导向元件之间应标注装配后的位置尺寸和形位公差（6）标注技术条件。定位元件的定位面间相互位置精度。定位元件的定位表面与夹具安装基面的位置精度。定位表面与导向元件间的位置精度。导向元件工作面间的位置精度。（7）对零件编号，填写标题栏和零件明细表。每一个零件都必须有自己的编号，此编号是唯一的。在工厂的生产活动中，生产部件按零件编号生产、查找工作。完整填写标题栏，如装配图号、名称、单位、设计者、比例等。完整填写明细表，一般来说，加工工件填写在明细表的下方，标准件、装配件填写在明细表的上方。图 装配图3.5绘制夹具零件图（1）对装配图中需加工的零件图均应绘制零件图，零件图应按制图标准绘制。视图尽可能与装配图上的位置一致。（2）零件图上的尺寸公差、形位公差、技术要求应根据装配图上的配合种类、 位置精度、技术要求而定。（3）零件的其他尺寸，如尺寸、形状、位置、表面粗糙度等应标注完整4夹具精度的验算4.1产生定位误差的原因（1）平位情面定形，夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的位置误差会反应到被加工表面的位置上去，所产生的定位误差称之为基准转换误差。（2）定位基准面与定位元件表面的形状误差。（3）导向元件，对刀元件与定位元件间的位置误差。（4）夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差。（5）夹具在机床上的安装误差。（6）定位元件与定位元件间的位置误差4.2 误差分析与计算该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为。为了满足工序的加工要求，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。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： 两定位销的定位误差 ： 其中：， 且：L=135mm ，得 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 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。4.3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。总结与展望总结与展望在本次设计中，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。参考文献参考文献1 黄如
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