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1、机床“羊角”拨叉加工工艺及孔加工夹具设计 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 原创优秀论文 题 目： 机床“羊角”拨叉加工工艺及孔加工夹具设计 学习中心：奥鹏远程教育济南直属学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2009 年 秋季 学 号： 学 生： 指导教师：完成日期： 2011年 9 月 15 日 III内容摘要 本论文完成了对机床“羊角”拨叉加工工艺及孔加工夹具设计的设计。在设计的前一部分，主要进行工艺卡的填写。首先，了解零件的作用，分析零件需要达到的各项技术要求，初步拟定工件的定位基准、加工工艺方案；然后，根据工艺方案设计原则进行每
2、一道工序的设计，分析并计算所使用的工艺设备；最后，制作工艺卡片。 第二阶段，进行夹具设计。纵观整条工艺路线，结合难易程度和夹具本身的特色，选定孔加工工序进行夹具的总体装配和夹具体的设计。首先，结合零件在该工序中需要达到的各项技术要求，初步拟定工件的定位、夹紧方案；然后，根据夹具设计原则以及夹紧力和夹紧点的确定原则进行局部零部件和夹具体的设计；最后，校核该夹具的精度。关键词：羊角拨叉；机械加工；工艺；切削；夹具设计目 录内容摘要1引 言31 设计任务说明41.1 羊角拨叉的功用41.2 设计任务42 零件工艺规程设计52.1 产量的确定52.1.1 生产类型的确定52.1.2 日生产量的确定52
3、.2 毛坯的选择及毛坯图的绘制52.2.1 毛坯的选择52.2.2 毛坯-零件综合图的绘制方法62.3 定位基准的分析与选择62.3.1 基准的概念62.3.2 基准选择的原则62.3.3 定位基准的选择72.4 工艺路线的制定72.5 工艺卡的填写93 夹具设计133.1 夹具的整体设计133.1.1 夹具设计分析133.1.2 夹具结构方案的确定133.1.3 夹具的具体设计143.2 夹具的装配153.3 夹具的经济性分析15结 论16参考文献17引 言毕业设计是在机械制造与自动化专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验，是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是：1
4、、综合运用本专业所学课程的理论和实践知识，通过对一个典型零件进行分析确定加工工艺方案并建立三维模型模拟加工路线，培养和提高学生独立工作的能力。2、巩固和扩充机械制造与自动化专业课程所学内容，掌握机械制造的基本知识。3、训练学生熟练查阅相关技术资料 如加工材料手册、机械加工设计手册等。4、掌握机械制造与自动化专业的基本技能 如零件工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘图及编写设计技术文件等。1 设计任务说明1.1 羊角拨叉的功用设计机床羊角拨叉零件的机械加工工艺规程及其机床夹具。拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。滑套上面有凸块，滑套
5、的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。该零件图纸如下： 图1 机床羊角拨叉零件图 1.2 设计任务本次设计任务需完成毛坯选择、编排加工工艺、工装夹具设计、撰写产品说明书，以及图纸绘制等工作，图纸说明如下：1毛坯零件综合图1张2工艺过程卡片1套3夹具装配图 1张4夹具体零件图1张5说明书1份2 零件工艺规程设计2.1 产量的确定2.1.1 生产类型的确定表1 生产类型的划分生产类型同类零件的年产量/件重型零件（质量2000kg）中型零件（质量1002000kg）小型零件
6、（质量100kg）单件生产5以下10以下100以下成批生产小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上已知零件质量m约为2.2kg，由表1即可确定零件的生产性质。该零件的生产类型为中批生产 。2.1.2 日生产量的确定零件的年产纲领(件/年)： N=2000件/年每台产品中该零件的数量(件/台)：n=1备品率：a=2%废品率：b=2%1年产量Q=Nn(1+a)(1+b) =20001（1+2%）（1+2%） =20802年工作日D=365-152-72=2
7、993日产量q=Q/D=2080/299=72.2 毛坯的选择及毛坯图的绘制2.2.1 毛坯的选择按照零件图纸的设计要求，该零件毛坯的材料为HT200，毛坯种类为铸件。考虑到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。零件形状简单，因此毛坯形状需与零件的形状尽量接近，因内孔很小，所以无法铸出。在进行毛坯选择时主要考虑了零件的生产纲领；零件材料的工艺性；零件的结构形状和尺寸以及现有的生产条件。毛坯选择的原则，应在满足使用要求的前提下，尽可能地降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。2.2.2 毛
8、坯-零件综合图的绘制方法在选定毛坯和确定了毛坯的机械加工余量后，便可绘制毛坯-零件综合图。综合图的绘制方法是：a、以实线表示毛坯表面的轮廓、以点划线画出零件的轮廓；在剖面图上用交叉线表示加工余量，加工余量为35mm。b、标注毛坯尺寸和公差，毛坯的基本尺寸包括机械加工的余量在内，毛坯的尺寸公差参照有关资料。c、标注机械加工的粗基准符号和有关技术要求。毛坯尺寸是根据工艺规程，机械加工各工序的加工余量与毛坯制造方法能到的精度决定的，因此毛坯图绘制和工艺规程的制订是反复交叉进行的。2.3 定位基准的分析与选择在制定零件加工工艺规程时，正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理
9、安排加工顺序都有重要的影响。2.3.1 基准的概念零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那些点、线、面称为基准。根据其功用的不同，可分为设计基准、工艺基准两大类。在零件图上用以确定其它点、线、面的基准，称为设计基准。零件在加工、测量、装配等工艺过程中使用的基准统称工艺基准。工艺基准又可分为：装配基准；测量基准；工序基准；定位基准。在对拨叉的工艺性分析中，注重分析了拨叉加工过程中定位基准的分析，简单的说选择定位基准，实际上既选择恰当的定位基面。2.3.2 基准选择的原则考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则。定位基准有粗基准和精基准之分。零件开始加工时
10、，所有的面均未加工，只能以毛坯面作定位基准，这种以毛坯面为定位基准的，称为粗基准，以后的加工，必须以加工过的表面做定位基准，以加工过表面为定位基准的称精基准。在加工中，首先使用的是粗基准，但在选样定位基准时，为了保证零件的加工精度，首先考虑的是选择精基准，精基准选定以后，再考虑合理地选择粗基准。同时要考虑定位稳定、可靠，操作方便，夹具结构简单。但实际运用中往往出现相互矛盾的情况，这就要求从技术和经济两方面进行综合分析，抓住主要矛盾，进行合理选择。粗基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。因粗基准是毛面，表面粗糙、形状误差大，如果二次装夹使用同一粗基准，两次装夹中加工出
11、的表面就会产生较大的相互位置误差。2.3.3 定位基准的选择分析零件加工面分别确定了零件的A1、A2、B1、B2面及N孔、M孔。确定零件的粗、精基准。首先以B1、B2作为粗基准面，粗铣A1、A2面，然后以A1、A2面作为精基准进行后面工序的加工。确定零件各表面的加工顺序。先粗铣A1、A2面 粗铣B1、B2面 半精铣B1、B2面 半精铣A1、A2面 精铣A1、A2面 精铣B1、B2面等。（详见工艺卡片）2.4 工艺路线的制定制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床
12、配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。通过毛坯-零件图的绘制，分析了被加工零件的结构要求及技术条件。列出了各表面的加工精度与粗糙：A1面， Ra为3.2umA2面， Ra为3.2umB1面， Ra为3.2umB2面， Ra为3.2umN孔， Ra为1.6umM孔， Ra为1.6umC槽， Ra为3.2um确定各加工面的加工次数及加工方法：根据各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度确定其加工次数：A1面， Ra为3.2um：粗铣半精铣精铣A2面， Ra为3.2um：粗铣半精铣精铣B1面， Ra为3.2um：粗铣半精铣精铣B2面， Ra为3.2
13、um：粗铣半精铣精铣N孔， Ra为1.6um：钻扩铰M孔， Ra为1.6um：钻扩C槽， Ra为3.2um：拉根据定位基准对精基准的选择坚持基准重合原则；统一基准原则；选择精度较高，安装稳定可靠便于装夹原则；互为基准原则。粗基准的选择坚持相互位置原则；余量均匀原则；便于装夹原则；粗基准一般不重复使用的原则。确定A1、A2为第一精基准/B1、B2为第二精基准/M孔为第三精基准。机械加工工序如下：工序粗铣A1、A2面粗铣B1、B2面半精铣B1、B2面半精铣A1、A2面精铣A1、A2面精铣B1、B2面工序钻N孔扩N孔铰N孔工序钻M孔扩M孔工序拉削C槽工序去除毛刺工序检查2.5 工艺卡的填写工序简图的
14、绘制：（以工序为例）根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=17mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度 ， 按加工要求确定进给量：查切削手册，由切削手册表2.7,系数为0.5,则： 按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查切削手册表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.2150.265mm/r。根据简明手册表4.2-16,最终选择进给量。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应
15、在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据切削手册表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z518立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830NFf，故所选进给量可用。确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.6mm，寿命（3）切削速度查切削手册表2.30，切削速度计算公式为： （m/min）其中，查得修正系数：，故实际的切削速度：检验机床扭矩及功率查切削手册表2.20，当f0.26, do19mm时，Mt=31.78Nm，修正系数 均为1.0，故MC=31.78 Nm。查机床使用说明书：Mm =144.2
16、 Nm。查切削手册表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。查机床使用说明书，。由于，故切削用量可用，即：，计算工时扩孔至19.7查切削手册表2.10，扩孔进给量为：，并由机床使用说明书最终选定进给量为：。根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。基本工时： 铰孔至刀具：专用铰刀机床：Z518立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量为0.81.2mm/z,进给量取0.81mm/r，机床主轴转速取为=140r/min，则其切削速度为：。机动时切削工时，=38mm，3 夹具设计3.1 夹具的整体设计3.1.1 夹具设计分析 首先确定对专用夹
17、具的基本要求：a、保证工件的加工精度；专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。b、提高生产效率；应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。c、工艺性好专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。d、使用性好专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。 本文选择其中的孔加工工序的夹具进行设计。因为保证加工质量，降低劳动强度，提高劳动生产率，需要设计专用夹具。本工序是加工14D4孔的夹具，加工完成应达到图纸的技术要求。3.1.2 夹具结构方案的
18、确定 首先明确设计任务与收集设计资料。夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。然后拟订夹具结构方案与绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。a、进行必要的分析计算。工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。b.审查方案与改进设计.夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他
19、们的意见对夹具方案作进一步修改。c、绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用1：1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。这样确定的方案，符合定位夹紧的选择原则，能够实现对14D4孔的加工。3.1.3 夹具的具体设计如图所示为拨叉零件钻12；扩12孔至14D4；本工序前已加工的表面如下：A1、A2端面（一起加工）；B1、B2端面（一起加工）；钻，铰20D6孔并倒角；本工序使用机床为 Z518立钻；刀具为通用标准刀具。本工序所加工两孔（14D4孔），位于一条直线上，孔径不大，工件质量较小，轮廓尺寸也不是很大，因此
20、采用移动可换式钻模。根据工件结构特点，其定位方案如下。以20D6的两端面孔及20D6孔作为定位基准。再选14D4端孔侧端面为定位基准，限制工件的6个自由度，如图所示：如图所示：用两端面作定位基准，用心轴定位限制x、z、y。用两端面作定位基准，用顶丝定位，限制y。此定位方案有效制了工件的6个自由度，且定位合理。根据定位方式，选用带台阶的心轴，两端采用螺纹、压板、螺母锁紧。选择可调压紧圆头螺栓。定位误差的计算：加工14孔时20D6孔的最大间隙的定位误差的计算。由于零件是两面一销定位，由于孔与心轴存在最大配合间隙，因此在钻14孔时会产生直线位移误差。计算如下：经表查得：20D6孔的上下偏差分别为+0
21、.078，+0.065；19.96h6轴的上下偏差分别为0，-0.013。D=20.078-19.96+0.013=0.131mm由于加工要求不高，其他精度可以不必计算。夹具体夹紧机构3.2 夹具的装配1、钻模板安装准确后，用锥销定位2、钻套工作面与定位支撑板工作面垂直度误差不大于0.05mm3、钻套工作面与夹具体安装基面垂直度误差不大于0.05mm4、定位支撑板工作面对夹具体安装基面平行度误差不大于0.02mm5、装配过程中不允许磕、碰、划伤和锈蚀3.3 夹具的经济性分析为了提高整个工艺加工的生产效率，在保证定位夹紧要求和零件的各项技术要求的前提下，对于夹具的选择也要满足一定的经济性。1在夹
22、具设计中，应尽量采用标准件或推荐的元件，这样在夹具需更换元件时，可避免重复设计、重复制造带来的麻烦和浪费，减少更换时间，且降低了夹具成本。2尽量减小需精加工的平面的面积，降低夹具的制造成本。3为提高生产率，应尽量采用方便、简单的夹紧装置，这样不仅可以减少劳动强度，还可降低成本。分析一下本夹具在经济性方面的情况，给该夹具机构设计中考虑到了经济要求。以快换钻套为例： 对14D4孔，钻套采用可换钻套。当工件为单一钻孔工步，大批量生产时，为便于更换磨损的钻套，选用可换钻套。钻套与衬套（GB/T6623-91）之间采用F7/K6或 F7/m6配合，衬套与钻摸板之间采用H7/n6配合。当钻摸磨损后，可卸下
23、螺钉（GB/T2268-91），更换新的钻套。螺钉能防止钻套加工时转动及退刀时脱落。绘制夹具体装配图：结 论在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。在毕业设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。在这次毕业设计中，还有一个重要的就是关于专
24、用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。在这次毕业设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。在这次
25、毕业设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。收获： （1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了所学的知识。 （2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。 （3）学会了，分析问题，解决问题的能力。不足之处： （1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习实践中进一步改进。 （2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需 在以后的实践中积累经验，进一步改进。综上所述：这次的毕业设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。参考文献 1 顾崇衍.机械制造工艺学.陕西.科技技术出版社.19
26、81年 2 倪森寿.机械制造工艺与装备.化学工业出版社.2001年 3 张进生.机械制造工艺与夹具设计指导.北京.机械工业出版社.1994年 4 机械制造工艺及设备设计手册.北京.机械工业出版社.1989年 5赵家奇编,机械制造工艺学课程设计指导书2版.-北京:机械工业出版社,2000.10. 6李云主编,机械制造工艺及设备指导手册.- 北京:机械工业出版社,1997.8 7肖诗纲主编,切削用量简明手册第3版.- 北京:机械工业出版社,2004.2 8 肖继德.陈宁平.机床夹具设计.第二版.北京.机械工业出版社.1997年 9 刘越.机械制造技术.化学工业出版社.2001年 10 赵如福.金属机械加工工艺人员手册.第三版.上海.上海科技技术出版社.1981年 11 陈于萍.周兆元.互换性与测量技术基础.北京.机械工业出版社.2004年 12 王启平.机床夹具设计.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.1998年 13 浦林祥.金属切削机床夹具设计手册.北京.机械工业出版社.1995年 14 张耀宸.机械加工工艺设计实用手册.北京.航空工业出版社.1993年 20