拨叉零件的工艺分析及车床夹具设计Word文档格式.docx
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1.2工件的结构特点及技术要求
一、工件的结构特点
二、工件的技术要求
1.3设计的任务
该工件加工至成品，需完成从毛坯选择开始，编排工艺，工装夹具设计以及对该产品的说明书如下：
1．毛坯—零件综合图1张
2．工艺过程卡片1套
3．夹具装配图1张
4．夹具体零件图1张
5．说明书1份
设计任务1—绘制毛坯-零件综合图
将加工表面附上加工余量；
（余量3mm）
1.1工件毛坯零件图
1.4零件的基准分析
一、机械加工工序安排为先基准后其他，先面后孔，先主后次，先粗后精，根据以上原则，拟订基准。
1．基准选择分析：
该拨动叉零件形状不规则，但是中间的余圆柱体部分它仍具有轴的一般加工规律，可先车削端面，钻、扩钻中心孔等，然后以中心孔及端面定位，再加上其它面的定位，便可加工其他部位等。
但是，拨动叉也有它自己的特点，因为它形状复杂，结构平稳性差，技术要求高，所以应该采取相应的工艺措施，根据以上原则及对零件的分析，拟订出如下的定位基准：
2．加工中心孔及其端面的定位基准
加工中心孔及其端面时，为保证中心孔及端面与外圆柱面和不加工端面间的位置精度，同时也满足粗基准的余量均匀原则，用外圆柱表面及不加工的中心孔端面定位，外圆柱表面用长条单口V型铁限定四个自由度，不加工中心孔端面定一个自由度，车削用这五个自由度就能满足加工要求了。
所选的长条V型铁及不加工端面定位加工中心孔后，按粗基准中不能重复使用原则就不再以其定位。
长条V型铁的定位面因是铸造成品面，也能满足粗基准之尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准的原则，作粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积以便于装夹这一粗基准原则在我们的长条V型铁中也有所体现。
一次装夹就能加工出的花键中心底孔能够保证精度要求。
同时，为了安放零件，用到预定位V型铁，还有加工过程中放有支撑架。
二、加工顶端、底端处平面及槽口的定位基准
1．如上面讲到的，按精基准选择原则——基准重合原则、基准不变原则等。
2．在加工工件的顶部平面以及铣削底部平面的槽口时，定位基准为已加工
完成的C孔及其车削完成的A面，C孔是设计基准同时也是加工基准。
顶部端面或底部槽口加工成品后也分别做精基准，以后所有的加工按精基准重合原则、准不变原则—直到最后拉削花键为止，全部用中心定位及已加工端面为基准。
本论文将设计专用夹具，专用夹具包括对刀块等，按照这样加工的零件将会保证其精度以及行位公差。
2工艺路线的拟定
2.1年产量和批量的确定
一、生产类型
生产纲领3000台/每年
1．年产量Q＝生产纲领*每台件数*（1+备品率）*（1+废品率）
Q＝3000*1*（1+2％）*（1+3％）＝3121
月产量＝Q/12=250（件）
Days=（365-52-14）/12=25天
日产量（一天3班）＝月产量/Days=260/25=10（件）
2．生产量类型的确定：
查工艺人员手册，轻型（100公斤以内）零件的生产性质：
中批500～5000大批5000～50000
支架的生产性质：
中批
3．年时基数，三班制为：
第一班2392小时，第二班2392小时，第三班1794小时。
在女同志占25%以下：
第一班1914小时，第二班1914小时，第三班1435小时。
总共小时数为5086小时。
4．平均流水线节拍＝流水线实际平时基数*60*（1-η）/零件年产量，其中，η－损失系数：
A、工作时间内设备修理方面损失η
B、人缺勤和自然需要方面损失η
C、清理设备时的损失η
D、工人休息方面的损失η
η＝η
＋η
＝15％
平均流水线节拍=5086*60*（1-15%）/55125=778158000min
考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘80%后与单件核算时间比较），若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。
二、批量的确定及生产间隔期：
在一个零件的总加工时间，及最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期越长，生产率高，但是资金周转慢，批量越大，生产间隔期短，资金周转快，但是生产率低，所以要同时兼顾两者。
生产周期＝
批量的确定：
除了考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库面积的限制，考虑毛坯贮存期，最小批量大于半个班，选批量为174件，已知一个零件总的加工时间为177分（各道工序定额时间之和），最长工序时间为18.3分钟，所以：
生产周期=2.53天。
2.2毛坯的选择
选择毛坯的种类和制造方法时应全面考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到降低零件生产总成本的目的，影响毛坯选择的因素是：
生产规模的大小，工件结构形状和尺寸；
零件机械性能要求；
单位现有设备和技术水平。
毛坯的材料选为低强度的灰口铸铁，它的综合力学性能低，抗压强度大，为本身抗拉强度的3-4倍，消震能力比钢大10倍，弹性模量较低。
结构特点：
1．可获得比铸钢更薄而复杂的铸件，铸件中残余内应力变形较铸钢小。
2．对冷却速度敏感性大，因此薄截面容易形成白口和裂纹，而厚截面又容易形成疏松，故灰铸铁件当壁厚超过其临界值时，随着壁厚的增加其力学性能反而显著降低。
3．表面光洁，因而加工余量比铸钢小，加工表面质量不高对疲劳极限不利影响小。
4．消震性高，常用来做承受震动的机座。
5．不允许用于长时间在250℃温度下工作的零件。
6．不同截面上性能较均匀，适宜做要求高，而截面不一样的较厚铸件。
2.3定位基准的分析
定位基准在最初的工序中是铸造等得到的表面，这种未经加工的基准称为粗基准。
用粗基准定位加工出光洁的表面以后，就应该用加工过的表面做以后工序的定位表面。
加工过的基准称为精基准。
为了便于装夹和易于获得所需的加工精度，在工件上特意作出的定位表面称为辅助基准。
（一）基准选择原则
1．粗基准原则
A、尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准；
B、用不加工面作粗基准，且该面与要加工面有一定的位置精度要求；
C、余量均匀原则；
D、作粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积——便于装夹；
E、不能重复使用原则。
2．精基准选择原则
A、基准重合原则——尽可能使设计基准和原始基准重合；
B、互为基准原则——两个位置精度要求较高的表面互为基准；
C、基准不变原则——统一基准。
D、自为基准原则——位置精度应由先行工序保证。
2.4工艺路线的拟定
一、工艺路线的分析
（一）机加工工序的安排原则
1．先基准后其它
2．先粗后精
3．先面后孔
4．先主后次
（二）基本加工工艺路线
1．各种加工方法的经济加工精度和表面粗糙度
不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等，其用选各不相同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。
即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等等。
某种加工方法的经济加工精度：
是指在正常的工作条件下（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。
2．加工方法和加工方案的选择
根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案；
这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可 靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。
要考虑被加工材料的性质；
（三）该设计拟定的最终工艺路线
1．选择定位基准
2．表面加工方法的选择
3．机床设备与工艺装备的选择
4．加工阶段的划分
5．工序的划分
6．工序顺序的安排
（四）表面处理工序的安排
1．退火：
将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。
其作用是：
消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。
应用：
高碳钢采用退火，以降低硬度；
放在粗加工前，毛坯制造出来以后。
2．正火：
将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工序。
注：
加热到的一定的温度，其与钢的含C量有关，一般低于固相线200度左右。
:
提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的硬度，改善切削加工性。
低碳钢采用正火，以提高硬度。
3．回火：
将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的一种热处理的方法。
稳定组织、消除内应力、降低脆性。
4．调质处理（淬火后再高温回火）：
其作用：
是获得细致均匀的组织，提高零件的综合机械性能。
安排在粗加工后，半精加工前。
常用于中碳钢和合金钢。
5．时效处理：
是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。
一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。
常用于大而复杂的铸件。
6．淬火：
将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。
提高零件的硬度。
一般安排在磨削前。
7．渗碳处理：
提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后进行。
8．为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段。
（五）其它工序的安排
1．为了保证零件制造质量，防止产生废品，需要在以下场合安排检验：
A、粗加工全部结束后
B、工时较长和较重要工序后
C、最终加工之后
2．零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工后，安排去毛刺。
3．零件在进入装配前，安排清洗。
（六）重点工序加工方法说明
1．钻削
钻削时，要保证两个孔的中心尺寸为114，为后面的加工中心孔时的一面两孔定位保证精度。
2．车削
车削时，先镗中心孔，然后车削D面及端面，保证尺寸36，然后车削C面及端面，保证尺寸14。
3．铣削
铣削时，在刀架上装两个刀具，先铣槽，然后不重新更换刀具，只需要把刀具挪开，用铣倒角的成形刀具，铣倒角即可。
4．切断铣削
采用一面两销定位，把加工好的拨叉铣断，为防止铣断工件时，切削力过大，导致工件变形损坏，在刀具的另一侧设置两个辅助支承，以保证工件的刚度。
2.5工艺卡的填写
在拟定工艺路线时，必须同时确定各工序所采用的机床，刀具，辅助设备及工艺装备，切削用量的选择和生产节拍的符合设计。
机床和工装的选择应尽量做到合理，经济，使之与被加工零件的生产类型，加工精度和零件的形状尺寸相适应。
一、机床的选择（见《金属机械加工工艺人员手册》P522）
1．机床的加工规格范围应与零件的外部形状，尺寸相适应。
2．机床的精度应与工序要求的加工精度相适应
3．机床的生产率应与被加工零件的生产类型相适应。
大批量生产尽量选用生产率高的专用机床，组合机床或自动机床。
4．机床的选择应与现有条件相适应。
做到尽量发挥现有设备的作用，并尽量做到设备负荷平衡。
二、刀具的选择（《金属机械加工工艺人员手册》P802）
刀具的选择也包括刀具的类型，构造和材料的选择，主要应根据加工方法、工序应达到的加工精度、粗糙度、工件的材料形状、生产率和经济性等因素加以考虑，原则上尽量采用标准刀具，必要时采用各种高生产率的专用刀具。
本工艺中车、铣工序都采用YT类硬质合金刀具。
硬质合金石制造高速切削刀具的主要材料，其硬度高、耐磨性和耐热性好，具有一定的使用强度。
缺点是韧性差，性脆，但是这些缺点，可以通过刃磨合理的几何参数来弥补。
所以，目前硬质合金是一种应用广泛的刀具材料。
主要有YT5、YT15、YT30，以及YG等，TiC的含量增大，TiC越多，韧性越差，但耐热性与耐磨性提高。
考虑到经济性，所以在加工的时候选用YG8。
所以由粗加工、半精加工、精加工的工艺安排顺序考虑，我们选用YG8的刀具。
他们的耐磨性增加、切速增加、进给量降低。
三、夹具的选择（《金属机械加工工艺人员手册》P630）
正确设计和使用夹具，对保证加工质量和提高生产效率、扩大机床使用范围既减轻劳动强度都有重要意义。
同时，使用夹具还有助于工人掌握复杂或精密零件的加工质量及解决较为复杂的工艺问题等。
具体情况见后面的夹具设计部分。
四、量具的选择
1．量具的选择应做到量具的精度应与零件的加工精度相适应。
2．量具的量程应与被测零件的尺寸大小相适应。
3．量具的类型应与被测表面的性质（孔或外圆尺寸还是形状位置值）．生产类型．生产方式相适应。
4．按量具的极限尺寸选择量仪时应保证：
T*K
T—被测尺寸的公差值（mm）
K—测量精度系数
—测量工具和测量方法的极限误差
测量精度系数表2-5-1
被测尺寸的精度等级
IT5
IT6
IT7
IT8
IT9
K
0.325
0.30
0.275
0.25
0.20
五、加工面尺寸的确定
加工面的尺寸作为确定刀具的形状大小，和计算机动时间的前提十分重要。
加工面的长度和切入超出用来计算机动时间，加工面的直径和宽度，用来选择刀具。
这里，我们把沿刀具进给的方向规定为长度，而把垂直于刀具进给的方向规定为宽度。
对于加工件为圆面时，宽度和长度相等。
图2-5-1
例如：
如图2-5-1可知：
由宽度决定刀具的直径大于工件的直径，便于刀具一次行程完成全部铣削。
由长度和加工时的切入超出长度相加求和得到的计算长度来计算机动时间。
对于其它工序如车、磨工件外圆表面时，直径为被加工面加工前的尺寸，长度为沿工件进给方向的尺寸。
切入超出的具体情况的规定在后面的“机动时间的计算”中再详细进行讨论。
六、毛坯余量及加工余量的确定（《金属加工工艺人员手册》1010页）
1．毛坯余量的确定
机械加工中毛坯尺寸与其零件尺寸之差称为毛坯余量，加工余量的大小取决于各加工过程中各个工序应切除的金属层的总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸间的偏差值。
总余量取决于完成各个工步的条件，如安装零件的精确度和工具的特性等。
但是，其中的值，即第一个粗切削工步的加工余量还取决于毛坯需要加工处的表面层状况，因为表面层平面度差别较大，有时甚至会有相当大的表面凹陷。
此外，表面的金属层往往不同与表皮内部的金属，在铸件表面层有氧化层和脱碳层，由此可知，表面层是有缺陷的，它的特点是，有较高的硬度。
如果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具加速磨损。
工件采取铸造成型，生产批量性质属于中等批量生产，故为了提高毛坯质量及生产效率，我们采用（）的方法。
2．加工余量的确定
完成某一道工序所需切除的材料层的厚度称为工序余量。
从毛坯到成品的整个工艺过程中所切除的材料层厚度称为总余量，加工余量的确定通常有三种方法：
I.经验估计法：
这是工艺人员根据经验进行估算。
所有加工余量一般偏大。
II.查表修正法：
以生产实践和实验研究的资料制成的表格为依据，应用时再结合加工实际情况进行修正。
III.分析计算法：
根据一定的试验资料和计算公式进行计算，这样确定的余量比较经济合理，因受切削条件的改变和实验数据不全所限，应用较少。
七、切削用量的确定
正确的选用切削用量对保证产品质量、提高切削效率和经济效益具有重要作用，切削用量的选择主要依据工件材料、加工精度和表面粗糙度的要求，还应考虑刀具合理的耐用度、工艺系统刚度及机床功率等条件，其基本原则是：
首先选择一个尽可能大的切深
其次选择一个较大的进给量f，最后，在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度v。
1．切深
的选择。
应根据工件的加工余量和工艺系统刚度来确定。
粗加工时，除留下半精加工、精加工的余量之后的余量来确定
的量，往往采用逐渐减小
的方法逐步提高加工精度和表层质量。
对于加工外圆，
是指半径余量。
2．进给量f的确定。
在粗加工时，f的选择主要考虑工艺系统刚度和强度。
工艺系统刚度和强度好时，f可大一些：
反之，f就要小一点。
3．切速v的选择。
V主要根据工件材料和刀具性质来确定。
在
和f都确定的情况下，所选切速应有合理的刀具耐用度。
尤其车端面时，切速是一个变值，其最大值应比车外圆时适当提高。
综上所述，本工艺路线符合加工零件的各项技术要求。
在机械加工工艺的设计过程中，为从经济角度出发，在满足生产纲领和零件各项技术要求的前提下，为了提高生产效率、降低生产成本，还应从以下几方面考虑：
1．生产设备的选用尽量采用通用机床和通用夹具。
对于大批量生产，为了提高生产效率则要采用专用机床和专用夹具。
2．在选好机床后，床按机床工作台的尺寸尽量设计专用夹具，使机床一次可同时加工多个工件，以提高生产率。
3．在设计中，机床上最好采用机动装置，减少手动机构，尽量从减小劳动强度、提高生产率角度着手。
3夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。
正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。
同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
3.1夹具的整体设计
3.1.1夹具设计分析
夹具是装夹工件的母体，所以，夹具制造要有相对较高的精度，夹具设计中，应首先选用典型的夹紧机构。
在满足要求的前提下，选用的标准件越多越好，夹具越简单越好。
1．本道工序夹具设计思路是：
1）能保证拨叉的加工要求；
2）能提高生产效率，降低成本；
3）操作方便，安全；
4）便于排屑；
5）有良好的工艺性。
2．根据拨叉的年生产纲领（3000个，每年），属中批量生产。
因此。
夹具的自
动化程度不需要很高，而夹具的结构也力求简单，以降低夹具制造成本。
3．根据拨叉的零件图（或毛坯图），工序I主要是铣削A、B面．从尺寸精度和表面粗糙度要求来看，精度并不是很高，而且通过两次装夹，每次装夹两个T步（粗铣、半精铣）即可对拨又A、B面铣削完毕。
由于毛坯铣削完A面后，需翻转180o对B面进行铣削，由于拨叉的结构并非完全对称，如果铣削完A面后，直接翻转180。
对B面进行铣削，则拨叉的H、K面将产生位置差，给装央带来了嗣难．这是夹具设计的重难点。
4．从工艺过程中可以看出，主要采用铣床、铣刀对拨叉进行铣削，最大加工余量6mm，最大速度旺118rrI，min，最大转速n=375一min。
所以在夹具设计时应充分考虑工人的操作方便程度。
5．为了提高生产效率。
缩短辅助时间．夹具尽可能采用标准元件与标准结构。
不规则结构的零件加工，不方便用普通标准的夹具来装夹，也保证不了加工
精度和行位公差。
为保证加工质量，提高生产率，在普通夹具不适用的情况下
需要专用非标准的夹具。
本章将就工序铣序的专用夹具，进行定位分析，本夹具
用于粗铣、半精铣E、L面，刀具为直齿三面刃铣刀。
3.1.2定位夹紧方案的确定
确定夹具的结构方案，主要考虑以下几个问题：
设计夹紧装置应遵循以下原则：
1．工件不移动原则。
夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。
2．工件不变形原则。
夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。
3．工件不振动原则。
对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用。
气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。
4．安全可靠原则。
夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。
5．经济实用原则。
夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；
操作方便、省力，使用性能好。
3.1.3夹具的具体设计
1．工件的预定位
在工件正式定位以前，先要将工件安置于工作台上，以便进行定位进而进行加工，这就需要对工件进行预定位。
2．夹具的限制及夹紧
（1）定位
（2）夹紧
A、对夹紧装备的基本要求
I.在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力作用下，工件不应离开定位支撑。
II.夹紧力的大小要适当、可靠。
既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不破坏工件的定位或使工件产生过大的变形。
III.要有足够的夹紧行程。
IV.手动夹紧机构应该有可靠的自锁性。
V.结构简单紧凑、制造、维修方便、操作安全。
VI.夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量相适应。
B、夹紧力方向的确定
I.使定位基准与定位元件接触良好，保证定位可靠。
II.与工件刚度最大的方向一致，以减少工件变形。
III.与工件受到的切削力、重力方向一致。
C、夹紧点的确定
I.应正对支撑元件或位于支撑元件所在平面。
II.作用点位于工件刚性最好的部位。
III.尽量靠近加工表面。
夹紧装置的具体结构见图3-2：
图3.2夹具体夹紧机构
D、夹紧行程和夹紧力
由于该夹紧机构是手动夹紧，没有动力，夹紧力很小。
3.2夹具的装配
设计夹具装配图时（如图3.1）要考虑夹具的结构与拨叉之间的关系，采用视图尽量少，主视图反映操作者实际工作的位置。
拨叉轮廓外形采用双点划线绘制，本工序加工面的余量用网纹线表示，并将拨叉视为透明体，绘出夹具的其它部分。
在装配图中，主要采用标准零部件，以减少夹具的制造工作量。
（图3.3夹具装配图）（图3.4具体零件图）
3.3夹具的经济
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