制定拨叉零件的加工工艺设计及钻直径22孔的钻床夹具.doc
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设计题目：
制定拨叉零件的加工工艺
设计及钻Φ22孔的钻床夹具
-1-
摘要
本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。
拨叉加工工艺规程及其钻Φ22孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。
在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。
关键词：
工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。
ABSTRCT
Thisdesigncontenthasinvolvedthemachinemanufacturecraftandtheenginebedjigdesign,themetal-cuttingmachinetool,thecommondifferencecoordinationandthesurveyandsoonthevariousknowledge.
Thereductiongearboxbodycomponentstechnologicalprocessanditstheprocessing￠140holejigdesignisincludesthecomponentsprocessingthetechnologicaldesign,theworkingproceduredesignaswellastheunitclampdesignthreeparts.Mustfirstcarryontheanalysisinthetechnologicaldesigntothecomponents,understoodthecomponentsthecraftredesignsthesemifinishedmaterialsthestructure,andchoosesthegoodcomponentstheprocessingdatum,designsthecomponentsthecraftroute;Afterthatiscarryingonthesizecomputationtoacomponentseachlaborstepofworkingprocedure,thekeyisdecideseachworkingprocedurethecraftequipmentandthecuttingspecifications;Thencarriesontheunitclampthedesign,thechoicedesignsthejigeachcompositionpart,likelocatesthepart,clampsthepart,guidesthepart,toclampconcreteandtheenginebedconnectionpartaswellasotherparts;Positionerrorwhichcalculatesthejiglocateswhenproduces,analyzesthejigstructuretherationalityandthedeficiency,andwilldesigninlaterpaysattentiontotheimprovement.
Keywords:
Thecraft,theworkingprocedure,thecuttingspecifications,clamp,thelocalization,theerror
目录
序言…………………………………………………………………1
一.零件分析……………………………………………………2
1.1零件作用………………………………………………2
1.2零件的工艺分析…………………………………………2
二.工艺规程设计…………………………………………………2
2.1确定毛坯的制造形式……………………………………2
2.2基面的选择传……………………………………………2
2.3制定工艺路线……………………………………………3
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………4
2.5确定切削用量及基本工时………………………………10
三夹具设计……………………………………………………12
3.1问题的提出………………………………………………12
3.2定位基准的选择…………………………………………18
3.3切削力及夹紧力计算……………………………………13
3.4定位误差分析……………………………………………18
3.5夹具设计及操作简要说明………………………………19
总结………………………………………………………………20
致谢………………………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………22
序言
机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。
机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。
我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。
从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。
拨叉的加工工艺规程及其钻Φ22孔的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。
正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。
本次设计也要培养自己的自学与创新能力。
因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。
所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。
本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。
一零件的分析
1.1零件的作用
题目给定的零件是CA6140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进行工作。
宽度为18mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。
所以，宽度为18mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。
1.2零件的工艺分析
CA6140拔叉（型号：
831003）共有3组加工表面：
⑴、零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面，再以前端面为精基准加工左端面；
⑵、以花键中心线为基准的加工面：
这一组面包括Ø25H7的六齿方花键孔、Ø22H12的花键底孔、两端的2X150倒角和距花键中心线为22mm的上顶面；
⑶、以工件右端面为基准的18H11mm的槽、上顶面的2-M8通孔和Ø5锥孔。
经上述分析可知，对于后两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。
零件的结构特点
拔叉84009的毛坯为铸造件，在零件图上只有2处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差≤0.10，18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差≤0.08
零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如下：
零件剖视图
图
（1）零件大致结构图
Fig
（1）Componentsapproximatestructuredrawing
B.生产纲领、生产类型的确定
根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。
C.毛坯的确定
CA6140车床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB～210HB，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按JZ67-62规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用2级精度铸件，毛坯重量由《金属机械加工工艺人员手册》表5-2有零件≤80kg，偏差为7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表5-4左右端面的加工余量为3±0.8，其余部分均为实心部分。
故毛坯图如下：
图
（2）毛坯图
Fig
（2）Roughmap
二工艺规程设计
2.1定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
2.1.1粗基准的选择
在选择粗基准时，一般遵循下列原则：
⑴保证相互位置要求原则；⑵保证加工表面加工余量合理分配的原则；⑶便于工件装夹原则；⑷粗基准一般不得重复使用的原则；⑸为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。
两端面，后端面为精加工面，故在铣两端面时，先以后端面为粗基准，粗铣前端面。
加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。
2.1.2精基准的选择
在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方面，提高工件的加工精度。
一般遵循下列原则：
⑴基准重合原则；⑵统一基准原则；⑶互为基准原则；⑷自为基准原则；⑸便于装夹原则。
为保证定位基准和工序基准重合，加工2-M8螺纹孔、Φ5锥孔，18H11槽以零件的坐端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。
2.2重点工序的说明
CA6140拔叉零件的重要加工面有花键底孔、两端面，花键，槽，顶面，材料为HT200，参考《机械制造工艺设计简明手册》，其加工方法选择如下：
2.2.1加工前后两端面
根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5μm，要达到后端面Ra3.2μm的技术要求，需要经过粗铣→精铣。
2.2.2加工Φ22花键底孔
此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。
零件技术要求底孔的表面粗糙度达到Ra6.3μm，毛坯为实心，故采用钻孔→扩孔，可以达到要求。
2.2.3加工外径为Φ25的花键内孔
零件要求花键底面粗糙度Ra1.6μm，侧面Ra3.2μm，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。
2.2.4加工上顶面
零件上顶面为精加工，粗糙度要求为Ra3.2μm，与花键中心线的平行度误差≤0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣→精铣。
2.2.5加工18H11槽
零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为Ra6.3μm，侧面粗糙度为Ra3.2μm，而且两侧面和花键中心线的垂直度≤0.08，本身有精度要求，18H11，故以花键中心线和左端面为精基准，用花键心轴定位，采用铣→磨。
顶面的钻2-M8通孔和Φ5锥孔工序不是很重要，在此不做详细说明，2-M8通孔先钻孔，再攻丝，Φ5锥孔采用锥刀进行加工。
2.3制订工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序分散来提高生产率，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。
2.3.1工艺路线方案一的制订
工序Ⅰ：
粗铣前端面
工序Ⅱ：
粗、精铣后端面
工序Ⅲ：
钻、扩花键底孔
工序Ⅳ：
粗、精铣上顶面
工序Ⅴ：
钻2-M8通孔
工序Ⅵ：
钻Φ5锥孔
工序Ⅶ：
铣削18H11槽
工序Ⅷ：
磨削18H11槽
工序Ⅸ：
拉花键
工序Ⅹ：
挫圆角
工序Ⅺ：
去毛刺
工序Ⅻ：
终检
2.3.2工艺路线方案二的制订
工序Ⅰ：
粗铣前端面
工序Ⅱ：
粗、精铣后端面
工序Ⅲ：
钻、扩花键底孔
工序Ⅳ：
拉花键
工序Ⅴ：
粗、精铣上顶面
工序Ⅵ：
钻2-M8通孔
工序Ⅶ：
钻Φ5锥孔
工序Ⅷ：
铣削18H11槽
工序Ⅸ：
磨削18H11槽
工序Ⅹ：
挫圆角
工序Ⅺ：
去毛刺
工序Ⅻ：
终检
2.3.3两种工艺路线的比较与分析
上述两种方案，工艺路线一把拉花键放在磨削18H11槽之后，在此，工序4、工序5、工序6、工序7、工序8中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。
工艺路线二，一把花键底孔钻削出来后紧接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键心轴进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。
通过以上的两种工艺路线的优、缺点的分析，最后确定工艺路线二为该零件的加工路线。
工艺过程详见机械加工工序卡片。
2.4机械加工余量的确定
确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：
由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已经根据有关资料查出了零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。
CA6140的拨叉材料为HT200。
毛坯重量约为1.0kg，生产类型为由大批量生产，毛坯为铸件，精度为2级铸件，大体尺寸确定，外表面加工面少，根据以上原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下：
⒈前后端面的加工余量
前后端面有3±0.8mm的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。
前端面粗铣一次即可，加工余量3mm，工序基本尺寸为83mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，表面粗糙度Ra5μm，上下偏差按“入体原则”确定（以后按照此原则确定）。
后端面粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，精铣加工余量0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm，工序基本尺寸为80mm。
⒉矩形花键底孔
要求以矩形花键的外径定心，故先钻中心孔，再扩，最后拉削，内孔尺寸为Φ22H12，见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》表3-59确定孔加工余量的分配。
钻孔Φ20mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.13mm。
扩孔Φ21mm，工序经济精度等级为IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3μm。
拉花键花键孔要求以外径定心：
拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取2Ζ=1mm。
⒊顶面的加工余量
此工序分为两个工步：
①粗铣顶面；②精铣顶面。
粗铣加工余量为2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm。
精铣加工余量为0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm。
⒋18H11槽的加工余量
铣削的加工余量：
槽底面的铣削余量为50mm，槽侧面的铣削余量为17.9mm，工序经济精度等级为IT12，公差值0.25mm，槽底面表面粗糙度Ra6.3μm。
磨削的加工余量：
槽侧面的磨削余量为0.5mm，工序经济精度等级为IT9，公差值为0.043mm，侧面粗糙度为Ra3.2μm。
2.5确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ：
铣端面。
1）粗铣左端面
α=0.25mm/Z（表3-28）
ν=0.35m/s（21m/min）（表3-30）
采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。
n===0.637r/s（38.2r/min）
按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s（表4—17）
故实际切削速度ν==0.29m/s
切削工时
l=75mm，l=175mm，l=3mm
t===121.2s=2.02min
2）粗铣右端面
粗铣右端面的进给量、切削速度和背吃刀量与粗铣左端面的切削用量相同。
切削工时
l=45mm，l=175mm，l=3mm
t===106.8s=1.78min
3）精铣左端面
α=0.10mm/Z（表3-28）
ν=0.30m/s（18m/min）（表3-30）
采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。
n===0.546r/s（32.76r/min）
按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s（表4—17）
故实际切削速度ν==0.29m/s
切削工时
l=75mm，l=175mm，l=3mm
t===302.92s=5.05min
工序Ⅱ：
钻、扩花键底孔
1）钻孔Ø20㎜
f=0.75mm/r·K=0.75×0.95=0.71㎜/s（表3—38）
ν=0.35m/s（21m/min）（表3—42）
n===5.57r/s（334r/min）
按机床选取n=338r/min=5.63r/s
故实际切削速度ν==0.35m/s
切削工时l=80mm，l=10mm，l=2mm
t===23s（0.4min）
2）扩孔Ø22㎜
f=1.07（表3—54）
ν=0.175m/s（10.5m/min）
n===2.53r/s（151.8r/min）
按机床选取n=136r/min=2.27r/s
故实际切削速度ν==0.16m/s
切削工时l=80mm，l=3mm，l=1.5mm
t===35s（0.6min）
工序Ⅲ：
倒角1.07×15
f=0.05㎜/r（表3—17）
ν=0.516m/s（参照表3—21）
n===6.3r/s（378r/min）
按机床选取n=380r/min=6.33r/s
切削工时l=2.0mm，l=2.5mm，
t===14s（0.23min）
工序Ⅳ：
拉花键孔
单面齿升0.05㎜（表3—86）
v=0.06m/s（3.6m/min）（表3—88）
切削工时（表7—21）
t=
式中：
h——单面余量1.5㎜（由Ø22㎜—Ø25㎜）；
l——拉削表面长度80㎜；
——考虑标准部分的长度系数，取1.20；
K——考虑机床返回行程的系数，取1.40；
V——切削速度3.6m/min；
S——拉刀同时工作齿数Z=L/t。
t——拉刀齿距，
t=（1.25—1.5）=1.35=12㎜
Z=L/t=80/126齿
t==0.15min（9s）
工序Ⅴ：
铣上、下表面
1）粗铣上表面的台阶面
α=0.15mm/Z（表3-28）
ν=0.30m/s（18m/min）（表3-30）
采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。
n===0.546r/s（33r/min）
按机床选取n=30r/min=0.5r/s（表4—17）
故实际切削速度ν==0.27m/s
切削工时
l=80mm，l=175mm，l=3mm
t===215s=3.58min
2）精铣台阶面
α=0.07mm/Z（表3-28）
ν=0.25m/s（18m/min）（表3-30）
采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。
n===0.455r/s（33r/min）
按机床选取n=30r/min=0.5r/s（表4—17）
故实际切削速度ν==0.27m/s
切削工时
l=80mm，l=175mm，l=3mm
t===467s=7.7min
3）粗铣下表面保证尺寸75㎜
本工步的切削用量与工步1）的切削用量相同
切削工时l=40mm，l=175mm，l=3mm
t===181.7s=3.03min
工序Ⅵ：
钻2-M8底孔（Ø6.80㎜）
f=0.36㎜/r（表3—38）
ν=0.35m/s（参照表3—42）
n===16.39r/s（983.4r/min）
按机床选取n=960r/min=16r/s
故实际切削速度ν==0.34m/s
切削工时（表7—5）
l=9.5mm，l=4mm，l=3㎜
t===2.86（0.048min）
工序Ⅶ：
铣槽18H11
1）粗铣
α=0.10㎜/s（表3-28）
ν=0.30m/s（21m/min）（表3-30）
采用粗齿直柄立铣刀，d=16mm,齿数Z=3。
n===5.97/s（358.2/min）
按机床选取n=380r/min=6.33/s（表4—16）
故实际切削速度ν==0.32/s
切削工时
l=34mm，l=2mm，l=0mm
t===19s
因为要走刀两次，所以切削工时为38s。
2）精铣通槽
α=0.07/s（表3-28）
ν=0.25m/s（15m/min）（表3-30）
采用细齿直柄立铣刀，d=12mm,齿数Z=5。
n===6.63s（397.8min）
按机床选取n=380r/min=6.33/s（表4—16
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