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机械工艺与夹具课程设计说明书机制工艺与夹具课程设计说明书拨叉机械加工工艺规程及拨叉夹具设计 学院名称： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 11机制3ZS 姓 名： 张庆丰 学 号： 11321321 指导教师姓名： 范真 2015年1月课程设计任务书题目：拨叉机械加工工艺规程及拨叉夹具设计内容：1. 零件图 1张 2. 机械加工工艺过程卡 1份 3. 机械加工工序卡 4张 4. 专用夹具装配图 1张 5. 课程设计说明书 1份目 录第1章 缸体的机械加工工艺规程设计 41 零件分析 41.1.1 零件的作用 41.1.2 零件的工艺分析41.1.3 确定生产类型41.2确定毛坯类型及尺寸41.2.2确定毛坯类型41.3定位基准的选择42.1.1制定工艺路线52.1.2确定工序的原则52.1.3工序的特点62.1.4加工精度的划分 62.1.5制定工艺路线 62.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定62.2.1毛坯的确定 62.2.2拨叉的偏差计算72.3确定切削用量及基本工时 82.3.1 工序2 （加工孔20到要求尺寸） 82.3.2工序3 （粗、精铣两侧面） 112.3.3 工序4 （粗、精镗44孔）122.3.4 工序5 （粗、精铣下平面） 142.3.5 工序6 （粗、精铣25槽） 152.3.6工序7 （粗铣斜平面） 162.3.7 工序8 （铣断） 17第2章 专用夹具设计172.确定设计任务 172.夹具设计方法 172.2.1夹具类型的确定 182.2.2定位方案的确定 192.2.切削量确定 20参考文献 20第1章 拨叉的机械加工工艺规程设计1. 零件分析1.1.1零件的作用 题目所给的零件是车床的拨叉。它位于车床变速记仇中，只要起换挡，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。零件上方的20mm孔与操纵机构相连，二下方44mm半孔则是用于所控制齿轮所在的轴的接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。1.1.2零件的工艺分析拨叉是机车变速箱中一个重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和侧面有精度要求，此外还有小头孔上的槽要求加工，对精度有一定的要求。拨叉的底面、大头孔上两侧面和大小头孔粗糙读要求都是Ra3.2，所以都要求精加工。其大头孔与侧面有垂直度的公差要求，所以要加工的槽，在其槽两侧有平行度公差和对称度公差要求等。因为零件的尺寸精度、几和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不见的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工必须保证精度要求。1.2 确定生产类型根据生产类型选择设备，在大批量生产中可采用高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。1.2 确定毛坯类型及尺寸1.2.1 确定毛坯类型零件材料为HT200，考虑到车床加工中的变速虽然不像其他机器那么频繁。但是，零件在工作过程中，有人经常要承受变载荷级冲击性载荷，且它的外型复杂，不易加工。因此，因该选用铸件以提高劳动生产效率，保证精度，由于零件的年生产量已达到小批量生产，零件尺寸轮廓不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产效率，保证精度。1.3定位基准的选择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、位子符合图纸要求。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：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，选择底面作为拨叉加工粗基准。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，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。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，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。2.1.1制定工艺路线对于批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉的加工的第一个工序也是加工统一的基准。具体工序是先以小头孔左端面为粗基准，粗、精加工小头孔右端面，再以右端面为基准加工小头孔，在后续的工序安排中都是以小头孔为基准定位。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。2.1.2 确定工序的原则一般情况下，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。一般采用结构简单的专用机床和专用夹具组织流水线生产。2.1.3 工序的特点制订工艺路线时，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。 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。一般采用结构简单的专用机床和专用夹具组织流水线生产。2.1.4 加工精度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）粗加工阶段一般粗加工的公差等级为。粗糙度为。（2）半精加工阶段半精加工的公差等级为。表面粗糙度为。（3）精加工阶段.精加工的加工精度一般为，表面粗糙度为。2.1.5 制定工艺路线 加工工艺路线工序号工序内容工序一铸造。工序二热处理。工序三粗、精铣44孔上端面。工序四钻、扩、铰20孔。工序五粗、精铣44孔两侧面。工序六粗、精镗44孔。工序七铣下平面。工序八粗、精铣25槽。工序九粗铣斜槽底面。工序十切断。工序十一检查。2.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型单件小批量，铸造毛坯。2.2.1 毛坯的确定（一） 毛坯的工艺要求（1）由于铸造件尺寸精度和表面粗糙度值低，因此零件上有与其它机件配合的表面需要进行机械加工。（2）为了使金属容易充满膛摸和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直。（3）铸件的结构中应避免深孔或多孔结构。（4）铸件的整体结构应力求简单。（二） 毛坯形状、尺寸要求（1）各加工面的几何形状应尽量简单。（2）工艺基准以设计基准相一致。（3）便于装夹、加工和检查。（4）结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。2.2.2 拨叉的偏差计算（一） 拨叉平面的偏差及加工余量计算（1）侧平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：其余量值规定为，现取。其粗铣为IT12。精铣：其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，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：大头孔两侧面的偏差及加工余量计算（2）两侧面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：其余量值规定为，现取。其粗铣为IT12。精铣：其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，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：精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。（二） 大小头孔的偏差及加工余量计算孔20H9：钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是扩孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是铰孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，各工序余量如下：钻20H9孔确定工序尺寸及加工余量为：加工该组孔的工艺是：钻扩铰钻孔： 18 扩孔：19 （Z为单边余量）铰孔： 20 （Z为单边余量）镗孔44加工该组孔的工艺是：粗镗精镗粗镗：44孔，其余量值为；精镗：44孔，其余量值为；铸件毛坯的基本尺寸分别为：44孔毛坯基本尺寸为： ，锻件加工该孔经济精度为IT9。 44孔毛坯名义尺寸为：；粗镗工序尺寸为：44 精镗工序尺寸为：44 （三） 粗、精铣25+0.5 0槽得其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由刀具选择可得其极限偏差：粗加工为+0.6 0，精加工为+0.6 0。槽的毛坯为一个整体：粗铣两边工序尺寸为：14+0.110 粗铣槽底工序尺寸为：6精铣两边工序尺寸为：16+0.013 0，已达到其加工要求：16+0.12 0。2.3 确定切削用量及基本工时2.3.1工序2：加工孔20到要求尺寸工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为20mm，公差为H9，表面粗糙度Ra3.2。加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔20mm标准高速钢扩孔钻；铰孔20mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量 ，由于孔深度比，故。取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力，允许的进给量。 由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 ，由插入法得 ， ，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。，故取。实际切削速度为 ，故 3）校验机床功率 切削功率为 机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，切削工时 被切削层长度：刀具切入长度： 式（4.3) 刀具切出长度： 取机动时间：（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量 f表（0.70.8）mm/r0.70.490.56 mm/r。取=0.57mm/r。2）确定切削速度及 取故 实际切削速度为=21.3m/min切削工时被切削层长度：刀具切入长度，有：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：（3）确定铰孔切削用量1）确定进给量 ，取。2）确定切削速度及 取。故取，实际铰孔速度 机动时间=0.53min4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：18mm，扩孔：19mm，铰孔：20mm，2.3.2 工序3 粗、精铣两侧面（1）粗铣两侧面机床：组合铣床刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：每齿进给量：取铣削速度：取机床主轴转速：由式（4.1）得， 实际铣削速度： v=2.49m/s 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： 式（4.4） 刀具切入长度=19mm刀具切出长度：取机动时间=0224m（2）精铣两侧面 机床：组合铣床刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数8，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：取铣削速度机床主轴转速：由式（4.1）得， 实际铣削速度：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：精铣时刀具切出长度：取机动时间=0.26min2.3.3 工序4 粗、精镗44孔机床：卧式镗床 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：（1）粗镗44孔切削深度：，毛坯孔径。进给量：确定进给量。切削速度机床主轴转速：由式（4.1）得，实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度=5.81mm刀具切出长度： 取机动时间=0.11min（2）精镗44孔切削深度：，半精镗后孔径进给量：确定进给量切削速度机床主轴转速：，取实际切削速度，：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取机动时间：所以该工序总机动工时2.3.4工序5：粗、精铣下平面（1）粗铣下平面工件材料: HT200，铸造。加工要求：粗铣下平面。机床：立式铣床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。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：每齿进给量铣削速度：取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 切削工时 被切削层长度：由毛坯尺寸可知。刀具切出长度：取机动时间=0.13min（2）精铣下平面 工件材料: HT200，铸造 加工要求：粗铣下平面。机床：立式铣床X52K。刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数8，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm 铣削深度：每齿进给量铣削速度机床主轴转速：由式（4.1）得，实际铣削速度：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：精铣时刀具切出长度：取机动时间=0.2min2.3.5 工序6：粗、精铣槽（1）粗铣25槽机床：双立轴圆工作台铣床 刀具：错齿三面刃铣刀 机床：X52K 切削深度刀具：整体直齿铣刀 Z=20 D=100 进给量,切削速度，机床主轴转速：由式（4.4）得，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=52mm刀具切出长度：取机动时间=0.82min（2）精铣25槽刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀切削深度：进给量,切削速度，机床主轴转速：由式（4.1）得，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， 本工序机动时间2.3.6 工序7 粗铣斜平面 工件材料； HT200，铸造 机床：X52K。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=3mm 所以铣削深度：每齿进给量 铣削速度机床主轴转速：由式（4.1）得， 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据零件图可知 被切削层长度：由毛坯尺寸可知。刀具切入长度： =52mm 式（4.5）刀具切出长度：取机动时间=0.26min2.3.7工序8 铣断机床： 刀具：细齿锯片铣刀D=100 L=4 d=22 Z=80 切削深度：进给量,切削速度。机床主轴转速：由式（4.1）得 取 实际切削速度=0.9m/s进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 机动时间=0.28min第2章 夹具设计专用夹具设计2确定设计任务本夹具主要用来精铣25底槽，该底槽侧面对中心线要满足尺寸要求以及平行度要求。在精铣此底槽时，其他都是未加工表面。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。2.2 夹具设计方法2.2.1 夹具的类型确定(二)、夹具设计1、定位基准的选择由零件图可知：其设计基准为孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用双头螺柱找中心线，这种定位在结构上简单易操作。采用双头螺柱保证底槽加工的技术要求。同时，应加螺母固定好双头螺柱，防止双头螺柱带动工件在X方向上的左右自由度。其中双头螺柱限制两个移动自由度;螺母限制轴向方向的移动自由度。2、定位误差分析由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具体和双头螺柱的制造精度和安装精度。3、夹具设计方案确定根据任务书要求，铣槽时要保证槽宽20H9，槽两侧面粗糙度3.2，底面粗糙度6.3，且要保证底面与双头螺柱中心尺寸30mm，以及槽两侧面的平行度误差不大于0.15mm，现设计夹具方案有：方案一：采用压板用螺栓联接，利用汽缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是成本高。方案二：采用定位销，用双头螺柱、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但成本低。本次设计零件为单件小批量生产，要求成本低，且在加工过程中夹紧力要求不高，因此夹具夹紧方案选用方案二，利用双头螺柱、螺母手动夹紧，定位销定位。如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用带肩螺母,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以便有利于铣削加工。安装工件时，先将工件孔装入定位双头螺柱，用带肩螺母拧紧，夹紧工件。(三)、 切削力及夹紧分析计算刀具材料：（高速钢镶齿三面刃铣刀） 刀具有关几何参数： D=100mm z=20, Sz=0.05mm/z, ap=16mm由机床夹具设计手册表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式： Fc=Cpap0.83sz0.65D-0.83BzKp 式（2.1）查机床夹具设计手册表得：对于灰铸铁： 式（2.2）取 ， 即所以 F=510160.830.050.65100-0.830.9616=222N由金属切削刀具表1-2可得：垂直切削力 ：FCN=0.9Fc=199.8N （对称铣削） 式（2.3）背向力：Fp=0.55Fc=122.1N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： 式（2.4） 安全系数K可按下式计算： 式（2.5）式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 所以 Wk=KFc=493.95N 式（2.6） Wk=KFCN=449.55M 式（2.7）N Wk=KFp= 274.725N 式（2.8）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。单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： N 式（2.9）式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：易得：经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。3、定位误差分析该夹具以平面双头螺柱定心，双头螺柱定心元件中心线与底槽侧面规定的垂直度偏差0.5mm，槽的公差为mm。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 式（2.10）由机床夹具设计手册可得：、平面定位心轴定心的定位误差 ：、夹紧误差 ： 式（2.11）其中接触变形位移值： 式（2.12）、磨损造成的加工误差：通常不超过、夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。4、夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，双头螺柱采用可换的。以便随时根据情况进行调整。夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一个定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。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，19942何庆，李郁.机床夹具设计教程M.北京:电子工业出版社，2012.83邹青，呼咏.机械制造技术基础课程设计指导教程M北京:机械工业出版社，2011.620