制定分离叉轴的加工工艺设计铣R4槽的铣床夹具.docx

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制定分离叉轴的加工工艺设计铣R4槽的铣床夹具

哈尔滨理工大学

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目指定分离叉轴的加工工艺，设计铣R4槽的铣床夹具（生产纲领：

中批生产）

班别

学号

设计者

指导教师

评定成绩

设计日期2011年11月28日至12月16日

目录

设计任务书……………………………………………………………………………………………3

课程设计说明书正文…………………………………………………………………………………4

序言……………………………………………………………………………………………………4

一、零件的分析……………………………………………………………………………………4

二、工艺规程设计…………………………………………………………………………………4

（一）确定毛坯的制造形式……………………………………………………………………4

（二）基面的选择………………………………………………………………………………4

（三）制定工艺路线……………………………………………………………………………5

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………………………………5

（五）确定切削用量及基本工时………………………………………………………………6

三、专用夹具设计…………………………………………………………………………………8

（一）设计主旨…………………………………………………………………………………8

（二）夹具设计…………………………………………………………………………………8

四、课程设计心得体会……………………………………………………………………………10

参考文献………………………………………………………………………………………………10

机械制造工艺学课程设计任务书

设计题目指定分离叉轴的加工工艺，设计铣R4槽的铣床夹具（生产纲领：

中批生产）

设计内容：

1.绘制加工工件图，计算机绘图1张

2.制定零件的加工工艺过程2张

3.填写零件加工工艺过程卡1张

4.所有工序的工序卡1套

5.指定工序夹具的全套图纸1份

6.编写设计说明书1份

班级

学号

学生姓名

指导教师

系主任

2011年12月15日

序言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。

这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。

因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目所给定的零件是汽车离合器内装载分离叉的载体轴。

其主要作用，一是传递转矩，使分离叉可以在垂直轴线的平面上往复摆动；二是当分离叉在轴线方向上处在不同的位置上时，承受分离叉作用在其上的静摩擦载荷。

由于该零件在工作中所承受的载荷不是很大，所以零件几乎只是起连接作用。

（二）零件的工艺分析

分离叉轴共有两组加工表面，它们相互间有一定的位置要求。

现分述如下：

1.φ25mm的轴线为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：

φ25-0.08-0.12mm的外圆表面及其倒角，φ24-0.1-0.2mm的外圆表面及其倒角。

其中，主要加工表面为φ25-0.08-0.12mm的外圆表面。

2.φ24-0.1-0.2mm的端面为基准的加工表面。

这一组加工表面包括：

φ24-0.1-0.2mm的端面，φ25-0.08-0.12mm的端面，距φ24-0.1-0.2mm的端面为236.5mm的R4mm的弧，从距φ24-0.1-0.2mm的端面242mm至276mm的键槽。

其中，弧与键槽底面相互平行。

由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工第一组表面然后加工第二组表面，第二组表面中的弧可以借助于专用夹具加工。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

零件材料为45钢。

考虑到汽车在运行中要经常换挡，零件在工作过程中经常承受交变载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。

由于零件年产量已达到中批生产水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成形。

这对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。

（二）基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。

否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，是生产无法进行。

1.粗基准的选择

对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。

对于本零件来说也同样适用。

同时按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；以重要表面、加工余量较小的表面作为粗基准；粗基准应尽量避免重复使用在同一尺寸方向上通常只允许使用一次；以质量较好的毛坯作为粗基准），选取轴颈为φ25-0.08-0.12mm的外圆表面作为粗基准。

2.精基准的选择

精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

以φ25mm外圆及φ24mm端面作为精基准。

铣R4槽时以前两个基准和键槽作为精基准。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，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。

在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以采用通用机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。

工艺路线方案：

工序1：

车端面和外圆φ25mm,φ24mm及其倒角，以φ25mm外圆作为粗基准，选用CA6140卧式车床和三爪卡盘。

工序2：

将加工轴反向装夹精车外圆φ25mm，选用CA6140车床和三爪卡盘。

工序3：

铣键槽，以φ25mm外圆及φ24mm端面作为基准，选用X63卧式铣床加工。

工序4：

铣R4弧，以φ25mm外圆和φ24mm端面以及键槽为基准，选用X63卧式铣床加工。

工序5：

去除毛刺。

工序6：

终检。

以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“分离叉轴”零件材料为45钢，硬度为220-260HBW，毛坯重量约为3kg，生产类型为中批生产，可采用在锻锤上合模模锻毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1.外圆表面（φ25mm及φ24mm）

考虑其加工长度为448.5mm，加工外圆表面直径为φ25mm及φ24mm，为简化模锻毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为φ31.8mm。

φ25mm及φ24mm表面为自由尺寸公差，表面粗糙度值要求分别为0.8μm和6.3μm，此时直径余量2Z=6.8mm已能满足加工要求。

2.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差

查《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表2.2-14，其中锻件重量为3kg，锻件复杂形状系数为S1，锻件材质系数取M1，锻件轮廓尺寸（长度方向）>315～500mm，故长度方向偏差为+1.3-0.7mm。

长度方向的余量查《工艺手册》表2.2～2.5，其余量值规定为2.0～2.7mm，现取为2.0mm。

（五）确定切削用量及基本工时

工序1：

粗车端面、外圆及倒角。

本工序采用计算法确定切削用量。

1.加工条件

工件材料：

45钢调质，σb=0.60GPa，模锻。

加工要求：

粗车φ25mm、φ24mm端面和φ25mm、φ24mm及其倒角，表面粗糙度值为6.3μm。

机床：

CA6140卧式车床。

刀具：

刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mm×25mm，κr=90o，γo=15o，αo=8o，rε=0.5mm。

2.计算切削用量

（1）粗车φ25mm，φ24mm端面。

1）确定端面最大加工余量：

已知毛坯长度方向的加工余量为2+1.3-0.7mm，考虑7o的模锻拔模斜度，则毛坯长度方向的最大加工余量Zmax=7.5mm。

分三次加工，ap=3mm计。

长度加工公差按IT12级，取-0.46mm（入体方向）。

2）确定进给量ƒ：

根据《切削用量简明手册》（第3版）（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm，ap≤3mm以及工件直径为25mm时

ƒ=0.18mm/r

按CA6140车床说明书取ƒ=0.51mm/r

3）计算切削速度：

按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式可算出

νc=115m/min

4）确定机床主轴转速：

ns=1151r/min

按机床说明书，与1151r/min相近的机床转速为1120r/min。

所以实际切削速度ν=111.83r/min。

5）计算切削工时：

按《工艺手册》表6.2-1，取

l=31.8/2mm=15.9mm，l1=2mm,l2=0,l3=0

tm=（15.9+2）/（1120×0.18）×3min=0.266min

（2）粗车φ25mm外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度。

1）背吃刀量：

单边余量Z=1.3mm，可一次切除。

2）进给量：

根据《切削手册》表1.4，选用ƒ=0.5mm/r。

3）计算切削速度：

见《切削手册》表1.27

νc=116m/min

4）确定主轴转速：

ns=1154r/min

按机床选取n=1120r/min。

所以实际切削速度为

ν=112.54r/min

5）切削工时：

t=20.201min

（3）车φ24mm外圆柱面

取ap=1mm，ƒ=0.51mm/r（《切削手册》表1.6，Ra=6.3μm,刀尖圆弧半径rε=0.1mm）

切削速度νc=105m/min

n=1338r/min

按机床说明书取n=1400r/min

则此时：

ν=109.9m/min

切削工时t=0.008min

工序2：

精车φ25mm外圆

背吃刀量：

单边余量Z=0.3mm，可一次切除。

进给量：

根据《切削手册》表1.4，选用ƒ=0.3mm/r。

计算切削速度：

见《切削手册》表1.27

νc=115m/min

确定主轴转速：

ns=1465r/min

按机床选取n=1400r/min。

所以实际切削速度为

ν=109.9r/min

切削工时：

t=1.1min

工序3：

铣键槽

每齿进给量：

ƒz=0.06mm/z

切削速度：

参考有关手册，确定ν=25m/min。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=25mm,齿数z=3。

则

ns=318r/min

现选用X63卧式铣床，根据机床使用说明书，取nw=300r/min，故实际切削速度为

ν=23.6m/min

当nw=300r/min时，工作台的每分钟进给量ƒm应为

ƒm=54mm/min

查机床说明书，接近的有ƒm=60mm/min，故选用该值。

切削工时：

利用零件图，可得出铣刀的行程为34mm。

因此，机动工时为

tm=0.57min

工序4：

铣R4弧

每齿进给量：

ƒz=0.1mm/z

切削速度：

参考有关手册，确定ν=30m/min。

采用凸圆弧铣刀，圆弧半径r=4mm，dw=225mm,齿数z=20。

则

ns=38r/min

现选用X63卧式铣床，根据机床使用说明书，取nw=37.5r/min，故实际切削速度为

ν=26.5m/min

当nw=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量ƒm应为

ƒm=60mm/min

查机床说明书，刚好有ƒm=60mm/min，故直接选用该值。

切削工时：

利用作图法，可得出铣刀的行程为15mm。

因此，机动工时为

tm=0.25min

三、专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。

经过与指导教师的协商，决定设计工序铣R4弧的铣床夹具。

本夹具将用于铣床。

刀具为高速钢凸圆弧铣刀，对工件进行铣R4弧加工。

（一）设计主旨

本夹具主要用来铣R4弧，这个弧在加工中需要一定的技术要求。

在加工到本道工序时，键槽已经加工好，R4的弧需要借助已加工的键槽和外圆表面定位进行加工。

本道工序不需要考虑精度问题，因此，本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

（二）夹具设计

1、定位基准的选择

由零件图可知，R4的弧的中心线应对已加工键槽底面有平行度要求，其设计基准为已加工的键槽底面。

为了使定位误差为零，应该选择以已加工键槽定位的自动定心夹具。

但这种自动定心夹具在结构上将过于复杂，因此这里只选用以已加工键槽为主要定位基面。

为了简化夹具结构，准备采用手动夹紧装置。

2、切削力及夹紧力的计算

切削刀具：

凸圆弧铣刀，Φ8mm,z=20,则

=

式中，

=650,

=3.1mm,

=1.0,

=0.08min,

=0.72,

=40mm,（在加工面上测量的近似值），

=0.86,

=225mm，

=0.86,

=0,

=20，所以

=

=1456N

水平分力：

=1.1

=3203N

垂直分力：

=0.3

=873N

在计算切削力时必须考虑安全系数，安全系数K=

.

式中K1—基本安全系数，

=1.5；

K2—加工性质系数，

=1.1；

K3—刀具钝化系数，

=1.1；

K4—断续切削系数，

=1.1.

于是F’=

=

为克服水平切削力，实际夹紧力N应为

所以N=1234

式中，

和

为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，

=0.25.

3、定位误差分析

（1）定位元件尺寸及公差的确定。

本夹具的主要定位元件是和键槽配合的突起块和两个V型块底座和两个由螺母夹紧的夹紧块，该与键槽配合的凸起块的尺寸与公差现规定与本零件在工作时与其相配的键槽的尺寸与公差相同。

（2）确定两夹紧块及V型底座的中心距

有零件图可知；两夹紧块及两V型块底座在不影响加工面加工的前提下可做一定调整。

（3）计算定位误差

加工尺寸R4的弧的定位误差，由于定位基准与工序尺寸重合，故ΔB=0.

5、夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应该首先着眼于机动夹紧，本道工序的铣床夹具就选择手动夹紧。

本工序由于是粗加工，切削力较小，夹紧工件可以采用手动夹紧，这可以使夹具简化，降低劳动强度，使操作简便。

四、课程设计心得体会

紧张而又辛苦的三周课程设计结束了，当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。

“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。

我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

说实话，课程设计真是有点累。

然而，当我已着手清理自己的设计成果，仔细回味这三个周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。

虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟了许多，令我有一种“春眠方觉晓”的感悟。

通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心、细致。

课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱；有两次因为不小心我计算出错，只能好不情愿的重来。

但一想起老师平时对我们的耐心教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些心小的失误而出现的令世人震惊的事故，我不禁时刻提心自己，一定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。

这次课程设计使我在工作作风上得到一次难得的磨练。

短短的三周课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正的如此匮乏，自己综合应用所学的专业知识的能力是如此的不足，几年来学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。

想到这里我真的有点心急了。

老师却对我说，这说明课程设计确实是你有了收获了。

老师的亲切勉励像春雨注入我的心田，使我更加自信了。

最后，我要衷心的感谢老师。

使您的严厉批评唤醒了我，使您的敬业精神感动了我，是您的谆谆教导启发了我，是您的殷切期望鼓舞了我。

我感谢老师您今天又为我增添了一副坚硬的翅膀。

五、参考文献

1、艾兴，肖诗刚主编，切削用量简明手册。

北京：

机械工业出版社，1994

2、李益民主编，机械制造工艺设计简明手册。

北京：

机械工业出版社，1994

3、哈尔滨工业大学，上海工业大学主编，机床夹具设计。

上海：

上海科学技术出版社，1983

4、李洪主编。

机械加工工艺手册。

北京：

北京出版社，1990

5、王绍俊主编，机械制造工艺简明手册。

北京：

机械工业出版社，1987

6、赵家齐编，机械制造工艺学课程设计指导。

北京:

机械工业出版社，1994