机床羊角拨叉加工工艺及一道工序夹具设计概要Word文档下载推荐.docx
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机械加工;
工艺;
切削;
夹具设计
内容摘要（1
引言（3
1设计任务说明（4
1.1羊角拨叉的功用（4
1.2设计任务（4
2零件工艺规程设计（5
2.1产量的确定（5
2.1.1生产类型的确定（5
2.1.2日生产量的确定（5
2.2毛坯的选择及毛坯图的绘制（5
2.2.1毛坯的选择（5
2.2.2毛坯-零件综合图的绘制方法（6
2.3定位基准的分析与选择（7
2.3.1基准的概念（7
2.3.2基准选择原则（7
2.3.3定位基准的选择（8
2.4工艺路线的制定（9
2.5工艺卡的填写（11
3夹具设计（17
3.1夹具的整体设计（17
3.1.1夹具设计分析（17
3.1.2夹具结构方案的确定（17
3.1.3夹具的具体设计（17
3.2夹具的装配（20
3.3夹具的经济性分析（20
结论（22
参考文献（23
2
引言
拨叉作为车床、铣床、镗床、钻床等各类机床及其他设备的传动装置变速时必不可少的零件,其加工精度直接影响传动装置的装配性能、变速性能、运行噪声等很多方面。
因此,对拨叉的加工工艺的研究受到国内外学者的广泛重视。
学者们不断提出新的加工工艺方案和改进以前的工艺方案。
但是,由于拨叉类零件品种、规格繁多,加工时需要不同种类的加工设备,加之传统加工工艺落后,产品合格率不高,常常会影响整机装配,使拨叉零件的加工成为生产的瓶颈。
因此,很有必要进一步的对拨叉类零件的加工工艺进行研究和改进,不断的提高拨叉类零件的加工精度。
提高整机的整体性能。
本文主要对机床的“羊角”拨叉进行工艺分析和编制,并对加工过程中的重要工艺的专用夹具进行设计和研究。
解决机床“羊角”拨叉加工中的瓶颈问题,提高拨叉的加工精度,使其更好的与整机配合,获得良好的整机性能。
同时,本课题的研究,也是对我这几年学习的全部知识总结和应用。
初步具备了独立分析零件结构工艺性、编制零件加工工艺文件和加工过程中的重要工艺的夹具设计。
熟悉和掌握了文献资料、技术资料和各种手册的查阅和运用。
从中锻炼了自己的分析问题、解决问题的能力,为以后的工作打下了坚实的基础。
3
1设计任务说明
1.1羊角拨叉的功用
设计机床羊角拨叉零件的机械加工工艺规程及其机床夹具。
拨叉是一种辅助零件,通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。
滑套上面有凸块,滑套的凸块插入齿轮的凹位,把滑套与齿轮固连在一起,使齿轮带动滑套,滑套带动输出轴,将动力从输入轴传送至输出轴。
摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离,达到换档的目的。
该零件图纸如下:
图1机床羊角拨叉零件图
1.2设计任务
本次设计任务需完成毛坯选择、编排加工工艺、工装夹具设计、撰写产品说明书,以及图纸绘制等工作,图纸说明如下:
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
4
2零件工艺规程设计
2.1产量的确定
2.1.1生产类型的确定
表1生产类型的划分
已知零件质量m约为2.2kg,由表1即可确定零件的生产性质。
该零件的生产类型为中批生产。
2.1.2日生产量的确定
零件的年产纲领（件/年:
N=2000件/年
每台产品中该零件的数量（件/台:
n=1
备品率:
a=2%
废品率:
b=2%
1.年产量Q=N×
n×
（1+a×
（1+b=2000×
1×
（1+2%×
（1+2%=2880
2.年工作日D=365-1×
52-7×
2=299
3.日产量q=Q/D=2880/299=9.6取q=10
2.2毛坯的选择及毛坯图的绘制
2.2.1毛坯的选择
按照零件图纸的设计要求,该零件毛坯的材料为HT200,硬度190-241HB,毛坯种类为铸件。
考虑到零件需加工表面少,精度要求不高,有强肋,且工作条件不差,既无交变载荷,又属于间歇工作,故选用金属型铸件,以满足不加工表
面的粗糙度要求及生产要求。
零件形状简单,因此毛坯形状需与零件的形状尽量接近,因内孔很小,所以无法铸出。
2.2.2毛坯-零件综合图的绘制方法
在选定毛坯和确定了毛坯的机械加工余量后,便可绘制毛坯-零件综合图。
综合图的绘制方法是:
1.以实线表示毛坯表面的轮廓、以点划线画出零件的轮廓;
在剖面图上用交叉线表示加工余量,加工余量为3~5mm。
取加工余量为3mm。
2.标注毛坯尺寸和公差,毛坯的基本尺寸包括机械加工的余量在内,毛坯的尺寸公差参照有关资料。
零件是中批量生产,因此可采用砂型机械造型及壳体铸造毛坯。
由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5知,生产出来的毛坯尺寸公差等级为CT8级,加工余量等级为G级。
由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-1可查出各个毛坯尺寸的公差值。
毛坯的制造公差带采取双向布置,如下表所示。
此外,半径为R44mm的圆弧面按尺寸2044+Rmm去铸造。
3.标注机械加工的粗基准符号和有关技术要求。
毛坯尺寸是根据工艺规程,机械加工各工序的加工余量与毛坯制造方法能到的精度决定的,因此毛坯图绘制和工艺规程的制订是反复交叉进行的。
2.3定位基准的分析与选择
在制定零件加工工艺规程时,正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理安排加工顺序都有重要的影响。
2.3.1基准的概念
所谓基准就是零件上用来确定其他点、线、面位置的那些参考点、线、面。
根据基准的功用不同,又可以分为设计基准和工艺基准两大类。
1设计基准是在零件图上用来确定其他点、线、面的位置的基准。
2工艺基准是在加工及装配过程中使用的基准。
按照用途的不同又可以分为:
①定位基准是在加工中使工件在机床或夹具上占有正确位置所采用的基准。
②测量基准是在检验时使用的基准。
③装配基准是在装配时用来确定零件或部件在产品中的位置所采用的基准。
在分析基准问题时,必须注意下列几点:
1作为基准的点、线、面在工件上不一定具体存在（例如,孔的中心、轴心线、对称面等,而常由某些具体的表面来表现,这些表面就可称为基面。
2作为基准,可以是没有面积的点和线或很小的面,但是代表这种基准的点和线在工件上所体现的具体基面总是有一定面积的。
3上面所分析的都是尺寸关系的基准问题,表面位置精度（平行度、垂直度等的关系也是一样。
2.3.2基准选择原则
合理选择定位基准对保证加工精度和确定加工顺序都有决定性影响,后道工序的基准必须在前面工序中加工出来,因此,它是制订工艺过程中要解决的首要问题。
如前所述,基准的选择实际上就是基面的选择问题。
在第一道工序中,只能使用毛坯的表面作为定位基准,这种定位基面就称为粗基面（或毛基面。
在以后各工序的加工中,可以采用已经切削加工过的表面作为定位基面,这种定位基面就称为精基面（或光基面。
经常遇到这样的情况:
工件上没有作为定位基面的恰当表面,这时就有必要在工件上专门加工出定位基面,这种基面称为辅助基面。
辅助基面在零件的工作中没有用处,它是仅为加工的需要而设置的。
在选择基面时,需要同时考虑三个问题:
1用哪一个表面作为加工时的精基面,才有利于经济合理地达到零件的加工精度要求。
2为加工出上述精基面,应采用哪一个表面作为粗基面。
3是否有个别工序为了特殊的加工要求,需要采用第二个精基面。
在选择基面时需要两个基本要求:
1各加工表面有足够的加工余量（至少不留下黑斑,是不加工表面的尺寸、位置符合图样要求,对一面要加工、一面不加工的壁,要有足够的厚度。
2定位基面应有足够大的接触面积和分布面积。
由于对精基面和粗基面的加工要求和用途不同,所以在选择精基面和粗基面时所考虑的侧重点也不同。
对于精基面考虑的重点是如何减少误差,提高定位精度,因此选择精基面的原则是:
1应尽可能选用设计基准作为定位基准,这是基准重合原则。
2应尽可能选用统一的定位基准加工各表面,以保证各表面间的位置精度,称为统一基准原则。
3有时还要遵循互为基准、反复加工的原则。
4有些精加工工序要求加工余量小而均匀,以保证加工质量和提高生产率,这时就以加工面本身作为精基面,称为自为基准原则。
在选择粗基面时,考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量,使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图样要求。
因此选择粗基面的原则是:
1如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀,就应该选择该表面作为粗基面。
2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,则应以不加工表面作为定位基准面,如果工件上有好几个不需要加工的表面,则应以其中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基面,以求壁厚均匀、外形对称等。
3应该用毛坯制造中尺寸和位置比较可靠、平整光洁的表面作为粗基面,使加工后各加工表面对各不加工表面的尺寸精度、位置精度更容易符合图样要求。
2.3.3定位基准的选择
零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能优良,但塑性较差、脆性高,不适合磨削。
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:
mm的两圆柱端面,端面相距88mm,对称分布,加工完成后端面距对
①40
称中心线的距离为44±
0.2mm,表面粗糙度为mmRa2.3。
②26φmm的两圆柱端面,端面相距110mm,对称分布,加工完成后,端面的粗糙度为mmRa2.3。
③6.20φmm的孔,加工完成后,孔内壁面的粗糙度为mmRa6.1,且孔的中心线与4.14φmm孔的中心线在水平方向的平行度为0.1/150mm,与88⨯5.4mm的槽平行度为0.07/100mm。
④4.14φmm的孔,加工完成后,孔内壁面的粗糙度为mmRa6.1。
⑤4.14φmm和6.20φmm孔的两端都有145⨯°
的倒角。
⑥88⨯6⨯3mm的键槽,键槽的两侧壁加工成型后的粗糙度为mmRa2.3,槽顶面粗糙度为mmRa5.12。
零件在加工时,粗基准选毛坯上的40φmm和26φmm圆柱端面,对另一侧的端面进行粗铣。
而后反过来以加工过的端面为精基准对另一侧的端面进行粗铣加工。
重复以上操作进行精铣加工。
而后夹持26φmm两端面在40φmm端面上钻6.20φmm的孔。
再以6.20φmm的内圆柱面为精基准面钻4.14φmm的孔。
最后以4.14φmm的内圆柱面为基准面切键槽88⨯6⨯3mm。
2.4工艺路线的制定
制定工艺路线的出发点,应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下,可以考虑采用通用机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。
鉴于此,可以采用一下三种工艺路线方案:
方案一:
工序I:
第一次装夹,以毛坯的40φmm和26φmm圆柱端面一侧为定位基准面,粗铣另一侧的端面。
第二次装夹,以第一次装夹中加工过的端面为定位基准面,对另一侧的毛坯端面进行粗铣、半精铣加工。
第三次装夹,以第二次装夹中加工过的端面为精基准对另一侧的端面进行半精铣、精铣。
第四次装夹,以第三次装夹中加工过的端面为精基准对另一侧的端面进行精铣。
选用X52K立式铣床。
工序II:
第一次装夹,以精加工过的26φmm的两圆柱端面为基准面,在40φmm圆柱端面上钻、扩、铰6.20φmm的孔。
第二次装夹,以6.20φmm孔的内
表面为精基准面,在26φmm的两圆柱端面上钻、扩、铰4.14φmm的孔。
选用立式钻床Z525B。
工序III:
第一次装夹,用倒角车刀在对6.20φmm孔端倒1⨯45°
倒角。
第二次装夹,用倒圆角车刀在对4.14φmm孔端倒1⨯45°
选用卧式车床CA6140。
工序IV:
以4.14φmm孔的内圆柱面为定位基准面,加工88⨯6⨯3mm键槽。
选用立式内拉床L5310。
方案二:
第二次装夹,以第一次装夹中加工过的端面为定位基准面,对另一侧的毛坯端面进行粗铣加工、半精铣和精铣加工。
以第二次装夹中加工过的端面为精基准对另一侧的端面进行半精铣和精铣。
第一次装夹,以精加工过的26φmm的两圆柱端面为基准面,在
40φmm圆柱端面上钻、扩、铰6.20φmm的孔。
第二次装夹,以6.20φmm孔的内表面为精基准面,在26φmm的两圆柱端面上钻、扩、铰4.14φmm的孔。
方案三:
第一次装夹,以毛坯的40φmm和26φmm圆柱端面一侧为定位基准面,粗铣、半精铣和精铣另一侧的端面。
第二次装夹,以第一次装夹中加工过的端面为定位基准面,对另一侧的毛坯端面进行粗铣、半精铣和精铣加工。
拨叉的生产加工以高精度、高质量为加工目的。
综合比较以上三个方案可以看出,方案一是这三个方案中最为可行的方案。
方案一的工序安排遵循了先粗后精、互为基准反复加工的原则。
能够获得很高的加工精度和质量。
2.5工艺卡的填写
切削用量是切削时各参数的合称,包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度三要素,它们是设计机床运动的依据。
1切削速度ν。
在单位时间内,刀具和工件在主运动方向上的相对位移,单位为m/s。
若主运动为旋转运动,则计算公式为:
601000⨯=n
dwπν
式中wd—工件待加工表面或刀具的最大直径（mm;
n—工件或刀具每分钟转数（r/min。
若主运动为往复直线运动（如刨削,则常用其平均速度v作为切削速度,即:
6010002⨯=r
Lnν
式中L—往复运动的行程长度（mm;
rn—主运动每分钟的往复次数（次/min。
2进给量f。
在主运动每转一转或每一行程时（或单位时间内,刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移,单位mm/r（用于车削、镗削等或mm/行程（用于刨削、磨削等。
进给量还可以用进给速度1v（单位是mm/s或每齿进给量zf（用于铣刀、铰刀等多刃刀具,单位为mm/齿表示。
一般情况下:
znzfnf==ν式中n—主运动的转速（r/s;
Z—刀具数量。
3背吃刀量pa（切削深度。
待加工表面与已加工表面之间的垂直距离（mm。
车削外圆时为:
m
wpdda-=
式中wd、md—待加工表面和已加工表面的直径（mm。
选取工序I做切削用量和基本工作时间的计算。
工序I选用的是立式铣床X52K,其基本参数如表3所示:
表3.立式铣床X52K的主要技术参数
立式铣床X52K的主轴转速和工作台进给量如表4所示:
表4.立式铣床X52K的主轴转速和工作台进给量
铣削加工切削用量的计算:
根据《切削用量简明手册》（第3版表3.26,可知铣刀直径mmd800=,切入时切削宽度为40mm,则切入量为12mm,切出时,切削宽度为26mm,超出量为6mm。
粗铣加工时1.选择刀具
刀具选择为镶齿套式面铣刀,刀片为YG6硬质合金。
2.选择切削用量
1决定铣削深度pa由于加工余量不大,故可在一次走刀内切完,则
pa=1mm
2决定每齿进给量zf采用的刀具的材料是YG6,机床的功率是7.5KW,
查《切削用量简明手册》（第3版表3.5可得每齿进给量zf=0.13mm/z3选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据《切削用量简明手册》（第3版表3.7可得,粗铣铸铁的后刀面最大磨损限度为1.2mm,精铣加工时后刀面最大磨损限度为0.5mm。
由刀具的直径为80mm,根据《切削用量简明手册》（第3版表3.8可得,刀具寿命为T=180min。
4决定切削速度cv和每分钟进给量fv切削速度cv可根据《切削用量简明手册》（第3版表3.27中的公式计算,也可直接由表查出。
当mmd800=,z=10,mmap5.1≤,zmmfz/13.0=时,根据《切削用量简明手册》（第3版表3.16可得n=min/492mvt=修正系数为79.0===vtmvmnKKK
故min/68.388min/79.0492mmkvvvttc=⨯==
min/81.34679.0439rnKnmn=⨯==
根据立式铣床X52K的主轴转速表4可知,选min/375rn=
切削速度min/25.94min/100080
14.337510000mmdnvc=⨯⨯==
π则进给速度
min/5.487min/1037513.0mmmmnzfvzfc=⨯⨯==
根据立式铣床X52K的主轴转速表4中的横向进给速度可知,选min/500mmvfc=
则每齿进给量zmmzmmnzvffcz/1333.0/10
375500
=⨯==
5检验机床功率根据《切削用量简明手册》（第3版表3.24可得,铣削功率aP介于1.1~1.3KW之间,取KWPa2.1=。
而立式铣床X52K的最大功率为7.5KW,所以caPP<
因此选择的切削用量可以采用,即mmap1=,min/500mmvfc=,
min/375rn=,min/25.94mvc=,zmmfz/1333.0=
6计算基本工时t
mvL
t=
工件上所需切削长度为mml83=,切入量mml121=,切出量mml62=。
故
21lllL++==83+12+6=101mm故
min202.0500101===tmvLt
半精铣加工时
1决定铣削深度pa由于加工余量不大,故可在一次走刀内切完,则pa=1mm2决定每齿进给量zf采用的刀具的材料是YG6,机床的功率是7.5KW,查《切削用量简明手册》（第3版表3.5可得每齿进给量zf=0.1mm/z
3选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据《切削用量简明手册》（第3版表3.7可得,粗铣铸铁的后刀面最大磨损限度为1.2mm,精铣加工时后刀面最大磨损限度为0.5mm。
当mmd800=,z=10,mmap5.1≤,zmmfz/1.0=时,根据《切削用量简明手册》（第3版表3.16可得n=min/395mvt=
修正系数为79.0===vtmvmnKKK
故min/05.312min/79.0395mmkvvvttc=⨯==
min/26.39079.0494rnKnmn=⨯==
根据立式铣床X52K的主轴转速表4可知,转速要大于390.26r/min。
选min/475rn=
切削速度min/38.119min/1000
8014.347510000mmdnvc=⨯⨯==
π则进给速度min
/475min/104751.0mmmmnzfvzfc=⨯⨯==根据立式铣床X52K的主轴转速表4中的横向进给速度可知,进给速度要小于587.5mm/min。
选min/400mmvfc=
则每齿进给量zmmzmmnzvffcz/084.0/10
475400=⨯==5检验机床功率
根据《切削用量简明手册》（第3版表3.24可得,铣削功率aP介于1.1~1.3KW之间,取KWPa2.1=。
因此选择的切削用量可以采用,即mmap1=,min/400mmvfc=,min/475rn=,min/38.119mvc=,zmmfz/084.0=
6计算基本工时
t
mvLt=工件上所需切削长度为mml83=,切入量mml121=,切出量mml62=。
故21lllL++==83+12+6=101mm故
min2525.0min400
101===tmvLt精铣加工时
1决定铣削深度pa由于加工余量不大,故可在一次走刀内切完,则pa=1mm
2决定每齿进给量zf采用的刀具的材料是YG6,机床的功率是7.5KW,查《切削用量简明手册》（第3版表3.5可得每齿进给量zf=0.7mm/z
由刀具的直径为
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