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XX大學
課程設計論文
撥叉機械加工工藝規(guī)程及
夾具設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘 要
拔叉零件加工工藝及鉆床夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。
關鍵詞：工藝，工序，切削用量，夾緊，定位，誤差
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 序 言 5
第2章 零件的分析 5
2.1零件的形狀 5
2.2零件的工藝分析 6
第3章 工藝規(guī)程設計 6
3.1 確定毛坯的制造形式 7
3.2 基面的選擇 7
3.3 制定工藝路線 7
3.3.1 工藝路線方案一 7
3.3.2 工藝路線方案二 8
3.3.3 工藝方案的比較與分析 8
3.4 選擇加工設備和工藝裝備 9
3.4.1 機床選用 9
3.4.2 選擇刀具 9
3.4.3 選擇量具 9
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 9
3.6確定切削用量及基本工時 11
4 銑床夾具設計 17
4.1 問題的提出 17
4.2 夾具設計 18
4.2.1 定位基準的選擇 18
4.2.2切削力和夾緊力計算 18
4.2.3定位誤差分析 20
4.2.4夾具設計及操作的簡要說明 20
總 結 21
致 謝 22
參 考 文 獻 23
24
第1章 序 言
機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。
拔叉零件加工工藝及鉆床夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等的基礎下，進行的一個全面的考核。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證尺寸證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。
本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。
第2章 零件的分析
2.1零件的形狀
題目給的零件是拔叉零件，主要作用是起連接作用。
零件的實際形狀如上圖所示，?從零件圖上看，該零件是典型的零件，結構比較簡單。具體尺寸，公差如下圖所示。
2.2零件的工藝分析
由零件圖可知，其材料為KTH350-10，該材料為鑄鐵，具有較高強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力和要求耐磨零件。
拔叉零件主要加工表面為：1端面，表面粗糙度值為3.2。2及端面，表面粗糙度值3.2。3.車裝配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精車側面，及表面粗糙度值3.2。5.兩側面粗糙度值6.3、12.5，法蘭面粗糙度值6.3。
拔叉共有兩組加工表面，他們之間有一定的位置要求?，F分述如下：
(1)．左端的加工表面：
? ? 這一組加工表面包括：左端面，Φ28外圓，倒角鉆孔并攻絲。這一部份只有端面有6.3的粗糙度要求，。其要求并不高，粗車后半精車就可以達到精度要求。而鉆工沒有精度要求，因此一道工序就可以達到要求，并不需要擴孔、鉸孔等工序。
(2).右端面的加工表面：
這一組加工表面包括：Φ28右端粗糙度為1.6；并帶有倒角。其要求也不高，粗車后半精車就可以達到精度要求。其中，Φ19的孔或內圓直接在上做鏜工就行了。
第3章 工藝規(guī)程設計
本拔叉，假設年產量為10萬臺，每臺車床需要該零件1個，備品率為19%，廢品率為0.25%，每日工作班次為2班。
該零件材料為KTH350-10，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇鑄鐵鑄造。依據設計要求Q=100000件/年，n=1件/臺；結合生產實際，備品率α和 廢品率β分別取19%和0.25%代入公式得該工件的生產綱領
N=2XQn(1+α)（1+β)=238595件/年
3.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為KTH350-10，鑄件的特點是液態(tài)成形，其主要優(yōu)點是適應性強，即適用于不同重量、不同壁厚的鑄件，也適用于不同的金屬，還特別適應制造形狀復雜的鑄件。考慮到零件在使用過程中起連接作用，分析其在工作過程中所受載荷，最后選用鑄件，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。年產量已達成批生產水平，而且零件輪廓尺寸不大，可以采用砂型鑄造，這從提高生產效率，保證加工精度，減少生產成本上考慮，也是應該的。
3.2 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，生產效率得以提高。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，使生產無法正常進行。
粗基準的選擇，對像拔叉這樣的零件來說，選好粗基準是至關重要的。對本零件來說，如果外圓的端面做基準，則可能造成這一組內外圓的面與零件的外形不對稱，按照有關粗基準的選擇原則(即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面做粗基準，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應位置精度較高的不加工表面做為粗基準)。
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，此處不在重復。
3.3 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(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。在生產綱領已經確定為成批生產的條件下，可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。
3.3.1 工藝路線方案一
工序10 鑄造出毛坯。
工序20 毛坯熱處理，時效處理。
工序30 銑削外圓Φ32一端面。
工序40 銑削外圓Φ32另一端面
工序50 車中心孔Φ19H9。
工序60 鏜R24半圓孔，鏜R30半圓孔。
工序70 銑削距離4的叉口端面。
工序80 銑削外圓Φ20端面。
工序90 鉆M10X1-6H底孔
工序100 攻絲M10X1-6H
工序110 鉗去毛刺。
工序120 終檢入庫。
3.3.2 工藝路線方案二
工序10 鑄造出毛坯。
工序20 毛坯熱處理，時效處理。
工序30 銑削外圓Φ32一端面。
工序40 銑削外圓Φ32另一端面
工序50 車中心孔Φ19H9。
工序60 鏜R24半圓孔，鏜R30半圓孔。
工序70 銑削距離4的叉口端面。
工序80 銑削外圓Φ20端面。
工序90 鉆M10X1-6H底孔
工序100 攻絲M10X1-6H
工序110 鉗去毛刺。
工序120 終檢入庫。
3.3.3 工藝方案的比較與分析
上述兩個方案的特點在于：方案一的定位和裝夾等都比較方便，但是要更換多臺設備，加工過程比較繁瑣，而且在加工過程中位置精度不易保證。方案二減少了裝夾次數，但是要及時更換刀具，因為有些工序在車床上也可以加工，鏜、鉆孔等等，需要換上相應的刀具。要設計專用夾具。因此綜合兩個工藝方案，取優(yōu)棄劣，具體工藝過程如下：
工序10 鑄造出毛坯。
工序20 毛坯熱處理，時效處理。
工序30 銑削外圓Φ32一端面。
工序40 銑削外圓Φ32另一端面
工序50 車中心孔Φ19H9。
工序60 鏜R24半圓孔，鏜R30半圓孔。
工序70 銑削距離4的叉口端面。
工序80 銑削外圓Φ20端面。
工序90 鉆M10X1-6H底孔
工序100 攻絲M10X1-6H
工序110 鉗去毛刺。
工序120 終檢入庫。
3.4 選擇加工設備和工藝裝備
3.4.1 機床選用
①.工序Ⅳ和工序Ⅵ是粗車、粗鏜和半精車、半精鏜。各工序的工步數不多，成批量生產，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外輪廓尺寸不大，精度要求屬于中等要求，選用最常用的CA6140１型臥式車床。參考根據《機械制造設計工工藝簡明手冊》表4.2-7。
②.工序Ⅸ是鉆孔，選用Z525搖臂鉆床。
3.4.2 選擇刀具
①.在車床上加工的工序,一般選用硬質合金車刀和鏜刀。加工刀具選用YG6類硬質合金車刀，它的主要應用范圍為普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工和半精加工。為提高生產率及經濟性,可選用可轉位車刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。
②.鉆孔時選用高速鋼麻花鉆，參考《機械加工工藝手冊》（主編 孟少農），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有參數。
③.磨具的選用：磨具通常又稱為砂輪。是磨削加工所使用的“刀具”。磨具的性能主要取決于磨具的磨料、結合劑、粒度、硬度、組織以及砂輪的形狀和尺寸。參考《簡明機械加工工藝手冊》（主編 徐圣群） 表12-47，選擇雙斜邊二號砂輪。
3.4.3 選擇量具
本零件屬于成批量生產，一般均采用通常量具。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定度選擇；二是按計量器的測量方法極限誤差選擇。采用其中的一種方法即可。
3.5 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“拔叉” 零件材料為KTH350-10，查《機械加工工藝手冊》（以后簡稱《工藝手冊》），表2.2-17 各種鑄鐵的性能比較，球墨鑄鐵的硬度HB為143～269，表2.2-23 球墨鑄鐵的物理性能，KTH350-10密度ρ=7.2～7.3（），計算零件毛坯的重量約為2。
表3-1 機械加工車間的生產性質
生產類別
同類零件的年產量[件]
重型
（零件重>2000kg）
中型
（零件重100~2000kg）
輕型
（零件重<100kg）
單件生產
5以下
10以下
100以下
小批生產
5~100
10~200
100~500
中批生產
100~300
200~500
500~5000
大批生產
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生產
1000以上
5000以上
50000以上
根據所發(fā)的任務書上的數據，該零件的月工序數不低于30～50，毛坯重量2<100為輕型，確定為大批生產。
根據生產綱領，選擇鑄造類型的主要特點要生產率高，適用于大批生產，查《工藝手冊》表3.1-19 特種鑄造的類別、特點和應用范圍，再根據表3.1-20 各種鑄造方法的經濟合理性，采用機器砂模造型鑄件。
表3-2 成批和大量生產鑄件的尺寸公差等級
鑄造方法
公差等級CT
球墨鑄鐵
砂型手工造型
11~13
砂型機器造型及殼型
8~10
金屬型
7~9
低壓鑄造
7~9
熔模鑄造
5~7
根據上表選擇金屬型公差等級為7級。
3-3 鑄件尺寸公差數值
鑄件基本尺寸
公差等級CT
大于
至
8
63
100
160
100
160
250
1.6
1.8
2.0
根據上表查得鑄件基本尺寸大于100至160，公差等級為8級的公差數值為1.8。
表3-4 鑄鐵件機械加工余量（JB2854-80）如下
鑄件基本尺寸
加工余量等級 6
澆注時位置
>120~250
6.0
4.0
頂、側面
底 面
鑄孔的機械加工余量一般按澆注時位置處于頂面的機械加工余量選擇。
根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
3.6確定切削用量及基本工時
切削用量一般包括切削深度、進給量及切削速度三項。確定方法是先是確定切削深度、進給量，再確定切削速度。現根據《切削用量簡明手冊》（第三版，艾興、肖詩綱編，1993年機械工業(yè)出版社出版）確定本零件各工序的切削用量所選用的表格均加以*號，與《機械制造設計工工藝簡明手冊》的表區(qū)別。
工序30：銑削外圓Φ32一端面
機床：銑床X62W
刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀） 齒數[10]
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據《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：
刀具切出長度：取
走刀次數為1
機動時間：
（2）精銑
銑削深度：
每齒進給量：根據《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
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
走刀次數為1
機動時間：
本工序機動時間
工序40：銑削外圓Φ32另一端面
機床：銑床X62W
刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀） 齒數[10]
（1）粗銑
銑削深度：
每齒進給量：根據《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據《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：
刀具切出長度：取
走刀次數為1
機動時間：
（2）精銑
銑削深度：
每齒進給量：根據《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
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
走刀次數為1
機動時間：
本工序機動時間
工序50：確定車中心孔Φ19H9的切削用量
所選用的刀具為YG6X硬質合金圓形鏜刀，主偏角為K=45，直徑為19mm的圓形鏜刀，其耐用度為。
①.確定切削深度 a
②.根據表1.5，當半精鏜鑄料，鏜刀直徑為，a≤，鏜刀伸出長度時，進給量為：。
③ .確定切削速度 按表1.27的計算公式確定
V = （3-16）
式中 C=189.8 m = 0.2 X=0.15 Y=0.20
V=124.6
選擇CA6140機床轉速：n=
n =1200=20
實際切削速度為： v = 2.08
④.確定基本時間
確定鏜孔的基本時間50s
工序60：鏜R24半圓孔，鏜R30半圓孔
進給量：根據《機械加工工藝手冊》表2.4.66，刀桿伸出長度取，切削深度為。因此確定進給量
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.66，取
機床主軸轉速：，取
實際切削速度：
工作臺每分鐘進給量：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： 取
行程次數：
機動時間：
工序70：銑削距離4的叉口端面
機床：銑床X62W
刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀） 齒數
銑削深度：
每齒進給量：根據《機械加工工藝手冊》表2.4.73，取
銑削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.81，取
機床主軸轉速：，取
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
由工序5可知：
走刀次數為1
機動時間：
工序90：鉆M10X1-6H螺孔底孔
切削深度：
進給量：根據《機械加工工藝手冊》表2.4.39，取
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.41，取
機床主軸轉速：，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數為1
機動時間：
工序100：攻絲M10X1-6H
機床： Z525
刀具：釩鋼機動絲錐
（1）、M10X1-6H螺孔攻絲
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.105，取
機床主軸轉速：，取
絲錐回轉轉速：取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度： （盲孔）
機動時間：
4 銑床夾具設計
4.1 問題的提出
本夾具要用于銑床夾具精度等級為IT12級，粗糙度為6.3。本道工序只精銑一下即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應首先考慮保證各加工精度，
如何提高生產效率，降低勞動強度。
4.2 夾具設計
4.2.1 定位基準的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。Φ19的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ19孔和其端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ19孔的端面作為定位夾具。
為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用螺旋夾緊壓板機構作為夾緊機構。
4.2.2切削力和夾緊力計算
（1）刀具： 高速鋼錯齒三面刃銑刀 φ40mm z=24
機床： x61W型萬能銑床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數考慮在內。
安全系數 K=
其中：為基本安全系數1.5
為加工性質系數1.1
為刀具鈍化系數1.1
為斷續(xù)切削系數1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級數為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應力幅：
許用應力幅：
螺釘的強度校核：螺釘的許用切應力為
[s]=2.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠，
使用快速螺旋定位機構快速人工夾緊，調節(jié)夾緊力調節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力
4.2.3定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷，孔與銷間隙配合。
（2） 工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
本工序采用一定位銷，一擋銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而擋銷的偏角會使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進而使加工位置有一定轉角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。
4.2.4夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產率避免干涉。應使夾具結構簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為鏜床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。
本夾具的最大優(yōu)點就是結構簡單緊湊。夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產力，使用快速螺旋夾緊機構。
總 結
課程設計即將結束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎。
課程設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了很多，也非常珍惜大學給我們的這次設計的機會，它將是我們課程設計完成的更出色的關鍵一步。
致 謝
這次課程設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數據存在大量的重復和重疊，由于經驗不足，在選取數據上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了課程設計。
這次課程設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
參 考 文 獻
[1] 東北重型機械學院，洛陽農業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學，機床夾具設計手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，1980。
[2] 張進生。機械制造工藝與夾具設計指導［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1995。
[3] 李慶壽。機床夾具設計［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1991。
[4] 李洪。機械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，1996。
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