K411雙撥叉機械加工工藝及鏜Φ113孔夾具設計

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The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目 錄 序言…………………………………………………………………1 一. 零件分析 ……………………………………………………2 1.1 零件作用 ………………………………………………2 1.2零件的工藝分析 …………………………………………2 二. 工藝規(guī)程設計…………………………………………………3 2.1確定毛坯的制造形式 ……………………………………3 2.2基面的選擇……………………………………………… 3 2.3制定工藝路線 ……………………………………………5 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 …………7 2.5確定切削用量及基本工時 ………………………………8 三 夾具設計 ……………………………………………………13 3.1問題的提出………………………………………………13 3.2定位基準的選擇…………………………………………13 3.3切削力及夾緊力計算……………………………………14 3.4定位誤差分析……………………………………………15 3.5夾具設計及操作簡要說明………………………………16 總 結………………………………………………………………18 致 謝………………………………………………………………19 參考文獻 …………………………………………………………20 序 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 撥叉的加工工藝規(guī)程及其銑槽的夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行課程設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 一、零件分析 1.1 零件的作用 撥叉作用待查 1.2 零件的工藝分析 零件為QT600-3鑄鋼件，無熱處理要求。 從結構上看，左部呈圓筒狀，右部為厚14mm的半圓叉爪。兩部分上下都不在同一平面上，工件安裝有一定困難。 零件的主要加工表面和主要的技術要求也分兩個部分 一個是以φ20孔端面為中心的加工表面，這一組加工表面包括：φ20mm的孔以及M20螺紋底孔。 一個是以φ20孔為中心的加工表面,這一組加工表面包括：叉口端面，寬42槽，螺紋孔，銷孔。 二：工藝規(guī)程設計 (一)確定毛坯的制造形式 零件材料是QTQ600-3。零件年產(chǎn)量為批量，而且零件加工的輪廓尺寸不大，在考慮提高生產(chǎn)率保證加工精度后可采用鑄造成型中的金屬模鑄造。零件形狀復雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，毛坯尺寸通過確定加工余量后再決定。 （二）基面的選擇 粗基準選擇應當滿足以下要求： （1）粗基準的選擇應以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應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。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 （2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如：機床床身導軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。 （3） 應選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。 （4） 應盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。 （5） 粗基準應避免重復使用，因為粗基準的表面大多數(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。 基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，他對零件的生產(chǎn)是非常重要的。先選取φ20端面為定位基準。 精基準的選擇應滿足以下原則： （1）“基準重合”原則 應盡量選擇加工表面的設計基準為定位基準，避免基準不重合引起的誤差。 （2）“基準統(tǒng)一”原則 盡可能在多數(shù)工序中采用同一組精基準定位，以保證各表面的位置精度，避免因基準變換產(chǎn)生的誤差，簡化夾具設計與制造。 （3）“自為基準”原則 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均勻，應選擇該加工表面本身為精基準，該表面與其他表面之間的位置精度由先行工序保證。 （4）“互為基準”原則 當兩個表面相互位置精度及自身尺寸、形狀精度都要求較高時，可采用“互為基準”方法，反復加工。 （5）所選的精基準 應能保證定位準確、夾緊可靠、夾具簡單、操作方便。 以φ20孔（一面2銷）為定位精基準，加工其它表面及孔。主要考慮精基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合的時候，應該進行尺寸換算，這在以后還要進行專門的計算，在此不再重復。 （三） 工藝路線的制定 制定藝路線的出發(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要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,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。經(jīng)考慮選擇了兩個可行的工藝方案。 方案一 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑Φ20孔兩端面 4 鉆 鉆擴鉸Φ20孔 5 鉆 鉆M20x1.5螺紋底孔 6 銑 銑叉口端面 7 鉆 鉆Φ8銷孔 8 鉆 鉆2-M8孔 9 鉆 鉆4-Φ6.2孔 10 銑 銑寬42mm槽 11 攻 攻M20x1.5螺紋 12 檢驗 檢驗，入庫 方案二 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑Φ20孔兩端面 4 銑 銑叉口端面 5 鉆 鉆擴鉸Φ20孔 6 鉆 鉆M20x1.5螺紋底孔，攻絲 7 鉆 鉆Φ8銷孔 8 鉆 鉆2-M8孔 9 鉆 鉆4-Φ6.2孔 10 銑 銑寬42mm槽 11 檢驗 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。 方案一和方案二的區(qū)別在于方案一先加工Φ20孔端面，再加工Φ20孔，再加工M20螺紋底孔，后面工序采用Φ20孔和M20螺紋底孔定位，采用一面兩銷，這樣可以為后面工序利用更好的定位基準；而方案二是把端面加工完畢再加工孔，加工完M20螺紋底孔立即攻絲，不能作為定位基準。綜合考慮我們選擇方案一。 最終工藝路線如下： 1 鑄造 鑄造 2 時效處理 時效處理 3 銑 銑Φ20孔兩端面 4 鉆 鉆擴鉸Φ20孔 5 鉆 鉆M20x1.5螺紋底孔 6 銑 銑叉口端面 7 鉆 鉆Φ8銷孔 8 鉆 鉆2-M8孔 9 鉆 鉆4-Φ6.2孔 10 銑 銑寬42mm槽 11 攻 攻M20x1.5螺紋 12 檢驗 檢驗，入庫 六、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QT600-3，毛坯重量1.12kg，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、 不加工表面毛坯尺寸 不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差，由鑄造可直接獲得。 2、 端面 由于端面要與其他接觸面接觸，同時又是Φ20孔的中心線的基準。查相關資料知余量留2.5比較合適。 3、孔 毛坯為空心，鑄造出孔?？椎木纫蠼橛贗T7—IT8之間，參照參數(shù)文獻，確定工藝尺寸余量為2mm 七、確立切削用量及基本工時 工序：銑Φ20孔兩端面 1. 選擇機床刀具 選擇立式銑床X51硬質(zhì)合金鋼Yab端銑刀 2. 切削用量 查2表5 f=0.14~0.24mm/r T=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min n=7.32r/min 3. 計算工時 半精銑 工序：銑寬42mm槽 1、選擇機床及刀具 機床 x51立式銑床 刀具 三面刃銑刀銑槽do=42mm查[1]表8 國家標準 GB1118 D=160mm d=40mm L=16mm 齒數(shù)z=24 2、計算切削用量 由[工藝手冊]表9.4—1和（切削用量手冊）查得 走刀量 f=0.67 mm/r 銑刀磨鈍標準和耐用度 由[工藝手冊]表9.4—6查得 磨鈍標準為 0.2~0.3 表9.4—7查得 耐用度為 T=150min （1）切削速度 由[工藝手冊] 式3.2 （7-26） 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) m=0.5 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s （2）確定機床主軸速度 由[工藝手冊] 按機床選取主軸轉(zhuǎn)速為6.33 r/s 所以 實際切削速度為 （3）計算切削工時 4 加工113孔夾具設計 3.1問題的提出 本夾具是用來加工113孔,零件圖中此孔與113孔中心距有公差要求。此工序為粗鏜、半精鏜加工,因此本工序加工時要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率,降低勞動強度,重點是保證加工精度的問題. 3.2 定位基準的選擇 因為孔與此孔有公差要求,所以應以這個長通孔為主要定位基準。由于鑄件的公差要求較大,利用孔的左側(cè)面作為輔助定位基準。在小孔處采用移動壓板對零件進行夾緊。在旁邊有筋板的緣故，有足夠的強度，可以進行直接的鏜削，能保證加工精度。 3.3 定位元件及夾緊元件的選擇 據(jù)上面所述，查參考文獻[1]，選用固定式定位銷（長銷）穿過25H7的孔。由于此孔兩側(cè)面沒加工，故用定位塊進行支承。這樣一銷一面就限制了五個自由度，最后在待加工孔下面加上一個支承釘再限制最后一個自由度，即一面兩銷定位。這樣就可以完全定位了。 夾緊元件選用壓板，由于壓板種類很多，當選用轉(zhuǎn)動壓板時，其行程不夠，選用U型壓板又不合適，故在充分比較分析的情況下，選用移動壓板，其夾緊可靠、操作方便，在很多地方都有用到。 圖3.2 移動壓板（GB2175-80） 一、 3.4 切削力及夾緊力計算 鏜刀材料：（機夾單刃硬質(zhì)合金鏜刀），機床為：T68 由參考文獻[3]，表1-12選擇刀具的幾何參數(shù)為： 1）粗鏜： 由參考文獻[12]，查表可得： 圓周切削分力公式： 查表得： 取 ∴ 由表可得參數(shù)： ∴ ∴ 同理：徑向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： ∴ ∴ 軸向切削分力公式 ： 式中參數(shù)： ∴ ∴ 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即： 安全系數(shù)K可按下式計算， 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[12]表可得： 所以，有： 2）半精鏜： 同理，圓周切削分力公式： 因為： ，則 所以，有： 當夾緊力方向與切削力方向一致時，僅需要較小的夾緊力來防止工件在加工過程中產(chǎn)生的振動和轉(zhuǎn)動。故該夾具采用移動壓板夾緊機構，為了方便操作，通過手動擰緊螺母將壓板壓緊工件。 由于夾緊力方向與切削力方向在水平上有一段距離，使工件在夾緊的地方產(chǎn)生了彎矩，如圖： 圖3.3 彎矩示意圖 ∴ 既是加上轉(zhuǎn)矩M，所以319.65N 3.4 誤差分析與計算 該夾具以一面兩銷定位，兩定位銷孔尺寸公差為250。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。 與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示： 由參考文獻[5]可得： ⑴ 兩定位銷的定位誤差 ： 其中： ， ， ， 且：L=250mm ，得 ⑵ 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過 ⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 3.5 零、部件的設計與選用 3.5.1定位銷選用 本夾具選用一可換定位銷和固定棱形銷來定位，其參數(shù)如下表： 表5.1 定位銷 d H D 公稱尺寸 允差 14～18 12 15 ～0.011 22 5 1 4 M12 4 表5.2 定位棱銷 d H d 公稱尺寸 允差 40～50 20 22 +0.034 ～0.023 65 5 3 8 1 6 1.5 3.5.2夾緊裝置的選用 該夾緊裝置選用移動壓板，其參數(shù)如表5.3： 表6.3 移動壓板 公稱直徑 L 6 45 20 8 19 6.6 7 M6 5 3.6 確定夾具體結構和總體結構 對夾具體的設計的基本要求 （1）應該保持精度和穩(wěn)定性 在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。 （2）應具有足夠的強度和剛度 保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。 （3）結構的方法和使用應該不錯 夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。 （4）應便于鐵屑去除 在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應在夾具體上面。 （5）安裝應牢固、可靠 夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。 加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經(jīng)濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。 3.7 夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，應該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。 此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調(diào)整換取。 總 結 這次設計即將結束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入設計打下了好的基礎。 這次設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結合。因此同學們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了好多，也非常珍惜學院給我們的這次設計的機會，它將是我們畢業(yè)設計完成的更出色的關鍵一步。 致 謝 這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設計。 這次設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下她的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，她都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參 考 文 獻 1. 切削用量簡明手冊,艾興、肖詩綱主編,機械工業(yè)出版社出版，1994年 2.機械制造工藝設計簡明手冊，李益民主編，機械工業(yè)出版社出版，1994年 3.機床夾具設計，哈爾濱工業(yè)大學、上海工業(yè)大學主編，上海科學技術出版社出版，1983年 4.機床夾具設計手冊，東北重型機械學院、洛陽工學院、一汽制造廠職工大學編，上?？茖W技術出版社出版，1990年 5.金屬機械加工工藝人員手冊，上海科學技術出版社，1981年10月 6.機械制造工藝學，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年 第 23 頁 共 27 頁