拖拉機倒檔撥叉的加工工藝及鉆2-M12孔夾具設計

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本科畢業(yè)論文（設計）題 目 倒 檔 撥 叉 的 加 工 工 藝 分 析 及 夾 具 設 計 學生姓名 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 指導教師 2015 年 5 月 15 日教學單位 寶雞文理學院 學生學號 201194014090 編 號 JX2015JZ090 I倒檔撥叉的機械加工工藝及夾具設計摘要：隨著科學技術的飛速發(fā)展，倒檔撥叉在我們的生活中被廣泛的應用，如汽車，拖拉機，機械設備等，在生活中很多地方都有用到撥叉。因此撥叉在未來是有很廣闊的應用前景。這次的設計是以 CAD 為基本的畫圖軟件，來完成倒檔撥叉的設計。撥叉是車輛機械等設備的主要倒檔機構之一，本設計主要講述了倒檔撥叉的機械加工工藝的制定過程及其專用夾具的設計。本設計根據(jù)所給撥叉的零件圖、技術要求及加工環(huán)境與設備等，設計出了最適合該撥叉的加工工藝過程，并選擇其中的一道工序——在 ?19.1mm 孔的輪轂上鉆孔、锪孔 ?13.5mm 、攻絲 2-M12 ×1.75 來進行夾具的設計。該設計的內(nèi)涵是“簡單、高效、經(jīng)濟”地讓廠家生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品。在經(jīng)過多次的修改和驗證，終于在老師的幫助下，通過文中所給出的方法，實現(xiàn)了本次設計的要求。關鍵詞：倒檔撥叉;加工工藝；夾具設計全套圖紙，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 \“l(fā)et 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目錄1、序言 .11.1、發(fā)展現(xiàn)狀 .11.2、課題簡介 .12、零件的工藝分析 .22.1、零件的作用 .22.2、零件的結構工藝性分析及主要加工表面分析 .32.3、零件的生產(chǎn)類型 .43、零件的工藝規(guī)程的制定 .43.1、零件定位基準的選擇 .43.2、零件毛坯尺寸的確定 .53.2.1、毛坯尺寸的確定 53.2.2、選擇毛坯是應該要考慮的因素 63.3、確定毛坯的制造形式 .73.4、撥叉的主要加工表面的工序安排 .73.4.1、以 ?19.1mm 孔為中心的加工面 73.4.2、半圓形叉口處的加工面 83.5、機床及工藝裝備的選擇 .83.5.1、機床選擇的基本原則 83.5.2、夾具的選擇 93.5.3、刀具的選擇 93.5.4、量具的選擇 93.6、擬定工藝路線 .93.6.1、擬定加工工藝方案 93.6.2、 工藝方案的比較與分析 103.7、機械加工余量及工步的初步確定 .123.8、確定切削用量及基本工時 .134、夾 具 設 計 .204.1、提出夾具設計中的問題 .204.2、定位基準的選擇 .214.3、切削力及加緊力的計算 .214.4、定位誤差分析 .224.5、加緊元件的強度校核 .234.6、夾具設計及操作的簡要說明 .24[參考文獻] 26謝 辭 .2711、序言1.1、發(fā)展現(xiàn)狀機械制造工藝學與機床夾具的畢業(yè)設計是機械制造工藝學和機床夾具相關課程教學中一個不可缺少的輔助環(huán)節(jié)。它綜合運用了大學四年期間相關課程的理論及期間實踐知識進行的的一次重要的實踐。因此，它在我們四年的大學生活中占有極其重要的位置。在機械類零件加工中，未完成所需的加工的工序、裝配的工序及檢驗的工序等，首先要將要加工的工件固定，使它占有固定的位置，這樣的一種保證一批工件有確定位置的裝置，統(tǒng)稱為夾具。夾具有很多種，本設計研究的對象為機床夾具。機床夾具的設計對保證零件的加工質(zhì)量、提高工件的加工效率、降低生產(chǎn)的成本、改善生產(chǎn)勞動條件、擴大機床的使用范圍、等方面都有著極其有用的經(jīng)濟效益。 1.2、課題簡介這次的畢業(yè)設計對我來說，就是想通過這次的畢業(yè)設計使我的專業(yè)知識和實際分析能力有進一步的提升。通過本次畢業(yè)設計： 1、充分培養(yǎng)了我能夠綜合運用所學到相關專業(yè)課程的理論知識，結合之前的實習及實訓期間的經(jīng)歷，生產(chǎn)實習中所學到的實踐知識，獨立分析和解決機械加工相關的各種問題，初步有了機械設計中中等及以上復雜程度的零件工藝過程分析的能力。2、能夠根據(jù)被加工的零件的各項技術要求，利用機床專用夾具設計的基本原理和方法，學會擬定夾具設計的幾個方案，完成機床專用夾具的設計，初步具備保證零件加工質(zhì)量，高效、經(jīng)濟、省力的機床專用夾具的能力。 [1] 3、能熟悉的應用有關的圖表、手冊、標準等技術資料，掌握最基本的從事工藝規(guī)程的制定方法和重要步驟。 4、培養(yǎng)了自己在專業(yè)如：機械制圖、結構分析、設計計算、及編寫技術說明書等方面的一些基本技能。 5 、培養(yǎng)自己耐心細致、實事求是、科學分析、認真周密思考的科學態(tài)度和刻苦鉆研的精神。 6、鞏固所學的理論知識，提高解決實際工程問題的能力。 2由于自身能力所限，在本次設計中尚有很多不足之處，希望老師給予指導。2、零件的工藝分析2.1、零件的作用倒檔撥叉在各種汽車，拖拉機等機動車輛中廣泛應用，其安裝在倒檔撥叉桿上，跟倒檔撥叉桿結合著，撥叉主要的作用，一是利用倒檔撥叉桿將扭矩力傳遞到倒檔撥叉上，撥動那個倒檔同步器，改變轉動齒輪的嚙合方向，這樣就會實現(xiàn)了拖拉機的各種倒行；二是半圓形撥叉的側面有一個跟它配合的 U 型槽，跟其他的零件一塊配合著裝配，倒檔撥叉的轉動帶動配合槽運動。圖 1：撥叉零件圖倒檔撥叉桿上裝配該倒檔撥叉，位于零件 ?19.1mm 的孔上，為保證撥叉桿與撥叉配合的相對位置，用螺釘固定。因為孔為配合面，固有較高精度。深317mm 寬 19.3mm 的槽為撥動滑塊的配合表面。半圓形撥叉撥動同步器。2.2、零件的結構工藝性分析及主要加工表面分析從該倒檔撥叉零件圖可以看出，它為叉架類零件，形位精度、尺寸精度要求均較高，形狀不規(guī)則，有兩組的加工表面，它們之間也有一定位置要求，將這兩組加工面的技術要求做如下分析： 1）. 以 ?19.1mm 的孔為中心的加工面 這組的加工面中包括：有一個 ?19.1mm 的孔及對這個孔進行倒角，寬19.3mm 深 17mm 的槽口，在 ?19.1mm 的孔所在的輪轂上面鉆兩個規(guī)格為 M12 孔并且攻絲，這兩個孔用來做為固定倒檔撥叉桿和倒檔撥叉之用。2）. 叉口處的加工面 這組的加工表面包括：銑這個半圓形叉口側面，再銑這個半圓形叉口的內(nèi)圓面，內(nèi)圓面所在的圓弧的半徑為 R48mm。 這兩組加工面之間有一定的位置要求： （1）R48mm 叉口對 ?19.1mm 孔的軸心線及 19.3mm 槽口中心線位置公差?0.5mm。 （2）叉口側面和螺紋孔中心線的位置要求是 46.4±0.25。 由上面的分析可知，對于上面說的兩個主要的加工表面而言，我們可以先對其中的一組表面進行加工，然后借助于某一專用夾具對另一組面進行加工，并保證它們之間的位置精度要求。4圖 2 “拖拉機倒擋撥叉”零件工藝分析示意圖2.3、零件的生產(chǎn)類型由于這個零件是大批量生產(chǎn)的，故零件的產(chǎn)量預計為：10 萬件/年，是廣泛采用專用機床、專用夾具及專用刀具、量具。應選用高效專用的夾具對其零件進行加工。3、零件的工藝規(guī)程的制定3.1、零件定位基準的選擇該工件在加工時，用夾具進行夾緊在機床上，用來決定工件相對于刀具的位置，在工件上的這些平面稱為定位基準，而定位基準又分為粗基準和精基準。粗基準怎樣選擇：每個零件在成型的時候，選擇合適的定位基準對于后面的精加工都很重要。從所給的零件圖上能看出，這個零件不太規(guī)則，所以粗基準不容易選擇。但是為了保證 ?19.1mm 的孔得位置精度上的要求，選擇半圓形的叉口的內(nèi)圓面及這個叉口的側面用作為定位的粗基準，用來保證 ?19.1mm的軸心線與半圓形叉口 X、Y 兩方向上的位置要求和 ?19.1mm 孔的軸心線的5需要的垂直度，按照相關資料中粗基準的選擇原則（當零件有不加工的表面時，應該以這些不加工的表面作為粗基準，如果工件有好幾個的不加工的表面時，就應該以與加工表面要求的相對位置精度較高的不加工表面定為粗基準）來選取合適粗基準。 該工件放在兩個支承釘及支撐板上，限制了三個自由度；工件的半圓形叉口內(nèi)表面緊緊靠在兩個支承釘外圓柱面上，限制了兩個自由度；小頭 ?19.1mm 的孔 的端面緊緊靠上支承釘，限制了一個自由度，實現(xiàn)限制六個自由度的完全定位。 對于精基準的選擇而言，主要考慮基準會重合的問題，當工序基準與設計基準不重合的時候，應該進行尺寸的換算。3.2、零件毛坯尺寸的確定在制定工件機械加工工藝過程之前還要確定該工件的毛坯尺寸，包括選擇該零件的毛坯類型和制造方法 ，確定這個毛坯的精度。零件加工中的材料消耗、工序數(shù)量和該有勞動量，在很大的程度上都與毛坯得尺寸都有關系。3.2.1、毛坯尺寸的確定倒檔撥叉零件的材料選擇為 QT500-5，硬度選擇為 250HBS ，根據(jù)以上的原始資料和加工工藝的分析，于是確定了各個加工表面的加工余量，對毛坯的尺寸確定初步設計如下： 1）. 為了便于加工 ?19.1mm 的孔，在毛坯尺寸設計時，可以設計為底孔。根據(jù)常用的刀具規(guī)格及合理的切削用量，就可以鑄出 ?10mm 的底孔。這樣加工零件的這個孔到規(guī)定尺寸，分為以下的步驟： --- 半圓形叉口側面 對半圓形兩側面分別都進行一次粗銑、精銑。根據(jù)資料知，選取的加工余量等級為 G，選取的尺寸公差等級為 9 級。 由上面的分析和相關資料可以得到，毛坯設計中半圓形叉口的厚度可以定為 10mm，符合各種要求。 --- 叉口內(nèi)圓面 半圓形叉口內(nèi)圓面的圓弧半徑為 R48mm，叉口的精度要求不太高，可以只進行一次精加工。所以對它的加工余量要取的合適，但為了能夠保證零件的加6工精度，而對其要進行一次精銑，所以在毛坯的鑄造時要留出 2mm 的加工余量。--- 銑槽 側面的槽的深度 17mm，寬度 19.3mm，查相關資料可得，砂型鑄造的尺寸公差等級為 8~10 級。選取尺寸公差等級為 9 級，在鑄造的時候留出來 2mm 的加工余量，以上都滿足加工的要求。 --- 鉆孔、攻絲 在 ?19.1mm 孔處進行鉆孔、攻絲、锪孔。 在這里，因為加工的螺紋孔不太大，所以可以不用留出鑄造底孔。 锪孔是為了保證孔口與孔中心線的垂直度。因為這個孔的表面都是不加工的表面，而且砂型鑄造所鑄造出來的毛坯表面就能夠滿足它的精度要求，所以，不需要在其它的表面上留出一定加工余量。3.2.2、選擇毛坯是應該要考慮的因素1) 工件的材料及其力學性能，工件的材料大致上確定了毛坯種類，它的力學性能的高低，也在一定程度上影響著毛坯的種類。2) 生產(chǎn)類型，不同的生產(chǎn)類型決定了不同的毛坯制造方法。在大批量生產(chǎn)中，應采用生產(chǎn)率和精度都較高的先進的制造方法。3) 零件的外形尺寸和結構形狀，在充分考慮了上面兩個因素之后，零件的外形尺寸和結構形狀也會影響毛坯的種類和制造方法。表 2.1 平面加工的加工余量工藝名稱 單邊余量 公差等級 工序尺寸 尺寸公差 表面粗糙度叉口側面 1.2 IT9 10 10+0.2?0.2 6.3銑 槽 2 IT9 19.3 19.30?0.1 6.3根據(jù)上述分析、資料及加工工藝，確定了各個加工表面的工序尺寸、加工余量，這樣毛坯尺寸就定下來了，毛坯具體的形狀和尺寸如圖 2 所示。7圖.3 “倒擋撥叉”零件毛坯尺寸圖3.3、確定毛坯的制造形式 該零件的材料為 Q T500-5，因為車輛運行時經(jīng)常遇到掛倒檔而倒行及需要的轉向操作，所以工件在工作過程中經(jīng)常會受到一定的沖擊性的載荷，采用這種材料生產(chǎn)的零件，它的強度方面要求也能夠保證。由于零件的年產(chǎn)量為10000 件，已經(jīng)達到大批量的生產(chǎn)水平，而且零件尺寸不太大，固選用砂型鑄造，采用機械翻砂造型，鑄造精度為 2 級，能夠保證鑄件的尺寸要求，這從保證加工精度和提高生產(chǎn)率上考慮也是應該的。3.4、撥叉的主要加工表面的工序安排3.4.1、以 ?19.1mm 孔為中心的加工面?19.1mm 孔的加工是加工撥叉的首要工序，對于撥叉該孔位中心的加工面的加工，可根據(jù)毛坯的精度和加工余量，采用搖臂鉆床在 ?19.1mm 孔所在的輪轂上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。立式鉆床上擴、鉸孔 ?19.1mm 并倒角。臥式銑床上銑寬 19.3mm 深 17mm 的槽口。為了保證 孔 ?19.1mm 的位置精度要求，選擇半圓形叉口內(nèi)圓面和半圓形8叉口側面作為粗基準，用來保證這個孔的軸心線與半圓形叉口的 X、Y 兩個方向的位置要求以及 ?19.1mm 孔軸心線的垂直度，一定要按照相關粗基準的選擇原則來選取。3.4.2、半圓形叉口處的加工面 對于撥叉半圓形叉口相關的加工面的加工，根據(jù)毛坯的精度和加工余量，采用臥式銑床上粗銑叉口側面，臥式銑床上銑 R48mm 叉口，臥式銑床上精銑叉口側面。為了保證 R48mm 叉口的位置要求，對于這兩組加工表面而言，我們可以先加工其中一 組表面，然后借助于專用夾具進行另一組表面的加工，并保證他們之間的 位置精度要求。一般根據(jù)批量選擇對應的粗加工方式如下：表 3.1 生產(chǎn)類型與加工方式生產(chǎn)類型 加工方式生產(chǎn)量比較小 一般的立式鉆床上完成鉆、擴、絞小頭孔生產(chǎn)量比較大轉臺式多個工位組合機床對小頭孔進行的鉆、擴、絞、鏜以及孔口倒角等大批大量生產(chǎn)鉆（擴） 、拉削的方案來對小孔進行一定的粗加工與半精加工3.5、機床及工藝裝備的選擇機床選擇的原則及機床工藝的選擇是分析工藝規(guī)中一項重要的工作，不但直接影響著要加工的工件的加工質(zhì)量，而且還影響著工件的加工效率和制造成本。 [10]3.5.1、機床選擇的基本原則1) 機床加工的尺寸范圍應該與零件的外廓尺寸相適應；2) 機床的加工精度應與工序要求的精度相適應；3) 機床的功率應與工序要求的功率相適應；4) 機床的生產(chǎn)率應與工件的生產(chǎn)類型相適應；5) 還應與現(xiàn)有的設備條件相適應。93.5.2、夾具的選擇在大批量的生產(chǎn)中，應該采用高效的液動，氣動專用夾具，夾具的精度應該與加工的精度相適應。數(shù)控加工使用夾具大多比較簡單，盡可能選用組合可調(diào)夾具，一般不用鉆模，常常先用大鉆頭獲中心鉆锪定心坑，然后再用鉆頭鉆孔。3.5.3、刀具的選擇刀具的選擇取決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、所要求的各種精度及其表面粗糙度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等。在選擇刀具的時候應該盡可能采用一些標準刀具，在有必要的時候可以采用復合刀具及其他一些專用刀具。數(shù)控加工費用高，對刀具要求較高，盡量選用可轉位硬質(zhì)合金刀片，或選用涂層刀具提高耐磨性，或采用金剛石、立方氮化硼性能更好的刀具。3.5.4、量具的選擇量具主要根據(jù)生產(chǎn)類型和所檢驗的精度來選擇。在大批量生產(chǎn)中，則采用各種量規(guī)和一些高生產(chǎn)率的專用檢具。3.6、擬定工藝路線3.6.1、擬定加工工藝方案零件的機械加工工藝路線指零件在生產(chǎn)過程中，從毛坯件到成品件所經(jīng)過的加工工序的先后順序。在擬定工藝路線時，除了要考慮定位基準的正確選擇外，還應該考慮各個表面的加工方法的選擇，安排工序集中與分散的程度，工件加工階段的劃分和加工工序先后順序安排等問題。擬定工件工藝路線要從零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到保證。工藝路線的擬定要做到以下兩方面的工作：意識根據(jù)生產(chǎn)綱領確定加工工序和工藝內(nèi)容，根據(jù)工序的分散和集中程度劃分工藝；而是選擇工藝基準，即主要選擇定位基準和工序基準，在生產(chǎn)類型已確定為大批量生產(chǎn)的情況下，可以考慮使用組合機床及專用夾具，并盡量采用工序集中的原則，減少工件的安裝次數(shù)來提高生產(chǎn)率，除了這些，還應該盡量考慮經(jīng)濟方面以便于使生產(chǎn)成本下降。經(jīng)前面對連桿的結構特點、技術要求等分析，現(xiàn)在根據(jù)年產(chǎn)量、設備等來10考慮連桿的機械加工工藝過程。根據(jù)上述分析及原則，擬定該工件的工藝路線方案如下：1). 工藝路線方案一 工序Ⅰ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。 工序Ⅱ 立式鉆床上擴、鉸孔 ?19.1mm 并倒角。 工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側面。 工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。 工序Ⅴ 手工去銳邊。 工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。 工序Ⅶ 臥式銑床上精銑叉口側面。 工序Ⅷ 去毛刺。 工序Ⅸ 清洗。 工序Ⅹ 終檢。 2). 工藝路線方案二 工序Ⅰ 立式鉆床上擴、鉸孔 ?19.1mm 并倒角。 工序Ⅱ 臥式銑床上粗銑叉口側面。 工序Ⅲ 臥式銑床上銑叉口。 工序Ⅳ 手工去銳邊。 工序 V 臥式銑床上銑槽。 工序Ⅵ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。 工序Ⅶ 手工去毛刺。 工序Ⅷ 臥式銑床上精銑叉口側面。 工序Ⅸ 去毛刺。 工序Ⅹ 清洗。 工序Ⅺ 終檢。 3.6.2、 工藝方案的比較與分析 上述兩種方案看起來大體合理，不過仔細一看都有不足之處。第 1 個方案先是“搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。 ”，把這一步工序放在最前面的想法是因為后面還有“ 鉆 ?19.1mm 孔” 這個步工序，如果先鉆孔再攻絲就可以省略一11步“手工去毛刺 ”的工序。能這樣想，出發(fā)點是好的，考慮到可以減少一步工序，似乎能減少勞動工時，提高生產(chǎn)率，可是沒有考慮到，把這一步工序放前，定位比較難，不易保證必要的位置精度，夾具設計困難，實際可行性比較低。再看第 2 個方案，第 2 個方案把“鉆 ?19.1mm 孔” 這一步工序放在了前面，這樣為以后的各個工序提供了加工基準，工序安排比較科學合理。不過這個和第 1個方案一樣，都把“ 擴、鉸孔 ?19.1mm”和 “倒角”放在了一步工序中。在這一步中通過換鉆套可以倒一邊的角，不過要倒另一邊的角，就要把工件卸下翻面倒角，這樣增加了夾具的設計難度。不過主要的是立式鉆床體積比較大，操作起來不方便，并且倒角也沒有高的精度要求，從經(jīng)濟效益上來考慮是不合算的。[18]通過一系列的分析之后，把這一步的工序一分為二，把“倒角” 單獨列出來，單獨的作為一步工序，因為倒角精度要求不高，我們就把這一步工序放在鉆臺上面來完成。鉆臺機器體積比較小，操作也比較簡單，夾具結構也簡單，這樣零件的加工工時降下來了，生產(chǎn)效率上來了，降低了零件的成本。 估算每一步工序所用夾具的大體尺寸，根據(jù)《金屬切削機床夾具設計手冊》（第二版）上給出的各種切削機床的規(guī)格尺寸，選擇每一道工序所用的合適的機床。 因此，最后的加工路線確定如下： 工序Ⅰ 立式鉆床上擴、鉸孔 ?19.1mm。 以撥叉叉口內(nèi)圓非加工面、槽口和 ?19.1mm 孔的端面為粗基準定位。 選用 Z535 立式鉆床加工，采用專用夾具。 工序Ⅱ 臺鉆上對 ?19.1mm 倒角。 以 ?19.1mm 和端面為基準定位。 選用 ZQ4015 臺式鉆床加工，采用專用夾具。 工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側面。 以 ?19.1mm 和端面為基準定位。 選用 X62 臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。 以 ?19.1mm 和毛坯上的槽口為基準定位。 12選用 X62 臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅴ 手工去銳邊。 用扁平挫刀手工去銳邊，可設計簡易的支承臺。 工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。 以 ?19.1mm 孔、叉口內(nèi)圓側面為基準定位。 選用 X62 臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅶ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格 M12。 以 ?19.1mm 孔及其端面、叉口內(nèi)圓側面為基準定位。 選用 Z3025 搖臂鉆床加工，采用專用夾具。 工序Ⅷ 手工去毛刺。 用圓形小挫刀手工去毛刺，可以設計簡易的支承臺，注意要劃傷內(nèi)圓面。 工序Ⅸ 臥式銑床上精銑叉口側面。 以 ?19.1mm 孔和螺釘對準長銷上的槽為基準定位。 選用 X62 臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅹ 去毛刺。 用扁平挫刀手工去毛刺，可設計簡易的支承臺。 工序Ⅺ 清洗。 用專用清洗機清洗。 工序Ⅻ 終檢。 以上工藝過程相見“ 拖拉機倒檔撥叉機械加工工序卡片” 。 3.7、機械加工余量及工步的初步確定 根據(jù)以上的原始資料和加工工藝，分別確定了各個加工表面的加工余量和工步如下： 1. ?19.1mm 的孔 擴孔： ?16mm 2Z=6mm 二次擴孔： ?18.9mm 2Z=2.9mm 粗鉸： ?19.04mm 2Z=0.14mm 精鉸： ?19.1mm 2Z=0.06mm 132. 叉口側面 粗銑： 2Z=2.05mm 精銑： 2Z=0.4mm 3 ．叉口內(nèi)圓面 一次精銑： Z=2mm 4. 銑槽 一次精銑： Z=2mm 5. 鉆孔、攻絲 在 ?19.1mm 的孔處鉆孔，攻絲，锪孔。 先在這個加工面上鉆個 ?4mm 小孔，再擴孔到 ?10.4mm，這是在攻絲前的底孔，然后用 M12 的機用絲錐進行攻絲，最后再锪孔 ?13.5mm。 3.8、確定切削用量及基本工時 工序Ⅰ 鉆孔 ?16mm、擴孔 ?18.9mm 、鉸孔 ?19.1mm 1. 鉆孔 ?16mm 根據(jù)文獻[4]表 2.18 可知 f=0.1mm/ rv=50 m /min????=1000??×503.14×16=995.23??/??????根據(jù)資料 1.表 4.2-15 按照機床型號選取 = 1100 r/min 所以，????該鉆床的實際切削速度為： ??=???????????1000=3.14×16×11001000 =55.26切削工時： ??=??+??1+??2?????? =34+10+41100×0.1=0.44??????其中：切入深度 ，切出深度 ??1=10???? ??2=4????2. 擴孔 ?18.9mm 根據(jù)文獻[3]表 4.2-16 ，查得擴孔鉆擴 ?18.9mm 孔時的進給量，并根據(jù) 機床的型號規(guī)格選取 f=0.72 mm/ r 14擴孔鉆擴孔時的切削速度，根據(jù)其它有關資料確定為 ??=0.4???鉆其中，v 鉆 為用鉆頭鉆同樣材料、同樣尺寸實心孔時的切削速度。故： v=0.4 ×50=20????????????=1000???????? =1000×203.14×18.9=337??/??????根據(jù)文獻[3]. 表 4.2-15 并由機床型號選取 所以，該床的實際切削速度為： ??=???????????1000=3.14×18.9×4001000 =23.74??/??????切削工時： ??=??+??1+??2?????? =34+3+1.5400×0.72=0.13??????其中：切入時間 ??1=3????切出時間 ??2=1.5????3. 粗鉸 ?19.04mm 根據(jù)文獻[4]表 2.25 規(guī)定查得鉸 ?19.04mm 孔時的進給量，并由機床及零件材料的硬度可以選取 f = 0.48 mm/ rv =12 m /min????=1000???????? =1000×123.14×19.04=200.7??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-15 按照機床型號選取= 275 r/min????所以，該鉆床的實際切削速度為 ??=???????????1000=3.14×19.4×2751000 =16.43??/??????切削工時：15??=??+??1+??2?????? =34+3+1.5275×0.48=0.29??????其中：切入深度 ??1=3????切出深度 ??2=1.5??4. 精鉸 ?19.1mm 根據(jù)文獻[4]表 2.25 規(guī)定查得鉸 ?19.1mm 孔時的進給量，并由機床及零件材料的硬度可以選取 f =0.48 mm /rv =2 m /min????=1000???????? =1000×123.14×19.1=200.1??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-15 按照機床型號選取 =275 r/min ????所以，該鉆床的實際切削速度為 ??=???????????1000=3.14×19.1×2751000 =16.48??/??????切削工時：??=??+??1+??2?????? =34+3+1.5275×0.48=0.29??????其中：切入深度 ??1=3????切出深度 ??12=1.5????工序Ⅱ ?19.1mm 孔倒角 為縮短輔助工作時間，提高工作效率，取倒角主軸轉速與擴孔時轉速相同。N=460 r/min采用手動進給。 工序Ⅲ 粗銑叉口側面 叉口的兩個側面在鑄造毛坯的時候兩個面的加工余量是相同的，故可以算一個面就行。現(xiàn)在以其中一面為粗基準，對另一面進行粗加工，切削用量和切削工時如下： 根據(jù)文獻[3]表 4.2-38 ，可得知 X62 臥式銑床的電動機功率為 7.5kw 。因16此，再根據(jù)資料文獻[4]表 3.5 可查得 = 0.20mm/z????（采用不對稱端銑，以提高進給量）切削速度：參照有關手冊資料，確定 v=0.45m/s 即 v=27m/min 選用 YG8 硬質(zhì)合金刀片 直徑 =125mm 齒數(shù)為 z=12 ????則： ????=1000???????? =1000×273.14×125=68.4??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-39 按照機床型號選取 =75 r/min ????故實際切削速度為：??=???????????1000=3.14×125×751000 =29.44??/??????當 n=75 r/min 時，工作臺每分鐘進給量 ????應為 ????=????????????=0,20×12×75=180????/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-40 按照機床型號選取 =190 mm /min ????銑削加工時間： 由于是粗銑，故整個刀盤不必過整個工件，利用作圖法，可知總行程為 ??+??1+??2=160????則：??=??+??1+??2?? =160190=0.84??????工序Ⅳ 精銑叉口 R48 ±0.5mm 根據(jù)文獻[3]表 4.2-38 可得知 X62 臥式銑床的電動機功率為 7.5kw 。因此，再根據(jù)文獻[4]表 3.5 可查得 =0.09mm/z????（采用對稱銑削，以提高進給量） 切削速度：參照有關手冊資料，確定 v=0.45m/s 即 27m/min 根據(jù)資料 1.表 3.1-39 選取硬質(zhì)合金鑲齒三面刃銑刀 17直徑 =50mm 齒數(shù)為 z =2 齒寬 l=mm d??則：????=1000???????? =1000×273.14×50=172??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-39 按照機床型號選取 =190 r/min ????故實際切削速度為：??=???????????1000=3.14×50×1901000 =29.83??/??????當 n=190 r/min 時，工作臺每分鐘進給量 ????應為： ????=????????????=0,09×12×190=205.2????/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-40 按照機床型號選取=235 mm min????銑削加工時間： 由于是精銑，故整個刀盤應該過整個工件，利用作圖法，可知總行程 為 ??+??1+??2=154.9+21=175.9????其中：根據(jù)文獻[4]表 3.25 可得知 入切量+ 超切量為 21mm 則：??=??+??1+??2?? =175.9235=0.75??????工序Ⅵ 銑槽 根據(jù)文獻[3]表 4.2-38 可得知 X62 臥式銑床的電動機功率為 7.5kw 。因 此，再根據(jù)資料 2.表 3.5 可查得 = 0.09mm/z????切削速度：參照有關手冊資料，確定 v=0.45m/s 即 27m/min 根據(jù)文獻[3]表 3.1-39 選取硬質(zhì)合金立銑刀 直徑 =19.3=mm 齒數(shù)為 z=8d??18則： ????=1000???????? =1000×273.14×19.3=445.5??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-39 按照機床型號選取 =475 r /min ????故實際切削速度為： ??=???????????1000=3.14×19.3×4751000 =28.78??/??????當 n =475 r/min 時，工作臺每分鐘進給量 ????應為： ????=????????????=0.09×8×475=342????/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-40 按照機床型號選取????=375????/??????銑削加工時間：??=??+??1?? =10+17375=0.071??????工序Ⅶ 鉆孔、锪孔 ?13.5mm、攻絲 2-M12 ×1.75 1. 鉆孔 ?10.4mm 根據(jù)文獻[4]表 2.18 可知 f=0.08 mm /r v=48 m/ min ????=1000???????? =1000×483.14×12=1469.87??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-12 按照機床型號選取=1600 r/min????所以，該鉆床的實際切削速度為 ??=???????????1000=3.14×12×16001000 =52.15??/??????切削工時：??=??+??1+??2?????? = 261600×0.08=0.2??????2. 锪孔 ?13.5mm 19根據(jù)有關資料介紹，锪沉頭孔時進給量及切削速度約為鉆孔時的 1/2~1/3 根據(jù)文獻[4]表 2.18 可得 ??=(12~13)??鉆 =0.027~0.04????/??根據(jù)文獻[3]表 4.2-13 取 F=0.05mm /r??=(12~13)??鉆 =18~24??/??????取 v =18m/min????=1000??????????=1000×183.14×12=489.96??/??????根據(jù)資料 1.表 4.2-12 按照機床型號選取 =500 r/min????所以，實際切削速度為 ??=???????????1000=3.14×13.5×5001000 =21.2??/??????切削工時：??=15500=0.03??????3. 攻絲 2-M12 ×1.75 攻絲 M12 ×1.75 時， v = 0.1m /s=6m/min 所以， ????=1000???????? =1000×63.14×12=159.24??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-12 按照機床型號選取 =125 r/min ????所以，實際切削速度為 ??=???????????1000=3.14×12×1251000 =4.71??/??????切削工時：??=2×15125=0.24??????工序Ⅸ 精銑叉口側面 20在工序Ⅲ粗銑叉口側面時兩個面剩余的加工余量是相同的，所以計算一個面即可?，F(xiàn)在以其中一個面為精基準，對另一個面進行精加工，切削用量和切削工時如下： 根據(jù)文獻[3]表 4.2-38 ，可得知 X62 臥式銑床的電動機功率為 7.5kw 。因此，再根據(jù)資料文獻[4]表 3.5 可查得 f z =0.18mm/z（采用不對稱端銑，以提高進給量）切削速度：參照有關手冊資料，確定 v=0.45m /s 即 27m/ min 選用 YG8 硬質(zhì)合金刀片 直徑 =125mm d??齒數(shù)為 z=12則： ????=1000??????????=1000×273.14×125=68.4??/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-39 按照機床型號選取 =75 r/min????故實際切削速度為： ??=???????????1000=3.14×125×751000 =29.44??/??????當 n =75 r/min 時，工作臺每分鐘進給量 ????應為： ????=????????????=0,18×12×75=162????/??????根據(jù)文獻[3]表 4.2-40 按照機床型號選取 =190 mm /min????銑削加工時間： 由于是精銑，故整個刀盤必須過整個工件，利用作圖法，可知總行程為 ??+??1+??2=165????其中：入切量為 10mm 超切量為 5mm 則：21??=??+??1+??2???? =165190=0.87??????4、夾 具 設 計為了能夠順利的對工件進行相關的加工，既保證加工質(zhì)量，又提高生產(chǎn)率，降低了勞動強度，需要設計對其每一工序的專用夾具。 經(jīng)過指導老師的指導，我決定設計第Ⅶ道工序-—鉆孔、攻絲 2-M12 ×1.75、锪孔 ?13.5mm，本夾具將在 Z3025 搖臂鉆床上操作，刀具選擇為為：錐柄麻花鉆一把（ ?10.4mm ） 、圓柱柄錐形锪鉆一把（?13.5mm ） 、機用絲錐一把 (M12) 。 4.1、提出夾具設計中的問題 設計這個夾具的目的在于輔助這道工序的鉆孔和攻絲，從零件圖上可以看出在 ?19.1mm 孔的輪轂上要鉆兩個孔并對其攻絲至 M12，關鍵問題是這兩個孔排列在 34mm 的工件上，并且兩個孔的間隔為 13.5mm，間隔太小，所以很難在一個鉆套上同時設計出兩個孔，也就是說裝配一次工件就只能完成一個孔的加工。經(jīng)過指導老師的指導決定定出如下方案： 在設計鉆套時，可以設計為偏心鉆套，加工方案為先成批加工一批工件，然后拆卸鉆套，轉向 180 度，同時換定位銷（定位銷上有盲孔，便于鉆孔攻絲的加工） ，然后反過來將這批零件的另一個螺紋孔加工好。這樣夾具設計相對簡單，并且可以保證勞動生產(chǎn)率。 由零件圖紙上可以看出這道工序沒有特別的精度要求，所以在進行夾具設計時，應主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 4.2、定位基準的選擇 經(jīng)過分析可知，這兩個螺紋孔只要保證與 ?19.1mm 孔的軸心線有垂直精度的要求即可。定位基準選 ?19.1mm 孔及其端面，工件以 ?19.1mm 孔在定位銷上定位，限制四個自由度；以銷上的環(huán)面臺階靠在 ?19.1mm 孔的端面上，限制一個自由度；以叉口靠在半圓形定位銷上，限制一個自由度,實現(xiàn)完全定位。[16] 為了提高生產(chǎn)率，在能保證加工精度的情況下，夾具要設計的盡量便于操作，以減少輔助工時，降低生產(chǎn)成本。在這個原則下，對夾具的加緊機構作了詳細分析，要加緊工件，還要受力均勻，防止工件受迫變形。最后定出方案，22在工件的 ?50mm 的鑄造工藝孔處設計加緊螺栓，用 U 型壓板和加緊螺母壓緊工件，經(jīng)過分析認為這個方案操作簡單，可行性很高。如圖.4 所示。 圖.4 工序Ⅶ工件定位加緊示意圖4.3、切削力及加緊力的計算 在這一步工序中，所需要最大切削的工步是鉆孔 ?10.4mm ，我們只對這一工步進行計算即可。 刀具：錐柄長麻花鉆一把 ，?10.4mm 進給量：f =0.08 mm/ r 工件硬度：250HBS 由文獻[6]表 3-71 可知，鉆削加工時的切削力計算公式為： ????=420??1.2??0.75????其中 ????=(????190)0.6帶入以上數(shù)據(jù)： ????=420??(10.4)1.20.080.75×????=(250190)0.6=1233.96??雖然在該步工序中零件是豎直放置的，加工時鉆頭也是垂直工作，但是由于工件受定位、加緊的影響，所以在其他兩個方向上也有分力。根據(jù)有關資料可知，分力系數(shù)為 a=0.6~0.8，由于工件加緊是垂直夾具體立墻的方向，所以只需求出垂直于立墻的分力 ，該力即為所需加緊力 P 要克服的力： ????23????=???????=0.8×1233.96=987.2??由加緊機構產(chǎn)生的實際加緊力應滿足下式： ??=???????安全系數(shù) ??=??1??2??3??4式中 K 1 ——基本安全系數(shù) 1.5；K 2 ——加工性質(zhì)系數(shù) 1.1；K 3 ——刀具鈍化系數(shù) 1.2；K 4 ——斷續(xù)切削系數(shù) 1.0；所以 ??=???????=1.5×1.1×1.2×1.0×987.2=1970.9??由文獻[7]表 2-17 可知，加緊方式采用的是螺旋加緊機構加緊，由表中數(shù)據(jù)可知，規(guī)格為 M20 的螺母，扳手手柄長為 240mm，施加的作用力為 100N 時，產(chǎn)生的壓緊力為 W=11400N。 由比例關系可知，在使用這個夾具時，扳手手柄長為 240mm,施加的作用力為 50N 時，產(chǎn)生的壓緊力為 W=5700N。 所以由以上計算數(shù)據(jù)可以看出，工人操作時扳動加緊扳手時比較方便，容易操作，夾緊力滿足要求。 4.4、定位誤差分析 1). 定位元件尺寸及公差的確定在這一步工序中，定位元件為長銷和半圓形短平銷： 19φ.1 mm 孔的尺寸公差為 Js9，即 ，定位銷的與其?19.1+0.026?0.026????配合，尺寸及公差為 叉口內(nèi)圓的尺寸為 ，扁平半?19.075+0.020?0.041???? ?96+0.2?0.2????圓銷的尺寸為 。?95.8+0.120?0.155????2). 采用以上的兩個定位元件，能保證叉口相對于 19.1mm 孔在 X、Y 方向上的圓跳動保證在 0.5mm。 由于這一步工序在精銑叉口側面之前，所以零件圖紙上要求的螺紋孔和叉口側面的尺寸保證在 46.4±0.25mm，在這一步還要多一個精銑側面的加工余量，為 0.2mm，這樣就是 46.6±0.25mm。在夾具設計時，因為把支承半圓形叉口側面的臺階面設計成不可調(diào)的，所以就只有提高夾具的加工精度來保證上面所說24的尺寸要求。具體的尺寸是長銷的端面到半圓形叉口側面的支承臺階的高度差為 62.85±0.1mm，可以滿足要求。對于這一步的改進，應該把叉口側面的不可調(diào)支撐改為調(diào)節(jié)支撐螺柱支承，這樣就可以通過現(xiàn)場調(diào)試來保證長銷的端面到叉口側面的支承臺階的高度差，又降低了夾具的設計加工成本，一舉兩得。 4.5、加緊元件的強度校核 這一步工序，工件是豎直放置的，在鉆削加工時所受的鉆削力也是豎直向下的。 圖.5 夾具結構示意圖從圖 5 我們可以看出，鉆套下面的定位銷受力最大，所以對其進行強度校核。 定位銷所承受的最大的鉆削力為 ????=1233.96??由前面的計算可知，安全系數(shù)為 K=1.9825定位銷所受的擠壓應力為： ??擠 =????????????=1223.96×1.9819.1×34 =3.76??????定位銷的材料為 T8A，熱處理 HRC55~60，屈服強度為 σS=500Mpa ，取安全系數(shù)為 n=1.9，則許用擠壓應力為： [??]=????1.9=263.2??????所以 σ []σ 故定位銷可安全工作擠許用剪切應力[??]=0.6[??]=157.9??????實際剪切應力： ??= ???????2???×??24=1233.96?1.982???×19.124=4.3??????τ [τ] 故定位銷可安全工作 4.6、夾具設計及操作的簡要說明 根據(jù)前面提出的定位方案，經(jīng)過比較分析，設計了圖.5 所示的夾具方案。因為零件的生產(chǎn)量不算是太大，并且零件尺寸和重量不太大，所以從經(jīng)濟方面考慮采用手動加緊方式比較合適。采用 U 型壓板和壓緊螺母壓緊，通過計算可知，工人操作時扳動加緊扳手時比較方便，容易操作。 在這一步工序中，由于是在 34mm 長度的表面上加工兩個 M12 的螺紋孔，而兩個螺紋孔的間距很小，為 13.5mm，采用的是普通機床，并且如果同時進行兩個孔的加工，機床滿足不了要求，切削力為原來單孔加工的兩倍，增加了夾具的制造難度。為了解決這個問題，在夾具的設計時采取了如下措施： 1). 由于在零件上加工的螺紋孔是通孔，所以要在定位銷對應的位置上要設計沉孔，工件上要加工 2 個螺紋孔，而這兩個螺紋孔的間隔為 13.5mm，兩個螺紋孔的規(guī)格為 M12，要是在一個定位銷上加工出這么兩個沉孔，勢必會影響到定位銷的強度?？梢栽O計為兩個定位銷，每個定位銷上各加工一個孔對應的沉孔。在加工時，一批次的零件上的一個螺紋孔加工完了以后，再換另一個定位銷，對這批次零件的另一個孔進行加工。 2). 根據(jù)上面同樣的原因，對于鉆模板來說，要在這么小的間隔上安裝兩個26鉆套，不太容易。我們可以把鉆模板設計成為偏心式的，鉆套偏離鉆模板中心6.75mm 安裝，這樣在同一批次的零件上的一個孔加工完了以后，拔掉鉆模板上的圓柱銷，把鉆模板旋轉 180 度安裝，這樣鉆模板上的鉆套就鉆過了 180 度，轉過的距離正好是 13.5mm，正對應著零件上的另一個孔。 在加工時，在夾具體上先安裝其中的一個定位銷，把上面的沉孔對準鉆套上的孔，對準以后，通過定位銷后面的螺母將定位銷固定鎖死。待這一批次零件上的一個孔加工完了以后，將定位銷卸掉，換上另一個定位銷，把鉆模板旋轉 180 度，將定位銷上的沉孔與鉆套上的孔對準以后，用螺釘將其緊固。再將這批次的零件反過來加工另一個孔，這樣可以提高生產(chǎn)效率。 這是本夾具的特別之處，不過本夾具還有一些不足。就是夾具的長銷的端面和支撐叉口側面的半圓銷的臺階面都是不可調(diào)的，這樣就需要在制造夾具時，這兩個面要有很高的位置精度要求，是以提高夾具的成本為代價來換取同一批次零件上加工的螺紋孔的一致性。 經(jīng)過分析后，想出了如下的改進方案：去掉半圓銷，用兩個可調(diào)節(jié)的支承螺釘來代替。將兩個支承螺釘?shù)闹С胁课桓某膳_階式的，細的圓柱側面用來卡住叉口，臺階面來支承叉口的側面，通過調(diào)節(jié)支承螺釘來調(diào)節(jié)臺階面支承叉口側面的高度。采用這種方案，夾具的設計將更加簡化，螺紋孔的加工一致性更容易保證。[參考文獻][1]張玉琴.生產(chǎn)實習指南[M]. 西安：陜西人民教育出版社， 1992.8[2]李言.機械制造技術基礎[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011.5[3]李益民. 機械制造工藝設備簡明手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版 社.1994[4]吳拓.方瓊珊.機械制造工藝與機床夾具課程設計指導[M].北京：機械工業(yè)出版社，