机床羊角拨叉加工工艺及孔加工夹具设计(2).doc

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本 科 生 毕 业 论 文( 设 计)

题 目: 机床”羊角”拨叉加工工艺及孔加工夹具设计

学习中心: 广东江门奥鹏学习中心
层 次: 专科起点本科
专 业: 机械设计制造及其自动化
年 级: 秋季
学 号:
学 生: 罗 礼 胜
指导教师: 王 爽
完成日期: 9月 17日

内容摘要

本论文完成了对机床”羊角”拨叉加工工艺及孔加工夹具 的设计。
本论文完成了对机床”羊角”拨叉加工工艺及钻孔夹具的设计。在设计的前一部分, 主要进行工艺卡的填写, 流程如下: 首先是分析零件基本特征; 其次根据前面的分析来选择毛坯; 再次设计工艺规程: 包括制定工艺路线, 选择基准面等; 然后进行工序设计, 即选择机床, 确定加工余量, 工序尺寸及毛坯尺寸, 切削用量待参数; 最后编制工艺文件。
第二阶段, 进行夹具设计。纵观整条工艺路线, 结合难易程度和夹具本身的特色, 选定孔加工工序进行夹具的总体装配和夹具体的设计。首先, 结合零件在该工序中需要达到的各项技术要求, 初步拟定工件的定位、 夹紧方案; 然后, 根据夹具设计原则以及夹紧力和夹紧点的确定原则进行局部零部件和夹具体的设计; 最后, 校核该夹具的精度。

关键词: 羊角拨叉; 机械加工; 工艺; 工艺卡; 切削; 夹具设计

目 录
内容摘要 1
引 言 3
1.1 羊角拨叉的功用 4
1.2 设计任务 4
2 零件工艺规程设计 5
2.1 产量的确定 5
2.1.1 生产类型的确定 5
2.1.2 日生产量的确定 5
2.2 毛坯的选择及毛坯图的绘制 6
2.2.1 毛坯的选择 6
2.2.2 毛坯-零件综合图的绘制方法 6
2.3 定位基准的分析与选择 6
2.3.1 基准的概念 7
2.3.2 基准选择原则 8
2.3.3 定位基准的选择 9
2.4 工艺路线的制定 10
2.5 工艺卡的填写 14
3 夹具设计 20
3.1 夹具的整体设计 20
3.1.1夹具设计分析 20
3.1.2 夹具结构方案的确定 22
3.1.3 夹具的具体设计 24
3.2 夹具的装配 25
3.3 夹具的经济性分析 26
结 论 28
参考文献 29
引 言
机械设计制造及其夹具设计是我们融会贯通三年所学的知识, 将理论与实践相结合, 对专业知识的综合运用训练, 为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。
机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法, 是指导生产重要的技术性文件。它直接关系到产品的质量、 生产率及其加工产品的经济效益, 生产规模的大小、 工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要经过机械加工工艺来体现, 因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、 科学性、 完善性。
而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、 改进工人的劳动强度、 降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置, 其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置, 并在加工过程中保持这个位置不变。它们的研究对机械工业有着很重要的意义, 因此在大批量生产中, 常采用专用夹具。
而本次对于拨叉加工工艺及夹具设计的主要任务是:
1．完成拨叉零件加工工艺规程的制定;
2．完成铣削切断的专用夹具设计。
经过对拨叉零件的初步分析, 了解其零件的主要特点, 加工难易程度, 主要加工面和加工粗、 精基准, 从而制定出拨叉加工工艺规程; 对于专用夹具的设计, 首先分析零件的加工工艺, 选取定位基准, 然后再根据切削力的大小、 批量生产情况来选取夹紧方式, 从而设计专用夹具。
1 设计任务说明
1.1 羊角拨叉的功用
设计机床羊角拨叉零件的机械加工工艺规程及其机床夹具。拨叉是一种辅助零件, 经过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。滑套上面有凸块, 滑套的凸块插入齿轮的凹位, 把滑套与齿轮固连在一起, 使齿轮带动滑套, 滑套带动输出轴, 将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉能够控制滑套与不同齿轮的结合与分离, 达到换档的目的。该零件图纸如下:

图1.1 机床羊角拨叉零件图
1.2 设计任务
本次设计任务需完成毛坯选择、 编排加工工艺、 工装夹具设计、 撰写产品说明书, 以及图纸绘制等工作, 图纸说明如下:
1．毛坯—零件综合图 1张
2．工艺过程卡片 1套
3．夹具装配图 1张
4．夹具体零件图 1张
5．说明书 1份
2 零件工艺规程设计
2.1 产量的确定
2.1.1 生产类型的确定
表2.1 生产类型的划分

生产类型
同类零件的年产量/件
重型零件
( 质量> kg)
中型零件
( 质量100～ kg)
小型零件
( 质量<100kg)
单件生产
5以下
10以下
100以下
成批生产
小批生产
5～100
10～200
100～500
中批生产
100～300
200～500
500～5000
大批生产
300～1000
500～5000
5000～50000
大量生产
1000以上
5000以上
50000以上
已知零件质量m约为2.2kg, 由表2.1即可确定零件的生产性质。该零件的生产类型为小型零件大批量生产。
2.1.2 日生产量的确定
零件的年产纲领( 件/年) : N= 件/年
每台产品中该零件的数量( 件/台) : n=1
备品率: a=2%
废品率: b=2%
1．年产量Q=N×n×(1+a)×(1+b)=2081( 件)
2．年工作日D=365-1×52-7×2=299( 天)
3．日产量q=Q/D=7( 件/天)
经过计算可得知日该拨叉的日生产量为7件。

2.2 毛坯的选择及毛坯图的绘制
2.2.1 毛坯的选择
按照零件图纸的设计要求, 该零件毛坯的材料为HT200, 毛坯种类为铸件。考虑到零件需加工表面少, 精度要求不高, 有强肋, 且工作条件不差, 既无交变载荷, 又属于间歇工作, 故选用金属型铸件, 以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。
零件形状简单, 因此毛坯形状需与零件的形状尽量接近, 因内孔很小, 因此无法铸出。
毛坯选择的技术要求为: 20D6孔与2-14D4孔中心线在水平方向的不平行度不大于0.1/150; 20D6孔中心线对5D4钻槽不平行度不大于0.07/100; 5D4钻槽对20D6孔中心线的偏移不大于0.08。
2.2.2 毛坯-零件综合图的绘制方法
在选定毛坯和确定了毛坯的机械加工余量后, 便可绘制毛坯-零件综合图。综合图的绘制方法是:
1．以实线表示毛坯表面的轮廓、 以点划线画出零件的轮廓; 在剖面图上用交叉线表示加工余量, 加工余量为3～5mm。
2．标注毛坯尺寸和公差, 毛坯的基本尺寸包括机械加工的余量在内, 毛坯的尺寸公差参照有关资料。
3．标注机械加工的粗基准符号和有关技术要求。毛坯尺寸是根据工艺规程, 机械加工各工序的加工余量与毛坯制造方法能到的精度决定的, 因此毛坯图绘制和工艺规程的制订是重复交叉进行的。
根据以上绘制方法, 用AutoCAD软件画出毛坯-零件综合图, 如图2.1所示。
2.3 定位基准的分析与选择
在制定零件加工工艺规程时, 正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理安排加工顺序都有重要的影响。

图2.1 机床羊角拨叉零件毛坯图

2.3.1 基准的概念
零件上用以确定其它点、 线、 面的位置所依据的那些点、 线、 面称为基准。根据其功用的不同, 可分为设计基准、 工艺基准两大类。
在零件图上用以确定其它点、 线、 面的基准, 称为设计基准。而零件在加工、 测量、 装配等工艺过程中使用的基准统称工艺基准。工艺基准又可分为:
1．装配基准, 在零件或部件装配时用以确定它在机器中相对位置的基准。
2．测量基准, 用以测量工件已加工表面所依据的基准。例如以内孔定位用百( 千) 分表测量外圆表面的径向跳动, 则内孔就是测量外圆表面径向跳动的测量基准。
3．工序基准, 在工序图中用以确定被加工表面位置所依据的基准。所标注的加工面的位置尺寸称工序尺寸。工序基准也能够看作工序图中的设计基准。
4．定位基准, 用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。如轴类零件的中心孔就是车、 磨工序的定位基准。
作为基准的点、 线、 面有时在工件上并不一定实际存在( 如孔和轴的轴线、 某两面之间的对称中心面等) , 在定位时是经过有关具体表面起定位作用的, 这些表面称定位基面。例如在车床上用顶尖拨盘安装一根长轴, 实际的定位表面( 基面) 是顶尖的锥面, 但它体现的定位基准是这根长轴的轴线。因此, 选择定位基准, 实际上既选择恰当的定位基面。
2.3.2 基准选择原则
选择粗基准时, 考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量, 使不加工表面与加工表面间的尺寸、 位子符合图纸要求。
粗基准选择应当满足以下要求:
1．粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面, 则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、 外形对称、 少装夹等。
2．选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如: 机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准, 加工床身的底面, 再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量, 使表层保留而细致的组织, 以增加耐磨性。
3．应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样能够保证该面有足够的加工余量。
4．应尽可能选择平整、 光洁、 面积足够大的表面作为粗基准, 以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、 冒口、 飞边、 毛刺的表面不宜选作粗基准, 必要时需经初加工。
5．粗基准应避免重复使用, 因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。
要从保证孔与孔、 孔与平面、 平面与平面之间的位置, 能保证拔叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。
选择精基准时, 主要应考虑如何保证加工表面之间的位置精度、 尺寸精度和装夹方便, 其主要原则是:
1．基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样能够避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
2．基准统一原则, 应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度, 避免基准转换所带来的误差, 而且各工序所采用的夹具比较统一, 从而可减少夹具设计和制造工作。例如: 轴类零件常见顶针孔作为定位基准。车削、 磨削都以顶针孔定位, 这样不但在一次装夹中能加工大多书表面, 而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
3．互为基准的原则。选择精基准时, 有时两个被加工面, 能够互为基准重复加工。例如: 对淬火后的齿轮磨齿, 是以齿面为基准磨内孔, 再以孔为基准磨齿面, 这样能保证齿面余量均匀。
4．自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀, 能够选择加工表面本身为基准。例如: 磨削机床导轨面时, 是以导轨面找正定位的。另外, 像拉孔在无心磨床上磨外圆等, 都是自为基准的例子。
另外, 还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准, 以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、 夹具设计简单等。
要从保证孔与孔、 孔与平面、 平面与平面之间的位置, 能保证拔叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。选择精基准的原则时, 考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确。
2.3.3 定位基准的选择
1．该羊角拨叉的主要加工任务为, A1、 A2、 B1、 B2四个表面以及M、 N两个内孔。其中表面精度要求粗糙度Ra3.2μm, 内孔加工精度要求粗糙度Ra1.6μm。
2．在粗加工阶段, 主要是尽量切除大部分余量, 主要考虑生产率。应该注意如下细节: 应保证各加工表面都有足够的加工余量, 如外圆加工以轴线为基准; 以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准, 以保证该表面加工余量分布均匀、 表面质量高, 如床身加工, 先加工床腿再加工导轨面; 一般应以非加工面做为粗基准, 这样能够保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置, 而且当零件上有几个不加工表面时, 应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。
在半精加工及精加工阶段, 主要是为主要表面的精加工做准备, 并完成次要表面的终加工( 钻孔、 攻丝、 铣键槽等) 。保证各主要表面达到图纸要求, 主要任务是保证加工质量。
因此由上面分析能够得出结论, 该拨叉的加工应该以A1、 A2、 B1、 B2四个表面互为粗基准加工, 再以加工过的B1、 B2光滑表面作为精基准加工内孔N、 M及 C糟。
2.4 工艺路线的制定
制定工艺路线的出发点, 应当是使零件的加工精度( 尺寸精度、 形状精度、 位置精度) 和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
根据零件的技术要求划分加工阶段, 大致可分以下四个阶段: 粗加工阶段、 半精加工阶段、 精加工阶段以及光整加工和超精密加工阶段。
在生产纲领已经确定为批量生产的条件下, 能够考虑采用通用机床配以专用夹具, 并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外, 还应当考虑经济效果, 以便使生产成本尽量下降。
1．工序的合理组合
确定加工方法以后, 就按生产类型、 零件的结构特点、 技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则:
( 1) 工序分散原则
工序内容简单, 有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少, 产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多, 生产面积大, 工艺路线长, 生产管理复杂。
( 2) 工序集中原则
工序数目少, 工件装, 夹次数少, 缩短了工艺路线, 相应减少了操作工人数和生产面积, 也简化了生产管理, 在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少, 大量生产可采用高效率的专用机床, 以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备, 使成本增高, 调整维修费事, 生产准备工作量大。
一般情况下, 单件小批生产中, 为简化生产管理, 多将工序适当集中。但由于不采用专用设备, 工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
加工工序完成以后, 将工件清洗干净。清洗是在80～90℃的含0.4%～1.1%苏打及0.25%～0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部基本无杂质、 铁屑、 毛刺、 砂粒等的残留物。
2．工序的集中与分散
制订工艺路线时, 应考虑工序的数目, 采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中, 就是以较少的工序完成零件的加工, 反之为工序分散。
( 1) 工序集中的特点
工序数目少, 工件装, 夹次数少, 缩短了工艺路线, 相应减少了操作工人数和生产面积, 也简化了生产管理, 在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少, 大量生产可采用高效率的专用机床, 以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备, 使成本增高, 调整维修费事, 生产准备工作量大。
( 2) 工序分散的特点
工序内容简单, 有利选择最合理的切削用量, 便于采用通用设备, 简单的机床工艺装备。生产准备工作量少, 产品更换容易, 对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多, 生产面积大, 工艺路线长, 生产管理复杂。
工序集中与工序分散各有特点, 必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。
一般情况下, 单件小批生产中, 为简化生产管理, 多将工序适当集中。但由于不采用专用设备, 工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
由于近代计算机控制机床及加工中心的出现, 使得工序集中的优点更为突出, 即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量, 从而可取的良好的经济效果。
3．加工阶段的划分
将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是:
( 1) 保证零件加工质量( 因为工件有内应力变形、 热变形和受力变形, 精度、 表面质量只能逐步提高, ) ;
( 2) 有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理;
( 3) 有利于合理利用机床设备。
( 4) 便于穿插热处理工序: 穿插热处理工序必须将加工过程划分成几个阶段, 否则很难充分发挥热处理的效果。
另外, 将工件加工划分为几个阶段, 还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。
零件的加工质量要求较高时, 常把整个加工过程划分为几个阶段:
( 1) 粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属, 为以后的精加工创造较好的条件, 并为半精加工, 精加工提供定位基准, 粗加工时能及早发现毛坯的缺陷, 予以报废或修补, 以免浪费工时。
粗加工可采用功率大, 刚性好, 精度低的机床, 选用大的切前用量, 以提高生产率、 粗加工时, 切削力大, 切削热量多, 所需夹紧力大, 使得工件产生的内应力和变形大, 因此加工精度低, 粗糙度值大。一般粗加工公差等级为IT11～IT12。粗糙度为Ra80～100μm。
( 2) 半精加工阶段
半精加工阶段基目的主要是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备, 保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9～IT10。表面粗糙度为Ra10～1.25μm。
( 3) 精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量, 工序变形小, 有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6～IT7, 表面粗糙度为Ra10～1.25μm。
( 4) 光整加工阶段
对某些要求特别高的需进行光整加工, 主要用于改进表面质量, 对尺度精度改进很少。一般不能纠正各表面相互位置误差, 其精度等级一般为IT5～IT6,表面粗糙度为Ra1.25～0.32μm。
另外, 加工阶段划分后, 还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同, 有的需安排于粗加工之前, 有的需插入粗精加工之间。
但须指出加工阶段的划分并不是绝正确。在实际生活中, 对于刚性好, 精度要求不高或批量小的工件, 以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段, 在满足加工质量要求的前提下, 一般只分为粗、 精加工两个阶段, 甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的, 不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面, 在粗加工阶段就要加工的很准确, 而在精加工阶段能够安排钻小孔之类的粗加工。
4．工序顺序的安排
在安排机械加工工序时, 应根据加工阶段的划分、 基准的选择和被加工表面的
主次来决定, 一般应遵循以下几个原则如表2.2所示。
表2.2 工序安排原则
工序安排原则
原则详情
先基准后其它
即首先应加工用作精基准的表面, 再以加工出的精基准为定位基准加工其它表面。如果定位基准面不只一个, 则应根据基准面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面和主要表面的加工, 以便为后续工序提供适合定位的基准
先面后孔
先加工平面, 后加工孔。因为平面定位比较稳定, 可靠, 因此像箱体、 支架、 连杆等平面轮廓尺寸较大的零件, 常先加工平面, 然后再加工该平面上的孔, 以保证加工质量
先主后次
先加工主要表面, 再加工次要表面
先粗后精
各表面的加工顺序, 按加工阶段, 从粗到精进行安排
综合以上原则, 常见的机械加工顺序为: 定位基准的加工——主要表面的粗加工——次要表面加工——主要表面的半精加工——次要表面加工——修基准——主要表面的精加工。
5．加工工艺路线方案的比较
在保证零件尺寸公差、 形位公差及表面粗糙度等技术条件下, 成批量生产能够考虑采用专用机床, 以便提高生产率。但同时考虑到经济效果, 降低生产成本, 拟订两个加工工艺路线方案, 见表2.3。
表2.3 加工工艺路线方案比较表
工序号
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序内容
定位基准
工序内容
定位基准
010
铣A1、 A2表面
顶弧及B1、 B2表面
铣A1、 A2表面
顶弧及B1、 B2表面
020
钻通孔M
A1、 A2表面
铣B1、 B2表面
顶弧及A1、 A2表面
030
拉C槽
A1、 A2表面
钻通孔N
B1、 B2表面
040
钻通孔N
A1、 A2表面
钻通孔M
B1、 B2表面
050
铣B1、 B2表面
顶弧及A1、 A2表面
拉C槽
B1、 B2表面
060
去毛刺
清洗

去毛刺
清洗

070
检验
入库

检验
入库

加工工艺路线方案的论证:
方案Ⅰ、 Ⅱ主要区别在于加工过程中工序的不一致, 从而导致定位基面不同。方案Ⅰ一次性将A1、 A2表面铣平继而用A1、 A2表面作为基准加式以下孔和面, 整个的方案看上去较为方便简单, 装夹次数少, 但基缺点在于定位不准确, 误差较大; 方案Ⅱ的四个表面加工过程中, 粗、 精加工时两组表面互为基准, 而且在加工两个内孔及槽时, 三者都有很好的配合, 从而大大提高了定位的准确度, 提高了加工精度, 当然其缺点在于工序略为麻烦, 装夹次数多。

(a)车削用量 (b)周铣切削用量 (c)端铣切削用量

图2.2切削用量示意图
由以上分析, 该拨叉的加工宜选用方案Ⅱ为合理。具体的工艺过程如图2.2。
2.5 工艺卡的填写
2.5.1 切削用量
切削用量( 如下图所示) 表示主运动及进给运动参数大小的数量, 是切深、 进给量和切削速度三要素的总称, 用来描述切削加工运动量。铣削加工的切深分背吃刀量和侧吃刀量。
1．切削深度
( 1) 车削时的背吃刀量
背吃刀量是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上测量的已加工表面与待加工表面之间的距离, 单位为mm。如图2.2( a) , 外圆车削时, 其背吃刀量( ap) 可由下式计算:

式中 : dww——工件待加工表面直径, 单位为mm;
dm——工件已加工表面直径, 单位为mm。
( 2) 铣削吃刀量
如图2.2( b) ( c) ,铣削加工的背吃刀量( ap) 为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸, 单位为mm。端铣时, 背吃刀量为切削层深度; 而圆周铣削时, 为被加工表面的宽度。
侧吃刀量( ae) 为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸, 单位为mm。端铣时, ae为被加工表面宽度; 而圆周铣削时, 侧吃刀量为切削层深度。
( 3) 切削深度的选用
切削深度的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定:
余量不大, 力求粗加工一次进给完成, 可是在余量较大, 或工艺系统刚性较差或机床动力不足时, 可多次分层切削完成。
当工件表面粗糙度值要求不高时, 粗加工, 或分粗、 半精加工两步加工; 当工件表面粗糙度值要求较高, 宜分粗、 半精、 精加工三步进行。
2．进给量
( 1) 车削时的进给量
如图2.2( a) , 车削刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量, 可用刀具或工件每转(主运动为旋转运动时)的位移量来表示和测量, 单位为mm／r
( 2) 铣削时的进给量
如图2.2( b) ( c) , 铣削加工的进给量f( mm/r) 是指刀具转一周, 工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量; 对于多齿刀具(如钻头、 铣刀), 每转中每齿相对于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量fZ( 单位为mm／z) 。
( 式中, z为刀齿数)
进给速度( mm/min) 是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为:
。 ( n为铣刀转速, 单位r /min)
( 4) 进给量的选用
进给量的选取主要依据工件材料的力学性能、 刀具材料、 工件表面粗糙度等因素。
工件材料强度和硬度越高, 切削力越大, 每齿进给量宜选得小些; 刀具强度、 韧性越高, 可承受的切削力越大, 每齿进给量可选得大一些; 工件表面粗糙度要求越高, 每齿进给量选小些; 工艺系统刚性差, 每齿进给量应取较小值。
3．切削速度
如图2.2( a) ( b) ( c) , 切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度, 单位为m／min。当主运动为旋转运动时, 其计算公式为
=
式中:
d——切削刃上选定点所对应的工件或刀具的直径, 单位为mm。
n——主运动的转速, 单位为r／min。
选择切削速度时, 不可忽视以下几点:
( 1) 刀具材料硬度高, 耐磨、 耐热性好时, 可取较高的切削速度。
( 2) 工件材料的切削加工性差时, 如强度、 硬度高、 塑性太大或太小, 切削速度应取低些。
( 3) 工艺系统(机床、 夹具、 工件、 刀具)刚度较差时, 应适当降低切削速度以防止振动。
( 4) 切削速度的选用应与切深、 进给量的选择相适应, 当切深、 进给量增大时, 刀刃负荷增加, 使切削热增加, 刀具磨损加快, 从而限制了切削速度的提高; 当切深、 进给量均小时, 可选择较高的切削速度。
( 5) 在机床功率较小的机床上, 限制切削速度的因素也可能是机床功率。在一般情况下, 能够先按刀具耐用度来求出切削速度, 然后再校验机床功率是否超载。
2.5.2 拨叉加工工序卡
根据零件的几何形状、 尺寸精度及位置精度等技术要求, 以及加工方法所能达到的经济精度, 在生产纲领已确定的情况下, 能够考虑采用万能性机床配以专用夹具, 并尽量使工序集中来提高生产效率。经过已上各章节的分析, 综合各个方面的要求, 该拨叉的加工工序方案可如附件中工艺卡图所示。
2.5.3 典型工序分析
该拨叉的加工过程一共可分为七大工序, 而每一个工序又可分为若干小工步, 由于篇幅有限故不在此一一阐述, 谨以第三大工序M孔加工作为讲解。
工序三: 钻M孔
1． 钻孔至12
( 1) 加工条件
工件材料: HT200, бb=0.16GPa , HBS=190～210, 铸件。
机床: Z518立式铣床( PE=1KW) 。
钻头: 高速钢锥柄麻花钻头( GB/T1438.1-1996) , d=12, I=110, L=210。
( 2) 切削用量
1) 决定进给量f
a) 按加工要求决定进给量
根据《切削手册》表2.7, 当铸铁的强度бb200MPa, do=12mm时, f=0.52～0.64mm/r。由于I/d=110/12=9.2>7, 故取修正系数K=0.8。因此f=(0.52～0.64)×0.8=(0.42～0.51)mm/r。
b) 按钻头强度决定进给量
根据表2.8, 当бb=190MPa, do=12mm,钻头强度允许的进给量f=1.22mm/r。
c) 按机床进给机构强度决定进给量
根据表《切削手册》2.9, 当бb210Mpa, do12.1mm, 机床进给机构允许的轴向力为9880N, 进给量为1.1mm/r。
从以上三个进给量比较能够看出, 受限制的进给量是工艺要求, 其值为f=0.42～0.51mm/r, 根据Z518钻床说明书, 选f=0.50mm/r( 见《工艺设计手册》表4.2-16) , 又由《切削手册》表2.19能够查出钻孔时的轴向力, 当f=0.50mm/r, do=12mm时, 轴向力Ff=5120N, 轴向力的修正系数为1.0, 故Ff=5120N。
根据Z518钻床说明书, 机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=8830N, 由于Ff<Fmax, 故f=0.50mm/r能够用。
2) 决定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削手册》表2.12, 当do<=18 mm时, 钻头后刀面最大磨钝量取为( 0.5～0.8) mm, 寿命T=30min。
3) 决定切削速度
由《切削手册》表2.15可知f=0.50mm/r时, 双修磨横刃的钻头, do=12 mm时, Vt=18m/min。
切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知:
Ktv=1.0, Kmv=1.0, KTv=1.0, Klv=0.85
因此 Vc=VtKv=17×1.0×1.0×1.0×0.85=15.3m/min

因此 =406r/min
根据Z518钻床说明书,可考虑选择nc=440r/min( 见《工艺设计手册》表4.2-15)
4) 检验机床扭转及功率
根据《切削手册》表2.21, 当f<=0.5mm/r, do<=21 mm时, Mc=17.85N·m。根据Z518钻床说明书, 当nc=440r/min, Mm> Mc。
又根据《切削手册》表2.23, 当бb=(170～213)Mpa, do<=13.2mm, f<=0.53mm/r Vc<=26.4m/min时, Pc=1KW。
根据Z518钻床说明书, Pc<PE, 因此有Mc< Mm, Pc<PE , 故选择的切削用量可用。
即 f=0.5mm/r, n=nc=440r/min, Vc=15.3m/min
( 3) 计算基本工时

公式中: L=x+y+Δ; 根据实际情况和《切削手册》表3.26可知, 当L=110mm时, 有
=0.5min
2． 扩孔至14
（1） 加工条件
工件材料: HT200, бb=0.16GPa , HBS=190～210, 铸件。
机床: Z518立式铣床。
钻头: 莫氏锥柄麻花钻头( GB/T4256- ) , d=14, I=125, L=220。
( 2) 切削用量
同理, 经过重复上一工步查表核算, 可得到如下结论:
进给量: f=0.3
钻头的磨钝标准及寿命: T=30min
切削速度: nc=440 r/min
检验机床扭转及功率: Mc< Mm, Pc<PE , 故选择的切削用量可用。
( 3) 计算基本工时

公式中: L=x+y+Δ; 根据《切削手册》表3.26, L=125mm
故
min
3 夹具设计
3.1 夹具的整体设计
3.1.1夹具设计分析
夹具是一种装夹工件的工艺装备, 它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、 热处理、 装配、 焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中, 机床夹具是一种不可缺少的工艺装备, 对工件进行机械加工时, 为了保证加工要求, 首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置, 并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此, 在进行机械加工前, 先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种: 一种是工件直接装夹在机床的工作台或卡盘上; 另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时, 一般要先按图样要求在工件表面划线, 划出加工表面的尺寸和位置, 装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备, 但效率低, 一般用于单件和小批量生产。批量较大时, 大都用夹具装夹工件, 因为它直接影响着工件加工的精度、 劳动生产率和产品的制造成本等。
机床夹具的使用有利于保证工件的加工精度、 稳定产品质量; 有利于提高劳动生产率和降低成本; 有利于改进工人劳动条件, 保证安全生产; 有利于扩大机床工艺范围, 实现”一机多用”等。
在成批生产, 大量生产中, 工件的装夹是经过机床夹具来实现的。机床夹具是工艺系统的重要组成部分, 它在生产中应用十分广泛。
1．机床夹具的作用
( 1) 保证加工精度, 用机床夹具装夹工件, 能准确确定工件与刀具, 机床之间的相对位置关系, 能够保证加工精度。
( 2) 提高生产效率, 机床夹具能快速地将工件定位和夹紧, 能够减少辅助时间, 提高生产效率。
( 3) 减轻劳动强度, 机床夹具采用机械、 气动、 液动夹紧装置, 能够减轻工人的劳动强度。
( 4) 扩大机床的工艺范围, 利用机床夹具, 能扩大机床的加工范围, 例如, 在车床或钻床上使用镗模能够代替镗床镗孔, 使车床、 钻床具有镗床的功能。
2．机床夹具的分类
机床夹具的种类很多, 现按应用范围分类如下:
( 1) 通用夹具: 通用夹具是指结构已经标准化, 且有较大适用范围的夹具, 例如, 车床用的三爪卡盘和四爪卡盘, 铣床用的平口钳及分度头等。
( 2) 专用机床夹具: 专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专用机床夹具适于在产品相对稳定, 产量较大的场合应用。
( 3) 组合夹具: 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合夹具结构灵活多变, 设计和组装周期短, 夹具零部件能长期重复使用, 适于在多品种单件小批生产或新产品试制等场合应用。
( 4) 成组夹具: 成组夹具是在采用成组加工时, 为每个零件组设计制造的夹具, 当改换加工同组内另一种零件时, 只需调整或更换夹具上的个别元件, 即可进行加工。成组夹具适于在多品种, 中小批生产中应用。
( 5) 随行夹具: 它是一种在自动线上使用的移动式夹具, 在工件进入自动线加工之前, 先将工件装在夹具中, 然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个工位, 直到工件在退出自动线加工时, 才将工件从夹具中卸下。随行夹具是一种始终随工件一起沿着自动线移动的夹具。
3．专用机床夹具的组成
夹具一般由下列元件或装置组成:
( 1) 定位元件: 定位元件是用来确定工件正确位置的元件, 被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。
( 2) 夹紧装置: 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。
( 3) 对刀元件及导向元件: 对刀元件及导向元件是指夹具中用于确定(或引导)刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件, 例如钻套、 镗套、 对刀块等。
( 4) 连接元件: 夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元件, 例如安装在铣床夹具底面上