拨叉加工工艺及夹具设计毕业论文.doc

1、拨叉加工工艺及夹具设计毕业论文 1 绪论夹具设计作为高等工科院校教学的基本训练科目，在毕业设计中占极其重要的位置。夹具结构设计在加深对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。因此，选择拨叉的夹具设计能很好的综合考查我们大学四年来所学知识。本次所选拨叉C的工艺分析及夹具设计容主要包括：拨叉C工艺路线的确定，夹具方案的优选，装配图、零件图的绘制以及拉刀设计，设计说明书的编写等。夹具是工艺装备的主要组合部分，在机械制造中占有重要地位，夹具对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具

2、设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，各企业迫切需要提高夹具设计的效率。刀具行业是一个比较特殊的行业，肩负着为制造业提供关键装备、数控刀具的重任，制造业的水平如何往往会受刀具行业整体水平的较大影响，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展，两者可以说是相互影响相互制约。随着制造业的持续发展，为制造业提供关键装备的刀具行业必将快速、稳步发展，根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具必将成为时代的新宠，面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须在改进原有的刀具材料、研发新的刀具材料及寻找更合理的刀具结构方面多下功夫，以解决制造业面临的越来越多的加工难题。当前，切削技术快速发展，已经进

3、入了现代切削技术新阶段，刀具材料、刀具结构均取得了全面的进步，加工效率也在成倍提高。同时，切削技术和刀具也成为制造业开发新产品和新工艺、应用新材料的基础工艺和建立创新体系的关键技术。本次设计的拉刀常用于加工高精度零件，所以在设计拉刀时要确保各个参数的正确性，为了保证在拉削过程中的高精度，拉刀材料的选择也是设计拉刀的重点，即要保证拉刀的寿命，也要保证拉刀的成本，加工难度小。 .专业.专注. 2 拨叉C的分析2.1 拨叉C的作用 题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，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的作用。2.2 拨叉C的工艺分析拨叉C是

4、一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。2.3 拨叉C的工艺要求一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如

5、何从工艺上保证设计的要求。图1.1 拨叉C零件图其加工有五组加工：铣侧面；拉花键孔；粗精铣上端面；粗精铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。（1） 侧面的加工主要是为了后续工序中能有更好的定位面，确保后续加工所要求的精度，粗糙度在6.3即可。（2） 以为主要加工面，拉花键槽，槽数为6个，其粗糙度要求是底边，侧边，孔粗糙度。（3） 另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度要求为。（4） 第三组为粗精铣18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，槽底的表面粗糙度要求是。（5） 钻并攻丝2-M8，保证两螺纹孔中心距为25mm。2.4毛坯的选择拨叉C毛坯选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免

6、去每次造型。工件尺寸较小单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其年产量是5000件，查参考文献5表2.1-3，生产类型为中批量生产。2.5 本章总结通过对拨叉C的工艺分析，为以后工序的设计安排，夹具的设计打下理论基础，在对拨叉C进行工艺分析时，要充分考虑工件的材料、形状尺寸，保证工件加工时的良好工艺性，通过对拨叉C的分析，确定毛坯为铸件，在后续设计中以此分析为前提，优化夹具方案。3 工艺规程设计3.1加工工艺过程由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、花键和槽系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证花键的加工精度容易。因此，对于拨叉C来说，加工过程中的主要问

7、题是保证花键的尺寸精度及位置精度，处理好花键和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。由上工艺分析知，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，所以，保证花键高精度是本次设计的重点、难点。3.2确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于设计拨叉C的加工工艺来说，应选择能够满足花键加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。3.2.1选择加工方

8、法时，需考虑的因素（1） 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。（2） 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。（3） 考虑被加工材料的性质。（4） 考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。（5） 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法。3.2.2 面的加工侧面的加工主要是为后续加工做准备，因此，在选

9、择加工方法上可以选用一次性铣面，表面粗糙度为6.3。上端面的查参考文献5表2.1-12可以确定，上端面的加工方案为：粗铣精铣（），粗糙度为6.30.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。3.2.3 孔的加工（1） 加工花键前的预制孔加工查参考文献5表2.3-47，由于预制孔的精度为H12，所以确定预制孔的加工方案为：一次钻孔，由于在拉削过程中才能保证预制孔表面精度，所以，在加工花键前预制孔的精度可适当降低。（2） 花键的加工通过拉刀实现花键的加工，由于拉削的精度高，所以能满足花键表面精度，同时也能保证预制孔表面精度。（3） 2-M8螺纹孔的加工加工方案定为：钻，攻丝。3.2.4 槽的加工

10、查参考文献5表2.1-12可以确定，槽的加工方案为：粗铣精铣（），粗糙度为6.30.8，设计要求为6.3和3.2，粗铣时，精度可适当降低。3.3 确定定位基准3.3.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：（1） 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如

11、：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中

12、基本上都能用统一的基准定位。从拨叉C零件图分析可知，选择作为拨叉C加工粗基准。3.3.2 精基准选择的原则（1） 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。（2） 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。（3） 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个

13、被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。（4）自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉C零件图分析可知，它的花键槽，适于作精基准使用。选择精基准的原则

14、时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。3.4 工艺路线的拟订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C的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是：先加工预制孔，再加工花键槽，最后以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.4.1 工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：（1） 工序分散原则工序容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的

15、技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。（2） 工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。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

16、%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。保证零件部基本无杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留物。3.4.2 工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 （1） 工序集中的特点工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量

17、大。（2） 工序分散的特点工序容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工

18、作量，从而可取的良好的经济效果。3.4.3 加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：（1） 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra=80100m。（2） 半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主

19、要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为Ra=101.25m。（3） 精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.25m。（4） 光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5IT6

20、,表面粗糙度为Ra1.250.32m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。3.4.4 加工工艺路线方案的比较在保证零件尺寸

21、公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案，见表3.1。表3.1 加工工艺路线方案比较表工序号方案方案工序容定位基准工序容定位基准铣左侧面右侧面和上端面铣左侧面右侧面和上端面020钻预制孔底面和侧面钻预制孔底面和侧面030粗、精铣上端面已加工预制孔和侧面拉花键 25H7已加工预制孔和侧面040粗、精铣18H11底槽已加工预制孔和侧面粗、精铣18H11底槽花键和侧面050钻2-M8通孔，攻丝已加工预制孔和侧面粗、精铣上端面花键和侧面060拉花键 25H7已加工预制孔和侧面钻2-M8通孔，攻丝

22、花键和侧面070去毛刺，清洗去毛刺，清洗080检验检验加工工艺路线方案的论证：方案、主要区别在于在加工上端面及以下工序时，所选定位基准不同，方案选用预制孔为主要定位基准，方案选用花键作主要定位基准，很显然选用花键做定位基准更符合设计要求，因为其表面精度更高，且和某些需加工面有位置精度要求。由以上分析，方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程见表3.2。表1.2 加工工艺过程表工序号工 种工作容说 明铸造金属型浇铸铸件毛坯尺寸：长： 宽： 高：预制孔、底槽不铸出020热处理退火030铣铣侧面专用铣夹具装夹；卧式铣床（X52K）040钻钻预制孔专用夹具装夹；轻型圆柱立式钻床050拉拉花键

23、专用夹具装夹；卧式拉床（L6120）060铣铣底槽18H11，深35mm专用夹具装夹；卧式铣床（）070铣粗、精铣上端面专用夹具装夹；卧式铣床（）080钻攻丝钻通孔6.7mm攻M8螺纹专用夹具装夹；摇臂钻床090去毛刺清洗100检验入库3.5 拨叉C的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定拨叉C其材料是HT200，采用的是金属型铸造，生产类型为中批量生产。3.5.1 毛坯的结构工艺要求（1） 拨叉C为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： 铸件的壁厚应合适、均匀，不得有突然变化。 铸造圆角要适当，的得有尖棱、尖角。 铸件的结构要尽量简化。 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹

24、。 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。（2） 设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： 各加工面的几何形状应尽量简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。3.5.2 拨叉C的偏差计算（1） 侧面加工的偏差及加工余量计算 本次

25、加工面用于以后加工中的定位面，一次性铣削到尺寸80mm，查参考文献12表1-25，得侧面加工偏差为。（2） 预制孔及花键孔的偏差及加工余量计算 加工预制孔时，由于铸造是没铸出，且为一次钻出，通过拉削后保证花键尺寸，预制孔尺寸，查参考文献5表2.3-54，得花键拉削余量为0.7-0.8mm，取0.8mm，即预制孔加工到，一次拉削到设计要求，查参考文献5表1.12-11，得花键偏差为。（3） 拨叉上端面的偏差及加工余量计算根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照参考文献5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：参照参考文献5表2.3-5

26、9，其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为根据参考文献5表2.3-11,铸件尺寸公差等级选用IT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣后最大尺寸为：粗铣后最小尺寸为： 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即保证尺寸72mm，表面与花键轴的平行度公差为0.1mm。（4） 18H11（）槽偏差及加工余量：铸造时槽没铸出，参照参考文献8表21-5，得粗铣其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由参照参考文献3表21-5的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为，精加工为。粗铣两边工序尺寸为：；粗铣后毛坯最大尺寸为：；粗铣后毛坯最小尺寸为

27、：16+0=16mm；粗铣槽底工序尺寸为：33mm；精铣两边工序尺寸为：，已达到其加工要求：。（5） 2-M8螺纹偏差及加工余量：参照参考文献5表2.2-2，2.2-25,2.3-13和参考文献12表1-8，可以查得：钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是查参考文献5表2.3-47，表2.3-48，表2.3-71。确定工序尺寸及加工余量为：加工该组孔的工艺是：钻攻丝钻孔： 攻丝：攻2-M8螺纹孔。 3.6 确定切削用量及基本工时（机动时间）工序1：铣侧面机床：卧式铣床刀具：根据参考文献4表10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为：，齿数为12齿。铣削深度：每齿进给量：查参考文献5表2.

28、4-75，取。铣削速度：查参考文献4表11-94，得，取机床主轴转速： 查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： =82mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：工序2：钻预制孔机床：轻型圆柱立式钻床刀具：查参考文献4表10-175，选高速钢直柄麻花钻，钻预制孔到21.2mm，所以。进给量：根据参考文献5表2.4-38，取切削速度：参照参考文献5表2.4-41，取机床主轴转速，有：，按照参考文献5表3.1-36，取所以实际切削速度：切削工时 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 工序3：

29、拉花键机床：卧式拉床L6120。刀具：查参考文献9表1.3-1，选择拉刀类型为矩形花键拉刀第三型号，该刀具特点：拉削长度大于30mm，同时加工齿数不小于5。材料：W18Cr4V做拉刀材料，柄部采用40Cr材料（具体刀具设计见拉刀设计）。拉削过程中，刀具进给方向和拉削方向一致，拉刀各齿齿升量详见拉刀设计，拉削的进给量即为单面的齿升量。查参考文献5表2.4-118和2.4-119，确定拉削速度=0.1160.08，取。拉削工件长度：；拉刀长度：（见拉刀设计）；拉刀切出长度=510mm，取。走刀次数一次。根据以上数据代入公式（计算公式由参考文献5表2.5-20获得），得机动时间工序4：粗、精铣18H

30、11底槽机床：立式升降台铣床（）刀具：根据参考文献4表21-5选用高速钢镶齿三面刃铣刀。外径160mm，径40mm，刀宽粗铣16mm，精铣18mm，齿数为24齿。（1） 粗铣16槽铣削深度：每齿进给量：查参考文献5表2.4-75，得，取。铣削速度：查参考文献8表30-33，得机床主轴转速：查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： =81mm刀具切出长度：取走刀次数1次机动时间： （2） 精铣18槽 切削深度：根据参考文献5表查得：进给量,查参考文献5表2.4-82得切削速度，机床主轴转速：，查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可