摩托车发动机拨叉零件机械加工工艺规程及专用夹具设计【CAD高清图纸和文档打包】
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分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院课程设计说明书 摩托车发动机拨叉加工工艺及夹具设计 所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要摩托车发动机拨叉零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说,保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此,本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。粗基准选择顶面和两个输出轴孔为粗基准,以底面与两个定位销作为精基准。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量;然后进行专用夹具的设计,选择设计出夹具的各个组成部件,如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件;计算出夹具定位时产生的定位误差,分析夹具结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:摩托车发动机拨叉工艺,工序,切削用量,夹紧,定位,误差目 录摘 要II目 录III1、 生产纲领52、摩托车发动机拨叉零件分析52.1 摩托车发动机拨叉零件加工部位汇总62.2 摩托车发动机拨叉零件重要部位加工方案62.3 摩托车发动机拨叉零件基准62.4 摩托车发动机拨叉零件各部位加工余量73、摩托车发动机拨叉毛坯图设计83.1 摩托车发动机拨叉毛坯形式83.2 摩托车发动机拨叉毛坯图84、摩托车发动机拨叉零件加工路线方案一95、摩托车发动机拨叉零件加工路线方案二106、摩托车发动机拨叉零件加工工艺过程卡片设计106.1 摩托车发动机拨叉零件加工设备汇总116.2 摩托车发动机拨叉零件加工刀具和量具汇总116.3 摩托车发动机拨叉零件加工工艺过程卡片127、摩托车发动机拨叉零件零件加工工序卡片设计137.1 摩托车发动机拨叉零件加工各工序切削用量及基本工时137.2 摩托车发动机拨叉零件加工工序尺寸计算197.3 摩托车发动机拨叉零件加工各工序定位方式227.4摩托车发动机拨叉零件加工工序卡片258、摩托车发动机拨叉零件10孔部位钻床夹具设计278.1 摩托车发动机拨叉零件10孔部位加工定位方式278.2 摩托车发动机拨叉零件10孔部位加工夹紧方式278.3 摩托车发动机拨叉零件10孔部位加工误差计算308.4 钻套、衬套、钻模板设计与选用328.5确定夹具体结构尺寸和总体结构358.6夹具设计及操作的简要说明36总 结37参 考 文 献39致 谢401、 生产纲领1、任务零件图样,每台产品中含该零件的数量为 1 件,零件复杂程度中等。2、产品的生产纲领 9 万台/年, 零件备品率为 3 ,废品率为 0.5 。3、毛坯为外协件,生产条件根据需要确定。4、由机加铣间一班负责生产。 该零件材料为HT200,考虑到零件在工作时要有高的耐磨性,所以选择铸造铸铁材料。依据设计要求Q=90000件/年,n=1件/台;结合生产实际,备品率和 废品率分别取3%和0.5%代入公式得该工件的生产纲领: N=1XQn(1+)(1+)=93163.5件/年2、摩托车发动机拨叉零件分析题目给的零件是摩托车发动机拨叉零件,主要作用是对摩托车发动机进行换挡作用。零件的实际形状如下图所示,从零件图上看,该零件是典型的零件,结构比较简单。由零件图可知,其材料为HT200,具有较高强度,耐磨性,耐热性及减振性,适用于承受较大应力和要求耐磨零件。题目所给的零件是摩托车发动机拨叉。它位于铣床变速机构中,主要起换档,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20孔与操纵机构相连,二下方的50半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体,加工时分开。2.1 摩托车发动机拨叉零件加工部位汇总零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能优良,但塑性较差、脆性高,不适合磨削,为此以下是摩托车发动机拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求:1、小头孔20以及与此孔相通的M8螺纹孔2、大头半圆孔503、摩托车发动机拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面,大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm,小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。由上面分析可知,可以粗加工摩托车发动机拨叉下端面,然后以此作为基准采用专用夹具进行加工,并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度,并且此摩托车发动机拨叉零件没有复杂的加工曲面,所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。2.2 摩托车发动机拨叉零件重要部位加工方案摩托车发动机拨叉加工表面,他们之间有一定的位置要求。现分述如下: 工序1 粗铣32、72下端面,以T2为粗基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序2 粗铣32,72上端面,以T1,T4为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序3 精铣32下端面,以T2为基准。精铣72端面,以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序4 钻、扩20孔,以32外圆和T2为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;工序5;粗铰、精铰20孔,以T2和32外圆为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;工序6精铣20上端面,以T1为基准,精铣50端面,以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序7:粗,精镗50孔,以20孔轴线为基准;工序8:钻7通孔,钻M6孔;工序9:用三面刃铣刀铣斜槽面;工序10 铣断,以D1为基准,采用X60卧式铣床加专用夹具;工序11 去毛刺;工序12 终检。2.3 摩托车发动机拨叉零件基准基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一,基面选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。否则,不但使加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。粗基准的选择,对像从摩托车发动机拨叉这样的零件来说,选好粗基准是至关重要的。对本零件来说,如果外圆的端面做基准,则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称,按照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时,应以这些不加工表面做粗基准,若零件有若干个不加工表面时,则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表面做为粗基准)。粗基准选择32mm外圆。对于精基准而言,主要应该考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不在重复。选择2-20mm孔和底面作为定位精基准比较关键。2.4 摩托车发动机拨叉零件各部位加工余量 工序加工尺寸及公差锻件毛坯(,上下端面距离,零件尺寸34mm)扩20孔粗,精铰20孔加工前尺寸34mm18mm19.8mm加工后尺寸30mm19.7mm19.94mm加工余量(单边)2.0mm0.85mm0.07mm加工公差(单边)+0.021/0+0.021/03、摩托车发动机拨叉毛坯图设计3.1 摩托车发动机拨叉毛坯形式零件材料为HT200,铸件的特点是液态成形,其主要优点是适应性强,在无毛坯图的情况下,需实际了解毛坯的形状、尺寸及机械性能等。不同的选材会影响到零件的使用,不同的选材会让零件的使用寿命和其的生产成本变的大大的不同,所以零件的选材尤其重要。我可以型材来决定零件的选材,这从提高生产效率,保证加工精度,减少生产成本上考虑,也是应该的。3.2 摩托车发动机拨叉毛坯图4、摩托车发动机拨叉零件加工路线方案一制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,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。工序1 粗铣32、72下端面,以T2为粗基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序2 粗铣32,72上端面,以T1,T4为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序3 精铣32下端面,以T2为基准。精铣72端面,以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序4 钻、扩20孔,以32外圆和T2为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;工序5;粗铰、精铰20孔,以T2和32外圆为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;工序6精铣20上端面,以T1为基准,精铣50端面,以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序7:粗,精镗50孔,以20孔轴线为基准;工序8:钻6.8通孔,钻M8孔;工序9:铣断,以D1为基准,采用X60卧式铣床加专用夹具;工序10 去毛刺;工序11 终检。5、摩托车发动机拨叉零件加工路线方案二工序号工序名称工序内容01铸造铸造毛坯02铣削粗、精铣20 mm、50 mm的下表面,保证其粗糙度为3.2 um03铣削以20 mm的下表面为精基准,粗、精铣20 mm、50 mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2 um,20 mm的上、下表面尺寸为30mm,50 mm的上、下表面尺寸为12mm04钻孔以20 mm 的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰2 0 mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6 um,垂直度误差不超过0.05 mm05镗孔以20 mm 的下表面为精基准,粗、半精镗50 mm的孔,保证其内表面粗糙度为3.2 um06铣削铣断07铣削铣削15凸台端面08钻孔以20 mm的孔为精基准,钻6.8 mm的孔,攻M8的螺纹09检查检查6、摩托车发动机拨叉零件加工工艺过程卡片设计上述两个方案的特点在于:方案一的定位和装夹等都比较方便,但是要更换多台设备,加工过程比较繁琐,而且在加工过程中位置精度不易保证。方案二减少了装夹次数,但是要及时更换刀具因此综合两个工艺方案,取优弃劣,具体工艺过程如下:工序号工序名称工序内容01铸造铸造毛坯02铣削粗、精铣20 mm、50 mm的下表面,保证其粗糙度为3.2 um03铣削以20 mm的下表面为精基准,粗、精铣20 mm、50 mm的孔的上表面,保证其粗糙度为3.2 um,20 mm的上、下表面尺寸为30mm,50 mm的上、下表面尺寸为12mm04钻孔以20 mm 的下表面为精基准,钻、扩、铰、精铰2 0 mm的孔,保证其内表面粗糙度为1.6 um,垂直度误差不超过0.05 mm05镗孔以20 mm 的下表面为精基准,粗、半精镗50 mm的孔,保证其内表面粗糙度为3.2 um06铣削铣断07铣削铣削15凸台端面08钻孔以20 mm的孔为精基准,钻6.8 mm的孔,攻M8的螺纹09检查检查6.1 摩托车发动机拨叉零件加工设备汇总工序 粗铣32、72下端面,以T2为粗基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序 粗铣32,72上端面,以T1,T4为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序 精铣32下端面,以T2为基准。精铣72端面,以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序 钻、扩20孔,以32外圆和T2为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;工序;粗铰、精铰20孔,以T2和32外圆为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;工序精铣20上端面,以T1为基准,精铣50端面,以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;工序 粗,精镗50孔,以20孔轴线为基准;工序:钻6.8通孔,钻M8孔;工序:铣断,以D1为基准,采用X51铣床加专用夹具;6.2 摩托车发动机拨叉零件加工刀具和量具汇总1.选择刀具.在铣床上加工的工序,一般选用硬质合金铣刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金铣刀,它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位铣刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.钻孔时选用高速钢麻花钻,参考机械加工工艺手册(主编 孟少农),第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。.磨具的选用:磨具通常又称为砂轮。是磨削加工所使用的“刀具”。磨具的性能主要取决于磨具的磨料、结合剂、粒度、硬度、组织以及砂轮的形状和尺寸。参考简明机械加工工艺手册(主编 徐圣群) 表12-47,选择双斜边二号砂轮。2. 选择量具本零件属于成批量生产,一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种:一是按计量器具的不确定度选择;二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。6.3 摩托车发动机拨叉零件加工工艺过程卡片摩托车发动机拨叉零件加工工艺过程卡片内容详见附页。7、摩托发动机拨叉零件零件加工工序卡片设计7.1 摩托车发动机拨叉零件加工各工序切削用量及基本工时切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先是确定切削深度、进给量,再确定切削速度。现根据切削用量简明手册(第三版,艾兴、肖诗纲编,1993年机械工业出版社出版)确定本零件各工序的切削用量所选用的表格均加以*号,与机械制造设计工工艺简明手册的表区别。工序1 粗铣32、72下端面,以T2为粗基准1. 加工条件工件材料:HT200,b =170240MPa,铸造;工件尺寸:aemax=72mm,l=176mm;加工要求:粗铣20孔下端面,加工余量4mm;机床:X51立式铣床;刀具:YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册(后简称简明手册)表3.1,取刀具直径d0=120mm。根据切削用量手册(后简称切削手册)表3.16,选择刀具前角00后角08,副后角0=10,刃倾角s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。2. 切削用量1)确定切削深度ap 因为余量较小,故选择ap=4mm,一次走刀即可完成。2)确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,从而可采用不对称端铣,以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表3.5,使用YG6硬质合金端铣刀加工,机床功率为4.5kw(据简明手册表4.2-35,X51立式铣床)时: fz=0.090.18mm/z故选择:fz=0.18mm/z。3)确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm;由于铣刀直径d0=120mm,故刀具使用寿命T=180min(据简明手册表3.8)。4)计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表3.16,当d0=120mm,Z=12,ap7.5,fz0.18mm/z时,vt=98m/min,nt=200r/min,vft=471mm/min。各修正系数为:kMV= 1.0,kSV= 0.8。切削速度计算公式为:其中 ,将以上数据代入公式:确定机床主轴转速: 。根据简明手册表4.2-36,选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此,实际进给量和每分钟进给量为:vc=m/min=118m/minf zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z5)校验机床功率 根据切削手册表3.24,近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书,主轴允许功率Pcm=4.50.75kw=3.375kwPcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm,nc=300r/min,vf=390mm/s,vc=118m/min,fz=0.1mm/z。6)计算基本工时 tmL/ vf,L=l+ y+,l=176mm.查切削手册表3. 26,入切量及超切量为:y+=40mm,则:tmL/ Vf=(176+40)/390=0.81min。工序2 粗铣32, 72上端面,以T1,T4为定位基准; 粗铣32上端面:切削用量和时间定额及其计算过程同工序1粗铣32上端面:刀具:YG6硬质合金端铣刀,机床:X51立式铣床根据切削手册查的,现采用X51立式铣床,根据简明手册4.2-36查得取,故实际切削速度当时,工作台每分钟进给量应为查说明书,取计算切削工时因此工序3 精铣32下端面,以T2为基准。精铣72端面,以D1为基准,刀具:YG6硬质合金端铣刀;机床:X51立式铣床;查切削手册表3.5,进给量,取为0.5mm/r参考有关手册,确定,采用YG6硬质合金端铣刀,则:现采用X51立式铣床,根据简明手册表4.2-36,取故实际切削速度: 当时,工作台每分钟进给量:,取为980mm/min本工序切削时间为:min工序4 钻、扩20孔,以32外圆和T2为基准,采用Z520立式钻床加专用夹具;1. 选择钻头 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=18mm,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, 2.选择切削用量 (1)确定进给量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=2000N,轴向力修正系数为1.0,故Ff=2000N。根据Z520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。(2)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: (4)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 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:,3、计算工时4、扩孔至19.8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 工序5 粗铰、精铰20孔,以T2和32外圆为基准,(1)粗铰至刀具:专用铰刀机床:Z520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,(2) 精铰至刀具:机床:Z520立式钻床根据有关手册的规定,铰刀的进给量取0.48mm/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工序6 精铣20上端面,以T1为基准,精铣50端面,以D1为基准。精铣20上端面刀具:YG6硬质合金端铣刀;机床:X51立式铣床;查切削手册表3.5,进给量,取为0.5mm/r参考有关手册,确定,采用YG6硬质合金端铣刀,则:现采用X51立式铣床,根据简明手册表4.2-36,取故实际切削速度: 当时,工作台每分钟进给量:,取为980mm/min精铣时基本工时:min 精铣50端面由切削手册表3.6查得:,即27m/min,因此,。现采用X51立式铣床,取 ,工作台每分钟进给量应为:查机床使用说明书,取 。铣削基本工时:工序7:粗,精镗50孔,以20孔轴线为基准;粗镗50孔:机床:T68卧式镗床单边余量由简明手册4.2-20查得取由简明手册4.2-21查得取计算切削工时半精镗50孔:单边余量,可一次切除,则 。由切削手册表1.6查得,进给量取为0.27mm/r。由切削手册表1.1查得,则:查简明手册表4.2-20,取为630r/min。加工基本工时:工序8:钻7通孔,钻M6孔;钻7通孔刀具:专用刀具机床:Z520立式钻床确定进给量:根据切削手册表2.7查得,查Z520机床使用说明书,现取。查切削手册表2.15,计算机床主轴转速:按机床选取,所以实际切削速度为:计算切削基本工时:钻M6孔(1)钻螺纹底孔mm机床:Z520立式钻床刀具:高速钢麻花钻根据切削手册查得,进给量为0.180.22mm/z,现取f=0.22mm/z,v=17m/min,则:查简明手册表4.2-15,取。所以实际切削速度为:计算切削基本工时:(2)攻螺纹M6机床:Z520立式钻床刀具:丝锥M6,P=1mm切削用量选为:,机床主轴转速为:,按机床使用说明书选取:,则 ;机动时,计算切削基本工时:工序9:用三面刃铣刀铣斜槽面;刀具:硬质合金三面刃铣刀机床:X51立式铣床根据简明手册查得:。根据切削手册查得:因此:现采用X51立式铣床,取:,故实际切削速度为:当时,工作台每分钟进给量应为:根据切削手册表4.2-37查得,取:。计算切削基本工时:因此:工序10 铣断,以D1为基准,采用X60卧式铣床加专用夹具;选择锯片铣刀,d=160mm,l=4mm,中齿,Z=40采用X61卧式铣床,查简明手册,选择进给量为:,切削速度为:,则:根据简明手册表4.2-39,取,故实际切削速度为:此时工作台每分钟进给量应为:查简明手册表4.2-40,刚好有。计算切削基本工时:7.2 摩托车发动机拨叉零件加工工序尺寸计算“摩托车发动机拨叉” 零件材料为HT200,查机械加工工艺手册(以后简称工艺手册),表2.2-17 各种铸铁的性能比较,HT200的硬度HB为143269,表2.2-23 HT200的物理性能,HT200密度=7.27.3(),计算零件毛坯的重量约为2。表3-1 机械加工铣间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型(零件重2000kg)中型(零件重1002000kg)轻型(零件重100kg)单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上根据所发的任务书上的数据,该零件的月工序数不低于3050,毛坯重量21202506.04.0顶、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于顶面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。据以上原始资料及加工路线,分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差(20,50端面)。查机械制造工艺设计简明手册(以下称工艺手册)表2.22.5,取20,50端面长度余量均为2(均为双边加工)铣削加工余量为:粗铣 1mm精铣 1mm2. 内孔(50已铸成孔)查工艺手册表2.22.5,取50已铸成孔长度余量为2,即铸成孔半径为46mm。工序尺寸加工余量:钻孔 9mm扩孔 0.120mm粗铰 0.035mm精铰 0.015mm3. 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 加工余量计算表 工序加工尺寸及公差锻件毛坯(,上下端面距离,零件尺寸34mm)扩20孔粗,精铰20孔加工前尺寸34mm18mm19.8mm加工后尺寸30mm19.7mm19.94mm加工余量(单边)2.0mm0.85mm0.07mm加工公差(单边)+0.021/0+0.021/07.3 摩托车发动机拨叉零件加工各工序定位方式 工序图不对,更换该零件对应的。工序30:工序40:工序50:工序60:工序70:工序80:工序90:工序100:工序110:工序120:7.4摩托车发动机拨叉零件加工工序卡片 各工序卡片请见附页。8、摩托车发动机拨叉零件铣断部位铣床夹具设计夹具不对,需要参考另外一份为了提高劳动生产,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。本夹具将用于Z525钻床。成批生产,任务为设计一钻孔10孔。本夹具无严格的技术要求,因此,应主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,精度不是主要考虑的问题。8.1 摩托车发动机拨叉零件10孔部位加工定位方式为了提高加工效率及方便加工,决定材料使用高速钢,用于对进行加工,准备采用手动夹紧。由零件图可知:进行加工前,外圆面进行了粗、精铣加工,进行了粗、精加工。因此,定位、夹紧方案有:方案:选外圆面平面、端面和V型块定位夹紧方式用操作简单,通用性较强的螺旋机构来夹紧。 根据要求,需要限制工件X方向转动自由度、Y方向转动自由度和Z方向转动自由度;根据加工要求,需要限制工件X方向移动自由度和Z方向移动自由度。但考虑到加工时工件定位的稳定性,可以将六个不定度全部限制。 由于外圆表面已经加工,加上V形块起到支撑定位,螺母夹紧加工件。此方案实现了工件的完全定位,无重复定位,方案可取。为了使定位误差达到要求的范围之内,这种定位在结构上简单易操作。8.2 摩托车发动机拨叉零件10孔部位加工夹紧方式钻该孔时选用:钻床Z525,刀具用高速钢刀具。由参考文献5查表可得:切削力公式: 式中 查表得: 其中: 即:实际所需夹紧力:由参考文献5表得: 有:安全系数K可按下式计算有:式中:为各种因素的安全系数,见参考文献5表 可得: 所以 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: 安全系数K可按下式计算: 式中:为各种因素的安全系数,查参考文献5121可知其公式参数: 由此可得: 所以 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。夹紧力的确定夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。(1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上,这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(3)夹紧力大小的估算 理论上确定夹紧力的大小,必须知道加工过程中,工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等,然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上,夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且,切削力的大小在加工过程中是变化的,因此,夹紧力的计算是个很复杂的问题,只能进行粗略的估算。估算的方法:一是找出对夹紧最不利的瞬时状态,估算此状态下所需的夹紧力;二是只考虑主要因素在力系中的影响,略去次要因素在力系中的影响。估算的步骤:a.建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程:FJ理= (FP)。b.实际需要的夹紧力FJ需,应考虑安全系数,FJ需=KFJ理。c.校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件:FJFJ需。夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过,其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下,还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧,才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置,以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下,不发生移动和震动,确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的,正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力,使之变为夹紧力,并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式,利用螺旋杆直接夹紧元件,或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋,实际上相当于把契绕在圆柱体上,因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋,使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点:(1)结构简单;(2)扩力比大;(3)自琐性能好;(4)行程不受限制;(5)夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置,在此套夹具中,中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧,通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转,通过螺栓夹紧移动压板,实现对工件的夹紧。并且移动压板的定心装置是与工件外圆弧面相吻合的移动压板,通过精确的圆弧定位,实现定心。此套移动压板制作简单,便于手动调整。通过松紧螺栓实现压板的前后移动,以达到压紧的目的。压紧的同时,实现工件的定心,使其定位基准的对称中心在规定位置上。查参考文献51226可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算:螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有:式中参数由参考文献5可查得: 螺旋夹紧力:该夹具采用夹紧机构, 由上述计算易得: 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。8.3 摩托车发动机拨叉零件10孔部位加工误差计算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尺寸公差。与机床夹具有关的加工误差,一般可用下式表示: V型块定位误差 :注:V型块夹角=90。基准位移误差:工件以外圆柱面在V型块定位,由于工件定位面外圆直径有公差D,因此对一批工件来说,当直径由最小DD变大到D时,工件中心(即定位基准)将在V型块的对称中心平面内上下偏移,左右不发生偏移,即工件由变大到,其变化量(即基准位移误差)从图(a)中的几何关系退出:Y=基准不重合误差:从图(b)中设计基准与定位基准不重合,假设定位基准不动,当工件直径由最小DD变到最大D时,设计基准的变化量为,即基准不重合误差B=。从图(c)中可知,设计基准为工件的下母线。即,上述方向由a到a与定位基准变到的方向相反,故其定位误差D是Y与B之差. D=YB=0.207D=0.2070.01=0.00207D=0.00207T 即满足要求 夹紧误差 : 其中接触变形位移值: 查5表1215有。 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。8.4 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套(其结构如下图所示)以减少更换钻套的辅助时间。夹具在机床上安装完毕,在进行加工的时候,由于本次是钻孔,需要用导向件使得钻套下钻可以增强同轴度的特性。本次选用的钻套采用可换钻套,连同钻套并选用钻套螺钉将钻套固定,选用的可换钻套和钻套螺钉均为机床夹具的标准件,本次设计采用可换钻套,国标号为JB/T8045.2-1999,钻套螺钉的国标号为JB/T8045.5-1999。本次设计采用的钻套和钻套螺钉的图形如下: 图1-4钻套螺钉的标准件图1-5可换钻套的标准件.尺寸表dDD1Ht基本尺寸极限偏差F7基本尺寸极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101310162068+0.028+0.01312+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.0203034203645222635+0.033+0.01739263042462545563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.0205930566742486266485070740.040钻模板选用翻转钻模板,用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。8.5确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体:夹具的定位、引导、夹紧装置装在夹具体上,使其成为一体,并能正确的安装在机床上。夹具体是将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体的最大最复杂的基础件。夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接,而且在零件的加工过程中,夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动,因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上,切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧,因此设计夹具体时,必须考虑结构应便于排屑。此外,夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等,在设计时也应加以考虑。夹具体设计的基本要求(1)应有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面,如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面,应有适当的尺寸精度和形状精度,它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定,铸造夹具体要进行时效处理,焊接和锻造夹具体要进行退火处理。(2)应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动,夹具体应有足够的壁厚,刚性不足处可适当增设加强筋。(3)应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大,结构比较复杂,而且各表面间的相互位置精度要求高,因此应特别注意其结构工艺性,应做到装卸工件方便,夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下,应尽量能减轻重量,缩小体积,力求简单。(4)应便于排除切屑在机械加工过程中,切屑会不断地积聚在夹具体周围,如不及时排除,切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度,切屑的抛甩可能缠绕定位元件,也会破坏定位精度,甚至发生安全事故。因此,对于加工过程中切屑产生不多的情况,可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间:对于加工过程中切削产生较多的情况,一般应在夹具体上设置排屑槽。(5)在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时,夹具的重心应尽量低,支承面积应足够大,安装基面应有较高的配合精度,保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空,大型夹具还应设置吊环或起重孔。工件装夹方案确定以后,根据定位元件及夹紧机构所需要的空间范围及机床工作台的尺寸,确定夹具体的结构尺寸,然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。8.6夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产,主要考虑提高劳动生产率。因此设计时,需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计,用移动夹紧的大平面定位三个自由度,定位两个自由度,用定位块定位最后一个转动自由度。夹具体是夹具的基础件,夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一基础件连接成一个有机整体。为了满足加工要求,夹具体应有足够的刚度和强度,同时结构工艺性要好。由于铸造工艺性好,几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制,同时吸振性良好、抗压能力好,故此选用铸造夹具体,材料选取HT200,铸造成型后时效处理,以消除内应力。由于工件采用V型块定位30mm外圆面,这就要求V型块固定在一个与水平面成45的支撑面上。我们可以采用加工一有45面的支撑块固定在夹具体上,经过切削加工达到我们要求的定位尺寸。总 结在本次设计过程中,我们阅读了一些技术资料及设计手册,认真探讨了机械领域内的各种基本问题。因此,本次设计不仅加强了对自己所学专业课程的理解和认识,而且也对自己的知识面进行了拓宽。此外,本次设计在绘图的过程中,使用了AUTOCAD绘图软件,并同时进行了手工绘图,这些都不同程度地使我们学到了更多的知识,进一步提高了我们绘图识图的能力。但知识所学有限,实际经验更加不足,因此我的设计还存在着很多的不足之处。如:各部分时间分配不是很合理,虽然得到了计算机绘图的锻炼,但手工绘图相比下占的比例少了一些,还有夹具设计中,加紧机构为手动,尽管降低成本,但过于简单。这些在以后的设计中都是需要改进的。最后,在这里,感谢教师的认真指导和同学们的帮助。参 考 文 献1 李 洪机械加工工艺手册M 北京出版社,200612 陈宏钧实用金属切削手册M 机械工业出版社,200513 上海市金属切削技术协会金属切削手册M上海科学技术出版社,20024 杨叔子机械加工工艺师手册M机械工业出版社,20005 徐鸿本机床夹具设计手册M 辽宁科学技术出版社,2003106 都克勤机床夹具结构图册M 贵州人民出版社,200347 胡建新机床夹具M 中国劳动社会保障出版社,200158 冯 道机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册M 安徽文化音像出版社,20039 王先逵机械制造工艺学M机械工业出版社,200010 马贤智机械加工余量与公差手册M中国标准出版社,19941211 刘文剑夹具工程师手册M黑龙江科学技术出版社,200712 王光斗机床夹具设计手册M上海科学技术出版社,20028致 谢在课程设计即将结束之际我向所有帮助过我的老师和同学说一声,谢谢!我想没有他们的帮助,课程设计就会做得很困难。这次课程设计是在老师悉心指导下完成的。老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。在做设计的过程中也遇到了不少的问题,杨老师给了我许多关怀和帮助,并且随时询问我课程设计的进展情况、细心的指导我们,也经常打电话或者发电子邮件过来指导我的设计。在论文工作中,得到了机电学院有关领导和老师的帮助与支持,在此表示衷心的感谢。最后,在即将完成课程设计之时,我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、领导及同学。谢谢了!
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