YE253课设拨叉加工工艺及半精铣Φ40一个端面的夹具设计30号说明书改.docx
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YE253课设拨叉加工工艺及半精铣Φ40一个端面的夹具设计30号说明书改
长江大学工程技术学院
机械制造技术基础课程设计
（2015-2016学年第一学期）
学院
机械工程学院
专业班级
机械61班
学生姓名
***
序号
**
指导教师
***
完成时间
2016年1月15日
目录
第一章零件的分析3
1.1零件的作用3
1.2零件的工艺分析4
1.3零件生产类型的选择4
第二章确定毛坯类型绘制毛坯简图7
2.1选择毛坯7
2.2确定毛坯的尺寸公差和加工余量7
2.3绘制毛坯-零件合图7
第三章工艺过程设计9
3.1定位基准的选择9
3.2零件各表面加工方法的选择9
3.3加工阶段的划分10
3.4工序顺序安排11
3.5热处理工序及辅助工序的安排11
3.6确定总的工艺路线11
3.7工艺装备的选择13
第四章机械加工工序设计15
4.1工序简图的绘制15
4.2工序余量的确定15
4.3工序尺寸的确定15
4.4切削用量的确定16
4.5时间定额估算16
第五章夹具设计17
5.1夹具设计任务17
5.2拟订夹具结构方案与绘制夹具草图17
5.3绘制夹具装配总图18
5.4夹具装配图上标注尺寸、配合和技术要求19
5.5夹具专用零件图设计绘制20
5.6机械加工工艺过程综合卡片21
参考文献25
机械制造技术基础课程设计心得体会26
第一章零件的分析
1.1零件的作用
题目给出的零件是车床拨叉。
车床拨叉的主要作用是保证各安装孔之间的中心距及平行度，并保证部件正确安装。
因此车床拨叉零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。
图1拨叉
1.2零件的工艺分析
由车床拨叉零件图可知。
车床拨叉零件，它的外表面上有4个平面需要进行加工。
支承孔系在前后端面上。
此外各表面上还需加工一系列孔。
因此可将其分为三组加工表面。
它们相互间有一定的位置要求。
现分析如下：
（1）以φ40的一个端面为主要加工表面的加工面。
这一组加工表面包括：
φ40的一个端面的加工；孔加工其中左端面有表面粗糙度要求为Ra0.8um，
（2）以R42端面为主要加工表面的加工面。
这一组加工表面包括：
R42端面的加工。
1.3零件生产类型的选择
零件毛坯的生产加工主要有三种方式：
铸造、锻压、焊接。
一常见零件毛坯类型
机械零件的常用毛坯包括铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件。
1．铸件是形状较复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。
目前生产中的铸件大多数是砂型铸造，少数尺寸较小的优质铸件可采用特种铸造，如金属性铸造、熔模铸造和压力铸造等。
2．锻件适用于强度要求较高，形状比较简单的零件毛坯，锻造方法有自由锻和模锻。
自由锻的加工余量大，锻件精度低，生产率不高，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯制造。
模锻加工余量小，锻件精度高，生产率高，适用于中小型零件毛坯的大批量生产。
3．型材有热轧和冷拉两种。
热轧型材的精度较低，适用于一般零件的毛坯。
冷拉型材的精度较高，适用于对毛坯精度要求较高的中小型零件的毛坯制造，可用于自动机床加工。
4．焊接件是根据需要用焊接的方法将同类材料或不同的材料焊接在一起而成的毛坯件。
焊接件制造简单，生产周期短，但变形较大，需经时效处理后才能进行机械加工。
焊接方法适用于大型毛坯、结构复杂的毛坯制造。
5．冷冲压件适用于形状复杂的板料零件。
二毛坯选择的原则
选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其制造精度。
毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而且对零件的加工质量、加工方法、生产率及生产成本都有很大的影响。
因此，选择毛坯要从毛坯的制造和机械加工两方面综合考虑，以求得最佳的技术经济效果。
在选择毛坯时应考虑下列因素：
1．零件材料及力学性能要求
例如材料为铸铁的零件，应选择铸造毛坯。
对于重要的钢制零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯；形状较简单及力学性能不太高时，可用型材毛坯；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。
2．零件的结构形状与大小
轴类零件毛坯，如直径和台阶相差不大，可用棒料；如各台阶尺寸相差较大，则宜选用锻件。
大型零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；中小型零件可用模锻件或特种铸造件。
3．生产类型
大批大量生产时，应选用毛坯精度和生产率均较高的毛坯制造方法，和精密如模锻、金属型机器造型铸造和精密铸造。
单件小批生产时，可采用木模手工造型铸造或自由锻造。
4．现有生产条件
选择毛坯时，必须考虑现有生产条件，如现有毛坯制造的水平和设备情况，外协的可能性及经济性等。
5．充分利用新工艺、新材料
为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑应用新工艺、新技术和新材料。
如精铸、精锻、冷轧、冷挤压和粉末冶金等在机械中的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料，大大提高了经济效益。
三典型零件毛坯的选择
根据毛坯的选择原则，下面分别介绍轴杆类、盘套类和机架箱体类等典型零件的毛坯的选择方法。
1．轴杆类零件的毛坯选择
作用：
轴杆类零件指各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、摇臂、螺栓、销子等。
这类零件一般轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸，是机械产品中支撑传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件。
毛坯选择：
轴类零件最常用毛坯是型材和锻件。
1对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常用型材（即热轧或冷拉圆钢）作为毛坯。
2对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和脚边应力的重要轴，均采用锻件作为毛坯。
生产批量较小时，采用自由锻件。
生产批量较大时，采用模锻件。
3对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯采用砂型铸造件、焊接结构件或铸-焊结构毛坯。
2．盘套类零件的毛坯选择
结构特征：
盘套类零件时指直径尺寸较大而长度尺寸相对较长的回转体零件（一般长度与直径之比小于1）。
盘套类零件指各种齿轮、带轮、飞轮、联轴节、套环、轴承环、端盖及螺母、垫圈等。
（1）圆柱齿轮的毛坯选择
钢制齿轮的毛坯选择取决于齿轮的选材、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产批量等因素。
毛坯选择：
①尺寸较小且性能要求不高，可直接采用热轧棒料。
②直径较大且性能要求高，一般都采用锻造毛坯。
生产批量较小或尺寸较大的齿轮，采用自由锻造。
生产批量较大的中小尺寸的齿轮，采用模锻造。
③对于直径比较大，结构比较复杂的不便于锻造的齿轮，采用铸钢或焊接组合毛坯。
根据图纸参数要求，选择生产批量较大的拔叉，采用铸造。
第二章确定毛坯类型绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。
根据该零件的材料为HT200、生产类型为批量生产、结构形状很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择铸造成型。
2.2确定毛坯的尺寸公差和加工余量
（1）确定毛坯的加工余量
根据毛坯制造方法采用的造型，查取《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5，“拨叉”零件材料采用灰锻铁制造。
材料为HT200，硬度HB为170—241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。
（2）面的加工余量。
根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。
各工步余量如下：
粗铣：
参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2.23。
其余量值规定为
，现取
。
表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取
。
精铣：
参照《机械加工工艺手册》表2.3.59，其余量值规定为
。
差等级选用CT7。
再查表2.3.9可得锻件尺寸公差为
。
2.3绘制毛坯-零件合图
毛坯图如图所示
第三章工艺过程设计
3.1定位基准的选择
1、粗基准的选择
粗基准选择应当满足以下要求：
（1）保证各重要支承的加工余量均匀；
（2）保证装入拨叉的零件与箱壁有一定的间隙。
为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。
即以拨叉的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。
也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。
由于是以孔作为粗基准加工精基准面。
因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。
2、精基准的选择
从保证拨叉孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置。
精基准的选择应能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
从拨叉零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。
但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。
至于前后端面，虽然它是拨叉的装配基准，但因为它与拨叉的主要支承孔系垂直。
如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。
3.2零件各表面加工方法的选择
1粗铣φ40的一个端面粗铣φ40的一个端面Ra1.6um,
2粗铣R42的一个端面粗铣R42的一个端面Ra3.2um,
3粗铣φ40的另外一个一个端面粗铣φ40的另外一个端面Ra1.6um,
4粗铣R42的另外一个端面粗铣R42的另外一个端面Ra3.2um,
5半精铣φ40的一个端面半精铣φ40的一个端面Ra0.8um,
6半精铣R42的一个端面半精铣R42的一个端面Ra1.6um,
7半精铣φ40的另外一个一个端面半精铣φ40的另外一个端面Ra0.8um,
8半精铣R42的另外一个端面半精铣R42的另外一个端面Ra1.6um,
9钻扩铰φ22mm钻扩铰φ22mm孔Ra0.8um
10粗车R30内孔粗车R30内孔
11精车R30内孔精车R30内孔
12铣开把2件合铸在一起的拔叉铣开
13钳工去毛刺钳工去毛刺
14检验入库检验入库
3.3加工阶段的划分
先进行粗加工，然后进行半精加工，先铣平面，然后钻孔
（1）划分方法
零件的加工质量要求较高时，都应划分加工阶段。
一般划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
如果零件要求的精度特别高，表面粗糙度很细时，还应増加光整加工和超精密加工阶段。
各加工阶段的主要任务是：
1）粗加工阶段主要任务是切除毛坯上各加工表面的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。
因此，应采取措施尽可能提高生产率。
同时要为半精加工阶段提供精基准，并留有充分均匀的加工余量，为后续工序创造有利条件。
2）半精加工阶段达到一定的精度要求，并保证留有一定的加工余量，为主要表面的精加工作准备。
同时完成一些次要表面的加工（如紧固孔的钻削，攻螺纹，铣键槽等）。
3）精加工阶段主要任务是保证零件各主要表面达到图纸规定的技术要求。
4）光整加工阶段对精度要求很高（IT6以上），表面粗糙度很小（小于Ra0.2的零件，需安排光整加工阶段。
其主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高尺寸精度和形状精度。
（2）划分加工阶段的原因
1）保证加工质量的需要零件在粗加工时，由于要切除掉大量金属，因而会产生较大的切削力和切削热，同时也需要较大的夹紧力，在这些力和热的作用下，零件会产生较大的变形。
而且经过粗加工后零件的内应力要重新分布，也会使零件发生变形。
如果不划分加工阶段而连续加工，就无法避免和修正上述原因所引起的加工误差。
加工阶段划分后，粗加工造成的误差，通过半精加工和精加工可以得到修正，并逐步提高零件的加工精度和表面质量，保证了零件的加工要求。
2）合理使用机床设备的需要粗加工一般要求功率大，刚性好，生产率高而精度不高的机床设备。
而精加工需采用精度高的机床设备，划分加工阶段后就可以充分发挥粗、精加工设备各自性能的特点，避免以粗干精，做到合理使用设备。
这样不但提高了粗加工的生产效率，而且也有利于保持精加工设备的精度和使用寿命。
3）及时发现毛坯缺陷毛坯上的各种缺陷（如气孔、砂眼、夹渣或加工余量不足等），在粗加工后即可被发现，便于及时修补或决定报废，以免继续加工后造成工时和加工费用的浪费。
4）便于安排热处理热处理工序使加工过程划分成几个阶段，如精密主轴在粗加工后进行去除应力的人工时效处理，半精加工后进行淬火，精加工后进行低温回火和冰冷处理，最后再进行光整加工。
这几次热处理就把整个加工过程划分为粗加工——半精加工——精加工——光整加工阶段。
在零件工艺路线拟订时，一般应遵守划分加工阶段这一原则，但具体应用时还要根据零件的情况灵活处理，例如对于精度和表面质量要求较低而工件刚性足够，毛坯精度较高，加工余量小的工件，可不划分加工阶段。
又如对一些刚性好的重型零件，由于装夹吊运很费时，也往往不划分加工阶段而在一次安装中完成粗精加工。
3.4工序顺序安排
对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。
拨叉加工的第一个工序也就是加工统一的基准。
具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。
第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。
由于顶平面加工完成后一直到拨叉加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。
因此，结合面上的孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。
先粗加工平面，再粗加工孔系。
对于拨叉，需要精加工的是孔前后端平面。
按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。
因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。
各纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。
清洗是在
的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。
清洗后用压缩空气吹干净。
保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于
。
3.5热处理工序及辅助工序的安排
3.6确定总的工艺路线
根据以上分析过程，现将拨叉加工工艺路线确定如下：
工艺路线一：
1粗铣φ40的一个端面粗铣φ40的一个端面Ra1.6um,
2粗铣R42的一个端面粗铣R42的一个端面Ra3.2um,
3粗铣φ40的另外一个一个端面粗铣φ40的另外一个端面Ra1.6um,
4粗铣R42的另外一个端面粗铣R42的另外一个端面Ra3.2um,
5半精铣φ40的一个端面半精铣φ40的一个端面Ra0.8um,
6半精铣R42的一个端面半精铣R42的一个端面Ra1.6um,
7半精铣φ40的另外一个一个端面半精铣φ40的另外一个端面Ra0.8um,
8半精铣R42的另外一个端面半精铣R42的另外一个端面Ra1.6um,
9钻扩铰φ22mm钻扩铰φ22mm孔Ra0.8um
10粗车R30内孔粗车R30内孔
11精车R30内孔精车R30内孔
12铣开把2件合铸在一起的拔叉铣开
13钳工去毛刺钳工去毛刺
14检验入库检验入库
工艺路线二：
1粗铣φ40的一个端面粗铣φ40的一个端面Ra1.6um,
2粗铣R42的一个端面粗铣R42的一个端面Ra3.2um,
3粗铣φ40的另外一个一个端面粗铣φ40的另外一个端面Ra1.6um,
4粗铣R42的另外一个端面粗铣R42的另外一个端面Ra3.2um,
5半精铣φ40的一个端面半精铣φ40的一个端面Ra0.8um,
6半精铣R42的一个端面半精铣R42的一个端面Ra1.6um,
7半精铣φ40的另外一个一个端面半精铣φ40的另外一个端面Ra0.8um,
8半精铣R42的另外一个端面半精铣R42的另外一个端面Ra1.6um,
9粗车R30内孔粗车R30内孔
10精车R30内孔精车R30内孔
11铣开把2件合铸在一起的拔叉铣开
12钳工去毛刺钳工去毛刺
13检验入库检验入库
以上加工方案
大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，从提高效率和保证精度这两个前提下，发现该方案一比较合理。
综合选择方案一：
1粗铣φ40的一个端面粗铣φ40的一个端面Ra1.6um,
2粗铣R42的一个端面粗铣R42的一个端面Ra3.2um,
3粗铣φ40的另外一个一个端面粗铣φ40的另外一个端面Ra1.6um,
4粗铣R42的另外一个端面粗铣R42的另外一个端面Ra3.2um,
5半精铣φ40的一个端面半精铣φ40的一个端面Ra0.8um,
6半精铣R42的一个端面半精铣R42的一个端面Ra1.6um,
7半精铣φ40的另外一个一个端面半精铣φ40的另外一个端面Ra0.8um,
8半精铣R42的另外一个端面半精铣R42的另外一个端面Ra1.6um,
9钻扩铰φ22mm钻扩铰φ22mm孔Ra0.8um
10粗车R30内孔粗车R30内孔
11精车R30内孔精车R30内孔
12铣开把2件合铸在一起的拔叉铣开
13钳工去毛刺钳工去毛刺
14检验入库检验入库
3.7工艺装备的选择
机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。
1.机床的选择原则
机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；
机床的精度应与工序要求的精度相适应；
机床的功率应与工序要求的功率相适应；
机床的生产率应与工件的生产类型相适应；
还应与现有的设备条件相适应。
2.夹具的选择
为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，零件的生产类型为大批量生产，所用的夹具应为专用夹具。
3.刀具的选择
刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。
在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用符合刀具和其他专用刀具。
4.量具的选择
量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。
在单件小批量生产中应采用通用量具，在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。
查《机械制造工艺设计简明手册》[13]所选择的加工工艺装备如下表所示：
表2.3加工工艺装备选用
工序号
机床设备
刀具
量具
工序1
X52K铣床
铣刀
游标卡尺
工序2
X52K铣床
铣刀
游标卡尺
工序3
X52K铣床
铣刀
卡尺、塞规
工序4
X52K铣床
铣刀
游标卡尺
工序10\11
卧式车床
CA6140
镗刀
游标卡尺
工序9钻
立式钻床Z525
麻花钻、扩钻、机用铰刀
内径千分尺，塞规
工序Ⅻ钳
（免填）
游标卡尺
工序ⅩⅢ检
内径千分尺、游标卡尺、塞规
第四章机械加工工序设计
4.1工序简图的绘制
4.2工序余量的确定
表2.1毛坯尺寸及机械加工总余量表
加工
表面
基本
尺寸
铸件尺寸
公差
机械加工总余量
铸件
尺寸
φ40的一个端面
3
2.6
3
总高
18
2.6
3
4.3工序尺寸的确定
4.4切削用量的确定
工序50半精铣φ40的一个端面
机床：
铣床X52K
刀具：
硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：
，
，齿数
，此为粗齿铣刀。
铣削深度
：
每齿进给量
：
根据参考文献[3]表2.4～73，取
：
根据参考文献[3]表2.4～81，取铣削速度
每齿进给量
：
根据参考文献[3]表2.4～73，取
根据参考文献[3]表2.4～81，取铣削速度
机床主轴转速
：
按照参考文献[3]表3.1～74，取
实际铣削速度
：
进给量
：
工作台每分进给量
：
：
根据参考文献[3]表2.4～81,取
4.5时间定额估算
切削工时
被切削层长度
：
由毛坯尺寸可知
，
刀具切入长度
：
刀具切出长度
：
取
走刀次数为1
机动时间
：
机动时间
：
所以该工序总机动时间
第五章夹具设计
5.1夹具设计任务
利用本夹具主要用来半精铣φ40的一个端面，加工时要满足粗糙度要求。
为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。
同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。
5.2拟订夹具结构方案与绘制夹具草图
由零件图可知：
在对精铣左端面进行加工前，左端面进行了粗加工。
可以利用右端面和2个外圆作为定位利用V型块作为定位元件
刀具：
错齿三面刃铣刀（硬质合金）
刀具有关几何参数：
由参考文献[5]5表1～2～9可得铣削切削力的计算公式：
有：
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。
最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：
安全系数K可按下式计算：
式中：
为各种因素的安全系数，查参考文献[5]1～2～1可知其公式参数：
由此可得：
所以
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
查参考文献[5]1～2～26可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：
螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：
式中参数由参考文献[5]可查得：
其中：
螺旋夹紧力：
该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件，受力简图如2.1.
由表
得：
原动力计算公式
即：
由上述计算易得：
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
5.3绘制夹具装配总图
夹具装配体如图所示
夹具装配体
5.4夹具装配图上标注尺寸、配合和技术要求
1.零件加工表面不应有划痕,擦伤等损伤零件表面的缺陷。
1、安装准确后，用锥销定位；
2、工作面与定位支承板工作面垂直度误差不大于0.05mm；
3、工作面与夹具体安装基面垂直度误差不大于0.05mm；
4、定位支承板工作面对夹具体安装基面平行度误差不大于0.02mm；
5、装配过程中不允许磕、碰、划伤和锈蚀。
5.5夹具专用零件图设计绘制
夹具体零件图
参考文献
[1]哈尔滨工业大学赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导书，机械工业出版社。
【2】陈朴机械设计制造技术基础，重庆大学出版社。
[3]黄如林，切削加工简明实用手册[M]，北京：
化学工业出版社，2004。
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