铣削拨叉叉口两侧面专用夹具

工艺装备课程设计说明书设计题目：铣削拨叉叉口两侧面专用夹具学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：一班指导教师：夏广岚学生姓名：惠得祥2014年7月11日目录第1章 绪 论1 1.1 课程设计的目的和意义1 1.2 机械制造工艺与夹具的国内外发展现状1 第2章 机械加工工艺规程设计32.1 零件的分析32.2.1 零件的作用32.2.2 零件的工艺分析32.2 选择毛坯种类及制造方法42.3 拟定零件的机械加工工艺过程42.3.1 选择定位基准42.3.2 制订工艺路线52.4 工序设计72.4.1 选择机床和工艺设备72.4.2确定加工余量及工序尺寸72.4.3确定切削用量82.4.4确定工时定额11第3章 专用机床夹具设计14 3.1 定位方案的确定与定位元件的选择14 3.2 夹紧方案的确定与夹紧机构的设计14 3.3 对刀装置的选择15 3.5 夹具体结构设计16 3.4 切削力及夹紧力的计算17 3.5 定位误差分析17 结 论19 参考文献20 致 谢21 附 录22 第1章 绪 论1.1 课程设计的目的和意义机床夹具设计课程设计是在全部学完机械制造工艺学及机床夹具设计，并进行了生产实习的基础是进行的一个教学环节。它要求学生全面地综合运用本课程及其有关选修课的理论和实践知识进行工艺及结构的设计，也为以后进行一次预备训练。此课程设计的目的：（1）能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。（2）培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。（3）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。此次是对一种大批量生产的拨叉类零件进行钻孔。所设计的夹具必须保证这个通孔的各种尺寸精度，并且以最经济、最省时省力的方法来设计此套夹具。通过对定位误差的分析，确定出采用大端面小心轴定位，夹紧装置采用螺旋压板夹紧机构。 对于我本人来说，希望能通过本次课程设计学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力。1.2 机械制造工艺与夹具的国内外发展现状在我国现阶段拨叉类零件的加工还没有达到现代自动化的加工水平。在批量的生产中，它的加工工艺还需要人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹也是通过人工的方法进行的。因此，我国对拨叉类不规则零件的加工还处于效率低、加工成本高的阶段。 随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，气动、液压夹紧等夹具正是适应发展的产物。它对缩短工艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。国外把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。第2章 机械加工工艺规程设计2.1 零件的分析2.2.1 零件的作用如图1所示的零件是CA6140机床上的拨叉，他位于机床变速箱内。主要作用是用于机床的变速,主要起换挡，使主轴回转运动按照工作者要求工作，这些过程都是通过拨叉波动齿轮来实现的，是机床变速箱的一个主要零件。图 1 零件图2.2.2 零件的工艺分析根据由图1可知，零件材料为HT200灰铸铁，该材料的强度不高，但其耐磨性、耐热性及减震性很好，适用于承受较小应力，要求耐磨，减震等得零件。 该零件的主要加工面有四处，其间有一定位置要求。分述如下：1.开始主要加工的是25孔，以及其左右端面。25孔的加工方法是钻，扩，铰。 2.以55为中心的拨叉叉口两侧面以及55孔的加工，55孔的加工采用镗孔的方式加工。侧面与25孔的轴线的垂直度为0.1。 3.40圆柱斜面的加工,粗糙度为6.3，粗加工即可。 4.槽的加工。采用粗精铣削的方式加工。槽与25孔的轴线的垂直度为0.08。由上面分析可知，加工时应先加工25孔以及其左右端面，再以这组加工后表面为基准加工55为中心的叉口两侧面。这样可以保证叉口两侧面与25孔的垂直度。之后再用之前的加工表面来加工其他的表面。再根据加工方法的经济精度以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 以根据上述要求，采用常规的加工工艺均可保证。2.2 选择毛坯种类及制造方法确定零件的材料为HT200灰铸铁，考虑到零件的几何形状比较复杂。所以用铸造的形式进行毛坯的制造。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度为主，由于零件的年生产量为中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。2.3 拟定零件的机械加工工艺过程2.3.1 选择定位基准轴承基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。从保证孔与孔，孔与平面，平面与平面的位置精度出发，进而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，从零件图分析可知，选择平面作为拨叉的加工粗基准。（2）精基准的选择。精基准的选择原则有：1、 基准重合原则：定位基准与设计基准重合。2、 基准统一原则3、 自为基准原则：在精加工或光整加工时，要求余量小而均匀时，选择加工表面自身为基准。4、 互为基准原则： 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度用。5、 精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。其中主要应该考虑基准重合的问题。从保证孔与孔，孔与平面，平面与平面的位置精度出发，进而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，从零件图分析可知，选择零件的侧面与25孔作为精基准。但是一个孔和一个平面只能限制5个自由度，不能满足完全定位，综合考虑采用一面两销定位方式定位，这样整个零件的加工过程都可以满足基准统一的要求。2.3.2 制订工艺路线2.3.2.1 确定工序的原则工序集中的特点：有利于采用高效的专用设备和工艺装备，显著提高生产率；减少了工序数目，缩短了工艺过程，简化了生产计划和生产组织工作；减少了设备数量，相应地减少了操作工人人数种生产面积，工艺路线短；减少了工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，且由于一次装夹加工较多的表面，就容易保证它们之间的位置精度；专用机床设备、工艺装备的投资大、调整和维修费事，生产准备工作量大，转为新产品的生产也比较困难。工序分散的特点：所使用的机床设备和工艺装备都比较简单，容易调整，生产工人也便于掌握操作技术，容易适应更换产品有利于选用最合理的切削用量，减少机动工时。机床设备数量多，生产面积大，工艺路线长。工序的分散和集中各有特点，必须根据生产规模、零件的结构特点和技术要求、机床设备等具体生产条件综合分析，以便决定采用哪一种原则来组合工序。2.3.2.2 拟定工艺路线方案拟订工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性。根据先面后孔。现主要表面后次要表面及先粗加工后精加工的原则，确定工艺路线如下：10） 精密铸造，清砂20） 时效处理30） 粗、精铣圆柱右端面40） 粗铣25孔左端面50） 钻、扩、铰孔60） 粗、精铣叉口两侧面（55孔两侧面）70） 粗、精镗55孔80） 粗、精铣下平面90） 粗、精铣16mm槽100） 粗铣40圆柱斜平面110） 切断120） 去毛刺130） 检查、入库2.4工序设计2.4.1 选择机床和工艺设备（1）粗、精铣拨叉叉口两侧面 1）粗铣拨叉叉口两侧面：选用X62K卧式升降台铣床，道具选择YT15硬质合金三面刃圆盘铣刀，齿数Z=5即粗齿铣刀。铣刀直径为100mm。2）精铣拨叉叉口两侧面：选用X52K卧式铣床，道具选择YT15硬质合金三面刃圆盘铣刀，齿数Z=8，即细齿铣刀。铣刀直径为100mm。（2）粗、精镗55孔 1）粗镗55孔：选用卧式镗床T618，YT5硬质合金镗刀。查表取刀杆伸出长度为20mm。2）精镗55孔：选用卧式镗床T618，YT5硬质合金镗刀。查表取刀杆伸出长度为20mm。 （3）铣断 选用X52K立式升降台铣床，刀具选择细齿锯片铣刀，铣刀直径为100mm。2.4.2确定加工余量及工序尺寸（1）粗、精铣拨叉叉口两侧面 1）粗铣拨叉叉口两侧面：查表知铣削深度时，且铣刀直径为100mm，取余量z=2mm。侧面毛坯厚度为15mm。选择铣刀磨铣标准及耐用度：查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径故耐用度。2）精铣拨叉叉口两侧面：查表知铣削深度时，且铣刀直径为100mm，取余量z=1mm。此时侧面毛坯厚度为13mm。选择铣刀磨铣标准及耐用度：查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径故耐用度。 （2）粗、精镗55孔 1）粗镗55孔：查表知铣削深度时，且刀杆伸出长度为20mm，取单边余量z=2.2mm，毛坯孔径为52mm。选择镗刀标准及耐用度：查表知镗刀最大磨损量为；且刀杆伸出长度为20mm，故耐用度。 2）精镗55孔：查表知铣削深度时，且刀杆伸出长度为20mm，取单边余量z=0.8mm，此时毛坯孔径为54.2mm。选择镗刀标准及耐用度：查表知镗刀最大磨损量为；且刀杆伸出长度为20mm，故耐用度。 （3）铣断选择铣刀磨铣标准及耐用度：查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为；由于铣刀直径故耐用度。2.4.3确定切削用量 （1）粗、精铣拨叉叉口两侧面1）粗铣拨叉叉口两侧面：选择切削用量 确定铣削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成。确定每齿进给量 ：查表可知当使用YT15铣床功率为7Kw时，。这里取。确定铣削速度v和每秒钟进给量查表确定当时查表确定 因此实际铣削速度和每齿进给量2）精铣拨叉叉口两侧面：选择切削用量 确定铣削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成。确定每齿进给量：查表知当使用YT15铣床功率为7Kw时，。这里取。确定铣削速度v和每秒钟进给量查表确定当时查表确定 因此实际铣削速度和每齿进给量 （2）粗、精镗55孔 1）粗镗55孔：选择切削用量 确定切削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成，因此取。确定进给量 ：查表确定进给量为确定切削速度v和每秒钟进给量查表选取切削速度 查表确定 因此实际切削速度和每齿进给量工作台每分钟进给量工作台每秒进给量 2）粗镗55孔：选择切削用量 确定切削深度 ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成，因此取。确定进给量 ：查表确定进给量为确定切削速度v和每秒钟进给量查表选取切削速度 查表确定 因此实际切削速度和每齿进给量工作台每分钟进给量工作台每秒进给量 （3）铣断选择切削用量 查表选取 铣削深度 进给量 确定铣削速度v和每秒钟进给量 查表选取 铣削速度 由机床选 因此实际切削速度和每齿进给量2.4.4确定工时定额（1）粗、精铣拨叉叉口两侧面 1）粗铣拨叉叉口两侧面： 查表知 计算基本工时：被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具其切入长度刀具其切出长度 走到次数为1 所用时间 2）精铣拨叉叉口两侧面：计算基本工时：被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具其切入长度 精铣时 刀具其切出长度走到次数为1所用时间 所以铣削拨叉叉口侧面的总机动时间为 （2）粗、精镗55孔1）粗镗55孔：计算基本工时：被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具其切入长度刀具其切出长度 走到次数为1 所用时间 2） 精镗55孔：计算基本工时：被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具其切入长度刀具其切出长度 走到次数为1； 所用时间 所以镗55孔的总机动时间为 （3）铣断被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具其切入长度刀具其切出长度 走到次数为1 所用时间 第3章 专用机床夹具设计3.1 定位方案的确定与定位元件的选择在进行叉口侧面加工的时候，孔已经加工出来，因此工件选用孔与顶面作为定位基面。选用孔与孔左端面作为定位基面来限制五个自由度，再以大头孔的一侧面作为定位基面，来限制工件的一个自由度。达到完全定位。采用一面两销定位方式定位，定位元件包括：长圆柱销、支撑板、支撑钉。3.2 夹紧方案的确定与夹紧机构的设计根据夹紧力方向的原则（1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置。（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；（3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。根据夹紧力作用点的原则（1）夹紧力的作用点应正对夹具定位支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；（2）夹紧力的作用点应在工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理布局夹紧点位置等措施来实现；（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减小工件的夹紧力，防止加工过程产生振动。 根据以上原则，为了使夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价比。且夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用联动夹紧机构。 手动转动联动机构的手柄，通过联动机构带动压板和浮动支撑板来夹紧工件。之后利用三面刃圆盘铣刀铣削。经检验，此夹具设计合理，使用方便，生产效率高，夹具设计图如图2所示：图 2 夹具装配图3.3 对刀装置的选择对刀装置有对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 根据查表确定，选用直角对刀块，结构如图3所示：图 3 对刀块结构图 根据夹具装配要求，选用平塞尺，其结构如图4所示：图 4平塞尺结构图3.5夹具体结构设计 夹具体是机床夹具设计的主要零件，是工件加工的重要组成部分，对CA6140车床加工拨叉的夹具体设计如图5所示：图 5 夹具体结构图 3.4切削力及夹紧力的计算 铣削力计算公式为：圆周分力式中： 计算得 查表可知铣削水平力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 所以 当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力 加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力来平衡。 所以 取安全系数k=2，则所需夹紧力通过联动装置产生的夹紧力此时已大于所需的夹紧力，故本夹具可安全工作。3.5定位误差分析定位元件尺寸及公差确定。本工序的加工采用的是孔定位，利用一面两销定位。设计时，采用孔作为第一定位基准，利用长圆柱销限制四个自由度，端面用一点接触限制一个自由度，欲在受力的情况下，保证保证长销正确定位，表面接触良好，常采用平面支撑球面浮动和小平面。在本工序中，设计的夹具主要用来加工叉口的两侧面，为了保证侧面与轴向的水平位置，两侧面与孔的轴线垂直度的要求，从工件的定位方案来考虑，定位是必须保证销与孔的配合和孔的配合和孔左端面的接触良好。 查资料书知孔与轴的间隙配合公差可达到由于工件的垂直度误差为0.1，则因此它要求夹具的误差为 即可以达到设计要求。结 论本次设计是在完成大学的全部基础课、技术基础课、专业课学习之后进行的一次设计。作为机械制造专业的学生，最重要的就是机械加工工艺规程的制定和工装夹具的设计。通过课程设计，我掌握了机械加工工艺规程的设计和工装夹具设计的基本步骤和方法。工艺规程设计首先是分析了零件的技术要求，包括被加工面的尺寸精度和几何形状精度，各被加工表面之间的相互位置精度，被加工表面的表面加工质量及热处理要求，对毛坯的要求等等。并对达到各个技术要求的主要影响因素进行了分析，计算确定毛坯尺寸，了解各种机械加工机床的加工范围，加工能够达到的精度。选择合理的机床组合，拟订合理的加工路线，确定机床、刀具、量具、夹具，如果需要专用夹具，就需要设计专用夹具。计算确定切削用量，机床转速、时间定额等。然后编制工艺规程文件，如工艺过程卡，工序卡片。专用夹具的设计是针对不同的机床和零件的被加工表面设计专门的夹具以满足加工精度要求、提高加工效率，降低工人劳动强度。夹具设计包括：定位元件或定位装置、夹紧元件或夹紧装置、对刀及引导元件、夹具体组成、连接元件、其他元件或装置。本次设计的是铣床夹具，加工叉口两侧面，需要精加工。所以夹具对定位、导向装置要求较高。综合考虑，选用联动装置夹紧，以降低工人劳动强度和缩短辅助时间，提高效率。 参考文献1艾兴、肖诗纲.切削用量简明手册M.北京：机械工业出版社，2003.62张捷.机械制造技术基础M.成都：西南交通大学出版社，2006.23赵如富.机械加工工艺人员手册M.上海：上海科学技术出版社，2006.104徐鸿本.机床夹具设计手册M.辽宁：辽宁科学技术出版社，2004.35施平.机械工程专业英语第七版M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.86薛源顺,机床夹具设计(第二版) M,机械工业出版社,2003.17 赵家齐，机械制造工艺学课程设计指导书M第2版，哈尔滨工业大学 、机械工业出版社，1994.6戴曙8 戴曙.金属切削机床M.北京：机械工业出版社，2014.19 周永强，高等学校毕业设计指导M，北京：中国建材工业出版社，2002。10艾兴.切削用量简明手册M.北京：机械工业出版社，2000.311 王启平.机床夹具设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.712 李旦.机械专用夹具图册M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.9致 谢衷心感谢导师夏教授在本次课程设计中对本人的精心指导。他的言传身教将使我终生受益。老师渊博的知识，严谨的治学态度，平易近人的作风和认真负责的工作态度让我受益匪浅。通过本次设计我学到了许多的专业知识和相关的设计方法。最重要的是我学会了如何才能把书本上学到的知识应用到实践中的技巧。在此，谨向恩师表示最真诚的感谢，感谢老师在百忙中给我的指导。附 录工艺过程卡工序卡