X5020B立式升降台铣床拔叉壳体工艺规程制订加工工艺规程和其专用夹具设计.docx

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X5020B立式升降台铣床拔叉壳体工艺规程制订加工工艺规程和其专用夹具设计

加工工艺规程制订及其工序专用夹具的设计

X5020B立式升降台铣床拨叉壳体

摘要：

本次设计抛开以往的设计思想，浓缩了一个新方案。

通过对X5020B立式升降台铣床拨叉壳体

两种加工工艺路线的比较分析，选定前者。

该方案是以三个面作为基准，实现基准统一原则，简化了随行

夹具的设计，从而在保证所要求的质量和劳动生产率指标的前提下降低了生产成本。

而且专用夹具的

设计严格按照先收集和研究有关资料，再确定夹具的结构方案，然后绘制夹具总图，最后确定并标注

有关尺寸及技术条件的步骤进行，充分体现了提高劳动生产率、保证加工质量、降低劳动强度的原则，

论文中将以详细的计算和说明证明这一说法。

关键词：

拨叉壳体；加工工艺；夹具

Abstract：

Thisdesigngetsridofthetraditionalthoughts,andtriesanewmethod.Throughdesigntechinicsregulationsfor

machiningoftheX5020Bverticalliftplatformmillmachine.Therearetwoschemestoselect.Atlast,wechoosetheformerafteranalyzingthestructureandtheefficiencyofthepart.Inthisscheme,wecangettothefiducialunityandsimplifyspecialclampdesigningbaseonthreeplanes，sothatcutdowntheproductcostwithmakingsurethedemandofthequalityandlaborproductivity.Also,accordingtogettingtogetherandstudyingmuchdatum,Idesignthespecialclampfortwoholes.Firstly,decidetheschemeforthestructureofclamp;Secondly,drawthecollectivitydrawing,Atlast,labelthejointdimensions.,whichenhancestheworkproductivity,andmakescertaintheproductquality,andreducethelaborintensity.Inthepaper,welayoutthedetailedcalculateandexplation.

Keywords：

extractforkshell；techinicsregulations；clamp

摘要

前言

１　毕业设计任务书----------------------------------------------------------------------------------4

２　零件的结构功用分析----------------------------------------------------------------------------4

３　材料及毛坯种类的选用-------------------------------------------------------------------------5

４　基面的选择----------------------------------------------------------------------------------------7

５　工艺路线的制订----------------------------------------------------------------------------------8

６　确定机械加工余量、工序尺寸及公差-------------------------------------------------------10

７　确定切削用量、工时定额及切削力和切削功率-------------------------------------------21

８　专用夹具设计

８.１　X5020B工件技术分析-----------------------------------------------------------------22

８.２　工序内容总体方案的拟定-------------------------------------------------------------24

８.３　定位方案的拟定-------------------------------------------------------------------------25

８.４　夹紧力的计算和夹紧结构-------------------------------------------------------------27

８.５　定位误差分析及夹具精度分析-------------------------------------------------------29

８.６　镗模装配总图的绘制-------------------------------------------------------------------30

８.７　零件图的绘制----------------------------------------------------------------------------31

８.８　部分典型结构及数据-------------------------------------------------------------------32

９　结论

１０　致谢

１１　参考文献

１２　注释

１３　附录

前言

毕业设计是学生在学校完成了大学四年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节，是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。

通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。

毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题，在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。

本次设计涉及到机床、工艺、工装、夹具等机制专业的大部分专业知识，是一次全面、系统地检验自己在大学期间对专业知识的掌握情况。

在整个设计过程中做到严谨、认真、一丝不苟的精神，尽量使自己的设计达到要求的较高水平。

通过独立地查找资料、分析计算完成方案设计，绘制图纸和编写技术文件等，使自己对机制专业有了更深刻的认识。

本说明书是设计X5020B立式升降台铣床拨叉壳体加工工艺规程及装备之用，是工作者在进行大量生产实习的基础上，再和现场了解相结合，选用“机械制造工艺学”和“机床夹具设计”编写而成。

本书系统地介绍了X5020B立式升降台铣床拨叉壳体加工工艺过程以及其工艺装备的选用、零件的功用及结构分析、加工余量、工序尺寸、公差、确定工时、切削余量、速度的计算选用、工件加工夹具的设计等，是一份较为全面的设计说明书。

本次设计为期一个多月，承蒙学校领导和老师的关心和支持，特别是范志明老师的悉心指导，在此特表谢意！

由于编者水平有限、经验不足，再加成稿仓促，本书有许多不足之处，恳请老师指正。

编者：

周建林

2006年5月12日

1毕业设计任务

题目：

X5020B立式升降台铣床拨叉壳体的机械加工工艺规程制订及其工序专用夹具的设计

1.1原始资料：

生产资料5000件/年；

1.1.2生产类型中批量生产；

1.1.3车间制度两班制。

1.2设计内容：

1.2.1零件图1张；

1.2.2毛坯图1张；

1.2.3机械加工工艺过程卡1套；

1.2.4机械加工工艺卡1套；

1.2.5夹具体装配图1张；

1.2.6夹具体零件图1张；

1.2.7工艺加工面编号简图　　1张；

1.2.8设计说明书　　1份。

2零件的结构功用分析

2.1零件的作用和材料

该拨叉壳体是X5020B立式升降台铣床的一个重要基础零件，它位于传动轴的端部，主要作用是：

一是传递扭矩，使机床获得动力；二是此零件可以调整传动轴的长短及位置。

在综合考虑拨叉壳体的工作条件和功能后，决定选择的材料是HT150，该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性以及减振性，铸造性能也较好，可用于制造需承受较大应力，需耐磨的零件。

2.2零件的工艺分析

2.2.1由零件图（图1）可知，该零件上的主要加工面为①、②、③、④、⑤面，其中为了定位夹紧需加工的平面是①、②、③面，①面的表面粗造度为1.6μm，其直接影响拨叉壳体和机体的接触精度，②、③、④、⑤面的表面粗造度为6.3μm；

2.2.2由零件图（图1）可知，该零件上的主要加工孔为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ孔，其中Ⅰ、Ⅱ孔的尺寸精度、同轴度,以及②面和④、⑤面的垂直度，影响着机床的装配精度，因此这些面和孔的加工精度要求较高，需精加工，其中用于定位夹紧的孔为Ⅴ孔。

这些孔的表面粗糙度要求分别为：

Ⅰ、Ⅱ孔为1.6μm，Ⅲ、Ⅳ孔为3.2μm，Ⅴ孔为1.6μm；另外，各长轴线的同轴度及轴线之间的平行度对机体的安装精度以及运动精度影响较大，加工精度要求也较高。

2.2.3尺寸要求：

Ⅳ孔和②平面的平行度为0.05，6—M5—6H深15孔的同轴度为0.5（配作加工），Ⅲ孔相对Ⅱ孔的对称度为0.2，Ⅰ、Ⅱ孔的圆柱度为φ0.04。

2.2.4面和孔的编号如下图所示：

图1

３毛坯种类的选择

3.1在制定零件机械加工工艺规程之前，还要对零件加工前的毛坯种类及其不同的制造方法进行选择。

由于零件机械加工工艺的工序数量、材料消耗、加工劳动量等都在很大程度上和毛坯的选择有关，故合理地选择毛坯具有重大的技术经济意义。

3.1.1常用的毛坯种类有：

铸件、锻件、型材、焊接件、冲压件等，而相同种类的毛坯又可能有不同的制造方法。

如铸件有砂型铸造、离心铸造、压力铸造和精密铸造等，锻件有自由锻、模锻、精密锻造等。

因此，影响毛坯选择的因素很多，必须全面考虑后确定。

例如，选择毛坯的种类及制造方法时，总希望毛坯的形状和尺寸尽量和成品零件接近，从而减小加工余量，提高材料利用率，减少机械加工劳动量和降低机械加工费用。

但这样往往使毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本，可能导致零件生产总成本的增加。

反之，若适当降低毛坯的精度要求，虽增加了机械加工的成本，但可能使零件生产的总成本降低。

3.2选择毛坯应考虑生产规模的大小，它在很大程度上决定采用某种毛坯制造方法的经济性。

如生产规模较大，便可采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，这样，虽然一次投资较高，但均分到每个毛坯上的成本就较少。

而且，由于精度较高的毛坯制造方法的生产率一般也较高，既节约原材料又可明显减少机械加工劳动量，再者，毛坯精度还可以简化工艺和工艺装备，降低产品的总成品。

3.3选择毛坯应考虑工件结构形状和尺寸大小。

例如，形状复杂和薄壁的毛坯，一般不能采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，往往不能采用模锻、压铸和精铸。

再如，某些外形较特殊的小零件，由于机械加工很困难，则往往采用较精密的毛坯制造方法，如压铸、熔模铸造等，以最大限度地减少机械加工量。

选择毛坯应考虑零件的机械性能的要求。

相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其机械性能往往不同。

例如，金属型浇铸的毛坯，其强度高于用砂型浇铸的毛坯，离心浇铸和压力浇铸的毛坯，其强度又高于金属型浇铸的毛坯。

强度要求高的零件多采用锻件，有时也可采用球墨铸铁件。

3.4　选择毛坯，应从本厂的现有设备和技术水平出发考虑可能性和经济性。

例如，我国生产的第一台12000吨水压机的大立柱，整锻困难，就采用焊接结构；72500千瓦水轮机的大轴，采用了铸焊结构。

中间轴筒用钢板滚压焊成，大法兰用铸钢件，然后将它们焊成一体。

3.5选择毛坯还应考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等。

使用这些毛坯制造方法后，可大大减少机械加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。

3.6根据零件的材料可确定毛坯材料为HT150，其生产类型为中批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。

该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，适用于承受较大压力，是要求耐磨的零件。

又由于Ⅰ、Ⅱ孔均需铸出，故应安放型芯，此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。

上述造型方法是从提高生产率、保证加工精度上考虑的。

公差等级取8级。

3.7毛坯如下图所示：

图2

4基准的选择

4.1基准是用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点、线、面。

在机器零件的设计和加工过程中，按不同要求选择哪些点、线面作为基准，是直接影响零件加工工艺性和各表面间尺寸、位置精度的主要因素之一。

根据作用不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。

设计基准是零件设计图样上所采用的基准，工艺基准是零件在工艺过程中所采用的基准，其中包括工序基准、定位基准、测量基准和装配基准，基准的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面选择正确合理，可使加工质量得到保证，提高生产率。

4.1.1作为拨叉壳体零件，其主要的加工表面是平面及其孔系。

一般情况下，平面的加工精度要比孔系的加工精度容易保证，因此，在加工该零件工程中考虑的问题是如何实现孔的加工精度，如何处理孔和平面之间的相互关系。

4.2粗基准的选用应满足以下要求：

1）保证各主要孔的加工余量均匀

2）保证拨叉壳体和机体有一定的间隙

因此，我们选用②面及主要孔Ⅲ、V孔为主要基准限制工件的六个自由度；

4.3精基准的选用：

4.3.1为了保证机体孔和孔、面和面之间的位置精度，精基准尽量采用能保证机体在整个加工过程中采用的基准统一，由图可知，应采用以①面为精基准。

５工艺路线的制定

5.1制订工艺路线的原始资料主要是产品图纸、生产纲领、现场加工设备、生产条件等，有了这些原始资料并由生产纲领确定了生产类型和生产组织形式之后，在对零件的工艺路线进行分析的基础上，即可着手工艺路线的制订。

5.2制定工艺路线的出发点应当是零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配用专用夹具，并兼顾提高生产率，降低成本。

5.3工艺路线方案之一

该工艺路线一共分为16个工序，其具体的过程如下所示：

工序1画线

工序2铣

1）找正夹紧；

2）铣②面，表面粗糙度为Ra6.3μm

工序3铣

1）找正夹紧

2）铣③面，表面粗糙度为Ra6.3μm

工序4铣

1）找正夹紧；

2）粗铣①④⑤面；

3）精铣①面，表面粗糙度为Ra1.6μm

工序5画线

工序6钻φ30H7孔

1）找正夹紧

2）钻铰φ30H7孔，

3）钻φ30H7→φ28，扩孔φ29.7，铰φ30H7孔

工序7钻

1）　以①③面定位夹紧

2）　钻扩铰Ⅳ孔（加工前孔口刮平）

①φ16H9→φ14→φ15.6，

②φ25H9→φ23→φ24.6

③铰φ16H9和φ25H9两孔

④们的粗糙度都为Ra3.2μm

工序8钻扩铰Ⅲ孔φ25H7φ32

1）钻扩铰Ⅲ孔（加工前孔口刮平）

2）钻φ25H7→φ20→φ23，

3）扩φ25H7→φ24.6，

4）扩φ32孔，铰φ25H7孔，工作台旋转90°

工序9钻扩铰Ⅱ孔φ30H7

1）钻扩铰Ⅱ孔φ30H7、φ25H7和φ28H7，粗糙度都为Ra1.6μm

2）钻扩铰Ⅰ孔φ20H7，粗糙度为Ra1.6μm。

3）要求：

①Ⅰ轴同轴度为φ0.04；

②Ⅱ轴同轴度为φ0.04；

③Ⅱ孔和①面平行度为0.2；

④Ⅱ孔和Ⅲ孔的对称度0.2；

⑤Ⅳ和①面平行度为0.05。

工序10划线

工序111）钻铰φ4H8孔，精糙度为Ra1.6μm

2）钻6→φ9

3）锪φ14X8凹坑

4）钻3—M8底孔φ6.7

5）攻丝M8—6H

6）钻2→φ6锥销底孔φ5.8

7）铰φ6

工序12钻和Ⅲ孔垂直相交的M8底孔φ6.72．攻螺纹孔M8—6H

工序13钻和Ⅱ孔垂直相交的M8底孔φ6.72．攻螺纹孔M8—6H

工序14钻③上面的孔1．钻4—M5底孔φ52．攻螺纹孔M5—6H

工序15上油漆

工序16检查

工艺路线方案之二：

工序1画线

工序2铣②面，表面粗糙度为Ra6.3μm

工序3铣③面，表面粗糙度为Ra6.3μm

工序4铣①④⑤面；精铣①面，表面粗糙度为Ra1.6μm

工序51）钻铰φ4H8孔，精糙度为Ra1.6μm

2）钻6→φ9，φ14X8凹坑

3）钻3—M8底孔φ6.7

4）钻2→φ6锥销底孔φ5.8

5）钻和Ⅱ孔垂直相交的M8底孔φ6.7

6）钻4—M5底孔φ5

工序6画线

工序7钻扩铰φ30H7孔

工序81）钻扩铰Ⅳ孔：

钻φ16H9→φ14→φ15.6，钻φ25H7→φ20→φ23→φ24.6，它们的粗糙度都为Ra1.6μm；

2）钻扩铰Ⅲ孔加工：

钻φ25H7→φ20→φ25，扩φ25H7→φ24.6，铰φ25H7成；

3）钻扩铰Ⅱ孔：

钻φ25H7→φ20→φ23→φ24.6，钻φ28H7→φ22→φ24→φ26，铰φ25H7孔，扩孔→φ27.7，铰φ28H7孔，它们的粗糙度都为Ra1.6μm。

工序9划线

工序10钻、攻螺纹孔M8—6H、M5—6H；

工序11孔1．钻4—M5底孔φ52．攻螺纹孔M5—6H

工序12上油漆

工序13检查

5.4工艺方案的比较和分析

当用于加工同一内容的几种工艺方案均能保证所要求的质量和劳动生产率指标时，一般可通过经济评比加以选择；经济分析就是比较不同方案的生产成本多少。

生产成本最少的方案才是最经济的方案。

生产成本是制造一个零件或一台产品所必需的一切费用的总和。

在分析工艺方案的优劣时，只需分析和工艺过程直接相关的生产费用，这部分生产费用就是工艺成本。

工艺成本又可分为可变费用和不变费用两大类。

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一将主要面先进行加工，然后以这三个面作定位基准加工其它的孔；方案二是将加工过程分为两个阶段进行，先以流水生产加工各个面，然后以一面两孔进行定位加工其它各孔。

以上两个方案可以看出：

方案一是以三个面作为基准，实现基准统一原则，简化了随行夹具的设计，从而保证所要求的质量和劳动生产率指标时降低了生产成本；方案二是以一面两孔定位，进行流水生产，这适用于大批生产，作为该方案不适用于本工件的加工（中小批生产），不利于夹具的设计和装配，从而增加了生产成本。

故采用方案一较为合理。

６确定机械加工余量，工序尺寸及公差

零件在机械加工工艺过程中，各个加工表面本身的尺寸及各个加工表面相互之间的距离尺寸和位置关系，在每一道工序中是不相同的，它们随着工艺过程的进行而不断改变，一直到工艺过程结束,达到图纸上所规定的要求。

在工艺过程中，某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸。

工序尺寸的正确确定不仅和零件图上的设计有关系，还和各工序的工序余量有关系。

6.1加工余量的确定

6.1.1加工余量的概念，加工余量是指在加工过程中，从被加工表面上切除的金属层厚度。

加工余量分工序余量和加工总余量（毛坯余量）二种。

相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量。

毛坯尺寸和零件图的设计尺寸之差称为加工总余量（毛坯余量），其值等于各工序的工序余量总合。

6.2由于加工表面的形状不同，加工余量又可分为单边余量和双边余量两种。

如平面加工，加工余量为单边余量，即实际切除的金属层厚度。

又如轴和孔的回转面加工，加工余量为双边余量，实际切除的金属曾厚度为工序余量的一半。

因各工序尺寸都有公差，故实际切除的金属层厚度大小不等，就产生了工序余量的最大值和最小值。

在工艺过程中，用极值法还是用调整法计算工序余量的最大值和最小值，它们的概念是不同的。

极值法是按试切加工原理计算，调整法是按加工过程中误差复映的原理来计算。

为了便于加工和计算，工序尺寸一般按“入体原则”标注极限偏差。

对于外表面的工序尺寸取上偏差为零，而对于内表面的工序尺寸取下偏差为零，平面和回转面加工时的工序余量、工序余量和工序尺寸的关系见《7》书图3-13、图3-14。

6.3加工余量的确定方法

加工余量的大小，对零件的加工质量和生产率以及经济性均有较大的影响。

余量过大将增加金属材料、动力、刀具和劳动量的消耗，并使切削力增大而引起工件的变形较大，反之，余量过小则不能保证零件的加工质量。

确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。

目前，工厂中确定加工余量的方法一般有两种，一是靠经验确定，但这种方法不够准确，为了保证不出废品，余量总是偏大，多用于单件小批生产。

另一种是查阅有关加工余量的手册来确定，这种方法使用比较广泛。

比较合理的方法是加工余量的分析计算法。

这种方法是在了解和分析影响加工余量基本因素的基础上，加以综合计算来确定余量的大小。

6.4工序尺寸的确定

6.4.1工序尺寸及工艺尺寸链。

在零件的机械加工工艺过程中，各工序的工序尺寸及工序余量在不断变化，其中一些工序尺寸在零件图上往往不标出或不存在，需要在制定工艺过程时予以确定。

而这些不断变化的工序尺寸之间又存在着一定的联系，需要用工艺尺寸链原理去分析它们的内在联系，掌握它们的变化规律，正确地计算出各工序的工序尺寸。

6.4.2工艺尺寸链及其组成环、封闭环的确定。

工艺尺寸是根据加工的需要，在工艺附图或工艺规程中所给出的尺寸。

尺寸链是相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组。

由此可知工艺尺寸链是在零件加工过程中的各有关工艺尺寸所组成的尺寸组。

把列入工艺尺寸链中的每一个工艺尺寸称为环。

在零件加工过程中最后形成的一环（必有这样一个工艺尺寸，并且也仅有这样一个工艺尺寸）称为封闭环。

那么在工艺尺寸链中对封闭环有影响的全部环称为组成环。

组成环分二类，一类叫增环，另一类叫减环。

增环是本身的变动引起封闭环同向变动，即该环增大时封闭环减小或该环减小时封闭环增大。

有时两个或两个以上的尺寸链通过一个公共环联系在一起，这种尺寸链称为相关尺寸链，这时应注意：

其中的公共环在某一尺寸链中做封闭环，那么在和其相关的另一尺寸链必为组成环。

6.5工序尺寸的计算

根据工件最大外形尺寸172mm，造型方案为木模机器造型，按《1》书中表12-3，选取铸件精度为6级

6.5.1最大外形轮廓为172mm，长度偏差△L=±1.2mm，

查《2》P162表2-68

6.5.2

=±1.4mm；铸件单面加工余量（不大于）3.0mm;

查《2》P173表2-70

　△L——不加工表面间的直线尺寸；

Lm——不加工表面到加工表面间的直线尺寸。

查得铸件的机械加工余量：

查《2》P172-173

6.5.3查得铸件的机械加工余量公式：

，

Amax——铸件的最大尺寸（mm），

A——加工表面的基本尺寸

查顶面C=0.75，底面及侧面C=0.55

查《2》P173表2-69

6.5