拖拉机倒挡拨叉-倒档拨叉加工工艺及铣槽夹具设计

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Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements. Key words: Angle gear seat parts; fixture; III 目 录 摘 要 II ABSTRACT III 第1章 绪论 1 1.1 机械加工工艺概述 1 1.2机械加工工艺流程 1 1.3夹具概述 2 1.4机床夹具的功能 2 1.5机床夹具的发展趋势 3 1.5.1机床夹具的现状 3 1.5.2 现代机床夹具的发展方向 3 第二章 加工工艺规程设计 4 2.1 零件的分析 5 2.1.1 零件的作用 5 2.2 拖拉机倒挡拨叉加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 6 2.2.1 孔和平面的加工顺序 6 2.2.2 孔系加工方案选择 6 2.3 拖拉机倒挡拨叉加工定位基准的选择 7 2.3.1 粗基准的选择 7 2.3.2 精基准的选择 7 2.4 拖拉机倒挡拨叉加工主要工序安排 8 2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 11 2.6确定切削用量及基本工时（机动时间） 13 2.7 时间定额计算及生产安排 25 第三章 铣槽夹具设计 29 3.1研究原始质料 29 3.2定位基准的选择 29 3.3 切削力及夹紧分析计算 30 3.4 误差分析与计算 31 3.5 定向键与对刀装置设计 32 3.5 夹具体的设计 34 3.6 夹具设计及操作的简要说明 34 总结 36 参 考 文 献 37 36 第1章 绪论 1.1 机械加工工艺概述 机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。 一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。 比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明。 总的来说，加工工艺是每个步骤的详细参数工艺流程是纲领，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。 1.2机械加工工艺流程 机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 4) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。 5) 填写工艺文件。 6) 选择毛坯。 7) 拟订工艺路线。 8) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。 1.3夹具概述 现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在机床夹具设计是一项重要的技术工作。 1.4机床夹具的功能 在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。 1．机床夹具的主要功能 机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。 （1） 位 定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。 （2）夹紧 由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。 2．机床夹具的特殊功能 机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。 （1）对刀 如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。 （2）导向 导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置 并引导其进行钻削。。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。 1.5机床夹具的发展趋势 随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 1.5.1机床夹具的现状 数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。特别是近年来，，对机床夹具提出了如下新的要求： 1）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。 2）能装夹一组具有相似性特征的工件。 3）提高机床夹具的标准化程度。 4）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。 5）适用于精密加工的高精度机床夹具。 6）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。 1.5.2 现代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化、柔性化四个方面。 标准化 机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148~T2259—91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。 夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。 通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。 精密化 精密化夹具的结构类型很多，随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5μm；精密心轴的同轴度公差可控制在1μm内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.2～0.5μm。 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。 具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。 第二章 加工工艺规程设计 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 题目给出的零件是拖拉机倒挡拨叉。题目所给 定的零件是拖拉机 变速箱中的倒档 拨叉，它位于倒档 拨叉杆上，主要作用一是通过倒档拨叉杆将扭矩传递给倒档拨叉，拨动倒档同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机的倒行；二是在倒档拨叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在拨叉转动时带动其运动。零件上 Ø19.1mm的孔，装配在倒档拨叉杆上，用螺钉固定保证拨叉和拨叉杆的相对位置。宽 19.3mm 深 17mm 的槽与其他零件相配合，半圆形叉口拨动同步器。 拖拉机倒挡拨叉的主要作用是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证部件与发动机正确安装。因此拖拉机倒挡拨叉零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。拖拉机倒挡拨叉零件的底面用以安装盖，实现功能。 2.1.2 零件的工艺分析 由拖拉机倒挡拨叉零件图可知。它的外表面上有五个平面需要进行加工。支承孔系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： 1. 以 Ø19.1mm 孔为中心的加工面 这一组加工面包括：一个的 Ø19.1mm 孔以及对其倒角，宽 19.3mm 深 17mm 的槽口，在 Ø19.1mm 孔所在的轮毂上钻两个孔并攻丝，规格为 M12， 用来做为固定倒档拨叉和拨叉杆之用。 2. 叉口处的加工面 这 一组加工面包括 ：铣叉口的侧 面，铣叉口内圆面 ，内圆面所在 的圆 弧半径为 R48mm。 这两组加工面之间有一定的位置要求： （1）R48mm 叉口对 Ø19.1mm 孔的轴心线及 19.3mm 槽口中心线位置公差 Ø0.5mm。 （2）叉口侧面和螺纹孔中心线的位置要求是 46.4±0.25。 由 以上分析可知， 对于这两组加 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，并保证他们之间的 位置精度要求。 2.2 拖拉机倒挡拨叉加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知。该拖拉机倒挡拨叉零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于拖拉机倒挡拨叉来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。 由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。 2.2.1 孔和平面的加工顺序 拖拉机倒挡拨叉类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工拖拉机倒挡拨叉上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。拖拉机倒挡拨叉的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 拖拉机倒挡拨叉零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。 2.2.2 孔系加工方案选择 拖拉机倒挡拨叉孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。 根据拖拉机倒挡拨叉零件图所示的拖拉机倒挡拨叉的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。 （1）用镗模法镗孔 在大批量生产中，拖拉机倒挡拨叉孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。 采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。 （2）用坐标法镗孔 在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。 用坐标法镗孔，需要将拖拉机倒挡拨叉孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。 2.3 拖拉机倒挡拨叉加工定位基准的选择 2.3.1 粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1）保证各重要支承孔的加工余量均匀； （2）保证装入拖拉机倒挡拨叉的零件与箱壁有一定的间隙。 为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以拖拉机倒挡拨叉的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。 2.3.2 精基准的选择 从保证拖拉机倒挡拨叉孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证拖拉机倒挡拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拖拉机倒挡拨叉零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是拖拉机倒挡拨叉的装配基准，但因为它与拖拉机倒挡拨叉的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。 2.4 拖拉机倒挡拨叉加工主要工序安排 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拖拉机倒挡拨叉加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到拖拉机倒挡拨叉加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，底面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于拖拉机倒挡拨叉，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。 加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。 根据以上分析过程，现将拖拉机倒挡拨叉加工工艺路线确定如下： 1. 工艺路线方案一 工序Ⅰ 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 工序Ⅱ 立式钻床上扩、铰孔 Ø19.1mm 并倒角。 工序Ⅲ 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序Ⅳ 卧式铣床上铣叉口。 工序Ⅴ 手工去锐边。 工序Ⅵ 卧式铣床上铣槽。 工序Ⅶ 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序Ⅷ 去毛刺。 工序Ⅸ 清洗。 工序Ⅹ 终检。 2. 工艺路线方案二 工序Ⅰ 立式钻床上扩、铰孔 Ø19.1mm 并倒角。 工序Ⅱ 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序Ⅲ 卧式铣床上铣叉口。 工序Ⅳ 手工去锐边。 工序Ⅴ 卧式铣床上铣槽。 工序Ⅵ 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 工序Ⅶ 手工去毛刺。 工序Ⅷ 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序Ⅸ 去毛刺。 工序Ⅹ 清洗。 工序Ⅺ 终检。 以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题， 方案二把底面的钻孔工序调整到后面了，这样导致铣削加工定位基准不足，特别镗孔工序。 以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。综合选择方案一： 工序Ⅰ 立式钻床上扩、铰孔 Ø19.1mm 并倒角。 工序Ⅱ 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序Ⅲ 卧式铣床上铣叉口。 工序Ⅳ 手工去锐边。 工序Ⅴ 卧式铣床上铣槽。 工序Ⅵ 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 工序Ⅶ 手工去毛刺。 工序Ⅷ 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序Ⅸ 去毛刺。 工序Ⅹ 清洗。 工序Ⅺ 终检。 上述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。第 1 个 方案先是“摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。”，先把这一步工序放在前面 是想，后面还有“钻 Ø19.1mm 孔”这一步工序，如果先钻孔攻丝那么就可 以省略一步“手工去毛刺”的工序。能这样想，出发点是好的，考虑到可 以减少一步工序，似乎能减少劳动工时，提高生产率，可是没有考虑到， 把这一步工序放前，定位比较难，不易保证必要的位置精度，夹具设计困 难，实际可行性比较低。再看第 2 个方案，第 2 个方案把“钻 Ø19.1mm 孔” 这一步工序放在了前面，这样为以后的各个工序提供了加工基准，工序安 排比较科学合理。不过它和第 1 个方案一样，都把“扩、铰孔 Ø19.1mm”和 “倒角”放在了一步工序中。在这一步中通过换钻套可以倒一边的角，不 过要倒另一边的角，就要把工件卸下翻面倒角，这样增加了夹具的设计难 度。不过主要的是立式钻床体积比较大，操作起来不方便，并且倒角也没 有高的精度要求，从经济效益上来考虑是不合算的。通过分析后，把这一 步工序一分为二，把“倒角”独立出来，单独作为一步工序，因为倒角的 精度要求不高，我们可以把这一步工序放在台钻上来完成。台钻体积比较 小，操作简单，夹具结构也简单，这样零件的加工工时降下来了，生产效 率上来了，降低了零件的成本。 估算每一步工序所用夹具的大体尺寸，根据《金属切削机床夹具设计 手册》（第二版）上给出的各种切削机床的规格尺寸，选择每一道工序所用 的合适的机床。 因此，最后的加工路线确定如下： 工序Ⅰ 立式钻床上扩、铰孔 Ø19.1mm。 以拨叉叉口内圆非加工面、槽口和 Ø19.1mm 孔的端面为粗基 准定位。 选用 Z535 立式钻床加工，采用专用夹具。 工序Ⅱ 台钻上对 Ø19.1mm 倒角。 以 Ø19.1mm 和端面为基准定位。 选用 ZQ4015 台式钻床加工，采用专用夹具。 工序Ⅲ 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 以 Ø19.1mm 和端面为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序Ⅳ 卧式铣床上铣叉口。 以 Ø19.1mm 和毛坯上的槽口为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序Ⅴ 手工去锐边。 用扁平挫刀手工去锐边，可设计简易的支承台。 工序Ⅵ 卧式铣床上铣槽。 以 Ø19.1mm 孔、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序Ⅶ 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 以 Ø19.1mm 孔及其端面、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 Z3025 摇臂钻床加工，采用专用夹具。 工序Ⅷ 手工去毛刺。 用圆形小挫刀手工去毛刺，可以设计简易的支承台，注意不 不要划伤内圆面。 工序Ⅸ 卧式铣床上精铣叉口侧面。 以 Ø19.1mm 孔和螺钉对准长销上的槽为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序Ⅹ 去毛刺。 用扁平挫刀手工去毛刺，可设计简易的支承台。 工序Ⅺ 清洗。 用专用清洗机清洗。 工序Ⅻ 终检。 2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 零件材料为 QT500-5，考虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以倒行或辅 助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件 的强度也能保证。由于零件年产量为 4000 件，已达到成批生产水平，而且 零 件的轮廓尺寸不 大，选用砂型铸 造，采用机械翻 砂造型，铸造精 度为 2 级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是 应该的。 （二）毛坯设 计 拖拉机的倒档拨叉零件材料为 QT500-5，硬度选用260HBS，毛坯重 约 1Kg。生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2 级精度组。 根据上 述原始资料及加工 工艺，分别确定各 加工表面的加工余 量，对 毛坯初步设计如下： 1. Ø19.1mm 的孔 为 了便于加工，在 毛坯的设计时 ，可以设计底孔。 根据常用刀具 的规 格和合理的切削用量，可以铸出 Ø10mm 的底孔。这样加工这个孔到规定的 尺寸，可以分为以下步骤： 2. 叉口侧面 该 两侧面分别进行 一次粗、精铣 。根据资料可知， 选取加工余量 等级 为 G，选取尺寸公差等级为 9 级。 所以根据相关资料和经验可知，毛坯的叉口厚度定为 10mm，符合要求。 3. 叉口内圆面 叉口内圆面的圆弧半径为 R48mm，叉口精度要求不是很高，可以进行一 次精加工。所以其加工余量不宜取得过大，但为了能保证其加工精度，而 进行一次精铣，所以在毛坯铸造时给出 2mm 的加工余量。 4. 铣槽 槽宽为 19.3mm,深为 17mm,查资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公 差等级为 8~10 级，加工余量等级为 G。取尺寸公差等级为 9 级，在铸造时 留出 2mm 的加工余量，均满足加工要求。 5. 钻孔、攻丝 在 Ø19.1mm 的孔处钻孔，攻丝，锪孔。 在此处，因为加工的螺纹孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。 因 其它表面均为不 加工表面，而 且砂型机器造型铸 造铸造出的毛 坯表 面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。 根 据上述原始资料 及加工工艺， 确定了各加工表面 的加工余量、 工序 尺 寸 ，这 样毛 坯的 尺寸 就可 以定 下 来了 ，毛 坯的 具体 形状 和 尺寸 见图 .2 “拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图。 根据 上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面 的加工余量和工 步如下： 1. Ø19.1mm 的孔 扩孔： Ø16mm 2Z=6mm 二次扩孔： Ø18.9mm 2Z=2.9mm 粗铰： Ø19.04mm 2Z=0.14mm 精铰： Ø19.1mm 2Z=0.06mm 2. 叉口侧面 粗铣： 2Z=2.05mm 精铣： 2Z=0.4mm 3．叉口内圆面 一次精铣： Z=2mm 4. 铣槽 一次精铣： Z=2mm 5. 钻孔、攻丝 在 Ø19.1mm 的孔处钻孔，攻丝，锪孔。 先在加工面上钻出 Ø4mm 小孔，再扩孔至 Ø10.4mm，这是攻丝前的 底孔，然后用 M12 的机用丝锥攻丝，最后锪孔 Ø13.5mm。 2.6确定切削用量及基本工时（机动时间） 工序1：钻孔 Ø16mm、扩孔 Ø18.9mm、铰孔 Ø19.1mm 机床：立式钻床Z525 刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～9选高速钢锥柄麻花钻头。 ⑴ 钻孔Ø19.1 钻孔Ø19.1时先采取的是钻孔，再扩到，所以。 切削深度： 进给量：根据参考文献[3]表2.4～38，取。 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～41，取。 机床主轴转速： ， 按照参考文献[3]表3.1～31，取 所以实际切削速度： 切削工时 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 取 走刀次数为1 机动时间： ⑵ 扩孔Ø18.9 刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～31选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。 片型号：E403 因钻孔Ø19.1时先采取的是先钻到孔再扩到，所以， 切削深度： 进给量：根据参考文献[3]表2.4～52，取。 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～53，取。 机床主轴转速： 按照参考文献[3]表3.1～31，取 所以实际切削速度： 切削工时 被切削层长度： 刀具切入长度有： 刀具切出长度： ，取 走刀次数为1 机动时间： ⑶ 铰孔Ø19.1 刀具：根据参照参考文献[3]表4.3～54，选择硬质合金锥柄机用铰刀。 切削深度：，且。 进给量：根据参考文献[3]表2.4～58，取。 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～60，取。 机床主轴转速： 按照参考文献[3]表3.1～31取 实际切削速度： 切削工时 被切削层长度： 刀具切入长度， 刀具切出长度： 取 走刀次数为1 机动时间： 该工序的加工机动时间的总和是： 工序3：粗铣叉口侧面 机床：铣床X62W 刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀） 齿数[10] 叉口两侧面在铸造毛坯时两个面的加工余量是相同的，故可以算一个 面 就行。现在以其 中一面为粗基 准，对另一面进行 粗加工，切削 用量 和切削工时如下： （1）粗铣 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取 铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取 机床主轴转速：，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据《机械加工工艺手册》表2.4.81, 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： （2）精铣 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取 铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取 机床主轴转速：，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： 本工序机动时间 工序4：精铣叉口 R48±0.5mm 机床：铣床X62W 刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀） 齿数[10] （1）粗铣 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取 铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取 机床主轴转速：，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据《机械加工工艺手册》表2.4.81, 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： （2）精铣 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取 铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取 机床主轴转速：，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： 本工序机动时间 工序5：钻2-Φ8定位销孔 钻定位孔 切削深度： 进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.39，取 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.41，取 机床主轴转速：，取 实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1 机动时间： 铰定位孔 切削深度： 进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.52，扩盲孔取 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.53，取 机床主轴转速：，取 实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1 机动时间： 工序6： 钻孔、锪孔 Ø13.5mm、攻丝 2-M12 × 1.75 进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.39，取 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.41，取 机床主轴转速：，取 实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 取 走刀次数为1 机动时间： 进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.39，取 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.41，取 机床主轴转速：，取 实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 取 走刀次数为1 机动时间： 工序8 ：粗精镗底面Φ45孔。 机床：卧式金刚镗床 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料： ⑴ 粗镗孔 单边余量Z=1.1mm,一次镗去全部余量，毛坯孔径。 进给量：根据参考文献[3]表2.4～66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量。 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～45，取。 机床主轴转速： ， 按照参考文献[3]表3.1～41，取 实际切削速度： 工作台每分钟进给量： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 取 行程次数： 机动时间： ⑵ 精镗孔 粗加工后单边余量Z=0.4mm，一次镗去全部余量， ，精镗后孔径 进给量：根据参考文献[3]表2.4～66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量 切削速度：参照参考文献[3]表2.4～45，取 机床主轴转速： ， 按照参考文献[3]表3.14—41，取 实际切削速度： 工作台每分钟进给量： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 取 行程次数： 机动时间： 所以该工序总机动工时 工序9：铣削Φ35孔端面 机床：组合铣床 刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀） 齿数 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取 铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取 机床主轴转速：，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据《机械加工工艺手册》表2.4.81, 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： 工序10：铣削槽 机床：铣床X62W 刀具：硬质合金端铣刀YG8，硬质合金立铣刀YT15 铣刀直径，齿数 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取 铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取 机床主轴转速：，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据《机械加工工艺手册》表2.4.81, 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： 工序11：铣削1度的斜坡面 机床：铣床X62W 刀具：立铣刀，硬质合金立铣刀YT15 铣刀直径，齿数 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.73，取 铣削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.81，取 机床主轴转速：，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据《机械加工工艺手册》表2.4.81, 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： 工序13：钻各小孔，并攻丝 机床：组合钻床 刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀 切削深度： 进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.39，取 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.41，取 机床主轴转速：，取 实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1 机动时间： 工序13：前后端面螺孔攻丝 机床：组合攻丝机 刀具：钒钢机动丝锥 （1）、M10.6H螺孔攻丝 进给量：由于其螺距,因此进给量 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.105，取 机床主轴转速：，取 丝锥回转转速：取 实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： （盲孔） 机动时间： 钻孔（M8-6H螺孔） 机床：组合钻床 刀具：麻花钻 切削深度： 进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4.39，取 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.41，取 机床主轴转速：，取 实际切削速度： 被切削层长度： 刀具切入长度： 刀具切出长度： 走刀次数为1 机动时间： 螺孔攻丝 机床：组合攻丝机 刀具：钒钢机动丝锥 进给量：由于其螺距,因此进给量 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.105，取 机床主轴转速：，取 丝锥回转转速：取 实际切削速度： 由工序4可知： 走刀次数为1 机动时间： 2.7 时间定额计算及生产安排 假设该零件年产量为10万件。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于417件。设每天的产量为420件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于1.14min。 参照《机械加工工艺手册》表2.5.2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时） 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 其中： —单件时间定额 —基本时间（机动时间） —辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 —布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值 工序1：粗、精铣底面 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.43，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.48， 单间时间定额： 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， 即能满足生产要求 工序2：钻底面孔、铰定位孔 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.41，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.43， 单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序3：粗铣两侧面及凸台 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.48， 单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序4：钻侧面孔 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.41，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.43， 单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序5：粗铣前后端面 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.48， 单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序6：铣前后端面 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.48， 单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序9：粗镗前后端面支承孔 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.37，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.39， 单间时间定额： 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， 即能满足生产要求 工序11：精镗支承孔 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.37，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.39， 单间时间定额： 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， 即能满足生产要求 工序12：前后端面螺纹孔攻丝 机动时间： 辅助时间：参照钻孔辅助时间，取装卸工件辅助时间为，工步辅助时间为。则 ：参照钻孔值，取 单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序14：精铣前后端面 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.48， 单间时间定额： 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， 即能满足生产要求 工序15：精铣两侧面 机动时间： 辅助时间：参照《机械加工工艺手册》表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则 ：根据《机械加工工艺手册》表2.5.48， 单间时间定额： 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时， 即能满足生产要求 工序17：底面螺纹孔攻丝 机动时间： 辅助时间：参照钻孔辅助时间，取装卸工件辅助时间为，工步辅助时间为。则 ：参照钻孔值，取 单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。 第三章 铣槽夹具设计 3.1研究原始质料 利用本夹具主要用来铣槽，该槽的中心线要满足对称度要求以及其槽两边的平行度要求。在铣此槽时，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。 3.2定位基准的选择 由零件图可知：在对槽进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，孔进行了钻、扩、铰加工，R48进行了粗、精镗加工。因此，定位、夹紧方案有： 方案Ⅰ：选底平面、工艺孔和大头孔定位，即一面、心轴和棱形销定位，夹紧方式选用螺母在心轴上夹紧。 方案Ⅱ：选一面两销定位方式，工艺孔用短圆柱销，R48用棱形销定位，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 分析比较上面二种方案：方案Ⅰ中的心轴夹紧、定位是不正确的， 孔端是不加工的，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。 通过比较分析只有方案Ⅱ满足要求，孔其加工与孔R48的轴线间有尺寸公差，选择小头孔和大头孔来定位，从而保证其尺寸公差要求。 铣该槽时其对孔的中心线有对称度以及槽两边的平行度要求。为了使定位误差达到要求的范围之内，采用一面两销的定位方式，这种定位在结构上简单易操作。一面即为拨叉底平面；两销为的短圆柱销和的棱形销。 3.3 切削力及夹紧分析计算 刀具：立铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 由参考文献[5]5表1～2～9 可得铣削切削力的计算公式： 有： 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： 式中：为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数： 由此可得： 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，决定选用手动螺旋夹紧机构。 查参考文献[5]1～2～26可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：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2.1. 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。 3.4 误差分析与计算 该夹具以一面两销定位，两定位销孔尺寸公差为。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 两定位销的定位误差 ： 其中： ， ， ， 且：L=135mm ，得 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 定向键与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。 根据GB2207—80定向键结构如图所示： 图5.1 夹具体槽形与螺钉 根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如表5.4： 表5.4 定向键 B L H h D 夹具体槽形尺寸 公称尺寸 允差d 允差 公称尺寸 允差D 18 ～0.012 ～0.035 25 12 4 12 4.5 18 +0.019 5 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具