倒檔撥叉零件機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備（鉆削）設計

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機 械 加 工 工 藝 卡 片 零件名稱： 學 生： 指導老師： 哈爾濱理工大學設計論文 - 1 - 序 言 機械制造工藝學設計是我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的位置。 就我自己而言，我想通過本次的課程設計能使我的專業(yè)知識有進一步的提升。通過本次課程設計： 1、通過課程設計，使我加深對所學理論的理解。 2、培養(yǎng)從事實際工作的方法和步驟(如優(yōu)選設計方案、編制設計說明書、列出計算過程和結果，并進行討論和分析等)。 3、進一步提高利用技術資料、運算和繪圖的能力;增強學生運用計算機的能力及外語的能力。 4、培養(yǎng)實事求是、認真、嚴謹的科學態(tài)度和刻苦鉆研不斷創(chuàng)新的精神。 5、鞏固所學到的理論知識，提高解決工程實際問題的能力。 對于我們即將畢業(yè)的工科學生來說，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性的訓練，希望在設計中能鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為振興我國的機械行業(yè)，為了中華民族的偉大復興打下一個良好的基礎。 由于能力所限，在設計中尚有許多不足之處，希望各位老師給予指教。 - 2 - 一、零 件 的 分 析 （一）零件的作用 題目所給定的零件是拖拉機變速箱中的倒檔撥叉，它位于倒檔撥叉桿上，主要作用一是通過倒檔撥叉桿將扭矩傳遞給倒檔撥叉，撥動倒檔同步器，改變齒輪的嚙合方向，實現拖拉機的倒行；二是在倒檔撥叉上有一個配合槽，與其他零件配合裝配，在撥叉轉動時帶動其運動。零件上?19.1mm的孔，裝配在倒檔撥叉桿上，用螺釘固定保證撥叉和撥叉桿的相對位置。寬19.3mm深17mm的槽與其他零件相配合，半圓形叉口撥動同步器。 （二）零件的工藝分析 從倒檔撥叉的零件圖上可以看出，它有兩組加工表面，這兩組加工面之間也有一定的位置要求，現將這兩組加工面分述如下： 1. 以?19.1mm孔為中心的加工面 這一組加工面包括：一個的?19.1mm孔以及對其倒角，寬19.3mm深 17mm的槽口，在?19.1mm孔所在的輪轂上鉆兩個孔并攻絲，規(guī)格為M12，用來做為固定倒檔撥叉和撥叉桿之用。 2. 叉口處的加工面 這一組加工面包括：銑叉口的側面，銑叉口內圓面，內圓面所在的圓弧半徑為R48mm。 這兩組加工面之間有一定的位置要求： （1）R48mm叉口對?19.1mm孔的軸心線及19.3mm槽口中心線位置公差?0.5mm。 （2）叉口側面和螺紋孔中心線的位置要求是46.4±0.25。 由以上分析可知，對于這兩組加工表面而言，我們可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具進行另一組表面的加工，并保證他們之間的位置精度要求。 46.4±0.2549.5锪孔?13.5×902-M12×1R48±0.188.9133.8YX203719.3JS11?19.1JS11 圖.1 “拖拉機倒擋撥叉”零件工藝分析示意圖 二、工 藝 規(guī) 程 設 計 （一）確定毛坯的制造形式 零件材料為QT500-5，考慮到拖拉機運行時經常需要掛倒檔以倒行或輔助轉向，因此零件在工作過程中經常受到沖擊性載荷，采用這種材料零件的強度也能保證。由于零件年產量為4000件，已達到成批生產水平，而且零件的輪廓尺寸不大，選用砂型鑄造，采用機械翻砂造型，鑄造精度為2級，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產率和保證加工精度上考慮也是應該的。 - 3 - - 4 - （二）毛坯設計 拖拉機的倒檔撥叉零件材料為 QT500-5，硬度選用260HBS，毛坯重約1Kg。生產類型為成批生產，采用砂型鑄造，機械翻砂造型，2級精度組。 根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量，對毛坯初步設計如下： 1. ?19.1mm的孔 為了便于加工，在毛坯的設計時，可以設計底孔。根據常用刀具的規(guī)格和合理的切削用量，可以鑄出?10mm的底孔。這樣加工這個孔到規(guī)定的尺寸，可以分為以下步驟： 2. 叉口側面 該兩側面分別進行一次粗、精銑。根據資料可知，選取加工余量等級為G，選取尺寸公差等級為9級。 所以根據相關資料和經驗可知，毛坯的叉口厚度定為10mm，符合要求。 3. 叉口內圓面 叉口內圓面的圓弧半徑為R48mm，叉口精度要求不是很高，可以進行一 次精加工。所以其加工余量不宜取得過大，但為了能保證其加工精度，而進行一次精銑，所以在毛坯鑄造時給出2mm的加工余量。 4. 銑槽 槽寬為19.3mm,深為17mm,查資料知，砂型鑄造機械翻砂造型的尺寸公 差等級為8~10級，加工余量等級為G。取尺寸公差等級為9級，在鑄造時留出2mm的加工余量，均滿足加工要求。 5. 鉆孔、攻絲 在?19.1mm的孔處鉆孔，攻絲，锪孔。 在此處，因為加工的螺紋孔不是很大，所以可以不必留鑄造底孔。 因其它表面均為不加工表面，而且砂型機器造型鑄造鑄造出的毛坯表面就能滿足它們的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。 根據上述原始資料及加工工藝，確定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，這樣毛坯的尺寸就可以定下來了，毛坯的具體形狀和尺寸見圖.2 “拖拉機倒擋撥叉”零件毛坯簡圖。 。15.32.525821.2255450.725AAR44±0.1R50.5R5716R99415525560?10133.821R258555.57193.830R8?3448R344830?50372288.92210±0.2 圖.2 “拖拉機倒擋撥叉”零件毛坯簡圖 （三）基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。 粗基準的選擇：對于零件的加工而言，粗基準的選擇對后面的精加工至關重要。從零件圖上可以看出，拖拉機倒檔撥叉較不規(guī)則，所以粗基準不太容易選擇。為了保證?19.1mm孔的位置精度的要求，選擇叉口內圓面和叉口側面作為粗基準，以保證孔的軸心線與叉口的X、Y方向的位置要求以及?19.1mm孔軸心線的垂直度，依照粗基準的選擇原則（即當零件有不 - 5 - - 6 - 加工表面時，應該以這些不加工表面作為粗基準，若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面做為粗基準）來選取。 工件被放在兩個支承釘和支撐板上，限制三個自由度；工件的大叉口內表面緊靠在兩個支承釘的外圓柱面上，限制兩個自由度；小頭?19.1mm 孔的端面緊靠在支承釘上，限制一個自由度，實現完全定位。 對于精基準而言，主要應該考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。 （四）制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(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要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為成批生產的條件下，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量降下來。 1. 工藝路線方案一 工序Ⅰ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。 工序Ⅱ 立式鉆床上擴、鉸孔?19.1mm并倒角。 工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側面。 工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。 工序Ⅴ 手工去銳邊。 工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。 工序Ⅶ 臥式銑床上精銑叉口側面。 工序Ⅷ 去毛刺。 工序Ⅸ 清洗。 工序Ⅹ 終檢。 2. 工藝路線方案二 工序Ⅰ 立式鉆床上擴、鉸孔?19.1mm并倒角。 - 7 - 工序Ⅱ 臥式銑床上粗銑叉口側面。 工序Ⅲ 臥式銑床上銑叉口。 工序Ⅳ 手工去銳邊。 工序Ⅴ 臥式銑床上銑槽。 工序Ⅵ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。 工序Ⅶ 手工去毛刺。 工序Ⅷ 臥式銑床上精銑叉口側面。 工序Ⅸ 去毛刺。 工序Ⅹ 清洗。 工序Ⅺ 終檢。 3. 工藝方案的比較與分析 上述兩種方案看起來大體合理，不過仔細一看都有不足之處。第1個 方案先是“搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。”，先把這一步工序放在前面是想，后面還有“鉆?19.1mm孔”這一步工序，如果先鉆孔攻絲那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。能這樣想，出發(fā)點是好的，考慮到可以減少一步工序，似乎能減少勞動工時，提高生產率，可是沒有考慮到，把這一步工序放前，定位比較難，不易保證必要的位置精度，夾具設計困難，實際可行性比較低。再看第2個方案，第2個方案把“鉆?19.1mm孔”這一步工序放在了前面，這樣為以后的各個工序提供了加工基準，工序安排比較科學合理。不過它和第1個方案一樣，都把“擴、鉸孔?19.1mm”和“倒角”放在了一步工序中。在這一步中通過換鉆套可以倒一邊的角，不過要倒另一邊的角，就要把工件卸下翻面倒角，這樣增加了夾具的設計難度。不過主要的是立式鉆床體積比較大，操作起來不方便，并且倒角也沒有高的精度要求，從經濟效益上來考慮是不合算的。通過分析后，把這一步工序一分為二，把“倒角”獨立出來，單獨作為一步工序，因為倒角的精度要求不高，我們可以把這一步工序放在臺鉆上來完成。臺鉆體積比較小，操作簡單，夾具結構也簡單，這樣零件的加工工時降下來了，生產效率上來了，降低了零件的成本。 - 8 - 估算每一步工序所用夾具的大體尺寸，根據《金屬切削機床夾具設計 手冊》（第二版）上給出的各種切削機床的規(guī)格尺寸，選擇每一道工序所用的合適的機床。 因此，最后的加工路線確定如下： 工序Ⅰ 立式鉆床上擴、鉸孔?19.1mm。 以撥叉叉口內圓非加工面、槽口和?19.1mm孔的端面為粗基準定位。 選用Z535立式鉆床加工，采用專用夾具。 工序Ⅱ 臺鉆上對?19.1mm倒角。 以?19.1mm和端面為基準定位。 選用ZQ4015臺式鉆床加工，采用專用夾具。 工序Ⅲ 臥式銑床上粗銑叉口側面。 以?19.1mm和端面為基準定位。 選用X62臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅳ 臥式銑床上銑叉口。 以?19.1mm和毛坯上的槽口為基準定位。 選用X62臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅴ 手工去銳邊。 用扁平挫刀手工去銳邊，可設計簡易的支承臺。 工序Ⅵ 臥式銑床上銑槽。 以?19.1mm孔、叉口內圓側面為基準定位。 選用X62臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅶ 搖臂鉆床上鉆孔、攻絲，規(guī)格M12。 以?19.1mm孔及其端面、叉口內圓側面為基準定位。 選用Z3025搖臂鉆床加工，采用專用夾具。 工序Ⅷ 手工去毛刺。 用圓形小挫刀手工去毛刺，可以設計簡易的支承臺，注意不 不要劃傷內圓面。 - 9 - 工序Ⅸ 臥式銑床上精銑叉口側面。 以?19.1mm孔和螺釘對準長銷上的槽為基準定位。 選用X62臥式銑床加工，采用專用夾具。 工序Ⅹ 去毛刺。 用扁平挫刀手工去毛刺，可設計簡易的支承臺。 工序Ⅺ 清洗。 用專用清洗機清洗。 工序Ⅻ 終檢。 以上工藝過程相見“拖拉機倒檔撥叉機械加工工序卡片”。 （五）機械加工余量及工步的初步確定 根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量和工步如下： 1. ?19.1mm的孔 擴孔： ?16mm 2Z=6mm 二次擴孔： ?18.9mm 2Z=2.9mm 粗鉸： ?19.04mm 2Z=0.14mm 精鉸： ?19.1mm 2Z=0.06mm 2. 叉口側面 粗銑： 2Z=2.05mm 精銑： 2Z=0.4mm 3．叉口內圓面 一次精銑： Z=2mm 4. 銑槽 一次精銑： Z=2mm 5. 鉆孔、攻絲 在?19.1mm的孔處鉆孔，攻絲，锪孔。 先在加工面上鉆出?4mm小孔，再擴孔至?10.4mm，這是攻絲前的 底孔，然后用M12的機用絲錐攻絲，最后锪孔?13.5mm。 （六）確定切削用量及基本工時 工序Ⅰ 鉆孔?16mm、擴孔?18.9mm、鉸孔?19.1mm 1. 鉆孔?16mm 根據文獻[4]表2.18可知 f=0.1rmm v=50minm min23.9951614.35010001000rdvwsn=××=?=π 根據資料1.表4.2-15 按照機床型號選取1100=nwminr 所以，該鉆床的實際切削速度為 26.55100011001614.31000=××=?=wwndvπminm 切削工時：min44.01.011004103421=×++=++=fnllltw 其中：切入深度 mml101=，切出深度mml42= 2. 擴孔?18.9mm 根據文獻[3]表4.2-16，查得擴孔鉆擴?18.9mm孔時的進給量，并根據機床的型號規(guī)格選取 f=0.72rmm 擴孔鉆擴孔時的切削速度，根據其它有關資料確定為鉆vv?=4.0 其中，為用鉆頭鉆同樣材料、同樣尺寸實心孔時的切削速度。故： 鉆v20504.0=×=vminm 3379.1814.32010001000=××=??=dvnsπminr - 10 - 根據文獻[3].表4.2-15 并由機床型號選取 400=wnminr 所以，該床的實際切削速度為 74.2310004009.1814.31000=××=?=wwndvπminm 切削工時：min13.072.04005.133421=×++=++=fnllltw 其中：切入時間 mml31=，切出時間mml5.12= 3. 粗鉸?19.04mm 根據文獻[4]表2.25規(guī)定查得鉸?19.04mm孔時的進給量，并由機床及零件材料的硬度可以選取 0.48=frmm 12=vminm min7.20004.1914.31210001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-15 按照機床型號選取275=nwminr 所以，該鉆床的實際切削速度為 43.16100027504.1914.31000=××=?=wwndvπminm 切削工時：min29.048.02755.133421=×++=++=fnllltw 其中：切入深度 mml31=，切出mml5.12= 4. 精鉸?19.1mm 根據文獻[4]表2.25規(guī)定查得鉸?19.1mm孔時的進給量，并由機床及 - 11 - 零件材料的硬度可以選取 0.48=frmm 12=vminm min1.2001.1914.31210001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-15 按照機床型號選取275=nwminr 所以，該鉆床的實際切削速度為 48.1610002751.1914.31000=××=?=wwndvπminm 切削工時：min29.048.02755.133421=×++=++=fnllltw 其中：切入深度 mml31=，切出mml5.12= 工序Ⅱ ?19.1mm孔倒角 為縮短輔助工作時間，提高工作效率，取倒角主軸轉速與擴孔時轉速相同。 460=n minr 采用手動進給。 工序Ⅲ 粗銑叉口側面 叉口兩側面在鑄造毛坯時兩個面的加工余量是相同的，故可以算一個面就行?，F在以其中一面為粗基準，對另一面進行粗加工，切削用量和切削工時如下： 根據文獻[3]表4.2-38，可得知X62臥式銑床的電動機功率為7.5kw。因此，再根據資料文獻[4]表3.5可查得 20.0=zfzmm - 12 - （采用不對稱端銑，以提高進給量） 切削速度：參照有關手冊資料，確定 min2745.0msmv即= 選用YG8硬質合金刀片直徑mmdw125= 齒數為 12=z 則： min4.6812514.32710001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-39 按照機床型號選取75=wnminr 故實際切削速度為： 44.2910007512514.31000=××=?=wwndvπminm 當75=wnminr時，工作臺每分鐘進給量應為： mf 180751220.0=××=??=wzmnzffminmm 根據文獻[3]表4.2-40 按照機床型號選取=190mfminmm 銑削加工時間： 由于是粗銑，故整個刀盤不必過整個工件，利用作圖法，可知總行程為21lll++=160mm 則： min84.019016021==++=mflllt 工序Ⅳ 精銑叉口R48±0.5mm 根據文獻[3]表4.2-38可得知X62臥式銑床的電動機功率為7.5kw。因此，再根據文獻[4]表3.5可查得 09.0=zfzmm （采用對稱銑削，以提高進給量） - 13 - 切削速度：參照有關手冊資料，確定 min2745.0msmv即= 根據資料1.表3.1-39 選取硬質合金鑲齒三面刃銑刀直徑 齒數為 齒寬 mmdw50=12=zmml8= 則： min1725014.32710001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-39 按照機床型號選取190=wnminr 故實際切削速度為： 83.2910001905014.31000=××=?=wwndvπminm 當190=wnminr時，工作臺每分鐘進給量應為： mf 2.2051901209.0=××=??=wzmnzffminmm 根據文獻[3]表4.2-40 按照機床型號選取=235mfminmm 銑削加工時間： 由于是精銑，故整個刀盤應該過整個工件，利用作圖法，可知總行程為21lll++=154.9+21=175.9mm 其中：根據文獻[4]表3.25 可得知入切量+超切量為21mm 則： min75.02359.17521==++=mflllt 工序Ⅵ 銑槽 根據文獻[3]表4.2-38可得知X62臥式銑床的電動機功率為7.5kw。因此，再根據資料2.表3.5可查得 09.0=zfzmm 切削速度：參照有關手冊資料，確定 min2745.0msmv即= - 14 - 根據文獻[3]表3.1-39 選取硬質合金立銑刀直徑 齒數為mmdw3.19=8=z 則： min5.4453.1914.32710001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-39 按照機床型號選取475=wnminr 故實際切削速度為： 78.2810004753.1914.31000=××=?=wwndvπminm 當475=wnminr時，工作臺每分鐘進給量應為： mf 342475809.0=××=??=wzmnzffminmm 根據文獻[3]表4.2-40 按照機床型號選取=375mfminmm 銑削加工時間： min071.037517101=+=+=mfllt 工序Ⅶ 鉆孔、锪孔?13.5mm、攻絲2-M12×1.75 1. 鉆孔?10.4mm 根據文獻[4]表2.18可知 f=0.08rmm v=48minm min87.14691214.34810001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-12 按照機床型號選取1600=snminr - 15 - 所以，該鉆床的實際切削速度為 15.52100016001214.31000=××=?=wwndvπminm 切削工時：min2.008.0160026=×=t 2. 锪孔?13.5mm 根據有關資料介紹，锪沉頭孔時進給量及切削速度約為鉆孔時的1/2~1/3 根據文獻[4]表2.18可得 rmmff04.0~027.0)31~21(==鉆 根據文獻[3]表4.2-13 取 rmmf05.0= min24~18)31~21(mvv==鉆 取 min18mv= min96.4895.131214.31810001000rdvwsn=××=?=π 根據資料1.表4.2-12 按照機床型號選取 500=nwminr 所以，實際切削速度為 2.2110005005.1314.31000=××=?=wwndvπminm 切削工時：min03.050015==t 3. 攻絲2-M12×1.75 攻絲M12×1.75時，min61.0msmv== 所以， - 16 - min24.1591214.3610001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-12 按照機床型號選取 125=nwminr 所以，實際切削速度為 71.410001251214.31000=××=?=wwndvπminm 切削工時：min24.0125152=×=t 工序Ⅸ 精銑叉口側面 在工序Ⅲ粗銑叉口側面時兩個面剩余的加工余量是相同的，所以計算一個面即可?，F在以其中一個面為精基準，對另一個面進行精加工，切削用量和切削工時如下： 根據文獻[3]表4.2-38，可得知X62臥式銑床的電動機功率為7.5kw。因此，再根據資料文獻[4]表3.5可查得 18.0=zfzmm （采用不對稱端銑，以提高進給量） 切削速度：參照有關手冊資料，確定 min2745.0msmv即= 選用YG8硬質合金刀片直徑mmdw125= 齒數為 12=z 則： min4.6812514.32710001000rdvwsn=××=?=π 根據文獻[3]表4.2-39 按照機床型號選取 75=wnminr 故實際切削速度為： 44.2910007512514.31000=××=?=wwndvπminm - 17 - 當75=wnminr時，工作臺每分鐘進給量應為： mf 162751218.0=××=??=wzmnzffminmm 根據文獻[3]表4.2-40 按照機床型號選取 mf=190minmm 銑削加工時間： 由于是精銑，故整個刀盤必須過整個工件，利用作圖法，可知總行程為21lll++=165mm 其中：入切量為10mm 超切量為5mm 則： min87.019016521==++=mflllt 三、夾 具 設 計 為了提高生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 經過指導老師的指定，決定設計第Ⅶ道工序—鉆孔、锪孔?13.5mm、攻絲2-M12×1.75，本夾具將用于Z3025搖臂鉆床上，刀具為：錐柄長麻花鉆一把（?10.4mm）、圓柱柄錐形锪鉆一把（?13.5mm）、機用絲錐一把(M12)。 （一）問題的提出 利用本夾具輔助鉆孔、攻絲，從零件圖上可以看出在?19.1mm孔的輪 轂上鉆兩個孔并攻絲至M12，關鍵問題在于兩個孔排列在34mm的工件長度上，并且兩個空間隔13.5mm，所以很難在一個鉆套上設計出兩個孔，也就是說裝卡一次工件只能完成一個孔的加工。經過老師的指導決定定出如下方案： 在設計鉆套時，可設計為偏心鉆套，加工方案為先成批加工一批工件， 然后拆卸鉆套，轉向180度，同時換定位銷（定位銷上有盲孔，便于鉆孔攻絲的加工），然后反過來將這批零件的另一個螺紋孔加工好。這樣夾具設計相對簡單，并且可以保證勞動生產率。 - 18 - 由零件圖紙上可以看出這道工序沒有特別的精度要求，所以在進行夾具設計時，應主要考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度。 （二）定位基準的選擇 經過分析可知，這兩個螺紋孔只要保證與?19.1mm孔的軸心線有垂直 精度的要求即可。定位基準選?19.1mm孔及其端面，工件以?19.1mm孔在定位銷上定位，限制四個自由度；以銷上的環(huán)面臺階靠在?19.1mm孔的端面上，限制一個自由度；以叉口靠在半圓形定位銷上，限制一個自由度，實現完全定位，如圖.3所示。 為了提高生產率，在能保證加工精度的情況下，夾具要設計的盡量便于操作，以減少輔助工時，降低生產成本。在這個原則下，對夾具的加緊機構作了詳細分析，要加緊工件，還要受力均勻，防止工件受迫變形。最后定出方案，在工件的?50mm的鑄造工藝孔處設計加緊螺栓，用U型壓板和加緊螺母壓緊工件，經過分析認為這個方案操作簡單，可行性很高。 88.9133.8?96±0.24?19.1Js9 圖.3 工序Ⅶ工件定位加緊示意圖 - 19 - （三）切削力及加緊力的計算 在這一步工序中，所需要最大切削的工步是鉆孔?10.4mm，我們只對 這一工步進行計算即可。 刀具：錐柄長麻花鉆一把，?10.4mm 進給量：rmmf/08.0= 工件硬度：250HBS 由文獻[6]表3-71可知，鉆削加工時的切削力計算公式為： 其中 PxKfDP75.02.1420=6.0190??????=HBKP 帶入以上數據： ()NPX96.123319025008.04.104206.075.02.1=??????×××= 雖然在該步工序中零件是豎直放置的，加工時鉆頭也是垂直工作，但是由于工件受定位、加緊的影響，所以在其他兩個方向上也有分力。根據有關資料可知，分力系數為a=0.6~0.8，由于工件加緊是垂直夾具體立墻的方向，所以只需求出垂直于立墻的分力，該力即為所需加緊力P要克服的力： ZP NPaPXZ2.98796.12338.0=×=?= 由加緊機構產生的實際加緊力應滿足下式： ZPKP?= 安全系數4321KKKKK= 式中 ——基本安全系數1.5； 1K ——加工性質系數1.1； 2K ——刀具鈍化系數1.2； 3K - 20 - ——斷續(xù)切削系數1.0； 4K 所以 NPKPZ9.19702.9870.12.11.15.1=××××=?= 由文獻[7]表2-17可知，加緊方式采用的是螺旋加緊機構加緊，由表 中數據可知，規(guī)格為M20的螺母，扳手手柄長為240mm，施加的作用力為100N時，產生的壓緊力為W=11400N。 由比例關系可知，在使用這個夾具時，扳手手柄長為240mm,施加的作用力為50N時，產生的壓緊力為W=5700N。 所以由以上計算數據可以看出，工人操作時扳動加緊扳手時比較方便，容易操作，夾緊力滿足要求。 （四） 定位誤差分析 1. 定位元件尺寸及公差的確定 在這一步工序中，定位元件為長銷和半圓形短平銷：mm1.19φ 孔的尺 寸公差為J 9，即，定位銷的與其配合，尺寸及公差為；叉口內圓的尺寸為mm026.0026.01.19+?φmm020.0041.0075.19??φmm2.096±φ，扁平半圓銷的尺寸為 mm120.0155.08.95??φ。 2. 采用以上的兩個定位元件，能保證叉口相對于19.1mm孔在X、Y 方向上的圓跳動保證在0.5mm。 由于這一步工序在精銑叉口側面之前，所以零件圖紙上要求的螺紋孔和叉口側面的尺寸保證在46.4±0.25mm，在這一步還要多一個精銑側面的加工余量，為0.2mm，這樣就是46.6±0.25mm。在夾具設計時，因為把支承叉口側面的臺階面設計成不可調的，所以就只有提高夾具的加工精度來保證上面所說的尺寸要求。具體的尺寸是長銷的端面到叉口側面的支承臺階的高度差為62.85±0.1mm，可以滿足要求。 對于這一步的改進，應該把叉口側面的不可調支撐改為調節(jié)支撐螺柱支承，這樣就可以通過現場調試來保證長銷的端面到叉口側面的支承臺階 - 21 - 的高度差，又降低了夾具的設計加工成本，一舉兩得。 （五） 加緊元件的強度校核 這一步工序，工件是豎直放置的，在鉆削加工時所受的鉆削力也是豎直向下的。 圖.4 夾具結構示意圖 從圖.4我們可以看出，鉆套下面的定位銷受力最大，所以對其進行強度校核。 定位銷所承受的最大的鉆削力為 NPX96.1233= 由前面的計算可知，安全系數為 K=1.98 定位銷所受的擠壓應力為： Mpadb76.3341.1998.196.1233KPK=××=??=擠σ 定位銷材料為T8A，熱處理HRC55~60，屈服強度為MpaS500=σ，取安全系數為n=1.9，則許用擠壓應力為： []MpaS2.2639.1==σσ 所以 ][σσ<擠 故定位銷可安全工作 許用剪切應力157.9Mpa]6[.0][==στ 實際剪切應力： MpadKPX3.441.19298.196.12334222=×××=??=ππτ ][ττ< 故定位銷可安全工作 （六） 夾具設計及操作的簡要說明 根據前面提出的定位方案，經過比較分析，設計了圖.3所示的夾具方 案。因為零件的生產量不算是太大，并且零件尺寸和重量不太大，所以從經濟方面考慮采用手動加緊方式比較合適。采用U型壓板和壓緊螺母壓緊， 通過計算可知，工人操作時扳動加緊扳手時比較方便，容易操作。 在這一步工序中，由于是在34mm長度的表面上加工兩個M12的螺紋孔，而兩個螺紋孔的間距很小，為13.5mm，采用的是普通機床，并且如果同時進行兩個孔的加工，機床滿足不了要求，切削力為原來單孔加工的兩倍，增加了夾具的制造難度。為了解決這個問題，在夾具的設計時采取了如下措施： 1. 由于在零件上加工的螺紋孔是通孔，所以要在定位銷對應的位置上要設計沉孔，工件上要加工2個螺紋孔，而這兩個螺紋孔的間隔為13.5mm，兩個螺紋孔的規(guī)格為M12，要是在一個定位銷上加工出這么兩個沉孔，勢必會影響到定位銷的強度。可以設計為兩個定位銷，每個定位銷上各加工一個孔對應的沉孔。在加工時，一批次的零件上的一個螺紋孔加工完了以后，再換另一個定位銷，對這批次零件的另一個孔進行加工。 2. 根據上面同樣的原因，對于鉆模板來說，要在這么小的間隔上安裝 兩個鉆套，不太容易。我們可以把鉆模板設計成為偏心式的，鉆套偏離鉆模板中心6.75mm安裝，這樣在同一批次的零件上的一個孔加工完了以后，拔掉鉆模板上的圓柱銷，把鉆模板旋轉180度安裝，這樣鉆模板上的鉆套就鉆過了180度，轉過的距離正好是13.5mm，正對應著零件上的另一個孔。 在加工時，在夾具體上先安裝其中的一個定位銷，把上面的沉孔對準鉆套上的孔，對準以后，通過定位銷后面的螺母將定位銷固定鎖死。待這一批次零件上的一個孔加工完了以后，將定位銷卸掉，換上另一個定位銷，把鉆模板旋轉180度，將定位銷上的沉孔與鉆套上的孔對準以后，用螺釘將其緊固。再將這批次的零件反過來加工另一個孔，這樣可以提高生產效率。 這是本夾具的特別之處，不過本夾具還有一些不足。就是夾具的長銷的端面和支撐叉口側面的半圓銷的臺階面都是不可調的，這樣就需要在制造夾具時，這兩個面要有很高的位置精度要求，是以提高夾具的成本為代價來換取同一批次零件上加工的螺紋孔的一致性。 經過分析后，想出了如下的改進方案：去掉半圓銷，用兩個可調節(jié)的支承螺釘來代替。將兩個支承螺釘的支承部位改成臺階式的，細的圓柱側面用來卡住叉口，臺階面來支承叉口的側面，通過調節(jié)支承螺釘來調節(jié)臺階面支承叉口側面的高度。采用這種方案，夾具的設計將更加簡化，螺紋孔的加工一致性更容易保證。 - 25 - 參考文獻 1. 蔡在檀編著. 金屬切削原理.上海：同濟大學出版社.1994 2. 任嘉卉主編. 公差與配合手冊.北京：機械工業(yè)出版社.1990 3. 李益民主編. 機械制造工藝設備簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社.1994 4. 艾興等主編. 切削用量簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社.2002 5. 《金屬加工工藝人員手冊》修訂組. 金屬機械加工工藝人員手冊.上海：上?？茖W技術出版社.1983 6. 浦林祥主編. 金屬切削機床夾具設計手冊，2版.北京：機械工業(yè)出版社.1995 7. 東北重型機械學院等編. 機床夾具設計手冊.上海：上?？茖W技術出版社.1980 8. 哈爾濱工業(yè)大學 趙家齊編. 機械制造工藝學課程設計指導書.北京：機械工業(yè)出版社.1987