拖拉机倒档拨叉的加工工艺及钻2-M12孔夹具设计

本科毕业论文（设计）题 目 倒 档 拨 叉 的 加 工 工 艺 分 析 及 夹 具 设 计 学生姓名 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 2015 年 5 月 15 日教学单位 宝鸡文理学院 学生学号 201194014090 编 号 JX2015JZ090 I倒档拨叉的机械加工工艺及夹具设计摘要：随着科学技术的飞速发展，倒档拨叉在我们的生活中被广泛的应用，如汽车，拖拉机，机械设备等，在生活中很多地方都有用到拨叉。因此拨叉在未来是有很广阔的应用前景。这次的设计是以 CAD 为基本的画图软件，来完成倒档拨叉的设计。拨叉是车辆机械等设备的主要倒档机构之一，本设计主要讲述了倒档拨叉的机械加工工艺的制定过程及其专用夹具的设计。本设计根据所给拨叉的零件图、技术要求及加工环境与设备等，设计出了最适合该拨叉的加工工艺过程，并选择其中的一道工序在 19.1mm 孔的轮毂上钻孔、锪孔 13.5mm 、攻丝 2-M12 1.75 来进行夹具的设计。该设计的内涵是“简单、高效、经济”地让厂家生产出符合要求的产品。在经过多次的修改和验证，终于在老师的帮助下，通过文中所给出的方法，实现了本次设计的要求。关键词：倒档拨叉;加工工艺；夹具设计全套图纸，加 153893706IIReverse shift fork of machining and fixture designAbstract：With the rapid development of science and technology, Reverse shift fork were widely used in our life, such as automobiles, walking tracto， machinery equipment, etc., in their many parts are useful to the Reverse shift fork. So the Reverse shift fork is a very broad application prospects in the future.This design is basic CAD drawing software, to complete the design of the Reverse shift fork. Reverse shift fork is one of the main drive a vehicle mechanical devices such as, this paper mainly discusses the Reverse shifting fork machining process and fixture design. This design according to the Reverse shifting fork of the given detail drawings, technical requirements and batch processing, the processing technology of the design the most suitable for the Reverse shifting fork process, and select the procedure - Wheels 19.1mm hole drill, countersink 13.5mm, tapping 2-M12x1.75 for fixture design. The connotation of the design is simple, efficient, economy “let the manufacturer to produce products that meet the requirements.After several times of modification and validation, and finally with the help of the teacher, through the method presented in this paper, achieved the design requirements.Key words: Reverse shift fork; processing; fixture design目录1、序言 .11.1、发展现状 .11.2、课题简介 .12、零件的工艺分析 .22.1、零件的作用 .22.2、零件的结构工艺性分析及主要加工表面分析 .32.3、零件的生产类型 .43、零件的工艺规程的制定 .43.1、零件定位基准的选择 .43.2、零件毛坯尺寸的确定 .53.2.1、毛坯尺寸的确定 53.2.2、选择毛坯是应该要考虑的因素 63.3、确定毛坯的制造形式 .73.4、拨叉的主要加工表面的工序安排 .73.4.1、以 19.1mm 孔为中心的加工面 73.4.2、半圆形叉口处的加工面 83.5、机床及工艺装备的选择 .83.5.1、机床选择的基本原则 83.5.2、夹具的选择 93.5.3、刀具的选择 93.5.4、量具的选择 93.6、拟定工艺路线 .93.6.1、拟定加工工艺方案 93.6.2、 工艺方案的比较与分析 103.7、机械加工余量及工步的初步确定 .123.8、确定切削用量及基本工时 .134、夹 具 设 计 .204.1、提出夹具设计中的问题 .204.2、定位基准的选择 .214.3、切削力及加紧力的计算 .214.4、定位误差分析 .224.5、加紧元件的强度校核 .234.6、夹具设计及操作的简要说明 .24参考文献 26谢 辞 .2711、序言1.1、发展现状机械制造工艺学与机床夹具的毕业设计是机械制造工艺学和机床夹具相关课程教学中一个不可缺少的辅助环节。它综合运用了大学四年期间相关课程的理论及期间实践知识进行的的一次重要的实践。因此，它在我们四年的大学生活中占有极其重要的位置。在机械类零件加工中，未完成所需的加工的工序、装配的工序及检验的工序等，首先要将要加工的工件固定，使它占有固定的位置，这样的一种保证一批工件有确定位置的装置，统称为夹具。夹具有很多种，本设计研究的对象为机床夹具。机床夹具的设计对保证零件的加工质量、提高工件的加工效率、降低生产的成本、改善生产劳动条件、扩大机床的使用范围、等方面都有着极其有用的经济效益。 1.2、课题简介这次的毕业设计对我来说，就是想通过这次的毕业设计使我的专业知识和实际分析能力有进一步的提升。通过本次毕业设计： 1、充分培养了我能够综合运用所学到相关专业课程的理论知识，结合之前的实习及实训期间的经历，生产实习中所学到的实践知识，独立分析和解决机械加工相关的各种问题，初步有了机械设计中中等及以上复杂程度的零件工艺过程分析的能力。2、能够根据被加工的零件的各项技术要求，利用机床专用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计的几个方案，完成机床专用夹具的设计，初步具备保证零件加工质量，高效、经济、省力的机床专用夹具的能力。 1 3、能熟悉的应用有关的图表、手册、标准等技术资料，掌握最基本的从事工艺规程的制定方法和重要步骤。 4、培养了自己在专业如：机械制图、结构分析、设计计算、及编写技术说明书等方面的一些基本技能。 5 、培养自己耐心细致、实事求是、科学分析、认真周密思考的科学态度和刻苦钻研的精神。 6、巩固所学的理论知识，提高解决实际工程问题的能力。 2由于自身能力所限，在本次设计中尚有很多不足之处，希望老师给予指导。2、零件的工艺分析2.1、零件的作用倒档拨叉在各种汽车，拖拉机等机动车辆中广泛应用，其安装在倒档拨叉杆上，跟倒档拨叉杆结合着，拨叉主要的作用，一是利用倒档拨叉杆将扭矩力传递到倒档拨叉上，拨动那个倒档同步器，改变转动齿轮的啮合方向，这样就会实现了拖拉机的各种倒行；二是半圆形拨叉的侧面有一个跟它配合的 U 型槽，跟其他的零件一块配合着装配，倒档拨叉的转动带动配合槽运动。图 1：拨叉零件图倒档拨叉杆上装配该倒档拨叉，位于零件 19.1mm 的孔上，为保证拨叉杆与拨叉配合的相对位置，用螺钉固定。因为孔为配合面，固有较高精度。深317mm 宽 19.3mm 的槽为拨动滑块的配合表面。半圆形拨叉拨动同步器。2.2、零件的结构工艺性分析及主要加工表面分析从该倒档拨叉零件图可以看出，它为叉架类零件，形位精度、尺寸精度要求均较高，形状不规则，有两组的加工表面，它们之间也有一定位置要求，将这两组加工面的技术要求做如下分析： 1）. 以 19.1mm 的孔为中心的加工面 这组的加工面中包括：有一个 19.1mm 的孔及对这个孔进行倒角，宽19.3mm 深 17mm 的槽口，在 19.1mm 的孔所在的轮毂上面钻两个规格为 M12 孔并且攻丝，这两个孔用来做为固定倒档拨叉杆和倒档拨叉之用。2）. 叉口处的加工面 这组的加工表面包括：铣这个半圆形叉口侧面，再铣这个半圆形叉口的内圆面，内圆面所在的圆弧的半径为 R48mm。 这两组加工面之间有一定的位置要求： （1）R48mm 叉口对 19.1mm 孔的轴心线及 19.3mm 槽口中心线位置公差0.5mm。 （2）叉口侧面和螺纹孔中心线的位置要求是 46.40.25。 由上面的分析可知，对于上面说的两个主要的加工表面而言，我们可以先对其中的一组表面进行加工，然后借助于某一专用夹具对另一组面进行加工，并保证它们之间的位置精度要求。4图 2 “拖拉机倒挡拨叉”零件工艺分析示意图2.3、零件的生产类型由于这个零件是大批量生产的，故零件的产量预计为：10 万件/年，是广泛采用专用机床、专用夹具及专用刀具、量具。应选用高效专用的夹具对其零件进行加工。3、零件的工艺规程的制定3.1、零件定位基准的选择该工件在加工时，用夹具进行夹紧在机床上，用来决定工件相对于刀具的位置，在工件上的这些平面称为定位基准，而定位基准又分为粗基准和精基准。粗基准怎样选择：每个零件在成型的时候，选择合适的定位基准对于后面的精加工都很重要。从所给的零件图上能看出，这个零件不太规则，所以粗基准不容易选择。但是为了保证 19.1mm 的孔得位置精度上的要求，选择半圆形的叉口的内圆面及这个叉口的侧面用作为定位的粗基准，用来保证 19.1mm的轴心线与半圆形叉口 X、Y 两方向上的位置要求和 19.1mm 孔的轴心线的5需要的垂直度，按照相关资料中粗基准的选择原则（当零件有不加工的表面时，应该以这些不加工的表面作为粗基准，如果工件有好几个的不加工的表面时，就应该以与加工表面要求的相对位置精度较高的不加工表面定为粗基准）来选取合适粗基准。 该工件放在两个支承钉及支撑板上，限制了三个自由度；工件的半圆形叉口内表面紧紧靠在两个支承钉外圆柱面上，限制了两个自由度；小头 19.1mm 的孔 的端面紧紧靠上支承钉，限制了一个自由度，实现限制六个自由度的完全定位。 对于精基准的选择而言，主要考虑基准会重合的问题，当工序基准与设计基准不重合的时候，应该进行尺寸的换算。3.2、零件毛坯尺寸的确定在制定工件机械加工工艺过程之前还要确定该工件的毛坯尺寸，包括选择该零件的毛坯类型和制造方法 ，确定这个毛坯的精度。零件加工中的材料消耗、工序数量和该有劳动量，在很大的程度上都与毛坯得尺寸都有关系。3.2.1、毛坯尺寸的确定倒档拨叉零件的材料选择为 QT500-5，硬度选择为 250HBS ，根据以上的原始资料和加工工艺的分析，于是确定了各个加工表面的加工余量，对毛坯的尺寸确定初步设计如下： 1）. 为了便于加工 19.1mm 的孔，在毛坯尺寸设计时，可以设计为底孔。根据常用的刀具规格及合理的切削用量，就可以铸出 10mm 的底孔。这样加工零件的这个孔到规定尺寸，分为以下的步骤： - 半圆形叉口侧面 对半圆形两侧面分别都进行一次粗铣、精铣。根据资料知，选取的加工余量等级为 G，选取的尺寸公差等级为 9 级。 由上面的分析和相关资料可以得到，毛坯设计中半圆形叉口的厚度可以定为 10mm，符合各种要求。 - 叉口内圆面 半圆形叉口内圆面的圆弧半径为 R48mm，叉口的精度要求不太高，可以只进行一次精加工。所以对它的加工余量要取的合适，但为了能够保证零件的加6工精度，而对其要进行一次精铣，所以在毛坯的铸造时要留出 2mm 的加工余量。- 铣槽 侧面的槽的深度 17mm，宽度 19.3mm，查相关资料可得，砂型铸造的尺寸公差等级为 810 级。选取尺寸公差等级为 9 级，在铸造的时候留出来 2mm 的加工余量，以上都满足加工的要求。 - 钻孔、攻丝 在 19.1mm 孔处进行钻孔、攻丝、锪孔。 在这里，因为加工的螺纹孔不太大，所以可以不用留出铸造底孔。 锪孔是为了保证孔口与孔中心线的垂直度。因为这个孔的表面都是不加工的表面，而且砂型铸造所铸造出来的毛坯表面就能够满足它的精度要求，所以，不需要在其它的表面上留出一定加工余量。3.2.2、选择毛坯是应该要考虑的因素1) 工件的材料及其力学性能，工件的材料大致上确定了毛坯种类，它的力学性能的高低，也在一定程度上影响着毛坯的种类。2) 生产类型，不同的生产类型决定了不同的毛坯制造方法。在大批量生产中，应采用生产率和精度都较高的先进的制造方法。3) 零件的外形尺寸和结构形状，在充分考虑了上面两个因素之后，零件的外形尺寸和结构形状也会影响毛坯的种类和制造方法。表 2.1 平面加工的加工余量工艺名称 单边余量 公差等级 工序尺寸 尺寸公差 表面粗糙度叉口侧面 1.2 IT9 10 10+0.20.2 6.3铣 槽 2 IT9 19.3 19.300.1 6.3根据上述分析、资料及加工工艺，确定了各个加工表面的工序尺寸、加工余量，这样毛坯尺寸就定下来了，毛坯具体的形状和尺寸如图 2 所示。7图.3 “倒挡拨叉”零件毛坯尺寸图3.3、确定毛坯的制造形式 该零件的材料为 Q T500-5，因为车辆运行时经常遇到挂倒档而倒行及需要的转向操作，所以工件在工作过程中经常会受到一定的冲击性的载荷，采用这种材料生产的零件，它的强度方面要求也能够保证。由于零件的年产量为10000 件，已经达到大批量的生产水平，而且零件尺寸不太大，固选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2 级，能够保证铸件的尺寸要求，这从保证加工精度和提高生产率上考虑也是应该的。3.4、拨叉的主要加工表面的工序安排3.4.1、以 19.1mm 孔为中心的加工面19.1mm 孔的加工是加工拨叉的首要工序，对于拨叉该孔位中心的加工面的加工，可根据毛坯的精度和加工余量，采用摇臂钻床在 19.1mm 孔所在的轮毂上钻孔、攻丝，规格 M12。立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 并倒角。卧式铣床上铣宽 19.3mm 深 17mm 的槽口。为了保证 孔 19.1mm 的位置精度要求，选择半圆形叉口内圆面和半圆形8叉口侧面作为粗基准，用来保证这个孔的轴心线与半圆形叉口的 X、Y 两个方向的位置要求以及 19.1mm 孔轴心线的垂直度，一定要按照相关粗基准的选择原则来选取。3.4.2、半圆形叉口处的加工面 对于拨叉半圆形叉口相关的加工面的加工，根据毛坯的精度和加工余量，采用卧式铣床上粗铣叉口侧面，卧式铣床上铣 R48mm 叉口，卧式铣床上精铣叉口侧面。为了保证 R48mm 叉口的位置要求，对于这两组加工表面而言，我们可以先加工其中一 组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工，并保证他们之间的 位置精度要求。一般根据批量选择对应的粗加工方式如下：表 3.1 生产类型与加工方式生产类型 加工方式生产量比较小 一般的立式钻床上完成钻、扩、绞小头孔生产量比较大转台式多个工位组合机床对小头孔进行的钻、扩、绞、镗以及孔口倒角等大批大量生产钻（扩） 、拉削的方案来对小孔进行一定的粗加工与半精加工3.5、机床及工艺装备的选择机床选择的原则及机床工艺的选择是分析工艺规中一项重要的工作，不但直接影响着要加工的工件的加工质量，而且还影响着工件的加工效率和制造成本。 103.5.1、机床选择的基本原则1) 机床加工的尺寸范围应该与零件的外廓尺寸相适应；2) 机床的加工精度应与工序要求的精度相适应；3) 机床的功率应与工序要求的功率相适应；4) 机床的生产率应与工件的生产类型相适应；5) 还应与现有的设备条件相适应。93.5.2、夹具的选择在大批量的生产中，应该采用高效的液动，气动专用夹具，夹具的精度应该与加工的精度相适应。数控加工使用夹具大多比较简单，尽可能选用组合可调夹具，一般不用钻模，常常先用大钻头获中心钻锪定心坑，然后再用钻头钻孔。3.5.3、刀具的选择刀具的选择取决于工序中所采用的加工方法、工件的加工表面的尺寸、工件的材料、所要求的各种精度及其表面粗糙度、生产率和经济性等。在选择刀具的时候应该尽可能采用一些标准刀具，在有必要的时候可以采用复合刀具及其他一些专用刀具。数控加工费用高，对刀具要求较高，尽量选用可转位硬质合金刀片，或选用涂层刀具提高耐磨性，或采用金刚石、立方氮化硼性能更好的刀具。3.5.4、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。在大批量生产中，则采用各种量规和一些高生产率的专用检具。3.6、拟定工艺路线3.6.1、拟定加工工艺方案零件的机械加工工艺路线指零件在生产过程中，从毛坯件到成品件所经过的加工工序的先后顺序。在拟定工艺路线时，除了要考虑定位基准的正确选择外，还应该考虑各个表面的加工方法的选择，安排工序集中与分散的程度，工件加工阶段的划分和加工工序先后顺序安排等问题。拟定工件工艺路线要从零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的拟定要做到以下两方面的工作：意识根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，根据工序的分散和集中程度划分工艺；而是选择工艺基准，即主要选择定位基准和工序基准，在生产类型已确定为大批量生产的情况下，可以考虑使用组合机床及专用夹具，并尽量采用工序集中的原则，减少工件的安装次数来提高生产率，除了这些，还应该尽量考虑经济方面以便于使生产成本下降。经前面对连杆的结构特点、技术要求等分析，现在根据年产量、设备等来10考虑连杆的机械加工工艺过程。根据上述分析及原则，拟定该工件的工艺路线方案如下：1). 工艺路线方案一 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 工序 立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 并倒角。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床上铣槽。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 2). 工艺路线方案二 工序 立式钻床上扩、铰孔 19.1mm 并倒角。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 V 卧式铣床上铣槽。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 工序 手工去毛刺。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 3.6.2、 工艺方案的比较与分析 上述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。第 1 个方案先是“摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 ”，把这一步工序放在最前面的想法是因为后面还有“ 钻 19.1mm 孔” 这个步工序，如果先钻孔再攻丝就可以省略一11步“手工去毛刺 ”的工序。能这样想，出发点是好的，考虑到可以减少一步工序，似乎能减少劳动工时，提高生产率，可是没有考虑到，把这一步工序放前，定位比较难，不易保证必要的位置精度，夹具设计困难，实际可行性比较低。再看第 2 个方案，第 2 个方案把“钻 19.1mm 孔” 这一步工序放在了前面，这样为以后的各个工序提供了加工基准，工序安排比较科学合理。不过这个和第 1个方案一样，都把“ 扩、铰孔 19.1mm”和 “倒角”放在了一步工序中。在这一步中通过换钻套可以倒一边的角，不过要倒另一边的角，就要把工件卸下翻面倒角，这样增加了夹具的设计难度。不过主要的是立式钻床体积比较大，操作起来不方便，并且倒角也没有高的精度要求，从经济效益上来考虑是不合算的。18通过一系列的分析之后，把这一步的工序一分为二，把“倒角” 单独列出来，单独的作为一步工序，因为倒角精度要求不高，我们就把这一步工序放在钻台上面来完成。钻台机器体积比较小，操作也比较简单，夹具结构也简单，这样零件的加工工时降下来了，生产效率上来了，降低了零件的成本。 估算每一步工序所用夹具的大体尺寸，根据金属切削机床夹具设计手册（第二版）上给出的各种切削机床的规格尺寸，选择每一道工序所用的合适的机床。 因此，最后的加工路线确定如下： 工序 立式钻床上扩、铰孔 19.1mm。 以拨叉叉口内圆非加工面、槽口和 19.1mm 孔的端面为粗基准定位。 选用 Z535 立式钻床加工，采用专用夹具。 工序 台钻上对 19.1mm 倒角。 以 19.1mm 和端面为基准定位。 选用 ZQ4015 台式钻床加工，采用专用夹具。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 以 19.1mm 和端面为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 卧式铣床上铣叉口。 以 19.1mm 和毛坯上的槽口为基准定位。 12选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 手工去锐边。 用扁平挫刀手工去锐边，可设计简易的支承台。 工序 卧式铣床上铣槽。 以 19.1mm 孔、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格 M12。 以 19.1mm 孔及其端面、叉口内圆侧面为基准定位。 选用 Z3025 摇臂钻床加工，采用专用夹具。 工序 手工去毛刺。 用圆形小挫刀手工去毛刺，可以设计简易的支承台，注意要划伤内圆面。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 以 19.1mm 孔和螺钉对准长销上的槽为基准定位。 选用 X62 卧式铣床加工，采用专用夹具。 工序 去毛刺。 用扁平挫刀手工去毛刺，可设计简易的支承台。 工序 清洗。 用专用清洗机清洗。 工序 终检。 以上工艺过程相见“ 拖拉机倒档拨叉机械加工工序卡片” 。 3.7、机械加工余量及工步的初步确定 根据以上的原始资料和加工工艺，分别确定了各个加工表面的加工余量和工步如下： 1. 19.1mm 的孔 扩孔： 16mm 2Z=6mm 二次扩孔： 18.9mm 2Z=2.9mm 粗铰： 19.04mm 2Z=0.14mm 精铰： 19.1mm 2Z=0.06mm 132. 叉口侧面 粗铣： 2Z=2.05mm 精铣： 2Z=0.4mm 3 叉口内圆面 一次精铣： Z=2mm 4. 铣槽 一次精铣： Z=2mm 5. 钻孔、攻丝 在 19.1mm 的孔处钻孔，攻丝，锪孔。 先在这个加工面上钻个 4mm 小孔，再扩孔到 10.4mm，这是在攻丝前的底孔，然后用 M12 的机用丝锥进行攻丝，最后再锪孔 13.5mm。 3.8、确定切削用量及基本工时 工序 钻孔 16mm、扩孔 18.9mm 、铰孔 19.1mm 1. 钻孔 16mm 根据文献4表 2.18 可知 f=0.1mm/ rv=50 m /min=1000503.1416=995.23/根据资料 1.表 4.2-15 按照机床型号选取 = 1100 r/min 所以，该钻床的实际切削速度为： =1000=3.141611001000 =55.26切削工时： =+1+2 =34+10+411000.1=0.44其中：切入深度 ，切出深度 1=10 2=42. 扩孔 18.9mm 根据文献3表 4.2-16 ，查得扩孔钻扩 18.9mm 孔时的进给量，并根据 机床的型号规格选取 f=0.72 mm/ r 14扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其它有关资料确定为 =0.4钻其中，v 钻 为用钻头钻同样材料、同样尺寸实心孔时的切削速度。故： v=0.4 50=20=1000 =1000203.1418.9=337/根据文献3. 表 4.2-15 并由机床型号选取 所以，该床的实际切削速度为： =1000=3.1418.94001000 =23.74/切削工时： =+1+2 =34+3+1.54000.72=0.13其中：切入时间 1=3切出时间 2=1.53. 粗铰 19.04mm 根据文献4表 2.25 规定查得铰 19.04mm 孔时的进给量，并由机床及零件材料的硬度可以选取 f = 0.48 mm/ rv =12 m /min=1000 =1000123.1419.04=200.7/根据文献3表 4.2-15 按照机床型号选取= 275 r/min所以，该钻床的实际切削速度为 =1000=3.1419.42751000 =16.43/切削工时：15=+1+2 =34+3+1.52750.48=0.29其中：切入深度 1=3切出深度 2=1.54. 精铰 19.1mm 根据文献4表 2.25 规定查得铰 19.1mm 孔时的进给量，并由机床及零件材料的硬度可以选取 f =0.48 mm /rv =2 m /min=1000 =1000123.1419.1=200.1/根据文献3表 4.2-15 按照机床型号选取 =275 r/min 所以，该钻床的实际切削速度为 =1000=3.1419.12751000 =16.48/切削工时：=+1+2 =34+3+1.52750.48=0.29其中：切入深度 1=3切出深度 12=1.5工序 19.1mm 孔倒角 为缩短辅助工作时间，提高工作效率，取倒角主轴转速与扩孔时转速相同。N=460 r/min采用手动进给。 工序 粗铣叉口侧面 叉口的两个侧面在铸造毛坯的时候两个面的加工余量是相同的，故可以算一个面就行。现在以其中一面为粗基准，对另一面进行粗加工，切削用量和切削工时如下： 根据文献3表 4.2-38 ，可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 7.5kw 。因16此，再根据资料文献4表 3.5 可查得 = 0.20mm/z（采用不对称端铣，以提高进给量）切削速度：参照有关手册资料，确定 v=0.45m/s 即 v=27m/min 选用 YG8 硬质合金刀片 直径 =125mm 齿数为 z=12 则： =1000 =1000273.14125=68.4/根据文献3表 4.2-39 按照机床型号选取 =75 r/min 故实际切削速度为：=1000=3.14125751000 =29.44/当 n=75 r/min 时，工作台每分钟进给量 应为 =0,201275=180/根据文献3表 4.2-40 按照机床型号选取 =190 mm /min 铣削加工时间： 由于是粗铣，故整个刀盘不必过整个工件，利用作图法，可知总行程为 +1+2=160则：=+1+2 =160190=0.84工序 精铣叉口 R48 0.5mm 根据文献3表 4.2-38 可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 7.5kw 。因此，再根据文献4表 3.5 可查得 =0.09mm/z（采用对称铣削，以提高进给量） 切削速度：参照有关手册资料，确定 v=0.45m/s 即 27m/min 根据资料 1.表 3.1-39 选取硬质合金镶齿三面刃铣刀 17直径 =50mm 齿数为 z =2 齿宽 l=mm d则：=1000 =1000273.1450=172/根据文献3表 4.2-39 按照机床型号选取 =190 r/min 故实际切削速度为：=1000=3.14501901000 =29.83/当 n=190 r/min 时，工作台每分钟进给量 应为： =0,0912190=205.2/根据文献3表 4.2-40 按照机床型号选取=235 mm min铣削加工时间： 由于是精铣，故整个刀盘应该过整个工件，利用作图法，可知总行程 为 +1+2=154.9+21=175.9其中：根据文献4表 3.25 可得知 入切量+ 超切量为 21mm 则：=+1+2 =175.9235=0.75工序 铣槽 根据文献3表 4.2-38 可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 7.5kw 。因 此，再根据资料 2.表 3.5 可查得 = 0.09mm/z切削速度：参照有关手册资料，确定 v=0.45m/s 即 27m/min 根据文献3表 3.1-39 选取硬质合金立铣刀 直径 =19.3=mm 齿数为 z=8d18则： =1000 =1000273.1419.3=445.5/根据文献3表 4.2-39 按照机床型号选取 =475 r /min 故实际切削速度为： =1000=3.1419.34751000 =28.78/当 n =475 r/min 时，工作台每分钟进给量 应为： =0.098475=342/根据文献3表 4.2-40 按照机床型号选取=375/铣削加工时间：=+1 =10+17375=0.071工序 钻孔、锪孔 13.5mm、攻丝 2-M12 1.75 1. 钻孔 10.4mm 根据文献4表 2.18 可知 f=0.08 mm /r v=48 m/ min =1000 =1000483.1412=1469.87/根据文献3表 4.2-12 按照机床型号选取=1600 r/min所以，该钻床的实际切削速度为 =1000=3.141216001000 =52.15/切削工时：=+1+2 = 2616000.08=0.22. 锪孔 13.5mm 19根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的 1/21/3 根据文献4表 2.18 可得 =(1213)钻 =0.0270.04/根据文献3表 4.2-13 取 F=0.05mm /r=(1213)钻 =1824/取 v =18m/min=1000=1000183.1412=489.96/根据资料 1.表 4.2-12 按照机床型号选取 =500 r/min所以，实际切削速度为 =1000=3.1413.55001000 =21.2/切削工时：=15500=0.033. 攻丝 2-M12 1.75 攻丝 M12 1.75 时， v = 0.1m /s=6m/min 所以， =1000 =100063.1412=159.24/根据文献3表 4.2-12 按照机床型号选取 =125 r/min 所以，实际切削速度为 =1000=3.14121251000 =4.71/切削工时：=215125=0.24工序 精铣叉口侧面 20在工序粗铣叉口侧面时两个面剩余的加工余量是相同的，所以计算一个面即可。现在以其中一个面为精基准，对另一个面进行精加工，切削用量和切削工时如下： 根据文献3表 4.2-38 ，可得知 X62 卧式铣床的电动机功率为 7.5kw 。因此，再根据资料文献4表 3.5 可查得 f z =0.18mm/z（采用不对称端铣，以提高进给量）切削速度：参照有关手册资料，确定 v=0.45m /s 即 27m/ min 选用 YG8 硬质合金刀片 直径 =125mm d齿数为 z=12则： =1000=1000273.14125=68.4/根据文献3表 4.2-39 按照机床型号选取 =75 r/min故实际切削速度为： =1000=3.14125751000 =29.44/当 n =75 r/min 时，工作台每分钟进给量 应为： =0,181275=162/根据文献3表 4.2-40 按照机床型号选取 =190 mm /min铣削加工时间： 由于是精铣，故整个刀盘必须过整个工件，利用作图法，可知总行程为 +1+2=165其中：入切量为 10mm 超切量为 5mm 则：21=+1+2 =165190=0.874、夹 具 设 计为了能够顺利的对工件进行相关的加工，既保证加工质量，又提高生产率，降低了劳动强度，需要设计对其每一工序的专用夹具。 经过指导老师的指导，我决定设计第道工序-钻孔、攻丝 2-M12 1.75、锪孔 13.5mm，本夹具将在 Z3025 摇臂钻床上操作，刀具选择为为：锥柄麻花钻一把（ 10.4mm ） 、圆柱柄锥形锪钻一把（13.5mm ） 、机用丝锥一把 (M12) 。 4.1、提出夹具设计中的问题 设计这个夹具的目的在于辅助这道工序的钻孔和攻丝，从零件图上可以看出在 19.1mm 孔的轮毂上要钻两个孔并对其攻丝至 M12，关键问题是这两个孔排列在 34mm 的工件上，并且两个孔的间隔为 13.5mm，间隔太小，所以很难在一个钻套上同时设计出两个孔，也就是说装配一次工件就只能完成一个孔的加工。经过指导老师的指导决定定出如下方案： 在设计钻套时，可以设计为偏心钻套，加工方案为先成批加工一批工件，然后拆卸钻套，转向 180 度，同时换定位销（定位销上有盲孔，便于钻孔攻丝的加工） ，然后反过来将这批零件的另一个螺纹孔加工好。这样夹具设计相对简单，并且可以保证劳动生产率。 由零件图纸上可以看出这道工序没有特别的精度要求，所以在进行夹具设计时，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 4.2、定位基准的选择 经过分析可知，这两个螺纹孔只要保证与 19.1mm 孔的轴心线有垂直精度的要求即可。定位基准选 19.1mm 孔及其端面，工件以 19.1mm 孔在定位销上定位，限制四个自由度；以销上的环面台阶靠在 19.1mm 孔的端面上，限制一个自由度；以叉口靠在半圆形定位销上，限制一个自由度,实现完全定位。16 为了提高生产率，在能保证加工精度的情况下，夹具要设计的尽量便于操作，以减少辅助工时，降低生产成本。在这个原则下，对夹具的加紧机构作了详细分析，要加紧工件，还要受力均匀，防止工件受迫变形。最后定出方案，22在工件的 50mm 的铸造工艺孔处设计加紧螺栓，用 U 型压板和加紧螺母压紧工件，经过分析认为这个方案操作简单，可行性很高。如图.4 所示。 图.4 工序工件定位加紧示意图4.3、切削力及加紧力的计算 在这一步工序中，所需要最大切削的工步是钻孔 10.4mm ，我们只对这一工步进行计算即可。 刀具：锥柄长麻花钻一把 ，10.4mm 进给量：f =0.08 mm/ r 工件硬度：250HBS 由文献6表 3-71 可知，钻削加工时的切削力计算公式为： =4201.20.75其中 =(190)0.6带入以上数据： =420(10.4)1.20.080.75=(250190)0.6=1233.96虽然在该步工序中零件是竖直放置的，加工时钻头也是垂直工作，但是由于工件受定位、加紧的影响，所以在其他两个方向上也有分力。根据有关资料可知，分力系数为 a=0.60.8，由于工件加紧是垂直夹具体立墙的方向，所以只需求出垂直于立墙的分力 ，该力即为所需加紧力 P 要克服的力： 23=0.81233.96=987.2由加紧机构产生的实际加紧力应满足下式： =安全系数 =1234式中 K 1 基本安全系数 1.5；K 2 加工性质系数 1.1；K 3 刀具钝化系数 1.2；K 4 断续切削系数 1.0；所以 =1.51.11.21.0987.2=1970.9由文献7表 2-17 可知，加紧方式采用的是螺旋加紧机构加紧，由表中数据可知，规格为 M20 的螺母，扳手手柄长为 240mm，施加的作用力为 100N 时，产生的压紧力为 W=11400N。 由比例关系可知，在使用这个夹具时，扳手手柄长为 240mm,施加的作用力为 50N 时，产生的压紧力为 W=5700N。 所以由以上计算数据可以看出，工人操作时扳动加紧扳手时比较方便，容易操作，夹紧力满足要求。 4.4、定位误差分析 1). 定位元件尺寸及公差的确定在这一步工序中，定位元件为长销和半圆形短平销： 19.1 mm 孔的尺寸公差为 Js9，即 ，定位销的与其19.1+0.0260.026配合，尺寸及公差为 叉口内圆的尺寸为 ，扁平半19.075+0.0200.041 96+0.20.2圆销的尺寸为 。95.8+0.1200.1552). 采用以上的两个定位元件，能保证叉口相对于 19.1mm 孔在 X、Y 方向上的圆跳动保证在 0.5mm。 由于这一步工序在精铣叉口侧面之前，所以零件图纸上要求的螺纹孔和叉口侧面的尺寸保证在 46.40.25mm，在这一步还要多一个精铣侧面的加工余量，为 0.2mm，这样就是 46.60.25mm。在夹具设计时，因为把支承半圆形叉口侧面的台阶面设计成不可调的，所以就只有提高夹具的加工精度来保证上面所说24的尺寸要求。具体的尺寸是长销的端面到半圆形叉口侧面的支承台阶的高度差为 62.850.1mm，可以满足要求。对于这一步的改进，应该把叉口侧面的不可调支撑改为调节支撑螺柱支承，这样就可以通过现场调试来保证长销的端面到叉口侧面的支承台阶的高度差，又降低了夹具的设计加工成本，一举两得。 4.5、加紧元件的强度校核 这一步工序，工件是竖直放置的，在钻削加工时所受的钻削力也是竖直向下的。 图.5 夹具结构示意图从图 5 我们可以看出，钻套下面的定位销受力最大，所以对其进行强度校核。 定位销所承受的最大的钻削力为 =1233.96由前面的计算可知，安全系数为 K=1.9825定位销所受的挤压应力为： 挤 =1223.961.9819.134 =3.76定位销的材料为 T8A，热处理 HRC5560，屈服强度为 S=500Mpa ，取安全系数为 n=1.9，则许用挤压应力为： =1.9=263.2所以 故定位销可安全工作挤许用剪切应力=0.6=157.9实际剪切应力： = 224=1233.961.98219.124=4.3 故定位销可安全工作 4.6、夹具设计及操作的简要说明 根据前面提出的定位方案，经过比较分析，设计了图.5 所示的夹具方案。因为零件的生产量不算是太大，并且零件尺寸和重量不太大，所以从经济方面考虑采用手动加紧方式比较合适。采用 U 型压板和压紧螺母压紧，通过计算可知，工人操作时扳动加紧扳手时比较方便，容易操作。 在这一步工序中，由于是在 34mm 长度的表面上加工两个 M12 的螺纹孔，而两个螺纹孔的间距很小，为 13.5mm，采用的是普通机床，并且如果同时进行两个孔的加工，机床满足不了要求，切削力为原来单孔加工的两倍，增加了夹具的制造难度。为了解决这个问题，在夹具的设计时采取了如下措施： 1). 由于在零件上加工的螺纹孔是通孔，所以要在定位销对应的位置上要设计沉孔，工件上要加工 2 个螺纹孔，而这两个螺纹孔的间隔为 13.5mm，两个螺纹孔的规格为 M12，要是在一个定位销上加工出这么两个沉孔，势必会影响到定位销的强度。可以设计为两个定位销，每个定位销上各加工一个孔对应的沉孔。在加工时，一批次的零件上的一个螺纹孔加工完了以后，再换另一个定位销，对这批次零件的另一个孔进行加工。 2). 根据上面同样的原因，对于钻模板来说，要在这么小的间隔上安装两个26钻套，不太容易。我们可以把钻模板设计成为偏心式的，钻套偏离钻模板中心6.75mm 安装，这样在同一批次的零件上的一个孔加工完了以后，拔掉钻模板上的圆柱销，把钻模板旋转 180 度安装，这样钻模板上的钻套就钻过了 180 度，转过的距离正好是 13.5mm，正对应着零件上的另一个孔。 在加工时，在夹具体上先安装其中的一个定位销，把上面的沉孔对准钻套上的孔，对准以后，通过定位销后面的螺母将定位销固定锁死。待这一批次零件上的一个孔加工完了以后，将定位销卸掉，换上另一个定位销，把钻模板旋转 180 度，将定位销上的沉孔与钻套上的孔对准以后，用螺钉将其紧固。再将这批次的零件反过来加工另一个孔，这样可以提高生产效率。 这是本夹具的特别之处，不过本夹具还有一些不足。就是夹具的长销的端面和支撑叉口侧面的半圆销的台阶面都是不可调的，这样就需要在制造夹具时，这两个面要有很高的位置精度要求，是以提高夹具的成本为代价来换取同一批次零件上加工的螺纹孔的一致性。 经过分析后，想出了如下的改进方案：去掉半圆销，用两个可调节的支承螺钉来代替。将两个支承螺钉的支承部位改成台阶式的，细的圆柱侧面用来卡住叉口，台阶面来支承叉口的侧面，通过调节支承螺钉来调节台阶面支承叉口侧面的高度。采用这种方案，夹具的设计将更加简化，螺纹孔的加工一致性更容易保证。参考文献1张玉琴.生产实习指南M. 西安：陕西人民教育出版社， 1992.82李言.机械制造技术基础M. 北京：电子工业出版社，2011.53李益民. 机械制造工艺设备简明手册M. 北京：机械工业出版 社.19944吴拓.方琼珊.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导M.北京：机械工业出版社，