湖北理工学院 机床夹具毕业设计论文.docx

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湖北理工学院机床夹具毕业设计论文

一、零件的分析

（一）零件的生产纲领

此零件为小批量生产，所以工序要集中，步骤尽量简单。

见后面零件图。

（二）零件的作用

拨叉零件主要用在操作机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合、断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。

通过φ40mm的孔安装在轴上，拨叉顶部开有5mm宽的通槽。

Φ40mm的孔上开有8mm宽的键槽，拨叉一端开φ20mm的轴孔中间穿一小轴，通过拨块拨动。

（三）零件的形状及其具体尺寸、公差

如后面零件图所示。

（四）零件的工艺分析

由零件图可知，其材料为45钢，具有较高强度，耐磨性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。

拨叉共有多组加工表面，现分述如下：

1、以φ40mm孔为中心的加工表面：

这一组加工表面包括：

与φ40+0.0390mm相垂直的两端面B、C，在φ40+0.0390mm孔中宽8mm键槽，其中主要加工表面为φ40+0.0390mm的孔。

2、以φ20孔为中心的加工表面：

这一组加工表面包括一个φ20+0.0250mm的孔及倒角，尺寸为35mm与φ20+0.0250mm相垂直的两个平面D、E，其中主要加工表面为φ20+0.0250mm的孔。

3、以φ18mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括：

一个φ18mm的孔，尺寸为φ35mm的沉头孔，以及与孔φ35mm相垂直的轴向宽5mm的槽。

4、以M12mm孔为中心的加工表面

这一组表面包括：

二个2xM12—7H的螺纹孔，尺寸为15mm的与M12相垂直的平面。

加工方法选择如下表：

加工表面

表面粗糙度

公差/精度等级

加工方法

B端面

Ra12.5

IT13

粗铣

C端面

Ra12.5

IT13

粗铣

φ40孔内表面及键槽

Ra3.2

IT9

钻-扩-拉-铰

D、E两端面

Ra12.5

IT12

粗铣

φ20孔内表面

Ra1.6

IT9

钻-扩-铰

φ18孔内表面

Ra12.5

IT13

钻

轴向宽5mm槽内侧面

Ra12.5

IT13

粗铣

M12螺纹孔上下端面

无

IT13

不加工

2xM12-7H螺纹孔

Ra12.5

7H

攻

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

零件材料为45钢。

零件在工作过程中则经常承受变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，保证零件工作可靠。

由于零件年产量为4000件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。

这从提高生产率、保证工作精度上考虑，也是应该的。

（二）基面的选择

基面的选择是工艺设计中的重要工作之一。

基面选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

粗基准的选择。

对于一般的轴类零件而言，按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准面；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工面作为粗基准）现选取φ80的外圆表面做基准（四点定位）;利用一组共两个短V形块支撑其外轮廓作主要定位面以消除x→x︵y→y︵四个自由度，再利用一堆自动定心卡爪支撑在φ80mm外圆柱面上，用以消除y→y︵达到完全定位。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是零件的几何尺寸形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能合理的保证。

在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提生产率。

除此之外，还应考虑经济效果，以便使成本尽量下降。

工艺路线

工序一：

铣φ80圆柱体后端面B。

定位基准：

圆柱前端面C。

工序二：

铣φ80圆柱体前端面C。

定位基准：

圆柱后端面B。

工序三：

钻、扩、拉、铰加工键槽及孔Φ40，倒角45°。

定位基准：

圆柱体C面及Φ80圆柱面。

工序四：

铣φ45mm凸台上端面D，下端面E。

定位基准：

Φ45圆柱的D、E端面

工序五：

钻、扩、铰孔φ20mm，倒角45°。

定位基准：

Φ40孔和Φ45外圆柱面。

工序六：

钻φ18，锪Φ35沉孔。

定位基准：

Φ40孔和Φ45外圆柱面。

工序七：

铣轴面宽5mm槽。

定位基准：

Φ40孔和Φ45外圆柱面。

工序八：

钻螺纹孔攻丝孔M12mm。

定位基准：

Φ40孔外圆柱面。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

拨叉零件材料为45钢，硬度207~241HBS，毛坯重约6kg；生产类型为大批量生产，采用在锻锤上合模板锻毛坯

根据上述资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：

（1）孔φ40+0.0390mm

毛坯为实心。

内孔为φ40+0.0390mm，即内孔精度要求IT8，参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3.9，确定工序尺寸余量为：

钻孔：

φ25mm

钻孔：

φ38mm2Z=13mm

扩孔：

φ39.75mm2Z=1.75mm

铰孔：

φ40+0.0390mm2Z=0.25mm

（2）内孔φ20+0.0250mm

毛坯为实心。

内孔为φ20+0.0250mm，即内孔精度要求IT8~IT10，参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3.8，确定工序尺寸余量为：

钻孔：

φ18mm

扩孔：

φ19.8mm2Z=1.8mm

粗铰：

φ19.94mm2Z=0.14mm

精铰：

φ20+0.0250mm2Z=0.06mm

φ18mm孔内表面及2×M12-7H螺纹孔

φ18mm内表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求为Ra12.5μm，只需要粗加工，直接加工已能满足加工要求。

（3）上下方向宽为5mm的槽

槽内表面粗糙度精度要求为Ra12.5μm，参照《机械制造工艺设计简确定工序尺寸及余量为：

粗铣：

3mm

（4）B、C、D、E外端面的加工余量

按照《工艺手册》表2.2-2.5，取加工精度为F1，锻件复杂系数S2，锻件重6kg，则孔外端面的单边加工余量为2.0-2.5mm，取Z=2mm。

锻件的公差按《工艺手册》表2.2-2.4，材质系数取M1，复杂系数S2，则锻件的偏差为+1.2-0.6mm

铣削公差：

A：

B、C两端面：

现由表面粗糙度为Ra12.5，加工精度为IT13，因此可知本工序加工公差为-0.45（注向体内原则）

由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上，加工余量可能存在有最大加工余量及最小加工余量之分。

主坯名义尺寸：

120+2x2=124mm

毛坯最大尺寸：

124+1.2x2=126.4mm

毛坯最小尺寸：

126-0.6x2=122.8mm

精铣后最大尺寸：

120+0.54/2=120.27mm

精铣后最小尺寸：

120-0.54/2=119.73mm

精铣后尺寸与零件图尺寸：

工序

加工尺寸及公差

锻造毛坯

φ80二端面，零件尺寸120

精铣二端面

加工前尺寸

最大

126.4mm

最小

122.8mm

加工后尺寸

最大

126.4mm

120.27mm

最小

122.8mm

119.73mm

加工单边余量

2

最大

3.10

最小

1.55

加工公差（单边

+1.2

-0.6

-0.54/2

B:

D、E端面由表面粗糙度为Ra12.5，加工精度为IT13，因此可知本工序加工公差为-0.39（注向体内原则）

由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量，实际上，加工余量可能存在有最大加工余量及最小加工余量之分。

主坯名义尺寸：

35+2x2=39mm

毛坯最大尺寸：

39+1.2x2=41.4mm

毛坯最小尺寸：

39-0.6x2=37.8mm

精铣后最大尺寸：

35+0.39/2=35.2mm

精铣后最小尺寸：

35-0.39/2=34.8mm

精铣后尺寸与零件图尺寸：

工序

加工尺寸及公差

锻造毛坯

φ45二端面,零件尺寸35

精铣二端面

加工前尺寸

最大

41.1mm

最小

37.8mm

加工后尺寸

最大

41.4mm

35.2mm

最小

37.8mm

34.8mm

加工单边余量

2

最大

3.10

最小

1.5

加工公差（单边

+1.2

-0.6

-0.39/2

精铣后尺寸与零件图尺寸：

工序

加工尺寸及公差

锻造毛坯

φ20二端面，零件尺寸70

精铣二端面

加工前尺寸

最大

76.4mm

最小

72.8mm

加工后尺寸

最大

76.4mm

70.23mm

最小

72.8mm

69.77mm

加工单边余量

2

最大

3.11

最小

1.55

加工公差（单边

+1.2

-0.6

-0.46/2

（五）确定切削用量及基本工时

工序一：

铣Φ80圆柱体上端面。

工件材料：

45钢正火σb=0.06GPa模锻

加工要求：

粗铣Φ80mm端面。

刀具：

刀片材料YT15，刀杆尺寸16x25mm2，Kr=900，V0=150，

α0=120，γe=0.5mm

计算切削用量：

粗铣Φ80mm端面

1）已知毛坯长度方向的加工余量为200.5mm，考虑70的模锻拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=2mm因此端面不必全部加工掉，故此时实际端面由于是粗铣αq=2mm计。

2）进给量f根据《切削用量简明手册》，刀杆尺寸为16mmx25mm，αq≦3mm，以及工件直径为80mm时，f=0.7mm/r

3）计算切削速度，按照《切削手册》，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

Vc=Cu/Tm.αqxufyuxKUm/min）

其中：

Cv=242Xv=0.15，YU=0.35m=0.2

修正系数Ku查表《切削手册》表1.28即KMv=1.31KKU=1.18KSu=0.8Kktv=0.81Kbu=0.97

所以Vc=（242/600.2x20.15x0.70.35）x1.31x1.18x0.8x0.81x0.97

=112.3m/min

4）确定机床主轴转速

NS=1000Vc/πdw=1000x112.3/80π=447r/min

按照机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8），与421r/min相近的机床转速为380r/min和460r/min，现取ηw=460r/min，

如果ηw=460r/min，则速度损失太大.所以实际选取的切削速度V=116r/min

5）切削加工时，按照《工艺手册》表6.2-1

L=（80-40）/2=20mmL1=3mmL2=0L3=0

Tm=（l1+l2+l3+l）/ηwf=（（20+3）/（460x0.7）x2=0.143min

工序三：

钻孔、扩孔、铰孔Φ40。

钻Φ25、扩孔Φ38、2Z=13。

扩Φ39.752Z=1.75铰Φ40+0.03902Z=0.25其中包括拉键槽

钻孔Φ25:

确定进给量f：

根据《切削手册》表2.7，当钢的σb＜800MPa,db=Φ25mm时,f=0.39~0.47mm/r.由于本零件在加工Φ25mm孔时属于低刚度零件,故进给量应乘以系数0.75,则f=（0.39~0.47）x0.75=0.29~0.35mm/r

根据Z535机床说明书,现取f=0.25mm/r

切削速度根据《切削手册》表2.13，表2.14差的切削速度V=18m/min所以Ns=（1000V/πdw）=（1000x18）/25π=229r/min

根据机床说明书，取ηw=195r/min，故实际切削速度

V=πdwηw/1000=195x25π/1000=15.3m/min

切削时，按照《工艺手册》表：

L=120L1=9L2=3

Tm=（L+L1+L2）nw=（（120+9+3）/（195x0.25）=2.7min

扩孔Φ38

利用Φ37钻头和Φ25钻头进行扩钻。

扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取。

　　　f=（1.2~1.8）x0.65x0.75=0.585~0.87mm/r

　　　选取f=0.57mm/r

　　　V=（1/2~1/3）V钻=（1/2~1/3）x15.3=7.65~5.1m/min

主轴转速n=1000V/πd=64.1~42.7r/min按照机床说明书取nw=68/min

实际切削速度：

v=πdwηw/1000=πx38x68/1000=8.1m/min

L=120L1=6L2=3

T=（120+6+3）/（68x0.57）=3.3min

扩孔Φ39.75

刀具：

Φ39.75专用扩孔钻

《切削表》2.10：

进给量f=（0.9~1.2）x0.7=0.63~0.84mm/r

取f=0.72mm/r

机床主轴转速取n=68r/min，切削速度V=8.26m/min，

机动工时，L=120mmL1=3mmL2=2mm

T=（120+3+3）/（68x0.72）=2.6min

铰Φ40+0.0390

选取高速钢锻刀Φ40σb≦900MPa进给量f=0.95~2.10mm

取最小进给量f=0.95mm/r机床主轴转速取n=68r/min

L=120mmL1=2mmL2=1mm

切削速度v=πdwηw/1000=40x68xπ/1000=8.5m/min

T=（L+L1+L2）/ηwf=（（120+2+1）/（0.95x68）=1.9min

下端面倒角2x450

为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与铰孔时相同n=68r/min手动进给。

工序四：

铣φ45mm凸台上端面D，下端面E。

选择YT15硬质合金刀片查表3.1

铣削深度αp≤4端铣刀直径80mmαe=60mmΦ45为铣削宽度αe≤80选择d0=80mm

采用标准硬质合金端铣刀，故齿数Z=4表3.13

表3.2σb≤650MPa，故选择Kr=20~75，Krε=10~40，Kr’=5α0=6~8α‘=8~~10λs=-5~-15γ0=+5

选择切削用量：

铣削深度αpαp=h=2由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完。

决定每个进给量fz，采用不对称的偏铣提高进给量

使用YT15，铣床功率为7.5kw（表3.30XA说明书）Fz=0.08/齿~0.15mm/z

由于不对称，采用fz=0.15mm/z

表3.7铣刀刀齿后刀面最大磨损量1.0mm

由于铣刀直径d0=80，故刀具寿命T=180min

决定切削速度Vc和每分钟进给量Vf，切削速度根据表3.27中的公式，或由表查出

Vc=πd0n/1000=3.14x80x300/1000=72.42m/min

F2c=Vfc/NcZ=225/（300x4）=0.20mm

Αp=2mmVf=225mm/minn=300r/min

Vc=72.4m/min

切削工时：

T=L/Vf=77/225=0.328min

工序五：

钻扩铰Φ20孔

选用机床：

Z3035

T=0.36mm/r（见《切削手册》表2.7）

V=17m/min（见《切削手册》表2.7）

Ns=1000v/πdw=1000x17/18π=300r/min

按机床选取Nw=322r/min（按照《工艺手册》表4.2-2）

所以切削速度v=πdwNw/1000=18πx322/1000=18.2m/min

切削工时t=L+L1+L2/Nwf=35+6+2/（322x0.36）=0.37min

其中L=35mmL1=6mmL2=2mm

扩Φ19.8mm的孔

根据有关资料显示，利用钻头进行扩钻。

F=1.2~1.8F钻V=（1/2~1/3）V钻式中f钻，V钻为加工实心孔时的切削用量

现已知f钻=0.38mm/rV钻=17m/min并令F=1.4f钻=0.53mm/r

按机床选取f=0.55mm/r

V=0.4V钻=6.8m/min

Ns=1000V/πD=1000x6.8/19.8π=109r/min按机床选取为Nw=100r/min

所以切削速度为V=19.8x100π/1000=6.22m/min

切削时L1=6mmL2=2mmL=35mm

T=L1+L2+L/Nwf=（35+6+2）/（100x0.55）=0.78min

铰Φ20孔：

利用Φ20mm的钻头孔进行铰孔F=0.4mm/rV钻=20m/min

令F=1.5F钻=0.6mm/r按机床选取f=0.6mm/r

V=0.4V钻=8m/min

Ns=1000v/πD=1000x8/π20=127.4r/min按照机床取Nw=136r/min

所以实际切削速度V=20x136π/1000=8.54m/min

切削工时t=L+L1+L2/Nwf=（35+6+2）/（136.1.6）=0.53min

为缩短辅助时间，而取倒角时主轴转速与扩孔速度相同Nwf=136r/min手动进给

工序六：

钻Φ18通孔，锪Φ35沉孔

根据Z3035机床说明书，现取f=0.25mm/r

切削速度：

根据《切削手册》表2.13查得切削速度V=16m/min

Ns=1000V/πdw=1000x16/18π=283r/min

根据机床说明书取Nw=275r/min

故实际切削速度为

V=πdwNw/1000=275x18π/1000=15.5m/min

切削工时：

L=70mmL1=6mmL2=2mm

　　　T=L+L1+L2/Nwf=（70+6+2）/（275x0.25）=1.13min

锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的1/2~1/3

故：

F=1/3F钻=0.15mm/rV=1/3V钻=9m/min

Ns=1000v/πD=1000x9/35π=82r/min

根据机床选取Nw=68r/min，所以实际切削速度：

V=πDNw/1000=35x68π/1000=7347m/min

切削工时T=L+L1+L2/Nwf=3/（0.15x68）=0.3min

工序七：

铣轴向宽5mm槽粗铣

3mm-4mm-5mm材料YT15,盘形镶齿铣刀

各参考书:

Z=4铣削宽度αe=5mm深度αp=30mmσb=600MPa

γ0=-5o,αo=5~10oDo=80mm

切削速度,参考有关手册《切削手册》表3-3

粗铣V=CvDoQV/TmαpXcYvaeUvZpvxKv查机床可得

有P=7.5KW。

由粗糙度Ra=3.2，Fz=0.08~0.15mm/z，取Fz=0.09mm/z，取n=47.5r/min

Vc=πdwn/1000=12m/min.

切削工时：

粗铣时Tm=L/VfVf=FzNw

故Tm=2.26min

故总加工时间为：

2.26min

工序八：

钻螺纹孔攻丝，孔M12

钻螺纹底孔2-649.6mm

F=0.30x0.5=0.15mm/r《切削手册》表2.7

V=19m/min《切削手册》表2.13及表2.14

Ns=1000V/πd=1000x19/3.14*9.6=630r/min

按照机床取Nw=600r/min，故V-18.1m/min

切削工时（2个孔）

L=15mmL1=5mmL2=2mm

Tm=L+L1+L2/Nwf0.245故T=0.245x2=0.49min

倒角仍取N=600r/min手动进给

攻螺纹2-M12

V=0.1m/s=6m/min故Ns=1000V/πD=159r/min

按照机床选取Nw=150r/min则V=5.7m/min

加工时L=29mmL1=2x1.75=3.5mmL2=1x1.75=1.75mm

攻M12孔Tm=L+L1+L2/Nfx2=1.22min

最后，将以上各工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片。

三、夹具设计

为了提高劳动生产率,保证加工质量，降低劳动强度，专用夹具。

经过与指导老师讨论，决定设计第一道工序--铣Φ80圆柱体上端面，下端面的铣床夹具。

本夹具将用于刀具为两把高速钢端面铣刀。

（一）切削力及夹紧力计算

刀具：

高速钢端面铣刀，Φ80mm，z=10F=929N

　　　水平分力：

FH=995N

　　　垂直分力：

FV=271N

在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。

安全系数K=K1K2K3K4.

　　　其中：

K1为基本安全系数1.5；

　　　K2为加工性质系数1.1；

　　　　　　K3为刀具钝化系数1.1；

　　　　　　K4为断续切削系数1.1。

所以，F=KFh=1.5*1.1*1.1*1.1*995=1987（N）

选用V形压块夹紧机构，a=900，其结构形式选用C型。

为克服水平切削力，实际夹紧力N应为N（f1+f2）=KFH

其中f1及f2为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，f1=f2=0.25.则N=1987/0.5=3974（N）

（二）定位元件的选定

定位元件尺寸及公差的确定。

夹具的主要定位元件为一个V形块。

（三）夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产效率。

为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。

因为这是提高劳动生产率的重要途径。

但考虑到成本问题，本道工序的铣床夹具就选择了手动夹紧方式。

本工序由于是粗加工，切削力较大，为了夹紧工件，势必要增大气缸直径，而这样将使整个夹具过于庞大。

因此，应首先设法降低切削力。

目前采取的措施有三：

一是提高毛坯的制造精度，是最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的V形块夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；结果，本夹具总的感觉还比较紧凑。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

四、总结

为期两周的汽车零件加工工艺课程设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。

在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己置身于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题.

在这种相互协调合作的过程中,口角在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.