双拨叉加工工艺及车R68圆环夹具设计【含7张图纸及及档全套】

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The reduction gear box body components technological process and its the processing Lathe fixture design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, 目 录 序 言 1 第1章 零件分析 2 1.1 零件的作用 2 1.2 零件的工艺分析 2 第2章 工艺规程设计 3 2.1确定毛坯的制造形式 3 2.2基面的选择 3 2.3工艺路线的制定 4 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 6 2.5确立切削用量及基本工时 6 第3章 车R68圆环计夹具设计 8 3.1 车床夹具设计要求说明 8 3.2车床夹具的设计要点 8 3.3 定位机构 9 3.4夹紧机构 9 3.5零件的车床夹具的加工误差分析 11 3.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 11 3.7 零件的车床专用夹具简单使用说明 12 总 结 13 参考文献 14 致 谢 15 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铣槽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。 第1章 零件分析 1.1 零件的作用 拨叉作用待查 1.2 零件的工艺分析 零件为QT600-3铸钢件，无热处理要求。 从结构上看，左部呈圆筒状，右部为厚14mm的半圆叉爪。两部分上下都不在同一平面上，工件安装有一定困难。 零件的主要加工表面和主要的技术要求也分两个部分 一个是以φ20孔端面为中心的加工表面，这一组加工表面包括：φ20mm的孔以及M20螺纹底孔。 一个是以φ20孔为中心的加工表面,这一组加工表面包括：叉口端面，宽42槽，螺纹孔，销孔。 第2章 工艺规程设计 2.1确定毛坯的制造形式 零件材料是QTQ600-3。零件年产量为批量，而且零件加工的轮廓尺寸不大，在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型中的金属模铸造。零件形状复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。 2.2基面的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取φ20端面为定位基准。 精基准的选择应满足以下原则： （1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。 （2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 （3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。 （4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 以φ20孔（一面2销）为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。 2.3工艺路线的制定 制定艺路线的出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,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。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。经考虑选择了两个可行的工艺方案。 方案一 1 铸造 铸造 2 时效处理 时效处理 3 铣 铣Φ20孔两端面 4 钻 钻扩铰Φ20孔 5 钻 钻M20x1.5螺纹底孔 6 车 车R68圆环 7 钻 钻Φ8销孔 8 钻 钻2-M8孔 9 钻 钻4-Φ6.2孔 10 铣 铣宽42mm槽 11 攻 攻M20x1.5螺纹 12 检验 检验，入库 方案二 1 铸造 铸造 2 时效处理 时效处理 3 铣 铣Φ20孔两端面 4 车 车R68圆环 5 钻 钻扩铰Φ20孔 6 钻 钻M20x1.5螺纹底孔，攻丝 7 钻 钻Φ8销孔 8 钻 钻2-M8孔 9 钻 钻4-Φ6.2孔 10 铣 铣宽42mm槽 11 检验 检验，入库 上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，对设备有一定要求。 方案一和方案二的区别在于方案一先加工Φ20孔端面，再加工Φ20孔，再加工M20螺纹底孔，后面工序采用Φ20孔和M20螺纹底孔定位，采用一面两销，这样可以为后面工序利用更好的定位基准；而方案二是把端面加工完毕再加工孔，加工完M20螺纹底孔立即攻丝，不能作为定位基准。综合考虑我们选择方案一。 最终工艺路线如下： 1 铸造 铸造 2 时效处理 时效处理 3 铣 铣Φ20孔两端面 4 钻 钻扩铰Φ20孔 5 钻 钻M20x1.5螺纹底孔 6 车 车R68圆环 7 钻 钻Φ8销孔 8 钻 钻2-M8孔 9 钻 钻4-Φ6.2孔 10 铣 铣宽42mm槽 11 攻 攻M20x1.5螺纹 12 检验 检验，入库 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 拨叉零件材料为QT600-3，毛坯重量1.12kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。 据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1、 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。 2、 端面 由于端面要与其他接触面接触，同时又是Φ20孔的中心线的基准。查相关资料知余量留2.5比较合适。 3、孔 毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于IT7—IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为2mm 2.5确立切削用量及基本工时 工序：铣Φ20孔两端面 1. 选择机床刀具 选择立式铣床X51硬质合金钢Yab端铣刀 2. 切削用量 查2表5 f=0.14~0.24mm/r T=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min n=7.32r/min 3. 计算工时 半精铣 工序：铣宽42mm槽 1、选择机床及刀具 机床 x51立式铣床 刀具 三面刃铣刀铣槽do=42mm查[1]表8 国家标准 GB1118 D=160mm d=40mm L=16mm 齿数z=24 2、计算切削用量 由[工艺手册]表9.4—1和（切削用量手册）查得 走刀量 f=0.67 mm/r 铣刀磨钝标准和耐用度 由[工艺手册]表9.4—6查得 磨钝标准为 0.2~0.3 表9.4—7查得 耐用度为 T=150min （1）切削速度 由[工艺手册] 式3.2 （7-26） 查表 9.4—8 得其中： 修正系数 m=0.5 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s （2）确定机床主轴速度 由[工艺手册] 按机床选取主轴转速为6.33 r/s 所以 实际切削速度为 （3）计算切削工时 （7-27） 第3章 车R68圆环计夹具设计 3.1 车床夹具设计要求说明 车床夹具主要用于加工车R68圆环夹具设计。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。 （1） 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动 定心式车床夹具 在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。 角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。 花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个T形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。 （2） 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。 由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以零件在车床上加工用专用夹具。 3.2车床夹具的设计要点 （1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求 当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。 当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。 工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。 （2）夹具与机床主轴的连接 车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此，要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。 心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。 根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式： 1)对于径向尺寸D＜140mm，或D＜(2～3)d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧，如图1-a所示。这种连接方式定心精度较高。 2)对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。 图1-b所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与主轴轴颈相配合，并用螺纹和主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度，可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。 对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图1-c所示，过渡盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。 图1-d所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面只允许有0.05～0.1mm的间隙，用螺钉均匀拧紧后，即可保证端面与锥面全部接触，以使定心准确、刚度好。 图1 车床夹具与机床主轴的连接 过渡盘常作为车床附件备用，设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。过渡盘的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结构尺寸，可查阅有关手册 3.3 定位机构 由零件图分析孔的加工要求，必须保证孔轴向和径向的加工尺寸，得出，夹具必须限制工件的六个自由度，才可以达到加工要求。先设计夹具模型如下： 选择定位元件为：支承板，两销。支撑板限制了X,Y,Z方向的移动自由度，X,Y方向的转动自由度，支撑钉限制了Z方向的转动自由度。可见，定位方案选择合理。 综合采用一面2销定位 3.4夹紧机构 选择工件的夹紧方案，夹紧方案的选择原则是夹得稳，夹得劳，夹得快。选择夹紧机构时，要合理确定夹紧力的三要素：大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如下： 1. 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置； 2. 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。 3. 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。 4. 机构应尽量简单，制造、维修要方便。 分析零件加工要素的性质，确定夹紧动力源类型为手动夹紧，夹紧装置为压板，压紧力来源为螺旋力。夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 安全系数K可按下式计算有：： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]表可得： 所以有： 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有： 式中参数由参考文献[5]可查得： 其中： 螺旋夹紧力： 该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件，受力简图如下： 图2.1 移动压板受力简图 由表得：原动力计算公式 即： 由上述计算易得： 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 3.5零件的车床夹具的加工误差分析 工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差、夹具误差、夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差的影响。 如夹具图所示，在夹具上加工时，尺寸的加工误差的影响因素如下所述： （1）定位误差 由于既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差为零。工件在夹具上定位时，定位基准与限位基准是重合的，基准位移误差为零。因此，尺寸的定位误差等于零。 （2）夹具误差 夹具误差为限位基面与轴线间的距离误差，以及限位基面相对安装基面C的平行度误差是0.01. （3）安装误差 因为夹具和主轴是莫氏锥度配合，夹具的安装误差几乎可以忽略不计。 （4）加工方法误差 如车床主轴上安装夹具基准与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取 =/3=0.05/3=0.017mm 零件的车床夹具总加工误差是： 精度储备： 故此方案可行。 3.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 夹具体设计的基本要求 （1）应有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。 （2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。 （3）应有良好的结构工艺性和使用性 夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。 （4）应便于排除切屑 在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。 （5）在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。 确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。 3.7 零件的车床专用夹具简单使用说明 （1）夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。 （2）当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。 （3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。 总 结 加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低成本的目的。通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决，并夹紧都采用了手动夹紧，由于工件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。 完成了本次设计，通过做这次的设计，使对专业知识和技能有了进一步的提高，为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的基础。 参考文献 1.《机床夹具设计》 第2版 肖继德 陈宁平主编 机械工业出版社 2.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》 孙丽媛主编 冶金工业出版社 3.《机械制造工艺学》 周昌治、杨忠鉴等 重庆大学出版社 4. 《机械制造工艺设计简明手册》李益民 主编 机械工业出版社 5. 《工艺师手册》 杨叔子主编 机械工业出版社 3. 《机床夹具设计手册》　　　王光斗、王春福主编 上海科技出版社 7. 《机床专用夹具设计图册》南京市机械研究所 主编 机械工业出版社 8. 《机械原理课程设计手册》 邹慧君主编 机械工业出版社 9.《金属切削手册》第三版 上海市金属切削技术协会 上海科学技术出版社 10.《几何量公差与检测》第五版 甘永立 主编 上海科学技术出版社 11．《机械设计基础》 第三版 陈立德主编 高等教育出版社 12．《工程材料》 丁仁亮主编 机械工业出版社 13．《机械制造工艺学课程设计指导书》， 机械工业出版社 14．《机床夹具设计》 王启平主编 哈工大出版社 15.《现代机械制图》 吕素霞 何文平主编 机械工业出版社 致 谢 经过了的很长时间，终于比较圆满完成了设计任务。回顾这日日夜夜，感觉经过了一场磨练，通过图书、网络、老师、同学等各种可以利用的方法，巩固了自己的专业知识。对所学知识的了解和使用都有了更加深刻的理解。 此时此刻，我要特别感谢我的导师的精心指导，不仅指导我们解决了关键性技术难题，更重要的是为我们指引了设计的思路并给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验，从而使我们设计中始终保持着清晰的思维也少走了很多弯路，也使我学会综合应用所学知识，提高分析和解决实际问题的能力。不仅如此，老师的敬业精神更是深深的感染了我，鞭策着我在以后的工作中爱岗敬业，导师是真真正正作到了传道、授业、解惑。 同时也要感谢其他同学、老师和同事的热心帮助，感谢院系领导对我们课程设计的重视和关心，为我们提供了作图工具和场所，使我们能够全身心的投入到设计中去，为更好、更快的完成课程设计提供了重要保障。 16