課程設(shè)計
題 目
撥叉零件的機械加工工藝及夾具設(shè)計
所屬部
所屬專業(yè)
機械設(shè)計與制造
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起訖日期
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摘 要
此次設(shè)計是對撥叉零件的加工工藝和夾具設(shè)計，往往可以使得生產(chǎn)效率大幅度提高，并使產(chǎn)品的加工質(zhì)量得到極大地穩(wěn)定。尤其是那些外形輪廓結(jié)構(gòu)較復雜的，不規(guī)則的拔叉類，桿類工件，幾乎各道工序都離不開專門設(shè)計的高效率夾具。目前，中等生產(chǎn)規(guī)模的機械加工生產(chǎn)企業(yè)，其夾具的設(shè)計，制造工作量，占新產(chǎn)品工藝準備工作量的50%—80%。生產(chǎn)設(shè)計階段，對夾具的選擇和設(shè)計工作的重視程度，絲毫也不壓于對機床設(shè)備及各類工藝參數(shù)的慎重選擇。夾具的設(shè)計，制造和生產(chǎn)過程中對夾具的正確使用，維護和調(diào)整，對產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)劣起著舉足輕重的作用。
關(guān)鍵詞 撥叉，加工工藝，專用夾具，設(shè)計
IV
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目 錄
摘 要 I
目 錄 II
第1章 緒論 1
第2章 撥叉的分析 3
2.1撥叉的工藝分析 3
2.2撥叉的工藝要求 3
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計 5
3.1 加工工藝過程 5
3.2確定各表面加工方案 5
3.2.1影響加工方法的因素 5
3.2.2加工方案的選擇 6
3.3 確定定位基準 6
3.3.1粗基準的選擇 6
3.3.1精基準選擇的原則 7
3.4工藝路線的擬訂 7
3.4.1工序的合理組合 7
3.4.2工序的集中與分散 8
3.4.3加工階段的劃分 9
3.4.4加工工藝路線方案的比較 10
3.5撥叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 11
3.5.1毛坯的結(jié)構(gòu)工藝要求 11
3.5.2撥叉的偏差計算 12
3.6確定切削用量及基本工時（機動時間） 12
第4章 銑叉腳左側(cè)端面夾具設(shè)計 32
4.1 研究原始質(zhì)料 32
4.2 切削力及夾緊力的計算 34
4.3 誤差分析與計算 35
4.4 定向鍵與對刀裝置設(shè)計 36
4.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu) 38
4.6夾具設(shè)計及操作的簡要說明 39
總 結(jié) 40
參考文獻 41
致 謝 42
第1章 緒論
機械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過程稱為機械加工工藝過程。比如一個普通零件的加工工藝流程是粗加工-精加工-裝配-檢驗-包裝，就是個加工的籠統(tǒng)的流程。
機械加工工藝是指用機械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)使其成為合格零件的全過程，加工工藝是工人進行加工的一個依據(jù)。
機械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上，改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品 或半成品，是每個步驟，每個流程的詳細說明，比如，上面說的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車，鉗工，銑床，等等，每個步驟就要有詳 細的數(shù)據(jù)了，比如粗糙度要達到多少，公差要達到多少。
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應(yīng)用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。
工具是人類文明進步的標志。自20世紀末期以來，現(xiàn)代制造技術(shù)與機械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機床夾具對零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。
在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。
1．機床夾具的主要功能
機床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
（1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。
（2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
2．機床夾具的特殊功能
機床夾具的特殊功能主要是對刀和導向。
（1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。
（2）導向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導其進行鉆削。導向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導向功能。
2
第2章 撥叉的分析
2.1撥叉的工藝分析
其小頭孔與底平面有垂直度的公差要求，撥叉底面與大頭孔上平面有平行度公差要求，所要加工的孔，在其孔邊有平行度公差和對稱度公差要求等。因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質(zhì)量均影響機器或部件的裝配質(zhì)量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關(guān)鍵和重要的。
撥叉是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復雜，但其加工孔和底面的精度要求較高，此外還有小頭孔端要求加工，對精度要求也很高。撥叉的底面，所以都要求精加工。
2.2撥叉的工藝要求
設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。設(shè)計者要考慮加工工藝問題。工藝師要考慮如何從工藝上保證設(shè)計的要求。一個好的結(jié)構(gòu)不但要應(yīng)該達到設(shè)計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質(zhì)量，同時使加工的勞動量最小。
圖2.1 撥叉零件圖
該加工有七個加工表面：平面加工包括撥叉底面、大頭孔上平面；孔系加工包括大、小頭孔、小孔加工。
⑴ 以平面為主有：① 撥叉底面的粗、精銑加工，其粗糙度要求是；
② 叉口端面的粗、精銑加工，其粗糙度要求是。
⑵ 孔系加工有：
②￠22的小頭孔鉆、擴和鉸加工，其表面粗糙度要求
；
撥叉毛坯的選擇鑄造，因為生產(chǎn)率很高，所以可以免去每次造型。單邊余量一般在，結(jié)構(gòu)細密，能承受較大的壓力，占用生產(chǎn)的面積較小。因其年產(chǎn)量是5000件，由[3]表2.1～3可知是大批量生產(chǎn)。
上面主要是對撥叉零件的結(jié)構(gòu)、加工精度和主要加工表面進行了分析，選擇了其毛坯的的制造方法為鑄造和中批的批量生產(chǎn)方式，從而為工藝規(guī)程設(shè)計提供了必要的準備。
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計
3.1 加工工藝過程
由以上分析可知，該撥叉零件的主要加工表面是平面、孔系和孔系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于撥叉來說，加工過程中的主要問題是保證孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關(guān)系以及孔的各尺寸精度。
由上面的一些技術(shù)條件分析得知：撥叉的尺寸精度，形狀精度以及位置關(guān)系精度要求都不是很高，這樣對加工要求也就不是很高。
3.2確定各表面加工方案
一個好的結(jié)構(gòu)不但應(yīng)該達到設(shè)計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保證加工的質(zhì)量，同時使加工的勞動量最小。設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。對于我們設(shè)計撥叉的加工工藝來說，應(yīng)選擇能夠滿足平面孔系和孔加工精度要求的加工方法及設(shè)備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當考慮經(jīng)濟因素。在滿足精度要求及生產(chǎn)率的條件下，應(yīng)選擇價格較底的機床。
3.2.1影響加工方法的因素
⑴ 要考慮加工表面的精度和表面質(zhì)量要求，根據(jù)各加工表面的技術(shù)要求，選擇加工方法及分幾次加工。
⑵ 根據(jù)生產(chǎn)類型選擇，在大批量生產(chǎn)中可專用的高效率的設(shè)備。在單件小批量生產(chǎn)中則常用通用設(shè)備和一般的加工方法。如、柴油機連桿小頭孔的加工，在小批量生產(chǎn)時，采用鉆、擴、鉸加工方法；而在大批量生產(chǎn)時采用拉削加工。
⑶ 要考慮被加工材料的性質(zhì)，例如：淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有色金屬由于磨削時容易堵塞砂輪，一般都采用精細車削，高速精銑等。
⑷ 要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應(yīng)考慮不斷改進現(xiàn)有加工方法和設(shè)備，推廣新技術(shù)，提高工藝水平。
⑸ 此外，還要考慮一些其它因素，如加工表面物理機械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。
選擇加工方法一般先按這個零件主要表面的技術(shù)要求來選定最終加工方法。再選擇前面各工序的加工方法。
3.2.2加工方案的選擇
⑴ 由參考文獻[3]表2.1～12可以確定，平面的加工方案為：粗銑——精銑（），粗糙度為6.3～0.8，一般不淬硬的平面，精銑的粗糙度可以較小。
⑶ 小頭孔￠22加工方法：
加零件毛坯不能直接鍛出孔，只能鍛出一個小坑，以便在以后加工時找正其中心，但其表面粗糙度的要求為，所以選擇加工的方法是鉆——擴——鉸。
3.3 確定定位基準
3.3.1粗基準的選擇
粗基準選擇應(yīng)當滿足以下要求：
⑴ 粗基準的選擇應(yīng)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(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)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。
⑵ 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。
⑶ 應(yīng)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。
⑷ 應(yīng)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。
要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證撥叉在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從撥叉零件圖分析可知，主要是選擇加工撥叉底面的裝夾定位面為其加工粗基準。
3.3.1精基準選擇的原則
⑴ 基準重合原則。即盡可能選擇設(shè)計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的基準不重合誤差。
⑵ 基準統(tǒng)一原則，應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準?；鶞实慕y(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設(shè)計和制造工作。例如：軸類零件常用頂針孔作為定位基準。車削、磨削都以頂針孔定位，這樣不但在一次裝夾中能加工大多書表面，而且保證了各外圓表面的同軸度及端面與軸心線的垂直度。
⑶ 互為基準的原則。選擇精基準時，有時兩個被加工面，可以互為基準反復加工。例如：對淬火后的齒輪磨齒，是以齒面為基準磨內(nèi)孔，再以孔為基準磨齒面，這樣能保證齒面余量均勻。
自為基準原則，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準。例如：磨削機床導軌面時，是以導軌面找正定位的。此外，像拉孔在無心磨床上磨外圓等，都是自為基準的例子。
此外，還應(yīng)選擇工件上精度高。尺寸較大的表面為精基準，以保證定位穩(wěn)固可靠。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設(shè)計簡單等。
要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證撥叉在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從撥叉零件圖分析可知，它的底平面與小頭孔，適于作精基準使用。但用一個平面和一個孔定位限制工件自由度不夠，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準定位的要求。至于兩側(cè)面，因為是非加工表面，所以也可以用的孔為加工基準。
選擇精基準的原則時，考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準。
3.4工藝路線的擬訂
對于中批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準。撥叉的加工的第一個工序也就是加工統(tǒng)一的基準。具體安排是先以孔和面定位粗、精加工撥叉底面大頭孔上平面。
后續(xù)工序安排應(yīng)當遵循粗精分開和先面后孔的原則。
3.4.1工序的合理組合
確定加工方法以后，就按生產(chǎn)類型、零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和機床設(shè)備等具體生產(chǎn)條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則：
⑴ 工序分散原則
工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備。簡單的機床工藝裝備。生產(chǎn)準備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對工人的技術(shù)要求水平不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復雜。
⑵ 工序集中原則
工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率。但采用復雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準備工作量大。
一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當集中。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。
加工工序完成以后，將工件清洗干凈。清洗是在的含0.4%～1.1%蘇打及0.25%～0.5%亞硝酸鈉溶液中進行的。清洗后用壓縮空氣吹干凈。保證零件內(nèi)部雜質(zhì)、鐵屑、毛刺、砂粒等的殘留量不大于。
3.4.2工序的集中與分散
制訂工藝路線時，應(yīng)考慮工序的數(shù)目，采用工序集中或工序分散是其兩個不同的原則。所謂工序集中，就是以較少的工序完成零件的加工，反之為工序分散。
⑵ 工序分散的特點
工序內(nèi)容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設(shè)備，簡單的機床工藝裝備。生產(chǎn)準備工作量少，產(chǎn)品更換容易。對工人的技術(shù)水平要求不高。但需要設(shè)備和工人數(shù)量多，生產(chǎn)面積大，工藝路線長，生產(chǎn)管理復雜。
⑴ 工序集中的特點
工序數(shù)目少，工件裝夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應(yīng)減少了操作工人數(shù)和生產(chǎn)面積，也簡化了生產(chǎn)管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設(shè)備少，大量生產(chǎn)可采用高效率的專用機床，以提高生產(chǎn)率。但采用復雜的專用設(shè)備和工藝裝備，使成本增高，調(diào)整維修費事，生產(chǎn)準備工作量大。
工序集中與工序分散各有特點，必須根據(jù)生產(chǎn)類型。加工要求和工廠的具體情況進行綜合分析決定采用那一種原則。
一般情況下，單件小批生產(chǎn)中，為簡化生產(chǎn)管理，多將工序適當集中。但由于不采用專用設(shè)備，工序集中程序受到限制。結(jié)構(gòu)簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產(chǎn)。
由于近代計算機控制機床及加工中心的出現(xiàn)，使得工序集中的優(yōu)點更為突出，即使在單件小批生產(chǎn)中仍可將工序集中而不致花費過多的生產(chǎn)準備工作量，從而可取的良好的經(jīng)濟效果。
3.4.3加工階段的劃分
零件的加工質(zhì)量要求較高時，常把整個加工過程劃分為幾個階段：
⑴ 粗加工階段
粗加工的目的是切去絕大部分多雨的金屬，為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準，粗加工時能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報廢或修補，以免浪費工時。
粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機床，選用大的切前用量，以提高生產(chǎn)率、粗加工時，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等級為IT11～IT12。粗糙度為Ra80～100μm。
⑵ 半精加工階段
半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準備，保證合適的加工余量。半精加工的公差等級為IT8.8～IT10。表面粗糙度為Ra10～1.25μm。
⑶ 精加工階段
精加工階段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保證零件的形狀位置幾精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面達到圖紙要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或減少工件精加工表面損傷。
精加工應(yīng)采用高精度的機床小的切前用量，工序變形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般為IT6～IT7，表面粗糙度為 Ra10～1.25μm。
此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序。由于熱處理性質(zhì)的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之間。
但須指出加工階段的劃分并不是絕對的。在實際生活中，對于剛性好，精度要求不高或批量小的工件，以及運輸裝夾費事的重型零件往往不嚴格劃分階段，在滿足加工質(zhì)量要求的前提下，通常只分為粗、精加工兩個階段，甚至不把粗精加工分開。必須明確劃分階段是指整個加工過程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性質(zhì)區(qū)分。例如工序的定位精基準面，在粗加工階段就要加工的很準確，而在精加工階段可以安排鉆小空之類的粗加工。
3.4.4加工工藝路線方案的比較
在保證零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技術(shù)條件下，成批量生產(chǎn)可以考慮采用專用機床，以便提高生產(chǎn)率。但同時考慮到經(jīng)濟效果，降低生產(chǎn)成本，擬訂兩個加工工藝路線方案。
方案一:
1、 銑叉腳左側(cè)端面
2、 銑叉腳左側(cè)端面
3、鉆擴鉸直徑22孔
4、銑叉腳寬度為65mm的兩內(nèi)側(cè)面
5、銑叉腳右側(cè)端面
6、鉆擴鉸直徑22孔（A向）
7、去毛刺
8、熱處理
9、檢驗入庫
方案二:
1、 銑叉腳左側(cè)端面
2.銑叉腳左側(cè)端面
3、銑叉腳寬度為65mm的兩內(nèi)側(cè)面
4、銑叉腳右側(cè)端面
5、鉆擴鉸直徑22孔
6、鉆擴鉸直徑22孔（A向）
7、去毛刺
8、熱處理
9、檢驗入庫
表3.1加工工藝路線方案比較表
加工工藝路線方案的論證：
⑴ 從前兩步工序可以看出：方案Ⅱ把粗、精加工都安排在一個工序中，
以便裝夾、安裝工件。
⑵ 再看后面的工序，方案Ⅰ把粗、精加工分在兩個不同的工序中，而方案Ⅱ都在一個工序中，這樣不但有利于工件的安裝，且在設(shè)計專用夾具時也可以減少工件的安裝次數(shù)。
方案2中其工序較為集中，如粗、精加工都安排在一個工序中，以便裝夾、安裝工件。
由以上分析：方案Ⅱ為合理、經(jīng)濟的加工工藝路線方案。具體的工藝過程如下表：
表3.2加工工藝過程表
工
序
號
工 名
序 稱
工 序 內(nèi) 容
10
銑
銑叉腳左側(cè)端面
20
鉆擴鉸
鉆擴鉸直徑22孔
30
銑
銑叉腳寬度為65mm的兩內(nèi)側(cè)面
40
銑
銑叉腳右側(cè)端面
50
鉆擴鉸
鉆擴鉸直徑22孔（A向）
60
去毛刺
70
熱處理
熱處理
80
檢驗
檢驗入庫
3.5撥叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定
撥叉的鍛造采用的是ZG45鋼鑄造制造，其材料是ZG45，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
3.5.1毛坯的結(jié)構(gòu)工藝要求
撥叉為鍛造件，對毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性有一定要求：
⑴ 由于鑄造件尺寸精度較高和表面粗糙度值低，因此零件上只有與其它機件配合的表面才需要進行機械加工，其表面均應(yīng)設(shè)計為非加工表面。
⑵ 為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，鑄造件外形應(yīng)力求簡單、平直的對稱，盡量避免鑄造件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、高臺等結(jié)構(gòu)。
⑶ 鑄造件的結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免深孔或多孔結(jié)構(gòu)。
⑷ 鑄造件的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單。
⑸ 工藝基準以設(shè)計基準相一致。
⑹ 便于裝夾、加工和檢查。
⑺ 結(jié)構(gòu)要素統(tǒng)一，盡量使用普通設(shè)備和標準刀具進行加工。
在確定毛坯時，要考慮經(jīng)濟性。雖然毛坯的形狀尺寸與零件接近，可以減少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但這樣可能導致毛坯制造困難，需要采用昂貴的毛坯制造設(shè)備，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的種類形狀及尺寸的確定一定要考慮零件成本的問題但要保證零件的使用性能。在毛坯的種類
形狀及尺寸確定后，必要時可據(jù)此繪出毛坯圖。
3.5.2撥叉的偏差計算
⑴ 撥叉底平面和大頭孔上平面的偏差及加工余量計算
底平面加工余量的計算。根據(jù)工序要求，其加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：
粗銑：由參考文獻[4]表11～18.8。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。查[3]可知其粗銑時精度等級為IT12，粗銑平面時厚度偏差取
精銑：由參考文獻[3]表2.3～58.8，其余量值規(guī)定為。
⑵ 小頭孔的偏差及加工余量計算
參照參考文獻[3]表2.2～2，2.2～25,2.3～13和參考文獻[14]表1～8，可以查得：
孔￠22：
鉆孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。
擴孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。
鉸孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。
3.6確定切削用量及基本工時（機動時間）
工序1：銑叉腳左側(cè)端面
機床：銑床
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）
材料： 齒數(shù)
（1）粗銑左端面
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取
銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
式（1.1）
實際銑削速度：
式（1.2）
進給量：
式（1.3）
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
式（1.4）
取
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式（1.5）
精銑端面
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1.1）有：
，
實際銑削速度，由式（1.2）有：
進給量，由式（1.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1。
機動時間，由式（1.5）
本工序機動時間：
工序2：銑叉腳左側(cè)端面
機床：銑床
刀具：硬質(zhì)合金端銑刀（面銑刀）
材料： 齒數(shù)
（1）粗銑左端面
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取
銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
式（1.1）
實際銑削速度：
式（1.2）
進給量：
式（1.3）
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
式（1.4）
取
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式（1.5）
精銑端面
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1.1）有：
，
實際銑削速度，由式（1.2）有：
進給量，由式（1.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1。
機動時間，由式（1.5）
本工序機動時間：
工序2：以左端面為基準鉆22mm孔
工件材料為鑄鐵，硬度200HBS?？椎闹睆綖?2mm，公差為H7，表面粗糙度。加工機床為Z525立式鉆床，加工工序為鉆、擴、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ19mm標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——Φ21.7mm標準高速鋼擴孔鉆；鉸孔——Φ22mm標準高速鉸刀。
選擇各工序切削用量
（1）確定鉆削用量
1）確定進給量 根據(jù)參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z525立式鉆床說明書，取。
根據(jù)參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構(gòu)允許的軸向力（由機床說明書查出），根據(jù)表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
2）確定切削速度、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T及切削功率 根據(jù)表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z525機床說明書，取。實際切削速度為：
由表28-5，，故
3）校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，
，
相應(yīng)地
，，
（2）確定擴直徑22mm孔切削用量
1）確定進給量 根據(jù)參考文獻[7]表28-31，。根據(jù)Z525機床說明書，取=0.57mm/r。
2）確定切削速度及 根據(jù)參考文獻[7]表28-33，取。修正系數(shù)：
，
故
查機床說明書，取。實際切削速度為
（3）鉸直徑22mm孔
確定鉸孔切削用量
確定進給量
根據(jù)參考文獻[7]表28-36，，按該表注4，進給量取小植。查Z525說明書，取。
確定切削速度v及n
由參考文獻[7]表28-39，取。由參考文獻[7]表28-3，得修正系數(shù)，
故
查Z525說明書，取，實際鉸孔速度
（4）各工序?qū)嶋H切削用量 根據(jù)以上計算，各工序切削用量如下：
鉆孔：
，，，
擴孔：
，，，
鉸孔：
，，，
工序3、銑叉腳寬度為65mm的兩內(nèi)側(cè)面
銑削深度：=3mm
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速，由式（1.1）有：
，
實際銑削速度，由式（1.2）有：
進給量，由式（1.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1。
機動時間，由式（1.5）有：
本工序機動時間
工序4、銑叉腳右側(cè)端面
銑削深度：
每齒進給量：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉(zhuǎn)速：
， 式（1.1）
實際銑削速度： 式（1.2）
進給量： 式（1.3）
工作臺每分進給量：
：根據(jù)參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
式（1.4）
取
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間： 式（1.5）
工序5、鉆擴鉸直徑22孔（A向）
工件材料為鑄鐵，硬度200HBS。孔的直徑為22mm，公差為H7，表面粗糙度。加工機床為Z525立式鉆床，加工工序為鉆、擴、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ19mm標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——Φ21.7mm標準高速鋼擴孔鉆；鉸孔——Φ22mm標準高速鉸刀。
選擇各工序切削用量
（1）確定鉆削用量
1）確定進給量 根據(jù)參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z525立式鉆床說明書，取。
根據(jù)參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構(gòu)允許的軸向力（由機床說明書查出），根據(jù)表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
2）確定切削速度、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T及切削功率 根據(jù)表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應(yīng)對所的結(jié)論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z525機床說明書，取。實際切削速度為：
由表28-5，，故
3）校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，
，
相應(yīng)地
，，
（2）確定擴直徑22mm孔切削用量
1）確定進給量 根據(jù)參考文獻[7]表28-31，。根據(jù)Z525機床說明書，取=0.57mm/r。
2）確定切削速度及 根據(jù)參考文獻[7]表28-33，取。修正系數(shù)：
，
故
查機床說明書，取。實際切削速度為
（3）鉸直徑22mm孔
確定鉸孔切削用量
確定進給量
根據(jù)參考文獻[7]表28-36，，按該表注4，進給量取小植。查Z525說明書，取。
確定切削速度v及n
由參考文獻[7]表28-39，取。由參考文獻[7]表28-3，得修正系數(shù)，
故
查Z525說明書，取，實際鉸孔速度
（4）各工序?qū)嶋H切削用量 根據(jù)以上計算，各工序切削用量如下：
鉆孔：
，，，
擴孔：
，，，
鉸孔：
，，，
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1。
機動時間，由式（1.5）有：
本工序機動時間
第4章 銑叉腳左側(cè)端面夾具設(shè)計
4.1 研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來加工為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。
由指導老師的分配，決定設(shè)計銑叉腳左側(cè)端面的銑床夾具。加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應(yīng)滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準。同時，應(yīng)考慮如何提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動強度。
一、機床夾具定位元件
工件定位方式不同，夾具定位元件的結(jié)構(gòu)形式也不同，這里只介紹幾種常用的基本定位元件。實際生產(chǎn)中使用的定位元件都是這些基本定位元件的組合。
（一）工件以平面定位常用定位元件
1．支承釘
常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖6-1所示。平頭支承釘（圖a）用于支承精基準面；球頭支承釘（圖b）用于支承粗基準面；網(wǎng)紋頂面支承釘（圖c）能產(chǎn)生較大的摩擦力，但網(wǎng)槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基準定位且要求產(chǎn)生較大摩擦力的側(cè)面定位場合。一個支承釘相當于一個支承點，限制一個自由度；在一個平面內(nèi)，兩個支承釘限制二個自由度；不在同一直線上的三個支承釘限制三個自由度。
圖6-1 常用支承釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式
2．支承板
常用的支承板結(jié)構(gòu)形式如圖6-2所示。平面型支承板（圖a）結(jié)構(gòu)簡單，但沉頭螺釘處清理切屑比較困難，適于作側(cè)面和頂面定位；帶斜槽型支承板（圖b），在帶有螺釘孔的斜槽中允許容納少許切屑，適于作底面定位。當工件定位平面較大時，常用幾塊支承板組合成一個平面。一個支承板相當于兩個支承點，限制兩個自由度；兩個（或多個）支承板組合，相當于一個平面，可以限制三個自由度。
圖6-2 常用支承板的結(jié)構(gòu)形式
3．可調(diào)支承
常用可調(diào)支承結(jié)構(gòu)形式如圖6-3所示。可調(diào)支承多用于支承工件的粗基準面，支承高度可以根據(jù)需要進行調(diào)整，調(diào)整到位后用螺母鎖緊。一個可調(diào)支承限制一個自由度。
圖6-3 常用可調(diào)支承的結(jié)構(gòu)形式
(二) 工件以孔定位常用定位元件
1．定位銷
圖6-6是幾種常用固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式。當工件的孔徑尺寸較小時，可選用圖 a 所示的結(jié)構(gòu)；當孔徑尺寸較大時，選用圖 b 所示的結(jié)構(gòu)；當工件同時以圓孔和端面組合定位時，則應(yīng)選用圖c所示的帶有支承端面的結(jié)構(gòu)。用定位銷定位時，短圓柱銷限制二個自由度；長圓柱銷可以限制四個自由度；短圓錐銷（圖d）限制三個自由度。
圖6-6 固定式定位銷的結(jié)構(gòu)形式
（1）定位方案
本工序以V型塊進行定位
（2）夾緊機構(gòu)
根據(jù)零件的生產(chǎn)率要求，采用手動夾緊裝置即可滿足要求。（3）對刀裝置
采用側(cè)裝對刀塊及平面塞尺對刀。選用JB/T 8031.4-1999直角對刀塊固定在夾具體上，保證刀具的垂直高度以及夾具體定位精度。（表5-176）
（4）夾具與機床的連接元件
采用兩個標準定位鍵A14h6 JB/T 8016-1999，固定在夾具體底面的同一直線位置的鍵槽中，用于確定銑床夾具相對于機床進給方向的正確位置，并保證定位鍵的寬度和機床工作臺T型槽相匹配的要求。
（5）結(jié)構(gòu)特點
該夾具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但加工精度受到定位鍵與銑床定位精度影響，定位基準與設(shè)計基準不重合，對精度產(chǎn)生影響。
4.2 切削力及夾緊力的計算
刀具：面銑刀（硬質(zhì)合金）
刀具有關(guān)幾何參數(shù)：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
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)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以
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可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關(guān)系F夾＝KF軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
4.3 誤差分析與計算
該夾具以采用一面一銷再加上一擋銷的定位方式，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(guān)的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴銷的定位誤差 ：
其中：
，
，
，
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：
4.4 定向鍵與對刀裝置設(shè)計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如圖5.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
上的分析可見，所設(shè)計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
4.5 確定夾具體結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)
對夾具體的設(shè)計的基本要求
（1）應(yīng)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(yīng)該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應(yīng)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(yīng)有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)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(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。
（4）應(yīng)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(yīng)在夾具體上面。
（5）安裝應(yīng)牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點技術(shù)，經(jīng)濟的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點，在設(shè)計中還應(yīng)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(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。
4.6夾具設(shè)計及操作的簡要說明
為提高生產(chǎn)率，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構(gòu)）。這類夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應(yīng)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(jié)
加工工藝的編制和專用夾具的設(shè)計，使對零件的加工過程和夾具的設(shè)計有進一步的提高。在這次的設(shè)計中也遇到了不少的問題，如在編寫加工工藝時，對所需加工面的先后順序編排，對零件的加工精度和勞動生產(chǎn)率都有相當大的影響。在對某幾個工序進行專用夾具設(shè)計時，對零件的定位面的選擇，采用什么方式定位，夾緊方式及夾緊力方向的確定等等都存在問題。這些問題都直接影響到零件的加工精度和勞動生產(chǎn)率，為達到零件能在保證精度的前提下進行加工，而且方便快速，以提高勞動生產(chǎn)率，降低成本的目的。通過不懈努力和指導老師的精心指導下，針對這些問題查閱了大量的相關(guān)資料。最后，將這些問題一一解決，并夾緊都采用了手動夾緊，由于工件的尺寸不大，所需的夾緊力不大。
完成了本次設(shè)計，通過做這次的設(shè)計，使對專業(yè)知識和技能有了進一步的提高，為以后從事本專業(yè)技術(shù)的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
39
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32
致 謝
我要特別感謝我的導師的精心指導，不僅指導我們解決了關(guān)鍵性技術(shù)難題，更重要的是為我們指引了設(shè)計的思路并給我們講解了設(shè)計中用到的實際工程設(shè)計經(jīng)驗，從而使我們設(shè)計中始終保持著清晰的思維也少走了很多彎路，也使我學會綜合應(yīng)用所學知識，提高分析和解決實際問題的能力。不僅如此，老師的敬業(yè)精神更是深深的感染了我，鞭策著我在以后的工作中愛崗敬業(yè)，導師是真真正正作到了傳道、授業(yè)、解惑。
同時也要感謝其他同學、老師和同事的熱心幫助，感謝院系領(lǐng)導對我們畢業(yè)設(shè)計的重視和關(guān)心，為我們提供了作圖工具和場所，使我們能夠全身心的投入到設(shè)計中去，為更好、更快的完成畢業(yè)設(shè)計提供了重要保障。
同時也要感謝其他同學、老師和同事的熱心幫助，感謝院系領(lǐng)導對我們畢業(yè)設(shè)計的重視和關(guān)心，為我們提供了作圖工具和場所，使我們能夠全身心的投入到設(shè)計中去，為更好、更快的完成畢業(yè)設(shè)計提供了重要保障。