小拨叉加工工艺及铣Φ25下端面夹具设计.doc

XX大学设计论文小拨叉加工工艺及铣25下端面夹具设计 所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要小拨叉零件加工工艺及钻床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，误差目 录摘 要II目 录III第1章 序 言5第2章 零件的分析62.1零件的形状62.2零件的工艺分析6第3章 工艺规程设计73.1 确定毛坯的制造形式73.2 基面的选择73.3 制定工艺路线73.4 选择加工设备和工艺装备103.4.1 机床选用103.4.2 选择刀具103.4.3 选择量具103.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定103.6确定切削用量及基本工时12第4章 铣25下端面夹具设计夹具设计164.1 夹具的夹紧装置和定位装置164.2 问题的提出174.3 夹具设计174.3.1 定位基准的选择174.3.2切削力和夹紧力计算174.4定位误差的分析194.5确定夹具体结构和总体结构194.6 夹具设计及操作的简要说明20总 结21致 谢22参 考 文 献23 第1章 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。小拨叉零件加工工艺及钻床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、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。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，保证尺寸证零件的加工质量。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。第2章 零件的分析2.1零件的形状题目给的零件是小拨叉零件，主要作用是起连接作用。零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单。具体尺寸，公差如下图所示。2.2零件的工艺分析由零件图可知，其材料为ZG45，该材料具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。小拨叉零件主要加工表面为：1.外圆及端面，表面粗糙度值为3.2。2.车外圆及端面，表面粗糙度值3.2。3.装配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精车侧面，及表面粗糙度值3.2。5.侧面粗糙度值6.3、12.5，法兰面粗糙度值6.3。第3章 工艺规程设计本小拨叉，假设年产量为10万台，每台需要该零件1个，备品率为19%，废品率为0.25%，每日工作班次为2班。该零件材料为ZG45，考虑到零件在工作时要有高的耐磨性，所以选择铸铁铸造。依据设计要求Q=100000件/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率和 废品率分别取19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=2XQn(1+)（1+)=236095件/年3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为ZG45，铸件的特点是液态成形，其主要优点是适应性强，即适用于不同重量、不同壁厚的铸件，也适用于不同的金属，还特别适应制造形状复杂的铸件。考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用砂型铸造，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。3.2 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，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，对像小拨叉这样的零件来说，选好粗基准是至关重要的。对本零件来说，如果外圆的端面做基准，则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称，按照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，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应位置精度较高的不加工表面做为粗基准)。对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，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。是自选定位零件的工艺，而不是小拔叉的工艺分分析3.1 选择表面加工方法1） V型槽考虑： 生产批量较大，应采用高效加工方法； 零件精度要求高，为保证V形槽的精度和表面粗糙度，热处理后需对该V型槽再进行加工。故确定热前采用粗铣半精铣的加工方法，热后采用磨削方法。2） 零件上下表面和四个端面 根据精度要求，并考虑生产批量较大，故采用精铣半精铣的加工方法。3） U型斜槽 采用粗铣的加工方法。3.2 选择定位基准1） 精基准的选择 V型槽要保证粗糙度和与基准面A的对称度，考虑统一基准原则，选基准A作为精基准，选V型槽的对称端面作为第二精基准。2） 粗基准选择 重要考虑装夹方便、可靠，选一大端面作为基准。3.3 拟定零件加工工艺路线方案一：1） 下料（锯床G4225，锯床专业夹具）；2） 粗铣表面（铣床X62W，铣床专业夹具）；3） 精铣表面（铣床X62W，铣床专业夹具）；4） 钻孔，用10钻头钻孔（立式钻床Z3040）；5） 画线，锯V型槽；6） 铣斜坡（铣床X52，专用夹具）；7） 热处理；8） 中期检验；9） 精磨表面和V型槽（专业夹具）；10） 终期检验。方案二：1） 下料（锯床G4225，锯床专业夹具）；2） 粗铣表面（铣床X62W，铣床专业夹具）；3） 精铣表面（铣床X62W，铣床专业夹具）；4） 铣V型槽（铣床X52，专用夹具）；5） 铣斜坡（铣床X52，专用夹具）；6） 热处理；7） 中期检验；8） 精磨表面和V型槽（专用夹具）；9） 终期检验。方案对比：方案一工序复杂，加工过程中误差较大，加工时难达到批量生产。方案二工序集中，便于管理，且采用机床种类少，精度要求高的地方使用专用夹具。考虑到该零件生产批量大，可简化调整工作，采用专用夹具，可提高效率，故采用方案二。工序号工序名称工序内容车间设备工艺装备工时01下料下料（锻料）尺寸金工锯床通用夹具02粗铣表面夹零件左右2端,先铣下表面,再铣上表面,依次铣剩下表面金工X62W铣床通用夹具03精铣精铣表面金工X62W铣床通用夹具04铣V型槽用专用夹具夹紧零件,用10在零件左端中间铣深10mm槽，然后旋转分度盘45铣90槽。金工X52专业夹具05铣斜槽装夹零件时在夹具里垫5的垫片金工X52铣床通用夹具06热处理渗碳深度0.81.2,淬火HRC5864热处理车间07中期检验切片组织分析08磨表面和V型槽精磨表面和V型槽金工专用夹具09终期经验检验尺寸，精度。3.4 选择加工设备和工艺装备3.4.1 机床选用.工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的CA6140卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表4.2-7。.工序是钻孔，选用Z525摇臂钻床。3.4.2 选择刀具.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-60,GB5343.2-60)。.钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册（主编 孟少农），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。3.4.3 选择量具本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“小拨叉” 零件材料为ZG45，查机械加工工艺手册（以后简称工艺手册），表2.2-17 各种铸铁的性能比较，球墨铸铁的硬度HB为143269，表2.2-23 球墨铸铁的物理性能，ZG45密度=7.27.3（），计算零件毛坯的重量约为2。表3-1 机械加工车间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型（零件重2000kg）中型（零件重1002000kg）轻型（零件重100kg）单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上根据所发的任务书上的数据，该零件的月工序数不低于3050，毛坯重量21202506.04.0顶、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于顶面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺，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。3.6确定切削用量及基本工时 粗铣加工 1）加工条件 工件材料：20#钢，b =410MPa（机械工程材料）。 加工要求：粗铣上下表面 机床：X62W。 刀具：WC+TiC+Co硬质合金钢，牌号YT15，硬度91HRA， 整体式圆柱铣刀8022 GB/T 7953-1999 2）切削用量 背吃刀量：ap=3.4mm，考虑到加工误差，取ap=4mm（机械工艺手册）。 进给量：f=0.22mm/r（机械工艺手册）。切削速度： =157m/min（机械零件切削加工工艺标准适用手册）。 进给速度：Vf=0.1375m/min 工时的计算：铣单个表面的工时tmL/ Vf = 64.6mm/0.1375m/min=0.47min。 铣削加工1）加工条件工件材料：20#钢，b =410MPa（机械工程材料）。加工要求：精铣上下表面 机床：X62W。 刀具：WC+TiC+Co硬质合金钢，牌号YT30，硬度106HRA， 整体式圆柱铣刀8022 GB/T 7953-1999 2）切削用量 背吃刀量：精铣余量0.3mm，一次切削可以完成。取：aP= 0.3mm；（机械工艺手册）。 进给量：f=0.2mm/r（机械工艺手册）。 切削速度： =157m/min，n=625r/min。 进给速度：Vf=0.125m/min。 工时的计算：铣单个表面的工时tmL/ Vf = 64.6mm/0.125m/min=0.52min。检测 工件材料：20#钢，b =410MPa（机械工程材料）。加工要求：V型槽母线与基准面A的对称度。 检验方法： 如图：将V型槽内固定有圆柱检验棒的V形块侧面置放于平板上，在圆柱检验棒上取两截面，用测微议的检测头接触在第一截面一侧面圆柱母线最高点上，并读数，然后V形块翻转180，在同一截面上册的另一侧圆柱母线最高点的读数值。在第二节面上重复上述测量过程，测得读数值。 a）在同一截面上，两读数值符号相同，以两读数值的绝对值之差的1/2为对称度误差； b）在同一截面上，两读数值符号相反，以两读数值的绝对值之和的1/2为对称度误差。 对称度误差值小于0.03，则产品合格。3.6.5 工序钻孔，本工序采用计算法。表3-5高速钢麻花钻的类型和用途标准号类型直径范围（mm）用途GB1436-60直柄麻花钻2.020.0在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔GB1437-60直柄长麻花钻1.031.5在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔GB1438-60锥柄麻花钻3.0100.0在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔GB1439-60锥柄长麻花钻5.050.0在各种机床上，用钻模或不用钻模钻孔选用Z525摇臂钻床，查机械加工工艺手册 孟少农 主编，查机表2.4-37钻头的磨钝标准及耐用度可得，耐用度为4500，表10.2-5标准高速钢麻花钻的直径系列选择锥柄长，麻花钻，则螺旋角=30，锋交2=118，后角a=10,横刃斜角=50，L=197mm,l=116mm。表3-6 标准高速钢麻花钻的全长和沟槽长度（摘自GB6137-60） mm直径范围直柄麻花钻ll111.10013.20151101表3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据GB6137-60） （）d (mm)2f8.618.0030118124060表3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度（1）后刀面最大磨损限度mm刀具材料加工材料钻头直径d0（mm）20高速钢铸铁0.50.8（2）单刃加工刀具耐用度T min刀具类型加工材料刀具材料刀具直径d0（mm）1120钻头（钻孔及扩孔）铸铁、铜合金及合金高速钢60钻头后刀面最大磨损限度为0.50.8mm刀具耐用度T = 60 min.确定进给量查机械加工工艺手册 孟少农 主编，第二卷表10.4高速钢钻头钻孔的进给量为f=0.250.65,根据表4.13中可知，进给量取f=0.60。.确定切削速度 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-17高速钢钻头在球墨铸铁（190HBS）上钻孔的切削速度轴向力，扭矩及功率得，V=12，参考机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-10钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数K=1.0，R=0.60。 V=12=10.32 （3-17）则 = =131 （3-18） 查表4.2-12可知， 取 n = 150则实际切削速度 = = =11.8.确定切削时间查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-43，钻孔时加工机动时间计算公式： T= （3-19）其中 l= l=5 l=23则： t= =9.133.6.5.2 确定钻孔的切削用量钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB1436-60直柄短麻花钻，机械加工工艺手册第2卷。根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-2查得钻头直径小于10的钻孔进给量为0.200.35。 则取确定切削速度，根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-9切削速度计算公式为 （3-20）查得参数为，刀具耐用度T=35则 =1.6所以 =72选取 所以实际切削速度为=2.64确定切削时间（一个孔） =第4章 铣25下端面夹具设计夹具设计4.1 夹具的夹紧装置和定位装置夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此小拨叉夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转，通过螺栓夹紧移动压板，实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板，通过精确的圆弧定位，实现定心。此小拨叉移动压板制作简单，便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动，以达到压紧的目的。压紧的同时，实现工件的定心，使其定位基准的对称中心在规定位置上。4.2 问题的提出本夹具要用于铣25下端面夹具的设计夹具精度等级为IT12级，粗糙度为12.5。本道工序只精铣一下即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证铣25下端面设计夹具设计的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。4.3 夹具设计4.3.1 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。14的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的14孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的14孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。4.3.2切削力和夹紧力计算（1）刀具： YG6铣刀机床： 万能铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=2.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力4.4定位误差的分析制造误差ZZ （1）中心线对定位件中心线位置精度. 取.（2）V型块同轴度误差（查表P297）.故，.则.知此方案可行。4.5确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹紧力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹紧力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。4.6 夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计，用底部大平面定位三个自由度， V型块定位两个自由度，再用一个压块限制最后一个自由度。总 结毕业设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。毕业设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了很多，也非常珍惜大学给我们的这次设计