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1、-毕业设计（论文）-叉架加工工艺及夹具设计（全套图纸）-第 18 页西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）毕业设计课 题：叉架加工工艺及夹具设计专 题：专 业： 机械制造及自动化学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 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
2、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镗孔。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；全套图纸，加153893706ABSTRACTThe main processing surface foot seat parts is the plane and a series of hole. In general, ensure the machi
3、ning accuracy of plane than to ensure the accuracy of the processing easily. This design is the special fixture for machining technology for the foot seat parts and process design based on. Therefore, the design follows the surface after the first hole principle. And the hole and the plane processin
4、g clearly divided into roughing and finishing stages to ensure machining precision. The supporting hole datum selection to the foot seat of the input shaft and output shaft as a rough benchmark, the bottom surface and the two holes as a precision technology base. The main process of machining techno
5、logy is first to support hole positioning processing the top plane, and then the top plane and the series of supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes are individual processes with the top plane positioning technology and other processing Kong and pl
6、ane. Processing support holes using the coordinate boring. The whole process selection of combined machine tool. Clamp by, agencies can not self-locking, therefore the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.Keywords: foot seat parts
7、; technology; fixture;目 录摘 要IIABSTRACTIII第一章 加工工艺规程设计12.1 零件的分析12.1.1 零件的作用12.2 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22.2.1 孔和平面的加工顺序22.2.2 孔系加工方案选择22.3 叉架加工定位基准的选择32.3.1 粗基准的选择32.3.2 精基准的选择32.4 叉架加工主要工序安排42.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定52.6确定切削用量及基本工时（机动时间）62.7 时间定额计算及生产安排12第二章 钻20孔夹具设计162.1 研究原始质料162.2 定位、夹紧方案的选择162.
8、3切削力及夹紧力的计算172.4 误差分析与计算182.5 钻套、衬套、钻模板设计与选用192.6 夹具体的设计202.7 夹具设计及操作的简要说明20总结22参 考 文 献23第一章 加工工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 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。2.1.2 零件的工艺分析由叉架零件图可知。分析如下
9、：1.以8090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Ra12.5，以及直径为20孔粗糙度要求为Ra2.3，以及相距60mm的两槽粗糙度要求为Ra12.52. 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Ra12.5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0.02mm2.2 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
10、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。2.2.1 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。2.2.2 孔系加工方案选择
11、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镗模法镗孔较为适宜。（1）用镗模法镗孔在大批量生产中，叉架孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。采用镗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。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较
12、高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。（2）用坐标法镗孔在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而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。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。用坐标法镗孔，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镗孔。2.3 叉架加工定位基准的选择2.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要
13、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。2.3.2 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
14、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。2.4 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
15、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。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
16、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、砂粒等的残留量不大于。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.时效处理工序30 铣8090的平面，以其背面为加工基准。工序40 铣38的两个端面，以平面的端面为加工基准工序50 钻扩铰20的通孔，以大平面的端面为加工基准。工序60 铣16的凸台平面，以中心轴线为加工基准。工序70 凸台上8的孔，以平面的端面为工序基准。工序80 先钻后铣大平面上的两槽，以平面的端面为工序基准。工
17、序90 去毛刺工序100 终检工艺路线二：工序10.铸造工序20.时效处理工序30 铣8090的平面，以其背面为加工基准。工序40 铣38的两个端面，以平面的端面为加工基准工序70 铣16的凸台平面，以中心轴线为加工基准。工序60 钻扩铰20的通孔，以大平面的端面为加工基准。工序70 凸台上8的孔，以平面的端面为工序基准。工序80 先钻后铣大平面上的两槽，以平面的端面为工序基准。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，这样导致铣削加工定位基准不足，特别镗孔工序。以上工
18、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 铣8090的平面，以其背面为加工基准。工序40 铣38的两个端面，以平面的端面为加工基准工序50 钻扩铰20的通孔，以大平面的端面为加工基准。工序60 铣16的凸台平面，以中心轴线为加工基准。工序70 凸台上8的孔，以平面的端面为工序基准。工序80 先钻后铣大平面上的两槽，以平面的端面为工序基准。工序90 去毛刺工序100 终检2.5 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
19、。根据工序要求，底面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照机械加工工艺手册第1卷表3.2.23。其余量值规定为，现取。表3.2.27粗铣平面时厚度偏差取。精铣：参照机械加工工艺手册表2.3.59，其余量值规定为。（2）两侧面孔加工余量毛坯为实心，不冲孔。2.6确定切削用量及基本工时（机动时间）工序：铣8090的平面C，以其背面为加工基准。1） 加工条件加工材料：HT200正火，硬度为207241HBS，铸造。加工要求：粗铣8090的平面C，粗糙度Ra12.5。机床： X52K立式铣床。刀具：圆柱铣刀齿数z=8.2） 计算加工工时由机械制造工艺设计手册表2.3-2得切削用量为2.3mm。
20、由表3.5取得铣刀进给量=0.120.2mm根据切削用量手册表3.1当切削用量ae=0.16则取=100m/min由公式：得：=175.16r/min切削工时计算：L=90mm,选择机床=190r/min得0.459min工序：铣38的两个端面，以平面的端面为工序基准，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207241HBS，铸造。加工要求：铣38的两个端面，粗糙度Ra12.5。机床： X52K立式铣床。刀具：圆柱铣刀。2） 计算加工工时由机械制造工艺设计手册表2.3-2得切削用量为2.3mm。由表3.5取得铣刀进给量=0.120.2mm根据切削用量手册表
21、3.1当切削用量ae=5mm时选用铣刀直径为80mm据表3.7最大磨损限度为0.30.5，根据表3.8铣刀寿命T=120min。由切削用量手册表3.25，+y=17mm根据铣削速度公式查表=280， =80, =0.1, =35,m=0.33, 0.16则取=100m/min由公式：得：=398.09r/min 切削工时计算：L=60mm,选择机床=475r/min得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AA=40mm-30mm=10
22、mm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IT1213，T40=T10=T30/2=0.27mm工序：钻、扩、铰孔。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。 钻孔钻孔时先采取的是钻孔，再扩到，所以。切削深度：进给量：根据参考文献3表2.438，取。切削速度：参照参考文献3表2.441，取。机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取所以实际切削速度：切削工时 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 扩孔刀具：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
23、钻孔时先采取的是先钻到孔再扩到，所以，切削深度：进给量：根据参考文献3表2.452，取。切削速度：参照参考文献3表2.453，取。机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取所以实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度有：刀具切出长度： ，取走刀次数为1机动时间： 铰孔刀具：根据参照参考文献3表4.354，选择硬质合金锥柄机用铰刀。切削深度：，且。进给量：根据参考文献3表2.458，取。切削速度：参照参考文献3表2.460，取。机床主轴转速：按照参考文献3表3.131取实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度，刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：该工序的加工机动时间的总和是
24、：工序：铣16的凸台平面，以中心轴线为工序基准。1） 加工条件加工材料：HT200正火，硬度为207241HBS，铸造。加工要求：铣16的凸台平面，粗糙度Ra12.5。机床： X52K立式铣床。刀具：圆柱铣刀。2） 计算加工工时由机械制造工艺设计手册表2.3-2得切削用量为2.3mm。由表3.5取得铣刀进给量=0.120.2mm根据切削用量手册表3.1当切削用量ae=5mm时选用铣刀直径为40mm据表3.7最大磨损限度为0.30.5，根据表3.8铣刀寿命T=120min。由切削用量手册表3.25，+y=12m根据铣削速度公式查表=280， =80, =0.1, =35,m=0.33, 0.16
25、则取=100m/min由公式：得：=792.178r/min 切削工时计算：L=16mm,选择机床=800r/min得0.34min工序：钻凸台上8的孔，以平面的端面为工序基准，以平面的中心平面为设计基准。根据切削用量手册表2.7f钻=0.140.22mm/r。V钻= 5m/min。选用z515钻床。根据主轴转速的计算公式得=199.04r/min机床选取=320r/min实际切削速度得v=8.04r/min切削工时（选用切入切出量y+ =4.5mm ）得t=0.82min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0mm尺寸0mm为终结环，
26、给定尺寸45mm以及45mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸AA=45mm-45mm=0mm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0mm按自由尺寸IT1213，T45=T0/2=0.27mm工序：先钻后铣大平面C上的两槽，以平面的端面为工序基准，以平面的中心平面为设计基准。铣刀类型：直柄立铣刀（硬质合金）槽的半圆形槽的直径为10mm，厚度为15mm有机械制造工艺设计简明手册表3.1-29直柄立铣刀（GB1110-85）削平型直立铣刀（GB6116-85），知16凸台=10mm，选择标准型zz715l标准型72，粗糙度精度低，选择粗齿，z=3.由金属切削速查手册表5-40
27、硬质合金立铣刀铣削平面和凸台的进给量带整体刀头的立铣刀，铣刀直径=10mm，=13mm, =0.030.025mm取fz=0.03mm/z.选用x52k型铣床主轴转速V=300.375r/min.进给量f=Vfz=0.09v,l=20mm选用v=375r/min T=l/f=0.59min.t=2T=1.18min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15mm以及45mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸AA=45mm-15mm=30mm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3
28、0mm按自由尺寸IT1213，T45=T30/2=T15=0.27mm 最后，将以上各工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见表一。2.7 时间定额计算及生产安排假设该零件年产量为10万件。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于417件。设每天的产量为420件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于1.14min。参照机械加工工艺手册表2.5.2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时）因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为：其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工
29、每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值工序1：粗、精铣底面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.43，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因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， 即能满足生产要求工序2：钻底面孔机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.41，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.43，单间
30、时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序3：粗铣两侧面及凸台机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序4：钻侧面孔机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.41，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.43，单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序5：粗铣前后端面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.45，取
31、工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序6：铣前后端面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。工序15：精铣两侧面机动时间：辅助时间：参照机械加工工艺手册表2.5.45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为。则：根据机械加工工艺手册表2.5.48，单间时间定额：
32、因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，即能满足生产要求工序17：底面螺纹孔攻丝机动时间：辅助时间：参照钻孔辅助时间，取装卸工件辅助时间为，工步辅助时间为。则：参照钻孔值，取单间时间定额： 因此布置一台机床即能满足生产要求。第二章 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、精铣加工由零件图可知：在进行加工前，端面平面进行了粗、精铣加工。
33、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查表可得：切削力公式： 式中 查表得： 其中： 即：实际所需夹紧力：由参考文献5表得： 有：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献5表 可得： 所以 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，查参考文
34、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：式中参数由参考文献5可查得：其中： 螺旋夹紧力：由上述计算易得： 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型块时当工件以固定边接触V型块时 式中为工件与V型块间的最小间隙通过分析可得：因此：当工件以任意边V型块接触时 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：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（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。 图2.1 可换钻套铰工艺孔钻套结构参数如下表2.4：表2.4 钻套20H20公称尺寸允差61212+0.018+0.007221810490.518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20H20C 公称尺寸允差公称尺寸允差20+0.034+0.0162018+0.023+0.0120.52