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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）
題目： C620撥叉的機(jī)械加工工藝規(guī)程及專用夾具設(shè)計
學(xué) 院：
姓 名：
學(xué) 號：
專 業(yè)：
年 級：
指導(dǎo)教師
二0一四 年 五 月
30
摘 要
本文首先對C620撥叉零件的結(jié)構(gòu)特點和工藝進(jìn)行了分析，然后確定大批量加工零件的毛坯生產(chǎn)手段及零件材料；分析了零件的其加工特點，確定其流水線的加工模式，從而實現(xiàn)定制大批量生產(chǎn)加工的工藝規(guī)程。就撥叉的加工工藝，分析了兩套加工方案，最終確定了一套科學(xué)合理的加工路線，并在以后的計算過程中，驗證了這套工序的合理性，最后，以工藝中銑削工序的專用夾具設(shè)計為例，進(jìn)行了夾具的設(shè)計的定位分析，并做了切削力、夾緊力的分析計算。
關(guān)鍵詞：撥叉、加工工藝、定位、夾具
Abstract
This paper first analyses the structure characteristics and technology of C620 fork parts, and then determine the mass processing parts of the blank material means of production and the part; analysis of the components of its processing characteristics, determine the processing mode of the pipeline, so as to realize the process customized mass production processing. Processing technology on the fork, analyzed two sets of processing programs, and ultimately determine the a set of scientific and reasonable processing route, and the calculation process in the future, to verify the rationality of this set of procedures, finally, to the design of special fixture of milling process as an example, the fixture design analysis, analysis and do the cutting force, clamping force calculation.
Keywords: fork, machining process, fixture, positioning
目 錄
摘 要 I
前 言 III
一、零件分析 1
（一）零件的作用 1
（二）零件的工藝分析 1
二、工藝規(guī)程設(shè)計 3
（一）確定毛坯制造形式 3
（二）選擇定位基準(zhǔn) 4
（三）制定工藝路線 7
（四）確定加工余量及毛坯尺寸 9
（五）確定切削用量及基本工時 10
三、夾具設(shè)計 22
（一）分析零件，明確設(shè)計任務(wù) 22
（二）確定定位及夾緊方案 22
（三）夾具參數(shù)計算 25
（四）夾具整體設(shè)計 27
四、設(shè)計總結(jié) 29
參考文獻(xiàn) 30
前 言
制造業(yè)作為工業(yè)經(jīng)濟(jì)的主體，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有十分重要的作用和地位，伴隨全球化，尤其是信息革命的發(fā)展，世界正發(fā)生深刻的變化。本畢業(yè)論文就是針對生產(chǎn)實際中的一個零件—C620撥叉，制定其機(jī)械加工工藝規(guī)程及專用夾具設(shè)計。
撥叉類零件廣泛應(yīng)用于汽車及各種機(jī)械設(shè)備的變速箱中，C620普通車床的撥動叉為傳動分離類零件，此類零件應(yīng)用于機(jī)床及汽車等機(jī)械設(shè)備中，起到變速的作用。其動作較為頻繁，是機(jī)械設(shè)備的常用備件，也是重要備件之一。
本文首先對C620撥叉零件的結(jié)構(gòu)特點和工藝進(jìn)行了分析，然后確定大批量加工零件的毛坯生產(chǎn)手段及零件材料；分析了零件的其加工特點，確定其流水線的加工模式，從而實現(xiàn)定制大批量生產(chǎn)加工的工藝規(guī)程。就撥叉的加工工藝，分析了兩套加工方案，最終確定了一套科學(xué)合理的加工路線，并在以后的計算過程中，驗證了這套工序的合理性，最后，以工藝中銑削工序的專用夾具設(shè)計為例，進(jìn)行了夾具的設(shè)計的定位分析，并做了切削力、夾緊力的分析計算。
一、零件分析
（一）零件的作用
撥叉類零件屬于傳動分離類的零件廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)等機(jī)械的變速箱中，作為變速箱變速的控制元件。以其良好的操縱性和良好的穩(wěn)定性得到廣泛應(yīng)用，該零件的制造工藝雖然簡單，但其過程涉及了車斷面、銑平面、鉆孔、攻螺紋等工序，具有一定代表性。
撥叉是通過撥動滑套與旋轉(zhuǎn)齒輪的接合實現(xiàn)換擋，使車床主軸得到不同的轉(zhuǎn)速?；咨厦嬗型箟K，滑套的凸塊插入齒輪的凹位，把滑套與齒輪固連在一起，使齒輪帶動滑套，滑套帶動輸出軸，將動力從輸入軸傳送至輸出軸。擺動撥叉可以控制滑套與不同齒輪的結(jié)合與分離，從而使主軸具有不同的轉(zhuǎn)數(shù)。
（二）零件的工藝分析
從零件圖可以看出，撥動叉中部為一個帶有矩形花鍵孔的圓柱體。圓柱體上部為一個具有螺紋孔及銷孔的方體翼板，下部為一斜向的板翼，板翼下端有一槽口。垂直于圓柱面中部有一個M22×1.5的螺紋孔。
零件以灰鑄鐵（HT200）為材料，硬度適中，灰鑄鐵生產(chǎn)工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，以下是撥動叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：（參看1-1）
圖1-1 各加工面示意圖
1、A面：φ44mm,Ra為6.3μm。
2、B面：φ35mm, 對A面有垂直度要求，不垂直度為0.02mm，Ra為12.5μm。
3、C孔：φ30mm，Ra為12.5μm。
4、D孔：花鍵，φ28H7，Ra為1.6μm。鍵槽6H7，Ra為1.6μm。
5、E面：L×B=88 mm×22mm，Ra為6.3μm 。
6、F槽：通槽，槽寬18mm, 兩側(cè)Ra為6.3μm；槽深22mm，槽底Ra為12.5μm。
7、G孔：M10，深30mm。
8、H孔：M22×1.5，與C孔通。
9、I 孔：絲孔，M8。
10、L面：對F槽有對稱度要求，不對稱度為0.20；對B面有垂直度要求，不垂直度為0.10 。
11、M孔：魚眼坑，φ26mm，深3mm。
二、工藝規(guī)程設(shè)計
（一）確定毛坯制造形式
在制定機(jī)械加工工藝規(guī)程時，正確地選擇毛坯的種類和形式有著重大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)意義。毛坯種類的選擇，不僅影響著毛坯制造的工藝、設(shè)備及制造費(fèi)用，而且對零件的機(jī)械加工工藝、設(shè)備和工具的消耗以及工時定額有很大的影響。毛坯的種類和質(zhì)量與零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率、材料消耗以及加工成本有著密切的關(guān)系。一般來說，提高毛坯質(zhì)量可以減少機(jī)械加工勞動量、提高材料利用率、降低機(jī)械加工成本，但同時卻增加了毛坯的制造成本，兩者是互相矛盾的。實際生產(chǎn)中，需要根據(jù)生產(chǎn)類型和毛坯車間的具體情況綜合考慮。
1、機(jī)械加工中常見的毛坯形式
（1）鑄件 適于制造形狀復(fù)雜的毛坯。常用的鑄件材料有灰鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等。目前生產(chǎn)中的鑄件大多數(shù)是用砂型鑄造，少數(shù)尺寸較小的優(yōu)質(zhì)鑄件可采用特種鑄造，如金屬型鑄造、離心鑄造和壓力鑄造等。造型方法有手工造型和機(jī)器造型。鑄型有木模和金屬之分。
（2）鍛件 適合于制造強(qiáng)度高、形狀比較簡單的毛坯。鍛件分為自由鍛造鍛件和模鍛鍛件兩種。自由鍛造鍛件是在各種鍛錘或壓力機(jī)上由手工多次操作而逐步成形。這種鍛件加工余量大，精度、生產(chǎn)率低鍛造時不需要專用模具，適用于單件和小批生產(chǎn)中結(jié)構(gòu)簡單或大型的零件。模鍛件是用一套專用的鍛模。在噸位較大的鍛錘或壓力機(jī)上鍛壓出的鍛件，鍛件精度、表面質(zhì)量比自由鍛好，加工余量較小。鍛件內(nèi)部有較好的纖維組織分布，機(jī)械強(qiáng)度較高，生產(chǎn)率也高，適用于批量較大的中小型零件。
(3)鋼板和型材 鋼板和型材是生產(chǎn)中最常見的毛坯形式，來源廣泛，不需要準(zhǔn)備周期。型材按截面形狀可分為方鋼、圓鋼、角鋼、槽鋼等，按供貨狀態(tài)分熱軋和冷軋兩類。熱軋型材適用于尺寸較大、經(jīng)度較低的一般零件的毛坯；冷軋型材多用于尺寸較小、毛坯精度要求較高的中小型零件的毛坯。
（4）焊接件 焊接件是指由鋼板或型材焊接而形成的零件毛坯，其主要有點事制造簡單，生產(chǎn)周期短，不需要專用的裝備。通過焊接形成大型件，還可以彌補(bǔ)工廠，毛坯制造能力的不足。但焊接件存在較大的殘余應(yīng)力，容易變形，精度不穩(wěn)定，故一般需要退火或時效處理。
再生產(chǎn)中，還可以使用組合形式的毛坯，即通過焊接的方法將鑄件、鍛件、型材或經(jīng)局部機(jī)械加工的半成品組合在一起。如大型曲軸，可以先分段鍛出各曲拐并將各曲拐粗加工，然后將各曲拐按規(guī)定的分布角度焊接成整體毛坯，熱處理后在進(jìn)行精加工。
2、毛坯選擇應(yīng)考慮的因素
（1）生產(chǎn)類型。 生產(chǎn)類型在很大程度上決定了采用哪一種毛坯制造方法是經(jīng)濟(jì)的。對于大批量生產(chǎn)，應(yīng)選擇精度和生產(chǎn)率都比較高的毛坯制造方法，這樣雖然用于毛坯制造的設(shè)備及裝備費(fèi)用比較高，但是可以減少材料消耗和降低機(jī)械加工費(fèi)用。單件小批時，應(yīng)選擇精度和生產(chǎn)率較低的毛坯制造方法，如自由鍛造鍛件和手工造型生產(chǎn)的鑄件等。
（2）零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸。 選擇毛坯應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和尺寸的大小。例如，常見的各種接替周，若各臺階直徑相差不大，可直接選取圓棒料；若各臺階直徑相差較大，為節(jié)約材料和減少機(jī)械加工量，則宜選則鍛件毛坯。形狀復(fù)雜的薄壁零件毛坯，往往不采用金屬型鑄造，尺寸較大的毛坯也往往不采用模鍛和壓鍛。箱體零件一般采用鑄造的方法來生產(chǎn)毛坯。某些外形復(fù)雜的小型零件，由于機(jī)械加工困難，還可以采用精密鑄造的方法。
（3）零件材料的力學(xué)性能。 毛坯的制造方法將影響其力學(xué)性能，如鍛件的力學(xué)性能高于型材。對于重要的零件，不論其結(jié)構(gòu)形狀如何復(fù)雜，均不宜直接選用型材而要選鍛件。
（4）零件材料的工藝性能 。如鑄鐵和青銅只能鑄造，不能鍛造。對于機(jī)器的底座等基礎(chǔ)件，在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，盡量不用鑄鋼件而使用鑄鐵件，以具優(yōu)良鑄造型性能和切削加工性能，同時，在使用中還有良好的減震性能。
經(jīng)分析最后確定零件材料為灰鑄鐵（HT200），鑄件毛坯。
（二）選擇定位基準(zhǔn)
在制定零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時，正確選擇定位基準(zhǔn)，對保證零件的加工精度、合理安排加工順序以及夾具結(jié)構(gòu)有著至關(guān)重要的影響。定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。在第一道工序或最初幾道工序中，只能用毛坯上的表面——未經(jīng)加工的表面作為定位基準(zhǔn)，這種定位基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)?？梢?，粗基準(zhǔn)并不是在粗加工過程中所使用的基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)也不是只能在精加工過程中使用。在粗加工階段中，可以使用粗基準(zhǔn)，也可以使用精基準(zhǔn)；同樣，在精加工階段，可以使用精基準(zhǔn)，也可以使用粗基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)有各自不同的選擇原則，這些原則都是從不同角度分析問題得來的。針對一個具體的零件，根據(jù)這些原則選擇粗基準(zhǔn)或精基準(zhǔn)時，有時會出現(xiàn)互相矛盾的情況，這就要求我們根據(jù)具體情況具體分析，結(jié)合零件實際情況進(jìn)行選擇。
1、粗基準(zhǔn)選擇原則
選擇粗基準(zhǔn)的出發(fā)點是合理分配加工余量，注重保證加工面與非加工面的相互位置精度。具體應(yīng)注意以下幾個原則：
（1）保證相互位置要求的原則 為保證工件上不加工表面與加工表面之間的位置精度要求，應(yīng)選不加工表面作為粗基準(zhǔn)。如果工件上有多個不需要加工表面，則應(yīng)選其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。
（2）保證加工表面加工余量合理分配的原則 為保證工件上某重要表面的加工余量均勻，應(yīng)選該表面作為粗基準(zhǔn)。如床身導(dǎo)軌面不僅要求有較高的尺寸和形狀精度，而且要求導(dǎo)軌面有均勻的金相組織和較高的耐磨性，此時應(yīng)先選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床腿底面，然后在以床腿底面作為基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面，從而保證導(dǎo)軌面的加工余量小而均勻。
（3）粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用的原則 粗基準(zhǔn)應(yīng)盡量避免重復(fù)使用，在同一尺寸方向上一般只允許使用一次。因為粗基準(zhǔn)是毛面，表面粗糙 、形狀誤差大，如果第二次安裝仍以該基準(zhǔn)定位，被加工零件將不可能準(zhǔn)確地再占據(jù)第一次安裝時的位置，所加工的表面與在第一次安裝中所加工的表面之間就會產(chǎn)生較大的位置誤差。
（4）便于工件裝夾原的則 選擇粗基準(zhǔn)時，必須考慮定位準(zhǔn)確，夾緊可靠以及夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等問題。為了保證定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，要求選用的粗基準(zhǔn)盡可能平整、光潔還有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其他缺陷。
2、精基準(zhǔn)的選擇原則
(1) 基準(zhǔn)重合原則 應(yīng)盡可能選擇被加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)。在對加工面位置尺寸有決定作用的工序中，特別是當(dāng)位置公差要求很小的時候，一般不應(yīng)違反這一規(guī)則。因為違反了這一原則就必然會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差，增大加工難度。
（2）統(tǒng)一基準(zhǔn)原則 當(dāng)工件以某一精基準(zhǔn)定位，可以比較方便地加工大多數(shù)（或所有）其他表面，則應(yīng)盡早地把這個基準(zhǔn)面加工出來，并達(dá)到一定精度，以后工序均已他為精基準(zhǔn)加工其他表面。采用統(tǒng)一基準(zhǔn)原則可以簡化夾具設(shè)計可以減少工件搬動次數(shù)和翻轉(zhuǎn)次數(shù)。
（3）互為基準(zhǔn)原則 某些位置度要求很高的表面，常采用互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的辦法來達(dá)到位置度要求。
（4）自為基準(zhǔn)原則 旨在減小表面粗糙度，減小加工余量和保證加工余量均勻的工序，常以加工面本身為基準(zhǔn)進(jìn)行加工。
（5）便于裝夾原則 所選擇的精基準(zhǔn)，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確可靠，夾緊機(jī)構(gòu)簡單，操作方便。
3、分析該零件，確定加工定位基準(zhǔn)。
該撥叉中間圓柱體雖然連有兩翼板，但它仍具有軸的一般加工規(guī)律，仍可先車削端面，鉆、擴(kuò)鉆中心孔等，然后以中心孔及端面定位，再加上其它面的定位，便可加工其他部位等。但是，撥動叉也有它自己的特點，因為它形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)平穩(wěn)性差，技術(shù)要求高，所以應(yīng)該采取相應(yīng)的工藝措施，根據(jù)以上原則及對零件的分析，擬訂出如下的定位基準(zhǔn)：
（1）、加工中心孔及其端面的定位基準(zhǔn)
加工中心孔及其端面時，為保證中心孔及端面與外圓柱面和不加工端面間的位置精度，同時也滿足粗基準(zhǔn)的余量均勻原則，用外圓柱表面及不加工的中心孔端面定位，外圓柱表面用長條V型鐵定四個自由度，不加工中心孔端面定一個自由度，車削用這五個自由度就能滿足加工要求了。所選的長條V型鐵及不加工端面定位加工中心孔后，按粗基準(zhǔn)中不能重復(fù)使用原則就不再以其定位。長條V型鐵的定位面因是鑄造成品面，也能滿足粗基準(zhǔn)之盡可能用精度要求高的主要表面作粗基準(zhǔn)的原則，作粗基準(zhǔn)的表面要盡量光整、光潔、有一定的面積以便于裝夾這一粗基準(zhǔn)原則在我們的長條V型鐵中也有所體現(xiàn)。一次裝夾就能加工出的花鍵中心底孔能夠保證精度要求。同時，為了安放零件，用到預(yù)定位V型鐵，還有加工過程中放有支撐架。
（2）、加工頂端、底端處平面及槽口的定位基準(zhǔn)
如上所述，按精基準(zhǔn)選擇原則——基準(zhǔn)重合原則、 基準(zhǔn)不變原則等銑削頂部及底部平面及槽口時，定位基準(zhǔn)為已加工成品的內(nèi)孔及其成品的端面，內(nèi)孔基準(zhǔn)同時也是設(shè)計基準(zhǔn)。設(shè)計專用夾具，專用夾具包括對刀塊等。頂部端面或底部槽口加工成品后也分別做精基準(zhǔn)，以后所有的加工按精基準(zhǔn)重合原則、 基準(zhǔn)不變原則—直到最后拉削花鍵為止，全部用中心定位及已加工端為基準(zhǔn)。
（三）制定工藝路線
零件上的全部加工表面應(yīng)安排在一個合理的加工順序中加工，這對保證零件質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低加工成本都至關(guān)重要。工序安排須遵循以下原則：
（1）先加工基準(zhǔn)面，再加工其他表面。這條原則有兩個含義：①工藝路線開始安排的加工面應(yīng)該是選作定位基準(zhǔn)的精基準(zhǔn)面，然后再以精基準(zhǔn)定位，加工其他表面。②為保證一定的定位精度，當(dāng)加工面的要求很高時，精加工前一般應(yīng)先精修一下精基準(zhǔn)。
（2）一般情況下，先加工平面，后加工孔。這條原則的含義是：①當(dāng)零件上有較大的平面可做定位基準(zhǔn)時，可先加工出來做定位面，以面定位，加工孔。這樣可以保證定位穩(wěn)定、準(zhǔn)確，裝夾工件往往也比較方便。②在毛坯面上鉆孔，容易使鉆頭引偏，若該平面需加工，則應(yīng)在鉆孔之前先加工平面。
（3）先加工主要表面，后加工次要表面。這里所說的主要表面系指：設(shè)計基準(zhǔn)面，主要工作面。而次要表面系指鍵槽、螺孔等其他表面。次要表面和主要表面之間往往有互相位置要求。因此，一般要在主要表面達(dá)到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面要注意的是“后加工”的含義并不一定是整個工藝過程的最后。
（4）先安排粗加工工序，后按排精加工工序。對于精度和表面質(zhì)量要求較高的零件，其粗精加工應(yīng)該分開。
根據(jù)以上原則以及前面對基準(zhǔn)選擇的分析。制定如下兩條工藝線路。
工藝路線方案一：（加工面參看圖1-1）
工序05：粗車、半精車A端面，鉆、擴(kuò)、鉸C孔
工序10：粗銑、半精銑E、L面
工序15：粗車B端面并倒角
工序20：鉆G孔并攻絲，锪M孔
工序25：鉆、擴(kuò)H孔并攻絲
工序30：鉆I1、I2孔并攻絲
工序35：粗銑、半精銑F槽
工序40：鏜D孔
工序45：拉C孔，花鍵
工序50：去毛刺，清洗
工序55：檢驗
工藝路線方案二：（加工面參看圖1-1）
工序05：粗車、半精車A端面，鉆、擴(kuò)、鉸C孔，鏜D孔
工序10：粗銑、半精銑E、L面
工序15：粗銑F槽
工序20：粗車端面B，鉆H孔并攻絲
工序25：鉆G孔并攻絲，锪M孔
工序30：鉆I1、I2孔并攻絲
工序35：拉花鍵C
工序40：去毛刺，清洗
工序45：檢驗
上述兩種方案大致看來還是比較合理的，但是通過仔細(xì)分析該零件的技術(shù)要求及可能采取的加工手段后，難免有個別問題之處，主要體現(xiàn)在以下幾點：①結(jié)合兩種方案，方案二比方案一工序集中，各工序之間排列較好。②方案二中把鉆、擴(kuò)、鉸C孔，鏜D孔放在一起加工，這樣安排的好處更有利用工序集中，而方案一是分開加工的。③方案一中的車B端面并倒角后鉆G孔，锪M孔，攻絲，再鉆、擴(kuò)H孔，總體來說，方案一工序安排比較散亂，多次裝夾，累計公差較大。而方案二中的車端面B并倒角，鉆、擴(kuò)H孔，加工完端面，直接加工孔，可以減少裝夾次數(shù)，提高加工效率。減少和降低成本。
綜上所述，方案二工序安排合理，工序集中，工序間排列最優(yōu)，提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以選擇工藝路線方案二為本撥動叉的工藝生產(chǎn)路線。
（四）確定加工余量及毛坯尺寸
為了達(dá)到零件圖規(guī)定的技術(shù)要求，一般要對毛坯進(jìn)行若干次切削加工，切除一層層的金屬，最后才能獲得所要求的零件。我們把工件上留作加工用的金屬層稱為加工余量。加工余量的大小對工件的 加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有較大的影響。余量較大時，加工時間增加，生產(chǎn)率降低，能源消耗增大，成本增加；余量較小時，難以消除前道工序的各種誤差和表面缺陷，甚至產(chǎn)生廢品。因此，應(yīng)合理確定各工序或工步的加工余量。影響加工余量的因素主要有加工表面上前一道工序留下的表面粗糙度和表面缺陷層深度、加工前或上道工序的尺寸公差、工件各表面間相互位置的空間偏差、本工序加工時的裝夾誤差等。
鑄件尺寸公差與加工表面總余量的確定。GB/T 6414—1999規(guī)定了鑄件尺寸公差，代號“CT”，分16級。鑄件尺寸公差的大小取決于鑄件尺寸公差等級CT以及毛坯鑄件基本尺寸的大小。鑄件的機(jī)械加工余量決定于鑄件的機(jī)械加工余量等級和經(jīng)最終加工后鑄件的最大輪廓尺寸。
經(jīng)分析本零件， 鑄件采用機(jī)器造型，木模，精度等級選8級，查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表12-2和12-3得，澆注頂面、側(cè)面的余量為6mm，底面余量為4mm，孔均鉆出。在選擇了毛坯、確定了加工余量的基礎(chǔ)上，繪制毛坯—零件綜合圖（參看圖2-1）:
圖2-1 毛坯-零件綜合圖
（五）確定切削用量及基本工時
選擇切削用量，就是要在已經(jīng)選擇好刀具材料和幾何角度的基礎(chǔ)上，合理地確定背吃刀量、進(jìn)給量和切削速度。合理的切削用量能夠充分利用刀具的切削性能和機(jī)床性能，在保證加工質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本。針對不同的加工性質(zhì)，在選擇切削用量時，考慮的側(cè)重點也應(yīng)有所區(qū)別。
在分析了零件，繪制了毛坯-零件綜合圖，對工序進(jìn)行判定了以后，計算了切削用量、功率以及工時。
1、切削用量及功率計算
工序05：粗車、半精車端面A，鉆、擴(kuò)、鉸C孔，鏜D孔
機(jī)床：臥式車床C620 P=7.5kw 主軸轉(zhuǎn)速：11.5～1200r/min 變速級數(shù)：24級
1.223則查《機(jī)械制造裝備設(shè)計》表3.6得該車床標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速列為：
11.5、14、17、21、25、31、38、47、57、70、86、105、130、158、195、240、300、355、435、535、655、800、980、1200
一次安裝：
工步1：粗車端面A至111mm，ap =5mm Ra為12.5μm
1、刀具：90°偏頭端面車刀(GB5343-85) YG6 Kr=90°
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—15得 f=0.7mm，
表14—1速度公式：
（公式3.3.11）
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=60min
代入公式3.3.11得86.67m/min
則轉(zhuǎn)速531r/min
最接近轉(zhuǎn)速593，則取n=593r/min
則：實際速度：96.82m/min
每分進(jìn)給415.1mm
切削力：3100
功率為：5.00kw
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8，=6.25kw<7.5kw.
因為， 實際使用切削功率小于臥式車床C620電機(jī)額定功率。則所選機(jī)床合適.
工步2：半精車A面至110mm，ap =1mm Ra為6.3μm
1、刀具：同工步1
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—15得 f=0.4mm，
表14—1速度公式：
（公式3.3.11）
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=60min
代入公式3.3.11得 111.95m/min
則轉(zhuǎn)速685r/min
則取n=593r/min
則：實際速度：96.82m/min
每分進(jìn)給237.2mm
切削力：1933
功率為：3.12kw
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8，3.9 kw
因為， 實際使用切削功率小于臥式車床C620電機(jī)額定功率。則所選機(jī)床合適.
工步3：鉆C孔至φ22mm ap =11mm
1、刀具：高速鋼錐柄麻花鉆d=22 L=35 l=200
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—33得d=16 f=0.35mm，表14—29速度公式：
(公式3.3.9)
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=60min
代入公式3.3.9 ：30.08m/min
則轉(zhuǎn)速=599r/min
n取876r/min
則：實際速度：=44m/min
每分進(jìn)給306.6mm
扭矩：23212
實際功率： 2.13
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8，2.66
因為， 實際使用切削功率小于臥式車床C620電機(jī)額定功率。則所選機(jī)床合適。
工步4：擴(kuò)C孔至φ23.2，ap=0.6mm
1、刀具：高速鋼錐柄擴(kuò)孔鉆（GB4256-84） d=23.4 l=281 l=160
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—37,14—41得d=23.4 f=0.7mm
表14—29速度公式：
（公式3.3.10）
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=30min
代入公式3.3.10得30.135m/min
則轉(zhuǎn)速=565r/min
轉(zhuǎn)速取362r/min
則：實際速度：=2.66m/min
每分進(jìn)給254mm
扭矩：14742
實際功率：0.56
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8 0.7kw<7.5kw
因為， 實際使用切削功率小于臥式車床C620電機(jī)額定功率。則所選機(jī)床合適.
工步5：鉸C孔至φ23.4，Ra3.2μm ap=0.1mm
刀具：錐柄機(jī)用鉸刀（GB1133-84） d=23.4
L=241 l=66
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—40，14—47
得d=23.4 f=0.1
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=20min
代入公式3.3.10得：=36.52m/min
則轉(zhuǎn)速=497r/min
n最接近86，轉(zhuǎn)速取n=86r/min
則：
實際速度：=6.318m/min
每分進(jìn)給860.18.6mm
扭矩：=3127.83
實際功率： 0.028
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8 實際=0.035<7.5kw 所選機(jī)床合適.
工步6：粗鏜D孔至φ30、ap =3.3mm，Ra12.5μm
1、刀具：通孔鏜刀 YG6 Kr=45°L=150 l=60
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—7得 f=0.7mm，
表14—1速度公式：
（公式3.3.12）
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=60min
代入公式3.3.12得88.14m/min
則轉(zhuǎn)速935r/min
則轉(zhuǎn)速取n=1400r/min
則：
實際速度：131.88m/min
每分進(jìn)給mm
切削力：1361
功率為：2.99kw
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8 =3.75kw
實際使用切削功率小于臥式車床C620電機(jī)額定功率。則所選機(jī)床合適.
工序10：粗銑、半精銑E、L面
機(jī)床：臥式銑床X63 P=10kw 主軸轉(zhuǎn)速：30~1500r/min
變速級數(shù)：18級
則查《機(jī)械制造裝備設(shè)計》表3.6得該銑床標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速列為：
30、37.5、47.5、60、75、95、118、150、190、236、300、375、475、600、750、950、1180、1500
一次安裝：
工步1：粗銑E至51mm,L至21mm ap=21mm Ra為12.5μm
1、刀具：直齒三面刃銑刀（GB1117-85）W18Cr4V
D=100 d=32 B=25 I=18
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14-83得f=2.7mm
表14-67速度公式：
(公式3.1.15)
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=160min
則代公式3.1.15得： 15.7m/min
則156.25r/min
轉(zhuǎn)速取n=95r/min
則：
實際速度：=9.55m/min
每分進(jìn)給4617mm
有效功率：
≈2.13kw
∵ 2.66
∴ 所選機(jī)床合適
工步2：半精銑E至50mm,L至22mm ap=22mm Ra為6.3μm
1、刀具：直齒三面刃銑刀（GB1117-85）W18Cr4V
D=100 d=32 B=25 I=18
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14-83得f=2.7mm
表14-67速度公式：
(公式3.1.15)
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=160min
則代公式3.1.15得：20m/min
則199r/min
轉(zhuǎn)速取n=119r/min
則：
實際速度：=11.96m/min
每分進(jìn)給321.3mm
有效功率：
≈1.92kw
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8 2.4kw則所選機(jī)床合適。
工序15：粗銑F槽
與工序10相似，在此省略計算過程。
工序20：粗車端面B，鉆H孔并攻絲
與工序05相似，在此省略計算過程。
工序25：鉆G孔并攻絲，锪M孔
機(jī)床：立式鉆床Z5025 P=1.5kw 主軸轉(zhuǎn)速：50～2000r/min
變速級數(shù)：9級
則查《機(jī)械制造裝備設(shè)計》表3.6得該鉆床標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速列為：
50、80、125、200、315、500、800、1250、2000
一次安裝：
工步1：鉆G孔至φ9.5，深10mm ap =4.25mm
1、刀具：高速鋼直柄短麻花鉆（GB1435-85）
d=9.5 L=84 l=40
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—33得d=9.5 f=0.35mm,
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=30min
代入公式3.3.9得：=28.69m/min
則轉(zhuǎn)速=961.7r/min
則取轉(zhuǎn)速n=1058r/min
則：
實際速度：=31.56m/min
每分進(jìn)給=370.3mm
扭矩：8183.16
實際功率：0.907
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8 ，，所選機(jī)床合適.
工步2：锪M孔至φ26，深3mm ap =1mm
1、刀具：高速鋼帶可換導(dǎo)拄錐柄平底锪（GB4261-84）
D=26 l=180
2、切削用量、功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—37,14—41得d=26 f=0.15mm
表14—29速度公式：
（公式3.3.10）
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=30min
代入公式3.3.10得=26.7m/min
則轉(zhuǎn)速=518r/min
轉(zhuǎn)速取490 r/min
則：
實際速度：==40m/min
每分進(jìn)給=73.5mm
扭矩：4804
實際功率：0.25
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8 ， =0.31，所選機(jī)床合適.
工步3：G孔攻絲至M10，深10mm ap =1.4mm
1、刀具：粗柄帶頸機(jī)用絲錐（GB3464-83）M10 d=10 L=80
2、切削用量，功率計算
查《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊》表14—90得d=10mm f=1.7
表14—29速度公式：
(公式3.3.14)
查《切削用量簡明手冊》表3.8得t=30
代入公式3.3.14得：6.9m/min
則轉(zhuǎn)速=220r/min
則轉(zhuǎn)速取n=166r/min
則：
實際速度：==5.2m/min
每分進(jìn)給=282.2mm
扭矩：=12933.9
實際功率：0.22
選擇機(jī)械傳遞效率為0.8 ，=0.275，所選機(jī)床合適.
工序30：鉆I1、I2孔并攻絲
與工序25相似，在此省略計算過程。
工序35：拉花鍵C
機(jī)床：臥式內(nèi)拉床L6110 P=17kw 電機(jī)轉(zhuǎn)速：980r/min
一次安裝：拉C孔至φ28H7、Ra1.6 ap=0.05mm
1、刀具：矩形齒花鍵拉刀 W18Cr4V D=28 L=880 L1=6 Z=6
2、切削用量、功率計算
查表14-118 14-121得：
切削速度 v=4 m/min
ap=0.05則拉削力為148N，當(dāng)N=148時，
查表得:P=9.9kw
比較功率，機(jī)械效率按0.8計算，12.38，所選機(jī)床合適。
工序40：去毛刺，清洗
工序45：檢驗
2、工時計算
各工序所用時間表：
時
間
工
序
準(zhǔn)備終結(jié)時間
基本
時間
輔助
時間
工作地點服務(wù)時間及生理時間
單件
時間
單件核算時間
工序Ⅰ
0.16
3.22
0.64
1.55
5.41
5.57
工序Ⅱ
0.05
0.94
0.19
0.45
1.58
1.63
工序Ⅲ
0.03
0.6
0.12
0.29
1
1.03
工序Ⅳ
0.33
0.66
0.13
0.31
1.11
1.44
工序Ⅴ
0.05
1.02
0.2
0.49
1.71
1.76
工序Ⅵ
0.04
0.77
0.15
0.37
1.29
1.33
工序Ⅶ
0.007
0.14
0.03
0.07
0.23
0.24
準(zhǔn)備終結(jié)時間： （公式3.3.3）
基本時間： （公式3.3.4）
輔助時間： （公式3.3.5）
服務(wù)時間： （公式3.3.6）
單件時間： （公式3.3.7）
三、夾具設(shè)計
（一）分析零件，明確設(shè)計任務(wù)
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，在普通夾具不適用的情況下需要專用非標(biāo)準(zhǔn)夾具。經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計工序10粗銑、半精銑E、L面銑床夾具。本夾具將用于X63臥式銑床。刀具為直齒三面刃銑刀，對工件的兩個面同時進(jìn)行加工。
零件加工面的技術(shù)要求：
E面：L×B=88 mm×22mm，Ra為6.3μm,
L面：對F槽有對稱度要求，不對稱度為0.20；
對E面有垂直度要求，不垂直度為0.10。
（二）確定定位及夾緊方案
1、定位方案的確定
六點定位原理：工件在空間直角坐標(biāo)系中，有分別沿三個坐標(biāo)軸的移動自由度和分別繞三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度，共六個自由度。這六個自由度需要用按一定要求布置的六個支撐點一一消除，其中每個支撐點相應(yīng)的消除一個自由度。要使工件在夾具中占有正確的、統(tǒng)一的位置，就必須在空間直角坐標(biāo)系中，通過定位元件限制工件的這六個自由度。應(yīng)用六點定位原理，工件在夾具中的定位分析，就可以轉(zhuǎn)化為在空間直角坐標(biāo)系中用相應(yīng)的定位支承點限制工件自由度的方式來進(jìn)行。一個定位支承點只能限制工件的一個自由度，為保證工件定位的穩(wěn)定性，在一個完整的定位方案中定位支承點的數(shù)目一般不的少于三個。在實際的加工過程中，由于工件的形狀特點、加工要求特點和精度特點，通常有如下幾種情況：① 完全定位和不完全定位。②欠定位。③過定位。
根據(jù)工件加工要求、形狀特點，利用六點定位原理對工件進(jìn)行定位分析，確定工件所必須消除的自由度數(shù)，可以是完全定，也可以是不完全定位，但不允許出現(xiàn)欠定位。過定位是否允許應(yīng)按實際加工情況來確定。工件應(yīng)限制的自由度確定后，下一步就是要提出合理的定位方案。
圖3-1 定位方案一
如圖3-1所示，參見圖1-1在端A面設(shè)置三個不共線的支承點1、2、3，限制Y向移動自由度、X向轉(zhuǎn)動自由度、Z向轉(zhuǎn)動自由度，三個自由度被限制。側(cè)面的支撐點4、5，限制了X向移動自由度、Y向轉(zhuǎn)動自由度，兩個自由度被限制。內(nèi)孔的點6，限制Z向的移動自由度。則六個點限制零件的六個自由度，零件在空間位置被確定下來。
實際采用圓柱心軸與H孔配合定位，用平面與A面重合定位，用圓頭支撐釘?shù)亩ㄎ蝗齻€定位元件組合方式來實現(xiàn)。采用圓頭支撐釘為點面的接觸，避免過定位產(chǎn)生。定位簡圖如下圖(圖3-2)：
圓柱心軸的定位 圓頭支撐釘?shù)亩ㄎ?
圖3-2
2、夾緊方案的確定
在機(jī)械加工中，工件的定位和加緊是兩個密切相關(guān)的過程，工件定位后，就必須采用一定的機(jī)構(gòu)將工件壓緊夾牢，使工件在切削過程中不會因為切削力、重力、慣性力或離心力等外力作用而發(fā)生位置變化或產(chǎn)生振動，以便保證工件的加工精度和安全生產(chǎn)。夾具夾緊裝置是否可靠及準(zhǔn)確，對零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及夾具的壽命影響很大。要正確地設(shè)計夾緊裝置，必須滿足幾點要求：①在夾緊過程中，工件能保持既定位置，即在夾緊力的作用下，不能離開定位支承元件。②夾緊力的大小要適當(dāng)、可靠。③自鎖性能要好。④在保證證產(chǎn)率和加工精度的前提下，加緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和自動化程化程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)批量相適應(yīng)，夾緊動作迅速，操作方便、安全省力，同時便于制造和維修。
夾緊力的方向，見圖3-3，兩點夾緊，夾緊力F1方向與切削力方向相反。夾緊力F2與切屑力方向垂直。夾緊完全為手動夾緊。
圖3-3 定位夾緊力
將定位心軸按照技術(shù)要求安裝，保證鍵的修配量。將C620撥叉工件穿入心軸。調(diào)整工件定位釘?shù)奈恢茫斪」ぜ?，讓工件以心軸為軸可微量轉(zhuǎn)動，保證圖紙的尺寸。調(diào)整好后用鎖緊螺母，鎖緊好定位釘。見夾具簡圖圖3-4.
圖3-4 定位支撐釘?shù)恼{(diào)整
調(diào)整好定位支撐釘后，有三個M4X12的內(nèi)六角螺釘來固定夾緊組件與夾具體的安裝。具有1mm的調(diào)整量。將拉桿置于夾緊的位置（壓頭伸出的位置）連桿死點的位置，即1、2、3連桿的孔中心位于同一直線為自鎖的點，頂緊工件的面。后讓加緊組件微微向前約0.07-0.1mm。實際操作過程可用塞規(guī)調(diào)整。調(diào)整后堅固螺釘。擰緊螺釘后保證壓頭伸出最高點時對工件有0.07-0.1mm的壓緊量。見簡圖3-5
圖3-5 壓緊組件調(diào)整
夾具相對于機(jī)床的定位安裝，夾具底部有兩個定位鍵，用于夾具與銑床工作臺面的定位。地面與工作臺面相互重合。定位鍵深入工作臺的槽內(nèi)，保證心軸的對稱軸與銑刀進(jìn)給的方向平行一致。即保證夾具的平行度的行位偏差0.03mm。用四個外六角螺釘、墊片及螺母將夾具堅固與銑床的工作臺面。
將夾具手桿置于后方，使壓頭置于松開狀態(tài)。將轉(zhuǎn)序后的工件毛坯穿入心軸之中?？拷?，端面A與夾具體以及定位支撐釘后，安裝好壓塊，手動旋入壓緊螺母，搬動夾緊轉(zhuǎn)桿緊固。也可以用扳手緊固。緊固后上推壓緊手柄使壓頭壓緊工件，連桿處于自鎖狀態(tài)。即可進(jìn)行銑削。
（三）夾具參數(shù)計算
1、切削力計算
工件銑削加工設(shè)備，選用X63臥式銑床，主要參數(shù)：工作臺尺寸（mm）：400×2000，三向行程（mm）：900×315×385，主軸轉(zhuǎn)速30r/min～1500r/min，主軸功率11kW。刀具選用直齒三面刃刀GB1117-85。技術(shù)參數(shù)：D=100mm,d=32mm，L=25mm，齒數(shù)I=18，d1=47mm。
銑削的切削力[9]：
（公式5.5.2）
其中：
F —— 銑削力，N
—— 工件材料及銑刀類型的系數(shù)，灰鑄鐵查表取294
—— 銑削深度，mm ，8mm
—— 每齒進(jìn)給量，mm，0.15mm
—— 銑刀直徑，mm 100mm
B —— 銑削寬度，mm，22mm
—— 高速鋼刀具，工件材料機(jī)械性能不同的修正系數(shù)，
，HB布氏硬度180 ，系數(shù)取0.91
z —— 銑刀齒數(shù) ，18
=
=
≈3069N
即銑床的切削力為3069N。
2、夾緊力計算
本夾具體夾緊力等于，螺母夾緊和手桿夾緊的兩個力之和。見圖5-6夾緊力WK=wk1+wk2，即夾緊力wk1與wk2的矢量和，F(xiàn)為切削力，wk2為螺母夾緊力。wk1為垂直與切削力方向的手動夾緊力。
圖3-6 夾緊力示意圖
查表計算公式[9]：
wk1=kF（u） （公式5.5.3）
wk2=kF （公式5.5.4）
其中：
F——切削力；
K——安全系數(shù) K=，查表取值1.8；
U——工件材料的摩擦系數(shù) 查表的0.2；
WK=wk1+wk2
=1.8X3069+0.2X3069X1.8
=6628N
查表得，螺紋直徑M16、螺距2mm的螺母夾緊力為7870N，完全能保證夾緊的可靠性。加上手動壓頭的夾緊力使夾具的安全可靠性更高。
（四）夾具整體設(shè)計
1．材料的選擇
夾具的材料選擇依據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則[9]。夾具體選HT200，主要零件需要熱處理。夾具體：選用HT200采用鑄造加工，之后焊接。經(jīng)過時效處理。
定位心軸：選用T8A,淬火 HRC55-60.
壓頭支撐座：HT200采用鑄造加工
壓頭：20號鋼，滲碳t=0.8mm,淬火-回火 HRC60
連桿：45號鋼，淬火-回火 HRC60
軸釘：20號鋼，滲碳t=0.8mm,淬火-回火 HRC60
心軸用螺母：45號鋼，淬火-回火 HRC40
對刀塊：45號鋼，淬火-回火 HRC40
詳見夾具裝配圖標(biāo)題欄零件明細(xì)材料表。標(biāo)準(zhǔn)件均采用不銹鋼材料。
2. 夾具裝配圖及夾具體零件圖
詳見附件夾具裝配圖及夾具體零件圖紙。圖3-7為夾具實體簡圖。
圖3-7 夾具實體簡圖
圖3-7 夾具實體簡圖
四、設(shè)計總結(jié)
撥叉作為變速機(jī)構(gòu)中的常用零件，以其經(jīng)濟(jì)性與實用性還將長期存在。工序間采用專用夾具，雖然設(shè)計周期有所延長，但大大縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，同時提高了加工精度，降低了產(chǎn)品的不合格率。隨著技術(shù)的不斷更新，工藝的不斷完善，撥叉類零件的加工方法也將取得長足發(fā)展。
本次撥動叉設(shè)計主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計，第二階段是專用夾具設(shè)計。第一階段我們運(yùn)用了基準(zhǔn)選擇、切削用量選擇計算、機(jī)床選用、時間定額計算等方面的知識；夾具設(shè)計的階段運(yùn)用了工件定位、夾緊機(jī)構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的知識。
通過此次設(shè)計，使我們基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設(shè)計的方法和步驟等。學(xué)會了查相關(guān)手冊、選擇使用工藝裝備等等。
總的來說，這次設(shè)計，使我們在基本理論的綜合運(yùn)用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設(shè)計的能力，為以后的設(shè)計工作打下了較好的基礎(chǔ)。
由于個人能力所限，設(shè)計中難免還有許多不足之處，懇請各位老師批評指正、指教！本人將表示真誠的感謝。
最后真誠的感謝曾一凡老師的指導(dǎo)！
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