双拨叉零件的机械加工工艺规程和钻Φ20H8孔夹具设计【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 hole jig 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 ABSTRCT III 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 钻Φ20H8夹具设计 8 3.1 研究原始质料 8 3.2 定位、夹紧方案的选择 9 3.3 切削力及夹紧力的计算 9 3.4 误差分析与计算 12 3.5 钻套、衬套、钻模板设计与选用 13 3.6 确定夹具体结构和总体结构 14 3.7夹具设计及操作的简要说明 15 总 结 16 参考文献 17 致 谢 18 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 铣 铣叉口端面 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 铣 铣叉口端面 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 铣 铣叉口端面 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 钻Φ20H8夹具设计 3.1 研究原始质料 利用本夹具主要用来加工钻Φ20H8，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 一、机床夹具定位元件 工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，这里只介绍几种常用的基本定位元件。实际生产中使用的定位元件都是这些基本定位元件的组合。 （一）工件以平面定位常用定位元件 1．支承钉 常用支承钉的结构形式如图6-1所示。平头支承钉（图a）用于支承精基准面；球头支承钉（图b）用于支承粗基准面；网纹顶面支承钉（图c）能产生较大的摩擦力，但网槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基准定位且要求产生较大摩擦力的侧面定位场合。一个支承钉相当于一个支承点，限制一个自由度；在一个平面内，两个支承钉限制二个自由度；不在同一直线上的三个支承钉限制三个自由度。 图6-1 常用支承钉的结构形式 2．支承板 常用的支承板结构形式如图6-2所示。平面型支承板（图a）结构简单，但沉头螺钉处清理切屑比较困难，适于作侧面和顶面定位；带斜槽型支承板（图b），在带有螺钉孔的斜槽中允许容纳少许切屑，适于作底面定位。当工件定位平面较大时，常用几块支承板组合成一个平面。一个支承板相当于两个支承点，限制两个自由度；两个（或多个）支承板组合，相当于一个平面，可以限制三个自由度。 图6-2 常用支承板的结构形式 3．可调支承 常用可调支承结构形式如图6-3所示。可调支承多用于支承工件的粗基准面，支承高度可以根据需要进行调整，调整到位后用螺母锁紧。一个可调支承限制一个自由度。 图6-3 常用可调支承的结构形式 (二) 工件以孔定位常用定位元件 1．定位销 图6-6是几种常用固定式定位销的结构形式。当工件的孔径尺寸较小时，可选用图 a 所示的结构；当孔径尺寸较大时，选用图 b 所示的结构；当工件同时以圆孔和端面组合定位时，则应选用图c所示的带有支承端面的结构。用定位销定位时，短圆柱销限制二个自由度；长圆柱销可以限制四个自由度；短圆锥销（图d）限制三个自由度。 图6-6 固定式定位销的结构形式 3.2 定位、夹紧方案的选择 由零件图可知：在对加工前，平面进行了粗、精铣加工，底面进行了钻、扩加工。因此，定位、夹紧方案有： 为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面一销再加上一手动调节的螺丝定位的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即底平面。 3.3 切削力及夹紧力的计算 刀具：钻头φ20。 则轴向力：见《工艺师手册》表28.4 F=Cdfk……………………………………3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=( F=420 转矩 T=Cdfk 式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8 T=0.206 功率 P= 在计算切削力时,必须考虑安全系数,安全系数 K=KKKK 式中 K—基本安全系数，1.5; K—加工性质系数，1.1; K—刀具钝化系数, 1.1; K—断续切削系数, 1.1 则 F=KF=1.5 钻削时 T=17.34 N 切向方向所受力: F= 取 F=4416 F> F 所以,时工件不会转动,故本夹具可安全工作。 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： 该孔的设计基准为中心轴，故以回转面做定位基准，实现“基准重合”原则；　参考文献，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力F夹与切削力Ｆ之间的关系F夹＝KF 轴向力：F夹＝KF （N） 扭距： Nm 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数 由资料《机床夹具设计手册》查表可得： 切削力公式： 式（2.17） 式中 查表得： 即： 实际所需夹紧力：由参考文献[16]《机床夹具设计手册》表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：： 式中：为各种因素的安全系数，见参考文献[16]《机床夹具设计手册》表 可得： 所以 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，决定选用螺旋夹紧机构。 3.4 误差分析与计算 该夹具以一底面一侧面，两支撑钉和一个调节螺丝定位，为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。 与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献[5]可得： ⑴销的定位误差 ： 其中： ， ， ， ⑵ 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨损造成的加工误差：通常不超过 ⑷ 夹具相对刀具位置误差：取 误差总和： 从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 3.5 钻套、衬套、钻模板设计与选用 工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。 图3.5 可换钻套 表 d D D1 H t 基本 极限 偏差F7 基本 极限 偏差D6 ＞0～1 +0.016 +0.006 3 +0.010 +0.004 6 6 9 -- 0.008 ＞1～1.8 4 +0.016 +0.008 7 ＞1.8～2.6 5 8 ＞2.6～3 6 9 8 12 16 ＞3～3.3 +0.022 +0.010 ＞3.3～4 7 +0.019 +0.010 10 ＞4～5 8 11 ＞5～6 10 13 10 16 20 ＞6～8 +0.028 +0.013 12 +0.023 +0.012 15 ＞8～10 15 18 12 20 25 ＞10～12 +0.034 +0.016 18 22 ＞12～15 22 +0.028 +0.015 26 16 28 36 ＞15～18 26 30 0.012 ＞18～22 +0.041 +0.020 30 34 20 36 HT200 ＞22～26 35 +0.033 +0.017 39 ＞26～30 42 46 25 HT200 56 ＞30～35 +0.050 +0.025 48 52 ＞35～42 55 +0.039 +0.020 59 30 56 67 ＞42～48 62 66 ＞48～50 70 74 0.040 钻模板选用钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。 3.6 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。 3.7夹具设计及操作的简要说明 为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。 此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。 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。 19