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1、西安航空职业技术学院毕业设计（论文）%论文题目：叉架加工工艺及夹具设计所属触指导老蛇职检学生姓名J班级、t专业：西安航空职业技术学院制叉架加工工艺及夹具设计【摘要】叉架零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。本设计是基于叉架零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。因此，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。基准选择以叉架的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准，以底面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工
2、序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。支承孔系的加工采用的是坐标法镣孔。整个加工过程均选用组合机床。夹具选用专用夹具，机构可以不必自锁，因此生产效率较高，适用于大批量、流水线上加工，能够满足设计要求。关键词：叉架类零件；工艺；夹具；ABSTRACTThemainprocessingsurfacefootseatpartsistheplaneandaseriesofhole.Ingeneral,ensurethemachiningaccuracyofplanethantoensuretheaccuracyoftheprocessingeasily.Thisdesignisthespeci
3、alfixtureformachiningtechnologyforthefootseatpartsandprocessdesignbasedon.Therefore,thedesignfollowsthesurfaceafterthefirstholeprinciple.Andtheholeandtheplaneprocessingclearlydividedintoroughingandfinishingstagestoensuremachiningprecision.Thesupportingholedatumselectiontothefootseatoftheinputshaftan
4、doutputshaftasaroughbenchmark,thebottomsurfaceandthetwoholesasaprecisiontechnologybase.Themainprocessofmachiningtechnologyisfirsttosupportholepositioningprocessingthetopplane,andthenthetopplaneandtheseriesofsupportingholelocationholeprocessingtechnology.Inadditiontothefollow-upprocessesareindividual
5、processeswiththetopplanepositioningtechnologyandotherprocessingKongandplane.Processingsupportholesusingthecoordinateboring.Thewholeprocessselectionofcombinedmachinetool.Clampby,agenciescannotself-locking,thereforetheproductionefficiencyishigh,suitableforlargebatch,lineprocessing,canmeetthedesignrequ
6、irements.Keywords:footseatparts;technology;fixture;1加工！艺规程设计错误！未定义书签。1.1 零件的分析错误！未定义书签。I .1.1零件的作用错误!未定义书签。II 2零件的工艺分析错误!未定义书签。1.2 叉架加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施错误!未定义书签。1. 2.1孔和平面的加工顺序错误!未定义书签。1. 2.2孔系加工方案选择错误!未定义书签。1.3叉架加工定位基准的选择错误！未定义书签。7-3.1粗基准的选择错误!未定义书签。1. 3.2精基准的选择错误!未定义书签。1.4 叉架加工主要工序安排错误!未定义书签。1
7、.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定错误!未定义书签。1.6 确定切削用量及基本工时（机动时间）错误！未定义书签。1.7 时间定额计算及生产安排错误！未定义书签。2钻20孔夹具设计错误！未定义书签。2.1 研究原始质料错误！未定义书签。2.2 定位、夹紧方案的选择错误！未定义书签。2.3 3切削力及夹紧力的计算错误！未定义书签。2.4 误差分析与计算错误！未定义书签。2.5 钻套、衬套、钻模板设计与选用错误！未定义书签。2.6 夹具体的设计错误！未定义书签。2.7 7夹具设计及操作的简要说明错误!未定义书签。总结错误！未定义书签。介考文献错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。1加工工
8、艺规程设计1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用题目给出的零件是叉架。它在车辆上面应用范围很广。该类零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为精度要求较高的孔、零件由内孔、外圆、端面等表面构成。因此叉架零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。叉架零件的底面用以安装盖，实现功能。1.1.2 零件的工艺分析由叉架零件图可知。分析如下：1 .以80X90的平面C为设计基准的加工表面这组加工表面包括：38的两个端面粗糙度Ral2.5,以及直径为中20孔粗糙度要求为Ra2.3,以及相距60mm的两槽粗糙度要求为Ral2.52
9、.中20孔为基准加工表面这组加工表面包括直径为16的凸台端面粗糙度要求为Ral2.5与B基准的平行度公差为0.02m以及8的孔粗糙度要求为Ra12.5两者之间的垂直度要求为0.02mm1.2 叉架加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该叉架零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于叉架来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。1.2.1 孔和平面的加工顺序叉架类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工叉架上
10、的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。叉架的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。叉架零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。1.2.2 孔系加工方案选择叉架孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。根据
11、叉架零件图所示的叉架的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用像模法像孔较为适宜。(1)用像模法镂孔在大批量生产中，叉架孔系加工一般都在组合镶床上采用镶模法进行加工。镇模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当像刀杆通过银套的引导进行镇孔时，镇模的精度就直接保证了关键孔系的精度。采用镣模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镣模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镇模的制造和装配误差、键模在机床上的安装误差、镣杆和镜套的磨损等原因。用镇模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。(2)用坐标法镶孔在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而
12、且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。键模法由于银模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镶孔却能适应这种要求。此外，在采用镇模法镇孔时，镇模板的加工也需要采用坐标法镇孔。用坐标法镣孔，需要将叉架孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镇孔。1.3 叉架加工定位基准的选择1.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：(1)保证各重要支承孔的加工余量均匀；(2)保证装入叉架的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以叉架的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是
13、以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。1.3.2 精基准的选择从保证叉架孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置。精基准的选择应能保证叉架在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从叉架零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位
14、方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是叉架的装配基准，但因为它与叉架的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。1.4 叉架加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。叉架加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到叉架加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，底面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则
15、。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于叉架，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此,实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在80-90。C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。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺
16、、砂粒等的残留量不大于200mg.根据以上分析过程，现将叉架加工工艺路线确定如下：工艺路线一：工序10.铸造工序20.时效处理铳80X90的平面C, 铳中38的两个端面， 钻扩校620的通孔， 铳16的凸台平面，工序30工序40工序50工序60工序70工序80工序90工序100以其背面D为加工基准。以平面C的端面E为加工基准以大平面的端面E为加工基准。以20中心轴线为加工基准。凸台上8的孔，以平面C的端面E为工序基准。先钻后铳大平面C上的两槽，以平面C的端面E为工序基准。去毛刺终检工艺路线二:工序10.铸造工序20.时效处理工序30铳80X90的平面C,以其背面D为加工基准。工序40铳38的两
17、个端面，以平面C的端面E为加工基准工序70铳16的凸台平面，以20中心轴线为加工基准。工序60钻扩校20的通孔，以大平面的端面E为加工基准。工序70凸台上中8的孔，以平面C的端面E为工序基准。工序80先钻后铳大平面C上的两槽，以平面C的端面E为工序基准。工序90去毛刺工序100终检以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，方案二把底面的钻孔工序调整到后面了，这样导致铳削加工定位基准不足，特别像孔工序。以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。综合选择方案一：工序10.铸造工序20.时效处理工序30铳80X90的平面C,以其背面D为加工基
18、准。工序40铳38的两个端面，以平面C的端面E为加工基准工序50钻扩校20的通孔，以大平面的端面E为加工基准。工序60铳16的凸台平面，以20中心轴线为加工基准。工序70凸台上68的孔，以平面C的端面E为工序基准。工序80先钻后铳大平面C上的两槽，以平面C的端面E为工序基准。工序90去毛刺工序100终检1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“叉架”零件材料采用灰铸铁制造。材料为HT200,硬度HB为170241,生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。(1)底面的加工余量。根据工序要求，底面加工分粗、精铳加工。各工步余量如下：粗铳:参照机械加工工艺手册第1卷表3.2.23。其余量值规定为1
19、.73.4mm,现取2.0mmo表3.2.27粗铳平面时厚度偏差取-0.28加九。精铳：参照机械加工工艺手册表2.3.59,其余量值规定为1*。(2)两侧面孔加工余量毛坯为实心，不冲孔。1.6 确定切削用量及基本工时（机动时间）工序I:铳80X90的平面C,以其背面D为加工基准。1）加工条件加工材料：HT200正火，硬度为20724IHBS,铸造。加工要求：粗铳8090的平面C,粗糙度Ral2.5机床：X52K立式铳床。刀具：圆柱铳刀齿数z=8.2）计算加工工时由机械制造工艺设计手册表2.32得切削用量为2.3mm。由表3.5取得铳刀进给量z=0120.2mm根据切削用量手册表3.1当切削用量
20、ae=06则取=100mminn.=由公式：1000。PD得:n5=175.16rmin切削工时计算：Z+1/+Dt=-L=90mm,选择机床nu,=190rmin得f=0.459min工序II：铳38的两个端面，以平面C的端面为工序基准，以平面C的中心平面为设计基准。1）加工条件加工材料：HT200正火，硬度为20724IHBS,铸造。加工要求：铳38的两个端面，粗糙度Ral2.5机床：X52K立式铳床。刀具：圆柱铳刀。2）计算加工工时由机械制造工艺设计手册表2.32得切削用量为2.3mm。由表3.5取得铳刀进给量f=0120.2mm根据切削用量手册表3.1当切削用量ae=5mm时选用铳刀直
21、径为80mm据表3.7最大磨损限度为0.30.5,根据表3.8铳刀寿命T=120mi11o由切削用量手册表3.25,D+y=17mm根据铳削速度公式查表j,二280,d0=80,qv=0.1,p=35,m=O.33,fz30.16则取=100mmin100Oz?TIyU由公式：-PD得:ns=398.09rmin切削工时计算：Z+V/+Dt=%Q兀L=60mm,选择机床nw=475rmin得f=0.76min由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为30mm尺寸30mm为终结环，给定尺寸40mm以及30mm,由于基准不重合加工时应保证尺寸A
22、A=40mm-30mm=1Omm规定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸30mm按自由尺寸IT12-13,T40=T10=T302=0.27mm工序III：钻、扩、钱婷0”9孔。机床：立式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39选高速钢锥柄麻花钻头。钻孔20/79钻孔。20H9时先采取的是钻017孔，再扩到血9.7,所以D=I7m加。切削深度ap：ap=8.5进给量根据参考文献3表2.438,取/=0.33相机切削速度V：参照参考文献3表2.441,取V=0.48ms机床主轴转速：IOOOvdIooOXO.48x603.14x17539.53rmin按照参考文献3表
23、3.131,取=630/Vmin匚I、士Cte兀dn3.1417630八厂,所以实际切削速度v：V=0.56m/s100O100060切削工时被切削层长度/：I=42mm刀具切入长度:D171=ctgkr+(1-2)=ctg200+1=5.9mn6m/?i刀具切出长度I2 ： 2 = 1 - 4M取，2 = 3mm走刀次数为1Ijl 0.25 minL_42+6+3fn0.33630扩孔。20”9刀具：根据参照参考文献3表4.331选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。片型号：E403因钻孔20H9时先采取的是先钻到7孔再扩到19.7,所以D=19.7mm,J1=17切削深度ap：ap=1.35mm进
24、给量/：根据参考文献3表2.452,取/=0.6如/八切削速度V：参照参考文献表2.453,(V=0.44n5o机床主轴转速:426.78rminIQOOv10000.4460D3.1419.7按照参考文献3表3.131,取=500minmzBH11M,jdn3.1419.7500八C/所以头际切削速度N：V=0.52777/S10001000x60切削工时被切削层长度/：I=42ITUn刀具切入长度有：D-d,19.7-17l=lctgkr+(12)=ctg120+2=2.86WM3mm刀具切出长度4：%4mm,l2=3nn走刀次数为1 机动时间tj2L _ 42 + 3 + 3 一另一 0
25、.6x500 0.16 min钱孔。20”9刀具：根据参照参考文献3表4.354,选择硬质合金锥柄机用钱刀。切削深度。：ap=05mm且削=20mm。进给量/：根据参考文献3表2.458,/=1.0-2.0mmrLf=2.0mmr切削速度V：参照参考文献3表2.460,取V=032ms机床主轴转速:1000V 100.3260 n =D3.1420 305.73rmin按照参考文献3表3. 131取 = 315rmin实际切削速度八切削工时被切削层长度/： 刀具切入长度，v =1000I = 42mm 0.63/77 / s 100060I1=ctgkr+(12)=2。,Ictg120+22.
26、09ww刀具切出长度/2：4=l4mm取/2=3的走刀次数为1机动时间小： 0.07 minL42+2.09+3rtf-2x315该工序的加工机动时间的总和是与：tj=0.25+0.16+0.07=0.48min工序IV：铳16的凸台平面，以中20中心轴线为工序基准。1)加工条件加工材料：HT200正火，硬度为20724IHBS,铸造。加工要求：铳716的凸台平面，粗糙度Ral2.50机床：X52K立式铳床。刀具：圆柱铳刀。2)计算加工工时由机械制造工艺设计手册表2.32得切削用量为2.3mm。由表3.5取得铳刀进给量工=0.120.2mm根据切削用量手册表3.1当切削用量ae1.14min因
27、此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时，=红=1.0IminYLI4min“22即能满足生产要求工序17：底面螺纹孔攻丝机动时间，/：tj=0.13nin辅助时间参照钻孔辅助时间，取装卸工件辅助时间为Qlmin,工步辅助时间为0.4min。则tf=0.4+0.1=0.5mink：参照钻孔左值,取Z=I2.14单间时间定额td=(tj+O)(I+左)=(0.13+0.5)(1+12.14%)0.71minY1.14nin因此布置一台机床即能满足生产要求。2钻20孔夹具设计2.1研究原始质料利用本夹具主要用来加工中20孔，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为
28、了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。2.2定位、夹紧方案的选择由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了粗、精铳加工由零件图可知：在进行加工前，端面平面进行了粗、精铳加工。因此，定位、夹紧方案有：定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。心轴上的开孔也不利于排销。图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择底平面和两V型块为定位基准来设计钻模，从而满足孔的加工要求。工件定位用底面和两V型块定位限制5个自由度。2.3切削力及夹紧力的计算钻该孔时选用：钻床Z525,刀具用高速钢刀具。由参考文献5查表1-2-7可得：切削力公式：Ff=GGliy2f1Kp
29、式中D=20nvnf=0.22mm/r查表1-2-8得：KP=（急严其中：4=0.6KP=O.0048即：Ff=955.08（7V）实际所需夹紧力：由参考文献5表1-2-12得：fzfkWK=；M+必有：/4=7,2=（）.16安全系数K可按下式计算有：K=KnKlK2K3K4K5K6式中：Ko为各种因素的安全系数，见参考文献5表1-2-1可得:C=1.21.0L01.01.31.0L0=1.56所以WK=KFf=955.08xl.56=1489.92(N)由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取K=L56,.=0.7,z2=0.16查参考
30、文献51226可知移动形式压板螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：W=QL/0tgx+ztg(a+2)式中参数由参考文献5可查得：,=6.22=2.76%=902=950a=229其中：L=33(mn)Q=80(N)螺旋夹紧力：=4748.2(N)由上述计算易得：叫唯因此采用该夹紧机构工作是可靠的。2.4误差分析与计算该夹具以一个平面和和2个V型块定位，加之防旋转的机构，要求保证孔轴线间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。由5和6可得：定位误差：当工件以任意边接触V型块时A)W=6)+3d+Amin当工件以固定边接触V型块时A-2一式中A
31、mM为工件与V型块间的最小间隙通过分析可得：Sd=0.052d=0.01Xmtn因此：当工件以任意边V型块接触时z)w=0063w?夹紧误差：/=Smax一%而)CoSa其中接触变形位移值：NnAy=KkRaZR“Z+Khb-HB)+=0.014加X.01Oy,y.=vcosa=0.013mm(3)磨损造成的加工误差：A,.通常不超过0.005z三(4)夹具相对刀具位置误差：A。”取0.01加机误差总和：y+m,=0.096mm0.5mm从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.5钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套(其结构如下图
32、所示)以减少更换钻套的辅助时间。较工艺孔钻套结构参数如下表2.4：表2.4钻套20202I1%,nIr-Z(公称尺寸允差212+0.018+0.007280L(.58衬套选用固定衬套其结构如图所示:图2.2固定衬套其结构参数如下表2.5：表2.5固定衬套20H20CG公称尺寸允差公称尺寸允差20+0.034+0.0162018+0.023+0.0120.52钻模板选用固定式钻模板，用4个沉头螺钉和2个锥销定位于夹具体上。2.6夹具体的设计夹具体是夹具的基础件，夹具体上所有组成部分都必须最终通过这一基础件连接成一个有机整体。为了满足加工要求，夹具体应有足够的刚度和强度，同时结构工艺性要好。由于铸
33、造工艺性好，几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制,同时吸振性良好、抗压能力好，故此选用铸造夹具体，材料选取HT200,铸造成型后时效处理，以消除内应力。2.7夹具设计及操作的简要说明如前所述为提高生产率，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。总结在本次设计中已无大的问题，基本达到了要求。只是在夹具的设计中没有能提出多中方案进行分析比较，有所不足。本次
34、设计从零件的毛坯生产到最终成品，中间经过了铳、钻、攻螺纹、打毛刺等工序。因为是大批量生产，工序就分得很散，中间就可省去换刀具和调试的时间。在每道工序中都有计算切削用量和工时。参考文献1刘文剑.夹具工程师手册M.黑龙江科学技术出版社，20072陈宏钧.实用金属切削手册M.机械工业出版社，2005.1.3上海市金属切削技术协会.金属切削手册M.上海科学技术出版社，2002.4杨叔子.机械加工工艺师手册M.机械工业出版社，2000.5徐鸿本.机床夹具设计手册M.辽宁科学技术出版社，2003.10.6都克勒.机床夹具结构图册M.贵州人民出版社，2003.47胡建新.机床夹具M.中国劳动社会保障出版社，20OL5.8冯道.机械零件切削加
