拨叉零件工艺分析及车床夹具设计.docx

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拨叉零件工艺分析及车床夹具设计

网络教育学院

本科生毕业论文（设计）

题目：

拨叉零件的工艺分析及车床夹具设计

学习中心：

层　　次：

专业：

年级：

201年春/秋季

学号：

学生：

指导教师：

完成日期：

年月日

内容摘要

本课题要求根据企业生产需要和工件零件的加工要求，主要以制造车床工件零件为目标，根据车床工件的零件网及技术要求，利用现代机械制造工艺技术，详细介绍了车床工件在加工制造过程中的工艺编排。

主要内容包括：

毛坯的选择、定位基准的分析、工艺路线的拟定、加工余量及工序尺寸及公差的确定等都是编制工艺规程的主要问题。

而夹具设计所面临的是设计方案的确定、定位元件的选择、定位误差的分析及计算、夹紧力的计算、夹具体毛坯结构及夹具元件配合的确定。

还有工件毛坯图、零件图和夹具装配图的绘制，如何保证工件的技术条件是加工过程最为重要的问题，而夹具也起着至关重要的作用。

根据工件的加工工艺，分析并确定了加工方案及路线，从计算过程中，验证了这套工序的合理性，最后，以工艺中铣削工序的专用夹具设计为例，进行了夹具的设计的定位分析，并做了切削力、夹紧力的分析计算。

关键词：

工件；工艺；夹具

引　　言

夹具设计主要包括工件定位方案的确定和工件夹紧装置的设计。

其中，定位方案的确定又是确保加工精度的最主要的因素，所以，夹具设计的最主要目的就是将工件精确定位。

所谓定位就是指按照加工工艺要求，将工件置于夹具中，使工件在夹紧前相对于机床和刀具就占有一个预定的位置，或者是使同一批工件逐次放置到夹具中时都能占据同一位置。

在定位过程中，工件自由度必须首先合理地受到约束以确定工件相对于刀具的正确位置。

因此，分析工件的自由度约束情况是复杂定位方案设计甚至整个夹具设计的关键所在。

本文基于六点定位原理，提出一种分析工件自由度约束情况的新方法，大大简化了工件自由度的分析过程，并提高了其分析的准确性。

1设计任务说明

1.1工件功用

1.2工件的结构特点及技术要求

一、工件的结构特点

二、工件的技术要求

1.3设计的任务

该工件加工至成品，需完成从毛坯选择开始，编排工艺，工装夹具设计以及对该产品的说明书如下：

1．毛坯—零件综合图1张

2．工艺过程卡片1套

3．夹具装配图1张

4．夹具体零件图1张

5．说明书1份

设计任务1—绘制毛坯-零件综合图

将加工表面附上加工余量；（余量3mm）

1.1工件毛坯零件图

1.4零件的基准分析

一、机械加工工序安排为先基准后其他，先面后孔，先主后次，先粗后精，根据以上原则，拟订基准。

1．基准选择分析：

该拨动叉零件形状不规则，但是中间的余圆柱体部分它仍具有轴的一般加工规律，可先车削端面，钻、扩钻中心孔等，然后以中心孔及端面定位，再加上其它面的定位，便可加工其他部位等。

但是，拨动叉也有它自己的特点，因为它形状复杂，结构平稳性差，技术要求高，所以应该采取相应的工艺措施，根据以上原则及对零件的分析，拟订出如下的定位基准：

2．加工中心孔及其端面的定位基准

加工中心孔及其端面时，为保证中心孔及端面及外圆柱面和不加工端面间的位置精度，同时也满足粗基准的余量均匀原则，用外圆柱表面及不加工的中心孔端面定位，外圆柱表面用长条单口V型铁限定四个自由度，不加工中心孔端面定一个自由度，车削用这五个自由度就能满足加工要求了。

所选的长条V型铁及不加工端面定位加工中心孔后，按粗基准中不能重复使用原则就不再以其定位。

长条V型铁的定位面因是铸造成品面，也能满足粗基准之尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准的原则，作粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积以便于装夹这一粗基准原则在我们的长条V型铁中也有所体现。

一次装夹就能加工出的花键中心底孔能够保证精度要求。

同时，为了安放零件，用到预定位V型铁，还有加工过程中放有支撑架。

二、加工顶端、底端处平面及槽口的定位基准

1．如上面讲到的，按精基准选择原则——基准重合原则、基准不变原则等。

2．在加工工件的顶部平面以及铣削底部平面的槽口时，定位基准为已加工

完成的C孔及其车削完成的A面，C孔是设计基准同时也是加工基准。

顶部端面或底部槽口加工成品后也分别做精基准，以后所有的加工按精基准重合原则、准不变原则—直到最后拉削花键为止，全部用中心定位及已加工端面为基准。

本论文将设计专用夹具，专用夹具包括对刀块等，按照这样加工的零件将会保证其精度以及行位公差。

2工艺路线的拟定

2.1年产量和批量的确定

一、生产类型

生产纲领3000台/每年

1．年产量Q＝生产纲领*每台件数*（1+备品率）*（1+废品率）

Q＝3000*1*（1+2％）*（1+3％）＝3121

月产量＝Q/12=250（件）

Days=（365-52-14）/12=25天

日产量（一天3班）＝月产量/Days=260/25=10（件）

2．生产量类型的确定：

查工艺人员手册，轻型（100公斤以内）零件的生产性质：

中批500～5000大批5000～50000

支架的生产性质：

中批

3．年时基数，三班制为：

第一班2392小时，第二班2392小时，第三班1794小时。

在女同志占25%以下：

第一班1914小时，第二班1914小时，第三班1435小时。

总共小时数为5086小时。

4．平均流水线节拍＝流水线实际平时基数*60*（1-η）/零件年产量，其中，η－损失系数：

A、工作时间内设备修理方面损失η

B、人缺勤和自然需要方面损失η

C、清理设备时的损失η

D、工人休息方面的损失η

η＝η

＋η

＋η

＋η

＝15％

平均流水线节拍=5086*60*（1-15%）/55125=778158000min

考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘80%后及单件核算时间比较），若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。

二、批量的确定及生产间隔期：

在一个零件的总加工时间，及最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期越长，生产率高，但是资金周转慢，批量越大，生产间隔期短，资金周转快，但是生产率低，所以要同时兼顾两者。

生产周期＝

批量的确定：

除了考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库面积的限制，考虑毛坯贮存期，最小批量大于半个班，选批量为174件，已知一个零件总的加工时间为177分（各道工序定额时间之和），最长工序时间为18.3分钟，所以：

生产周期=2.53天。

2.2毛坯的选择

选择毛坯的种类和制造方法时应全面考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到降低零件生产总成本的目的，影响毛坯选择的因素是：

生产规模的大小，工件结构形状和尺寸；零件机械性能要求；单位现有设备和技术水平。

毛坯的材料选为低强度的灰口铸铁，它的综合力学性能低，抗压强度大，为本身抗拉强度的3-4倍，消震能力比钢大10倍，弹性模量较低。

结构特点：

1．可获得比铸钢更薄而复杂的铸件，铸件中残余内应力变形较铸钢小。

2．对冷却速度敏感性大，因此薄截面容易形成白口和裂纹，而厚截面又容易形成疏松，故灰铸铁件当壁厚超过其临界值时，随着壁厚的增加其力学性能反而显著降低。

3．表面光洁，因而加工余量比铸钢小，加工表面质量不高对疲劳极限不利影响小。

4．消震性高，常用来做承受震动的机座。

5．不允许用于长时间在250℃温度下工作的零件。

6．不同截面上性能较均匀，适宜做要求高，而截面不一样的较厚铸件。

2.3定位基准的分析

定位基准在最初的工序中是铸造等得到的表面，这种未经加工的基准称为粗基准。

用粗基准定位加工出光洁的表面以后，就应该用加工过的表面做以后工序的定位表面。

加工过的基准称为精基准。

为了便于装夹和易于获得所需的加工精度，在工件上特意作出的定位表面称为辅助基准。

（一）基准选择原则

1．粗基准原则

A、尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准；

B、用不加工面作粗基准，且该面及要加工面有一定的位置精度要求；

C、余量均匀原则；

D、作粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积——便于装夹；

E、不能重复使用原则。

2．精基准选择原则

A、基准重合原则——尽可能使设计基准和原始基准重合；

B、互为基准原则——两个位置精度要求较高的表面互为基准；

C、基准不变原则——统一基准。

D、自为基准原则——位置精度应由先行工序保证。

2.4工艺路线的拟定

一、工艺路线的分析

（一）机加工工序的安排原则

1．先基准后其它

2．先粗后精

3．先面后孔

4．先主后次

（二）基本加工工艺路线

1．各种加工方法的经济加工精度和表面粗糙度

　　不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等，其用选各不相同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。

即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等等。

　　某种加工方法的经济加工精度：

是指在正常的工作条件下（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。

2．加工方法和加工方案的选择

　　根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案；　　这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可　　靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。

要考虑被加工材料的性质；

（三）该设计拟定的最终工艺路线

1．选择定位基准

2．表面加工方法的选择

3．机床设备及工艺装备的选择

4．加工阶段的划分

5．工序的划分

6．工序顺序的安排

（四）表面处理工序的安排

1．退火：

将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。

其作用是：

消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。

应用：

高碳钢采用退火，以降低硬度；放在粗加工前，毛坯制造出来以后。

2．正火：

将钢加热到一定温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工序。

注：

加热到的一定的温度，其及钢的含C量有关，一般低于固相线200度左右。

:

其作用是：

提高钢的强度和硬度，使工件具有合适的硬度，改善切削加工性。

应用：

低碳钢采用正火，以提高硬度。

放在粗加工前，毛坯制造出来以后。

3．回火：

将淬火后的钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后置于空气或水中冷却的一种热处理的方法。

:

其作用是：

稳定组织、消除内应力、降低脆性。

4．调质处理（淬火后再高温回火）：

其作用：

是获得细致均匀的组织，提高零件的综合机械性能。

:

应用：

安排在粗加工后，半精加工前。

常用于中碳钢和合金钢。

5．时效处理：

其作用：

是消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。

:

应用：

一般安排在毛坯制造出来和粗加工后。

常用于大而复杂的铸件。

6．淬火：

将钢加热到一定的温度，保温一段时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。

:

其作用是：

提高零件的硬度。

应用：

一般安排在磨削前。

7．渗碳处理：

提高工件表面的硬度和耐磨性，可安排在半精加工之前或之后进行。

8．为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段。

（五）其它工序的安排

1．为了保证零件制造质量，防止产生废品，需要在以下场合安排检验：

A、粗加工全部结束后

B、工时较长和较重要工序后

C、最终加工之后

2．零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工后，安排去毛刺。

3．零件在进入装配前，安排清洗。

（六）重点工序加工方法说明