五六档拨叉的钻Φ22孔夹具设计及加工工艺含4张CAD图.zip
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机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称拨叉共1页第1页车间工序号工序名称材料牌号 金工420钻HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式钻床Z5251夹具编号夹具名称切削液专用夹具工位器具编号工位器具名称工序工时 (分)准终单件工步号工 步 内 容工 艺 装 备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r背吃刀量mm进给次数工步工时机动辅助1钻孔21.5mm(通)钻头21.5mm54536.790.2210.7510.6842 铰孔22F8mm(通),粗糙度Ra=3.2铰刀22mm392270.360.2510.58游标卡尺、专用检具芯轴设计(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片产品型号零(部)件图号第1页产品名称零(部)件名称拨叉共 1 页材料牌号HT200毛坯种类铸件毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数备注工序号工序名称工 序 内 容车间工段设备工艺装备工时准终单件10备料铸造零件毛坯20时效处理人工时效处理30铣铣拨叉孔两端面,粗糙度Ra=12.5金工铣X61W三面刃铣刀、游标卡尺、专用夹具40钻1、 钻孔21.5mm(通)2、铰孔22F8mm(通),粗糙度Ra=3.2金工钻Z525钻头21.5mm、铰刀22mm、游标卡尺、专用夹具50铣粗、精铣叉角内侧,保证尺寸166mm,粗糙度Ra=3.2金工铣X61W立铣刀、专用夹具、游标卡尺60铣铣叉角两端面,保证尺寸12mm,粗糙度Ra=3.2,垂直度0.1mm金工铣X61W三面刃铣刀、游标卡尺、专用夹具70钻1、 钻孔7.5mm(通)2、 铰孔8H9mm(通)粗糙度Ra=3.2金工钻Z525钻头721.5mm、铰刀8mm、游标卡尺、专用夹具80倒角钳工手工按图示倒角钳工钳Z304090渡倒角钻90热处理按零件要求叉角两端面淬火处理100清理去除尖角毛刺、清洗、刷油钳锉刀、磨光机、毛刷110检验按零件图纸检验各加工尺寸检验游标卡尺、专用检具、编制 (日期)审核 (日期)会签 (日期)处 数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期目 录摘 要2第一章 零件的工艺分析31.1 零件的作用31.2 零件的加工要求分析3第二章 零件工艺规程的制定42.1 确定毛坯的制造形式42.2 基准的选用52.3 制定工艺路线62.4 机械加工余量、工序尺寸的确定72.5 切削余量的计算7第三章 专用夹具设计133.1 确定夹具方案133.2 夹具体设计143.3 夹具定位分析153.4 夹具导向装置的设计153.5 夹紧力计算16总 结20参考文献21摘 要本次课设的题目为:设计零件“5、6档拨叉钻孔夹具”机械加工及工艺装备。主要内容包括以下几点:1、 绘制产品零件图;2、 分析零件特性及结构,查阅资料了解零件的作用及用途;3、 分析零件的加工工艺,确定零件的加工路线,根据产品图纸要求及工艺路线,合理利用设备及刀具,计算相应的切削速度;4、 设计加工零件钻孔直径22mm专用夹具夹具,绘制夹具装配图及夹具体图(两维);5、 进行夹具的定位误差分析及夹紧力的分析;第1章 零件的工艺分析1.1 零件的作用题目给出的灵剑士某汽车的5、6档拨叉零部件,从字面上理解它主要作用就是起到换挡作用,按理论来讲,该零件主要承受速度及扭矩所带来的力。图1.1 零部件两维图:图1.1零部件两维图1.2 零件的加工要求分析经审阅零部件图纸,该零件加工主要表现在如下几方面:1、 孔22F8两端面的加工,尺寸51mm,粗糙度Ra=12.5;2、 两叉角外侧两端面的加工,尺寸12mm,粗糙度Ra=3.2;3、 两叉角内侧加工,尺寸166mm,粗糙度Ra=3.24、 孔22F8的加工,粗糙度要求Ra=3.2,尺寸要求距叉角圆弧中心160mm;5、 孔8H9的加工,粗糙度要求Ra=3.2,尺寸要求距右侧端面11mm;6、 个别表面倒角及热处理(淬火)的加工。第2章 零件工艺规程的制定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,是指导生产的重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益,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,因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。 机械加工工艺规程的作用:指导生产;组织生产和管理生产。工艺规程的设计原则:技术上的先进性;经济上的合理性;良好的劳动条件。2.1 确定毛坯的制造形式毛坯的种类很多,每一种毛坯又有许多不同的制造方法。常用的毛坯主要有:(1)轧制件 主要包括各种热轧和冷拉圆钢、方钢、六角钢等型材。(2)铸件 铸件适用于形状较复杂的毛坯。(3)锻件 锻件适用于强度要求高、形状较简单的毛坯。(4)焊接件 焊接件是将型材或板料等焊接成所需的毛坯,简单方便,生产周期短,但常需经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。(5)其它毛坯 如冲压件、粉末冶金和塑料压制件等。选择毛坯时应全面考虑下列因素:(1)零件的材料及力学性能要求(2)零件的结构形状与尺寸(3)生产纲领的大小(4)现有生产条件(5)充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的性能根据零件技术要求材料为HT200,即为灰铁材质,根据零件结构,本次零件结构较为复杂,已知材料特性,最终决定本次零件毛坯的制造形式为铸造,采用金型铸造。具体毛坯尺寸如下图:2.2 基准的选用基准的选用是工艺设计的重要组成部分,基准选择的正确性及合理性直接关系到产品的质量,是产品质量保证的关键;及生产效率的保障。否则基准的选择错误,在加工过程中会问题不断,更甚者出现批量事故。基准是用来确定工件上其他几何要素之间的几何关系所依据的点、线、面等,基准根据用途分为设计基准和加工基准。设计基准是零件在图纸上标注设计尺寸是所采用的基准。工艺基准是指零件在加工过程中采用的基准。按照用途及作用工艺基准又分为:工序基准、定位基准、测量基准和装配基准1、 粗基准的选用:粗基准选用R99、R109的肋筋构成的平面及轮廓进行定位加工拨叉孔两端面;2、 精基准的选择:考虑该零件在加工过程中的易产生变形,精基准选用拨叉孔的一个端面及拨叉孔作为精基准,后在合理的部位加辅助支撑进行定位加工。2.3 制定工艺路线零件的工艺路线的设定直接关系到加工过程是否流畅,影响加工过程的效率,同样关系到产品质量。工艺路线的拟定应遵循降低劳动强度、降低成本为目的,尽量减少工艺步骤,缩短工艺路线。通过上述分析制定工艺路线分析如下:工序号工序名称工序内容备注10铸造铸造造毛坯20热处理人工时效处理30铣铣拨叉孔两端面,粗糙度Ra=12.540钻1、 钻孔21.5mm(通)2、 铰孔22F8mm(通),粗糙度Ra=3.250铣粗、精铣叉角内侧,保证尺寸166mm,粗糙度Ra=3.260铣铣叉角两端面,保证尺寸12mm,粗糙度Ra=3.2,垂直度0.1mm70钻1、 钻孔7.5mm(通)2、 铰孔8H9mm(通)保证尺寸距拨叉孔右端面,粗糙度Ra=3.280倒角钳工手工按图示倒角90淬火按图示在要求部位淬火处理100清理去除尖角毛刺、清洗、刷油130检验按图纸检验各尺寸2.4 机械加工余量、工序尺寸的确定根据上述原始资料及加工工艺,分别确定个加工表面的加工余量、工序尺寸,具体如下。“5、6档拨叉”零件材料HT200,生产类型为大批量生产,采用锻造形式制造毛坯。1、 端面余量为2mm(包括拨叉孔两端面、叉角两端面及叉角内侧);2、 孔径22mm、8mm过小采用实心锻造,后期有加工获得;2.5 切削余量的计算切削用量包括机床的主轴转速、切削深度、进给量、吃刀量以及切削时间,根据查切削用量手册并计算切削用量,具体如下:零件切削用量及基本工时的确定:工序30:铣,铣端面至尺寸根据工艺工序要求本次加工方式为铣削加工且为两面加工,所以设备采用XD200型双面铣床,根据工步加工方式及部位刀具采用镶嵌式端面铣刀,刀具直径为50mm,已知本次加工面粗糙度为Ra=12.5,余量为单面2mm,一次加工可满足零件要求。具体参数见下分析:确定切削速度:查切削用量简明手册表1.10得:切削速度为;表1.4得 :进给速度为;根据本次材料及硬度取进给为;计算主轴转速:,根据XD200机床参数取转速为;计算实际切削速度:;计算切削时间:根据图纸及工艺分析本次加工为切削外径,余量为单面2mm,加工方式为铣削加工,余量不大,所以一刀可以满足,一已知直径为36mm,查切削用量简明手册表1.26得:过切量及入切量为:,即本次切削总长度:;根据公式计算切削时间为:;工序40:钻,钻、铰22mm至尺寸(通)根据加工需要采用Z525型摇臂钻床。根据零件图纸分析本次加工孔数为1,直径为22mm,表面粗糙度为Ra=3.2,孔径精度为F8,所以本次采用钻铰的加工方式完成零件要求;1、 钻孔21.5mm:刀具采用直径21.5mm直柄硬直合金钻头,已知切削余量为21.5/2=10.75mm;确定切削速度:查切削用量简明手册表2.27得:切削速度为;进给速度为;计算主轴转速:根据公式计算得:;根据机床参数选用转速为:;计算实际切削速度:;计算切削时间:根据零件图纸已知本次切削长度为72mm,孔数量为1,即计算切削长度为72mm,查表切削用量简明手册表2.29得 过切量及入切量为10mm,即本次总切削量为72+10=82mm;根据公式计算切削时间为:;2、 铰孔22mm:刀具采用直径22mm直柄硬直合金钻头,已知切削余量为22-21.5/2=0.25mm;确定切削速度:查切削用量简明手册表2.27得:切削速度为;进给速度为;计算主轴转速:根据公式计算得:;根据机床参数选用转速为:;计算实际切削速度:;计算切削时间:根据零件图纸已知本次切削长度为72mm,孔数量为1,即计算切削长度为72mm,查表切削用量简明手册表2.29得 过切量及入切量为10mm,即本次总切削量为72+10=82mm;根据公式计算切削时间为:;工序50:钻,钻、铰8mm至尺寸(通)根据加工需要采用Z525型摇臂钻床。根据零件图纸分析本次加工孔数为1,直径为8mm,表面粗糙度为Ra=3.2,孔径精度为H9,所以本次采用钻铰的加工方式完成零件要求;1、钻孔7.5mm:刀具采用直径7.5mm直柄硬直合金钻头,已知切削余量为7.5/2=3.75mm;确定切削速度:查切削用量简明手册表2.27得:切削速度为;进给速度为;计算主轴转速:根据公式计算得:;根据机床参数选用转速为:;计算实际切削速度:;计算切削时间:根据零件图纸已知本次切削长度为36mm,孔数量为1,即计算切削长度为36mm,查表切削用量简明手册表2.29得 过切量及入切量为10mm,即本次总切削量为36+10=46mm;根据公式计算切削时间为:;2、铰孔8mm:刀具采用直径8mm直柄硬直合金钻头,已知切削余量为8-7.5/2=0.25mm;确定切削速度:查切削用量简明手册表2.27得:切削速度为;进给速度为;计算主轴转速:根据公式计算得:;根据机床参数选用转速为:;计算实际切削速度:;计算切削时间:根据零件图纸已知本次切削长度为36mm,孔数量为1,即计算切削长度为36mm,查表切削用量简明手册表2.29得 过切量及入切量为10mm,即本次总切削量为36+10=46mm;根据公式计算切削时间为:;工序60:铣,铣叉角两端面至尺寸根据工艺工序要求本次加工方式为铣削加工,所以设备采用X61型普通铣床,根据工步加工方式及部位刀具采用三面刃铣刀,刀具直径为100mm,已知本次加工面粗糙度为Ra=3.2,余量为单面2mm,分粗精两刀加工可满足零件要求。具体参数见下分析:确定切削速度:查切削用量简明手册表1.10得:切削速度为;表1.4得 :进给速度为;根据本次材料及硬度取进给为;计算主轴转速:,根据X61机床参数取转速为;计算实际切削速度:;计算切削时间:根据图纸及工艺分析本次加工为切削端面,余量为单面2mm,加工方式为铣削加工,表面有粗糙度要求,所以两刀可以满足,一已知长度为12mm,查切削用量简明手册表1.26得:过切量及入切量为:,即本次切削总长度:;根据公式计算切削时间为:粗加工:;精加工:;第3章 专用夹具设计为提高生产效率,保证产品质量,降低劳动强度,需设计专用夹具。夹具设计的主要目的就是通过设计一个适当的定位装置或元件,使其与零件的定位基准相接触,能够限制住工件的自由度,从而实现定位。在进行夹具设计时,首先要确保所设计的夹具能够达到零件的加工精度以及表面粗糙度的加工要求。其次,设计的夹具能够提高工作效率。最后,在质量和工作效率都能够保障的的前提下最好能够降低工件的生产成本。当然,我们同时也需要考虑到夹具的操作是否安全方便,适用性是否强等各个方面的问题。3.1 确定夹具方案按照本次课设要求,设计零件钻孔夹具,钻孔22mm孔。本次定位限制三个自由度。平面以拨叉孔端端面定位限制一个自由度。利用定位块与外轮廓定位辅助支撑(在拨叉角位置)限制两个自由度。压紧方式采用手柄式手动螺钉锁紧进行手动锁紧。如图3.1 夹具装配图:图3.1 夹具装配图3.2 夹具体设计夹具体用于将各种元件、装置连接为一体, 并通过它将整个夹具安装在机床上。夹具体是整个夹具的基体和骨架,要服从所有元件、机构和 装置的安装要求来精心设计,夹具体需要正确安装在机床上,故夹具体的形状和尺寸,主要取 决于夹具上各组成体的分布、工件形状、尺寸、 加工性质等。考虑到加工过程中,夹具体要承受 一定的切削力,为防止产生变形和振动,在夹具 体设计时要保证有足够的强度和刚性。本次夹具体设计材料采用HT200材料,该材料易铸造,后期进行时效处理后,不易变形,并且易切削。具体夹具体结构如图 图3.2夹具体设计:图3.2 夹具体设计图3.3 夹具定位分析根据本次夹具设计,夹具为设计钻孔22mm孔,本次采用轮廓定位,利用v型块进行轮廓定位,并且根据本次零件结构分析,本次零件的基准为孔径22mm,即本次加工为后工序加工制定加工基准,所以本次加工的误差可忽略不计,只要保证孔径即可。3.4 夹具导向装置的设计本次夹具为钻孔夹具,孔径精度要求较高导向,装置为钻套/铰套。本次采用快换式式钻/铰套,采用T10A材质,原材料调质处理2532HRC,粗加工后再精心淬火处理,硬度在5062HRC,后序进行磨削加工,保证同轴度在0.02mm。3.5 夹紧力计算1、钻削力计算:根据本次材料特性,材料为HT200,查相关材料得:本次材料抗拉强度为200Mpa,根据本次切削方式可知本次为钻孔加工,根据公式计算本次加工受力情况如下:、切削力矩:根据公式计算得:其中M为切削力矩(M/N); D为钻头直径; 为每转进给速度(mm); Kp为修正系数(查表);根据工艺内容已知本次加工孔径为21.5mm,即本次钻头直径D=21.5mm;根据前章分析切削参数本次进给速度为0.22mm/r,即本次进给速度为;根据资料得取修正系数Kp=1,即本次计算切削力矩为:;、钻削力计算:根据公式计算得:钻削切削力的计算公式如下,进给量 计算孔的切削力,带入得: 在计算切削力时,必须把安全系数考虑在内。安全系数。其中:-为基本安全系数,取安全系数为1.5; -为加工性质系数,取加工性质系数为1.1; -为刀具钝化系数,取刀具钝化系数为1.1; -为断续切削系数,取断续切削系数为1.1;所以:2、夹紧力计算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。2)、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。总 结课程设计即将结束了,时间虽然短暂但是它对我们来说受益非浅的,通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论,不再是纸上谈兵,而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计,使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领,使我们更好的利用图书馆的资料,更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AutoCAD等制图软件,为我们踏入设计打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的,还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导,使我们学到了好多,也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会,它将是我本次设计完成的更出色的关键一步。 参考文献 1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版,1994年2.机械制造工艺设计简明手册,李益民主编,机械工业出版社出版,1994年3.机床夹具设计,哈尔滨工业大学、上海工业大学主编,上海科学技术出版社出版,1983年4.机床夹具设计手册,东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编,上海科学技术出版社出版,1990年5.金属机械加工工艺人员手册,上海科学技术出版社,1981年10月6.机械制造工艺学,郭宗连、秦宝荣主编,中国建材工业出版社出版,1997年7.机械制造工艺与机床夹具,刘守勇主编,机械工业出版社出版,2006年8. Auto CAD 机械绘图与应用 ,王平 主编,机械工业出版社出版,2015年
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