荆楚理工学院车床拨叉零件的专用夹具设计.docx
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荆楚理工学院车床拨叉零件的专用夹具设计
荆楚理工学院
课程设计成果
学院:
机械工程学院班级:
机制2班
学生姓名:
张建学号:
2011403010207
设计地点(单位):
A1303
设计题目:
车床拨叉零件的专用夹具设计
完成日期:
2014年5月21日
指导教师评语:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩(五级记分制):
教师签名:
荆楚理工学院课程设计任务书
设计题目:
车床拨叉零件的专用夹具设计
学生姓名
张建、张萌、夏元、李鹏
课程名称
机械制造工艺装备课程设计
专业班级
11机制2班
地点
A1303
起止时间
2014年5月12号――2014年5月23日
设计内容及要求
(1)夹具装配图 1张
夹具零件图 1套
(2)课程设计说明书 1份
设计参数
车床拨叉零件(附图3)设计加工
的专用车床夹具
生产纲领:
大批量生产
进度要求
序号
内容
基本要求
时间
备注
1
收集和研究有关资料
⑴分析零件图和相应工序的加工要求
⑵了解典型夹具的结构
1天
2
定位、对刀装置设计
⑴确定定位方案,选择定位元件
⑵确定刀具对刀或引导方式,选择对刀元件或导向元件
2天
3
夹紧装置设
确定夹紧方案,选择夹紧装置
2天
4
夹具体设计
⑴确定夹具其他部分结构,如分度装置等
⑵确定夹具体的形式和夹具的总体结构
2天
4
手绘图纸
绘制夹具的装配图和零件图
2天
编写设计计算说明书
整理和编写设计说明书
1天
小计
10天
参考资料
教材和课程设计指导书、夹具设计手册。
其它
零件图附后,如自选零件请事先申请,经老师审批后开始任务。
说明
1.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份,教研室审批后交学院院备案,一份由负责教师留用。
2.若填写内容较多可另纸附后。
3.一题多名学生共用的,在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。
教研室主任:
指导教师:
姜全新
2014年5月5日
目录
一.零件分析
(一)零件作用
(二)零件的工艺分析
二、确定毛坯
(一)确定毛坯类型
(二)机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
三、工艺规程设计
(一)定位基准的选择
(二)制定工艺路线
(三)确定切削用量及基本工时的计算
四、夹具设计
(一)问题的提出
(二)确定夹具的结构方案
(三)切削力及夹紧力计算
(四)定位误差分析
(五)定向键与对刀装置设计
一.零件分析
(一)零件作用
题目所给的零件是某车床的拨叉。
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。
零件的φ14孔与操纵机构相连,φ40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。
(二)零件的工艺分析
零件的材料为ZG45,该材料具有足够的强度、刚度和韧性,适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。
该拨叉形状特殊、结构简单,属典型的叉杆类零件。
为实现换档、变速的功能,其叉轴孔与变速叉轴有配合要求,因此加工精度要求较高。
叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷,为增强其耐磨性,该表面要求高频淬火处理,硬度为48~58HRC;为保证拨叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对叉轴孔14
的垂直度要求为0.05mm,其自身的平面度为0.08mm。
由此可见,该零件的工艺性较好。
该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔φ14
,在设计工艺规程时应重点予以保证。
二、确定毛坯
(一)确定毛坯类型
由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷,为增强拨叉的强度和冲击韧度,获得纤维组织,毛坯选用锻件。
该拨叉的轮廓尺寸不大,且生产类型属大批生产,为提高生产率和锻件精度,宜采用模锻方法制造毛坯。
毛坯的拔模斜度为5°。
(二)机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
1.外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差(φ14,φ40端面)。
查《机械制造工艺设计简明手册》(以下称《工艺手册》)表2.2~2.5,
车削加工余量为:
车铣1mm
3.其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整加工。
因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。
毛坯图
三、工艺规程设计
(一)定位基准的选择:
粗基准的选择:
对于零件而言,尽可能选择不加工表面为粗基准。
而对有若干个不加工表面的工件,则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。
根据这个基准选择原则,现选取φ14孔的不加工外轮廓表面作为粗基准。
精基准的选择:
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则,大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm;槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08m,故以φ14小头孔为精基准。
(二)制定工艺路线
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。
1.表面加工方法的确定
依据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件,先选定该表面加工工序加工方法,然后再考虑各粗、精加工阶段的加工方法。
决定各表面加工方法时还应对照每种加工方法所能达到的经济加工精度,先主要表面,后次要表面。
根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,查表确定加工件各表面的加工方案,如表7所示。
表7拨叉零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra(μm)
加工方案
备注
拨叉头上端面
IT13
12.5
粗铣
拨叉头下端面
IT13
12.5
粗铣
拨叉脚内表面(ф40mm孔)
IT7
1.6
粗车—精车
拨叉脚两端面
IT9
6.3
粗铣—精铣
ф14mm孔
IT9
3.2
粗扩—精扩—铰
2.加工阶段的划分
粗加工拨叉脚两端面和热处理后,应安排校直工序;在半精加工后,安排去毛刺和中间检验工序;精加工后,安排去毛刺、清洗和终检工序。
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,可以将工序定为:
工序号
工序名称
工序内容
工艺装备
1
铸
精密铸造,两件合铸
2
热处理
退火
3
划线
划各端面线及三个孔的线
4
车
以外形及下端面定位,按线找正,车R20
mm(φ40mm)孔至图样尺寸,并车孔的两侧面。
C620
专用工装
5
铣
以R20
mm内孔及上端面定位,装夹工件,铣φ25下端面,保证尺寸16
mm
Z52K
组合夹具
6
铣
以R20
mm内孔及下端面定位,装夹工件,铣φ25mm另一端面,保证尺寸28mm
Z52K
组合夹具
7
钻
以R20
mm内孔及上端面定位,装夹工件,钻、扩、铰φ14
mm孔,孔口倒角1×45°
Z5132A
组合夹具
8
划线
划R20
mm孔中心线及切开线
9
铣
以R20
mm内孔及上端面定位,装夹工件,切工件成单件,切口2mm
X62W
组合夹具
10
铣
以R20
mm孔及上端面定位,φ14
mm定向,装夹工件,精铣R20
mm端面,距中心2mm偏移
X62W
组合夹具
11
钻
以φ14
mm内孔及下端面定位,倒端孔口1×45°角
Z5132A
组合夹具
12
检验
按图样要求检查各部尺寸及精度
13
入库
入库
(三)确定切削用量及基本工时
粗、精车Ф40mm的孔
(1) 加工条件
工件材料:
ZG45бb=0.16GPa HBS=190~210,
机床:
CA6140车床
刀具;W18Cr4V硬质合金端车刀
由《切削用量简明手册》〉后称《切削手册》表3.2选择刀具的前角ro=+5o;后角ao=8o;副后角a’o=8,刀齿斜角λs=-10o,主刃Kr=60o,过渡刃Krε=30o,副刃Kr’=5o
(2) 切削用量
1)粗车Ф40mm的孔
a)切削深度
因切削用量较小,故可以选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需尺寸。
b)每齿进给量:
由《切削手册》表3.30可知机床的功率为7.5KW,查《切削手册》表3.5可得f=0.14~0.24mm/z,选较小量f=0.14mm/z
c)查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7,后刀面最大磨损为(1.0~1.5)mm 查《切削手册》表3.8,得 寿命T=180min
d)计算切削速度
按《切削手册》表3.27中的公式:
n=475r/min vf =600mm/s,则实际的切削速度为:
即v=119.3m/min,
实际进给量为:
f=0.13mm/z
e)校验机床功率
查《切削手册》表3.24,Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW,所以Pcm> Pcc,故校验合格。
最终确定ap=1.5mm nc=475r/min vc=600mm/min vc=119.3m/min fz=0.13mm/z
f)计算基本工时
公式中:
L=l+y+Δ;根据《切削手册》表3.26,可得 l+Δ=12mm,所以L=l+y+Δ=32+12=44mm 故 tm=44/600=0.073min
四、夹具设计
(一)、问题的提出
本夹具主要用来车Φ40孔,该孔与其他面没有任何关系。
在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而其位置尺寸为自由公差,精度不是主要问题。
(二)确定夹具的结构方案
(1)确定定位方案,设计定位装置
根据工序简图规定的定位基准,选用两面一销定位方案。
从基准的重合原则和定位的稳定性、可靠性出发,选择拨叉脚两端面为主要定位基准面,并选择拨叉脚侧面另外两个定位基准面。
因为是粗加工,用一个固定V型块和一个活动V型块夹住零件两头以定位。
该夹具可限制5个自由度
(2)确定夹紧机构
钢套的轴向刚度比径向刚度好,用一个环形压块压力紧。
(3)确定导向装置
孔要求进行钻、扩、铰3个工步的加工,生产批量大,故选用快换钻套作为刀具的导向元件。
(三)、切削力及夹紧力计算
1、刀具:
采用车刀φ40mmz=24,用车刀保证同时安装在主轴上面中间用隔套把两把车刀隔开,保证两把车刀之间距离为7mm。
这样就可以一次车两个面,并且尺寸易保证。
机床:
x51W立式床
由[3]所列公式得
查表9.4—8得其中:
修正系数
z=24
代入上式,可得F=889.4N
因在计算切削力时,须把安全系数考虑在内。
安全系数K=
其中:
为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以
2、夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机由
其中f为夹紧面上的摩擦系数,取
F=
+GG为工件自重
夹紧螺钉:
公称直径d=15mm,材料ZG45钢性能级数为6.8级
螺钉疲劳极限:
极限应力幅:
许用应力幅:
螺钉的强度校核:
螺钉的许用切应力为
[s]=3.5~4取[s]=4
得
满足要求
经校核:
满足强度要求,夹具安全可靠,
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧,调节夹紧力调节装置,即可指定可靠的夹紧力
(四)、定位误差分析
工件的工序基准为孔心,当工件孔径为最大,定位销的孔径为小
时,孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。
本夹具是用来在车床上加工,所以工件上孔与夹具上的定位销保持定
接触。
此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为
孔径公差多一半。
工件的定位基准为孔心。
工序尺寸方向与固定接触
点和销中心连线方向相同,则其定位误差为:
Td=Dmax-Dmin本工序
采用一活动V型块,一挡快定位,工件始终靠近挡块的一面。
但是,
由于此道工序后还有精加工,因此本道工序要求不高,故应当能满足
定位要求。
(五)、定向键与对刀装置设计
定向键安装在夹具底面的纵向槽中,一般使用两个。
其距离尽可能布置的远些。
通过定向键与铣床工作台T形槽的配合,使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。
根据GB2207—80定向键结构如图所示:
图3.3夹具体槽形与螺钉图
根据T形槽的宽度a=18mm定向键的结构尺寸如下:
表3.1定向键数据表
B
L
H
h
D
夹具体槽形尺寸
公称尺寸
允差d
允差
公称尺寸
允差D
25
-0.014
-0.045
40
14
6
15
6
24
+0.023
7
对刀装置由对刀块和塞尺组成,用来确定刀具与夹具的相对位置。
由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳内侧端面的粗铣加工,所以选用圆形对刀块。
圆形对刀块的结构和尺寸如图所示:
塞尺选用平塞尺,其结构如下图所示:
塞尺尺寸为:
表3.2平塞尺尺寸表
公称尺寸H
允差d
C
3
-0.006
0.25
总结
两周的课程设计结束了,课程设计之前,我充分分析了车床拔叉零件图。
通过分析零件的材料,加工要求,设计出初步加工工序,并对其加工工序进行分析,证明此加工过程的可行性。
这样,才确定了加工工艺过程。
设计开始后,认真分析每一道加工工序,查找资料,查找出加工余量,切削速度,主轴转速,切削速度,进给量,切削深度,选择加工余量,加工设备,加工所使用的刀具,检验设备。
通过以上的数据的确定,就可以确定出零件毛坯的尺寸。
最后,设计出加工所需的夹具,其中包括夹紧力、切削力的计算,及夹具体的设计过程。
这段时间里,在课程设计过程中,我们碰到了种种困难。
现在终于完成,极大的鼓舞了我们,锻炼了我们。
通过这次机械装备课程设计,使我学到了很多东西。
我知道了怎么设计一个简单零件的加工工艺,及其特定工序的组合夹具设计。
这些对我以后的学习和工作将会有很大的帮助。
参考文献
[1]陈立德.机械制造装备设计.北京:
高等教育出版社,2006
[2]艾兴,肖诗纲.切削用量简明手册机械工业出版社1994
[3]马贤智.机械加工余量与公差手册. 北京:
中国标准出版社,1994.
[4]陈立德.机械设计基础课程设计.北京:
高等教育出版社,2006
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- 理工学院 车床 零件 专用 夹具 设计
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