柴油機拔叉零件加工工藝規(guī)程及夾具設計

前言大學本科生畢業(yè)設計是對大學生四年學習的運用和總結，也是對大學生實際能力的一次檢查。在設計過程中，學生必須查閱大量的相關資料，認真研究老師所給課題或自選課題，進行大量的分析計算和論證，對原有的產(chǎn)品和方法進行改進和創(chuàng)新，最終得出自己的畢業(yè)設計成果。作為機械設計制造及自動化專業(yè)機械制造方向的學生，老師給我的畢業(yè)設計課題是“年產(chǎn)1萬件12V柴油機撥叉零件加工工藝規(guī)程設計與夾具設計”。柴油機撥叉零件是中等復雜程度的典型零件，其加工工藝過程很具有代表性。在工藝規(guī)程設計中，我通過對零件結構特征性能以及其生產(chǎn)綱領和生產(chǎn)條件的分析，選擇最佳的毛坯制造工藝和零件加工工藝，并進行了零件數(shù)控加工程序的編制。而且在夾具設計過程中，我運用了PRO/E軟件進行夾具的造型設計和裝配設計，大大地提高了夾具的合理性和可行性。當我在老師的指導下獨立地完成畢業(yè)設計后，我感到極大的喜悅。因為畢業(yè)設計不僅讓我加強了原來所學知識的掌握和運用，而且讓我學到了更多有用的新知識，還極大地提高了我的實際動手能力。在畢業(yè)設計過程中，難免出現(xiàn)錯誤和不足之處，懇請和感謝各位指導老師批評指正。20XX年6月1日全套圖紙加V信153893706或扣3346389411摘要 我的畢業(yè)設計是年產(chǎn)1萬件柴油機拔叉零件機械加工工藝規(guī)程設計以及夾具設計。在工藝規(guī)程設計過程中，我盡可能使設計的工藝規(guī)程與工廠的生產(chǎn)綱領相適應，使零件加工更快速、更經(jīng)濟、更符合工藝要求。在夾具設計過程中，根據(jù)畢業(yè)設計任務書以及指導老師的要求，我重視PRO/E在夾具設計過程中的應用，使設計的夾具更具體形象、更符合實際生產(chǎn)的要求，可減少因缺乏三維立體設計而帶來的錯誤。而且，PRO/E也給工程繪圖帶來了很大的方便。關鍵詞：工藝規(guī)程、夾具設計、PRO/E。ABSTRACTThesubjectofmygraduationdesigningistodesignthetechnicalprocessofmanufacturingdieselengines’plucks,andthefixingtoolsintheirmanufacturingprogramms.whendesigningthetechnicalprocedure,Imakeeffortstoletmydesigningfitforproducingplansofthemanufactory,andproduceaccessoriesmorequackly,moreeconomically.whendesigningthegrips,atfirstIusePRO/Etodesigntheirmolelsandstructures.laterIdrawtheirgraphicswhichcanbeusedinmanufactoriesdirectly.Inthismethod,thegripsthatIdesigninmycomputerbecomemoreobjectiveandmorerealizable.Besides,italsoreducealotoferrorsindesigningprogram.KeyWords:technicalprocess,gripdesign,PRO/E.目錄PRO/E概況及主要使用模塊功能簡介PRO/E概況——————————————————————1PRO/E主要使用功能模塊簡介——————————————2零件分析2.1零件生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)條件分析——————————————22.2零件的功用及工作條件—————————————————22.3零件材料及熱處理要求—————————————————22.4零件形狀和結構特點——————————————————22.5零件主要加工表面和主要技術要求————————————3毛坯制造3.1毛坯制造方法—————————————————————43.2毛坯圖繪制—————————————————————4零件加工工藝規(guī)程設計4.1初步擬訂加工工藝路線—————————————————54.2機械加工余量確定———————————————————8零件數(shù)控加工程序編制—————————————————26夾具設計6.1機床夾具的功能和應滿足的要求—————————————386.2機床夾具的類型和基本組成———————————————396.3夾具設計任務—————————————————————416.4銑削夾具設計—————————————————————416.5鉆孔夾具設計—————————————————————446.6夾具設計自我評價————————————————————49經(jīng)濟分析————————————————————————49參考資料———————————————————————————51設計體會———————————————————————————52正文PRO/E概況及主要使用模塊功能簡介1.1PRO/E概況PRO/ENGINGEERPRO/E概況及主要使用模塊功能簡介操作軟件是美國參數(shù)技術公司（ParametricTechnologyCorporation,簡稱PTC）的主要產(chǎn)品。它提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念徹底改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這一全新的概念已成為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準。利用該概念開發(fā)的第3代機械CAD/CAE/CAM產(chǎn)品Pro/engineer軟件能將設計到制造的全過程集成在一起，讓所有的用戶能夠同時進行同一產(chǎn)品的設計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。從設計思路上看，Pro/engineer系統(tǒng)可以實現(xiàn)真正的的全相關性，任何修改都會自動反映到所有相關對象；它具有真正管理并開發(fā)并行工程、實現(xiàn)并行工程的能力；具有強大的裝配功能，能夠始終保持設計者的設計意圖，可以極大地提高設計效率。從實用性來看，Pro/ENGINEER系統(tǒng)界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計思想與習慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。它不但可以應用于工作站，而且現(xiàn)在也推出了單機版，大大增強了它的競爭力。Pro/ENGINEER不但能對零件進行三維建模、對三維實體進行裝配，而且還能對模具型腔自動生成，因而在模具設計方面用Pro/ENGINEER大大提高了設計效率。1.2PRO/E主要使用功能模塊簡介零件設計PRO/E零件設計主要包括三維造型、參數(shù)化草圖設計、曲面造型、裝配造型、利用族表關系建立零件庫、設置各項工程資料、分析CAD模型等。組件功能模塊包括組件的設計裝配、組件的交換校驗、NC模型等等。制造功能模塊這是PRO/E最強大的功能模塊，包括各種機械制造處理設計，如鑄造設計，模具設計，NC程序加工等等。工程圖、制表等其他功能模塊。二．零件分析2.1零件生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)條件分析生產(chǎn)綱領：年產(chǎn)10000件，屬于大批生產(chǎn)。生產(chǎn)條件：該廠為某大型汽車制造廠家，具有雄厚的經(jīng)濟實力和技術實力。而且，隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，中國汽車市場的需求量急劇增長。但由于中國加入WTO，中國汽車產(chǎn)業(yè)正面臨著國內(nèi)外巨大的競爭壓力，為在激烈的競爭中贏得主動，各汽車生產(chǎn)廠家必須改進各零部件的加工工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，提高生產(chǎn)率，降低成本。因此該零件產(chǎn)品具有很大的市場潛力。2.2零件的功用及工作條件撥叉零件功用：撥叉零件是汽車柴油機中做來回撥動，主要傳遞彎矩，使嚙合齒輪配合或分離。工作條件：撥叉零件在柴油機中承受彎矩和沖擊載荷，因此該零件須具備一定的強度和表面質(zhì)量。2.3零件材料及熱處理要求材料：ZG35CrMo熱處理條件：HRC30—352.4零件形狀和結構特點該零件為帶通孔且中間開叉的圓柱零件，結構較為復雜，加工時易變形。因此在加工時要努力減少其變形，特別重要的加工工藝須采用專用夾具。2.5零件主要加工表面和主要技術要求主要加工表面：Φ38圓柱面及端面Φ16+0.037+0.051圓柱面及端面兩平行面220+0.084通孔Φ80+0.015倒角及圓角主要技術要求：兩平行面關于圓柱軸線的對稱度0.03 孔軸線與圓柱軸線的垂直度Φ0.06Φ38端面與圓柱軸線的垂直度0.04孔Φ80+0.015的表面粗糙度Ｒa=1.6Φ16圓柱面的表面粗糙度Ｒa=0.8220+0.084平行平面的表面粗糙度Ｒa=3.2其余表面粗糙度Ra=12.5毛坯制造3.1毛坯制造方法：機械造型砂型鑄造選擇依據(jù)：零件材料為ZG35CrMo，毛坯只能采用鑄造。再根據(jù)零件的結構特點、生產(chǎn)類型以及生產(chǎn)條件，毛坯采用機械造型砂型鑄造，Φ8孔不鑄出。3.2毛坯圖繪制3.2.1毛坯鑄造余量毛坯加工方法為機械造型砂型鑄造，大批生產(chǎn)。查閱機械加工手冊尺寸公差為CT9MAH鑄件的機械加工余量（見表1）序號基本尺寸加工余量等級加工余量數(shù)值尺寸公差說明1Φ16H3.01.6圓柱面，雙側加工2Φ38H3.01.8圓柱面，雙側加工345H3.02.0端面，雙側加工464H3.02.2端面，雙側加工522H（CT10）3.02.4平行槽面，公差等級降一級，雙側加工66H3.01.5端面，雙側加工3.2.2毛坯簡圖零件加工工藝規(guī)程設計4.1初步擬訂加工工藝路線由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，故采用萬能機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應降低生產(chǎn)成本。4.1.1加工工藝路線方案一工序1：粗車Φ16端面，粗車Φ16外圓（R1圓弧車刀），粗車Φ38閉口端端面。工序2：車Φ38外端面及外圓，倒角2×45°，車圓弧溝R1.2（保證Φ35.5）。工序3：半精車Φ38閉口端端面，倒角2×45°。工序4：半精車Φ16外圓（R1圓弧車刀）。工序5：磨Φ16外圓。工序6：粗銑兩平行平面。工序7：精銑兩平行平面，銑出圓角R3，銑倒角0.5×45°。工序8：鉆孔Φ8，用定心鉆和鉆頭鉆孔。工序9：粗鉸Φ8孔。工序10：精鉸Φ8孔。工序11：檢驗。4.1.2加工工藝路線方案二工序1：粗車Φ16外圓（R1圓弧車刀）。工序2：粗車Φ38外圓和端面。車圓弧溝R1.2，倒角0.5×45°。工序3：半精車Φ38閉口端端面，粗車Φ16端面，半精車Φ16外圓，倒角2×45°。工序4：精車Φ16外圓。工序5：細精車Φ16外圓。工序6：粗銑兩平行平面。工序7：精銑兩平行平面，銑出圓角R3，銑倒角0.5×45°。工序8：鉆Φ8孔，使用Φ7.8定心鉆和鉆頭鉆孔。工序9：粗鉸Φ8孔。工序10：精鉸Φ8孔。工序11：檢驗。4.1.3加工工藝方案比較和分析方案一主要強調(diào)工序集中，注重減少裝夾次數(shù)，減少工時，但在保證加工尺寸精度和位置精度上不足。方案二則通過基準重合能更好地保證位置精度和尺寸精度，能提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低廢品率。但方案二的精車細精車Φ16外圓在考慮精度和經(jīng)濟性角度不如改為磨Φ16外圓。而且銑平行槽需以Φ16外圓定位，因此銑平面可安排在磨Φ16外圓之后。4.1.4最終確定的加工工藝路線工序1：粗車Φ38閉口端端面，粗車Φ16端面及外圓。以Φ38外圓為定位粗基準，選C6136臥式車床和專用夾具。工序2：車Φ38外圓及端面，倒2×45°角。以Φ16外圓為定位基準，選C6136臥式車床和專用夾具。工序3：半精車Φ38閉口端端面，半精車Φ16外圓（選用R1圓弧車刀），倒角2×45°。以Φ38外圓為定位基準，選用C6136臥式車床和專用夾具。工序4：車圓弧溝R1.2。以Φ16外圓定位，選用C6136臥式車床和專用夾具，以及R1.2圓弧車刀。工序5：磨Φ16外圓，并靠磨其臺肩，保證尺寸精度和表面粗糙度Ra=0.8，以Φ38外圓定位，選用M1320E外圓磨床和專用夾具。工序6：粗銑22mm寬槽，以Φ16外圓及端面定位，采用專用銑床和專用夾具，以及帶R3圓角成形銑刀。工序7：精銑220+0.084寬槽，以Φ16外圓及端面定位，采用專用銑床和專用夾具，專用成形銑刀帶R3圓角。工序8：鉆孔Φ7.8mm，選用Z4012臺式鉆床和專用鉆模，采用定性鉆和鉆頭鉆孔，配以專用夾具，以槽的兩平行面定位。工序9：粗鉸孔Φ8，選用Z4012臺式鉆床和專用夾具，以槽的兩平行面定位。工序10：精鉸孔Φ8，保證尺寸精度和位置精度，選用Z4012臺式鉆床和專用夾具，以槽的兩平行面定位。工序11：終檢。4.2機械加工余量確定加工余量分別按零件的每個加工部位來計算。Φ38外圓，因為Φ38外圓的表面粗糙度Ra=12.5，只需粗車即可達到，而鑄件車寸為Φ44±0.9，此時直徑加工余量2Z=6mm。Φ16外圓，Φ16外圓的表面粗糙度要求Ra=0.8，且有位置精度要求。綜合保證質(zhì)量和經(jīng)濟性考慮，選擇粗車—半精車—磨削的加工方法以達到要求，而鑄件尺寸為Φ22±0.8。加工余量計算表（表2）鑄件粗車后半精車后磨削后基本尺寸(mm)Φ22±0.8Φ180+0.27Φ16.50+0.11Φ16+0.033+0.051加工余量(mm)2Z=62Z=42Z=1.52Z=0.5Φ16端面，Φ16端面的表面粗糙度Ra=12.5，且無其它工藝要求，因此只需粗車端面即可。而鑄件在該位置的加工余量為３mm，Ｚ＝３mm。Φ38閉口端端面，其表面粗糙度Ra=6.3,且與Φ16圓柱軸的垂直度為0.04mm，據(jù)此采用粗車—半精車的加工方法以達到要求。鑄件在該位置的加工余量為3mm。粗車加工余量Z=2.0mm，精車加工余量Z=1.0mm。Φ38開口端端面，該端面表面粗糙度Ra=12.5，且無位置精度要求，故采用粗車端面即可達到工藝要求。鑄件在該位置的加工余量Z=3，所以粗車端面的加工余量Z=3mm。平行槽面，該平面的表面粗糙度Ra=3.2。且有對稱度0.03mm的要求。故采用成形銑刀粗銑—精銑的加工方法，雙側加工余量2Z=6mm。加工余量計算表（表3）鑄件粗銑后精銑后基本尺寸(mm)16±1.2200+0.33220+0.084加工余量(mm)2Z=62Z=42Z=2Φ8孔，Φ8孔的表面粗糙度Ra=1.6，且孔軸線與槽平面具有垂直度為0.06的要求。但由于孔徑太小，不能進行車削或鏜削加工，只能采用鉆模鉆孔—粗鉸孔—精鉸孔的加工方法。加工余量計算表（表4）鉆孔粗鉸孔精鉸孔加工后尺寸（mm）Φ7.8Φ7.96Φ80+0.015其它，倒角和R1.2圓弧溝均采用一次性加工成型。4.3切削用量及基本工時確定采用分工序確定切削用量和基本工時。工序1：粗車Φ38端面，粗車Φ16端面及外圓。本工序采用計算法確定切削用量。加工條件工件材料：ZG35CrMo，熱處理HRC30~35，或HB283~323，σb=0.32Gpa，機器造型砂型鑄造。加工要求：粗車Φ38閉口端端面，粗車Φ16mm端面，Φ16mm外圓，表面粗糙度值Rz=200μm。機床：選用C6136臥式車床和專用夾具。刀具材料：刀片材料為硬質(zhì)合金鋼YT14，刀桿尺寸為16×25mm，主偏角kr=90°,前角r0=10°，后角a0=6°,刀尖半徑rR=1mm。計算切削用量粗車Φ38端面確定端面最大加工余量，已知毛坯長度方向加工余量為3mm，而粗車加工余量為2mm,只需一次加工，ap=2mm，長度加工公差按IT12級，取-0.3mm（入體方向）。確定進給量f：根據(jù)《常用金屬材料切削數(shù)據(jù)手冊》（后面簡稱《切削數(shù)據(jù)手冊》）表2-1，刀桿尺寸為16×25，工件尺寸為44mm,ap=2mm<3mm時，f=0.4~0.5mm/r。按C6136車床說明書表1.30，取f=0.4mm/r。計算切削速度：按《切削數(shù)據(jù)手冊》式2-1切削速度理論計算公式為VC＝Ｃr/TmfbapcHBd刀具壽命Ｔ選?。裕?0min查《切削數(shù)據(jù)手冊》表2-6工件材料為低碳合金鑄鋼8cCr=3638.794m=0.28b=0.35c=0.18d=0.46取HB=300Vc=3638.794/（600.280.40.3520.183000.46）=101.94m/min切削條件改變時切削速度的修正系數(shù)《切削數(shù)據(jù)手冊》表2-7、2-8、2-9工件表面狀況的修正系數(shù)ks帶鑄造夾雜物時ks=0.5～０.７，鑒于生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件，取ks＝０.７刀具材料牌號改變時的修正系數(shù)km工件材料為鑄鋼，刀具材料為YT14，km＝１加工方式改變時的修正系數(shù)kp車外圓的修正系數(shù)kp＝１車端面的修正系數(shù)kp＝０.６切削速度Ｖ＝ＶＣ×ks×km×kp＝101.94×0.7×1×0.6＝42.8（m/min）確定主軸轉速ns=1000v/（πdw）=1000×42.8/44π＝310（r/min）按機床說明書，與310r/min相近的主軸轉速為280和400r/min，如果選擇280r/min，則速度損失較大，所以主軸轉速選擇400r/min。實際切削速度V＝400πdw/1000=55.3（m/min）計算切削工時l=（44-22）/2=11mm，l1=2mm，l2=0，ls=0tm=（l+l1）/（nwf）=13/160=0.082（min）粗車Φ16端面切削深度，單邊加工余量Z=3mm，可一次加工，ap=3mm進給量，查《切削數(shù)據(jù)手冊》，f=0.2～0.3mm/r，取f=0.2mm/r計算切削速度VcVc＝cr/（TmfbapcHBd）＝3638.974/（600.280.20.3530.183000.46）＝121（m/min）修正切削速度V=Vc×ks×km×kpV=121×0.7×1×0.6=50.8（m/min）主軸轉速ns=1000v/（πdw）=1000×50.8/（22π）=734r/min根據(jù)機床說明書，與734r/min相近的主軸轉速有560r/min和800r/min，為避免速度損失，選擇n=800r/min實際切削速度VV=πdwn/1000＝55.3（m/min）切削工時l=（22-0）/2=11mm，l1=2mm，l2=2mm，ls=0tm=（11+2+2）/（nwf）=15/400=0.094（min）I、粗車Φ16外圓切削深度，單邊加工余量Z=2mm，可一次切削加工，ap=2mm。進給量，查《切削數(shù)據(jù)手冊》，f＝0.3～0.4mm/r，取f=0.3mm/r計算切削速度Vc=3638.974/（600.280.30.3520.183000.46）=112.8（m/min）修正切削速度V=Vc×ks×km×kp=112.8×0.7×1×1=80（m/min）此時車外圓取kp=1。主軸轉速ns=1000V/（πdw）=1000×80/（22π）=1157（r/min）據(jù)機床說明書，與1157r/min相近的主軸轉速為1120r/min和1600r/min，選擇主軸轉速n=1120（r/min）實際切削速度V=（πdwn）/1000=π×22×1120/1000=77.4（m/min）。驗證機床功率查《切削數(shù)據(jù)手冊》表2-58，切削深度ap=2mm，進給量f=0.3mm/r，T=60min時，主切削力FZ=1361.35（N）。車削切削功率Pm=（FZV）/（60×1000）=1361.35×77.4/（60000）=1.76（KW）由《機械制造手冊》知，C6136機床的主電動機功率為4KW，當主軸轉速為1120r/min時，主軸傳遞的功率為2.5KW，所以機床功率足夠滿足正常加工。檢驗機床進給系統(tǒng)強度由《機械制造手冊》表12-13，得知切削力FC=9.81CFCapXFcfYfc(60Vc)nFckFc其中Vc單位為m/sCFc=270XFc=1.0YFc=0.75nFc=-0.15粗略計算取kFc=1。FC=9.81×270×21.0×0.30.75×77.4（-0.15）×1=1118.4（N）背向力FP=9.81CFpapXFpfYfp(60Vc)nFpkFpCFp=199XFp=0.9YFp=0.6nFp=-0.3取KFp=1Fp=9.81×199×20.9×0.30.6×77.4-0.3×=480（N）進給力Ff=9.81CFfapXFffYFf(60Vc)nFfkFfCFf=294XFf=1.0YFf=0.5nFf=-0.4取KFf=1Ff=9.81×294×21.0×0.30.5×77.4-0.4×=555（N）取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，則切削力在縱向進給方向對進給機構的作用力為F=Ff+μ（Fc+Fp）=555+0.1（1118.4+480）=715（N）而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為3530N，故機床進給系統(tǒng)可正常工作。切削工時l=19+2－３=18mml1=2mm，l2=0，ls=0t=（l+l1+l2+ls）/（n×f）=（18+2）/（1120×0.3）=0.06（min）工序2：車Φ38端面及外圓，倒角2×45°。1）車Φ38端面切削深度，Φ38端面長度方向單邊加工余量Z=3mm，可一次加工，故可取切削深度ap=3mm。進給量由《切削數(shù)據(jù)手冊》查得f＝0.3～0.4（mm/r）取f=0.3（mm/r）計算切削速度Vc＝cr/（TmfbapcHBd）＝3638.974/（600.280.30.3530.183000.46）＝105（m/min）修正切削速度V=Vc×ks×km×kp=105×0.7×1×0.6=44（m/min）此時車端面取kp=0.6。主軸轉速ns=1000V/（πdw）=1000×44/（44π）=318（r/min）據(jù)機床說明書，與318r/min相近的主軸轉速為280r/min和400r/min，選擇主軸轉速n=400（r/min）。實際切削速度V=（πdwn）/1000=π×44×400/1000＝55.3（m/min）。切削工時l=44-16=28mml1=2mml2=2mmt=（28+2+2）/（nsf）=32/（400×0.3）=0.27（min）1）車Φ38外圓切削深度Φ38外圓直徑方向加工余量Z=3mm，為保證加工質(zhì)量，采用兩次走刀加工，所以取ap=1.5（mm）進給量由《切削數(shù)據(jù)手冊》查得f＝0.3～0.4（mm/r）取f=0.4（mm/r）計算切削速度Vc＝cr/（TmfbapcHBd）＝3638.974/（600.280.40.351.50.183000.46）＝107.4（m/min）修正切削速度V=Vc×ks×km×kp=107.4×0.7×1×1=75.2（m/min）此時車外圓取kp=1。主軸轉速ns=1000V/（πdw）=1000×75.2/（44π）=544（r/min）據(jù)機床說明書，與544r/min相近的主軸轉速為400r/min和560r/min，選擇主軸轉速n=560（r/min）。實際切削速度V=（πdwn）/1000=π×44×560/1000＝77.4（m/min）。驗證機床功率查《切削數(shù)據(jù)手冊》表2-58，切削深度ap=1mm，進給量f=0.4mm/r，T=60min時，主切削力FZ=894.84（N）。切削深度ap=2mm，進給量f=0.4mm/r，T=60min時，主切削力FZ=1669.84（N）。所以估計，切削深度ap=1.5mm，進給量f=0.4mm/r，T=60min時，主切削力FZ=（894.84+1669.84）/2=1282（N）車削切削功率Pm=（FZV）/（60×1000）=1282×77.4/（60000）=1.65（KW）由《機械制造手冊》知，C6136機床的主電動機功率為4KW，當主軸轉速為600r/min時，主軸傳遞的功率為3.1KW，所以機床功率足夠滿足正常加工。檢驗機床進給系統(tǒng)強度由《機械制造手冊》表12-13，得知切削力FC=9.81CFCapXFcfYfc(60Vc)nFckFc其中Vc單位為m/sCFc=270XFc=1.0YFc=0.75nFc=-0.15粗略計算取kFc=1。FC=9.81×270×1.51.0×0.40.75×77.4（-0.15）×=1041（N）徑向背向力FP=9.81CFpapXFpfYfp(60Vc)nFpkFpCFp=199XFp=0.9YFp=0.6nFp=-0.3取KFp=1Fp=9.81×199×1.50.9×0.40.6×77.4-0.3×=440（N）軸向進給力Ff=9.81CFfapXFffYFf(60Vc)nFfkFfCFf=294XFf=1.0YFf=0.5nFf=-0.4取KFf=1Ff=9.81×294×1.51.0×0.40.5×77.4-0.4×=480（N）取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，則切削力在縱向進給方向對進給機構的作用力為F=Ff+μ（Fc+Fp）=480+0.1（1041+440）=628.1（N）而機床縱向進給機構可承受的最大縱向力為3530N，故機床進給系統(tǒng)可正常工作。切削工時l=51－２－３=46mml1=2mm，l2=3mm，ls=0t=（l+l1+l2+ls）/（ns×f）=（46+2+3）/（560×0.4）=0.23（min）1）倒角2×45°本工序采用與車Φ38外圓相同的轉速，手動進給，取f=0.4mm/r，ap=2mm、vc=77.4m/min、ns=560r/mint=（l+l1）/（nsf）=（2+2）/（560×0.4）=0.02（min）工序3：半精車Φ16外圓，半精車Φ38閉口端端面，倒角2×45°。1）半精車Φ16外圓切削深度，本工序的單邊加工余量Z=0.75mm，可一次加工，故可取切削深度ap=0.75mm。進給量由《切削數(shù)據(jù)手冊》查得f＝0.2～0.3（mm/r）取f=0.2（mm/r）計算切削速度Vc＝cr/（TmfbapcHBd）＝3638.974/（600.280.20.350.750.183000.46）＝155（m/min）修正切削速度V=Vc×ks×km×kp=155×0.7×1×1=108（m/min）此時車外圓取kp=1。主軸轉速ns=1000V/（πdw）=1000×108/（44π）=2160（r/min）據(jù)機床說明書，選擇主軸轉速n=2000（r/min）。實際切削速度V=（πdwn）/1000=π×44×2000/1000＝100.5（m/min）。切削工時l=19mml1=3mml2=0t=（19+3）/（nsf）=22/（2000×0.2）=0.06（min）1）倒角2×15°采用與車Φ16外圓相同的轉速，手動走刀。取f=0.2mm/r，ap=2mm、ns=2000r/min、v=100.5m/minl=2mm，l1=2mmt=（l+l1）/（nsf）=4/（2000×0.2）=0.01（min）2）半精車Φ38閉口端端面切削深度本工序單側加工余量Z=1.0mm，一次走刀加工，所以取ap=1mm。進給量由《切削數(shù)據(jù)手冊》得f＝0.2～0.3（mm/r）取f=0.2（mm/r）計算切削速度Vc＝cr/（TmfbapcHBd）＝3638.974/（600.280.20.3510.183000.46）＝147（m/min）修正切削速度V=Vc×ks×km×kp=147×0.7×1×0.6=61.7（m/min）此時車外圓取kp=0.6。主軸轉速ns=1000V/（πdw）=1000×61.7/（38π）=517（r/min）據(jù)機床說明書，取主軸轉速n=560（r/min）。實際切削速度V=（πdwn）/1000=π×38×560/1000＝69（m/min）。切削工時l=（38-16）/2=11，l2=2mmt=（l+l1）/（nsf）=13/（560×0.2）=0.12（min）1）倒角2×45°采用與車Φ38端面相同的轉速，手動走刀取f=0.3mm/r，ap=2mm、ns=560r/min、v=69（m/min）l=2mm，l1=2mmt=（l+l1）/（nsf）=4/（560×0.3）=0.02（min）工序4：車R1.2圓弧溝采用R1.2成形車刀，手動走刀，進給量取0.3mm/r。采用與車Φ38外圓相同的轉速n=560r/min，切削速度v=77.4m/mint=（l+l1）/（nf）=（1.2+2）/（560×0.3）=0.02（min）工序5：磨Φ16外圓并靠磨抬肩本工序采用M1320E外圓磨床采用樹脂結合劑砂輪。根據(jù)《金屬切削速查速算手冊》表5-44選擇砂輪速度為30m/s工件速度vw=15m/min一次磨削，所以切削深度ap=0.5mm工件縱向進給量f=0.0144mm/r砂輪尺寸直徑400mm寬度50mm砂輪主軸轉速v=（30×60）/（0.4π）=1433.1（r/min）取1450r/min工件轉速V=15/（0.016π）=298.6（r/min）取300r/min走刀長度l=19mm，l1=3mm，l2=3mm磨削工時t=（l+l1+l2）/（Vf）=（19+3+3）/（300×0.0144）=5.78（min）工序6：粗銑20mm寬槽本工序采用成形銑刀立銑一次加工。刀具材料：W18Cr4V銑刀寬度：20mm銑刀圓角半徑：R=3mm銑削深度：ap=39-1=38mm銑削寬度：B=4mm，D=20mm切削速度由《切削數(shù)據(jù)手冊》立銑刀切削速度的數(shù)學模型為V=CrDd/[Tm.fzb（B/D）capeHBg]式中V—高速鋼立銑刀的切削速度m/minT—立銑刀的壽命，由于大批量生產(chǎn)，壽命取60minB—銑削寬度，B=4mmfz—每齒進給量，mm/齒HB—工件材料的布氏硬度，取HB=300Cr—系數(shù)m、b、c、d、e、g—指數(shù)查《切削數(shù)據(jù)手冊》表5—2，工件材料為8cCr=631.26m=0.338b=0.511c=0.439d=0.023e=0.101g=0.5由于槽深度較大，fz值應取小些，取fz=0.05mm/zV=631.26×200.023/（600.3380.050.5110.20.439380.1013000.5）=63.48m/min主軸轉速ns=1000v/（πdw）=1000×63.48/（20π）=1010.4（r/min）取ns=1000（r/min）實際切削速度V=πdwns/1000=62.8（m/min）fm=fz×Z×ns=0.05×3×1000=150（mm/min）切削工時經(jīng)計算l=31mm，l1=3mm，l2=3mmtm=（l+l1+l2）/fm=（31+3+3）/150=0.247（min） 工序7：精銑220+0.084槽面采用成形銑刀立銑一次加工。銑刀直徑D=22mm銑削寬度B=2mmB/D=2/22=0.091銑削深度ap=39mm進給量fz=0.03（mm/z）切削速度由《切削數(shù)據(jù)手冊》得V=（631.26×220.023）/（600.038×0.030.511×0.0910.439×390.101×3000.5）=116.4m/minns=1000v/（πdw0）=1000×116.4/（22π）=1684（r/min）主軸轉速取ns=1600r/min實際切削速度v=（22π×1600）/1000=110.6m/minfm=0.03×3×1600=144（mm/min）切削工時經(jīng)計算l=30mm，l1=3mm，l2=3mmtm=（30+3+3）/fm=36/144=0.25（min）工序8：鉆Φ7.8通孔鉆頭類型：標準麻花鉆頭直徑為Φ7.8mm鉆頭材料：高速鋼W18Cr4V冷卻液：普通乳化液進給量：查《切削數(shù)據(jù)手冊》表3-1，鉆孔時的進給量f=0.06mm/r切削速度V=CrDd/TmfbHBc由表3-4Cr=2766.21T=60minm=0.34b=0.72c=0.95d=0.27v=（2766.21×7.80.27）/（600.34×0.060.72×3000.95）=40.2（m/min）主軸轉速ns=40.2×1000/（πdw）=1642（r/min）取ns=1600（r/min）實際切削速度V=πdwns/1000=π×7.8×1600/1000=39.2（m/min）切削工時經(jīng)計算l=8mm，l1=6mm，l2=2mmtm=（l+l1+l2）/（nsf）=16/（1600×0.06）=0.167min加工兩對稱孔，加工時間t=2tm=0.333（min）工序9：粗鉸Φ8孔鉸孔直徑為Φ7.96mm查《金屬機械加工工藝人員手冊》表10-81，機鉸圓柱孔的進給量f=0.5mm/r。單邊加工余量ap=（7.96-7.8）/2=0.08mm由表10-32可取切削速度v=21.6m/min主軸轉速n=686r/min切削工時tm=（l+l1+l2）/（nf）=（8+6+2）/（686×0.5）=0.05min旋轉180°加工對稱孔，工序加工時間t=2tm=0.1min。工序10：精鉸Φ8孔直徑尺寸為Φ80+0.015單邊加工余量ap=（8-7.96）/2=0.02mm進給量f查《金屬機械加工工藝人員手冊》表10-81，取f=0.3mm/r。切削速度和主軸轉速由《金屬機械加工工藝人員手冊》表10-32，取切削速度v=3m/min主軸轉速n=120r/min切削工時tm=（l+l1+l2）/（nf）=（8+6+2）/（120×0.3）=0.45min旋轉180°加工對稱孔，工序加工時間t=2tm=0.9min。工序11：終檢檢查零件尺寸精度和位置精度，主要檢查工具為專用量規(guī)和檢測儀。所需工時，初步估計為tm=0.5min。4.3機械加工工序編制根據(jù)加工要求，編制工序卡如下：五.零件數(shù)控加工程序編制數(shù)控加工主要適應多品種小批量復雜零件的加工。柴油機拔叉零件為大批量生產(chǎn)，而且零件結構不適合數(shù)控加工。因此另選擇一零件進行數(shù)控編程，零件圖如下：采用數(shù)控車削加工，數(shù)控程序編輯如下：N005G00G92G42X0Z0M03F50S600T01 N010G91Z4 N015X30 N020Z0 N025G01X-2M08N030Z4N035G00X15N040G01Z0N045G03X25Z-10R10N050G01Z-20N055G02X45Z-40R20N060G01X55Z-56N065Z-82N070G00X60M09N075Z20N080M05N085M02六.夾具設計6.1機床夾具的功能和應滿足的要求6.1.1機床夾具的功能保證加工精度工件通過機床夾具進行安裝，包括了兩層含義：一是工件通過夾具的定位元件獲得正確的位置，稱為定位；二是通過夾具的夾緊機構使工件的既定位置在加工過程中保持不變，稱為夾緊。這樣，就可以保證工件加工表面的位置精度，且精度穩(wěn)定。提高生產(chǎn)率使用機床夾具來安裝工件，可以減少畫線、找正、對刀等輔助時間，采用多件、多工位夾具，以及氣動，液壓動力夾緊裝置，可以進一步減少輔助時間，提高生產(chǎn)率。擴大機床使用范圍有些機床夾具實質(zhì)上是對機床進行了部分改造，擴大了原機床的功能和使用范圍。如在車床床鞍上安放鏜模夾具，就可以進行箱體零件的孔系加工。減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全。6.1.2機床夾具應滿足的要求保證加工精度這是必須做到的最基本的要求，其關鍵是正確的定位、夾緊和導向方案，夾具制造的技術要求，定位誤差的分析和驗算。夾具的總體方案應與年生產(chǎn)綱領相適應在大批量生產(chǎn)時，盡量采用快速、高效的定位、夾緊機構和動力裝置，提高自動化程度，符合生產(chǎn)節(jié)拍要求。在中小批量生產(chǎn)時，夾具應具有一定的可調(diào)性，以適應多品種工件的加工。安全、方便、減輕勞動強度機床夾具要有工作安全性考慮，必要時加防護裝置。要符合工人的操作位置和習慣，要有合適的工件裝卸位置和空間，使工人操作方便。大批量生產(chǎn)和工件笨重時，盡可能減輕工人勞動強度。排屑順暢機床夾具中積集切屑會影響工件的定位精度，切屑的熱量會使夾具和工件產(chǎn)生熱變形，影響加工精度。清理切屑會增加輔助時間，降低生產(chǎn)率，因此夾具設計過程中，應給予排屑問題充分的考慮。機床夾具應具有良好的強度、剛度和結構工藝性機床夾具設計時，要方便制造、檢測、調(diào)整和安裝，有利于夾具的制造精度。6.2機床夾具的類型和基本組成6.2.1機床夾具的類型按夾具的使用范圍來分，有下面五種：通用夾具通用夾具通用性強，一般不須調(diào)整就可以適應多種工件的安裝加工，在單件小批量生產(chǎn)中廣泛應用。如車床的卡盤，銑床上的平口鉗、分度頭，平面磨床的電磁吸盤等。專用夾具因為它是用于某一特定工件特定工序的夾具，稱為專用夾具。專用夾具廣泛用于成批生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)中?？烧{(diào)整夾具和成組夾具這一類夾具的特點是具有一定的可靠性，或稱“柔性”夾具中部分構件可更換，部分裝置可調(diào)整，以適應不同工件的加?？烧{(diào)整夾具一般適用于同類產(chǎn)品不同品種的生產(chǎn)，略作更換或調(diào)整就可用來安裝不同品種的工件。成組夾具使用于一組尺寸相似、結構相似，工藝相似工件的安裝和加工，在多品種、中小批量生產(chǎn)中有廣泛的應用前景。組合夾具它是由一系列的標準化元件組裝而成，標準元件有不同的形狀，尺寸和功能，其配合部分有良好的互換性和耐磨性。使用時，可根據(jù)被加工工件的結構和工序要求，選用適當元件進行組合連接，形成一專用夾具。用完后可將元件拆卸、清洗、涂油、入庫，以備后用。它特別適合單件小批生產(chǎn)中位置精度要求較高的元件的加工。隨行夾具這是一類在自動線和柔性制造系統(tǒng)中使用的夾具。它即要完成工件的定位和夾緊，又要作為運載工具將工件在機床間進行運輸，輸送到下一道工序的機床后，隨行夾具應在機床上準確的定位和可靠地夾緊。一條生產(chǎn)線上有許多隨行夾具，每個隨行夾具隨著工業(yè)經(jīng)歷工藝的全過程，然后卸下已加工的工件，裝上新的待加工工件，循環(huán)使用。6.2.2機床夾具的基本組成夾具的基本組成歸納如下幾部分：定位元件及定位裝置用于確定工件正確位置的元件或裝置。夾緊元件和夾緊裝置用于固定元件已或得的正確位置的元件和裝置。導向及對到元件用于確定工件與刀具相互位置的元件，如鉆床夾具的鉆模套。銑床夾具中常用對刀塊來確定刀具與工件的位置。動力裝置手動夾具沒有動力裝置。在成批生產(chǎn)中，為了減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)率，采用液動、氣動等動力裝置。夾具體用于將各種元件、裝置連接在一起體，并通過它將整個夾具安裝在機床上。其他元件及裝置根據(jù)加工需要來設置元件或裝置。以上所述，是機床夾具的基本組成部分。對于一個夾具體的夾具，可能略多或略少一點，但定位、夾緊和夾具體三部分一般是不可缺少的。6.3夾具設計任務為了提高勞動生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。根據(jù)指導老師給的設計任務，決定設計第6道工序—粗銑22mm寬槽面和第8道工序—鉆Φ80+0.015孔。6.4銑削夾具設計6.4.1粗銑夾具設計方案的確定定位方案選擇因為加工位置為銑槽，兩平行槽面對圓柱軸有對稱度0.03mm的要求，因此通過軸線來定位較好，可選擇用來定位的圓柱面有Φ38外圓和Φ16外圓，而Φ38外圓定位后夾緊強度不足，會大的夾緊變形，而且Φ38外圓未經(jīng)過加工，定位精度不高。而Φ16外圓在銑削前進行了精加工，因此用它定位較Φ38外圓有較高的定位精度。故經(jīng)比較后選擇Φ16外圓來定位，其它自由度由端面和槽面來定位。定位方案最終確定為短軸大平面確定5個自由度，還1個旋轉自由度由槽面在加工前定位。定位示意圖如下：夾緊方案確定根據(jù)零件尺寸大小和結構特點，綜合考慮立銑的加工方式，可對外圓水平夾緊或端面上端夾緊。若外圓水平夾緊，可用Φ38外圓或Φ16外圓夾緊，Φ38外圓夾緊則會因零件剛度不足產(chǎn)生零件變形。而Φ16外圓水平夾緊，則是既要定位又要夾緊，夾緊會產(chǎn)生定位誤差，而且Φ16外圓長19mm，相對加工長度39mm，為使力矩平衡必須提供更大的夾緊力。采用Φ38上端面夾緊可減少夾緊力，提高定位精度。因此夾緊方案確定為Φ38上端面槽兩側夾緊。定位元件設計零件采用定位套和可調(diào)整定位釘配合定位。結構定位套示意圖(4)夾緊元件和夾緊機構設計由于零件為叉形，且零件尺寸較小，而加工方式為立銑，兩槽面對圓柱軸有對稱位置精度0.03mm的要求。經(jīng)過分析，采用短軸大平面定位，上端夾緊的方式。而根據(jù)生產(chǎn)綱領的要求，盡可能采用快速、方便的夾緊方式，如氣動或液壓動力裝置。氣動較液壓動力更快速、更敏捷。在此工序夾具選擇氣動夾緊機構。夾緊機構要充分考慮零件的裝卸方便。(5)導向和對刀元件設計經(jīng)綜合分析，該夾具采用定位塊來導向，用對刀塊來對刀，對刀塊與刀具切削位置距離為3mm。對刀時，將刀具移近對刀塊，用3mm的塞尺塞入間隙來度量、調(diào)整刀具。（6）繪制夾具模型用PRO/ENGNEER零件建模工具繪制各零件，然后將各零件裝配成夾具模型立體圖。如下切削力和夾緊力的計算銑削刀具為：高速鋼立銑刀，銑削寬度為20mm，深度為39mm。查《機械加工工藝手冊》表10-136，估算切削力FN=3.6KN水平分力FH=1.1FN=3.96KN垂直分力FV=0.3FN=1.08KN考慮安全系數(shù)K=K1K2K3K4K1—基本安全系數(shù)1.5K2—加工性質(zhì)安全系數(shù)1.1K3—刀具鈍化系數(shù)1.1K4—斷續(xù)切削系數(shù)1.1則F`=KFN=1.5×1.1×1.1×1.1×3.96=7.92KN為克服水平切削力，實際夾緊力應為N（f1+f2）=KFHN=KFN/（f1+f2）f1及f2為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù)，f1=f2=0.25N=7.92/0.5=15.84KN汽缸選用Φ120mm，壓縮空氣單位壓力P=1.5MPa時，汽缸推力為16.9KN，汽缸產(chǎn)生的實際夾緊力N氣=16.9KN>15.8KN。故夾具可安全工作，汽缸壓縮空氣壓力為1.5MPa。6.4.2繪制工程圖在PRO/E中直接生成工程圖并修改，或者在PRO/E中生成工程圖后轉化格式在AUTOCAD中編輯修改。繪出夾具總裝配圖和零件圖。6.5鉆孔夾具設計6.5.1鉆孔夾具方案的確定（1）夾具定位方案的確定該工序加工內(nèi)容為Φ7.8孔，該孔穿過Φ38圓柱，與22mm寬槽面垂直，其垂直度為0.06mm。該孔采用Z4O12鉆床加工。經(jīng)分析此夾具仍可采用Φ16圓柱面定位兩個自由度，Φ38端面定位三個自由度以及22mm槽面定位一個自由度。定位方案如下圖表示：鉆孔夾具定位示意圖夾具夾緊方案的確定由于采用Φ16圓柱面和Φ38端面定位，而零件在Z4012鉆床上鉆孔，加工為垂直方向，因此由于零件尺寸較小，夾緊部位較小，最終確定采用橫向夾緊Φ38端面，這樣可以大大減少夾具體積。又因鉆孔工序要求較高，所需時間較長，而且在Z4012上只能進行單件加工，效率較低，為適應年生產(chǎn)綱領的要求，必須增加鉆床和技術工人的數(shù)量。因此，鉆床夾具可適當?shù)卦O計的簡單實用些，其夾緊機構也應該簡單穩(wěn)定，適當時可采用手動夾緊。手動夾緊機構可選擇斜楔夾緊機構、螺旋夾緊機構、偏心夾緊機構等。斜楔夾緊機構具有一定的擴力，可方便地使力的方向改變90°，其缺點是夾緊行程較短。螺旋夾緊機構是夾緊機構中應用最廣泛的一種。其優(yōu)點是擴力比較大，可達80以上，自鎖性好，結構簡單，制造方便，適應性強，但其動作慢，操作強度大。而偏心夾緊機構的優(yōu)點是結構簡單，操作方便，動作迅速。其缺點是自鎖性能差，夾緊行程和增力比小。而工件鉆孔的定位是將Φ16外圓完全插入定位套中，因此工件裝卸時必須要有足夠的空間