拨叉加工工艺规程设计
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I 毕业设计(论文)说明书 题 目:拨叉加工工艺规程设计 系 别: 专 业: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称: II 摘 要 本文是对拨叉零件加工应用及加工的工艺性分析,主要包括对零件图的分析、毛 坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切削用量的确定、加工工艺 文件的填写。选择正确的加工方法,设计合理的加工工艺过程。此外还对拨叉零件的 工序的加工设计了专用夹具. 机床夹具的种类很多,其中,使用范围最广的通用夹具,规格尺寸多已标准化, 并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产,专为某工件加工工序服务,则需 要各制造厂根据工件加工工艺自行设计制造。 关键词:加工工艺;加工方法;工艺文件;工艺 III Abstract This paper is to analyze the process of the fork parts processing application and processing, mainly including the parts diagram analysis, the choice of blank, parts of the fixture and process planning, tool selection, cutting dosage, processing documents. Select the correct processing method, design a reasonable process. In addition to the fork parts of the working process of the design of a special fixture There are many types of machine tool fixture, of which the most widely used universal fixture, specifications and sizes have been standardized, and a professional factory production. And widely used in mass production, for a special workpiece processing process of special fixture, the need for various manufacturing processes according to the workpiece design and manufacture. In this paper, the main content of the fixture design is the design of the fork (large size) end face milling fixture design. Key words: processing; processing method; process documents; fixture IV 目 录 摘 要 II ABSTRACT.III 序言 .1 1 前言 1 2 机械加工工艺及夹具设计的发展 .1 2.1 发展历史.1 2.2 发展现状.1 2.3 发展趋势.2 2.3.1 夹具的发展趋势.2 2.3.2 机械加工制造技术的发展趋势.3 3 零件的分析 .4 3.1 零件的作用.4 3.2 零件的工艺分析.4 4 工艺规程设计 .6 4.1 加工工艺过程.6 4.2 确定各表面加工方案6 4.3 确定定位基准.6 4.3.1 粗基准的选择.6 4.3.2 精基准选择的原则.6 4.4 制定工艺路线.7 4.5 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定.9 4.6 确立切削用量及基本工时10 总 结20 谢 辞21 参考文献22 1 序言 1 前言 机械加工工艺及夹具设计是毕业前对专业知识的综合运用训练。制造技术 已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段,所有国家都在寻求、 获得、开发和利用它。它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。 机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法。生产规模 的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加 工工艺来体现。而机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置,其作用是使 工件相对于机床或刀具有个正确的位置,并在加工过程中保持这个位置不变。 它们的研究对机械工业有着很重要的意义。 2 机械加工工艺及夹具设计的发展 2.1 发展历史 从 1949 年以来,我国机械工业有了很大的发展,已经成为工业中产品门类 比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的产业部门之一,其机械加工和夹具 也有很大的发展,但是与工业发达国家相比,我们这方面的水平还存在着阶段 性的差距,主要表现在机械产品质量和水平不够高,加工工艺过程不合理,夹 具应用也比较少,使其加工工人劳动强度大,加工出来的产品也不理想。 2.2 发展现状 现在,各工业化国家都把制造技术视为当代科技发展为活跃的领域和国际 间科技竞争的主战场,制定了一系列振兴计划、建立世界级制造技术中心,纷 纷把先进制造技术列为国家关键技术和优先发展领域。 机械加工工艺及夹具随着制造技术的发展也突飞猛进。机械加工工艺以各 个工厂的具体情况不同,其加工的规程也有很大的不同。突破已往的死模式。 使其随着情况的不同具有更加合理的工艺过程。也使产品的质量大大提高。制 定加工工艺虽可按情况合理制定,但也要满足其基本要求:在保证产品质量的 前提下,尽可能提高劳动生产率和降低加工成本。并在充分利用本工厂现有生 产条件的基础上,尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验。还应保证操作者 良好的劳动条件。但我国现阶段还是主要依赖工艺人员的经验来编制工艺,多 半不规定工步和切削用量,工时定额也凭经验来确定,十分粗略,缺乏科学依 2 据,难以进行合理的经济核算。 机床夹具最早出现在 18 世纪后期。随着科学技术的不断进步,夹具已从一 种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。 国际生产研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占 工件种类总数的 85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代, 以适应市场的需求与竞争。然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹 具,一般在具有中等生产能力的工厂里,约拥有数千甚至近万套专用夹具;另 一方面,在多品种生产的企业中,每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹 具,而夹具的实际磨损量仅为 1020左右。特别是近年来,数控机床、加工 中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用,对机床夹具提出 了如下新的要求: 1)能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成 本; 2)能装夹一组具有相似性特征的工件; 3)能适用于精密加工的高精度机床夹具; 4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具; 5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提 高劳动生产率; 6)提高机床夹具的标准化程度。 2.3 发展趋势 长期以来,加工工艺编制是由工艺人员凭经验进行的。如果由几位工艺员 各自编制同一个零件的工艺规程,其方案一般各不相同,而且很可能都不是最 佳方案。这是因为工艺设计涉及的因素多,因果关系错综复杂。CAPP 将是机械 加工工艺的发展趋势,它不仅提高了工艺设计的质量,而且使工艺人员从繁琐 重复的工作中摆脱出来,集中精力去考虑提高工艺水平和产品质量问题。 2.3.1 夹具的发展趋势 现代机床夹具的发展趋势主要表现为标准化、高效化、精密化和柔性化等 四个方面。 (1)标准化 机床夹具的目的就在于提高生产效率,这样也就必使其具有 标准化和通用化,而机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前 我国已有夹具零件及部件的国家标准:GB/T2148T225991 以及各类通用夹 具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化,有利于夹具的商品化生产,有利于 缩短生产准备周期,降低生产总成本。 3 (2)高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间, 以提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、 高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如,在铣床上使用电动虎钳装夹工 件,效率可提高 5 倍左右;在车床上使用高速三爪自定心卡盘,可保证卡爪在 试验转速为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件,从而使切削速度大幅度 提高。目前,除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外,在 数控机床上,尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换 夹具的装置,充分发挥了数控机床的效率。 (3)精密化 机床夹具的精度会直接影响到零件的加工精度,而随着机械 产品精度的日益提高,势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构 类型很多,例如用于精密分度的多齿盘,其分度精度可达0.1“;用于精密车 削的高精度三爪自定心卡盘,其定心精度为 5m。这些精密化的夹具为以后零 件加工的精度提供了保证。 (4)柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似,它是指机床夹具通 过调整、组合等方式,以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有: 工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类 主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为 适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要,扩大夹具的柔性化程度,改 变专用夹具的不可拆结构为可拆结构,发展可调夹具结构,将是当前夹具发展 的主要方向。 2.3.2 机械加工制造技术的发展趋势 (1)特种加工 它是指一些物理的、化学的加工方法,如电火花加工、电 解加工、超声波加工、激光加工、离子束加工等。特种加工方法的主要对象是 难加工材料的加工,如金刚石、陶瓷等超硬材料的加工,其加工精度可达分子 级加工单位或原子级加工单位,所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要 手段。特种加工与传统加工相结合的复合加工有较大的发展前途。 (2)快速成形 利用离散、堆积成形概念,可将一个三维实体分解为若干 二维实体制造出来,再经堆积而构成三维实体。 (3)精密工程 它包括精密加工的超精密加工技术、微细加工和超微细加 工技术、微型机械和纳米技术等方面。当前,以纳米技术为代表的超精密加工 技术和以微细加工为手段的微型机械技术有重要意义,它们代表了这一时期精 密工程的方向。 (4)传统加工工艺的改造和革新 这一方面的技术潜力很大,如高速切削、 超高速切削、强力磨削、超硬材料磨具的出现都对加工理论的发展、加工质量 4 和效率的提高有重要意义。另一方面,旧设备的改造和挖潜,如普通机床改造 成数控机床等,对机械工业的发展和提高是不容忽视的。 3 零件的分析 3.1 零件的作用 拨叉是一个很重要的零件,因为其零件尺寸比较小,结构形状较复杂,但 其加工孔和底面的精度要求较高,此外还有小头孔端要求加工,对精度要求也 很高。拨叉的底面、大头孔上平面和小头孔粗糙度要求都是 ,所以都要6.1Ra 求精加工。其小头孔与底平面有垂直度的公差要求,拨叉底面与大头孔上平面 有平行度公差要求,所要加工的槽,在其槽边有平行度公差和对称度公差要求 等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度,以及各表面的表面质量 均影响机器或部件的装配质量,进而影响其性能与工作寿命,因此它们的加工 是非常关键和重要的。 题目所给的零件是拨叉。它位于车床变速机构中,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 25 孔 与操纵机构相连,二下方的 80 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。 3.2 零件的工艺分析 一个好的结构不但要应该达到设计要求,而且要有好的机械加工工艺性, 也就是要有加工的可能性,要便于加工,要能够保证加工质量,同时使加工的 劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的,又是相辅相成的。设计者要考虑加 工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 5 车床共有两处加工表面,其间有一定位置要求。分述如下: 1. 以 25mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括:25H8mm 的孔,以及 52mm 的圆柱两端面,其中主要 加工表面为 25H8mm 通孔。 2. 以 80mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括:80mm 的孔,以及 80mm 的两个端面。主要是 80mm 的孔。 3. 以 M6 螺纹孔为中心的加工表面。 这一组加工表面包括:M6 的螺纹孔。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求,主要是: 80mm 两个端面平行度公差为 0.02mm.。 由上面分析可知,加工时应先加工一组表面,再以这组加工后表面为基准加工另 外一组。 上面主要是对拨叉零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析,选 6 择了其毛坯的的制造方法为模锻和中批的批量生产方式,从而为工艺规程设计 提供了必要的准备。 4 工艺规程设计 4.1 加工工艺过程 该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。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。 4.2 确定各表面加工方案 影响加工方法的因素 要考虑工厂或车间的实际情况,同时也应考虑不断改进现有加工方法和 设备,推广新技术,提高工艺水平。 要考虑被加工材料的性质,例如:淬火钢必须采用磨削或电加工;而有 色金属由于磨削时容易堵塞砂轮,一般都采用精细车削,高速精铣等。 此外,还要考虑一些其它因素,如加工表面物理机械性能的特殊要求, 工件形状和重量等。 要考虑加工表面的精度和表面质量要求,根据各加工表面的技术要求, 选择加工方法及分几次加工。 根据生产类型选择,在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小 批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工, 在小批量生产时,采用钻、扩、铰加工方法;而在大批量生产时采用拉削加工。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。 4.3 确定定位基准 4.3.1 粗基准的选择 从拨叉零件图分析可知,主要是选择加工拨叉底面的装夹定位面为其加工 粗基准。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。 7 4.3.2 精基准选择的原则 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,它的底平 面与小头孔,适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度 不够,如果使用典型的一面两孔定位方法,则可以满足整个加工过程中基本上 都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面,因为是非加工表面,所以也可以 用大头孔为加工基准。 4.4 制定工艺路线 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,在生产纲领已确定的情况下,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。除此之外,还应当考虑经济 效果,以便使生产成本尽量下降。 (1). 工艺路线方案一 00 铸造毛坯 10 时效处理 20 粗铣、半精铣 52 一侧端面、100 一侧端面 30 粗铣、半精铣 52 另外一侧端面、100 另外一侧端面 40 钻扩铰 25 孔 50 倒角 C1 60 粗镗、半精镗 80 孔 70 精镗 80 孔,并倒角 C1 80 铣断(两件毛坯分开) 90 粗铣 12 凸台平面 100 钻 M6 螺纹底孔5 110 攻丝 M6 120 去毛刺 130 检验入库 8 (2). 工艺路线方案二 工序一 00 铸造毛坯 10 时效处理 20 粗、钻、扩、铰、精铰 25、80 孔 30 粗铣、半精铣 52 一侧端面、100 一侧端面 40 粗铣、半精铣 52 另外一侧端面、100 另外一侧端面 50 倒角 C1 60 粗镗、半精镗 80 孔 70 精镗 80 孔,并倒角 C1 80 铣断(两件毛坯分开) 90 粗铣 12 凸台平面 100 钻 M6 螺纹底孔5 110 攻丝 M6 120 去毛刺 130 检验入库 上面的工序加工不太合理,因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加 工孔,那样会更能容易满足零件的加工要求,效率不高,但同时钻两个孔,对设 备有一定要求。且看另一个方案。 上面工序可以适合大多数生产,但是在全部工序中间的工序七把两件铣 断,对以后的各工序的加工定位夹紧不方便,从而导致效率较低。再看另一方案。 (4). 工艺路线方案三 00 铸造毛坯 10 时效处理 9 20 粗铣、半精铣 52 一侧端面、100 一侧端面 30 粗铣、半精铣 52 另外一侧端面、100 另外一侧端面 40 钻扩铰 25 孔 50 倒角 C1 60 粗镗、半精镗 80 孔 70 精镗 80 孔,并倒角 C1 80 铣断(两件毛坯分开) 90 粗铣 12 凸台平面 100 钻 M6 螺纹底孔5 110 攻丝 M6 120 去毛刺 130 检验入库 4.5 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 拨叉零件材料为 HT200,硬度 190210HB,毛坯重量 1.45kg,生产类型为中 批量,铸造毛坯。 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(52) 考虑其零件外圆表面为非加工表面,所以外圆表面为铸造毛坯, 没有粗糙度要求,因此直接铸造而成。 (2). 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差(25,60 端面) 。 查机械制造工艺设计简明手册 (以下称工艺手册 )表 2.126,取 25,52 端面长度余量均为 2.5(均为双边加工) 铣削加工余量为: 10 粗铣 2mm 半精铣 0.7mm (3). 内孔(80 已铸成 72 的孔) 查工艺手册表 2.22.5,为了节省材料,取 80 孔已铸成孔长度 余量为 4 工序尺寸加工余量: 钻孔 5mm 扩孔 0.5mm 铰孔 0.1mm 精铰 0mm (5). 螺纹孔顶面加工余量 铸出螺纹孔顶面至 25 孔轴线且垂直轴线方向 30mm 的距离,余量为 4 mm 工序尺寸加工余量: 粗铣顶面 2.1 mm 半精铣 0.7 mm 精铣 0.2 mm (6). 其他尺寸直接铸造得到 由于本设计规定的零件为中批量生产,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。 4.6 确立切削用量及基本工时 工序 20 粗铣、半精铣 52 一侧端面、100 一侧端面。 (1). 加工条件 工件材料:HT200,b =0.12GPa HB=200241,铸造。 加工要求:粗铣 25 孔上下端面。 机床:X53K 立式铣床。 刀具: W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 ae .故选择的切削用量可用 EPm 即 “09,05/,375/min,0.6/indfrv25720.2MFNTPkw: 选用 的细长柄机用丝锥,工件材料中碳钢,前角 ,后角61M 01p ,主偏角 0p045r 选用切削速度 根据表 7.2-13 查得 mm/min,选择 v=10m/min91v: (3)扭矩的确定 根据表 7.2-12 得0ZmyMCdPk 查机械加工工艺手册表 7.2-12 得, .264,1.,.5,1mMYk1506N: (4)攻螺纹时的转速 r/min 030vnd 取 n=520r/min m/min 03.145208.164dnv0639mMP 选择丝锥退出时的转速为 450r/min 19 基本时间的确定 = =12.2s 11()mltpn8.5201()450 式中 - 工件螺纹长度(mm)1lNPl - 丝锥切削锥长度(mm) - 攻螺纹时的超切量,取 =(2-3) ;P - 攻丝纹时的转速(r/min)n - 丝锥退出时的转速(r/mm )1 - 工件螺纹距(mm )P 20 总 结 本文是拨叉的加工工艺设计,设计的总体过程可以概括为,首先对拨叉零 件的结构、形状及材料作整体分析,然后初选加工工艺方案,并对工艺方案进 行比较选择合理的工艺路线,然后计算分析尺寸,并制定出工艺卡片。最后是 夹具的设计。 本次毕业设计综合了大学里所学的知识,是理论与实际相结合的一个成果。 由于专业知识有限,在设计过程中遇到的问题主要通过老师的讲解,同学们的 讨论以及查阅资料来解决。通过两端面铣床夹具设计,我对课本理论知识有了 更深刻了理解,同时,我的看图,绘图能力也有了较大的提高。这对我以后的 工作打下了良好的基础。 21 谢 辞 本次毕业设计综合了大学里所学的专业知识,是理论与实际相结合的一次 考验。通过这次设计,我的综合运用知识的能力有了很大的提高,尤其是看图、 绘图、设计能力,为我今后的工作打下了良好的基础。在此过程中,我进一步 加深了对课本知识的理解,进一步了解了零件的工艺以及夹具设计过程,收获 颇丰。 本次设计是在指导老师的悉心指导和帮助下完成的。我的机械工艺知识有 限,在设计中常常碰到问题,是郑老师不厌其烦的指导,不断的点拔迷津,提 供相关资料,才使其顺利完成。指导老师耐心的讲解,使我如沐春风。不仅如 此,指导老师严谨的治学态度和高尚的敬业情操深深打动了我。在此,我向指 导老师表示最真诚的感谢。同时,感谢同组同学的支持和帮助,使我更好的完 成毕业设计。 22 参考文献 1 李 洪机械加工工艺手册M 北京出版社,20061 2 陈宏钧实用金属切削手册M 机械工业出版社,20051 3 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, 2002 4 杨叔子机械加工工艺师手册M机械工业出版社,2000 5 徐鸿本机床夹具设计手册M 辽宁科学技术出版社,200310 6 都克勤机床夹具结构图册M 贵州人民出版社,20034 7 胡建新机床夹具M 中国劳动社会保障出版社,20015 8 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,2003 9 王先逵机械制造工艺学M机械工业出版社,2000 10 马贤智机械加工余量与公差手册M中国标准出版社, 199412 11 刘文剑夹具工程师手册M黑龙江科学技术出版社,2007 12 王光斗机床夹具设计手册M上海科学技术出版社,20028
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