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基于氣動(dòng)夾緊的專用夾具設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1本課題的研究?jī)?nèi)容和意義
機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)是在完成了大學(xué)的全部課程之后，進(jìn)行的一次理論聯(lián)系實(shí)際的綜合運(yùn)用，使我對(duì)專業(yè)知識(shí)、技能有了進(jìn)一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。機(jī)械加工工藝是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本的重要手段，合理的機(jī)械加工企業(yè)上品種、上質(zhì)量、上水平，加工藝過程是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備、計(jì)劃調(diào)度、加工操作、生產(chǎn)安全、技術(shù)檢測(cè)和健全勞動(dòng)組織的重要依據(jù)，也是速產(chǎn)品更新，提高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)保證。
合理的機(jī)械加工工藝文件不僅能提高一個(gè)企業(yè)的技術(shù)革新能力，而且可以較大程度地提高企業(yè)的利潤(rùn)，因而合理地編制零件的加工工藝文件就顯得時(shí)常重要。機(jī)械加工工藝文件的合理性也會(huì)受到企業(yè)各方面因素的制約，比如企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備、工人的技術(shù)水平及夾具的設(shè)計(jì)水平等，其中較為重要的是夾具的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)。夾具是機(jī)械加工系統(tǒng)的重要組成部分，不論是傳統(tǒng)制造，還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)，夾具的設(shè)計(jì)都是十分重要的。好的夾具設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證和提高加工精度，降低生產(chǎn)成本等，還可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，從而使產(chǎn)品在保證精度的前提下提高效率、降低成本。當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和企業(yè)信息化的要求,企業(yè)對(duì)夾具的設(shè)計(jì)及制造提出了更高的要求。所以對(duì)機(jī)械的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。因而不僅要合理結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際來進(jìn)行零件加工工藝文件的編制，而且還要根據(jù)零件的加工要求和先進(jìn)的加工機(jī)床來設(shè)計(jì)先進(jìn)高效的夾具。
該課題主要是為了培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新機(jī)械產(chǎn)品的能力，要求學(xué)生能夠結(jié)合常規(guī)機(jī)床與零件加工工藝，針對(duì)實(shí)際使用過程中存在的金屬加工中所需要的三維造型、機(jī)床的驅(qū)動(dòng)及工件夾緊問題，綜合所學(xué)的機(jī)械三維造型、機(jī)械理論設(shè)計(jì)與方法、機(jī)械加工工藝及裝備、液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)等知識(shí)，對(duì)高效、快速夾緊裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)金屬加工機(jī)床驅(qū)動(dòng)與夾緊的半自動(dòng)控制。
在設(shè)計(jì)氣動(dòng)系統(tǒng)裝置時(shí)，在滿足產(chǎn)品工作要求的情況下，應(yīng)盡可能多的采用標(biāo)準(zhǔn)件，提高其互換性要求，以減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。
1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況
夾具從產(chǎn)生到現(xiàn)在，大約可以分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結(jié)合上，這是夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機(jī)床之間的橋梁，夾具的機(jī)能發(fā)生變化，它主要用于工件的定位和夾緊。人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到，夾具與操作人員改進(jìn)工作及機(jī)床性能的提高有著密切的關(guān)系，所以對(duì)夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機(jī)床的結(jié)合，夾具作為機(jī)床的一部分，成為機(jī)械加工中不可缺少的工藝裝備。
在夾具設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于被加工零件的定位、夾緊等主要問題,設(shè)計(jì)人員一般都會(huì)考慮的比較周全，但是，夾具設(shè)計(jì)還經(jīng)常會(huì)遇到一些小問題，這些小問題如果處理不好，也會(huì)給夾具的使用造成許多不便，甚至?xí)绊懙焦ぜ募庸ぞ?。我們把多年來在夾具設(shè)計(jì)中遇到的一些小問題歸納如下：清根問題在設(shè)計(jì)端面和內(nèi)孔定位的夾具時(shí)，會(huì)遇到夾具體定位端面和定位外圓交界處清根問題。端面和定位外圓分為兩體時(shí)無此問題,。夾具要不要清根，應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)而定。如果零件定位內(nèi)孔孔口倒角較小或無倒角，則必須清根,如果零件定位孔孔口倒角較大或孔口是空位，則不需要清根，而且交界處可以倒為圓角R。端面與外圓定位時(shí)，與上述相同。讓刀問題在設(shè)計(jì)圓盤類刀具(如銑刀、砂輪等)加工的夾具時(shí)，會(huì)存在讓刀問題。設(shè)計(jì)這類夾具時(shí)，應(yīng)考慮銑刀或砂輪完成切削或磨削后，銑刀或砂輪的退刀位置，其位置大小應(yīng)根據(jù)所使用的銑刀或砂輪的直徑大小，留出超過刀具半徑的尺寸位置即可。更換問題在設(shè)計(jì)加工結(jié)構(gòu)相同或相似，尺寸不同的系列產(chǎn)品零件夾具時(shí)，為了降低生產(chǎn)成本,提高夾具的利用率，往往會(huì)把夾具設(shè)計(jì)為只更換某一個(gè)或幾個(gè)零件的通用型夾具。
隨著現(xiàn)代機(jī)械加工越來越多地使用數(shù)控機(jī)床及組合機(jī)床，如何提高產(chǎn)品的加工精度、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這是所有機(jī)械加工行業(yè)管理人員必須考慮的問題，這就使得快速夾具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)應(yīng)運(yùn)而生。但隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求，使多品種，中小批生產(chǎn)作為機(jī)械生產(chǎn)的主流，為了適應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢(shì)，必然對(duì)機(jī)床夾具提出更高的要求。特別像換擋撥叉類不規(guī)則零件的加工還處于落后階段。在今后的發(fā)展過程中，應(yīng)大力推廣使用組合夾具、半組合夾具、可調(diào)夾具，尤其是成組夾具。在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動(dòng)下，夾具技術(shù)正朝著高精高效模塊組合通用經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求
通過實(shí)際調(diào)研和采集相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、閱讀相關(guān)資料相結(jié)合，在對(duì)金屬切削加工、金屬切削機(jī)床、機(jī)械設(shè)計(jì)與理論及液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)等相關(guān)知識(shí)充分掌握后，分析金屬切削加工過程中的機(jī)床工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)、工件夾緊等方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)的相關(guān)理論知識(shí)，完成氣壓傳動(dòng)方案分析及氣壓原理圖的擬定，設(shè)計(jì)氣動(dòng)專用夾具的驅(qū)動(dòng)、夾緊裝置，并進(jìn)行主要?dú)鈩?dòng)元件的設(shè)計(jì)與選擇及傳動(dòng)系統(tǒng)的驗(yàn)算校核等，來達(dá)到產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
針對(duì)實(shí)際使用過程中存在的金屬加工工藝文件編制、工件夾緊及工藝參數(shù)確定及計(jì)算問題，綜合所學(xué)的機(jī)械理論設(shè)計(jì)與方法、機(jī)械加工工藝文件編制及實(shí)施等方面的知識(shí)，設(shè)計(jì)出一套適合于實(shí)際的零件加工工藝路線，從而實(shí)現(xiàn)適合于現(xiàn)代加工制造業(yè)、夾緊裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2 零件三維造型
撥叉零件主要是由圓柱和一些孔還有一段圓弧組成，這些外表面都是回轉(zhuǎn)類的表面，用三維造型軟件通過拉伸，旋轉(zhuǎn)掃描等變換都可以得到，目前市場(chǎng)上的三維造型軟件主要有Master-CAM、UG、Pro-e、CAXA、Solidworks、CAD[1]等等。我個(gè)人比較喜歡Solidworks，所以撥叉的造型采用Solidworks[2]這款軟件，另外Solidworks還有很多優(yōu)點(diǎn)如全動(dòng)感的而用戶界面讓設(shè)計(jì)變的非常簡(jiǎn)單大大提高了設(shè)計(jì)效率，草圖繪制狀態(tài)和定義特征狀態(tài)有明顯區(qū)別，使用起來很方便，Solidworks用強(qiáng)大的基于特征的實(shí)體建模功能可以對(duì)特征草圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改，所以我用Solidworks這款軟件，下面是我用Solidworks這款軟件進(jìn)行撥叉零件造型的過程。
首先我對(duì)圖紙進(jìn)行了分析，第一步將零件的主截面的視圖草繪出來，草繪結(jié)果如圖2.1所示。
圖2.2截面拉伸的結(jié)果
圖2.1 零件的主視截面
接下來通過草繪可以把Φ40的外圓和花鍵孔拉伸出來，拉伸過程及結(jié)果如圖2.2所示。
為了能把Φ40的外圓拉出來后再畫它上面的圓弧，就要在畫圓弧前先要拉伸一塊板，按主截面的草繪圖增加小頭實(shí)體，增加的實(shí)體及拉伸的結(jié)果如圖2.3所示。增加此塊實(shí)體的目的是通過這塊板再經(jīng)過拉伸切除把除圓弧以外的多余部分切除，最后圓弧就做出來，因此先要做拉伸切除的草繪，只有這樣才能做拉伸做出來的草繪效果，其效果圖如圖2.4所示。圖中藍(lán)線圍成的截面輪廓是拉伸切除中要保留的部分，也是后面進(jìn)行的拉伸面。
構(gòu)建了拉伸截面后，對(duì)不需要的部分進(jìn)行了布爾計(jì)算、切除，再進(jìn)行拉伸，最后的結(jié)果如圖2.5所示。
因?yàn)閾懿媪慵D中圓弧中間有一部分是凸出來的，所以接下來開始進(jìn)行中間那一部分的造型，開始先畫輪廓的草繪，先創(chuàng)建一個(gè)基準(zhǔn)面然后再畫需要掃描切除的輪廓草繪，如圖2.6所示。
圖2.4構(gòu)建截面拉伸輪廓
圖2.3 封閉輪廓拉伸的結(jié)果
圖2.6創(chuàng)建掃描切除的截面
圖2.5拉伸切除后效果圖
草繪輪廓好了以后再以一個(gè)圓弧輪廓進(jìn)行掃描最后就能得到零件的主體結(jié)構(gòu)形狀。另一半同樣結(jié)構(gòu)形狀的造型原理和過程與前面的完全一樣這里不在重復(fù)。其最終效果圖如圖2.7所示。
接下來就是要對(duì)Φ22外圓進(jìn)行造型分析，可以采用旋轉(zhuǎn)求交集變換得到，開始先進(jìn)行Φ22外圓的草繪，草繪時(shí)直接把孔的草繪也作出來了，草繪結(jié)果如圖2.8所示。
圖2.8 Φ22外圓的草繪
圖2.7 掃描切出結(jié)果
圖2.10 鏡像后的形狀
圖2.9 旋轉(zhuǎn)拉伸結(jié)果
接著就進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，變換結(jié)果得到的圖形如圖2.9所示。另一個(gè)Φ22外圓的造型可以通過鏡像得到，鏡像時(shí)要有一個(gè)基準(zhǔn)，在前面構(gòu)建草圖時(shí)已經(jīng)確定了繪圖基準(zhǔn)，其造型結(jié)果如圖2.10所示。
最后就是要進(jìn)行Φ29孔的造型，為了能夠順利地對(duì)Φ29孔進(jìn)行造型，首先應(yīng)在撥叉的主截面圖中對(duì)Φ29孔進(jìn)行草繪，其草繪的結(jié)果如圖2.11所示。草繪后再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)求布爾差集，進(jìn)行切除就可以得到想要的，最后的結(jié)果如圖2.12所示。
圖2.11草繪旋轉(zhuǎn)切除
圖2.12 鏜孔后的剖面圖
花鍵孔中階梯孔造型結(jié)束后，再對(duì)整個(gè)零件進(jìn)行倒角，倒角很簡(jiǎn)單，Solidworks[3]直接有倒角的按鈕只要直接點(diǎn)擊就行了，只需要給出倒角的大小，倒角的結(jié)果如圖2.13所示。
圖2.13 倒角后圖形效果
3 換擋撥叉加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
3.1 零件的分析
3.1.1 零件的作用
題目所給的零件是車床的撥叉。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)按照操作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的兩個(gè)φ8孔與操縱機(jī)構(gòu)相連，而下方的φ23孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動(dòng)下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時(shí)分開。
圖3.1 撥叉零件圖
3.1.2 零件的工藝分析
零件的材料為HT150，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，由零件圖得出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） 以Φ40的兩外圓端面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：φ40兩外圓端面的銑削，加工φ23的孔以及中間段φ29的孔和插花鍵槽。其中φ60兩外圓端面表面粗糙度要求為Ra6.3um，φ23的孔表面粗糙度要求為Ra6.3um，φ29孔表面粗糙度Ra12.5um，鍵槽側(cè)面粗糙度為Ra3.2um。
2）以φ22的圓端面為主要加工表面的加工面。這一組加工表面包括：φ40的兩圓端面銑削，端面粗糙度Ra6.3um，鉆2×φ8孔，兩孔有◎φ0.12mm精度要求。
3）由上面分析可知，可以粗加工撥叉底面，然后以此作為粗基準(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。
3.1.3 確定毛坯的制造形式
零件材料為HT150, 考慮零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，毛坯大批量生產(chǎn)，故選擇鑄件。查《零件制造工藝與裝備》[4]同時(shí)考慮毛坯的鑄造精度及降低毛坯的生產(chǎn)成本，可選擇砂型鑄造，并采用機(jī)器造型較手工造型不但生產(chǎn)效率高，而其所得到的鑄件有較準(zhǔn)確的尺寸，毛坯熱處理方式為自然時(shí)效處理以消除鑄造應(yīng)力。
3.2 工藝過程設(shè)計(jì)所應(yīng)采取的相應(yīng)措施
由以上分析可知。該零件的主要加工表面是平面及孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對(duì)于該零件來說，加工過程中的主要問題是保證平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān)系。
該類零件的加工應(yīng)遵循先面后孔的原則：即先加工零件的基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。換擋撥叉的加工自然應(yīng)遵循這個(gè)原則。這是因?yàn)槠矫娴拿娣e大，用平面定位可以確保定位可靠夾緊牢固，因而容易保證孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去鑄件表面的凹凸不平。為提高孔的加工精度創(chuàng)造條件，便于對(duì)刀及調(diào)整，也有利于保護(hù)刀具。
換擋撥叉零件的加工工藝應(yīng)遵循粗精加工分開的原則，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孔系加工精度。
3.3 換擋撥叉加工定位基準(zhǔn)的選擇
3.3.1 粗基準(zhǔn)的選擇：
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
（1）粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個(gè)不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。
（2）選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時(shí)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加其耐磨性。
（3）應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
（4）盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。
（5）粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。
綜上要求，粗基準(zhǔn)選擇以撥叉大外圓端面作為粗基準(zhǔn)，先以撥叉大外圓端面互為基準(zhǔn)，兩個(gè)φ22mm孔外圓表面為輔助粗基準(zhǔn)加工出端面，再以端面定位加工出工藝孔。在后續(xù)工序中除個(gè)別工序外均用端面和工藝孔定位加工其他孔與平面。
3.3.2 精基準(zhǔn)的選擇：
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，以粗加工后的底面為主要的定位精基準(zhǔn)，滿足“基準(zhǔn)重合”[4]原則，以φ22mm圓柱表面為輔助的定位精基準(zhǔn)。
3.4 工藝路線的制定
制定工藝路線：
根據(jù)零件的幾何形狀、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,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)效率。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。
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故采用組合機(jī)床及專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外，還適當(dāng)降低生產(chǎn)成本。
3.4.1 工藝路線方案一：
工序1 鑄造毛坯
工序2 時(shí)效處理
工序3 粗銑 半精銑φ40兩端面
工序4 粗銑 半精銑2×φ22兩端面
工序5 鉆 擴(kuò) 鉸孔φ23
工序6 鏜孔φ29
工序7 拉花鍵孔φ26
工序8 鉆 鉸2×φ8孔
工序9 倒角
工序10 去毛刺 清洗
工序11 終檢 入庫
3.4.2 工藝路線方案二：
工序1 鑄造毛坯
工序2 時(shí)效處理
工序3 粗銑 半精銑φ22圓的兩端面
工序4 鉆 鉸2×φ8孔
工序5 粗銑 半精銑φ40兩端面
工序6 鉆 擴(kuò) 鉸φ23孔
工序7 鏜孔φ29
工序8 拉花鍵孔φ26
工序9 倒角
工序10 去毛刺 清洗
工序11 終檢 入庫
3.4.3 工藝方案的比較與分析：
上述兩方案:方案一 是先加工大孔φ23, 拉花鍵孔后再以φ23孔為基準(zhǔn)加工小孔φ8,而方案二先加工小孔φ8,以小孔為基準(zhǔn)加工各面及φ23內(nèi)孔.由方案一可見φ23孔為基準(zhǔn)加工φ8精度不易于保證,且工序不集中，不符合大批量生產(chǎn)方式。方案二先加工φ8不能保證精度,且工序也比較分散。綜合以上分析比較，設(shè)計(jì)出工藝路線方案三較前兩種工藝方案工序集中，提高生產(chǎn)效率，拉花鍵孔放在后面工序，也能保證了加工孔的精度要求。最終確定的工藝方案如下：
最終工藝路線方案：
工序1 鑄造毛坯
工序2 時(shí)效處理
工序3 粗銑 半精銑φ40端面
工序4 粗銑 半精銑2×φ8兩端面
工序5 鉆 擴(kuò) 絞 φ23孔
工序6 鉆 鉸2×φ8孔
工序7 鏜孔φ29 內(nèi)孔倒角C1
工序8 拉花健孔φ26
工序9 倒角
工序10 去毛刺 清洗
工序11 終檢 入庫
3.5 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
換擋撥叉零件材料為HT150，采用砂型鑄造毛坯大批量生產(chǎn)。
選擇工序間加工余量的主要原則[15]：
① 應(yīng)采用最小的加工余量，以求縮短加工時(shí)間，并降低零件的制作費(fèi)用；
② 加工余量應(yīng)能保證圖紙上所規(guī)定的表面粗糙度及精度；
③ 決定加工余量時(shí)應(yīng)考慮零件熱處理時(shí)引起的變形，否則可能產(chǎn)生報(bào)廢；
④ 決定加工余量時(shí)應(yīng)考慮所采用的加工方法和設(shè)備，以及加工過程中零件可能發(fā)生的變形；
⑤ 考慮零件的大小，零件越大，則加工余量也越大；
綜上所述，選擇各工序加工余量：
㈠ 銑φ40mm外圓端面：
考慮其表面粗糙度要求為Ra6.3mm,可先粗銑，再半精銑。查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》[5]P-1050表13-27取2Z=3mm；
㈡ 銑2×φ22mm兩圓端面：
其表面粗糙度要求為Ra6.3mm，可先粗銑，再半精銑。根據(jù)[5]P-1050表13-27取2Z=3mm即可滿足要求；
㈢ 加工φ23H8孔；
其表面粗糙度要求較高為Ra6.3mm，其加工方式可以分為鉆，擴(kuò)，鉸三步，根據(jù)[5]可得P-1044表13-12，孔徑≤30mm,直徑余量≤4mm，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：φ20mm Z=20mm
擴(kuò)孔：φ22.2mm Z=2.2mm
鉸孔：φ23H8 Z=0.8 mm
㈣ 加工2×φ8H8孔；
精度等級(jí)為IT8,其加工方式可以分為鉆，鉸二步，根據(jù)根據(jù)[5]可得孔徑≤30mm,直徑余量≤4mm，確定工序尺寸及余量為：
鉆孔：φ7.8mm
鉸孔：Φ8H8 Z=0.2 mm
㈤ 鏜φ29mm孔；
表面粗糙度要求為Ra12.5mm，分兩次粗鏜加工即可滿足精度要求。
鏜孔：φ27mm Z= 4mm
鏜孔：φ29mm Z= 2mm
㈥ 拉花鍵孔（6-φ23H8mmxφ26H8x6D9mm）；
表面粗糙度要求為Ra3.2，根據(jù)根據(jù)[5]可得2Z=6mm；
3.6 確定切削用量及基本工時(shí)
工序1鑄造與工序2時(shí)效處理非機(jī)動(dòng)時(shí)間，在此不作計(jì)算
工序3：粗、半精銑φ40mm兩外圓端面；
加工條件：
機(jī)床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀 D=63mm d=27mm 粗齒數(shù)Z=6，細(xì)齒數(shù)Z=10
（1）、粗銑
銑削深度ap：ap=2mm
每齒進(jìn)給量af：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)》[6] 取af=0.08mm/z
銑削速度： 取v=(20~40)m/min，
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
（3-1）
取=30, =63
代入公式（3-1）得：
根據(jù)表11-4，取
實(shí)際銑削速度：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
（3-2）
取=，，=
代入公式（3-2）得：
取
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知ι=40mm
刀具切入長(zhǎng)度： =30mm
刀具切出長(zhǎng)度：ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間： （2-3）
取ι=40mm，=30mm，ι?=3mm,
代入公式（2-3）得：
=(40+30+3)/80=0.91min
以上為銑一個(gè)端面的機(jī)動(dòng)時(shí)間，故本工序機(jī)動(dòng)工時(shí)為:
t1=2=2X0.91=1.82min
（2）、半精銑
銑削深度aw：aw=1mm
每齒進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取
銑削速度：參照《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取，
取=30, =63
代入公式（2-1）得：
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取
實(shí)際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知ι=40mm
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取ι2=3mm
走刀次數(shù)為1
取ι=40mm，，ι?=3mm
代入公式（2-3）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：=(40+30+3)/126=0.58min
以上為銑一個(gè)端面的機(jī)動(dòng)時(shí)間，故本工序機(jī)動(dòng)工時(shí)為
t1=2=2X0.58=1.16min
工序4：粗銑2-φ22mm圓的外側(cè)面
加工條件：
機(jī)床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀 D=50mm 粗齒數(shù)Z=6 細(xì)齒數(shù)Z=8
（1） 粗銑：
銑削深度aw：aw=2mm
每齒進(jìn)給量：根據(jù)表30-29，取
銑削速度：參照表30-29，取，
取=24, =50
代入公式（3-1）得
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)表11-4，
取
實(shí)際銑削速度：
取=，，=
代入公式（2-2）得：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
取
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知ι=22mm
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
取ι=22mm，，ι?=3mm,
代入公式（3-3）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：=(22+30+3)/80=0.69min
以上為銑一個(gè)端面的機(jī)動(dòng)時(shí)間，故本工序機(jī)動(dòng)工時(shí)為：
t1=2=2X0.69=1.38min
（2） 半精銑：
半精銑2-φ22mm圓的內(nèi)側(cè)面；
機(jī)床：專用組合銑床
刀具：高速剛圓柱形銑刀D=50mm 粗齒數(shù)Z=6 細(xì)齒數(shù)Z=8
銑削深度aw：aw=1mm
每齒進(jìn)給量：根據(jù)表30-29，取
銑削速度：參照表30-29，取，
取=24, =50
代入公式（3-1）得
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)表11-4，取
實(shí)際銑削速度：
取=，，=
代入公式（3-2）得：
工作臺(tái)每分進(jìn)給量：
取
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》
被切削層長(zhǎng)度：由毛坯尺寸可知ι=22mm
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：取ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
取ι=22mm，，ι?=3mm,
代入公式（3-3）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：=(22+30+3)/80=0.69min
以上為銑一個(gè)端面的機(jī)動(dòng)時(shí)間，故本工序機(jī)動(dòng)工時(shí)為
t1=2=2X0.69=1.38min
工序5：鉆，擴(kuò)，鉸φ23H8孔；
加工條件：
機(jī)床：專用組合鉆床
刀具：麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀
（1）、鉆孔φ20mm
切削深度：ap=10mm
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 因?yàn)榇舜毋@孔后還需要一個(gè)擴(kuò)孔及一個(gè)鉸刀的加工，所以選擇進(jìn)給量的范圍為 f=0.35~0.43mm/r 綜合考慮取 進(jìn)給量 f=0.4mm/r
取切削速度v=28.7m/min
取=28m/min =20mm
代入公式（3-1）得
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：n=1000v/πd0=(1000x28)/(3.14x20)=445m/min
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取n=545m/min;
實(shí)際切削速度：：V= πdn/1000=3.14×20×545=34.226m/min
被切削層長(zhǎng)度：ι=76mm
刀具切入長(zhǎng)度：ι1=20mm
刀具切出長(zhǎng)度：ι?=3mm
走刀次數(shù)為1
機(jī)動(dòng)時(shí)間： (3-4)
取ι=76mm，ι1=20mm，ι?=3mm , f=0.4mm/r, n=5m/min 入公式 （3-4）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間 ：=(l+l1+l2)/fn=(76+20+2)/(455x0.4) =0.54min
（2）、擴(kuò)φ20mm孔；
切削深度：ap=1.1mm
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》得：
f=(0.9~1.2)mm/r；
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取f=1.0mm/r
切削速度：根據(jù)《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 取
取=19, =22.2 代入公式（3-1）得；
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： r/min， 根據(jù)《機(jī)械加工工藝冊(cè)》 取n=272r/min;
實(shí)際切削速度：
；
根據(jù)《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》；
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度： =4mm
刀具切出長(zhǎng)度： =3mm
走刀次數(shù)為1
取， =4mm，=3mm, f=1.0mm/r, n=272r/min 代入公式（3-4）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間 ：min；
（3）鉸φ23H8孔;
切削深度：ap=0.4mm；
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取
根據(jù)《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 ，取
取切削速度
取=9.1, =23mm 代入公式（3-1）得;
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取n=140r/min；
實(shí)際切削速度：
；
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：=20mm
刀具切出長(zhǎng)度：=5mm
走刀次數(shù)為1
取，，, ,n=140r/min 代入公式（3-4）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間 ：；
（4）倒角C1 采用锪鉆。為縮短輔助時(shí)間，取倒角是的主軸轉(zhuǎn)速與擴(kuò)孔時(shí)相同：n=272r/min；手動(dòng)進(jìn)給。
工序5：鉆，鉸2-φ8H8孔；
加工條件：
機(jī)床：專用組合鉆床
刀具：麻花鉆、鉸刀
（1）、鉆φ7.8mm孔
切削深度：=3.4mm;
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取=0.18-0.22mm/r;
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取=0.20mm/r;
切削速度V=32.6m/min
取=33m/min, =7.8代入公式（3-1）得
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》取n=1360r/min;
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：=12mm;
刀具切入長(zhǎng)度：=20mm;
刀具切出長(zhǎng)度：=3mm ;
走刀次數(shù)為1
取=12mm，=20mm，=3mm, =0.20mm/r,n=1333r/min;代入公式（3-4）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間 ：;
以上為鉆一個(gè)孔的機(jī)動(dòng)時(shí)間，故本工序機(jī)動(dòng)工時(shí)為;
=2x0.13=0.26min;
（2）鉸2-φ8H8孔;
切削深度：=0.1mm;
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》表28-36，取
取切削速度V=8.7m/min;
取=8.7m/min, =8mm 代入公式（3-1）得
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 [7]取n=392r/min
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：=12mm;
刀具切入長(zhǎng)度：=20mm;
刀具切出長(zhǎng)度：=5mm;
走刀次數(shù)為1
取=12mm，=20mm，=5mm, =1.2mm/r,n=394r/min;代入公式（2-4）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間 ：
以上為鉸一個(gè)孔的機(jī)動(dòng)時(shí)間，故本工序機(jī)動(dòng)工時(shí)為;
=2x0.07=0.14min;
工序6：鏜φ29mm孔；
加工條件：
機(jī)床：T68鏜床
刀具：90鏜刀、45鏜刀
（1）、鏜孔至φ27mm；
切削深度：=2mm;
進(jìn)給量：根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 P-1063 表14-7 取=0.4~0.6mm/r;
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 取=0.5mm/r;
切削速度V=127m/min
取=127m/min, =7.8代入公式（3-1）得
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，
根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》取n=1000r/min;
實(shí)際切削速度：
；
切屑加工時(shí)：
被切削層長(zhǎng)度：=26mm;
刀具切入長(zhǎng)度：=30mm;
刀具切出長(zhǎng)度：=2mm;
走刀次數(shù)為1次
取=26mm，=30mm，=2mm, =0.5mm/r, n=1000r/min;
代入公式（3-4）得：
機(jī)動(dòng)時(shí)間 ：
倒角C1，采用45偏刀。為縮短輔助時(shí)間，取倒角是的主軸轉(zhuǎn)速與鏜孔時(shí)相同：n=1000r/min；手動(dòng)進(jìn)給。
工序7：拉花鍵孔（6-φ23H8mmxφ26H8x6D9mm）；
加工條件：
機(jī)床：專用組合拉床；
刀具：矩形齒花鍵拉刀；
單面齒升：查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》，確定拉花鍵孔時(shí)花鍵孔拉刀的單面齒升為0.06mm，拉削速度V=3.6m/min;
切削工時(shí)： ；
式 中： 為單面余量1.5mm
為拉削長(zhǎng)度；
為校準(zhǔn)部分的長(zhǎng)度系數(shù)；=1.2
K 為機(jī)床返回行程系數(shù)，取K=1.4
V 為拉削速度；
為拉刀單面齒升；
Z 為拉刀同時(shí)工作齒數(shù)；Z=/P
P 為拉刀齒距；
所以，拉刀同時(shí)工作齒數(shù) Z=l/p=76/126;
綜上所述，拉削工時(shí)為：
3.7 零件加工工藝設(shè)計(jì)小結(jié)
以上內(nèi)容主要是對(duì)換擋撥叉的加工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先要明確零件的作用 ，本次設(shè)計(jì)的換擋撥叉的主要作用就是車床變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按照操作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。在確定了零件的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以對(duì)零件的工藝路線進(jìn)行分析，制定出幾套工藝方案，然后對(duì)這幾套方案進(jìn)行分析比較，選擇最優(yōu)方案，最后確定切削用量并計(jì)算出基本工時(shí)。優(yōu)良的加工工藝是能否生產(chǎn)出合格的，優(yōu)質(zhì)零件的必要前提，所以對(duì)零件加工工藝的設(shè)計(jì)十分重要，設(shè)計(jì)時(shí)要反復(fù)比較，綜合考慮機(jī)加工因素，選擇出最優(yōu)方案。
4 基于氣動(dòng)夾緊的專用夾具設(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，通常需要設(shè)計(jì)專用夾具。
經(jīng)過與指導(dǎo)教師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)銑Φ40㎜外圓兩端面的氣動(dòng)銑夾具及加工2-φ8H8工藝孔的鉆夾具設(shè)計(jì)。銑Φ40㎜外圓兩端面的氣動(dòng)銑夾具用于立式銑床，適合于批量生產(chǎn)，銑刀采用指狀銑刀，先加工一個(gè)面再加個(gè)另一個(gè)面。加工2-φ8H8工藝孔的鉆夾具用于立式鉆床，適合于批量生產(chǎn)，刀具分別采用麻花鉆、擴(kuò)孔鉆及鉸刀，加工出來作為后續(xù)加工的工藝孔使用。
4.1 設(shè)計(jì)主旨
本夾具主要用來銑Φ40㎜的兩個(gè)端面，從零件圖中可以知道這兩個(gè)端面有一定的粗糙度要求，對(duì)于尺寸精度與行位精度沒有嚴(yán)格的要求。但是加工本工序時(shí)沒有任何孔來定位，剛好是進(jìn)過實(shí)效處理的毛坯件，在以后的工序中這兩個(gè)面也不起什么定位作用。因此，在本道工序主要考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而精度不是主要問題。
4.2 夾具設(shè)計(jì)
4.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖可知，有Φ22㎜和Φ40㎜的外圓可以利用，因此采用V型塊進(jìn)行裝夾，采用兩個(gè)小V型塊和一個(gè)大的V型塊定位裝夾，這樣總共限制5個(gè)自由度，因此在Φ22㎜的端面處采用一個(gè)支撐釘，這樣自由度被完全限制了，但從零件圖中知道，圓弧的壁厚比較薄，剛性比較差，因此在Φ40㎜處又加了一個(gè)輔助支撐，這樣就把剛性差的問題避免了，改夾具采用鉸鏈?zhǔn)綂A緊，通過快速氣缸和壓板進(jìn)行夾緊，并且要實(shí)現(xiàn)快速裝夾，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
4.2.2 定位誤差分析
工件在夾具中的位置由定位基準(zhǔn)與定位元件相接觸或配合來確定的，然而工件與定位元件均有制造誤差，就會(huì)使一批工件在夾具中的位置不一致，從而導(dǎo)致工件工序尺寸的誤差，這就是定位誤差。
該夾具由計(jì)算分析知道基準(zhǔn)不重合誤差為零，基準(zhǔn)位移誤差也為零所以沒有定位誤差。
因此能滿足零件的加工要求。
4.2.3 銑夾具設(shè)計(jì)的基本要求
如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，應(yīng)著眼于機(jī)動(dòng)夾緊，本道工序的銑床夾具就選擇了氣缸拉動(dòng)壓板對(duì)工件進(jìn)行夾緊。本道工序由于是粗加工，切削力較大，為了夾緊工件，勢(shì)必要加大壓板，而這將使整個(gè)夾具過于龐大。因此，應(yīng)設(shè)法降低切削力。目前采取的措施有三個(gè)：一是提高毛坯的制造精度，是最大背吃刀量降低，以降低切削力；二是選擇比較合適的鉸鏈機(jī)構(gòu)，增大夾緊時(shí)的力臂以降低夾緊力；三是在可能的情況之下，適當(dāng)提高夾緊力，來滿足夾緊的要求。
夾具上還需要裝有對(duì)刀塊，可使夾具在一批零件加工之前與塞尺配合使用很好的對(duì)刀；同時(shí)，夾具體底面上的一對(duì)U型槽可使夾具在機(jī)床工作臺(tái)上有一正確的安裝位置，以利于銑削加工。
4.3 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)要求是做任何設(shè)計(jì)的依據(jù)，氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)時(shí)要明確氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作和性能要求，這里一般要考慮以下幾方面：
1）該設(shè)備中，哪些運(yùn)動(dòng)需要液壓或氣壓傳動(dòng)完成，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式及動(dòng)作幅度；
2）對(duì)液壓或氣壓裝置的空間布置、安裝形式、重量、外形尺寸的限制等；
3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)載荷形式和大??；
4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，速度變化范圍以及對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的要求；
5）各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，彼此之間的聯(lián)鎖關(guān)系，實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)的操作或控制方式；
6）自動(dòng)化程度、效率、溫升、安全保護(hù)、制造成本等方面的要求；
7）工作環(huán)境方面的要求，如溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊、防塵、防腐、抗燃性能等；
另外對(duì)主機(jī)的功能、用途、工藝流程也必須了解清楚，力求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更加切合實(shí)際。
4.3.1 切削力及切削力矩的計(jì)算與分析
對(duì)執(zhí)行元件的工況進(jìn)行分析，就是查明每個(gè)執(zhí)行元件在各自工作過程中的速度和負(fù)載的變化規(guī)律。通常是求出一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各階段的速度和負(fù)載值列表表示，必要時(shí)還應(yīng)作出速度、負(fù)載隨時(shí)間（或位移）變化的曲線圖（稱為速度循環(huán)圖、負(fù)載循環(huán)圖和功率循環(huán)圖）。
在一般情況下，液壓和氣壓系統(tǒng)中氣缸承受的負(fù)載由六部分組成，即工作負(fù)載、導(dǎo)軌摩擦負(fù)載、功率、慣性負(fù)載、重力負(fù)載、密封負(fù)載和背壓負(fù)載，前五項(xiàng)構(gòu)成了氣缸所要克服的機(jī)械總負(fù)載。
這里為了方便起見，只是將銑削時(shí)產(chǎn)生的銑削力矩作為氣缸的工作負(fù)載，其余的負(fù)載這里沒有考慮（只需要按照一定的工作方式進(jìn)行計(jì)算即可）。
根據(jù)加工需要，該系統(tǒng)的工作循環(huán)也較為簡(jiǎn)單：快速前進(jìn)—快速后退—原位停止。
根據(jù)調(diào)查研究和工作系統(tǒng)要求，快速前進(jìn)和快速后退的速度約為4.5m/min，不考慮換向及啟動(dòng)時(shí)間、動(dòng)靜摩擦系數(shù)等因素，氣缸的機(jī)械效率η取0.9。
由于本道工序主要完成花鍵孔的兩端面加工，為后續(xù)花鍵孔的加工提供良好的基準(zhǔn)，且在銑削過程中由于銑刀所產(chǎn)生的銑削力對(duì)工件的附加轉(zhuǎn)矩會(huì)造成工件的加工誤差，因而必須對(duì)工件所受的銑削力和銑削力矩進(jìn)行計(jì)算分析，從而設(shè)計(jì)出符合要求的夾緊裝置。
對(duì)氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是以銑削力矩為主進(jìn)行理論計(jì)算，以工件加工中所需的夾緊力來設(shè)計(jì)氣缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)工件快速裝夾所需要的行程來確定氣缸的理論行程，因而需要對(duì)工件所受的夾緊力和夾具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
1）切削力的計(jì)算
切削力的計(jì)算可通過試驗(yàn)的方法，測(cè)出各種影響因素變化是的切削力數(shù)據(jù)，加以處理得到的反映各因素與切削力關(guān)系的表達(dá)式，稱為切削力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式。在實(shí)際中使用的切削力經(jīng)驗(yàn)公式有兩種：一是指數(shù)公式；二是單位切削力。這里為了方便起見，以單位切削力進(jìn)行切削力的計(jì)算。單位切削力是指單位切削面積上的主切削力，用kc表示。
由《切削手冊(cè)》得主切削力公式：
式中：CF、XF、YF、μF、ωF是指切削用量的系數(shù)和指數(shù)，可查相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)；
ap---銑削深度，mm；
af---每齒進(jìn)給量，mm/Z；
ae—銑削寬度，mm；
Z---銑刀齒數(shù)，
n---銑刀每秒轉(zhuǎn)速，m/s；
d0---切削寬度，mm；
kFZ---切削條件改變時(shí)的修正系數(shù)；
代入數(shù)據(jù)可得工件所受的切削力：
Fc=3305N。
2）由《切削手冊(cè)》得銑削力矩公式：
式中：M---銑削力矩，N?mm；Fc---銑削力，N；
d0---切削寬度，mm；Z---銑刀齒數(shù)，
代入數(shù)據(jù)可得：M=2079660 N?mm.
在夾具設(shè)計(jì)時(shí)采用了由氣缸帶動(dòng)兩個(gè)定V形塊及一個(gè)活動(dòng)的V形塊對(duì)工件實(shí)施夾緊，工件所需要的夾緊力是由這個(gè)氣缸提供的，因此需要計(jì)算氣缸所受的負(fù)載，氣缸所應(yīng)提供的夾緊力F可按如圖3.1所示夾緊情況來進(jìn)行計(jì)算。
圖3.1夾緊力分析計(jì)算圖
由圖3.1可知：
式中：M---銑削力矩，N?mm；
F---夾緊力，N；
L—力臂，mm；
代入數(shù)據(jù)可得：F=18906N。
4.3.2 氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1）初選氣缸的工作壓力[16]
工作壓力是確定執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要依據(jù)，它的大小影響執(zhí)行元件的尺寸和成本，甚至整個(gè)系統(tǒng)的功能。工作壓力選得高，執(zhí)行元件和系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)緊湊，但對(duì)元件的強(qiáng)度、剛度及密封要求高，且要采用較高壓力的氣源；反之，如果工作壓力選得低，就會(huì)增大執(zhí)行元件及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸，使結(jié)構(gòu)變得龐大。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?。?zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)總負(fù)載的大小或主機(jī)設(shè)備類型進(jìn)行選取。
在此氣動(dòng)夾具設(shè)計(jì)中，因采用企業(yè)氣源作為動(dòng)力，一般空氣的壓力為0.5~0.8Mpa。所以選定工作壓力為0.5Mpa。
2）確定氣缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
本氣缸采用單向作用氣缸。最大負(fù)載即為上面所求值，F(xiàn)=18906N，
其缸徑計(jì)算公式為:
式中:F - 活塞桿上的推力，N
- -氣缸工作壓力，MPa
D---氣缸缸體直徑，m
查設(shè)計(jì)[8]手冊(cè)，按氣缸內(nèi)徑系列將以上計(jì)算值圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取D=65mm。
由,可得活塞桿直徑:
圓整后，取活塞桿直徑校核，按公式
有:
其中，[]，
則:
滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。
3）缸筒壁厚的設(shè)計(jì)
缸筒直接承受壓縮空氣壓力，必須有一定厚度。一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算:
式中:δ- 缸筒壁厚，mm
- 氣缸內(nèi)徑，mm
- 實(shí)驗(yàn)壓力，取, Pa
材料為:ZL3,[]=3MPa
代入己知數(shù)據(jù)，則壁厚為:
取，則缸筒外徑為:
4）活塞行程的確定
由夾具設(shè)計(jì)中對(duì)零件進(jìn)行裝夾的移動(dòng)距離可知，為了便于工件的裝夾，移動(dòng)壓板所需要的行程為75mm，氣缸裝在移動(dòng)夾板的另一端，由杠桿原理可知，氣缸移動(dòng)的距離不小于是150mm，為了確保氣缸安全工作，取氣缸的工作行程為160mm。
5）氣動(dòng)傳動(dòng)原理圖擬定
由于只有一個(gè)工作氣缸，且氣缸的快速前進(jìn)和快速后退速度可取相同，并沒有采用多種工速，因而氣動(dòng)傳動(dòng)原理圖相對(duì)簡(jiǎn)單，其傳動(dòng)原理圖如圖4.2所示，所需要的氣動(dòng)元件規(guī)格如表3-1所示。
圖4.2 氣動(dòng)傳動(dòng)原理圖[9]
各通行機(jī)構(gòu)的調(diào)速，凡是能采用排氣口節(jié)流方式的，都在電磁閥的排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單效果好。如平臂伸縮氣缸在接近氣缸處安裝兩個(gè)快速排氣閥，可加快啟動(dòng)速度，也可調(diào)節(jié)全程的速度。升降氣缸采用氣節(jié)流的單向節(jié)流閥以調(diào)節(jié)手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其速度調(diào)節(jié)仍采用在電磁閥排氣口安裝節(jié)流阻尼螺釘來完成。氣液傳送器氣缸的排氣節(jié)流，可用來調(diào)整回轉(zhuǎn)液壓緩沖器[18]的背壓大小。
為簡(jiǎn)化氣路，減少電磁閥的數(shù)量，各工作氣缸的緩沖均采用液壓緩沖器[10]，這樣可以省去電磁閥和切換節(jié)流閥或行程節(jié)流閥的氣路阻尼元件。
電磁閥的通徑，是根據(jù)各工作氣缸的尺寸，行程，速度計(jì)算出所需壓縮空氣流量，與選用的電磁閥在壓力狀態(tài)下的公稱使用流量相適應(yīng)來確定的。
表4-1 氣路元件表
序號(hào)
型號(hào)規(guī)格
名稱
數(shù)量
1
QF-44
手動(dòng)截止閥
1
2
儲(chǔ)氣缸
1
3
QSL-26-S1
分水濾氣器
1
4
QTY-20-S1
減壓閥
1
5
QIU-20-S1
油霧器
1
6
YJ-1
壓力繼電器
1
7
24D2H-10-S1
二位五通電磁滑閥
1
8
單向節(jié)流閥
1
9
氣缸
1
5 加工2-φ8H8工藝孔夾具設(shè)計(jì)
5.1 加工2-φ8H8工藝孔夾具設(shè)計(jì)
本夾具主要用來鉆、鉸工藝孔2-φ8H8。這兩個(gè)工藝孔均有尺寸精度要求為上偏差+0.022 mm，兩孔形位公差要求◎?yàn)棣?.12mm。并用于以后拉花鍵孔的定位。本道工序?yàn)閾Q擋撥叉的第六道工序，加工時(shí)主要應(yīng)考慮如何保證其尺寸精度要求兩孔的同軸度要求，如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
5.2 定位方案的分析和定位基準(zhǔn)的選擇
由零件圖[17]可知，兩工藝孔位于零件φ22mm孔內(nèi)外側(cè)面上，其有表面粗糙度要求Ra=6.3mm。為了保證所鉆、鉸的孔的同軸度要求，則用定位心軸與φ23H8孔過盈配合。又根據(jù)基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。在選擇兩工藝孔的加工定位基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)盡量選擇上一道工序即粗、半精銑頂面工序的定位基準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為其定位基準(zhǔn)。因此加工工藝孔的定位基準(zhǔn)應(yīng)選擇φ40mm外圓端面和與φ23mmH8孔過盈配合的定位心軸為主要定位基準(zhǔn)限制工件的五個(gè)自由度，以保證2-φ8H8孔的同軸度要求，再用一個(gè)活動(dòng)V形塊限制工件的另一個(gè)自由度。其定位分析如圖5.1所示。
圖5.1 定位分析圖
5.3 配合種類的選擇
選擇配合種類[11]的目的是確定孔、軸結(jié)合的相互關(guān)系， 以保證機(jī)器滿足設(shè)計(jì)的使用要求。首先是選擇合理的配合類別及基本偏差， 其次是盡量選用優(yōu)先、 常用配合。公差等級(jí)、 基準(zhǔn)制和配合種類都選定后， 即可根據(jù)國標(biāo)的 “優(yōu)先、 常用配合” 表確定合理的配合。
定位心軸與直徑23H8孔配合起到定位作用，故選擇配合間隙很小的不回轉(zhuǎn)配合H8/g7.
定位心軸與夾具體上直徑22H7孔采用過盈配合H7/P6，裝配時(shí)可采用中等打入方法,拆卸也比較方便。
可換鉆套更換較為方便，可換鉆套在襯套中，襯套以H7/n6的過盈配合直接壓入鉆模板的底孔內(nèi)，鉆套外圓與襯套內(nèi)孔之間采用F7/m6配合。
5.4 定位誤差分析
本工序選用的工件以φ23mm孔在定位心軸上以小間隙配合定位[19]，心軸為垂直放置，由于定位副間存在徑向間隙，因此必將引起徑向基準(zhǔn)位移誤差。不過這時(shí)的徑向定位誤差不再只是單向的了，而是在水平面內(nèi)任意方向上都有可能發(fā)生，其最大值也比心軸水平放置時(shí)大一倍。分析如圖4.2所示。
圖5.2 心軸垂直放置時(shí)定位分析圖
由上面4.3節(jié)所述配合種類可得出的定位心軸與φ23H8孔的配合為φ23H8/g7 ；
則 ：
查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》得：
式中： ——定位副間的最小配合間隙 =0.007mm；
——工件圓孔直徑公差 =0.033 mm；
——心軸外圓直徑公差 =0.021 mm;
將數(shù)值帶入公式得：
；
5.5 切削力的計(jì)算與夾緊力分析
由于本道工序主要完成工藝孔的鉆、鉸加工，而鉆削力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉸削的切削力。因此切削力應(yīng)以鉆削力為準(zhǔn)。由《切削手冊(cè)》[12]得：
鉆削力 式（5-1）
鉆削力矩 式（5-2）
式中：D=8mm
f=0.20mm/r ;
代入公式（5-1）和（5-2）得;
則 ：
本道工序加工工藝孔時(shí)，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進(jìn)行夾緊力計(jì)算無太大意義。只需定位夾緊部件的銷釘強(qiáng)度、剛度適當(dāng)即能滿足加工要求。
5.6 鉆套、襯套、鉆模板設(shè)計(jì)
工藝孔的加工需鉆、鉸二次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示），以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。
圖 5.3 快換鉆套圖
根據(jù)工藝要求：工藝孔mm分鉆、鉸二個(gè)工步完成加工。
圖 5.4 固定襯套圖
快換鉆套可選用標(biāo)準(zhǔn)件，查《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》[13]可選擇H，具體見可見裝配圖。因?yàn)樵阢@孔過程中鉆模板的受力不大，根據(jù)選擇的鉆套的工作深度可確定鉆模板的厚度為12mm即可滿足要求；鉆套用襯套也根據(jù)所選用的快換鉆套即可選擇，襯套結(jié)構(gòu)及尺寸如圖5.4所示?？鞊Q鉆套配用的壓緊螺釘為尺寸為M6。
5.7 活動(dòng)V形塊的設(shè)計(jì)
活動(dòng)V形塊的作用是限制零件在加工時(shí)繞定位心軸旋轉(zhuǎn)，因此可根據(jù)V形塊所作用的φ22mm外圓，該零件有標(biāo)準(zhǔn)可查，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[14]即可選擇，具體可見裝配圖。
5.8 支撐板的設(shè)計(jì)
由零件圖可看出，在鉆工藝孔時(shí)，鉆頭向下的力可能使加工出來的孔不滿足尺寸精度要求和同軸度要求或者零件還會(huì)發(fā)生變形使之報(bào)廢。因此為了避免上述情況發(fā)生，達(dá)到圖紙要求，故在孔下方位置設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)支撐板。
可調(diào)支撐板可以沿著夾具體上下調(diào)節(jié)位置，這樣零件可以順利的裝夾，同時(shí)支撐板才能可靠的支撐φ22mm圓內(nèi)側(cè)面。為了加強(qiáng)支撐板的支撐強(qiáng)度，防止支撐板受壓變形，故設(shè)計(jì)了兩塊肋板來滿足要求。利用壓緊螺釘將支撐板固定在夾具上。
可調(diào)支撐板結(jié)構(gòu)如圖5.5所示。
圖4.5可調(diào)支撐板結(jié)構(gòu)圖
夾具體的設(shè)計(jì)主要考慮零件的形狀及零件在裝夾，拆卸過程是否方便可靠，加工過程中式否能滿足設(shè)計(jì)圖紙上所標(biāo)注的尺寸精度以及形位公差。最后將上述各主要元件裝配成一個(gè)整體。這些主要元件設(shè)計(jì)好后即可畫出夾具的設(shè)計(jì)裝配草圖。整個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)見CAD夾具體圖紙所示。
5.9 夾具體設(shè)計(jì)
夾具體是用于連接夾具各元件及裝置,使其成為一個(gè)整體的基礎(chǔ)件,并與機(jī)床有關(guān)部位連接,以確定夾具相對(duì)于機(jī)床的位置.其在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求:
①應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度保證在加工過程中, 夾具體在夾緊力,切削力等外力作用下,不至于產(chǎn)生不允許的變形和震動(dòng)，由此可選用材料HT200.
②結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單,具有良好工藝性. 在保證強(qiáng)度和剛度條件下,力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,重量輕,以便于操作.
③尺寸要穩(wěn)定.對(duì)于鑄造夾具體,要進(jìn)行時(shí)效處理,以消除內(nèi)應(yīng)力.保證夾具體加工尺寸的穩(wěn)定.
④便于排屑為防止加工中切削聚積在一起定位元件工作表面或其他裝置中,而影響工件的正確定位和夾具的 正常工作,在設(shè)計(jì)夾具體時(shí),要考慮切削的排除問題.
根據(jù)此次加工的零件形狀及工藝要求綜合考慮設(shè)計(jì)出如圖5.6所示夾具體：
圖5.6 夾具體
5.9.1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。
本道工序加工中主要保證兩工藝孔尺寸2-φ8H8孔及同軸度公差◎φ0.12要求。本道工序最后采用鉸削加工，并采用快換鉆套.。
定位心軸與直徑23H8孔配合起到定位作用，選擇的配合是間隙很小的不回轉(zhuǎn)配合H8/g7 經(jīng)過前面的徑向基準(zhǔn)位移誤差分析得出結(jié)果：
鉆本工序孔時(shí)孔下方有可調(diào)支撐板給予支撐，這樣可有效避免零件加工時(shí)發(fā)生變形而造成誤差，并且本工序鉆削，鉸削時(shí)具有鉆套，有理減小加工誤差。
再分析零件圖紙上要求兩工藝孔的同軸度公差為φ0.12。則該鉆夾具能夠滿足精度要求。
5.9.2 夾具操作的簡(jiǎn)要說明
由夾具裝配圖可以看出，定位心軸與夾具體是過盈配合，裝配時(shí)可將其打入與夾具體配合，再通過螺母旋緊即可限制零件的5個(gè)自由度。調(diào)節(jié)可調(diào)支撐板和銷釘可有有效的支撐零件受力部位，然后再通過壓緊螺釘推入活動(dòng)V形塊以限制零件的第6個(gè)自由度。最后再裝上鉆模板，襯套，快換