機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)“撥叉（CA6140）831002”的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)（含全套圖紙+工藝卡）

1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目 “撥叉（ca6140）831002”的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)cad圖紙+工藝卡，聯(lián)系qq153893706班 級(jí)： 機(jī)電一體化（2班） 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 臺(tái)州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院摘 要本次設(shè)計(jì)是車床變速箱中拔叉零件的加工工藝規(guī)程及一些工序的專用夾具設(shè)計(jì)。此拔叉零件的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其加工的地方主要是孔和平面。本設(shè)計(jì)先加工孔后加工面。將孔與平面的加工明確劃分成粗加工和精加工階段以保證它們的加工精度。基準(zhǔn)選擇以拔叉右面的最大的平面作為粗基準(zhǔn)，來加工中間的通孔，然后以此加工過的孔作為精基準(zhǔn)。主要加工工序安排是先以中心孔定位加工出頂平面和右側(cè)平面以及下面的大孔的

2、兩平面，再以中心孔定位加工出下端的大孔。加工時(shí)是用鏜床鏜孔。最后以這兩個(gè)孔為基準(zhǔn)，分別加工右側(cè)的槽和頂面的螺紋底孔。整個(gè)加工過程選用了鉆床、銑床和鏜床。工件在機(jī)床上定位夾緊選用專用夾具，夾緊方式為手動(dòng)夾緊，夾緊可靠，操作方便。因此生產(chǎn)效率較高，適用于大批量、流水線上加工。能夠滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞 加工工藝，定位，夾緊，專用夾具目錄1、零件的分析 1.1零件的作用 1.2零件的工藝分析2、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 2.1選擇定位基準(zhǔn) 2.2制定工藝路線 2.3選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備 2.4機(jī)械加工余量，工藝尺寸及公差的確定 3、專用夾具的設(shè)計(jì) 3.1鏜孔夾具設(shè)計(jì) 3.1.1問題的提出 3.1.2夾具的設(shè)計(jì)

3、 3.2銑槽夾具設(shè)計(jì) 3.2.1問題的提出 3.2.2夾具的設(shè)計(jì) 3.3鉆孔夾具設(shè)計(jì) 3.3.1問題的提出 3.3.2夾具的設(shè)計(jì)4、總結(jié)5、主要參考文獻(xiàn) 1、零件的分析 1.1零件的作用題目所給的零件是ca6140車床的撥叉。它位于車床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。1.2零件的工藝分析零件的材料為ht200，灰鑄鐵屬于脆性材料，故不能鍛造和沖壓。但灰鑄鐵的鑄造性能和切削加工性能優(yōu)良。以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：(1) 中心圓孔。(2) 的螺紋孔垂直于中心孔，其中心與右面的距離為。(3) 鍵槽與中心孔有0.08的垂

4、直度，深為。(4) 半孔與中心孔有的位置關(guān)系，其寬為與中心孔有0.1的垂直度。由上面分析可知，可以先加工撥叉中心孔，然后以此作為基準(zhǔn)采用專用夾具進(jìn)行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復(fù)雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術(shù)要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。 2、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)2.1選擇定位基準(zhǔn)粗基準(zhǔn)的選擇以零件的下端孔為主要的定位粗基準(zhǔn)，以較大面a面為輔助粗基準(zhǔn)。精基準(zhǔn)的選擇考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，以加工后的通孔為主要的定位精基準(zhǔn)，以下端孔為輔助的定位精基準(zhǔn)。2.2制定工藝路線根據(jù)零件

5、的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用各種機(jī)床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：表2.1工藝路線方案一工序號(hào)工序內(nèi)容工序一鉆、擴(kuò)、鉸25h7的通孔工序二粗銑a、b面，使粗糙度達(dá)到6.3，a面到25h7的孔中心距為，b面到25h7的中心距為36工序三粗銑、半精銑16h11的槽工序四粗銑下端圓孔的兩側(cè)面，使兩面之間的距離為12d11工序五粗鏜下端圓孔的內(nèi)孔到59半精鏜此孔到60h12工序六銑開下端圓孔工序七鉆20.50的孔，

6、垂直于25h7的通孔工序八攻m221.5的螺紋工序九鉗工打毛刺工序十檢驗(yàn)表2.2工藝路線方案二工序號(hào)工序內(nèi)容工序一粗銑25h7的兩側(cè)面，使兩面間距為80 工序二粗銑平下端孔側(cè)面的工藝凸臺(tái)工序三鉆25h7的通孔工序四擴(kuò)25h7的通孔工序五鉸25h7的通孔工序六粗銑a、b面，使粗糙度達(dá)到6.3，a面到25h7的孔中心距為，b面到25h7的中心距為36工序七粗銑60h12孔的兩面，使兩面的間距為14工序八精銑60h12孔的兩面，使兩面的間距為12d11，粗糙度3.2工序九粗鏜下端孔工序十半精鏜下端孔到60h12，粗糙度達(dá)到3.2工序十一粗銑16h11的槽續(xù)表2.2工序十二半精銑16h11的槽工序十三

7、鉆20.50的孔，垂直于25h7的通孔工序十四攻的螺紋工序十五銑開60h12的孔工序十六鉗工打毛刺工序十七檢驗(yàn)工藝立方案的比較與分析：上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案二是加工工序分散，適合流水線生產(chǎn)，縮短裝換刀具的時(shí)間。加工完前次的又可成為下次加工的基準(zhǔn)，這樣使工序非常清晰易提高加工精度，是對(duì)大批量生產(chǎn)是很合適的。方案一把工件加工工序分得很紊亂并且很集中，基準(zhǔn)得不到保證，加工出來的精度低，不符合現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求。兩種方案的裝夾比較多，但是考慮到加工零件的方便性，及加工精度，且還是大批生產(chǎn)，所以采用方案二比較合適。2.3選擇加工設(shè)備和工藝設(shè)備機(jī)床的選擇 工序1、7、8、11、12、15采用x60

8、22型臥式銑床 工序2、6采用x5028立式銑床工序3、4、5、13、14 采用z535立式鉆床 工序9、10采用t618臥式鏜床選擇夾具該撥叉的生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批生產(chǎn)，所以采用專用夾具。選擇刀具在銑床上加工的各工序，采用硬質(zhì)合金銑刀即可保證加工質(zhì)量。在鉸孔，由于精度不高，可采用硬質(zhì)合金鉸刀。選擇量具加工的孔均采用極限量規(guī)。其他對(duì)垂直度誤差采用千分表進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)角度尺寸利用專用夾具保證，其他尺寸采用通用量具即可。2.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及公差的確定根據(jù)前面資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個(gè)加工工序的加工余量如下：表2.3各加工工序的加工余量及達(dá)到的尺寸、經(jīng)濟(jì)度、粗糙度工序

9、號(hào)工序內(nèi)容加工余量經(jīng)濟(jì)精度工序尺寸表面粗糙度工序余量最小最大1粗銑25h7的兩側(cè)面3it11806.3-0.10.12粗銑平下端孔側(cè)面的工藝凸臺(tái)3it1106.3-0.10.13鉆25h7通孔it126.3-114擴(kuò)25h7通孔2.0it123.2-0.050.055鉸25h7通孔0.2it81.6-0.0060.0066粗銑a、b面粗銑a面3it12(距中心孔)6.3-0.10.1粗銑b面36(距中心孔)7粗銑60h12孔的兩面2it116.3-0.10.18精銑60h12孔的兩面1it93.2-0.050.059粗鏜下端孔2.5it136.3-0.20.210半精鏜下端孔0.5it113.

10、2-0.020.02續(xù)表2.311粗銑16h11的槽it116.3-0.10.112半精銑16h11的槽1it103.2-0.020.0213鉆20.50的孔it136.3-1114攻的螺紋15銑開60h12的孔4it136.3-0.050.05 3、專用夾具的設(shè)計(jì)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在加工此拔叉零件時(shí)，需要設(shè)計(jì)專用夾具。根據(jù)任務(wù)要求中的設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要設(shè)計(jì)鏜孔夾具、銑槽夾具及鉆頂面螺紋底孔夾具各一套。3.1鏜孔夾具設(shè)計(jì)3.1.1問題的提出本夾具是用來鏜此拔叉下端60h12的孔,零件圖中此孔與25h7的孔中心距有公差要求。此工序?yàn)榇昼M、半精鏜加工,因此本工序加工時(shí)要考

11、慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,重點(diǎn)是保證加工精度的問題.3.1.2夾具的設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)的選擇因?yàn)?5h7的孔與此孔有公差要求,所以應(yīng)以這個(gè)長(zhǎng)通孔為主要定位基準(zhǔn)。由于鑄件的公差要求較大,利用60h12的孔的左側(cè)面作為輔助定位基準(zhǔn)。在小孔處采用移動(dòng)壓板對(duì)零件進(jìn)行夾緊。在60h12的孔旁邊有筋板的緣故，有足夠的強(qiáng)度，可以進(jìn)行直接的鏜削，能保證加工精度。定位元件及夾緊元件的選擇據(jù)上面所述，查參考文獻(xiàn)1，選用固定式定位銷（長(zhǎng)銷）穿過25h7的孔。由于此孔兩側(cè)面沒加工，故用定位塊進(jìn)行支承。這樣一銷一面就限制了五個(gè)自由度，最后在待加工孔下面加上一個(gè)支承釘再限制最后一個(gè)自由度，即一面兩銷定位。這樣就可以完

12、全定位了。圖3.1 固定式定位銷（gb2203-80）夾緊元件選用壓板，由于壓板種類很多，當(dāng)選用轉(zhuǎn)動(dòng)壓板時(shí)，其行程不夠，選用u型壓板又不合適，故在充分比較分析的情況下，選用移動(dòng)壓板，其夾緊可靠、操作方便，在很多地方都有用到。圖3.2 移動(dòng)壓板（gb2175-80）切削力及夾緊力計(jì)算鏜刀材料：（機(jī)夾單刃硬質(zhì)合金鏜刀），機(jī)床為：t68由參考文獻(xiàn)3，表1-12選擇刀具的幾何參數(shù)為： 1）粗鏜：由參考文獻(xiàn)12，查表可得：圓周切削分力公式： 查表得： 取 由表可得參數(shù)： 同理：徑向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： 軸向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對(duì)夾緊

13、最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計(jì)算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實(shí)際所需夾緊力的數(shù)值。即：安全系數(shù)k可按下式計(jì)算， 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻(xiàn)12表可得： 所以，有： 2）半精鏜：同理，圓周切削分力公式：因?yàn)椋?，則 所以，有： 當(dāng)夾緊力方向與切削力方向一致時(shí)，僅需要較小的夾緊力來防止工件在加工過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。故該夾具采用移動(dòng)壓板夾緊機(jī)構(gòu)，為了方便操作，通過手動(dòng)擰緊螺母將壓板壓緊工件。由于夾緊力方向與切削力方向在水平上有一段距離，使工件在夾緊的地方產(chǎn)生了彎矩，如圖：圖3.3 彎矩示意圖既是加上轉(zhuǎn)矩m，所以319.65n 誤差分析與計(jì)算該夾具以一長(zhǎng)銷和

14、一支承釘定位，要求保證孔中心與小通孔中心距的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的工序公差。由參考文獻(xiàn)12可知孔銷間隙配合的定位誤差為：夾具體設(shè)計(jì)夾具體的設(shè)計(jì)參考鏜孔夾具體零件圖。3.2銑槽夾具設(shè)計(jì)3.2.1問題的提出本夾具主要用來粗、精銑此撥叉的槽。粗、精銑槽時(shí)，槽寬有尺寸要求，其深度要求為，槽的左右兩側(cè)面粗糙度要求ra3.2,底面粗糙度要求ra6.3。本道工序僅是對(duì)槽進(jìn)行粗、精銑削加工。同樣在本道工序加工時(shí)，還是應(yīng)考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)應(yīng)保證加工尺寸精度和表面質(zhì)量。3.2.2夾具的設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)的選擇在進(jìn)行銑槽加工工序時(shí)，由于和的孔已經(jīng)

15、加工。因此工件選擇的孔一面與兩孔作為定位基準(zhǔn)。由一個(gè)長(zhǎng)銷穿在的孔加上此孔的一面就限制了五個(gè)自由度，再在的孔中間加上個(gè)削邊銷，就把自由度限制完了。即是一面兩孔定位。定位元件及夾緊元件的選擇此過程定位元件主要是長(zhǎng)圓柱銷和削邊銷，所以對(duì)他們進(jìn)行選取。查參考文獻(xiàn)1，選用的元件如下圖：圖3.4 長(zhǎng)圓柱銷（gb2203-80 a型）圖3.5 削邊銷（gb2203-80 b型）夾緊元件選用壓板，考慮到工件裝夾的方便，此選用轉(zhuǎn)動(dòng)壓板圖3.6 轉(zhuǎn)動(dòng)壓板（gb2176-80）銑削力與夾緊力計(jì)算根據(jù)參考文獻(xiàn)1，表2.497可查得：銑削力計(jì)算公式為圓周分力 查表可得： 代入得 =查表可得銑削水平分力、垂直分力、軸向分

16、力與圓周分力的比值為： 查參考文獻(xiàn)1，表5.1-4可知，所需的夾緊力為：式中： l=62.53mm f=1.22 l=34mm 定位誤差分析圖3.7 轉(zhuǎn)角定位誤差示意圖由圖可知這時(shí)的一面兩銷定位的轉(zhuǎn)角定位誤差為：定向鍵與對(duì)刀裝置設(shè)計(jì)定向鍵安裝在夾具體底面的槽中，一般使用兩個(gè)。其距離應(yīng)盡可能布置得遠(yuǎn)些。通過定向鍵與銑床工作臺(tái)t形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對(duì)于工作臺(tái)的送進(jìn)方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負(fù)荷，加強(qiáng)夾具在加工中的穩(wěn)固性。根據(jù)參考文獻(xiàn)1選用定向鍵為 圖3.8 定向鍵(gb220780)及其與機(jī)床連接示意圖對(duì)刀裝置由對(duì)刀塊和塞尺組成，

17、用來確定刀具與夾具的相對(duì)位置。由于本工序是完成此撥叉的槽粗、精銑加工，所以選用直角對(duì)刀塊。根據(jù)參考文獻(xiàn)5選用直角對(duì)刀塊，其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示： 圖3.9 直角對(duì)刀塊(gb224180 a型)塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖3.10 平塞尺(gb2244-80)夾具體的設(shè)計(jì)夾具體的設(shè)計(jì)參考銑槽夾具體零件圖。3.3鉆孔夾具設(shè)計(jì)3.3.1問題的提出本夾具主要用來鉆拔叉頂部螺紋孔的底孔。這個(gè)孔距右平面有尺寸精度要求為，與中心孔垂直。因?yàn)槲恢镁纫蟛桓?，也無需表面粗糙度要求，故再本道工序加工時(shí)主要應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。3.3.2夾具的設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)的選擇此零件放在z535立式鉆床上

18、加工，刀具為20.50直柄短麻花鉆。由零件分析，選擇用中心孔的長(zhǎng)銷加上這個(gè)孔的一面定位，就可以限制5個(gè)自由度，在由下面的大孔加個(gè)削邊銷就可以實(shí)現(xiàn)完全定位。定位元件與夾緊元件的選擇查參考文獻(xiàn)1，表5.2-6，選用固定式定位銷圖3.11 固定式定位銷（gb2203-80）圖3.12 削邊銷（gb2203-80 b型）壓板還是選用操作方便的轉(zhuǎn)動(dòng)壓板圖3.13 轉(zhuǎn)動(dòng)壓板（gb2176-80）切削力與夾緊力的計(jì)算由于本道工序完成螺紋底孔的鉆削，因此切削力為鉆削力。由參考文獻(xiàn)1，表2.4-69得：軸向力f： 扭矩m： 式中： 如圖：圖3.14 扭矩圖夾緊力的方向在軸線上，與m產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩同軸，所以?shī)A緊力f不

19、需要太大，只要工件相對(duì)與夾具體沒有移動(dòng)就可以了。鉆套、襯套、鉆模板及夾具體設(shè)計(jì)螺紋底孔的加工只需鉆削加工就能滿足加工要求?？紤]到鉆套可能出現(xiàn)的磨損，故查參考文獻(xiàn)1，表5.2-13選用可換鉆套（gb2264-80其結(jié)構(gòu)如下圖所示），當(dāng)磨損就可更換。與其裝配的是鉆套用襯套（gb2263-80查表5.2-14），起固定的是鉆套螺釘（gb2268-80查表5.2-16）。圖3.15 可換鉆套表3.1 可換鉆套ddhhcr基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差20.5+0.041+0.02030+0.021+0.008464225125.518132.529.5圖3.16 鉆套用襯套表3.2 鉆套用襯套ddh

20、c基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差30+0.041+0.02042+0.033+0.0172513圖3.17 鉆套螺釘表3.3 鉆套螺釘dl1d1dd2ll0nt基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差m85.5+0.20+0.0512-0.05-0.162062211.522.5鉆模板選用伸出式鉆模板，用螺釘將其連接在夾具體上。安裝前先調(diào)整好位置然后用銷定位，后用螺釘將其擰緊在夾具體上。鉆模板參見鉆孔裝配圖。夾具精度分析利用夾具在機(jī)床上加工時(shí)，機(jī)床、夾具、工件、刀具等形成一個(gè)封閉的加工系統(tǒng)。它們之間相互聯(lián)系，最后形成工件和刀具之間的正確位置關(guān)系。因此在夾具設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)方案確定后，應(yīng)對(duì)所設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行精度分析和誤差計(jì)算。由工序可知，本道工序只需鉆螺紋底孔，所以孔的精度無需考慮，只保證它垂直與中心孔就可以了。由于是立鉆，又是一面兩銷定位，在垂直方向可能存在偏轉(zhuǎn)（參見鉆孔裝配圖）。其計(jì)算同前面的計(jì)算相同。轉(zhuǎn)角定位誤差為既是（由下的圖可知）：圖3.18 轉(zhuǎn)角誤差分析圖除了上面的誤差