CA6140拨叉831003加工工艺和精铣18H11槽夹具设计【夹具三维】

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18H11通槽两侧面与与Ø25mm花键孔中心线的垂直度为0.08㎜。 由以上分析可知，对于这二组加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工，并且保证它们之间的位置精度要求。 二、 工艺规程设计 （一）确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200，考虑到该零件在车床中的受力并保证零件的工作可靠性，零件为中批生产，而且零件的尺寸不大，因此，毛坯可采用金属模砂型铸造。 （二）基面的选择 基准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，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：以上下表面和两 侧面作为粗基准，以消除，，三个自由度，用以消除，，三个自由度，达到完全定位。 对于精基准而言，根据基准重合原则，选用设计基准作为精基准。 （三） 制订工艺路线 制订工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。 1.工艺路线方案一 工序Ⅰ 铣端面。 工序Ⅱ 钻、扩花键底孔Ø22mm。 工序Ⅲ 内花键孔倒角。 工序Ⅳ 拉花键孔。 工序Ⅴ 铣上、下表面。 工序Ⅵ 钻2—M8孔，Ø5mm锥孔。 工序Ⅶ 铣通槽18H11㎜。 工序Ⅷ 攻螺纹2—M8。 工序Ⅸ 去毛刺。 工序Ⅹ 检查。 2.工艺路线方案二 工序Ⅰ 铣端面。 工序Ⅱ 钻、扩花键底孔Ø22mm。 工序Ⅲ 内花键孔倒角。 工序Ⅳ 铣上、下表面。 工序Ⅴ 钻2—M8孔，Ø5mm锥孔。 工序Ⅵ 铣通槽18H11㎜。 工序Ⅶ 拉花键孔。 工序Ⅷ 攻螺纹2—M8。 工序Ⅸ 去毛刺。 工序Ⅹ 检查。 工艺方案的比较与分析： 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先拉花键孔，再以该花键孔为基准加工其余平面；方案二是先加工上下面，再加工花键孔。两相比较可以看出，方案一可以避免加工上表面和槽的设计基准和加工基准不重合的问题，而方案而不能，所以选用方案一作为零件的加工工序。 （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HT200，毛坯重量约为1.00Kg，生产类型为中批生产， 采用金属砂型铸造。 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如下： 1. 铣端面 考虑左端面的粗糙度Ra为3.2，参照《机械制造工艺设计手册》——以下简称“手册”，表1—43，确定工序尺寸为 Z=3.0mm，其中粗加工的加工余量Z=2.0mm，精加工的加工余量Z=1.0mm。右端面没有粗糙度要求，只要求粗加工，所以余量定位3.0㎜。 2. 花键孔（6-Ø25H7×Ø22H12×6H11）。 要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。 内孔Ø22H12㎜： 钻孔：Ø20㎜ 扩钻：Ø22㎜ 2Z=2.0㎜ 拉花键孔（6-Ø25H7×Ø22H12×6H11） 花键孔要求外径定心，花键内径拉削时的加工余量为孔的公差0.17㎜。 3．铣表面 根据“手册”表1—49，取上表面的机械加工余量为4.0㎜，下表面的余量为3.0㎜。 粗铣上表面 Z=3.0㎜ 精铣上表面的台阶面 Z=1.0㎜ 粗铣下表面 Z=3.0㎜ 4. 铣通槽18H11㎜ 粗铣16㎜ 2Z=4.0㎜ 半精铣18㎜ 2Z=2.0㎜ 毛坯制造尺寸及技术要求见毛坯图。 （五）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Ø 20㎜ 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Ø 22㎜ 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Ø 22㎜—Ø 25㎜）； 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（Ø 6.80㎜） 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） 故实际切削速度ν==0.24s 切削工时 l=35mm，l=2mm，l=0mm t== =16s 因为走刀两次，所以切削工时为64s。 Ⅷ：攻螺纹2—M8 v=0.35m/s (表3—42) n===13.9 (834min) 按机床选取n=850r/min=14.2s 故实际切削速度ν==0.357m/s。 三、专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 （二） 提出问题 利用本夹具主要用来钻Ø 22㎜花键底孔。在加工本工序是，其他重要表面都还未加工，因此，在本道工序加工时，主要考虑如何保证底面的定位，如何降低劳动强度、提高劳动生产率，而精度则不是主要问题。 （三） 夹具设计 1. 定位基准的选择 由零件图可知，为了定位误差为零，选择零件的上下表面为主要定位基准面。 2．切削力及夹紧力计算 刀具：高速钢钻头，直径d=20mm，f=0.71mm/r 钻头转速 n=5.63r/s 工件材料：灰铸铁 HB=210 则： 切屑扭矩 M=10 （表3—36） =225.63×20×0.71×1.059×10 =53.86（N·m） 轴向力 F==588.60×20×0.71×1.059 =9478.8（N） 其中 K=K=()=()=1.059 切削功率 P=2Mn×10 =2×3.14×53.86×5.63×10 =1.90 KW 由零件定位、装夹方式可知，只有钻削时产生的轴向力能引起零件的松动。 由夹紧机构产生的实际夹紧力应满足下式： P=K·F 式中，安全系数 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1.2； 为断续切削系数1.2。 所以 （N） 所需的实际夹紧力为22521.6N是比较大的，为了使得整个夹具结构紧凑，决定选用铰链夹紧机构。 结构形式：Ⅰ型单臂铰链夹紧机构 夹紧时，臂的最小允许倾斜角：α=15 扩力比：i=3.14 活塞杆的最大拉力为： F=22521.6/3.14=7172.5N 计算驱动气缸直径： F=·p=7172.5 式中：p——压缩空气单位压力，取p=0.4MPa。 D=151㎜ 按标准，取气缸直径D=150㎜.此时，当压缩空气压力p=0.4MPa时，驱动气缸的拉力 F=7068N,则铰链机构的放大倍数i可降至： i=3.19 此时，臂的最小允许倾角在20°到25°之间，取放大倍数为3.41。 ∴ 实际的夹紧力应为： P=7068×3.41=24101.9N 这远远大于所需的22521.6N的夹紧力，因此工作是可靠的。 3． 位误差分析 定位尺寸几公差的确定。夹具的主要是底面的一侧及顶面，并且要求不是很高，可以满足。 4． 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率。为此，应首先着眼于采用何种夹紧装置以减少更换工件的辅助时间。本夹具设计时，尽量使夹具体简单，紧凑。 四、参考文献 1.《机械制造工艺学课程设计指导书》 机械工业出版社 赵家齐 编 2.《机械制造工艺设计手册》 机械工业出版社 王绍俊 编 3.《机床夹具设计》 哈尔滨工业大学出版社 王启平 编 - 15 -