机械制造工艺学课程设计“拨叉（CA6140）831002”的机械加工工艺规程与夹具设计（含全套图纸+工艺卡）.doc

专业课程设计说明书设计题目 “拨叉（CA6140）831002”的机械加工工艺规程与夹具设计CAD图纸+工艺卡，联系QQ153893706班 级： 机电一体化（2班） 姓 名： 学 号： 指导教师： 台州学院机械工程学院摘 要本次设计是车床变速箱中拔叉零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。此拔叉零件的结构较为复杂，其加工的地方主要是孔和平面。本设计先加工孔后加工面。将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证它们的加工精度。基准选择以拔叉右面的最大的平面作为粗基准，来加工中间的通孔，然后以此加工过的孔作为精基准。主要加工工序安排是先以中心孔定位加工出顶平面和右侧平面以及下面的大孔的两平面，再以中心孔定位加工出下端的大孔。加工时是用镗床镗孔。最后以这两个孔为基准，分别加工右侧的槽和顶面的螺纹底孔。整个加工过程选用了钻床、铣床和镗床。工件在机床上定位夹紧选用专用夹具，夹紧方式为手动夹紧，夹紧可靠，操作方便。因此生产效率较高，适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。关键词 加工工艺，定位，夹紧，专用夹具目录1、零件的分析 1.1零件的作用 1.2零件的工艺分析2、工艺规程的设计 2.1选择定位基准 2.2制定工艺路线 2.3选择加工设备和工艺设备 2.4机械加工余量，工艺尺寸及公差的确定 3、专用夹具的设计 3.1镗孔夹具设计 3.1.1问题的提出 3.1.2夹具的设计 3.2铣槽夹具设计 3.2.1问题的提出 3.2.2夹具的设计 3.3钻孔夹具设计 3.3.1问题的提出 3.3.2夹具的设计4、总结5、主要参考文献 1、零件的分析 1.1零件的作用题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，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。1.2零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：(1) 中心圆孔。(2) 的螺纹孔垂直于中心孔，其中心与右面的距离为。(3) 键槽与中心孔有0.08的垂直度，深为。(4) 半孔与中心孔有的位置关系，其宽为与中心孔有0.1的垂直度。由上面分析可知，可以先加工拨叉中心孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 2、工艺规程的设计2.1选择定位基准粗基准的选择以零件的下端孔为主要的定位粗基准，以较大面a面为辅助粗基准。精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以加工后的通孔为主要的定位精基准，以下端孔为辅助的定位精基准。2.2制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：表2.1工艺路线方案一工序号工序内容工序一钻、扩、铰25H7的通孔工序二粗铣a、b面，使粗糙度达到6.3，a面到25H7的孔中心距为，b面到25H7的中心距为36工序三粗铣、半精铣16H11的槽工序四粗铣下端圆孔的两侧面，使两面之间的距离为12d11工序五粗镗下端圆孔的内孔到59半精镗此孔到60H12工序六铣开下端圆孔工序七钻20.50的孔，垂直于25H7的通孔工序八攻M22×1.5的螺纹工序九钳工打毛刺工序十检验表2.2工艺路线方案二工序号工序内容工序一粗铣25H7的两侧面，使两面间距为80 工序二粗铣平下端孔侧面的工艺凸台工序三钻25H7的通孔工序四扩25H7的通孔工序五铰25H7的通孔工序六粗铣a、b面，使粗糙度达到6.3，a面到25H7的孔中心距为，b面到25H7的中心距为36工序七粗铣60H12孔的两面，使两面的间距为14工序八精铣60H12孔的两面，使两面的间距为12d11，粗糙度3.2工序九粗镗下端孔工序十半精镗下端孔到60H12，粗糙度达到3.2工序十一粗铣16H11的槽续表2.2工序十二半精铣16H11的槽工序十三钻20.50的孔，垂直于25H7的通孔工序十四攻的螺纹工序十五铣开60H12的孔工序十六钳工打毛刺工序十七检验工艺立方案的比较与分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案二是加工工序分散，适合流水线生产，缩短装换刀具的时间。加工完前次的又可成为下次加工的基准，这样使工序非常清晰易提高加工精度，是对大批量生产是很合适的。方案一把工件加工工序分得很紊乱并且很集中，基准得不到保证，加工出来的精度低，不符合现代化的生产要求。两种方案的装夹比较多，但是考虑到加工零件的方便性，及加工精度，且还是大批生产，所以采用方案二比较合适。2.3选择加工设备和工艺设备机床的选择 工序1、7、8、11、12、15采用X6022型卧式铣床 工序2、6采用X5028立式铣床工序3、4、5、13、14 采用Z535立式钻床 工序9、10采用T618卧式镗床选择夹具该拨叉的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。选择刀具在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。选择量具加工的孔均采用极限量规。其他对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。2.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定根据前面资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：表2.3各加工工序的加工余量及达到的尺寸、经济度、粗糙度工序号工序内容加工余量经济精度工序尺寸表面粗糙度工序余量最小最大1粗铣25H7的两侧面3IT11806.3-0.10.12粗铣平下端孔侧面的工艺凸台3IT1106.3-0.10.13钻25H7通孔IT126.3-114扩25H7通孔2.0IT123.2-0.050.055铰25H7通孔0.2IT81.6-0.0060.0066粗铣a、b面粗铣a面3IT12(距中心孔)6.3-0.10.1粗铣b面36(距中心孔)7粗铣60H12孔的两面2IT116.3-0.10.18精铣60H12孔的两面1IT93.2-0.050.059粗镗下端孔2.5IT136.3-0.20.210半精镗下端孔0.5IT113.2-0.020.02续表2.311粗铣16H11的槽IT116.3-0.10.112半精铣16H11的槽1IT103.2-0.020.0213钻20.50的孔IT136.3-1114攻的螺纹15铣开60H12的孔4IT136.3-0.050.05 3、专用夹具的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工此拔叉零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计镗孔夹具、铣槽夹具及钻顶面螺纹底孔夹具各一套。3.1镗孔夹具设计3.1.1问题的提出本夹具是用来镗此拔叉下端60H12的孔,零件图中此孔与25H7的孔中心距有公差要求。此工序为粗镗、半精镗加工,因此本工序加工时要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,重点是保证加工精度的问题.3.1.2夹具的设计定位基准的选择因为25H7的孔与此孔有公差要求,所以应以这个长通孔为主要定位基准。由于铸件的公差要求较大,利用60H12的孔的左侧面作为辅助定位基准。在小孔处采用移动压板对零件进行夹紧。在60H12的孔旁边有筋板的缘故，有足够的强度，可以进行直接的镗削，能保证加工精度。定位元件及夹紧元件的选择据上面所述，查参考文献1，选用固定式定位销（长销）穿过25H7的孔。由于此孔两侧面没加工，故用定位块进行支承。这样一销一面就限制了五个自由度，最后在待加工孔下面加上一个支承钉再限制最后一个自由度，即一面两销定位。这样就可以完全定位了。图3.1 固定式定位销（GB2203-80）夹紧元件选用压板，由于压板种类很多，当选用转动压板时，其行程不够，选用U型压板又不合适，故在充分比较分析的情况下，选用移动压板，其夹紧可靠、操作方便，在很多地方都有用到。图3.2 移动压板（GB2175-80）切削力及夹紧力计算镗刀材料：（机夹单刃硬质合金镗刀），机床为：T68由参考文献3，表1-12选择刀具的几何参数为： 1）粗镗：由参考文献12，查表可得：圆周切削分力公式： 查表得： 取 由表可得参数： 同理：径向切削分力公式 ： 式中参数： 轴向切削分力公式 ： 式中参数： 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，见参考文献12表可得： 所以，有： 2）半精镗：同理，圆周切削分力公式：因为： ，则 所以，有： 当夹紧力方向与切削力方向一致时，仅需要较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生的振动和转动。故该夹具采用移动压板夹紧机构，为了方便操作，通过手动拧紧螺母将压板压紧工件。由于夹紧力方向与切削力方向在水平上有一段距离，使工件在夹紧的地方产生了弯矩，如图：图3.3 弯矩示意图既是加上转矩M，所以319.65N 误差分析与计算该夹具以一长销和一支承钉定位，要求保证孔中心与小通孔中心距的尺寸公差。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工序公差。由参考文献12可知孔销间隙配合的定位误差为：夹具体设计夹具体的设计参考镗孔夹具体零件图。3.2铣槽夹具设计3.2.1问题的提出本夹具主要用来粗、精铣此拨叉的槽。粗、精铣槽时，槽宽有尺寸要求，其深度要求为，槽的左右两侧面粗糙度要求Ra3.2,底面粗糙度要求Ra6.3。本道工序仅是对槽进行粗、精铣削加工。同样在本道工序加工时，还是应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。3.2.2夹具的设计定位基准的选择在进行铣槽加工工序时，由于和的孔已经加工。因此工件选择的孔一面与两孔作为定位基准。由一个长销穿在的孔加上此孔的一面就限制了五个自由度，再在的孔中间加上个削边销，就把自由度限制完了。即是一面两孔定位。定位元件及夹紧元件的选择此过程定位元件主要是长圆柱销和削边销，所以对他们进行选取。查参考文献1，选用的元件如下图：图3.4 长圆柱销（GB2203-80 A型）图3.5 削边销（GB2203-80 B型）夹紧元件选用压板，考虑到工件装夹的方便，此选用转动压板图3.6 转动压板（GB2176-80）铣削力与夹紧力计算根据参考文献1，表2.497可查得：铣削力计算公式为圆周分力 查表可得： 代入得 =查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 查参考文献1，表5.1-4可知，所需的夹紧力为：式中： L=62.53mm f=1.22 l=34mm 定位误差分析图3.7 转角定位误差示意图由图可知这时的一面两销定位的转角定位误差为：定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具体底面的槽中，一般使用两个。其距离应尽可能布置得远些。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。根据参考文献1选用定向键为 图3.8 定向键(GB220780)及其与机床连接示意图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。由于本工序是完成此拨叉的槽粗、精铣加工，所以选用直角对刀块。根据参考文献5选用直角对刀块，其结构和尺寸如图所示： 图3.9 直角对刀块(GB224180 A型)塞尺选用平塞尺，其结构如图所示： 图3.10 平塞尺(GB2244-80)夹具体的设计夹具体的设计参考铣槽夹具体零件图。3.3钻孔夹具设计3.3.1问题的提出本夹具主要用来钻拔叉顶部螺纹孔的底孔。这个孔距右平面有尺寸精度要求为，与中心孔垂直。因为位置精度要求不高，也无需表面粗糙度要求，故再本道工序加工时主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。3.3.2夹具的设计定位基准的选择此零件放在Z535立式钻床上加工，刀具为20.50直柄短麻花钻。由零件分析，选择用中心孔的长销加上这个孔的一面定位，就可以限制5个自由度，在由下面的大孔加个削边销就可以实现完全定位。定位元件与夹紧元件的选择查参考文献1，表5.2-6，选用固定式定位销图3.11 固定式定位销（GB2203-80）图3.12 削边销（GB2203-80 B型）压板还是选用操作方便的转动压板图3.13 转动压板（GB2176-80）切削力与夹紧力的计算由于本道工序完成螺纹底孔的钻削，因此切削力为钻削力。由参考文献1，表2.4-69得：轴向力F： 扭矩M： 式中： 如图：图3.14 扭矩图夹紧力的方向在轴线上，与M产生的转矩同轴，所以夹紧力F不需要太大，只要工件相对与夹具体没有移动就可以了。钻套、衬套、钻模板及夹具体设计螺纹底孔的加工只需钻削加工就能满足加工要求。考虑到钻套可能出现的磨损，故查参考文献1，表5.2-13选用可换钻套（GB2264-80其结构如下图所示），当磨损就可更换。与其装配的是钻套用衬套（GB2263-80查表5.2-14），起固定的是钻套螺钉（GB2268-80查表5.2-16）。图3.15 可换钻套表3.1 可换钻套dDHhCr基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差20.5+0.041+0.02030+0.021+0.008464225125.518132.529.5图3.16 钻套用衬套表3.2 钻套用衬套dDHC基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差30+0.041+0.02042+0.033+0.0172513图3.17 钻套螺钉表3.3 钻套螺钉dL1d1Dd2LL0nt基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差M85.5+0.20+0.0512-0.05-0.162062211.522.5钻模板选用伸出式钻模板，用螺钉将其连接在夹具体上。安装前先调整好位置然后用销定位，后用螺钉将其拧紧在夹具体上。钻模板参见钻孔装配图。夹具精度分析利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。由工序可知，本道工序只需钻螺纹底孔，所以孔的精度无需考虑，只保证它垂直与中心孔就可以了。由于是立钻，又是一面两销定位，在垂直方向可能存在偏转（参见钻孔装配图）。其计算同前面的计算相同。转角定位误差为既是（由下的图可知）：图3.18 转角误差分析图除了上面的误差外，影响孔位置度的因素还有：1）、钻模板上装衬套孔的尺寸公差：2）、衬套与钻套配合的最大间隙：3）、钻套与钻头配合的最大间隙：4）、钻套的同轴度公差： 综合误差为：能满足零件要求。夹具体设计夹具体的设计参考钻孔夹具体零件图。 4、总结本次设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了铣、镗、钻、攻螺纹、打毛刺等工序。因为是大批量生产，工序就分得很散，中间就可省去换刀具和调试的时间。在每道工序中都有计算切削用量和工时。在夹具设计中，先确定工件的基准，然后通过一面两销定位，将工件固定夹紧在夹具上。在此计算了了夹紧力和夹具体的误差等。在本次设计中已无大的问题，基本达到了要求。只是在夹具的设计中没有能提出多中方案进行分析比较，有所不足。5、主要参考文献1 李 洪机械加工工艺手册M 北京出版社，199612 陈宏钧实用金属切削手册M 机械工业出版社，200513 上海市金属切削技术协会金属切削手册M上海科学技术出版社，20024 杨叔子机械加工工艺师手册M机械工业出版社，20005 徐鸿本机床夹具设计手册M 辽宁科学技术出版社，2003106 都克勤机床夹具结构图册M 贵州人民出版社，198347 胡建新机床夹具M 中国劳动社会保障出版社，200158 冯 道机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册M 安徽文化音像出版社，20039 王先逵机械制造工艺学M机械工业出版社，200010 马贤智机械加工余量与公差手册M中国标准出版社，19941211 刘文剑夹具工程师手册M黑龙江科学技术出版社，198712 王光斗机床夹具设计手册M上海科学技术出版社，20028