CA6140撥叉831005型號加工工藝及銑18mm槽夾具設(shè)計【含CAD圖紙說明書三維模型】

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學會使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱出處、能夠做到熟練運用。并且進一步培養(yǎng)自身識圖、制圖、運算和編寫技術(shù)文件等基本技能。 2 設(shè)計任務 2.1 設(shè)計內(nèi)容及要求 對給定零件的加工工序進行分析，選取其中一道工序，合理、正確的進行夾具設(shè)計，完成夾具總裝的三維和二維圖，以及夾具體的零件圖，撰寫課程設(shè)計說明書。 2.2時間要求 設(shè)計（論文）時間：20xx年x月x號至x號 2.3設(shè)計目標零件 圖2.1 設(shè)計目標零件 3 裝夾方案設(shè)計 3.1 零件加工工藝分析與工藝卡片 題目給定的零件是 CA6140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進行工作。工作過程：撥叉零件是在傳動系統(tǒng)中撥動滑移齒輪，以實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)速，轉(zhuǎn)向。其花鍵孔?25mm 通過與軸的配合來傳遞凸輪曲線槽傳來的運動，零件的兩個叉頭部位與滑移齒輪相配合。初步分析該零件可知：該零件鑄造而成，再將孔以及花鍵加工出來，最后再將上下兩凹槽銑制出來。選取加工寬為8mm的凹槽的工序分析如下: CA6140拔叉（型號： 831005）共有 2組加工表面： (1) 零件孔?22mm的上下加工表面及花鍵孔?25mm 這一組加工表面包括：孔?22mm的上下加工表面，孔?22mm的內(nèi)表面，有粗糙度要求為Ra小于等于 6.3μm，?25mm的六齒花鍵孔，有粗糙度要求Ra小于等于3.2μm，擴兩端面孔，有粗糙度要求Ra=6.3μm； 加工時以上下端面和外圓?40mm為基準面，有由于上下端面須加工，根據(jù)“基準先行”的原則，故應先加工上下端面（采用互為基準的原則），再加工孔?22mm, 六齒花鍵孔?25mm和擴孔。 (2) 孔?22mm兩側(cè)的撥叉端面這一組加工表面包括：下端距離的18mm左右平面Ra=3.2μm，有精銑平面的要求，上端距離為8mm的左右平面，Ra=1.6μm，同樣要求精銑； 加工時以孔?22mm，花鍵槽?25mm為基準定位加工；根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及一般機床所能達到的位置精度，該零件沒有很難加工的表面尺寸，上述表面的技術(shù)要求采用常規(guī)加工工藝均可以保證，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們的位置精度要求。 故工藝路線如表3.1所示： 工序號 工序內(nèi)容 工序基準 1 鑄件 2 粗銑左端面 孔的外圓，右端面 3 粗銑右端面 孔的外圓，左端面 4 鉆孔 孔的外圓，左端面 5 擴孔?22 孔的外圓，左端面 6 車倒角，角度為15° 孔的左、右端面 7 拉花鍵槽 孔的外圓，左端面 8 粗銑8mm凹槽 花鍵槽 9 精銑8mm凹槽 花鍵槽 10 粗銑18mm凹槽 花鍵槽 11 精銑18mm凹槽 花鍵槽 12 去毛刺 13 終檢 表3.1 工藝路線 3.2 選定工序的工序分析和工序卡片 選定銑制18mm凹槽的工序進行工序分析： 根據(jù)加工表面的加工精度和表面粗糙度要求確定加工方法。由圖中給出的18mm凹槽的公差值，查標準公差表可知其精度等級為IT8-9級，再結(jié)合所給粗糙度兩側(cè)面為Ra=1.6和底面為6.3，由汽車制造工藝中的“平面加工方案的經(jīng)濟精度和表面粗糙度表”可知“粗銑—精銑”適用經(jīng)濟精度等級IT7-9，表面粗糙度Ra=6.3-1.6μm的平面，所以可選用“粗銑—精銑”的方式加工寬為18mm的凹槽。 確定加工余量： 查閱《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》可得銑削加工余量為：粗銑 2～4mm、半精銑 1～2mm、精銑 0～1mm 對于下部凹槽的加工，粗銑加工余量取為2mm，精銑加工余量取為0.5mm，故下部凹槽鑄造的尺寸寬為15.5mm，深度為21mm。即粗銑鑄造凹槽使寬度為18.5mm，深度為23mm，之后精銑凹槽左右兩側(cè)面，使寬度尺寸達到 精度要求。底面粗糙度Ra=6.3經(jīng)粗銑可達要求，兩側(cè)面粗糙度Ra=1.6經(jīng)精銑可達要求。 3.3 選定工序的自由度分析 圖3.1 18mm凹槽尺寸圖 工件定位的實質(zhì)是要使得工件在夾具中占據(jù)一個正確的位置，這一確定的位置可通過定位元件限值其相應的自由度獲得，18mm凹槽的尺寸要求以及坐標系建立如圖2所示，分析可知影響該加工工序的自由度有：沿x方向的移動，沿z方向的移動，繞y方向的轉(zhuǎn)動，繞z方向的轉(zhuǎn)動，上述自由度也即為工件的第一類自由度。 又因為工件的定位分為完全定位及不完全定位，其中工件的六個自由度完全被限制而在空間里占有唯一的完全確定的位置，此時稱為完全定位；如果根據(jù)該工序加工要求只需限值部分自由度，而其他自由度無需限制時，工件雖然不占有確定的唯一位置，但不影響該工序的加工要求，此時稱為不完全定位。 由以上自由度分析可得，考慮加工的凹槽底面一般平行于其上端面，應限制沿x方向的轉(zhuǎn)動自由度，因此該工序加工要求需要限制的自由度有：沿x方向的移動，沿z方向的移動，繞x方向的轉(zhuǎn)動，繞y方向的轉(zhuǎn)動，繞z方向的轉(zhuǎn)動。 3.4 定位方案設(shè)計 由上圖可知，以花鍵軸線以及右端面為定位基準，可使得工序基準與定位基準重合，消除了基準不重合誤差，使定位誤差降低。 定位方案選定：采用花鍵定位短銷可限制工件沿y方向的移動，沿z方向的移動，繞x方向的轉(zhuǎn)動自由度，采用平面支撐可限制工件沿x方向的移動，繞y方向的轉(zhuǎn)動，繞z方向的轉(zhuǎn)動。其定位方案如圖3.2所示： 花鍵定位銷 墊圈 工件 圖3.2 定位方案簡圖 3.5 夾緊方案設(shè)計 夾緊力的三要素包括夾緊力的作用點、夾緊力的方向、夾緊力的大小。 夾緊力作用點的選擇原則是：夾緊力的作用點應正對定位元件或作用在定位元件所形成的支承面內(nèi)；夾緊力的作用點應位于工件剛性較強的部位上；夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面，以減小切削力對夾緊點的力矩，防止或減小工件的振動。 夾緊力方向的選擇原則是：夾緊力的方向應垂直于主要定位基面，以保證加工精度；夾緊力方向應與工件剛度最大的方向一致，以減小工件的夾緊變形，夾緊力的方向應盡量與切削力、重力等力的方向一致。 根據(jù)以上的選擇原則，確定夾緊方案選用單螺旋夾緊機構(gòu)，夾緊方案簡圖如圖3.3所示： 圖3.3 夾緊方案簡圖 該夾緊機構(gòu)夾緊力的作用點正對于墊圈所形成的支承平面，且工件剛性較強部分即為花鍵軸部分，所以該夾緊機構(gòu)夾緊力的作用點便位于了工件剛性較強的部分。此外作用點與加工表面較近，極大減小了切削力矩。工件的定位基面為墊圈所形成的支承平面，因此該夾緊機構(gòu)夾緊力作用力的方向便垂直于定位基面，且工件剛性較強方向為花鍵軸軸線方向，所以夾緊力的方向與工件剛性較強方向一致。通過以上分析可知，該夾緊機構(gòu)所施加的夾緊力滿足夾緊力作用點，方向的選擇原則，故該夾緊機構(gòu)選擇合理。 查《現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊》可得銑削時的力計算公式為 Fc=10Cpap0.83af0.65D-0.83awzKp 式中各參數(shù)具體含義如圖3.4所示： 圖3.4 銑削力的計算 采用X62K6140臥式銑床，齒數(shù)為3，直徑為10mm的高速鋼立銑刀。 工件材料：HT200,σb= 0.16GPa；HB=190~241,鑄造。 根據(jù)圖3.4的表3-92，查得Cp=30 銑削寬度aw銑刀在一次進給中所切掉工件表面的寬度,單位為mm。一般立銑刀和端銑刀的銑削寬度約為銑刀直徑的50％~60％左右。 故取銑削寬度aw=6mm 一般立銑刀粗銑時的背吃刀量ap以不超過銑刀半徑為原則,以防背吃刀量過大而造成刀具的損壞,精銑時約為0.05~0.30mm。 故取背吃刀量ap=5mm 銑削每齒進給量推薦值如圖3.5所示： 圖3.5 銑削每齒進給量推薦值 故取每齒進給量af=0.1mm/z 銑削速度推薦值如圖3.6所示： 圖3.6 銑削速度推薦值 故取銑削速度v=20m/min 根據(jù)刀具直徑D=10mm ，可得出刀具轉(zhuǎn)速n=636.62r/min 用高速鋼銑削時，考慮工件材料力學性能不同的修正系數(shù)，引入Kp系數(shù)，對于灰鑄鐵，Kp=HB1900.55，取工件HB=230，則Kp=1.11 故銑削時的力Fc=10Cpap0.83af0.65D-0.83awzKp=10×30×50.83×0.10.65×10-0.83×6×3×1.11=754.85N 銑削力主要包括切削力Fc，它切于過渡表面并與基面垂直，以及進給力Ff，它是處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與走刀方向相反的力。由于銑槽的力主要是切削力，進給力比較小，故忽略不計。主要考慮切削力從而計算夾緊力。 工件受力如圖3.7： 圖3.7 工件受力簡圖 銑削時切削力所產(chǎn)生的力矩由花鍵定位銷產(chǎn)生反力抵消，因此夾緊力僅需抵消切削力。為保證工件能夠較穩(wěn)固定在夾具體上，故取夾緊力為F=900N 。 4 專用夾具設(shè)計 4.1 夾具組成元件設(shè)計 一、 夾具體緊固螺栓的選用 選取螺栓連接處的標準件時，考慮到扳手空間問題，優(yōu)先選圓柱頭內(nèi)六角螺栓，這樣可大大縮小夾具體積，提高其空間利用率。因未要求對夾具體進行受力計算，所以考慮到夾具體空間大小及結(jié)構(gòu)，暫選取M8螺紋連接，查閱資料，可在如下圖4.1中選取標準件： 圖4.1 內(nèi)六角螺栓標準表 二、 螺旋夾緊機構(gòu)的設(shè)計 螺旋夾緊機構(gòu)的螺紋桿采用部分為螺紋其余為光桿的設(shè)計，在能保證夾緊工件的同時，也能滿足方便拆裝的要求。螺紋桿頂端未采用與工件直接接觸的設(shè)計，而是加裝了一活動壓塊，使其與工件直接接觸，在轉(zhuǎn)動螺紋桿夾緊工件的時候，保證了夾緊機構(gòu)與工件右端面始終保持面接觸，從而有效保證了夾緊力與裝夾精度。并且可避免了螺紋桿與工件直接接觸時旋轉(zhuǎn)螺紋桿所造成的工件轉(zhuǎn)動。 4.2 夾具使用說明 將支座用螺栓固定在夾具體上，再將花鍵定位銷插入支座的花鍵孔中，用螺栓將擋板固定在支座花鍵孔左端，再用螺栓擰緊花鍵定位銷限制其軸線移動，然后依次放入墊圈、工件。再將對刀塊用螺栓擰緊在支座的凸臺上。最后把螺旋夾緊機構(gòu)的襯套旋入夾具體螺紋通孔中，裝上螺旋夾緊機構(gòu)，轉(zhuǎn)動手柄使螺紋桿帶動夾緊塊往左移動夾緊工件，完成整個裝夾過程。 4.3 夾具的優(yōu)缺點分析 優(yōu)點：夾緊機構(gòu)部分，螺桿的頭部裝有活動壓塊與工件夾緊表面接觸，在擰動螺桿時壓塊不隨螺桿轉(zhuǎn)動，而只作軸向移動，可防止在夾緊時由摩擦力矩而帶動工件轉(zhuǎn)動，并可避免壓壞工件夾緊表面。螺旋夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，由于螺旋升角小，機構(gòu)的自鎖性能好，且又是一擴力機構(gòu)，夾緊力較大， 夾緊行程也較大。螺紋桿大部分為光桿設(shè)計，提高了裝夾速度，方便拆裝。此外，采用了襯套結(jié)構(gòu)，當裝夾次數(shù)過多，使用時間較長時導致了螺紋磨損可將其更換，延長了夾具的使用壽命。定位元件部分，花鍵定位銷，支座，墊圈均采用可更換的結(jié)構(gòu)，當其磨損嚴重時可將其更換，延長了夾具的使用壽命。且花鍵定位銷的配合面較多，因此定位精度較高。 缺點：工件與花鍵定位銷的配合面過多，配合精度要求較高，故成本較高，且配合面過多導致磨損增加，縮短了夾具的使用壽命。 5 專用夾具裝配圖與零件圖 圖5.1 夾具裝配圖 圖5.2 夾具體零件圖 6 總結(jié)與體會 經(jīng)過這次的實踐我收獲了很多，首先，我了解并深入學習了夾具體設(shè)計的大體流程及工作原理，也了解到了其具體的結(jié)構(gòu)和各部分的功能特點、制造加工工藝以及加工時需要注意的事項等；其次，通過這幾天的努力，我完成了夾具體及切削參數(shù)方面的設(shè)計計算，在此過程中，我對夾具的設(shè)計和計算的理解又深化了許多，整個機器的受力，工作情況，工作環(huán)境以及各種強度要求，都讓我對整個加工工藝過程有了清晰的認識，這也促使我更加認真地進行設(shè)計計算；再次，此次設(shè)計中不僅停留在理論的數(shù)學計算，也考驗了我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程制圖的能力，在繪圖的過程中，我重拾起大一的工圖知識，以及大二學習的互換性的知識，結(jié)合這學期剛結(jié)束的制造工藝學，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計及圖紙繪制，在繪制的過程中，我覺得自己的知識基本還算扎實，但具體的細節(jié)還是要注意，比如公差的選取，尺寸的標注位置等等。最后，我意識到了自己學習的局限性，只看到了書本上有的東西，而沒有注意到將生活中，或者其他科目中的東西運用到所設(shè)計的機構(gòu)中。 在以后的求學生涯中，我一定將所學的知識扎實掌握爭取做到融會貫通，只有這樣才能最大限度地發(fā)揮所學知識的優(yōu)點，提高效率，節(jié)省時間，更熟練地完成設(shè)計目標。 7 參考文獻 [1] 于大國.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)與機械制造工藝學課程設(shè)計教程.國防工業(yè)出版社.2011.. 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