撥叉（大尺寸）兩端面銑床夾具設計

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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 錄 摘 要 II ABSTRACT.III 序言 .1 1 前言 1 2 機械加工工藝及夾具設計的發(fā)展 .1 2.1 發(fā)展歷史.1 2.2 發(fā)展現(xiàn)狀.1 2.3 發(fā)展趨勢.2 2.3.1 夾具的發(fā)展趨勢.2 2.3.2 機械加工制造技術(shù)的發(fā)展趨勢.3 3 零件的分析 .4 3.1 零件的作用.4 3.2 零件的工藝分析.4 4 工藝規(guī)程設計 .6 4.1 加工工藝過程.6 4.2 確定各表面加工方案6 4.3 確定定位基準.6 4.3.1 粗基準的選擇.6 4.3.2 精基準選擇的原則.6 4.4 制定工藝路線.7 4.5 機械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定.9 4.6 確立切削用量及基本工時10 總 結(jié)20 謝 辭21 參考文獻22 1 序言 1 前言 機械加工工藝及夾具設計是畢業(yè)前對專業(yè)知識的綜合運用訓練。制造技術(shù) 已經(jīng)是生產(chǎn)、國際經(jīng)濟競爭、產(chǎn)品革新的一種重要手段，所有國家都在尋求、 獲得、開發(fā)和利用它。它正被看作是現(xiàn)代國家經(jīng)濟上獲得成功的關(guān)鍵因素。 機械加工工藝是規(guī)定產(chǎn)品或零件機械加工工藝過程和操作方法。生產(chǎn)規(guī)模 的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加 工工藝來體現(xiàn)。而機床夾具是在機床上用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使 工件相對于機床或刀具有個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。 它們的研究對機械工業(yè)有著很重要的意義。 2 機械加工工藝及夾具設計的發(fā)展 2.1 發(fā)展歷史 從 1949 年以來，我國機械工業(yè)有了很大的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)中產(chǎn)品門類 比較齊全、具有相當規(guī)模和一定技術(shù)基礎的產(chǎn)業(yè)部門之一，其機械加工和夾具 也有很大的發(fā)展，但是與工業(yè)發(fā)達國家相比，我們這方面的水平還存在著階段 性的差距，主要表現(xiàn)在機械產(chǎn)品質(zhì)量和水平不夠高，加工工藝過程不合理，夾 具應用也比較少，使其加工工人勞動強度大，加工出來的產(chǎn)品也不理想。 2.2 發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)在，各工業(yè)化國家都把制造技術(shù)視為當代科技發(fā)展為活躍的領(lǐng)域和國際 間科技競爭的主戰(zhàn)場，制定了一系列振興計劃、建立世界級制造技術(shù)中心，紛 紛把先進制造技術(shù)列為國家關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。 機械加工工藝及夾具隨著制造技術(shù)的發(fā)展也突飛猛進。機械加工工藝以各 個工廠的具體情況不同，其加工的規(guī)程也有很大的不同。突破已往的死模式。 使其隨著情況的不同具有更加合理的工藝過程。也使產(chǎn)品的質(zhì)量大大提高。制 定加工工藝雖可按情況合理制定，但也要滿足其基本要求：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的 前提下，盡可能提高勞動生產(chǎn)率和降低加工成本。并在充分利用本工廠現(xiàn)有生 產(chǎn)條件的基礎上，盡可能采用國內(nèi)、外先進工藝技術(shù)和經(jīng)驗。還應保證操作者 良好的勞動條件。但我國現(xiàn)階段還是主要依賴工藝人員的經(jīng)驗來編制工藝，多 半不規(guī)定工步和切削用量，工時定額也憑經(jīng)驗來確定，十分粗略，缺乏科學依 2 據(jù)，難以進行合理的經(jīng)濟核算。 機床夾具最早出現(xiàn)在 18 世紀后期。隨著科學技術(shù)的不斷進步，夾具已從一 種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占 工件種類總數(shù)的 85左右。現(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代， 以適應市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾 具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另 一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔 34 年就要更新 5080左右專用夾 具，而夾具的實際磨損量僅為 1020左右。特別是近年來，數(shù)控機床、加工 中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應用，對機床夾具提出 了如下新的要求： 1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成 本； 2）能裝夾一組具有相似性特征的工件； 3）能適用于精密加工的高精度機床夾具； 4）能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具； 5）采用以液壓站等為動力源的高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提 高勞動生產(chǎn)率； 6）提高機床夾具的標準化程度。 2.3 發(fā)展趨勢 長期以來，加工工藝編制是由工藝人員憑經(jīng)驗進行的。如果由幾位工藝員 各自編制同一個零件的工藝規(guī)程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最 佳方案。這是因為工藝設計涉及的因素多，因果關(guān)系錯綜復雜。CAPP 將是機械 加工工藝的發(fā)展趨勢，它不僅提高了工藝設計的質(zhì)量，而且使工藝人員從繁瑣 重復的工作中擺脫出來，集中精力去考慮提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量問題。 2.3.1 夾具的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為標準化、高效化、精密化和柔性化等 四個方面。 （1）標準化 機床夾具的目的就在于提高生產(chǎn)效率，這樣也就必使其具有 標準化和通用化，而機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。目前 我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148T225991 以及各類通用夾 具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于 縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。 3 （2）高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間， 以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有自動化夾具、 高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工 件，效率可提高 5 倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在 試驗轉(zhuǎn)速為 9000r/min 的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度 提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動線配置相應的高效、自動化夾具外，在 數(shù)控機床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動裝夾工件的夾具以及自動更換 夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機床的效率。 （3）精密化 機床夾具的精度會直接影響到零件的加工精度，而隨著機械 產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu) 類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達0.1“；用于精密車 削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為 5m。這些精密化的夾具為以后零 件加工的精度提供了保證。 （4）柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通 過調(diào)整、組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有： 工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類 主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為 適應現(xiàn)代機械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴大夾具的柔性化程度，改 變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當前夾具發(fā)展 的主要方向。 2.3.2 機械加工制造技術(shù)的發(fā)展趨勢 （1）特種加工 它是指一些物理的、化學的加工方法，如電火花加工、電 解加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工等。特種加工方法的主要對象是 難加工材料的加工，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達分子 級加工單位或原子級加工單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要 手段。特種加工與傳統(tǒng)加工相結(jié)合的復合加工有較大的發(fā)展前途。 （2）快速成形 利用離散、堆積成形概念，可將一個三維實體分解為若干 二維實體制造出來，再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實體。 （3）精密工程 它包括精密加工的超精密加工技術(shù)、微細加工和超微細加 工技術(shù)、微型機械和納米技術(shù)等方面。當前，以納米技術(shù)為代表的超精密加工 技術(shù)和以微細加工為手段的微型機械技術(shù)有重要意義，它們代表了這一時期精 密工程的方向。 （4）傳統(tǒng)加工工藝的改造和革新 這一方面的技術(shù)潛力很大，如高速切削、 超高速切削、強力磨削、超硬材料磨具的出現(xiàn)都對加工理論的發(fā)展、加工質(zhì)量 4 和效率的提高有重要意義。另一方面，舊設備的改造和挖潛，如普通機床改造 成數(shù)控機床等，對機械工業(yè)的發(fā)展和提高是不容忽視的。 3 零件的分析 3.1 零件的作用 撥叉是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復雜，但 其加工孔和底面的精度要求較高，此外還有小頭孔端要求加工，對精度要求也 很高。撥叉的底面、大頭孔上平面和小頭孔粗糙度要求都是 ，所以都要6.1Ra 求精加工。其小頭孔與底平面有垂直度的公差要求，撥叉底面與大頭孔上平面 有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽邊有平行度公差和對稱度公差要求 等。因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量 均影響機器或部件的裝配質(zhì)量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工 是非常關(guān)鍵和重要的。 題目所給的零件是撥叉。它位于車床變速機構(gòu)中，主要起換檔，使主軸回轉(zhuǎn)運 動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 25 孔 與操縱機構(gòu)相連，二下方的 80 孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過 上方的力撥動下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。 3.2 零件的工藝分析 一個好的結(jié)構(gòu)不但要應該達到設計要求，而且要有好的機械加工工藝性， 也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質(zhì)量，同時使加工的 勞動量最小。而設計和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。設計者要考慮加 工工藝問題。工藝師要考慮如何從工藝上保證設計的要求。 5 車床共有兩處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下： 1. 以 25mm 孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：25H8mm 的孔，以及 52mm 的圓柱兩端面，其中主要 加工表面為 25H8mm 通孔。 2. 以 80mm 孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括：80mm 的孔，以及 80mm 的兩個端面。主要是 80mm 的孔。 3. 以 M6 螺紋孔為中心的加工表面。 這一組加工表面包括：M6 的螺紋孔。 這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是： 80mm 兩個端面平行度公差為 0.02mm.。 由上面分析可知，加工時應先加工一組表面，再以這組加工后表面為基準加工另 外一組。 上面主要是對撥叉零件的結(jié)構(gòu)、加工精度和主要加工表面進行了分析，選 6 擇了其毛坯的的制造方法為模鍛和中批的批量生產(chǎn)方式，從而為工藝規(guī)程設計 提供了必要的準備。 4 工藝規(guī)程設計 4.1 加工工藝過程 該撥叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。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。 4.2 確定各表面加工方案 影響加工方法的因素 要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應考慮不斷改進現(xiàn)有加工方法和 設備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。 要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如：淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有 色金屬由于磨削時容易堵塞砂輪，一般都采用精細車削，高速精銑等。 此外，還要考慮一些其它因素，如加工表面物理機械性能的特殊要求， 工件形狀和重量等。 要考慮加工表面的精度和表面質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求， 選擇加工方法及分幾次加工。 根據(jù)生產(chǎn)類型選擇，在大批量生產(chǎn)中可專用的高效率的設備。在單件小 批量生產(chǎn)中則常用通用設備和一般的加工方法。如、柴油機連桿小頭孔的加工， 在小批量生產(chǎn)時，采用鉆、擴、鉸加工方法；而在大批量生產(chǎn)時采用拉削加工。 選擇加工方法一般先按這個零件主要表面的技術(shù)要求來選定最終加工方法。 4.3 確定定位基準 4.3.1 粗基準的選擇 從撥叉零件圖分析可知，主要是選擇加工撥叉底面的裝夾定位面為其加工 粗基準。從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證撥叉在整 個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。 7 4.3.2 精基準選擇的原則 要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證撥叉在整個 加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從撥叉零件圖分析可知，它的底平 面與小頭孔，適于作精基準使用。但用一個平面和一個孔定位限制工件自由度 不夠，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個加工過程中基本上 都采用統(tǒng)一的基準定位的要求。至于兩側(cè)面，因為是非加工表面，所以也可以 用大頭孔為加工基準。 4.4 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等 技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機 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，還應當考慮經(jīng)濟 效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 （1）. 工藝路線方案一 00 鑄造毛坯 10 時效處理 20 粗銑、半精銑 52 一側(cè)端面、100 一側(cè)端面 30 粗銑、半精銑 52 另外一側(cè)端面、100 另外一側(cè)端面 40 鉆擴鉸 25 孔 50 倒角 C1 60 粗鏜、半精鏜 80 孔 70 精鏜 80 孔,并倒角 C1 80 銑斷（兩件毛坯分開） 90 粗銑 12 凸臺平面 100 鉆 M6 螺紋底孔5 110 攻絲 M6 120 去毛刺 130 檢驗入庫 8 （2）. 工藝路線方案二 工序一 00 鑄造毛坯 10 時效處理 20 粗、鉆、擴、鉸、精鉸 25、80 孔 30 粗銑、半精銑 52 一側(cè)端面、100 一側(cè)端面 40 粗銑、半精銑 52 另外一側(cè)端面、100 另外一側(cè)端面 50 倒角 C1 60 粗鏜、半精鏜 80 孔 70 精鏜 80 孔,并倒角 C1 80 銑斷（兩件毛坯分開） 90 粗銑 12 凸臺平面 100 鉆 M6 螺紋底孔5 110 攻絲 M6 120 去毛刺 130 檢驗入庫 上面的工序加工不太合理，因為由經(jīng)驗告訴我們大多數(shù)都應該先銑平面再加 工孔，那樣會更能容易滿足零件的加工要求，效率不高，但同時鉆兩個孔，對設 備有一定要求。且看另一個方案。 上面工序可以適合大多數(shù)生產(chǎn)，但是在全部工序中間的工序七把兩件銑 斷，對以后的各工序的加工定位夾緊不方便，從而導致效率較低。再看另一方案。 （4）. 工藝路線方案三 00 鑄造毛坯 10 時效處理 9 20 粗銑、半精銑 52 一側(cè)端面、100 一側(cè)端面 30 粗銑、半精銑 52 另外一側(cè)端面、100 另外一側(cè)端面 40 鉆擴鉸 25 孔 50 倒角 C1 60 粗鏜、半精鏜 80 孔 70 精鏜 80 孔,并倒角 C1 80 銑斷（兩件毛坯分開） 90 粗銑 12 凸臺平面 100 鉆 M6 螺紋底孔5 110 攻絲 M6 120 去毛刺 130 檢驗入庫 4.5 機械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定 撥叉零件材料為 HT200，硬度 190210HB，毛坯重量 1.45kg，生產(chǎn)類型為中 批量，鑄造毛坯。 據(jù)以上原始資料及加工路線，分別確定各家工表面的機械加工余量、工序尺寸及 毛坯尺寸如下： （1）.外圓表面（52） 考慮其零件外圓表面為非加工表面，所以外圓表面為鑄造毛坯， 沒有粗糙度要求，因此直接鑄造而成。 （2）. 外圓表面沿軸線方向長度方向的加工余量及公差（25，60 端面） 。 查機械制造工藝設計簡明手冊 （以下稱工藝手冊 ）表 2.126，取 25，52 端面長度余量均為 2.5（均為雙邊加工） 銑削加工余量為： 10 粗銑 2mm 半精銑 0.7mm （3）. 內(nèi)孔（80 已鑄成 72 的孔） 查工藝手冊表 2.22.5，為了節(jié)省材料，取 80 孔已鑄成孔長度 余量為 4 工序尺寸加工余量： 鉆孔 5mm 擴孔 0.5mm 鉸孔 0.1mm 精鉸 0mm （5）. 螺紋孔頂面加工余量 鑄出螺紋孔頂面至 25 孔軸線且垂直軸線方向 30mm 的距離，余量為 4 mm 工序尺寸加工余量： 粗銑頂面 2.1 mm 半精銑 0.7 mm 精銑 0.2 mm （6）. 其他尺寸直接鑄造得到 由于本設計規(guī)定的零件為中批量生產(chǎn)，應該采用調(diào)整加工。因此在計算最大、 最小加工余量時應按調(diào)整法加工方式予以確認。 4.6 確立切削用量及基本工時 工序 20 粗銑、半精銑 52 一側(cè)端面、100 一側(cè)端面。 （1）. 加工條件 工件材料：HT200,b =0.12GPa HB=200241,鑄造。 加工要求：粗銑 25 孔上下端面。 機床：X53K 立式銑床。 刀具： W18Cr4V 硬質(zhì)合金鋼端銑刀,牌號 YG6。銑削寬度 ae .故選擇的切削用量可用 EPm 即 “09,05/,375/min,0.6/indfrv25720.2MFNTPkw: 選用 的細長柄機用絲錐，工件材料中碳鋼，前角 ，后角61M 01p ，主偏角 0p045r 選用切削速度 根據(jù)表 7.2-13 查得 mm/min,選擇 v=10m/min91v: （3）扭矩的確定 根據(jù)表 7.2-12 得0ZmyMCdPk 查機械加工工藝手冊表 7.2-12 得， .264,1.,.5,1mMYk1506N: （4）攻螺紋時的轉(zhuǎn)速 r/min 030vnd 取 n=520r/min m/min 03.145208.164dnv0639mMP 選擇絲錐退出時的轉(zhuǎn)速為 450r/min 19 基本時間的確定 = =12.2s 11()mltpn8.5201()450 式中 - 工件螺紋長度（mm）1lNPl - 絲錐切削錐長度（mm） - 攻螺紋時的超切量，取 =（2-3） ；P - 攻絲紋時的轉(zhuǎn)速（r/min）n - 絲錐退出時的轉(zhuǎn)速（r/mm ）1 - 工件螺紋距（mm ）P 20 總 結(jié) 本文是撥叉的加工工藝設計，設計的總體過程可以概括為，首先對撥叉零 件的結(jié)構(gòu)、形狀及材料作整體分析，然后初選加工工藝方案，并對工藝方案進 行比較選擇合理的工藝路線，然后計算分析尺寸，并制定出工藝卡片。最后是 夾具的設計。 本次畢業(yè)設計綜合了大學里所學的知識，是理論與實際相結(jié)合的一個成果。 由于專業(yè)知識有限，在設計過程中遇到的問題主要通過老師的講解，同學們的 討論以及查閱資料來解決。通過兩端面銑床夾具設計，我對課本理論知識有了 更深刻了理解，同時，我的看圖，繪圖能力也有了較大的提高。這對我以后的 工作打下了良好的基礎。 21 謝 辭 本次畢業(yè)設計綜合了大學里所學的專業(yè)知識，是理論與實際相結(jié)合的一次 考驗。通過這次設計，我的綜合運用知識的能力有了很大的提高，尤其是看圖、 繪圖、設計能力，為我今后的工作打下了良好的基礎。在此過程中，我進一步 加深了對課本知識的理解，進一步了解了零件的工藝以及夾具設計過程，收獲 頗豐。 本次設計是在指導老師的悉心指導和幫助下完成的。我的機械工藝知識有 限，在設計中常常碰到問題，是鄭老師不厭其煩的指導，不斷的點拔迷津，提 供相關(guān)資料，才使其順利完成。指導老師耐心的講解，使我如沐春風。不僅如 此，指導老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和高尚的敬業(yè)情操深深打動了我。在此，我向指 導老師表示最真誠的感謝。同時，感謝同組同學的支持和幫助，使我更好的完 成畢業(yè)設計。 22 參考文獻 1 李 洪機械加工工藝手冊M 北京出版社，20061 2 陳宏鈞實用金屬切削手冊M 機械工業(yè)出版社，20051 3 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會金屬切削手冊M上?？茖W技術(shù)出版社， 2002 4 楊叔子機械加工工藝師手冊M機械工業(yè)出版社，2000 5 徐鴻本機床夾具設計手冊M 遼寧科學技術(shù)出版社，200310 6 都克勤機床夾具結(jié)構(gòu)圖冊M 貴州人民出版社，20034 7 胡建新機床夾具M 中國勞動社會保障出版社，20015 8 馮 道機械零件切削加工工藝與技術(shù)標準實用手冊M 安徽文化音 像出版社，2003 9 王先逵機械制造工藝學M機械工業(yè)出版社，2000 10 馬賢智機械加工余量與公差手冊M中國標準出版社， 199412 11 劉文劍夾具工程師手冊M黑龍江科學技術(shù)出版社，2007 12 王光斗機床夾具設計手冊M上?？茖W技術(shù)出版社，20028