车床变速箱中拔叉及专用夹具设计说明书

发布时间:2021-07-31 06:37:26





摘 要...............................................................................................................................................Ⅰ Abstract ...........................................................................................................................................Ⅱ 1 绪论.................................................................................................................................................1
1.1 课题背景 ...............................................................................................................................1 1.2 夹具的发展史 .......................................................................................................................1 1.3 小结 .......................................................................................................................................2

2 拨叉 80-08 的加工工艺规程设计 ..........................................................................................3
2.1 零件的分析 ...........................................................................................................................3 2.1.1 零件的作用..................................................................................................................3 2.1.2 零件的工艺分析..........................................................................................................3 2.2 确定生产类型 .......................................................................................................................3 2.3 确定毛坯 ...............................................................................................................................3 2.3.1 确定毛坯种类..............................................................................................................3 2.3.2 确定铸件加工余量及形状 ..........................................................................................3 2.3.3 绘制铸件零件图..........................................................................................................4 2.4 工艺规程设计 .......................................................................................................................4 2.4.1 选择定位基准..............................................................................................................4 2.4.2 制定工艺路线..............................................................................................................4 2.4.3 选择加工设备和工艺设备 ..........................................................................................6 2.4.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 ..................................................................6 2.5 确定切削用量及基本工时 ...................................................................................................8 2.5.1 工序 1:粗铣Φ 25H7 的两侧面 .................................................................................8 2.5.2 工序 2:粗铣*下端面孔侧面的工艺凸台 ...............................................................9 2.5.3 工序 3:钻Φ 25H7 的通孔 .........................................................................................9 2.5.4 工序 4:扩Φ 25H7 的通孔 ....................................................................................... 11 2.5.5 工序 5:铰Φ 25H7 的通孔 .......................................................................................12 2.5.6 工序 6:粗铣 a、b 面 ............................................................................................. 182 2.5.7 工序 7:粗铣Φ 60H12 孔的两面 .............................................................................14 2.5.8 工序 8:精铣Φ 60H12 孔的两面 .............................................................................14 2.5.9 工序 9:粗镗下端Φ 60H12 的孔 .............................................................................15 2.5.10 工序 10:半精镗下端孔到Φ 60H12 ......................................................................16 2.5.11 工序 11:粗铣 16H11 的槽 ....................................................................................16 2.5.12 工序 12:半精铣 16H11 的槽 ................................................................................17 2.5.13 工序 13:钻Φ 20.50 的孔 .......................................................................................18 2.5.14 工序 14:攻 M22×1.5 的螺纹 ..............................................................................19 2.5.15 工序 15:铣开 Φ60H12 的孔 .................................................................................20 2.6 本章小结 .............................................................................................................................21

3 专用夹具设计 ............................................................................................................................22
3.1 镗孔夹具设计 .....................................................................................................................22
1

3.1.1 问题的提出................................................................................................................22 3.1.2 夹具的设计................................................................................................................22 3.2 铣槽夹具设计 .....................................................................................................................25 3.2.1 问题的提出................................................................................................................25 3.2.2 夹具的设计................................................................................................................25 3.3 钻孔夹具设计 .....................................................................................................................29 3.3.1 问题的提出................................................................................................................29 3.3.2 夹具的设计................................................................................................................30 3.4 本章小结 .............................................................................................................................35

结论 ...................................................................................................................................................36 参考文献 ..........................................................................................................................................37 致 谢 .................................................................................................................................................38

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1
1.1 课题背景

绪论

随着科学技术的发展,各种新材料、新工艺和新技术不断涌现,机械制造工 艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现,已突破传统 的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴,可以加工各种难加工材料、复杂的 型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世,提高了更新频率的小批量零 件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的 迅速发展,极大地推动了机械加工工艺的进步,使工艺过程的自动化达到了一个 新的阶段。 “工欲善其事,必先利其器。 ” 工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来,现代制造技术与机械制造 工艺自动化都有了长足的发展。但工具(含夹具、刀具、量具与辅具等)在不断 的革新中,其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成 本都有着直接的影响。因此,无论在传统制造还是现代制造系统中,夹具都是重 要的工艺装备。

1.2 夹具的发展史
夹具在其发展的 200 多年历史中,大致经历了三个阶段:第一阶段,夹具在 工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置,发挥着夹固工件的最基本功用。 随着军工生产及内燃机,汽车工业的不断发展,夹具逐渐在规模生产中发挥出其 高效率及稳定加工质量的优越性,各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善,夹具 逐步发展成为机床—工件—工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具 发展的第二阶段。这一阶段,夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今 天,各类高效率,自动化夹具在高效,高精度及适应性方面,已有了相当大的提 高。随着电子技术,数控技术的发展,现代夹具的自动化和高适应性,已经使夹 具与机床逐渐融为一体,使得中,小批量生产的生产效率逐步趋*于专业化的大 批量生产的水*。这是夹具发展的第三个阶段,这一阶段,夹具的主要特点是高 精度,高适应性。可以预见,夹具在不一个阶段的主要发展趋*侵鸩教岣咧 能化水*。

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1.3 小结
一项优秀的夹具结构设计,往往可以使得生产效率大幅度提高,并使产品的 加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的,不规则的拔叉类, 杆类工件,几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前,中等生产规模 的机械加工生产企业,其夹具的设计,制造工作量,占新产品工艺准备工作量的 50%—80%。生产设*锥危约芯叩难≡窈蜕杓乒ぷ鞯闹厥映潭龋亢烈膊谎褂 对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计,制造和生产过程中对夹具 的正确使用,维护和调整,对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。

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2.1 零件的分析
2.1.1 零件的作用

拨叉 80-08 的加工工艺规程设计

题目所给的零件是 CA6140 车床的拨叉。 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。 2.1.2 零件的工艺分析 零件的材料为 HT200,灰铸铁属于脆性材料,故不能锻造和冲压。但灰铸铁的 铸造性能和切削加工性能优良。以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的 位置要求:
? (1) 中心圆孔Ф 2500.021 。

(2) M 22 ?1.5 的螺纹孔垂直于中心孔,其中心与右面的距离为 4400.3 。 ?
? ? (3) 键槽 1600.11 与中心孔有 0.08 的垂直度,深为 800.15 。 ? (4) 半孔 ?6000.3 与中心孔有 127?0.1 的位置关系,其宽为 12?0.05 与中心孔有 0.1 的垂 ?0.2 ?0.16

直度。 由上面分析可知,可以先加工拨叉中心孔,然后以此作为基准采用专用夹具 进行加工,并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达 到的位置精度,并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面,所以根据上述技术要求采 用常规的加工工艺均可保证。

2.2 确定生产类型
已知此拨叉零件的生产类型为大批量生产,所以初步确定工艺安排为:加工 过程划分阶段;工序应当集中;加工设备以通用设备为主,大量采用专用工装。

2.3 确定毛坯
2.3.1 确定毛坯种类 零件材料为 HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构不是 太复杂,生产类型为大批生产,故选择金属型铸造毛坯。 2.3.2 确定铸件加工余量及形状 查《机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册》125 页表 1-4-7,选用各个 加工面的铸件机械加工余量均为 3mm。

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2.3.3 绘制铸件零件图

图 2.1 零件毛坯图

2.4 工艺规程设计
2.4.1 选择定位基准 ①粗基准的选择 以零件的下端孔为主要的定位粗基准,以较大面 a 面为辅助粗基准。 ②精基准的选择 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基 准统一”原则,以加工后的通孔为主要的定位精基准,以下端孔为辅助的定位精 基准。 2.4.2 制定工艺路线 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求,以及加工方法所能 达到的经济精度,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹 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
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产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:
表 2.1 工艺路线方案一 工序号 工序一 工序二 工序三 工序四 工序五 工序六 工序七 工序八 工序九 工序十 钻、扩、铰Φ 25H7 的通孔 粗铣 a、b 面,使粗糙度达到 6.3,a 面到Φ 25H7 的孔中心距为 440 0.3 ,b 面 ? 到Φ 25H7 的中心距为 36 粗铣、半精铣 16H11 的槽 粗铣下端圆孔的两侧面,使两面之间的距离为 12d11 ①粗镗下端圆孔的内孔到Φ 59②半精镗此孔到Φ 60H12 铣开下端圆孔 钻Φ 20.50 的孔,垂直于Φ 25H7 的通孔 攻 M22×1.5 的螺纹 钳工打毛刺 检验 工序内容

表 2.2 工艺路线方案二 工序号 工序一 工序二 工序三 工序四 工序五 工序六 工序七 工序八 工序九 工序十 工序十一 工序内容 粗铣Φ 25H7 的两侧面,使两面间距为 80 粗铣*下端孔侧面的工艺凸台 钻Φ 25H7 的通孔 扩Φ 25H7 的通孔 铰Φ 25H7 的通孔 粗铣 a、b 面,使粗糙度达到 6.3,a 面到Φ 25H7 的孔中心距为 440 0.3 ,b 面 ? 到Φ 25H7 的中心距为 36 粗铣Φ 60H12 孔的两面,使两面的间距为 14 精铣Φ 60H12 孔的两面,使两面的间距为 12d11,粗糙度 3.2 粗镗下端孔 半精镗下端孔到Φ 60H12,粗糙度达到 3.2 粗铣 16H11 的槽

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续表 2.2 工序十二 工序十三 工序十四 工序十五 工序十六 工序十七 半精铣 16H11 的槽 钻Φ 20.50 的孔,垂直于Φ 25H7 的通孔 攻 M 22 ? 1.5 的螺纹 铣开Φ 60H12 的孔 钳工打毛刺 检验

工艺立方案的比较与分析: 上述两个工艺方案的特点在于:方案二是加工工序分散,适合流水线生产, 缩短装换刀具的时间。加工完前次的又可成为下次加工的基准,这样使工序非常 清晰易提高加工精度,是对大批量生产是很合适的。方案一把工件加工工序分得 很紊乱并且很集中,基准得不到保证,加工出来的精度低,不符合现代化的生产 要求。两种方案的装夹比较多,但是考虑到加工零件的方便性,及加工精度,且 还是大批生产,所以采用方案二比较合适。 2.4.3 选择加工设备和工艺设备 ①机床的选择 工序 1、7、8、11、12、15 采用 X6022 型卧式铣床 工序 2、6 采用 X5028 立式铣床 工序 3、4、5、13、14 采用 Z535 立式钻床 工序 9、10 采用 T618 卧式镗床 ②选择夹具 该拨叉的生产纲领为大批生产,所以采用专用夹具。 ③选择刀具 在铣床上加工的各工序,采用硬 质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔
? 25 H 7 ,由于精度不高,可采用硬质合金铰刀。

④选择量具 加工的孔均采用极限量规。 ⑤其他 对垂直度误差采用千分表进行检测,对角度尺寸利用专用夹具保证,其他尺 寸采用通用量具即可。 2.4.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 根据前面资料已初步确定工件各面的总加工余量,现在确定各表面的各个加 工工序的加工余量如下:

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表 2.3 各加工工序的加工余量及达到的尺寸、经济度、粗糙度 加 工序 工序内容 号 余 量 粗铣Φ 25H7 的 1 两侧面 粗铣*下端孔侧 2 面的工艺凸台 3 钻Φ 25H7 通孔 IT12 3 IT11 0 6.3 -0.1 0.1 3 IT11 80 6.3 -0.1 0.1 度 工 经济精 工序尺寸 糙度 最小 最大 表面粗 工序余量

? 22
? ? 24.700.05

6.3

-1

1

4

扩Φ 25H7 通孔

2.0

IT12

3.2

-0.05

0.05

5

铰Φ 25H7 通孔 粗铣 a 粗铣 面

0.2

IT8

? ? 2500.021

1.6

-0.006

0.006

4400.3 (距中 ?
3 IT12 心孔) 36(距中心孔) 6.3 -0.1 0.1

6 a、 面 b 粗铣 b 面 粗铣Φ 60H12 孔 7 的两面 精铣Φ 60H12 孔 8 的两面

2

IT11

13 ? 0.5

6.3

-0.1

0.1

1

IT9

12?0.05 ?0.16

3.2

-0.05

0.05

9

粗镗下端孔

2.5

IT13

? 59.700.3 ?

6.3

-0.2

0.2

10

半精镗下端孔

0.5

IT11

? ? 6000.3

3.2

-0.02

0.02

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续表 2.3 11 粗铣 16H11 的槽 IT11

14 ? 0.5

6.3

-0.1

0.1

12

半精铣 16H11 的 槽

1

IT10

? 1600.11

3.2

-0.02

0.02

13

钻Φ 20.50 的孔 攻 M 22 ? 1.5 的 螺纹 铣开Φ 60H12 的 孔

IT13

? 20.50 ? 0.5

6.3

-1

1

14

15

4

IT13

6.3

-0.05

0.05

2.5 确定切削用量及基本工时
2.5.1 工序 1:粗铣Φ 25H7 的两侧面 机床:X6022 型卧式铣床 刀具:两块镶齿套式面铣刀(间距为 80),材料: YT 15 , D ? 200mm ,齿数
Z ? 20 ,为粗齿铣刀。

因其单边余量:Z=3mm 所以铣削深度 a p : ap ? 3mm 每齿进给量 a f :根据参考文献[3]表 2.4-73,取 a f ? 0.15mm / Z 铣削速度 V : 参照参考文献[3]表 2.4-81,取 V ? 2.54m / s 机床主轴转速 n : 1000V 1000 ? 2.54 ? 60 n? ? ? 242.68r / min , ?d 3.14 ? 200 按照参考文献[3]表 3.1-74 实际铣削速度 v : v ?
n ? 245r / min

? dn
1000

?

3.14 ? 200 ? 245 ? 2.56m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.15 ? 20 ? 245/ 60 ? 12.25mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 12.25mm / s ? 735mm / min

a? :根据参考文献[3]表 2.4-81, a? ? 60mm
切削工时 被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 42mm ,

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刀具切入长度 l1 :
l1 ? 0.5( D ? D 2 ? a?2 ) ? (1 ~ 3) ? 0.5(200 ? 2002 ? 602 ) ? (1 ~ 3) ? 7.6mm

刀具切出长度 l2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 42 ? 7.6 ? 2 ? ? 0.07 min fm 735

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.23min 2.5.2 工序 2:粗铣*下端孔侧面的工艺凸台 机床:X5028 刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀) ①粗铣 a 面 铣削深度 a p : a p ? 3mm 每齿进给量 a f :根据《机械加工工艺手册》表 2.4-73,取 a f ? 0.15mm / Z 铣削速度 V :参照《机械加工工艺手册》表 2.4-81,取 V ? 6m / s 机床主轴转速 n : n ?
1000V 1000 ? 6 ? 60 ? ? 287r / min ,取 n ? 300r / min ? d0 3.14 ? 400

d w ? 400mm

齿数 Z ? 14

实际铣削速度 V ? : V ? ?

? d0 n
1000

?

3.14 ? 400 ? 300 ? 6.28m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.15 ?14 ? 300/ 60 ? 10.5mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 10.5mm / s ? 630mm / min

a? :根据《机械加工工艺手册》表 2.4-81, a? ? 240mm
被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 16mm 刀具切入长度 l1 : l1 ? 0.5( D ? D 2 ? a?2 ? (1 ~ 3) ? 42 mm 刀具切出长度 l 2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 16 ? 42 ? 2 ? ? 0.095min fm 630

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.52min 2.5.3 工序 3:钻Φ 25H7 的通孔 工件材料为 HT200 铁,硬度 200HBS。孔的直径为 25mm,公差为 H7,表面 粗糙度 Ra1.6?m 。加工机床为 Z535 立式钻床。钻头为 ?22mm 标准高速钢麻花钻, 磨出双锥和修磨横刃。 确定钻削用量

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①确定进给量 f

根据参考文献[2], 28-10 可查出 f表 ? 0.47 ~ 0.57mm / r , 表

查 Z535 立式钻床说明书,取 f ? 0.43mm / r 。 根据参考文献[2]表 28-8,钻头强度所允许是进给量 f ' ? 1.75mm / r 。由于机床 进给机构允许的轴向力 Fmax ? 15690 N (由机床说明书查出) ,根据参考文献[2], 表 28-9,允许的进给量 f " ? 1.8mm / r 。 由于所选进给量 f 远小于 f ' 及 f " ,故所选 f 可用。 ②确定切削速度 v 、轴向力 F、转矩 T 及切削功率 Pm 表 28-15,由插入法得 根据参考文献[2],

v表 ? 1 7m / mi , F表 ? 4732N n
T表 ? 5 1 . 6 9 ? M, P 表 ? 1.25kW N m
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。 根据参考文献[2],由表 28-3, kMv ? 0.88 , klv ? 0.75 ,故

v 表 ? 17m / min? 0.88? 0.75 ? 11.22(m / min)
'

1000v'表 1000 ?11.22mm / min n ? ? ? 162r / min ? d0 ? ? 22mm
'

查 Z535 机床说明书,取 n ? 195r / min 。实际切削速度为 ?d n ? ?2 2 ? 1 9 5 / m i n mm r v? 0 ? ?1 4 / m i n m 1000 1000 由参考文献[2],表 28-5, kMF ? kMT ? 1.06 ,故
F ?4732 ? 1.06 N ?
T ? 5 1 . 6N ? m ? 1 . 0 6 9 ?

5016( N
5 4 ?m N .8

)

③校验机床功率

切削功率 Pm 为

P ? P 表 n / n' )kMM m m(
? 1 . 2k W ? ( 1 9 5 / 2 4 6 ) ?1 . 0k6W 1 . 0 5 5 ?

机床有效功率

P' E ? PE? ? 4.5kW ? 0.81 ? 3.65kW ? P m
故选择的钻削用量可用。即

d0 ? 22mm , f ? 0.43mm / r , n ? 195r / min , v ? 14m / min
相应地
F ? 5016 N , T ? 54.8 N ? m , P ? 1.05kW m

切削工时 被切削层长度 l : l ? 78mm 刀具切入长度 l1 :

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l1 ?

D 22 ctgkr ? (1 ~ 2) ? ctg120? ? 1 ? 7.4mm 2 2

刀具切出长度 l 2 : l 2 ? 1 ~ 4mm 走刀次数为 1 机动时间 t j 2 : t j 2 ?

取 l 2 ? 3mm

L 78 ? 7.4 ? 3 ? ? 1.08 min nf 0.43 ?195

查参考文献[1],表 2.5-41 工步辅助时间为:1.76min 2.5.4 工序 4:扩Φ 25H7 的通孔 加工机床为 Z535 立式钻床。扩孔钻为 ?24.7mm 标准高速钢扩孔钻; 确定扩孔切削用量 ①确定进给量 f
f =0.57mm/r。

根据参考文献[2],表 28-31,有

f表 ? (0.7 ? 0.8)mm/r ? 0.7=0.49 ? 0.56mm/r 。根据 Z535 机床说明书,取
②确定切削速度 v 及 n 根据表 28-33,取 v表 ? 25m / min 。修正系数:

kmv ? 0 . 8 , ka pv ? 1.02(根据 8

a pR ap

?

24.7 ? 22 /1.5 ? 0.9) 2

故 v'表 ? 25m / min? 0.88?1.02 ? 11.22m / min

n' ? 1000v'表 (? d0 ) ? 1000 ?11.22mm / min/(? ? 24.7mm) ? 286r / min /
查机床说明书,取 n ? 275r / min 。实际切削速度为
7 r ? n ? v ? ? d0n ?10?3 ? ? ?2 4 .m m ? 2 7 5 / m i?3 1 0 m2 1 . 3 / min

切削工时 被切削层长度 l : l ? 78mm 刀具切入长度 l1 ,有:
l1 ? D ? d1 24.7 ? 22 ctgkr ? (1 ~ 2) ? ctg120? ? 2 ? 2.86mm ? 3mm 2 2

刀具切出长度 l 2 : l 2 ? 1 ~ 4mm 走刀次数为 1 机动时间 t j 2 : t j 2 ?

取 l 2 ? 3mm

L 78 ? 3 ? 3 ? ? 0.54 min fn 0.57 ? 275

查参考文献[1],表 2.5-41 工步辅助时间为:1.16min

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2.5.5 工序 5:铰Φ 25H7 的通孔 加工机床为 Z535 立式钻床。铰刀为 ?25mm 标准高速铰刀。 确定铰孔切削用量 ①确定进给量 f 根据表 28-36, f表 ? 1.3 ~ 2.6mm ,按该表注 4,进给量取 由表 28-39,取 v表 ? 8.2 m /min 。由表 28-3,得修正 小植。查 Z535 说明书,取 f ? 1.6mm / r 。 ②确定切削速度 v 及 n 系数

kMv ? 0 . 8 , kapv ? 0.99 8

(根据

a pR ap

?

2 5? 2 4 . 7 / 0.1?5 2 2

1.2)

故 v'表 ? 8.2m / min? 0.88 ? 0.99 ? 7.14m / min

n' ? 1000v'表 /(? d0 ) ? 1000 ? 7.14(m / min) /(? ? 25mm) ? 91.5r / min
查 Z535 说明书,取 n ? 100r / min ,实际铰孔速度
m r i? 0 v ? ? d0n ?10?3 ? ? ?2 5 m ?1 0 0 / m? n3 1 ? m7 . 8 / min

切削工时 被切削层长度 l : l ? 78mm 刀具切入长度 l1 ,
l1 ? D ? d0 25 ? 24.7 ctgkr ? (1 ~ 2) ? ctg120? ? 2 ? 2.09mm 2 2

刀具切出长度 l 2 : l 2 ? 1 ~ 4mm 走刀次数为 1 机动时间 t j 3 : t j 3 ?

取 l 2 ? 3mm

L 78 ? 2.09 ? 3 ? ? 0.52 min nf 1.6 ?100

查参考文献[1],表 2.5-41 工步辅助时间为:1.51min 该工序的加工机动时间的总和是 t j : t j ? 1.08 ? 0.54 ? 0.52 ? 2.14min 2.5.6 工序 6:粗铣 a、b 面 机床:X5028 刀具:硬质合金端铣刀(面铣刀) ①粗铣 a 面 铣削深度 a p : a p ? 3mm 每齿进给量 a f :根据《机械加工工艺手册》表 2.4-73,取 a f ? 0.15mm / Z 铣削速度 V :参照《机械加工工艺手册》表 2.4-81,取 V ? 6m / s 机床主轴转速 n : n ?
1000V 1000 ? 6 ? 60 ? ? 287r / min ,取 n ? 300r / min ? d0 3.14 ? 400
12

d w ? 400mm

齿数 Z ? 14

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实际铣削速度 V ? : V ? ?

? d0 n
1000

?

3.14 ? 400 ? 300 ? 6.28m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.15 ?14 ? 300/ 60 ? 10.5mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 10.5mm / s ? 630mm / min

a? :根据《机械加工工艺手册》表 2.4-81, a? ? 240mm
被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 90mm 刀具切入长度 l1 : l1 ? 0.5( D ? D 2 ? a?2 ? (1 ~ 3) ? 42 mm 刀具切出长度 l 2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 90 ? 42 ? 2 ? ? 0.21min fm 630

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:2.03min ②粗铣 b 面 同样的铣削深度 a p ? 3mm 每齿进给量 a f :根据《机械加工工艺手册》表 2.4-73,取 a f ? 0.15mm / Z 铣削速度 V :参照《机械加工工艺手册》表 2.4-81,取 V ? 6m / s 机床主轴转速 n : n ? 取 n ? 300r / min 实际铣削速度 V ? : V ? ?
1000V 1000 ? 6 ? 60 ? ? 287r / min , ? d0 3.14 ? 400

? d0 n
1000

?

3.14 ? 400 ? 300 ? 6.28m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.15 ?14 ? 300/ 60 ? 10.5mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 10.5mm / s ? 630mm / min

a? :根据《机械加工工艺手册》表 2.4-81, a? ? 240mm
被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 32mm 刀具切入长度 l1 : l1 ? 0.5( D ? D 2 ? a?2 ? (1 ~ 3) ? 42 mm 刀具切出长度 l 2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 32 ? 42 ? 2 ? ? 0.12 min fm 630

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.52min

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2.5.7 工序 7:粗铣Φ 60H12 孔的两面 机床:X6022 型卧式铣床 刀具:两块镶齿套式面铣刀(间距为 14),材料: YT 15 , D ? 200mm ,齿数
Z ? 20 ,为粗齿铣刀。

因其单边余量:Z=2mm 所以铣削深度 a p : a p ? 2mm 每齿进给量 a f :根据参考文献[3]表 2.4-73,取 a f ? 0.15mm / Z 铣削速度 V : 参照参考文献[3]表 2.4-81,取 V ? 2.54m / s 机床主轴转速 n : 1000V 1000 ? 2.54 ? 60 n? ? ? 242.68r / min , ?d 3.14 ? 200 按照参考文献[3]表 3.1-74 实际铣削速度 v : v ?
n ? 245r / min

? dn
1000

?

3.14 ? 200 ? 245 ? 2.56m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.15 ? 20 ? 245/ 60 ? 12.25mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 12.25mm / s ? 735mm / min

a? :根据参考文献[3]表 2.4-81, a? ? 60mm
切削工时 被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 82mm , 刀具切入长度 l1 :
l1 ? 0.5( D ? D 2 ? a?2 ) ? (1 ~ 3) ? 0.5(200 ? 2002 ? 602 ) ? (1 ~ 3) ? 7.6mm

刀具切出长度 l2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 82 ? 7.6 ? 2 ? ? 0.125min fm 735

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.57min 2.5.8 工序 8:精铣Φ 60H12 孔的两面 机床:X6022 型卧式铣床 刀具:两块镶齿套式面铣刀(间距为 12?0.05 ),材料: YT 15 , D ? 200mm ,齿 ?0.16 数 Z=25,为细齿铣刀。 精铣该*面的单边余量:Z=1.0mm 铣削深度 a p : a p ? 1.0mm 每齿进给量 a f :根据参考文献[3]表 2.4-73,取 a f ? 0.12mm / Z 铣削速度 V : 参照参考文献[3]表 2.4-81,取 V ? 3.2m / s

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机床主轴转速 n : 1000V 1000 ? 3.2 ? 60 n? ? ? 305.7r / min , ?d 3.14 ? 200 按照参考文献[3]表 3.1-31 实际铣削速度 v : v ?
n ? 310r / min

? dn
1000

?

3.14 ? 200 ? 310 ? 3.24m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.12 ? 25 ? 310/ 60 ? 15.5mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 15.5mm / s ? 930mm / min 被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 82mm 刀具切入长度 l1 :精铣时 l1 ? D ? 200mm 刀具切出长度 l 2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j 2 : t j 2 ?

l ? l1 ? l2 82 ? 200 ? 2 ? ? 0.31min fm 930

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.94min 2.5.9 工序 9:粗镗下端Φ 60H12 的孔 机床:卧式镗床 T 618 刀具:硬质合金镗刀,镗刀材料: YT 5 切削深度 a p : a p ? 2.5mm ,毛坯孔径 d0 ? 54mm 。 进给量 f :根据参考文献[3]表 2.4-66,刀杆伸出长度取 200 mm ,切削深度为

aF =2.5mm。因此确定进给量 f ? 0.2mm / r 。
切削速度 V :参照参考文献[3]表 2.4-9 取 V ? 2.4m / s ? 144m / min 机床主轴转速 n : 1000V 1000 ?144 n? ? ? 849.26r / min , ?d 3.14 ? 54 按照参考文献[3]表 3.1-41 取 n ? 1000r / min 实际切削速度 v : v ?

? dn
1000

?

3.14 ? 54 ?1000 ? 2.83m / s 1000 ? 60

工作台每分钟进给量 f m : fm ? fn ? 0.2 ?1000 ? 200mm / min 被切削层长度 l : l ? 12mm 刀具切入长度 l1 : l1 ?

ap tgkr

? (2 ~ 3) ?

2.5 ? 2 ? 6.33mm tg 30?

刀具切出长度 l 2 : l 2 ? 3 ~ 5mm

取 l 2 ? 4mm

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行程次数 i : i ? 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 12 ? 6.33 ? 4 ? ? 0.11min fm 200

查参考文献[1],表 2.5-37 工步辅助时间为:2.61min 2.5.10 工序 10:半精镗下端孔到Φ 60H12 机床:卧式镗床 T 618 刀具:硬质合金镗刀,镗刀材料: YT 5 切削深度 a p : a p ? 0.5mm 进给量 f :根据参考文献[3]表 2.4-66,刀杆伸出长度取 200 mm ,切削深度为

aF = 0.5mm 。因此确定进给量 f ? 0.15mm / r
切削速度 V :参照参考文献[3]表 2.4-9,取 V ? 3.18m / s ? 190.8m / min 机床主轴转速 n :
n? 1000V 1000 ?190.8 ? ? 1029.9r / min ,取 n ? 1000r / min ? d0 3.14 ? 59

实际切削速度 v , v ? :

? dn 1 5 1 ? 4 90 3 .
1 0 ? 16 00

? ?

?0 / m s 9 3 .

工作台每分钟进给量 f m : fm ? fn ? 0.15 ?1000 ? 150mm / min 被切削层长度 l : l ? 12mm 刀具切入长度 l1 : l1 ?

ap tgkr

? (2 ~ 3) ?

0.5 ? 2 ? 2.87mm tg 30?

刀具切出长度 l 2 : l 2 ? 3 ~ 5mm 行程次数 i : i ? 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

取 l 2 ? 4mm

l ? l1 ? l2 12 ? 2.87 ? 4 ? ? 0.126 min fm 150

所以该工序总机动工时 t j ? 0.11 ? 0.126 ? 0.236min 查参考文献[1],表 2.5-37 工步辅助时间为:1.86min 2.5.11 工序 11:粗铣 16H11 的槽 机床:X6022 型卧式铣床 刀具:错齿三面刃铣刀 切削深度 a p : a p ? 7mm 根据参考文献查[1]表 4.4-8 有: 刀具的直径 D=80mm,刀具的齿数 Z=14,刀具的宽度 L=14mm。

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查[2]表 2.4-76 得: 进 给 量 a f ? 0 . 0 m m /, 根 据 参 考 文 献 [3] 表 30 ? 32 查 得 切 削 速 度 6 z
V ? 24m / min ,

机床主轴转速 n : 1000V 1000 ? 24 n? ? ? 95.54r / min , ?d 3.14 ? 80 按照参考文献[2]表 3.1-74 取 n ? 95r / min 实际切削速度 v : v ?

? Dn
1000

?

3.14 ? 80 ? 95 ? 0.4m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.06 ?14 ? 95/ 60 ? 1.33mm / s 机床工作台每分进给量 f m :
fm ? Vf ? 1.33mm / s ? 79.8mm / min

被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 90mm 刀具切入长度 l1 :

l1 ? 0.5D ? (1 ~ 2)
=42mm 刀具切出长度 l2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 90 ? 42 ? 2 ? ? 1.68min fm 79.8

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.92min 2.5.12 工序 12:半精铣 16H11 的槽 机床:X6022 型卧式铣床 刀具:错齿三面刃铣刀 刀具直径 D=80,齿数 Z=14,宽度 L=16。 切削深度 a p : ap ? 1mm 根据参考文献[2]表 2.4 ? 76 查得:进给量 a f ? 0.12mm / z ,根据参考文献[3]表
30 ? 32 查得切削速度 V ? 23m / min ,

机床主轴转速 n : 1000V 1000 ? 23 n? ? ? 91.56r / min , ?d 3.14 ? 80 按照参考文献[3]表 3.1-74 取 n ? 95r / min

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实际切削速度 v : v ?

? Dn
1000

?

3.14 ? 80 ? 95 ? 0.4m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.12 ?14 ? 95/ 60 ? 2.66mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 2.66mm / s ? 159.6mm / min 被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 90mm , 刀具切入长度 l1 :

l1 ? 0.5D ? (1 ~ 2)
=42mm 刀具切出长度 l2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 90 ? 42 ? 2 ? ? 0.84 min fm 159.6

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.41min
本工序机动时间 t j ? t j1 ? t j 2 ? 1.68 ? 0.84 ? 2.52min

2.5.13 工序 13:钻Φ 20.50 的孔 机床:Z535 立式钻床 刀具: ? 20.50 直柄短麻花钻 确定钻削用量 确定进给量 f 根据参考文献[2],表 28-10 可查出 f表 ? 0.47 ~ 0.57mm / r , 查 Z535 立式钻床说明书,取 f ? 0.43mm / r 。 根据参考文献[2]表 28-8,钻头强度所允许是进给量 f ' ? 1.75mm / r 。由于机床 进给机构允许的轴向力 Fmax ? 15690 N (由机床说明书查出) ,根据参考文献[2], 表 28-9,允许的进给量 f " ? 1.8mm / r 。 由于所选进给量 f 远小于 f ' 及 f " ,故所选 f 可用。 确定切削速度 v 、轴向力 F、转矩 T 及切削功率 Pm 28-15,由插入法得 根据参考文献[2],表

v表 ? 1 7m / mi , F表 ? 4732N n
T表 ? 5 1 . 6 9 ? M, P 表 ? 1.25kW N m
由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结论进行修正。 根据参考文献[2],由表 28-3, kMv ? 0.88 , klv ? 0.75 ,故

v'表 ? 17m / min? 0.88? 0.75 ? 11.22(m / min)
1000v'表 1000 ?11.22mm / min n ? ? ? 174.3r / min ? d0 ? ? 20.5mm
'

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查 Z535 机床说明书,取 n ? 175r / min 。实际切削速度为 ? d n ? ? 2 0 .mm ? 1r7 5 / m i n 5 v? 0 ? ?1 1 . 2 6 / m i n m 1000 1000 由参考文献[2],表 28-5, kMF ? kMT ? 1.06 ,故
F ?4732 ? 1.06 N ?
T ? 5 1 . 6N ? m ? 1 . 0 6 9 ?

5016( N
5 4 ?m N .8

)

校验机床功率
'

切削功率 Pm 为

P ? P 表 n / n )kMM m m(
? 1 . 2k W ? ( 1 9 5 / 2 4 6 ) ?1 . 0k6W 1 . 0 5 5 ?

机床有效功率

P' E ? PE? ? 4.5kW ? 0.81 ? 3.65kW ? P m
故选择的钻削用量可用。即

d0 ? 20.5mm , f ? 0.43mm / r , n ? 175r / min , v ? 11.22m / min
相应地
F ? 5016 N , T ? 54.8 N ? m , P ? 1.05kW m

切削工时 被切削层长度 l : l ? 32mm 刀具切入长度 l1 :
l1 ? D 20.5 ctgkr ? (1 ~ 2) ? ctg120? ? 1 ? 6.9mm 2 2

刀具切出长度 l 2 : l 2 ? 1 ~ 4mm 走刀次数为 1 机动时间 t j 2 : t j 2 ?

取 l 2 ? 3mm

L 32 ? 6.9 ? 3 ? ? 0.56 min nf 0.43 ?175

查参考文献[1],表 2.5-41 工步辅助时间为:1.58min 2.5.14 工序 14:攻 M22×1.5 的螺纹 机床:Z535 立式钻床 刀具:细柄机用丝锥( M 22 ?1.5 ) 进给量 f :由于其螺距 p ? 1.5mm,因此进给量 f ? 1.5m m/ r 切 削 速 度 V : 参 照 《 机 械 加 工 工 艺 手 册 》 表 2.4-105 , 取
V ? 0.148 m / s ? 8.88m / m i n
1000V 1000 ? 8.88 ? ? 128.55r / min ,取 n ? 130r / min ? d0 3.14 ? 22

机床主轴转速 n : n ?

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丝锥回转转速 n0 :取 nn ? 130r / min 实际切削速度 V ? : V ? ?

? d0 n
1000

?

3.14 ? 22 ?130 ? 0.15m / s 1000 ? 60

被切削层长度 l : l ? 32mm 刀具切入长度 l1 : l1 ? 4.5mm 刀具切出长度 l 2 : l 2 ? 0 走刀次数为 1 机动时间 t j : t j ?

l ? l1 ? l2 l ? l1 ? l2 32 ? 4.5 32 ? 4.5 ? ? ? ? 0.37 min fn fn0 1.5 ?130 1.5 ?130

查参考文献[1],表 2.5-41 工步辅助时间为:1.33min 2.5.15 工序 15:铣开Φ 60H12 的孔 机床:X6022 型卧式铣床 刀具:中齿锯片铣刀 刀具直径 D=80mm,齿数 Z=32,宽度 L=4mm。 切削深度 a p : ap ? 12mm 根据参考文献[2]表 2.4 ? 76 查得:进给量 a f ? 0.06mm / z ,根据参考文献[3]表
30 ? 32 查得切削速度 V ? 20m / min ,

机床主轴转速 n : 1000V 1000 ? 20 n? ? ? 79.62r / min , ?d 3.14 ? 80 按照参考文献[3]表 3.1-74 取 n ? 80r / min 实际切削速度 v : v ?

? Dn
1000

?

3.14 ? 80 ? 80 ? 0.33m / s 1000 ? 60

进给量 V f : Vf ? a f Zn ? 0.06 ? 32 ? 80/ 60 ? 2.56mm / s 工作台每分进给量 f m : fm ? Vf ? 2.56mm / s ? 153.6mm / min 被切削层长度 l :由毛坯尺寸可知 l ? 82mm , 刀具切入长度 l1 :

l1 ? 0.5D ? (1 ~ 2)
=41mm 刀具切出长度 l2 :取 l 2 ? 2mm 走刀次数为 1 机动时间 t j1 : t j1 ?

l ? l1 ? l2 82 ? 41 ? 2 ? ? 0.81min fm 153.6

查参考文献[1],表 2.5-45 工步辅助时间为:1.59min
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2.6 本章小结
本章节主要从零件的结构和外型入手分析,从而得出设计毛坯的依据。再查 阅有关资料,设计出零件加工的毛坯。在工艺规程的制定上,将两种方案进行比 较,选取一个最佳方案来。在计算每一步的切削用量时,先选用刀具和机床,再 查阅资料找出进给量,由它算出机床所需的转速,翻阅机床手册选一个最接*它 的一值。算切削速度、机动时间等。

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3

专用夹具设计

为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度。在加工此拔叉零件时, 需要设计专用夹具。 根据任务要求中的设计内容,需要设计镗孔夹具、铣槽夹具及钻顶面螺纹底 孔夹具各一套。

3.1 镗孔夹具设计
3.1.1 问题的提出 本夹具是用来镗此拔叉下端 ? 60H12 的孔,零件图中此孔与 ? 25H7 的孔中心距 有公差要求。此工序为粗镗、半精镗加工,因此本工序加工时要考虑如何提高劳动 生产率,降低劳动强度,重点是保证加工精度的问题. 3.1.2 夹具的设计 ①定位基准的选择 因为 ? 25H7 的孔与此孔有公差要求,所以应以这个长通孔为主要定位基准。 由 于铸件的公差要求较大,利用 ? 60H12 的孔的左侧面作为辅助定位基准。在小孔处 采用移动压板对零件进行夹紧。 ? 60H12 的孔旁边有筋板的缘故, 在 有足够的强度, 可以进行直接的镗削,能保证加工精度。 ②定位元件及夹紧元件的选择 据上面所述,查参考文献[1],选用固定式定位销(长销)穿过 ? 25H7 的孔。 由于此孔两侧面没加工,故用定位块进行支承。这样一销一面就限制了五个自由 度,最后在待加工孔下面加上一个支承钉再限制最后一个自由度,即一面两销定 位。这样就可以完全定位了。

图 3.1 固定式定位销(GB2203-80)
22

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夹紧元件选用压板,由于压板种类很多,当选用转动压板时,其行程不够, 选用 U 型压板又不合适,故在充分比较分析的情况下,选用移动压板,其夹紧可 靠、操作方便,在很多地方都有用到。

图 3.2 移动压板(GB2175-80)

③切削力及夹紧力计算 镗刀材料: YT 5 (机夹单刃硬质合金镗刀) ,机床为:T68 由参考文献[3],表 1-12 选择刀具的几何参数为:

k? 粗 ? 30?
1)粗镗:

k? 精 ? 60?

? ? ? 10?

?s ? 15?

?? ? 45?

由参考文献[12],查表 1 ? 2 ? 3 可得: 圆周切削分力公式: F C ? 902a p f 0.75 K P

a p ? 2.5mm

f ? 0.2mm / r
HB n ) 150

Kc ? Kmp Kk? p K? op K?sp Krp
查表 1 ? 2 ? 4 得: K mp ? ( 取 HB ? 175
n ? 0 .4

HB n 175 0.4 ) ?( ) ? 1.06 ∴ K mp ? ( 150 150

由表 1 ? 2 ? 6 可得参数: Kk? p ? 1.08

K?op ? 1.0

K ?sp ? 1.0 K rp ? 1.0

∴ Kc ? Kmp Kk? p K? op K?sp Krp ? 1.06 ?1.08 ?1.0 ?1.0 ?1.0 ? 1.15 ∴ FC ? 902ap f 0.75 KP ? 902 ? 2.5? 0.20.75 ?1.15 ? 775.56N 同理:径向切削分力公式 : FP ? 530a p 式中参数: Kk? p ? 1.30
0.9

f 0.75 K P
K rp ? 1.0

K?op ? 1.0

K?sp ? 1.7

∴ K p ? Kmp Kk? p K? op K?sp Krp ? 1.06 ?1.30 ?1.0 ?1.7 ?1.0 ? 2.34 ∴ Fp ? 530ap0.9 f 0.75 KP ? 530 ? 2.50.9 ? 0.20.75 ? 2.34 ? 845.67N

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轴向切削分力公式 : Ff ? 451 p f 0.4 K P a 式中参数: Kk? p ? 0.78

K?op ? 1.0

K?sp ? 0.65

K rp ? 1.0

∴ K f ? Kmp Kk? p K? op K?sp Krp ? 1.06 ? 0.78 ?1.0 ? 0.65 ?1.0 ? 0.54 ∴ Ff ? 451ap f 0.4 KP ? 451? 2.5 ? 0.20.4 ? 0.54 ? 319.65N 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况,找出在加工过程中对夹紧最不利 的瞬间状态,按静力*衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠,再乘以 安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即:

WK ? K ? F
安全系数 K 可按下式计算,

K ? K 0 K1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6
式中: K 0 ~ K 6 为各种因素的安全系数,见参考文献[12]表 1 ? 2 ? 1 可得:

KC ? 1.2 ?1.2 ?1.0 ?1.0 ?1.3?1.0 ?1.0 ? 1.87 KP ? 1.2 ?1.2 ?1.4 ?1.0 ?1.3?1.0 ?1.0 ? 2.62

K f ? 1.2 ?1.2 ?1.5?1.?1.3?1.0 ?1.0 ? 2.81
所以,有: WK ? KC ? FC ? 1.87 ? 775.56 ? 1450.3N

WK ? KP ? FP ? 2.62 ? 845.67 ? 2215.66N

WK ? K f ? Ff ? 2.81? 319.65 ? 898.22N
2)半精镗: 同理,圆周切削分力公式:

F C ? 902a p f 0.75 K P

FP ? 530a p
因为: a p ? 0.5mm

0.9

f 0.75 K P

Ff ? 451 p f 0.4 K P a
f ? 0.15mm / r ,则

FC ? 902ap f

0.75

KP ? 902 ? 0.5? 0.150.75 ?1.15 ? 124.476N

Fp ? 530ap0.9 f 0.75 KP ? 530 ? 0.50.9 ? 0.150.75 ? 2.34 ? 159.54N
Ff ? 451ap f 0.4 KP ? 451? 0.5? 0.150.4 ? 0.54 ? 57 N
KC ? 1.2 ?1.0 ?1.1?1.0 ?1.3?1.0 ?1.0 ? 1.72 KP ? 1.2 ?1.15 ?1.1?1.0 ?1.3?1.0 ?1.0 ? 1.8

K f ? 1.3?1.0 ?1.3?1.0 ?1.3?1.0 ?1.0 ? 2.2
所以,有: WK ? KC ? FC ? 1.72 ?124.476 ? 214.1N

WK ? KP ? FP ? 1.8 ?159.54 ? 287.17 N

WK ? K f ? Ff ? 2.2 ? 57 ? 125.4N
当夹紧力方向与切削力方向一致时,仅需要较小的夹紧力来防止工件在加工 过程中产生的振动和转动。故该夹具采用移动压板夹紧机构,为了方便操作,通
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过手动拧紧螺母将压板压紧工件。 由于夹紧力方向与切削力方向在水*上有一段距离,使工件在夹紧的地方产 生了弯矩,如图:

图 3.3 弯矩示意图

∴ F ? Ff max ? 319.65N 既是 F ' 加上转矩 M,所以 WK ? 319.65N ④误差分析与计算 该夹具以一长销和一支承钉定位,要求保证孔中心与小通孔中心距的尺寸公 差。为了满足工序的加工要求,必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定 的工序公差。 由参考文献[12]可知孔销间隙配合的定位误差为:

△dw ? ( Dmax ? dmin ) / 2 ? (25.021 ? 24.974) / 2 ? 0.0235
⑤夹具体设计 夹具体的设计参考镗孔夹具体零件图。

3.2 铣槽夹具设计
3.2.1 问题的提出 本夹具主要用来粗、精铣此拨叉的槽。粗、精铣槽时,槽宽有尺寸要求 16 mm ,其深度要求为 8?0.150 mm ,槽的左右两侧面粗糙度要求 Ra3.2,底面粗糙
?0.110 0 0

度要求 Ra6.3。本道工序仅是对槽进行粗、精铣削加工。同样在本道工序加工时, 还是应考虑提高劳动生产率,降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质 量。

3.2.2 夹具的设计
①定位基准的选择 在进行铣槽加工工序时, 由于 ? 25H 7 和 ? 60 H12 的孔已经加工。 因此工件选择
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? 25H 7 的孔一面与两孔作为定位基准。由一个长销穿在 ? 25H 7 的孔加上此孔的一
面就限制了五个自由度,再在 ? 60 H12 的孔中间加上个削边销,就把自由度限制完 了。即是一面两孔定位。 ②定位元件及夹紧元件的选择 此过程定位元件主要是长圆柱销和削边销,所以对他们进行选取。查参考文 献[1],选用的元件如下图:

图 3.4 长圆柱销(GB2203-80 A 型)

图 3.5 削边销(GB2203-80 B 型)

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夹紧元件选用压板,考虑到工件装夹的方便,此选用转动压板

图 3.6 转动压板(GB2176-80)

③铣削力与夹紧力计算 根据参考文献[1],表 2.4—97 可查得: 铣削力计算公式为 圆周分力
5 F z? 9 . 8? 310 0 a0 . ?6 a 1 a. f p 0? 8 3 . 0

zd

0.83 Fz

k

查表可得: d0 ? 80mm
ap ? 7 m m

Z ? 14

a? ? 0 . 0 5 ? d ?
0. 5 0 . 066 ? 0. 83

4 m m

a f ? 0 . 0 6 m /z m

kFz ? 1 . 2
4 ?
? ?1 4 8 00. 8 3 ?

代入得

Fz ? 9 . 8 1 3 ? 1 . 0 ? ? 0 7
= 462.53N

1.2

查表可得铣削水*分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为:

FL / Fz ? 0. 3

FV / Fz ? 0 . 9 5

Fx / Fz ? 0 . 5 4

∴ FL ? 0.3Fz ? 0.3? 462.53 ? 138.76 N

FV ? 0 . 9 z ? 0 . ? 5 4 6? . 5 3 N 4 3 9 . 4 F 9 2 Fx ? 0 . 5Fz ? 3
式中: F ? Fz ? 462.53N l=34mm ④定位误差分析

0 .?5 4 4 6 2 . 5 3 N2 4 9 . 7 7 ?
L=62.53mm f=1.22

查参考文献[1],表 5.1-4 可知,所需的夹紧力为: J ? FKL / 2 fl

K ? K1K2 K3 ? 1.5 ?1.2 ?1 ? 1.8

∴ J ? FKL / 2 fl ? 462.53 ?1.8 ? 62.53/ 2 ?1.22 ? 34 ? 627.53N

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图 3.7 转角定位误差示意图

由图可知这时的一面两销定位的转角定位误差为:

△dw ? ?arctg (

D1max ? d1min ? D2max ? d2min ) 2L 25.021 ? 24.98 ? 60.3 ? 59.971 ? ?arctg ( ) 2 ?127 ? ?0.08346? ? ?5'

⑤定向键与对刀装置设计 定向键安装在夹具体底面的槽中,一般使用两个。其距离应尽可能布置得远 些。通过定向键与铣床工作台 T 形槽的配合,使夹具上定位元件的工作表面对于 工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩,可减 轻夹紧夹具的螺栓的负荷,加强夹具在加工中的稳固性。 根据参考文献[1]选用定向键为

图 3.8 定向键(GB2207—80)及其与机床连接示意图

28

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对刀装置由对刀块和塞尺组成,用来确定刀具与夹具的相对位置。 由于本工序是完成此拨叉的槽粗、精铣加工,所以选用直角对刀块。根据参 考文献[5]选用直角对刀块,其结构和尺寸如图所示:

图 3.9 直角对刀块(GB2241—80 A 型)

塞尺选用*塞尺,其结构如图所示:

图 3.10 *塞尺(GB2244-80)

⑥夹具体的设计 夹具体的设计参考铣槽夹具体零件图。

3.3 钻孔夹具设计
3.3.1 问题的提出 本夹具主要用来钻拔叉顶部 M 22 ?1.5 螺纹孔的底孔。这个孔距右*面有尺寸 精度要求为 4400.3 mm ,与 ? 25H 7 中心孔垂直。因为位置精度要求不高,也无需表 ? 面粗糙度要求,故再本道工序加工时主要应考虑如何提高劳动生产率,降低劳动

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强度。

3.3.2 夹具的设计
①定位基准的选择 此零件放在 Z535 立式钻床上加工,刀具为 ? 20.50 直柄短麻花钻。由零件分 析,选择用中心孔的长销加上这个孔的一面定位,就可以限制 5 个自由度,在由 下面的 ? 60 H12 大孔加个削边销就可以实现完全定位。 ②定位元件与夹紧元件的选择 查参考文献[1],表 5.2-6,选用固定式定位销

图 3.11 固定式定位销(GB2203-80)

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图 3.12 削边销(GB2203-80 B 型)

压板还是选用操作方便的转动压板

图 3.13 转动压板(GB2176-80)

③切削力与夹紧力的计算 由于本道工序完成螺纹底孔的钻削,因此切削力为钻削力。由参考文献[1], 表 2.4-69 得: 轴向力 F: 扭矩 M: ∴ 如图:

F ? 9 . 8? 4?2. 2 f 1 d1

0.75 F

k

M ? 9 . 8? 0 . 0?1 .2 f 1 d2 2
f ? 0 . 4 m m /r 3
1 2 2 .0? 5 . 2 . 2 0 . 7 5

0. 8 M

k
MPm

式中: d? ? 20.50mm
F ? 9 . 8? 4 2 1 ?

kM F ? k M M? k

? .16 1

0? 4 3 ? 1 . 1 6 N 9 5 1 9 . 2 7 .
0 . 8

M ? 9 . 8 1 0 . 0? 2 ? 1

2 0? 5 .

0? 4 3 ? 1 . N 6 m? m 3 . 4 5 . 1 5

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图 3.14 扭矩图

夹紧力的方向在轴线上,与 M 产生的转矩同轴,所以夹紧力 F 不需要太大, 只要工件相对与夹具体没有移动就可以了。 ④钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 螺纹底孔的加工只需钻削加工就能满足加工要求。考虑到钻套可能出现的磨 损,故查参考文献[1],表 5.2-13 选用可换钻套(GB2264-80 其结构如下图所示) , 当磨损就可更换。与其装配的是钻套用衬套(GB2263-80 查表 5.2-14) ,起固定的 是钻套螺钉(GB2268-80 查表 5.2-16) 。

图 3.15 可换钻套

表 3.1 d 基 本 尺 寸 极 限 偏 差 +0.041 20.5 +0.020 30 +0.008 基 本 尺 寸 D 极 限 偏 差 +0.021 46 42

可换钻套

D1

D2

H

h

h1

m

C

C1

C2

r

25

12

5.5

18

1

3

2.5

29. 5

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图 3.16 钻套用衬套

表 3.2 d 基本 尺寸 极限 偏差 +0.041 30 +0.020 42 基本 尺寸

钻套用衬套 D 极限 偏差 +0.033 25 +0.017 1 3 H C

C1

图 3.17 钻套螺钉

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表 3.3 L1 基 d 本 尺 寸 +0.20 M8 5.5 +0.05 12 -0.16 -0.05 极限 偏差 基本 尺寸 极限 偏差 d1

钻套螺钉

D

d2

L

L0

n

t

20

6

22

11.5

2

2.5

钻模板选用伸出式钻模板,用螺钉将其连接在夹具体上。安装前先调整好位 置然后用销定位,后用螺钉将其拧紧在夹具体上。钻模板参见钻孔装配图。 ⑤夹具精度分析 利用夹具在机床上加工时,机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工 系统。它们之间相互联系,最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹 具设计中,当结构方案确定后,应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。 由工序可知,本道工序只需钻螺纹底孔,所以孔的精度无需考虑,只保证它 垂直与中心孔就可以了。由于是立钻,又是一面两销定位,在垂直方向可能存在 偏转(参见钻孔装配图) 。其计算同前面的计算相同。 转角定位误差为既是(由下的图可知) :
△dw ? ? arctg ( D1max ? d1min ? D2max ? d 2min 25.021 ? 24.98 ? 60.3 ? 59.971 ) ? ? arctg ( ) 2L 2 ?127 ? ?0.08346? ? ?5'

图 3.18 转角误差分析图

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除了上面的误差外,影响孔位置度的因素还有: 1) 、钻模板上装衬套孔的尺寸公差: ?1 ? 42.033 ? 42.017 ? 0.016mm 2) 、衬套与钻套配合的最大间隙: ?2 ? 30.021 ? 30.008 ? 0.013mm 3) 、钻套与钻头配合的最大间隙: ?3 ? 20.541 ? 20.5 ? 0.041mm 4) 、钻套的同轴度公差: ?4 ? 0.005mm ∴综合误差为:
2 2 2 2 ?1 ? ? 2 ? ? 3 ? ? 4 ? 0.0162 ? 0.0132 ? 0.0412 ? 0.0052 ? 0.046mm

能满足零件要求。 ⑥夹具体设计 夹具体的设计参考钻孔夹具体零件图。

3.4 本章小结
在本章是对夹具结构的设计和分析其精确度的阶段。重点在于选择基准面将 零件如何定位、夹紧在夹具体上。在选择基准面时,主要参考已加工面,在此主 要用到的是一面两销定位,一个圆柱销和一个削边销,他们分别穿过已加工过的 长中心孔和大端面的孔,再由中心孔的一面定位,就使零件在夹具体上完全定位 了。选用压紧件时,分别用了移动和转动压板。最后设计出夹具体,参考有关资 料计算夹具的定位误差。

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结论
本次设计从零件的毛坯生产到最终成品,中间经过了铣、镗、钻、攻螺纹、 打毛刺等工序。因为是大批量生产,工序就分得很散,中间就可省去换刀具和调 试的时间。在每道工序中都有计算切削用量和工时。 在夹具设计中,先确定工件的基准,然后通过一面两销定位,将工件固定夹 紧在夹具上。在此计算了了夹紧力和夹具体的误差等。 在本次设计中已无大的问题,基本达到了要求。只是在夹具的设计中没有能 提出多中方案进行分析比较,有所不足。

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参 考 文 献
[1] 李 洪.机械加工工艺手册[M] .北京出版社,1996.1. [2] 陈宏钧.实用金属切削手册[M] .机械工业出版社,2005.1. [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,2003.10. [6] 都克勤.机床夹具结构图册[M] .贵州人民出版社,1983.4. [7] 胡建新.机床夹具[M] .中国劳动社会保障出版社,2001.5. [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,1994.12. [11] 刘文剑.夹具工程师手册[M].黑龙江科学技术出版社,1987. [12] 王光斗.机床夹具设计手册[M].上海科学技术出版社,2002.8.

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致谢
在毕业设计即将结束之际我向所有帮助过我的老师和同学说一声,谢谢!我 想没有他们的帮助,毕业设计就会做得很困难。 这次毕业设计是在刘必柱(无锡职院 高级工程师)老师悉心指导下完成的。 卢老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。在做设 计的过程中也遇到了不少的问题,刘老师给了我许多关怀和帮助,并且随时询问 我毕业设计的进展情况、细心的指导我们,也经常打电话或者发电子邮件过来指 导我的设计。 在论文工作中,得到了机电工程学院有关领导和老师的帮助与支持,在此表 示衷心的感谢。 最后,在即将完成毕业设计之时,我再次感谢对我指导、关心和帮助过老师、 领导及同学。谢谢了!

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