K101-拨叉七拨叉杠杆机械加工工艺规程及铣R10.5侧面夹具设计大批量生产
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K101
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目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 引言11.2 机械加工工艺规程的作用11.3 研究方法及技术路线21.4 课题背景及发展趋势2第二章 零件的分析42.1 零件的作用42.2 零件工艺分析4第三章 工艺规程设计53.1 确定毛坯材料53.2 基面的选择53.2.1 精基准的选择53.2.2 粗基准的选择53.3 制定工艺路线63.4 确定加工余量及毛坯尺寸63.5 确定切削用量以及基本工时7第四章 专业夹具设计94.1 问题的提出94.2 定位基准的选择94.3 切削力及夹紧力计算94.4 定位误差分析104.5 定向键与对刀装置设计12结论14参考文献15致谢16 摘 要本次课程设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。拨叉的工艺规程及其铣R10.5侧面的工装夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：拨叉、夹具设计、工艺路线。IAbstractThis design course content involves the mechanical manufacturing technology and machine tool fixture design, metal cutting machine tool, tolerance matching and measurement of aspects of knowledge. Fork the process planning and milling R10.5 side of fixture design is including parts processing process design, process design and special fixture design three parts. Should first analyze the parts in the process design, understand parts of technology to design the structure of blank, and choose the good parts processing benchmark, design process of the parts; Then the parts size of each work step of the process, the key is to determine the process equipment for each process and cutting parameter; For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; Calculated at the exit of fixture locating position error, analysis the rationality of the fixture structure and deficiency, and pay attention to the improvement in the later design. Keywords : fork , fixture design, process route. 1第一章 绪论1.1 引言制造技术的重要性是不言而喻的，它与当今的社会发展密切相关。现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济的今天，它更占有十分重要的地位。人类的发展过程是一个不断制造的过程，在人类发展的初期，为了生存，制造了石器以便于狩猎，此后，出现了陶器，铜器，铁器，和一些简单的机械，如刀，剑，弓，箭等兵器，锅，壶，盆，罐等用具，犁，磨，碾，水车等农用工具，这些工具和用具的制造过程都是简单的制造过程，主要围绕生活必需和存亡征战，制造资源，规模和技术水平都非常有限。随着社会的发展，制造技术的范围，规模的不断扩大，技术水平的不断提高，向文化，艺术，工业发展，出现了纸张，笔墨，活版，石雕，珠宝 ，钱币金银饰品等制造技术。到了资本主义和社会主义社会，出现了大工业生产，使得人类的物质生活和文明有了很大的提高，对精神和物质有了更高的要求，科学技术有了更快更新的发展，从而与制造工艺的关系更为密切。蒸汽机的制造技术的问世带来了工业革命和大工业生产，内燃机制造技术的出现和发展形成了现代汽车，火车和舰船，喷气涡轮发动机制造技术促进了现代喷气客机和超音速飞机的发展，集成电路制造技术的进步左右了现代计算机的水平，纳米技术的出现开创了微创机械的先河，因此，人类的活动与制造密切相关，人类活动的水平受到了限制，宇宙飞船，航天飞机，人造飞机，人造卫星以及空间工作站等技术的出现，使人类活动走出了地球，走向太空 。1.2 机械加工工艺规程的作用机械加工工艺规程是指规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。制订工艺规程的原则是保证图样上规定的各项技术要求，有较高的生产效率，技术先进，经济效益高，劳动条件良好。制订工艺规程的程序：1、 计算生产纲领，确定生产类型2、 分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查3、 确定毛坯种类、形状、尺寸及精度4、 制订工艺路线5、 进行工序设计（确定各工序加工余量、切削用量、工序尺寸及公差、选择工艺装备，计算时间定额等。）1.3 研究方法及技术路线1. 深入生产实践调查研究 在深入生产实践调查研究中，应当掌握下面一些资料：工程图纸，工艺文件，生产纲领，制造与使用夹具情况等。2. 制订工艺工艺规程的程序计算生产纲领，确定生产类型，分析产品装配图，对零件图样进行工艺审查，确定毛坯的种类，形状，尺寸及精度，拟定工艺路线（划分工艺规程的组成，选择的定位基准，选择零件表面的加工方法，安排加工顺序，选择机床设备等），进行工序设计（确定各工序加工余量，切削余量，工序尺寸及工差，选择工艺装备，计算时间定额等），确定工序的技术要求及检验方法，填写工艺文件。3. 确定工件的夹紧方式和设计夹紧机构夹紧力的作用点和方向应符合夹紧原则。进行夹紧力的分析和计算，以确定加紧元件和传动装置的主要尺寸。4. 确定夹具其他部分的结构形式如分度装置，对刀元件和夹具体等5. 绘制夹具总装配图在绘制总装配图时，尽量采用1：1比例，主视图应选取面对操作者的工作位置。绘图时，先用红线或双点划线画出工件的轮廓和主要表面，如定位表面，夹紧表面和被加工表面等。其中，被加工表面用网纹线或粗实线画出加工余量。工件在夹具上可看成是一个假想的透明体，按定位元件，导向元件，夹紧机构，传动装置等顺序， 画出具体结构。6. 标注各部分主要尺寸，公差配合，和技术要求7. 标注零件编号及编制零件明细表在标注零件编号时。标准件可直接标出国家标准代号。明细表要注明夹具名称，编号，序号，零件名称及材料，数量等。8. 绘制家具零件图拆绘夹具零件图的顺序和绘制夹具总装配图的顺序相同。1.4 课题背景及发展趋势机床夹具是在切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧的工艺装备。它的重要作用是：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，冲锋发挥和扩大机床的工艺性能。因此夹具在机械制造中占有重要的地位。机床夹具的设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动生产率的一项技术措施。我们在设计中也应该注意一些重要方法，我们必须深入生产实践调查研究，因为，这样有利于我们掌握一些重要资料，例如： （1）工件的图纸详细阅读图纸，了解工件被加工表面的技术要求，该件在机械中的位置和作用，以及装配中的特殊要求。（2）工艺文件了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件已加工面及及待加工面的状况，基准面的选择状况，可用的机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。（3）生产纲领夹具的结构形式应与工件批量大小相适应，做到经济合理。（4）制造与使用夹具的状况等。我深刻明白要想做好这次夹具设计，我也要了解并注意设计夹具出现的问题，对夹具最基本的要求是：工件的定位准确，定位精度满足加工要求，工件夹紧牢固可靠，操作安全方便，成本低廉。工件夹具中的定位精度，主要是定为基准是否与工序基准重合，定位基准的形式和精度，定位元件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基准与定位元件的配合状况等因素有关。这些因素所造成的误差，可以通过数学计算求得。在采取提高定位精度的措施时，要注意到夹具制造上的可能性。在总的定位精度满足加工要求的条件下，不要过高的提高工件在夹具中的定位精度。夹具在机床上的定位精度，和刀具在夹具上的导向精度也不应忽视。夹具在机床上的定位精度，主要与定位元件表面与机床配合处的位置精度。夹具与机床连接处的配合间隙等因素有关。因此，提高夹具制造精度，减小配合间隙就能提高夹具在机床上的定位精度。如果定位精度要求很高，而通过提高夹具制造精度的措施已不可能或不合理时，应采用调整法或就地加工法解决，即在安装夹具时找正定位表面的准确位置，或在夹具安装后加工定位表面，使夹具在机床上获得高精度定位。刀具在夹具上的导向精度通常利用导向元件或对刀元件来保证。因此影响刀具在夹具上的导向精度的因素有：导套中心到定位元件产生变形等。夹具中出现过定位时，可通过撤销多余定位定位元件，使多余定位元件失去限制重复自由度的能力，增加过定位元件与定位基准的配合间隙等办法来解决。第二章 零件的分析2.1 零件的作用题目所给的零件是拨叉。它位于变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。2.2 零件工艺分析本零件为一个拨叉，总共有八组加工面，现分述如下：图1.1 拨叉零件图1).60端面、2-20凸台面。2).2-20凸台面。3).R10.5两侧面。4).R10圆弧。5).30沉孔、20H7。6).10H7、M12螺纹、沉孔13。7).10H7。8).M6螺纹。第三章 工艺规程设计3.1 确定毛坯材料零件材料为QT200，零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为8级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。3.2 基面的选择定位基准的选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与和理地选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类，提高生产率。3.2.1 精基准的选择选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便。1）用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。2）当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免生产基准转换误差。3）当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。4）为获得均匀的加工余量或较高 的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。5）有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。3.2.2 粗基准的选择1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面 之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面位置精度要求较高的表面作粗基准。2）如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面作精基准。3）如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选加工余量较小的表面作粗基准。4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。5）粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。 3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工件集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案工序01 铸造工序02 时效处理工序03 以R10.5圆弧面、20端面及R10.5端面作为定位基准，粗铣60端面、两个20端面，刮60端面工序04 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，粗铣、半精铣两个20端面工序05 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，铣R10.5两侧面工序06 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，铣R10圆弧工序07 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，锪30沉孔、钻孔至18、扩18孔至19.8孔、铰19.8孔至20H7工序08 以60端面、20端面、20H7孔 及一侧面作为定位基准，钻孔至8，扩8孔至9.8，铰9.8孔至10H7，攻M12螺纹，锪沉孔13工序09 以20H7、10H7孔及端面作为定位基准，钻孔至8、扩8孔至9.8、铰9.8孔至10H7工序10 以20H7、10H7孔及端面作为定位基准，钻M6螺纹底孔5.1、攻M6螺纹工序11 去除机械加工所留下的毛刺工序12 在乳化液中清洗零件保证没有赃物并吹净工序13 检验至图纸要求工序14 入库3.4 确定加工余量及毛坯尺寸1. 工件60端面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT7级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.2mm,粗糙度Ra=3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，两步铣削即粗铣半精铣方可满足其精度要求。粗铣 单边余量Z=1.0mm半精铣 单边余量Z=0.2mm2. 20下凸台面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT8级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.0mm,粗糙度Ra=6.3，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，一步铣削即可满足其精度要求。3. 20上凸台面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT7级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.2mm,粗糙度Ra=3.2，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，需经过粗铣半精铣方可满足其精度要求。粗铣 单边余量Z=1.0半精铣 单边余量Z=0.24. R10.5两侧面的加工余量已知铸件尺寸公差为CT8级，加工余量为MA-E级，查机械制造工艺设计简明手册表2.2-4得，铸件的单边加工余量Z=1.0mm,粗糙度Ra=6.3，查机械制造工艺设计简明手册表1.4-8知，需经过一步铣削即可满足其精度要求。5. R10圆弧的加工余量因加工余量不大，故采用实心铸造，表面粗糙度Ra=12.5，一步铣削即可满足其精度要求。 6. 工件上所有孔的加工余量因工件上所有孔的加工尺寸都不大，故全采用实心铸造。 7.其他不加工表面，直接铸造即可达到其精度要求。3.5 确定切削用量以及基本工时工序05 以60端面、20端面、20外圆面及一侧面作为定位基准，铣R10.5两侧面1. 选择刀具刀具选取三面刃铣刀，。2. 决定铣削用量1）决定铣削深度2）决定每次进给量及切削速度 根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取500当500r/min时按机床标准选取3）计算工时切削工时：，则机动工时为第四章 专业夹具设计4.1 问题的提出为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计工序05：铣R10.5侧面的夹具。4.2 定位基准的选择本道工序铣R10.5侧面，因此我们采用60端面、20外圆面及一侧面定位，对应的定位元件为：衬套、固定V型块和A型固定式定位销。1、 衬套作为第一定位基准，与工件60端面相配合限制三个自由度，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动。2、 固定V型块作为第二定位基准，与工件20外圆面相配合限制两个自由度，即X轴移动和Y 轴移动。3、 A型固定式定位销与工件一侧面相配合限制一个自由度，即Z轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。4.3 切削力及夹紧力计算（1）刀具： 采用YG6硬质合金立铣刀 机床： X51型立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=8mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠4.4 定位误差分析定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图1所示 图1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2，两个极端情况：情况1：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地高得加工尺寸；情况2：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地低得加工尺寸。且该工序定位误差 图2 定位误差 =O1O2+(d2-（d2-Td2)/2 =Td1/(2sina/2)+Td2/2 =0.043/2sin45+0.03/2 0.3924.5 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。根据GB220780定向键结构如图所示：图 1 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如下：表 3.1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D18-0.014-0.0452583105.518+0.0234塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 图 2 平塞尺图塞尺尺寸为：表 3.2 平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC1-0.0060.25 结论在老师的指导下顺利地完成了拨叉的设计，并且认真地、有计划地按时完成设计任务。尽管整个设计在技术上不够先进，但是在经济上合理、在生产上可行。此次设计，以机械加工工艺路线为主线，通过对零件图纸分析，初步拟订加工表面方法，进一步拟订加工方法并选择机械加工装备。确定加工路线后，熟悉并运用相关手册查工艺参数，计算切削用量和加工工时。将计算的数据以及加工方法、刀具、机床设备，填入工艺文件。在设计中，体会到先前所修课程的重要性，并从此设计中得到巩固和扩展，也提高我们独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。参考文献1， 邹青 主编 机械制造技术基础课程设计指导教程 北京： 机械工业出版社 2004，8 2， 赵志修 主编 机械制造工艺学 北京： 机械工业出版社 1984，23， 孙丽媛 主编 机械制造工艺及专用夹具设计指导 北京：冶金工业出版社 2002，
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