叉杆零件的加工工艺规程及加工孔Φ20的专用夹具设计.docx

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叉杆零件的加工工艺规程及加工孔Φ20的专用夹具设计

辽宁工程技术大学

课程设计

题目：

叉杆零件的加工工艺规程及加工孔Φ20的专用夹具设计

班　　级：

姓　　名：

指导教师：

完成日期：

一、设计题目　　

设计“叉杆”零件的加工工艺规程及加工孔Φ20的专用夹具设计

二、原始资料

（1）被加工零件的零件图1张

（2）生产类型:

中批或大批大量生产

三、上交材料

（1）被加工工件的零件图1张

（2）毛坯图1张

（3）机械加工工艺过程综合卡片（参附表1）1张

（4）与所设计夹具对应那道工序的工序卡片1张

（4）夹具装配图1张

（5）夹具体零件图1张

（6）课程设计说明书（5000～8000字）1份

四、进度安排（参考）

（1）熟悉零件,画零件图2天

（2）选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片5天

（3）工艺装备设计（画夹具装配图及夹具体图）9天

（4）编写说明书3天

（5）准备及答辩2天

五、指导教师评语

成绩：

指导教师　　　　　　　

日　　期　　　　　　　

摘　要

工艺规程是工装设计、制造和确定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工作。

夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响着机械加工的质量，生产效率和成本，因此，夹具设计是机械工艺准备和施工中的一项重要工作。

本文对叉杆的结构和工艺进行了分析，确定了机械加工工艺路线，制订出了零件的铸造工艺方案和机械加工工艺规程，并为加工零件上直径

mm的孔设计了一套专用钻床夹具。

关键词：

夹具；叉杆；工艺；工时；毛坯

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Abstract

Theprocessisthebaseoffrockdesign、manufacturing、themethodofmachiningandmachiningroute.Itsfunctionisflowing:

organizingproduce,controllingquality,enhancingproductivity,reducingcost,reducingproduceperiods,improvingworkconditions,etc.So,theprocessplanningisthecorepartofproduce.Fixtureisveryimportantequipmentinprocessofmachinemanufacturingbecauseitcandirectlyaffectthequalityofproductsandproductivityandcost.fixturedesigningisalsoabasilicaportioninmachineprocesspreparativeandmanufacture.ThisthesisisabouttheanalysiswiththecraftworkandthestructureoftheForkstick，makesuretheprocessroute,establishthefoundryprocessprojectandtheprocessplanningoftheparts,anddesignasetofappropriativefixturefortheborewithdiameter20mm。

Keywords：

Fixture;forkrod;technology;hours;rough

目录

序言1

1零件工艺性分析1

1.1零件的技术要求1

1.2零件的作用2

1.3审查叉杆的工艺性3

1.4确定生产类型3

2拟定叉杆工艺路线及确定毛坯3

2.1选择定位基准3

2.2工序顺序的安排原则4

2.3制定工艺路线4

2.4工序尺寸及毛坯的确定4

3切削用量及时间定额的计算6

3.1切削用量的计算6

3.2时间定额的计算9

4机床夹具的设计12

4.1提出问题12

4.2设计思想12

4.3导向元件的设计13

4.4夹具设计13

5参考文献16

6体会与展望17

序言

随着科技技术的不断进步，生产都向着自动化、专业化和大批量化的方向发展。

这就要求企业的生产在体现人性化的基础上降低工人的生产强度和提高工人的生产效率，降低企业的生产成本。

现代的生产和应用设备多数都采用机电一体化、数字控制技术和自动化的控制模式。

在这种要求下叉杆越发体现出其广阔的应用领域和市场前景。

特别是近年来与微电子、计算机技术相结合后，使叉杆进入了一个新的发展阶段。

又因需求的增加，所以生产也步入大批量化和自动化。

为适应机械设备的要求，对叉杆的设计要求和技术领域的拓展还需要不断的更新。

1零件工艺性分析

1.1零件的技术要求

该叉杆的全部技术要求列如下表:

技

术

要

求

加

工

面

尺寸及偏差

公差

表面粗糙度

形位公差

Φ20mm孔

mm

0.043，

1.2üm

叉口上下表面

mm

0.15

6.3üm

0.15A

叉口内圆面

8mm

12.5üm

Φ10mm孔

10

mm

0.031

1.2üm

0.05A

Φ20孔上端面

40mm

12.5üm

0.05A

1.2零件的作用

题目所给的零件是叉杆，它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。

零件上方的Φ20孔与操纵机构相连，下方的Φ46半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。

通过上方的力拨动下方的齿轮变速。

两件零件铸为一体，加工时分开。

1.3审查叉杆的工艺性

零件如图：

审查叉杆的工艺性分析零件图可知，该叉杆形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。

除了孔以外外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床等车床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。

由此可以见，该零件的工艺性较好。

1.4确定生产类型

零件的生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。

生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。

零件生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。

已知此叉杆零件的生产纲领为5000件/年，叉杆属于轻型零件，查《机械制造技术基础课程设计指导书》，可确定该零件生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：

加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

2拟定叉杆工艺路线及确定毛坯

2.1选择定位基准

2.1.1粗基准的选择

对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。

若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为粗基准。

如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。

为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。

应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。

粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。

因此，选择孔的外圆柱面作为粗基准。

2.1.2精基准的选择

应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。

所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。

2.2工序顺序的安排原则

1）遵循“先基准后其他”原则。

2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。

3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面。

4）遵循“先面后孔”原则

2.3制定工艺路线

制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

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,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

查《机械制造技术基础课程设计指导书》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

工序Ⅰ：

粗铣Φ20孔的两个端面，选用X5012立式铣床和专用夹具。

工序Ⅱ：

精铣20孔的上端面，选用X5012立式铣床和专用夹具。

工序Ⅲ：

钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔。

以Φ36外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。

工序Ⅳ：

铣φ46的叉口及上、下端面。

利用Φ20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。

工序Ⅴ：

粗铣φ46的叉口的内圆面。

利用Φ20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。

工序Ⅵ：

精铣φ46的叉口的内圆面。

利用Φ20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。

工序Ⅶ：

钻、粗铰、精铰Φ10孔。

以Φ36外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。

工序Ⅷ：

热处理。

工序Ⅸ：

终检。

2.4工序尺寸及毛坯的确定

2.4.1圆柱表面工序尺寸

前面已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定

各表面的加工工序的加工余量：

技

术

要

求

加

工

面

加工内容

加工余量

工序尺寸

Φ10孔

钻

9.8

9.8

铰

0.16

10.0

φ20孔

钻

18

18.0

扩

1.8

19.8

粗铰

0.14

19.94

精铰

0.06

20.0

2.4.2平面工序尺寸

技

术

要

求

工

序

号

工序内容

加工余量

基本尺寸

铸件

1.5

01

粗铣Φ46叉口上下表面

1.0

36.0

03

粗铣φ46的叉口内圆面

1.0

8.0

05

精铣φ46的叉口内圆面

1.0

8.0

2.4.3确定毛坯

机械加工中毛坯的种类很多，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等，同一种毛坯又有可能有不同的制造方法。

最常用的毛坯是铸件和锻件。

选择零件材料为HT200。

考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择砂型铸件毛坯。

查《机械制造技术基础课程设计指导书》第23页表2-1,选用铸件尺寸公差等级为CT-10。

根据加工余量表格可以确定毛坯的尺寸具体数据见毛坯图：

3切削用量及时间定额的计算

3.1切削用量的计算

3.1.1钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔

1钻孔工步：

钻床：

Z525立式钻床

钻头：

选用直柄麻花钻，钻头直径18.00mm，l=123mm，l1=62mm。

（1）背吃刀量的确定取ap=0.25mm.

（2）进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表5-21f=0.26mm/r。

（3）切削速度的计算由表5-21切削速度选取为20m/min，由公式

，求得该工序钻头转速

，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=392r/min,再将此转速代入公式

可求出该工序的实际钻削速度为

2.扩孔工步：

钻床：

Z525立式钻床

扩孔钻：

直柄扩孔钻，钻头直径d=19.8，L=205mm，l=140mm.

（1）背吃刀量确定取ap=0.9mm.

（2）进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表5-23f=1.0mm/r.

（3）切削速度的计算由表5-24切削速度选取为v=83.7m/min.由公式

，求得该工序转速

，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=1360r/min.再将此转速代入公式

可求出该工序的实际钻削速度为

。

3.粗铰孔工步：

钻床：

Z525立式钻床

铰刀：

直柄机用铰刀d=19.94，L=195mml=60mm

背吃刀量确定取ap=0.07mm.

进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》f=0.8mm/r.

（3）切削速度的计算由表5-27切削速度选取为v=13.1m/min,由公式

，求得该工序转速

参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=195r/min.再将此转速代入公式

可求出该工序的实际钻削速度为

。

4.精铰孔工步：

钻床：

Z525立式钻床

铰刀：

直柄机用铰刀d=20，L=195mml=60mm

（1）背吃刀量确定取ap=0.03mm.

（2）进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.3mm/r.

（3）切削速度的计算由表5-26切削速度选取为v=8m/min,由公式

，求得该工序转速

参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/min.再将此转速代入公式

可求出该工序的实际钻削速度为

。

3.1.2钻、粗铰、精铰Φ10孔

1钻孔工步：

钻床：

Z525立式钻床

钻头：

选用直柄麻花钻，钻头直径9.8mm，l=89mm，l1=40mm。

（1）背吃刀量的确定取ap=4.9mm.

（2）进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表5-21f=0.20mm/r。

（3）切削速度的计算由表5-21切削速度选取为20m/min，由公式

，求得该工序钻头转速

，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=680r/min,再将此转速代入公式

可求出该工序的实际钻削速度为

2.粗铰孔工步：

钻床：

Z525立式钻床

铰刀：

直柄机用铰刀d=9.96，L=133mml=38mm

（1）背吃刀量确定取ap=0.08mm.

（2）进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.8mm/r.

（3）切削速度的计算由表5-27切削速度选取为v=14.1m/min,由公式

，求得该工序转速

参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=545r/min.再将此转速代入公式

可求出该工序的实际钻削速度为

。

3.精铰孔工步：

钻床：

Z525立式钻床

铰刀：

直柄机用铰刀d=10，L=133mml=38mm

（1）背吃刀量确定取ap=0.02mm.

（2）进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.3mm/r.

（3）切削速度的计算由表5-26切削速度选取为v=8m/min,由公式

，求得该工序转速

参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=272r/min.再将此转速代入公式

可求出该工序的实际钻削速度为

。

3.2时间定额的计算

3.2.1钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔

1钻孔工步：

根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得：

l=40mm;l2=0mm;

l1=D/2*cotkr+（1~2）=1.09mm;f=0.26mm/r;n=392mm/r.。

将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：

tj=（40mm+1.09mm）/（0.26mm/min*392r/min）=0.4min=24s。

2扩孔工步：

根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得：

l=40mm;l2=2mm;

l1=D/2*cotkr+（1~2）=1.654mm;f=1.0mm/r;n=1360mm/r.。

将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：

tj=（40mm+1.654mm+2mm）/（1.0mm/min*1360r/min）=0.03min=0.18s。

3粗铰工步：

根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得：

l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（19.94-19.8）/2=0.07

查得l1=0.19mm;l2=13mm;

而l=40mm;f=0.8mm/r;n=195r/min.。

将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：

tj=（40mm+0.19mm+13mm）/（0.8mm/min*195r/min）=0.34min=20.4s

4.精铰工步

同上，根据表5-41可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得：

l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（20-19.94）/2=0.03

查得l1=1.1mm;l2=45mm;

而l=40mm;f=0.3mm/r;n=140r/min.。

将上述结果代入公式，则该工序的基本时间

tj=（40mm+1.1mm+45mm）/（1.3mm/min*140r/min）=2.05min=123s。

5.辅助时间ta的计算

辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=（0.15~0.2）tj,这里取ta=0.15tj,则各工序的辅助时间分别为：

钻孔工步的辅助时间为：

ta=0.15*24s=3.6s;

扩孔工步的辅助时间为：

ta=0.15*0.18s=0.027s;

粗铰工步的辅助时间为：

ta=0.15*20.4s=3.06s;

精铰工步的辅助时间为：

ta=0.15*123s=18.45s;

6.其他时间的计算

除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。

由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：

钻孔工步的其他时间为：

tb+tx=6%*（24s+3.6s）=1.656s;

扩孔工步的其他时间为：

tb+tx=6%*（0.18s+0.027s）=0.012s

粗铰工步的其他时间为：

tb+tx=6%*（20.4s+3.06s）=1.408s;

精铰工步的其他时间为：

tb+tx=6%*（123s+18.45s）=8.487s;

单件时间tdj的计算

7.这里的各工序的单件时间分别为：

钻孔工步tdj钻=24s+3.6s+1.626s=29.226s;

扩孔工步tdj扩=0.18s+0.027s+0.012s=0.219s

粗铰工步tdj粗铰=20.4s+3.06s+1.408s=24.868s;

精铰工步tdj精铰=123s+18.45s+8.487s=39.937s;

因此，此工序的单件时间：

tdj=tdj钻+tdj扩tdj粗铰+tdj精铰=29.226s+0.219s+24.868s+39.937=94.25s。

3.2.2钻、粗铰、精铰Φ10孔

1钻孔工步：

根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得：

l=36mm;l2=0mm;

l1=D/2*cotkr+（1~2）=3.904mm;f=0.20mm/r;n=680mm/r.。

将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：

tj=（36mm+3.904mm）/（0.20mm/min*680r/min）=0.29min=17.4s。

2粗铰工步

根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得：

l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08

查得l1=0.19mm;l2=13mm;

而l=36mm;f=0.8mm/r;n=545r/min.。

将上述结果代入公式，

则该工序的基本时间：

tj=（36mm+0.19mm+13mm）/（0.8mm/min*545r/min）=0.34min=0.11min=6.6s。

3.精铰工步

同上，根据表5-41可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得：

l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02

查得l1=0.37mm;l2=13mm;而l=36mm;f=0.3mm/r;n=272r/min.。

将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：

tj=（36mm+0.37mm+13mm）/（0.3mm/min*272r/min）=0.605min=36.3s。

4．辅助时间ta的计算

同上辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=（0.15~0.2）tj,这里取ta=0.15tj,则各工序的辅助时间分别为：

钻孔工步的辅助时间为：

ta=0.15*17.4s=2.61s;

粗铰工步的辅助时间为：

ta=0.15*6.6s=0.99s;

精铰工步的辅助时间为：

ta=0.15*36.3s=5.45s;

5.其他时间的计算

除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。

由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：

钻孔工步的其他时间为：

tb+tx=6%*（17.4s+2.61s）=1.2s;

粗铰工步的其他时间为：

tb+tx=6%*（6.6s+0.99s）=0.46s;

精铰工步的其他时间为：

tb+tx=6%*（36.3s+5.45s）=2.51s;

6．单件时间tdj的计算

这里的各工序的单件时间分别为：

钻孔工步tdj钻=17.4s+2.61s+1.2s=21.21s;

粗铰工步tdj粗铰=6.6s+0.99s+0.46s=8.05s;

精铰工步tdj精铰=36.3s+5.45s+2.51s=44.26s;

因此，此工序的单件时间：

tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=21.21s+8.05s+44.26s=73.52s。

4机床夹具的设计

夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。

在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一