工艺规程与夹具研究设计孙炎.docx
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工艺规程与夹具研究设计孙炎
序言......................................................3
摘要.................................................3
工艺规程与夹具设计过程..........................................4
一、设计题目,计算生产纲领及生产型.............................4
二、零件的分析..................................................4
2.1零件的作用...............................................4
2.2零件的工艺析..............................................4
三、确定毛坯的制造方法,初步确定毛坯的形状....................4
四、工艺规程设计..................................................5
4.1定位基准的选择............................................5
4.2零件表面加工方法的选择.....................................5
4.3制订工艺路线..............................................6
4.4确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸.......................7
4.5确定切削用量及基本工时...................................9
4.5.1工序Ⅰ端面A铣削用量及基本时间的确定...................9
4.5.2工序Ⅱ钻—扩孔Φ22mm..................................11
4.5.3工序Ⅲ端面D铣削用量及基本时间的确定.................11
4.5.4工序Ⅳ槽8mm的铣削用量及基本时间的确定................13
4.5.5工序Ⅴ槽18mm的铣削用量及基本时间的确定...............14
4.5.6工序Ⅶ锪2X15°的倒角切削用量及基本时间的确定.........16
4.5.7工序Ⅶ拉花键孔切削用量及基本时间的确定...............16
五、夹具的设计...................................................17
小结..............................................................19致谢..............................................................20主要参考文献..................................................21
摘要：
在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。
在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。
关键词：
工艺规程，工艺方案，工序
序言
设计目的：
现代机械制造工艺设计是宽口径机械类专业学生在学完了《机械制造技术基础》等技术基础和专业课理论之后进行的一个实践教案环节。
其目的是巩固和加深理论教案内容，培养学生综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力。
通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：
1、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；
2、掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；
3、掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；
4、学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。
工艺规程及机床夹具设计过程
一、计算生产纲领，确定生产类型：
该零件是CA6140车床上的拨叉，按照指导老师的要求，设计此零件为中批量生产专用夹具。
二、零件分析
2.1零件的作用
拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。
摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。
滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。
分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间的冲击，延长零件的使用寿命。
2.2零件的工艺分析
该拔叉共有三组加工表面，且三者之间和其各内部之间存在有一定的位置关系，现分述如下:
（1）A面及Φ22花键底孔
这一组加工表面包括:
A端面和轴线与A端面相垂直的花键底孔。
（2）8mm槽及其外端平面和18mm大槽
这一组加工表面包括:
槽的D端面，槽和180+0.012的槽。
其中从槽指向槽180+0.012且平行槽，花键，肋板对称线的方向是垂直于花键孔轴线的。
且D端面所在平面垂直于A端面所在的平面。
这一组加工表面包括:
6－6m×5的六个方齿花键孔，及Φ25mm花键底孔两端的2×75°倒角。
根据零件图的尺寸及其精度要求，可以先加工A面及Φ22花键底孔，而后其它表面的加工以这两个表面为精基准进行。
三、确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯形状
零件材料为HT200灰铸铁，考虑到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产纲量要求。
零件形状简单，因此毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，不可铸出。
四、工艺规程设计
4.1定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，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。
⑴、粗基准的选择
该零件属于一般轴类零件，以外圆为粗基准就已经合理了（夹持长四点定位），为保证A面与花键孔轴线垂直，以便于保证以该两面为定位精基准时其它表面的尺寸精度加工要求，可以把A面与花键底孔放在一个工序中加工，因而该工序总共要消除X，Y，Z，X，Y五个自由度（建立空间坐标系为：
以花键孔轴线方向为Z轴，垂直花键孔轴线，平行槽、花键、肋板对称线并且从槽180+0.012指向80+0.03的方向为X轴，同时垂直于X轴、Z轴的方向为Y轴，取坐标原点为花键孔轴线与A面的交点为原点），用三爪卡盘卡
夹持外圆柱面。
消除X，Y，X，Y四个自由度，再用一个浮动支承顶住B面，消除Z自由度，达到定位要求。
⑵、精基准的选择
主要考虑基准重合问题。
4.2零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有端面、内孔、花键、槽等，材料为HT200灰铸铁，参考《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表1.4-7、表1.4-8及表1.4-17其加工方法选择如下：
⑴、A端面
根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5um，要达到零件的技术要求，公差等级为IT9，表面粗糙度为Ra3.2um，需要经过粗铣
⑵、Φ花键底孔
公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra6.3um，毛坯为实心，未冲出孔，故采用粗铣
⑶、槽的D端面
零件技术要求表面粗糙度达到Ra3.2，而毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5，故需要采用粗铣——>半精铣。
⑷、槽
零件技术要求槽的两侧端面表面粗糙度为Ra1.6um，槽的底端面为Ra6。
3um，需要采用粗铣——>精铣，就可以达到公差等级为IT8表面粗糙度Ra1。
6um。
⑸、mm槽
零件技术要求槽的各端面要达到的表面粗糙度为Ra3.2um，需要采用粗铣——>半精铣
⑹、花键孔（6－mm××）
要求花键孔为外径定心，两侧面表面粗糙度为Ra3.2um底面表面粗糙度为Ra1.6um，故采用拉削加工
⑺、两处倒角
Φ25mm花键底孔两端处的2×75°倒角，表面粗糙度为Ra6.3um，为了使工序集中，所以花键底孔的两端面的2×75°倒角在Z525立式钻床上采用锪钻的方法即可。
4.3制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用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。
⑴、工艺路线方案一：
工序Ⅰ：
粗铣Φ40mm右端面A面
工序Ⅱ：
钻孔并扩钻花键底孔Φ22mm
工序Ⅲ：
铣28mm×40mm端面D
工序Ⅳ：
铣宽为mm槽
工序Ⅴ：
铣宽为mm的槽
工序Ⅵ：
锪两端面15°倒角
工序Ⅶ：
拉花键孔Ø250+0.023mm
工序Ⅷ：
去毛刺
工序Ⅸ：
终检
⑵、工艺路线方案二：
工序Ⅰ：
粗车Φ40mm右端面A面
工序Ⅱ：
钻孔并扩钻花键底孔Φ22mm
工序Ⅲ：
拉花键孔Ø250+0.023mm
工序Ⅳ：
铣28mm×40mm的端面D
工序Ⅴ：
铣mm槽
工序Ⅵ：
铣mm槽
工序Ⅶ：
车Φ40mm左端面B倒角2×75°
工序Ⅷ：
车Φ40mm右端面A倒角2×75°，半精车Φ40mm右端面A
工序Ⅸ：
去毛刺
工序X：
终检
⑶、工艺方案的比较与分析：
上述两工艺方案的特点在于：
方案一工序Ⅰ、Ⅱ是以Φ40mm左端面B为粗基准，用铣床粗铣A端面，然后再以A端面为基准钻花键底孔。
方案二在该两工序中的定位加工方法也是相同的，只是在加工A端面时将铣床改用车床来加工，两个方案的定位方法都可以达到加工要求，但是从零件结构可知用车床来加工在装夹时较困难，而用铣床来加工在装夹时较方便。
另外，工艺路线一中是在完成前面5道工序后，才以花键底孔及Φ40mm右端面A上一点，及28mm×40mm端面D上两点为定位基准加工花键孔，能较好的保证花键孔的位置尺寸精度，而在工艺路线方案二中，在工序Ⅰ、Ⅱ完成后就开始以花键底孔、A端面一点及28mm×40mm端面D两点为定位基准拉花键孔，这样就是重复采用粗基准定位，就不保证花键孔与宽为mm、mm槽的槽的位置精度，最终达不到零件技术要求，甚至会造成偏差过大而报废，这是重复利用粗基准而造成的后果。
通过以上的两工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为该零件的加工路线。
该工艺过程详见表2和表3，机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
4.4确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸，设计、绘制毛坯图
⑴、确定毛坯余量（机械加工总余量），毛坯尺寸及其公差、设计、绘制毛坯图
铸铁模铸造的机械加工余量按GB/T11351-89确定。
确定时根据零件重量来初步估算零件毛坯铸件的重量，加工表面的加工精度，形状复杂系数，由《工艺手册》表2.2-3，表2.2-4，表2.2-5查得，除孔以外各内外表面的加工总余量（毛坯余量），孔的加工总余量由表2.3-9查得，表2.3-9中的余量值为双边余量。
本零件“CA6140车床拨叉”材料为HT200，毛坯重量估算约为1.3kg，生产类型为中批量生产，采用金属型铸造毛坯。
①、A端面毛坯余量
加工表面形状简单，由铸件重量为1.3kg，加工精度R3.2，保证长度尺寸为80mm，查《工艺手册》表2.2-4得加工单边余量为5.5mm，另查表1.4-24得长度尺寸公差范围为±0.27，即长度方向毛坯尺寸为85.5±0.27mm。
②、宽为80+0.03槽的端面毛坯余量：
由毛坯重1.3kg，加工精度为3.2，加工表面形状简单，从孔的中心线到端面的长度尺寸为27mm，查《工艺手册》表2.2-4得单边余量为Z=5.5，另查表1.4-24得长度方向尺寸公差为±0.195，即长度方向毛坯尺寸为32.5±0.195mm。
③、孔Φ22mm、槽80+0.03mm和槽mm均为实心，未铸造出来。
⑵、确定工序余量，工序尺寸及其公差
确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：
由加工表面的最后工序（或工步）往前推算，最后工序（或工步）的工序（或工步）尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。
前面已经根据有关资料查出零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工总余量分配给各工序（或工步）加工余量，然后由后往前计算工序（或工步）尺寸。
本零件各加工表面的加工方法（即加工工艺路线）已经在前面根据有关资料确定，本零件的各加工表面的各工序（或工步）的加工余量除粗加工工序（或工步）加工余量之外，其余工序（或工步）加工余量可以根据《现代制造工艺设计方法》以后简称为《现代工艺》中精、半精加工余量建议值来确定，粗加工工序（或工步）加工余量不是由表中查出确定，而是通过计算的方法得到的。
本零件各加工表面的工序（或工步）的经济精度，表面粗糙度的确定，除最后工序（或工步）是按零件图样要求确定外，其余工序（或工步）主要是根据《工艺手册》表1.4-7、表1.4-8及参考表1.4-17定公差等级（即IT）和表面粗糙度。
公差等级确定后，查《工艺手册》表1.4-24得出公差值，然后按“入体”原则标注上下偏差。
本零件的各加工表面的工艺路线，工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差，表面粗糙度如表：
表1各加工表面的工艺路线、工序（或工步）、工序（或工步）
尺寸及其公差、表面粗糙度（未注单位：
mm）
加工表面
工序（或工步）名称
工序（或工步）余量
工序（或工步）基本尺寸
工序（或工步）经济精度
工序（或工步）尺寸及其偏差
表面粗糙度（um）
工序基本尺寸
公差等级
公差值
A面
半精铣
Z=0.5mm
80
IT9
0.074
Ra3.2
80
粗铣
Z=5
80.5
IT11
0.22
Ra6.3
80.5
毛坯
Z=5.5
85.5
IT13
0.54
Ra12.5
85.5
花键底孔
扩
2Z=2
Φ22
IT11
0.28
Ra6.3
Φ22
钻
2Z=20
Φ20
IT12
0.37
Ra12.5
Φ20
毛坯
实心
—
—
—
—
—
—
A端倒角
2×75°
0.21
B端倒角
2×75°
0.39
槽的端面D
半精铣
Z=1
27
IT10
0.084
Ra3.2
27
粗铣
Z=4.5
28
IT12
0.15
Ra6.3
28
毛坯
Z=5.5
32.5
IT13
0.39
Ra12.5
32.5
槽
精铣
2Z=1
8
IT8
0.012
Ra1.6
8
粗铣
2Z=7
7
IT12
0.11
Ra6.3
7
毛坯
实心
—
─
─
—
─
—
槽
半精铣
2Z=1
18
IT8
0.012
Ra3.2
18
粗铣
2Z=6
17
IT9
0.043
Ra6.3
17
毛坯
2Z=7
11
IT12
0.18
Ra12.5
11
花键孔
拉削
2Z=3
Φ25
IT8
0.023
Ra1.6
Φ25
毛坯
圆环
Φ22
IT11
0.28
Ra6.3
Φ22
4.5确定切削用量及基本工时（机动时间）
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。
（1）切削用量指：
背吃刀量asp（即切削深度ap）、进给量f及切削速度Vc。
（2）确定方法是：
确定切削深度——>确定进给量——>确定切削速度
（3）具体要求是
①由工序或工步余量确定切削深度：
精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；
在中等功率机床上一次走刀ap可达8～10mm。
②按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度
③可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式换算出查表或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。
对粗加工，选取实际切削速度Vc机、实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。
4.5.1工序Ⅰ端面A铣削用量及基本时间的确定
（1）、加工条件
工件材料：
HT200正火，δb=220MPa，190～220HBS
加工要求：
粗铣A端面。
机床选择：
为X51立式铣床，采用端铣刀粗铣。
机床功率：
4.5kw
工件装夹：
工件装夹在铣床专用夹具上。
（2）、确定切削用量及基本工时
（2.1）粗铣
1）、选择刀具
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，其参数为：
铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10。
2）、确定铣削深度ap
单边加工余量Z=5.5±0.27，余量不大，一次走刀内切完，则：
ap=4.5mm
3）、确定每齿进给量fz
根据《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。
现取
fz=0.18mm/z
4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
5）、确定切削速度Vc
根据《切削手册》表3.16可以查Vc
由ap=4.5mmfz=0.18mm/z，查得
Vc=77mm/zn=245mm/zVƒ=385mm/z
根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）
nc=255r/minVƒc=400mm/min（横向）
实际切削速度和齿进给量
6）、计算基本工时
l=47mml2=2
（2.2）半精铣
1）、选择刀具
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10
2）、确定铣削深度ap
由于单边加工余量Z=1，故一次走刀内切完，则：
ap=1mm
3）、确定每齿进给量fz
由《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，半精铣取较小的值。
现取
fz=0.14mm/z
4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
5）、确定切削速度Vc
根据《切削手册》表3.16可以查Vc
由ap≤4mmƒz=0.14mm/z，查得
Vc=110mm/zn=352mm/zVƒ=394mm/z
根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）
nc=380r/minVƒc=400mm/min（横向）
实际切削速度和每齿进给量
6）、计算基本工时
l=40mml2=2
所以本工序的基本时间为:
T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min
4.5.2工序Ⅱ钻——扩孔Φ22mm
（1）、加工条件
工件材料：
HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS
加工要求：
钻扩孔Φ22mm
机床选择：
选用立式钻床Z525（见《工艺手册》表4.2-14）
（2）、确定切削用量及基本工时
（2.1）钻孔φ22mm
选择φ20mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）
d=20L=238mmL1=140mm
f机=0.48mm/r（见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16）
Vc查=13m/min（见《切削手册》表2.15）
按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度
基本工时
l=80mml2=（1～4）mm（取4mm）
按《工艺手册》表6.2-5公式计算
（2.2）扩花键底孔φ220+0.28mm
选择φ22高速钢锥柄扩孔钻（见《工艺手册》表3.18）
根据《切削手册》表2.10规定，查得扩孔钻扩φ22孔时的进给量f=0.7～0.8，并根据机床选取《工艺手册》表4.2-16
f机=0.81mm/r
扩孔钻扩孔时的切削速度，根据有关资料确定为
其中Vc钻为用钻头同样尺寸实心孔时的切削速度，现由《切削手册》表2.13查得Vc钻=14m/min
按机床选取n机=97r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度基本工
l=80mml2=（2～4）mm（取3mm）
按《工艺手册》表6.2-5公式计算
本工序点加工基本工时为
T=t1+t2=1.10+1.09=2.19min
4.5.2工序Ⅲ端面D铣削用量及基本时间的确定
（1）、加工条件
工件材料：
灰铸铁HT200，硬度190～220HBS
工件尺寸：
宽28mm，长40mm平面
加工要求：
粗铣——半精铣D端面
加工余量：
h粗=4.5mmh半精=1mm
机床选择：
选择X51立式铣床，用端铣刀粗铣。
机床功率：
4.5kw
（2）、确定切削用量及基本工时
（2.1）粗铣
1）、选择刀具
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10
2）、确定铣削深度ap
由于单边加工余量Z=4.5，余量不大，故一次走刀内切完，则：
ap=4.5mm
3）、确定每齿进给量fz
由《切削手册》表3.5，在X51铣床功率为4.5kw，用硬质合金铣刀加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，现取
fz=0.18mm/z
4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.2mm，现取1.0mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
5）、确定切削速度Vc
根据《切削手册》表3.16可以查Vc
由ap=4.5mmfz=0.18mm/z，查得
Vc=77mm/zn=245mm/zVƒ=385mm/z
根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）
nc=255r/minVƒc=400mm/min（横向）
实际切削速度和每齿进给量
6）、计算基本工时
l=40mml2=2
（2.2）半精铣
1）、选择刀具
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10
2）、确定铣削深度ap
由于单边加工余量Z=1，故一次走刀内切完，则：
ap=1mm
3）、确定每齿进给量fz
由《切削手册》表3.5，在X51铣床功率为4.5kw，
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