机械制造工程学课程设计小拨叉机械工艺与夹具设计（全套图纸）.doc

全套图纸加153893706机械制造工程学课程设计题 目 小拨叉机械工艺与夹具设计 姓 名 学 号 专业班级 所在学院 指导教师 20xx 年 x 月xx 日目 录第1章 绪论1第2章 机械工艺规程设计32.1设计工艺规程的内容及步骤32.1.1熟悉原始资料对零件进行工艺分析42.1.2定为基准的选择52.2计算零件的生产纲领、确定生产类型62.3选择毛坯类型和制造方法72.4工艺路线的拟定72.5机械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的确定72.6确定切削用量及基本时间、辅助时间9第3章 铣夹具设计173.1夹具设计分析173.2夹具设计183.2.1专用夹具设计的基本要求183.2.2专用夹具的设计步骤183.2.3.定位基准的选择19第4章 夹具三维造型.20 总结.23 参考文献.24第1章 绪 论1.1概述培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。1.2课程设计目的学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生全面地综合运用本课程及有关选修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的是： （1）培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。 （2）培养学生能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。 （3）培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。 （4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。 （5）培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。1.3机械制造与制造技术机械制造是各种机械、机床、工具、仪器、仪表制造过程的总称。机械制造技术则是研究上述机械产品的加工原理、工艺过程和方法以及相应设备的一门工程技术，也是一门以制造一定质量的产品为目标，研究如何以最少的消耗，最低的成本和最高的效率进行生产的综合技术。1.4机械制造过程的组成根据“小制造”概念的制造过程定义，制造过程主要是指生产过程，它主要包括以下过程：（1） 生产技术准备过程。这个过程主要应完成产品投入生产前的各项生产和技术准备工作。（2） 毛坯的制造，如铸造、锻造和冲压等。（3） 零件的加工过程，如机械加工、焊接、铆接和热处理等。（4） 产品的装配，如部装、调试、总装等。（5） 产品的质量检验。（6） 各种生产服务，包括原材料、半成品、工具的供应、运输、保管以及产品的油漆、包装等。根据“大制造”概念的制造过程定义，制造过程不仅包含了物质的转化，而且还包含了信息向物质的转化，即信息的物化。显然，这必须通过基于信息的管理和控制来实现。同时，制造过程的输出不仅是产品，而且还包括为保证产品正常使用所进行的服务等。第2章 机械工艺规程设计2.1设计工艺规程的内容及步骤2.1.1熟悉原始资料对零件进行工艺分析零件的作用： CA6140车床是应用较为广泛的机床之一，本次设计的零件为CA6140的拨叉其是安装在车床变速箱中，用于调速之用。(1) 分析零件的结构工艺性 零件的结构对机械加工工艺过程的影响很大。实用功能完全相同而结构不同的两个零件，他们的加工难易程度和制造的成本可能存在很大的差别。对零件进行结构工艺性审查，目的是使其在满足实用功能的前提下，符合一定的工艺性能指标的要求，一边在现有的生产条件下能用比较经济、合理的方法将其制造出来。零件的结构工艺性包括其铸造工艺性、锻造工艺性、冲压工艺性、焊接工艺性、热处理工艺性、切削加工工艺性和装配工艺性等3。(2) 车床CA6140拨叉的工艺分析小拨叉零件三维实体建模如图 2-1。 图2-1CA6140小拨叉三维实体模型图 小拨叉零件图如图 2-2。 图2-2 小拨叉零件图从零件图上看出，它共有四组加工表面，每组内表面都有一定的相互位置精度，其要求分述如下：40×32的底表面这是一组包括两待加工表面，对其表面粗糙度已较高要求，但尺寸要有一定精度保证。. 三孔25H7的孔两个。55H12的孔一个。由于在后面的工序中要用孔定位，故对精度有较高要求。25H7两侧面的表面粗糙度要求达到。55H12侧面的表面粗糙度要求达到。. 宽16H11的通槽该通槽用于变速箱中实现调速作用，是小拨叉上关键部位，要有较高的尺寸精度及表面粗糙度的要求；同时还要有垂直度的要求。通槽两侧面的表面粗糙度为3.2。与25H7孔上表面满足尺寸要求53。与25H7孔内表面满足垂直度要求为0.04。2.1.2定为基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的关键问题之一，基准选择的是否合理，将影响到加工质量，生产效率及工艺成本4。(1) 粗基准的选择第一组加工表面是以40mm的外表面用V形块定位，来对孔进行加工。(2) 经济基准的选择后面各道序中，均采用钻孔后25H7mm的内侧面为基准，这符合基准统一原则。2.2计算零件的生产纲领、确定生产类型生产纲领和生产类型与工艺过程的关系十分紧密，生产纲领不同，生产类型也不同，工艺过程也就具有不同的特点。所以在制定零件的机械加工工艺规程时，应首先确定零件机械加工的生产类型，而生产类型有主要取决于零件的年生产纲领。(1) 计算生产纲领 生产纲领是指企业在计划期间内应生产的产品产量和进度计划。 产品的生产纲领确定后，就可以根据零件在产品中的数量、一定的备品率和平均废品率来计算零件的生产纲领。零件的年生产纲领N可按下式计算： (2-1)式中 N零件的年生产纲领，单位为 件； Q产品的年生产纲领，单位为 台； N每台产品中所含零件的数量，单位为 件/台； A备品率，单位为 %； B平均废品率，单位为 % 。 有些产品零件不需要备品，如机器的基础件、机床类产品等，a=0；而有些产品中的易损件，则需要有备品，如汽车、拖拉机产品等，a=20%30%。 零件的废品率应根据现场加工的技术水平及零件结构复杂程度与加工难易而定，一般b<0.3%。 (2) 确定生产类型、分析工艺特点 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。根据查表本次设计的CA6140的小拨叉属于轻型零件，大批量生产。2.3选择毛坯类型和制造方法零件的毛坯对零件的机械加工工艺过程、材料消耗、加工劳动量等有很大影响，故正确选择毛坯种类与制造方法是非常重要的。 该零件属于轻型零件，大批量生产，所以采用砂型机器制造，铸件尺寸公差为CT8，机械加工余量MA-G2。 2.4工艺路线的拟定拟定零件机械加工工艺路线是制造工艺规程中的核心工作。 在拟定过程中，基本出发点是保证加工质量，提高生产效率，降低成本，有该零件的生产类型已确定为大批量生产的情况下，制定工艺路线就应该符合生产类型的工艺特征3。工艺路线方案：工序 05 钻 ，扩 ，铰 25H7孔 扩 55H12 孔 10 铣断 75 15 铣底面 20 铣通槽 40×16 25 铣平面 40×32 30 去毛刺 35 清洗 40 检查 45 喷漆2.5机械加工余量，毛坯尺寸及工序尺寸的确定车床小拨叉零件材料为HT200，大批生产采用砂型机器造型，确定铸件尺寸公差尺寸等级为CT-8，机械加工余量MA-G。(1) 机械加工余量确定. 55H12圆孔一次扩，取基本尺寸为55， 2.0 mm. 25H7圆孔直接铸成实体. 工件侧面机械加工总余量 2.5 mm. 通槽直接铸成实体，待加工时直接铣削. 75 上下端面机械加工余量 2.0 mm 2.0 mm(2) 毛坯尺寸及公差的确定毛坯尺寸为在各加工表面尺寸基础上加上该表面的机械加工余量，毛坯尺寸公差由得4：. 55H12 圆孔的毛坯尺寸为：52. 工件侧面至25，圆孔中心毛坯尺寸为：26. 75 上下两端面毛坯尺寸为：17.5(3) 工序尺寸的确定工序 05 钻 扩铰25H7孔 扩 55H12 孔工步1 钻两孔至，按加工经济精度确定工序尺寸为 23 。工步2 扩两孔至；按加工经济精度确定工序尺寸为24.8 。工步 3 粗铰孔至，按加工经济精度确定工序尺寸为 24.94。工步 4 精铰两孔至25H7 ,按加工经济精度确定工序尺寸为 25 。工步 5 粗扩52 至54 ，按加工经济精度确定工序尺寸为54 。工步6 精扩 1mm 按加工经济精度确定工序尺寸为 55 。工序 10 铣断大端面铣断处基本尺寸为4mm，保证断口处表面粗糙度为，且要求左右断口距轴线距离相等5。 工序 15 铣槽及槽上平台工步 1 铣槽上的平台 槽上的平台为一次铣削完成，平台的宽度及长度已有铸造完成次道工序仅是为下道工序铣槽时，提供一个基准，因此只需铣掉铸件加工余量。工步 2 铣槽 在铣床上，由于槽深为mm，故可进行两次切削，第一次mm。第二次选mm，即可保证尺寸。工序 20 铣大端面侧面大端下端的加工余量为mm，上端加工余量为mm，只需用两把铣刀将工序尺寸调整到mm。2.6确定切削用量及基本时间、辅助时间工序 05 钻扩铰孔H7，扩孔 H12(1) 加工条件包括：工件材料：HT200； 取 190HB(2) 切削用量的选择与基本时间，辅助时间的计算. 钻 孔 11.5mm 0.9 mm/r 0.45 m/s =6.23r/s机床选Z35， 335r/min=5.58 r/s实际切削速度 =0.402m/s =17.65s 3.53s其中背吃刀量，单位为 mm； 进给量，单位为 mm/r； 切削速度，单位为 m/s； 主轴计算转速，单位为 r/min； 机床实际转速，单位为 r/min； 基本时间，单位为 s； 辅助时间，单位为 s。 =7.64 mm 2 mm. 扩 孔 0.9 mm 1.0mm/r 0.15 m/s =1.93 r/s取Z35 ，106r/min=1.75r/s =0.136m/s =46.58s 9.32s. 粗铰 孔 0.07 mm 2 mm/r 0.108mm/s=1.15r/s取Z35， 67r/min=1.12r/s =0.088m/s =43.30s 8.66s. 精铰 孔 0.03 mm 2mm/r 0.108 m/s =1.38r/s取Z35 ，85r/min=1.42r/s =0.111m/s =33.80 s 6.76s. 扩 孔 1.5mm 1.1mm/r 0.117mm/s =0.68r/s取Z37 42r/min=0.7r/s =0.12m/s =142.95s 28.59s其中 =2.87mm 4mm工序 10 铣断大端面(1) 加工条件：选用铣床 X62，高速钢锯片铣刀。mm Z=50 B=4mm(2) 切削用量的选择与基本时间，辅助时间的计算6mm 0.02mm/z 0.3mm/s=0.6r/s=150.4s30.08s工序 15 铣槽及槽上平台工步 1 铣平台(1) 加工条件：采用铣床X62，套面式高速钢铣刀。mm mm (2) 切削用量的选择与基本时间，辅助时间的计算3mm 0.2mm 0.2mm/z 0.3m/s =5.97r/s取 375r/min= 6.25r/s=0.314m/s=11.07s 2.21s其中 工步 2 铣槽(1) 加工条件：采用铣床 X62 ，直齿三面刃高速钢铣刀 mm mm (2) 切削用量的选择与基本时间，辅助时间的计算3 mm 0.2 mm 0.2 mm/z 0.3 m/s =3.54r/s取 235r/min=3.92r/s= 0.33m/s=12.60s 2.52s工序 20 铣大端面(1) 加工条件：采用卧式铣床 X62刀具：套式面铣刀（高速钢）工件材料：灰铸铁，取 190HB m/s mm/z(2) 切削用量的选择与基本时间，辅助时间的计算切削力的计算公式 (2-2) 式中：B为铣削宽度；K为刀具前角对切削力的影响系数，取K=1.2； K1为切削速度对切削力的影响系数，取K1=1；铣刀直径选： mm参数： mm 铣刀齿数： 切削力得： =2255.66N 切削功率 0.68kN 0.96r/s取 60r/min=1r/s实际切削速度为： 0.314m/s =116.25s23.25s第3章 典型钻床夹具设计本章是针对CA6140车床变速箱内小拨叉加工中的工序05 钻-扩-铰 孔，以及扩 孔的专用钻床夹具进行设计，使用机床为Z35。3.1夹具设计分析(1) 本工序为以后多道工序准备了定位精基准，故作为定位精基准的各表面应尽可能的在一次装夹中加工出来，以保证各基准面间的相互位置精度。(2) 毛坯尺寸公差等级为CT8，加工余量等级为MA-G，其毛坯余量分布较为均匀，个别表面余量较小，如何保证加工时的加工余量的均匀，在拟定定位方案时应予以考虑。(3) 该零件为大批量生产，如何提高生产率降低劳动强度？在夹具结构设计过程中应予以考虑6。3.2夹具设计3.2.1专用夹具设计的基本要求(1) 确保工件加工质量，保证质量的关键在于正确的选定定位基准和定位元件，必要时进行误差分析计算。(2) 操作省力，高效，尽可能采用气动或液压等机动夹紧装置，以减轻操作疲劳强度。(3) 夹具制造成本低，尽可能采用标准元件或标准结构，以降低夹具的制造成本7。3.2.2专用夹具的设计步骤(1) 明确设计要求，熟悉加工零件图和毛坯图和工艺规程等文件，掌握本工件工序加工技术要求。(2) 了解生产纲领，以及夹具的需求情况，以确定夹具的结构的合理性和经济性。(3) 收集该工序用的机床，刀具方面的信息资料，了解机床的主要技术参数及规格，安装具的连接部分结构和尺寸。(4) 选择或设计定位元件，合理设置其在夹具上的位置。(5) 画出定位简图。(6) 进行加紧力计算与分析，合理选择动力源。(7) 绘制夹具装配图8。3.2.3.定位基准的选择(1) 定位基准的选择 加工该零件时，工序05 钻三孔是以底面作为定位基准面，用一面、一个固定V形块、一个浮动V形块定位。其中一个平面限制了三个自由度，一个V形块限制两个自由度，浮动V形块限制了一个旋转自由度，通过这几个定位元件就把工件的六个自由度完全限制了。加紧方式则是采用汽缸带动斜V形块压紧工件来实现对工件加工过程中的夹紧9。 工件拨叉如何定位如图 3-1所示。图 3-1拨叉的定位示意图(2) 切削力及夹紧力的计算钻削扭矩计算公式： (3-1)切削力计算公式： (3-2)扩削扭矩计算公式： (3-3)切削力计算公式： (3-4)其中 d钻头直径mm 每转进给量mm 修正系数 工步 1 钻两孔至23H12切削扭矩为 129.01Nm切削力为 19359.87N工步 2 扩两孔23至24.8切削扭矩为 557.07Nm切削力得 240.41N 工步 3 粗铰孔 至 切削扭矩为 =144.47Nm 切削力为 =14.8N 工步 4 精铰两孔 至 切削扭矩为 =76.89Nm 切削力为 =4.35N(3) 根据夹紧力计算气缸内径10选取压力系数为 则有 即 mm所以选取气缸直径为100mm。(4) 气缸与夹具体相连接在气缸前后左右四端分别用4个M6螺栓将气缸固定与夹具体上11。第4章 夹具三维造型夹具底座钻 套小拨叉毛坯固定螺母钻模板轴 套 V型块气 缸气缸轴气缸固定螺栓V型块固定螺栓导柱螺帽夹具装配总图2夹具装配总图1总 结参考文献：（1） 机械制造技术基础课程设计指导教程；主编：邹青 呼咏；机械工程出版社。（2） 机械制造工艺及专用夹具设计指导；主编：孙丽媛；冶金工业出版社。（3） 机械制造工艺设计指导；主编：马正元；浙江大学出版社。（4） 机械制造工程学；主编：马光；浙江大学出版社。