拨叉零件的机械加工工艺及铣Φ32孔上端面工序的专用机床夹具设计.docx
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拨叉零件的机械加工工艺及铣Φ32孔上端面工序的专用机床夹具设计
设计说明书
拨叉零件的机械加工工艺及铣Φ32孔上端面工序的专用机床夹具设计
学生：
温阳
学号：
*************
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
机制1203
指导老师：
弋景刚、姜海勇、杨淑华
职称：
教授、副教授、讲师
序言…………………………………………………………………1
一.设计任务……………………………………………………2
二、零件工艺分析…………………………………………………2
三、毛坯的选择……………………………………………………3
四、工艺规程设计…………………………………………………3
4.1选择定位基准…………………………………………………3
4.2制定工艺路线…………………………………………………3
五、确定加工余量、工序尺寸及公差……………………………5
六、对应夹具分析…………………………………………………6
6.1加工条件………………………………………………………6
6.2切削力及夹紧力计算……………………………………………6
七、夹具设计………………………………………………………7
7.1问题提出………………………………………………………7
7.2夹具设计………………………………………………………8
7.3切削力夹紧力计算……………………………………………8
7.4定位误差分析…………………………………………………9
7.5夹具设计及操作简要说明……………………………………9
设计体会…………………………………………………………10
参考文献…………………………………………………………11
序言
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831008的加工工艺规程及其铣端面的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术、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。
一、设计任务
拨叉零件的机械加工工艺及铣Φ32孔上端面工序的专用机床夹具设计。
二、零件的工艺分析
2.1拨叉831008在机床中的作用
拨叉831008位于CA6140车床变速机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速。
起换档作用，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩。
零件上方的Φ20孔与操纵机构相连，下方的Φ50半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。
通过上方的力拨动下方的齿轮变速。
；也可应用于控制离合器的啮合、断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。
2.2零件的工艺分析
图2-1零件图
如图2-1，拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、左端φ20
孔，孔的精度达到IT7。
以及与此孔相通的Φ8的锥孔、M6螺纹孔。
2、右端半圆孔φ50
，孔的精度达到IT12。
3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面。
φ50
的孔上下两个端面与φ20
的孔中心线的垂直度误差为0.07mm。
上端面与孔有位置要求，垂直度误差为0.05mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
三、毛坯的选择
零件材料为HT200。
考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。
查《机械加工工艺规程设计》第70页常用的毛坯类型，根据砂型铸造机器造型铸件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少加工余量，适用于中批或大批量生产的特点，选择砂型铸造机器造型毛坯。
四、工艺规程设计
4.1选择定位基准：
1.粗基准的选择：
以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
2.精基准的选择：
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。
4.2制定工艺路线:
工艺方案一
工序01粗铣Φ20、Φ50下端面，以Φ20上端面为基准；
工序02粗铣Φ20上端面，以Φ20下端面为基准；
工序03粗铣Φ50上端面，以Φ50下端面为定位基准；
工序04钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和Φ20上端面为基准；
工序05粗镗Φ50孔，以Φ20中心线为定位基准；
工序06铣斜肩；
工序07精铣Φ20下端面，以Φ20上端面为基准；
工序08精铣Φ20上端面，以Φ20下端面为基准；
工序09粗铰、精铰Φ20孔，以Φ20中心线为基准；
工序10精铣Φ50端面，以Φ20中心线为基准；
工序11半精镗Φ50孔，以Φ20中心线为定位基准；
工序12钻、铰Φ8锥孔，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序13钻M6底孔，攻螺纹，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序14铣断，以Φ20中心线为基准；
工序15去毛刺；
工序16终检。
方案一分析：
工序较多，工序太分散，可以适合大多数生产，但效率较低。
工艺方案二
工序一粗、精铣φ20孔上端面。
工序二钻、扩、铰、精铰φ20、φ50孔。
工序三粗、精铣φ50孔上端面
工序四粗、精铣φ50、φ20孔下端面。
工序五切断。
工序六钻φ8孔（锥孔加工一半，装配时钻铰）。
工序七钻一个φ4孔，攻M6螺纹。
工序八铣47°凸台。
工序九检查。
方案二分析：
上面工序加工效率较高，违背先面后孔原则，基准不合理，对机器要求高。
工艺方案三
工序一粗铣Φ20、Φ50下端面，以φ32外圆为粗基准；
工序二粗铣φ20孔上端面，以Φ20下端面为基准；
工序三粗铣Φ50上端面，以Φ50下端面为基准；
工序四以φ20孔上端面和φ32外圆为精基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7；
工序四以φ20孔为精基准，钻、扩、铰φ50孔，保证孔的精度达到IT12；
工序五铣斜角；
工序六以φ20孔为精基准，精铣φ20孔下端面；
工序七以φ20孔为精基准，精铣φ50孔下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07；
工序八以φ20孔为精基准，精铣φ20孔上端面；
工序九以φ20孔为精基准，精铣φ50孔上端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07；
工序十钻、铰Φ8锥孔，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序十一钻M6底孔，攻螺纹，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序十二铣断，以Φ20中心线为基准；
工序十三去毛刺；
工序十四终检。
经慎重比较，选择工序三。
五、确定机械加工余量、工序尺寸及公差
确定铸件加工余量及形状
图3-1零件各部分标号
如图3-1，查《机械加工工艺设计员手册》第171页表5-6及
第182页表
选用加工余量：
（1）φ20孔端面T2，余量为3，双边加工。
铣削加工余量为：
粗铣2.4mm，精铣0.6mm，双边加工。
（2）Φ50孔端面T2，余量为3，双边加工。
铣削加工余量为：
粗铣2.4mm，精铣0.6mm，双边加工。
（3）φ50内孔，已铸成孔
取φ50已铸成孔单边余量为3.5mm，即铸成孔φ43mm；
工序加工后尺寸：
第一次钻孔：
46mm；
第二次钻孔：
48mm；
扩钻孔：
φ49.93
mm；
粗铰：
φ49.93
mm；
精铰：
φ50
mm；
（4）φ20H7内孔，已铸成孔
取φ20已铸成孔单边余量为3mm，即铸成孔φ17mm；
钻孔：
φ18
mm；
扩钻孔：
φ19.8
mm；
粗铰：
φ19.94
mm；
精铰：
φ20
mm；
（5）Φ8锥孔，精度为IT9
钻孔：
φ7.8
mm；（公差书P140）
铰：
φ8
mm；（机械加工工艺学P159）
（6）Φ6孔
钻孔：
φ4
mm；
攻螺纹：
φ6
（7）其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。
因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。
六、在设计夹具时以工艺方案三中的第二道工序计算
工序二粗铣φ20孔上端面，以Φ20下端面为基准。
6.1加工条件
工件材料：
HT200,σb=170~220MPa（《简明机械加工工艺手册》表2-27），铸造;工件尺寸：
最大宽度72mm，最大长度176mm;
加工要求：
粗铣Φ20孔上端面，粗铣加工余量单边1.2mm;
机床：
X5012B立式升降台铣床（《简明机械加工工艺手册》表6-10）;
刀具：
耐热钢端铣刀（《简明机械加工工艺手册》P238表3-49）。
铣削宽度ae≤100,深度ap≤6,齿数z=8,故根据《简明机械加工工艺手册》表3-16，取刀具直径d0=100mm。
根据《简明机械加工工艺手册》P237，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝12°，副后角α0’=45°，刃倾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=2°。
6.2切削用量
1）确定切削深度ap
因为余量较小，故选择ap=1.2mm，一次走刀即可完成。
2）确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。
根据《切削手册》P351，使用耐热钢端铣刀加工.
fz=0.18~0.24mm/z
故选择：
fz=0.2mm/z。
3）确定刀具寿命及磨钝标准
根据《简明机械加工工艺手册》表3-25，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5~1.8mm；由于铣刀直径d0=100mm，故刀具使用寿命T=170min。
4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf
根据《切削手册》表3.16，当d0=100mm，Z=8，ap≤1.2，fz≤0.2mm/z时，vt=98m/min,nt=300r/min,vft=450mm/min。
各修正系数为：
kMV=0.89，kSV=0.89。
切削速度计算公式为：
V
=V
K
=98×0.89×1.0=87.22m/min
N=n
k
=300×0.89×1.0=267r/min
V
=V
K
=450×0.89×1.0=400.5mm/min
根据《简明机械加工工艺手册》选择X5020B立式升降铣床
根据说明书选择：
n=300r/min,V
=400mm/min
因此实际切屑速度和每齿进给量为：
V
=
5）校验机床功率
根据《切削手册》表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5x0.75=3.325KW>Pcc=3。
故校验合格。
最终确定:
ap=1.2mm，nc=300r/min，vf=400mm/s，vc=94.2m/min，fz=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/vf，L=l+y+Δ，l=176mm.
查《切削手册》表3.26，入切量及超切量为：
y+Δ=40mm，则：
tm＝L/Vf=（176+50）/400=0.56min。
七、夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
并设计工序2——铣Φ32孔上端面的夹具。
本夹具将用于X5020B立式升降铣床，刀具为高速钢端铣刀。
7.1问题的提出
本夹具主要用来铣Φ32外圆上端面，该端面与其他面没有任何关系。
在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。
7.2夹具设计
定位基准选择
由零件图可知，铣Φ32外圆上端面，因为是粗加工，用Φ50的下端面和外圆用一个固定V型块和一个活动V型块夹紧定位。
7.3切削力及夹紧力计算
（1）刀具：
采用端铣刀φ50mmz=8,用1把锯片铣刀保证同时安装在主轴上面中间用隔套把两把铣刀隔开，保证两把铣刀之间距离为7mm。
这样就可以一次铣出两个面，并且尺寸易保证。
机床：
X5020B立式升降铣床
由[3]所列公式得
查表9.4—8得其中：
修正系数
z=24
代入上式，可得F=592.93N
因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。
安全系数K=
其中：
为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以
（2）夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
F=
+GG为工件自重
夹紧螺钉：
公称直径d=15mm，材料45钢性能级数为6.8级
螺钉疲劳极限：
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉的强度校核：
螺钉的许用切应力为
[s]=3.5~4取[s]=4
得
满足要求
经校核：
满足强度要求，夹具安全可靠，
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。
7.4定位误差分析
本工序采用一活动V型块，一挡快定位，工件始终靠近挡块的一面。
但是，由于此道工序后还有精加工，因此本道工序要求不高，故应当能满足定位要求。
7.5夹具设计及操作简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。
应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。
提高夹具性价比。
本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。
本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。
本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。
夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。
为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。
设计体会
本次设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。
本次设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。
非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。
参考文献
1.机械设计课程设计,陆玉主编,机械工业出版社出版，2006年
2.机械制造工艺学，王先逵主编，机械工业出版社出版，1995年
3.机械制图与公差测量速查手册，化学工业出版社出版，2012年
4.机械加工工艺设计员手册，陈宏钧主编，机械工业出版社出版，2009年
5.机械加工工艺装备设计员，机械工业出版社出版，2008年
6.互换性与技术测量，万书亭主编，电子工业出版社出版，2012年
7.简明机械加工工艺手册，陈宏钧主编，机械工业出版社出版，2008年1月
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