毕业设计论文拨叉加工工艺及夹具设计含全套CAD图纸 .doc

全日制普通本科生毕业设计拨叉加工工艺及夹具设计THE DESIGN OF FORK PROCESSING CRAFT AND FIXTURE由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706学生姓名：学 号： 7年级专业及班级：2008级机械设计制造及其指导老师及职称：学 部：理工学部提交日期：2012年5月目 录摘要1关键词11 前言12 拨叉的工艺分析23 工艺规程设计43.1 加工工艺过程43.2 确定各表面加工方案43.2.1 影响加工方法的因素 53.2.2 加工方案的选择53.3 确定定位基准53.3.1 定位基准的选择53.3.2 精基准的选择53.3.3 粗基准的选择63.4 工艺路线的拟订63.4.1 工序的合理组合63.4.2 加工阶段的划分73.4.3 加工工艺路线方案的比较83.5 拨叉的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定103.5.1 毛坯的结构工艺要求103.5.2 确定毛坯尺寸及机械加工总余量113.5.3 工序间加工余量的确定113.6 确定切削用量及基本工时123.7 时间定额计算及生产安排214 镗孔夹具设计254.1 定位、夹紧方案的选择254.2 切削力及夹紧力的分析计算254.3 误差分析与计算274.4 零、部件的设计与选用284.4.1 定位销选用284.4.2 夹紧装置的选用294.5 夹具设计及操作的简要说明295 铣槽夹具设计295.1 定位基准的选择295.2 切削力及夹紧分析计算295.3 误差分析及计算315.4 零、部件的设计与选用315.4.1 定位销选用315.4.2 夹紧装置的选用325.4.3 定向键与对刀装置设计325.5 夹具设计及操作的简要说明346 结论35参考文献35致谢36附录36拨叉加工工艺及夹具设计摘 要：此次设计是进行拨叉零件的加工工艺和夹具设计，其零件为锻件，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它加工面，其中各工序夹具都采用专用夹具，特别的对于加工大头孔和槽的工序中，选一面两销的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。 关键词：拨叉；加工工艺；夹具设计 The Design of Fork Processing Craft and FixtureAbstract：This design is to design processing craft and fixture of the fork whose parts are forging featured its small volume and complex structure. Because the surface is easier to process than the hole, the surface is processed firstly when doing the process flow. Then other parts are processed on the basic standards of processing surface. The clamps of every process are special clamps whose structure design is simple, convenient and meeting the requirements. Especially to the processing of the big hole and slot whose localization way choosing one side and two pins, and their clamping way are with simple operation manual. Key words：Fork; Processing craft; Design of clamp1 前言 机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。而本次对于拨叉加工工艺及夹具设计的主要任务是：(1)完成拨叉零件加工工艺规程的制定；(2)完成镗孔和铣槽两个专用夹具的设计。通过对拨叉零件的初步分析，了解其零件的主要特点，加工难易程度，主要加工面和加工粗、精基准，从而制定出拨叉加工工艺规程；对于专用夹具的设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据切削力的大小、批量生产情况来选取夹紧方式，从而设计专用夹具。2 拨叉的工艺分析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、底面、大头孔上平面和槽的精度要求都较高。拨叉的底面、大头孔上平面、小头孔和槽的粗糙度要求都是 Ra1.6 ，所以都要求精加工。其小头孔与底平面有垂直度的公差要求，大头孔上平面与拨叉底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。一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师亦要考虑如何从工艺上保证设计的要求。图1 拨叉零件图Fig1 The figure of fork 由零件图可知，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、6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：44的大头孔粗、精镗加工，其表面粗糙度为；20H9的小头孔钻、扩和铰加工，其表面粗糙度要求；6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，毛坯的形状更接近零件的形状，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，由机械加工工艺手册1表2.13可知是大批量生产。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大批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。3 工艺规程设计3.1 加工工艺过程由以上分析可知，该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于拨叉来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。由上面的一些技术条件分析得知：拨叉的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。3.2 确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计拨叉的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。3.2.1 影响加工方法的因素此处已删除：根据机械加工工艺手册1表2.539，。单间时间定额有： 因此布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。 (5)粗铣槽机动时间：=1.05min 辅助时间：参照机械加工工艺手册1表2.545，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据机械加工工艺手册1表2.548，。单间时间定额有：因此布置一台机床即可以完成此道工序的加工，达到生产要求。(6)精铣底平面机动时间 ： 辅助时间：参照机械加工工艺手册1表2.545，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据机械加工工艺手册1表2.548，单间时间定额有：因此布置一台机床即可以完成此道工序的加工，达到生产要求。(7)精铣大头孔上平面工机动时间： 辅助时间：参照机械加工工艺手册1表2.545，取工步辅助时间为0.31min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据机械加工工艺手册1表2.548，单间时间定额有： 因此布置一台机床即可完成该工序的加工，达到生产要求。(8)精镗44孔机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册1表2.537，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据机械加工工艺手册1表2.539，。单间时间定额：因此布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。(9)精铣槽机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册1表2.545，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据机械加工工艺手册1表2.548，。单间时间定额有：因此布置一台机床即可以完成此道工序的加工，达到生产要求(10)钻孔机动时间： 辅助时间：参照机械加工工艺手册1表2.541，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据机械加工工艺手册1表2.543，。单间时间定额：因此布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求(11)铣断加工机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册1表2.545，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为则 ：根据机械加工工艺手册1表2.548，。单间时间定额有：因此布置一台机床即可以完成此道工序的加工，达到生产要求。4 镗孔夹具设计4.1 定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了精铣加工，孔进行了钻、扩、铰加工。因此，定位、夹紧方案有：方案：选底平面、工艺孔和大头孔外圆端来定位，即一面、一短圆柱销和V型块定位，夹紧方式可设计圆环套在大头孔圆周边进行夹紧。方案：应用一面即拨叉底面，一销即定位于大头孔外端的挡销和工艺孔的心轴来定位，夹紧方式就用螺母在心轴上夹紧。方案：选一面两销定位方式，一面即拨叉底面，工艺孔用短圆柱销，还有一挡销定位于大头孔外端，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。分析比较上面三种方案：方案中的V型块定位造成过定位，而夹紧方式加大了设计量，装、取工件也不易。方案中的心轴夹紧、定位是不正确的，上端是不加工的，且定位与夹紧应分开，因此夹紧会破坏定位。通过比较分析只有方案满足要求，孔其加工与孔的轴线间有尺寸公差，选择小头孔为定位基准来设计镗模，从而保证其尺寸公差要求。4.2 切削力及夹紧力的分析计算镗刀材料：（硬质合金镗刀）刀具的几何参数： 由机床夹具设计手册4查表可得：圆周切削分力公式： （8）式中 （9）查机床夹具设计手册4表得： （10）查机床夹具设计手册4表 取 由机床夹具设计手册4表可得参数： 即： 同理：径向切削分力公式 ： （11） 式中参数： 即：轴向切削分力公式 ： （12）式中参数： 即：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： （13）安全系数K可按下式计算有： （14）式中：为各种因素的安全系数，查机床夹具设计手册4表可得： 所以有： 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有： （15）式中参数由机床夹具设计手册4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，受力简图如下：图2 移动压板受力简图Fig 2 The force diagram of mobile linking piece由机床夹具设计手册4表得：原动力计算公式 （16） 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。夹紧压板材料为45钢，强度较高，塑性和韧性较好，在夹具中受弯曲力，发生弯曲变形，当达到一定限度，零件不能正常工作。分析可知，压板中间截面为危险截面，最大弯矩发生在中间截面上。 Max=MB=Fa根据截面尺寸求出：IZ=0.865cm4,对塑性材料：,45钢，取则由静力平衡，中间截面的支反力:FR中=2W0=2×4748.2N=9.5KN中间截面弯矩：故压板强度合格。4.3 误差分析与计算该夹具以一个平面和和个定位销定位，要求保证孔轴线间的尺寸公差。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尺寸公差。由机床夹具设计手册4可得：(1) 定位误差： 当短圆柱销以任意边接触时 （17）当短圆柱销以固定边接触时 （18） 式中为定位孔与定位销间的最小间隙通过分析可得： 因此：当短圆柱销以任意边接触时 (2)夹紧误差 ： （19）其中接触变形位移值： （20）(3)磨损造成的加工误差：通常不超过(4)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。4.4 零、部件的设计与选用4.4.1 定位销选用 本夹具选用一可换定位销和挡销来定位，其参数如下：表5 定位销参数Table 5 Pins parameters dH D公称尺寸 公差141816 150.01122 51 4M1241表6 挡销参数Table 6 Block pin parametersdH D公称尺寸 公差368 6+0.023+0.01512 71 2120.44.4.2 夹紧装置的选用该夹紧装置选用移动压板，其参数如下表：表7 移动压板参数Table 7 Mobile linking piece parameter公称直径dK645208196.67M654.5 夹具设计及操作的简要说明如前所述，该工件不但可以采用心轴夹紧、定位，还可设计圆环套来夹紧，但由于心轴的夹紧有可能破坏其定位，不选用该方式，而设计圆环套不易装、取工件，也不选用，为提高生产率，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。5 铣槽夹具设计5.1 定位基准的选择由零件图可知：在对槽进行加工前，底平面进行了精铣加工，孔进行了钻、扩、铰加工，进行了精镗加工。因此，定位、夹紧方案有：方案：选底平面、工艺孔和大头孔定位，即一面、心轴和菱形销定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。方案：选一面两销定位方式，工艺孔用短圆柱销，用菱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。分析比较上面二种方案：方案中的心轴夹紧、定位是不正确的，孔端是不加工的，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。通过比较分析只有方案满足要求， 铣该槽时其对孔的中心线有对称度以及槽两边的平行度要求。为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面两销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即为拨叉底平面；两销为的短圆柱销和的菱形销。5.2 切削力及夹紧分析计算刀具：错齿三面刃铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数：， ， ， ，由机床夹具设计手册4表129 可得铣削切削力的计算公式： （21）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，查机床夹具设计手册4121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。查机床夹具设计手册41226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：式中参数由机床夹具设计手册4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.由机床夹具设计手册4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。5.3 误差分析及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： 由机床夹具设计手册4可得：(1)两定位销的定位误差 ： 其中：， 且：L=135mm ，得 (2)夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查表1215有:。 (3)磨损造成的加工误差：通常不超过(4)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。5.4 零、部件的设计与选用5.4.1 定位销选用本夹具选用一可换定位销和固定菱形销来定位，其参数如下表：表8 定位销参数Table 8 Pins parameters dH D公称尺寸 公差141816 150.01122 51 4M1241表9 定位菱形销Table 9 Positioning arrises pindH D公称尺寸 公差405020 22+0.0340.02365 53 8161.55.4.2 夹紧装置的选用该夹紧装置选用移动压板，其参数如下表：表10 移动压板参数Table 10 Mobile linking piece parameter公称直径dK645208196.67M655.4.3 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。该工序采用立式铣床（X52K），通过定向键与铣床工作台T型槽的配合，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定性。根据GB2207-80定向键结构如图所示：图3 夹具体槽形与螺钉Fig 3 Clip concrete tank type and screws根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如下表：表11 定向键Table 11 Directional keys Table LHhD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4所示：图4 侧装对刀块Fig 4 Side assembly of the knife block塞尺选用平塞尺，其结构如图5所示： 图5 平塞尺Fig 5 Flat feeler塞尺尺寸参数如下表：表12 塞尺Table 12 feeler公称尺寸H允差dC30.0060.255.5 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。6 结论通过这次毕业设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了对大学四年中所学基础知识的学习和理解。毕业设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，毕业设计使我学会了从实际出发加工零件和设计夹具。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1 李洪，机械加工工艺手册M，北京：机械工业出版社，1990：5557。 2 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本论文是在陈志亮老师的悉心指导和热情关怀下完成的，毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长；其次我要感谢学院的老师们，他们不仅教会我们专业方面的知识，而且教会我们做人做事的道理；尤其要感谢在本次设计中给与我大力支持和帮助的陈志亮老师，每有问题，老师总是耐心的解答，使我能够充满热情的投入到毕业设计中去；还要感谢我的同学们，他们热心的帮助，使我感到了来自兄弟姐妹的情谊；最后还要感谢相关资料的编著者和给予我们支持的社会各界人士，感谢您们为我们提供一个良好的环境，使本次设计圆满完成。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！附录附录1：机械加工工艺卡片附录2：拨叉零件图 1张A3图纸附录3：镗孔夹具装配图 1张A0图纸附录4：铣槽夹具装配图 1张A0图纸附录5：夹具零件图 2张A1图纸和1张A2图纸19