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汽车变速拨叉加工工艺及夹具设计

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汽车变速拨叉加工工艺及夹具设计汽车变速拨叉加工工艺及夹具设计 I 汽车变速拨叉加工工艺及夹具设计 II 目 录 第1章 绪 论 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 课题背景 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????...
汽车变速拨叉加工工艺及夹具设计
汽车变速拨叉加工工艺及夹具设计 I 汽车变速拨叉加工工艺及夹具设计 II 目 录 第1章 绪 论 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 课背景 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 国内外研究状况 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.3 研究内容和研究 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.4 课题研究的意义和目的 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 1.5 论文正文的结构 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 第2章 汽车拨叉的分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.1 汽车拨叉的作用 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.2 汽车拨叉工艺分析????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 2.3 汽车拨叉工艺要求????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 2.4 毛坯选择和制造方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 2.5 生产纲领 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 第3章 工艺规程设计 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 3.1 加工工艺过程 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 3.2 确定个表面加工 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 3.2.1 各表面加工注意事项 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 3.2.2 轴孔端面加工 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.2.3 叉脚端面加工 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.2.4 叉脚内侧面加工 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.2.5 轴孔加工??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.2.6 定位销孔加工 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.3 确定定位基准 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.3.1 粗基准的选择 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 3.3.2 精基准的选择原则 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 3.4 工艺路线的拟订 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 3.4.1 工序的合理组合 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 3.4.2 加工阶段的划分 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 III 3.4.3 加工工艺方案的比较????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.5 汽车拨叉毛坯设计 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 3.5.1 毛坯的结构工艺要求 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.5.2 偏差计算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.6 确定切削用量及基本工时(机动时间) ??????????????????????????????????????????????????????????? 15 3.6.1 工序一 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.6.2 工序二 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.6.3 工序三 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.6.4 工序四 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 3.6.5 工序五 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22 3.6.6 工序六 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 23 3.6.7 工序七 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25 3.6.8 工序八 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25 3.6.9 工序九 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 26 第4章 钻定位销孔夹具设计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 27 4.1 收集、研究原始资料 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 27 4.2 确定夹具的结构方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 4.2.1 确定工件的定位方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 4.2.2 选择定位元件,设计定位装置 ???????????????????????????????????????????????????????????? 29 4.2.3 分析计算定位误差 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 30 4.2.4 确定工件的夹紧装置 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 32 4.2.5 确定引导元件 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 34 4.2.6 确定其他结构 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 34 4.2.7 制订夹具技术条件 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 34 4.3 夹具精度分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 34 4.4 夹紧元件的强度校核 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 4.5 夹具设计及操作的简要 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 37 结 论?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 40 致 谢??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 错误~未定义书签。41 参考文献 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 错误~未定义书签。42 第1章 绪 论 1.1 课题背景 2009年中国汽车工业产销量达到了1368万辆,中国从最初的1956年1656辆发展到现在,从改革开放1978年14.9万辆达到三十年后的1300多万辆,对国民经济拉动的作用不容小觑。它带动了多人就业、及相关领域的发展。而与汽车工业有着密切关联的汽车零部件产业也经过多年的发展逐步走向了自主、独立的道路上 [1]来。 随着中国汽车市场被开发的程度不断深入,处于其产业链上游的汽车零部件跨国集团均以各种不同的方式,跟着其原有的供应渠道,流进了中国市场。 据有关权威部门公布的统计数据显示,截至目前,全球排名前100位的汽车零部件供应商中,已有70%来华开展业务,在中国大陆进行汽车零部件生产的外资企业超过1200家。2006年全国汽车零部件企业销售收入4035亿元,其中,外资(控股或独资)零部件占据了大部分市场份额,国产零部件仅占20%-25%。 导致这种状况出现的原因很多,但最主要的原因就是中国在汽车核心技术方面的欠缺,因此,我们就应该通过技术的改革来增强企业的竞争力,提高汽车零部件的生产质量就成了一个中国企业首要攻克的难题,所以改进汽车零部件的生产工艺 [2]和制造技术对于一个即将成为汽车生产大国来说迫在眉睫。 1.2 国内外研究状况 1、机床夹具的现状 国际生产研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂里,约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面,在多品种生产的企业中,每隔3 ~ 4年就要更新50 ~ 80%左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为10 ~ 20%左右。特别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求: 1) 能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本; 2) 能装夹一组具有相似性特征的工件; 3) 能适用于精密加工的高精度机床夹具; 1 4) 能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具; 5) 采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率; 6) 提高机床夹具的标准化程度。 2、现代机床夹具的发展方向 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。 (1) 标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准:GB/T2148~T2259,91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化,有利于夹具的商品化生产,有利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。 (2) 精密化 随着机械产品精度的日益提高,势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多,例如用于精密分度的多齿盘,其分度精度可达?0.1";用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘,其定心精度为5μm。 (3) 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间,以提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如,在铣床上使用电动虎钳装夹工件,效率可提高5倍左右;在车床上使用高速三爪自定心卡盘,可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件,从而使切削速度大幅度提高。目前,除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外,在数控机床上,尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置,充分发挥了数控机床的效率。 (4) 柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似,它是指机床夹具通过调整、组合等方式,以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要,扩大夹具的柔性化程度,改变专用夹具的不可拆结构 [3]为可拆结构,发展可调夹具结构,将是当前夹具发展的主要方向。 1.3 研究内容和研究方法 主要是研究汽车拨叉件的加工工艺和夹具的设计。首先对汽车拨叉件零件相关 2 资料进行收集,研究出零件的以下分析方法: (1) 首先对零件及其加工工艺进行分析,并根据零件产品图分析其形状特点、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸规格和力学性能,并结合可供选用的金属切削设备规格以及制造条件、生产批量等因素,分析零件的加工工艺性。良好的加工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、占用设备数量少、生产效率高、夹具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单。 确定工艺方案和主要工艺参数的计算。在机械加工工艺性分析的基础上,(2) 找出工艺与夹具设计的特点与难点,根据实际情况提出各种可能的加工工艺方案,内容包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式等。同一种零件可能存在多个可行的加工工艺方案,通常每种方案各有优缺点,应从产品质量、生产效率、设备占用情况、夹具制造的难易程度和寿命高低、生产成本、操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较,确定出适合于现有生产条件的最佳方案。此外,了解零件的作用及使用要求对零件加工工艺与夹具设计是有帮助的。工艺参数包括机床的转速、加工的刀具及其尺寸、加工余量和加工时间。 (3) 选择加工设备。选择机床时应考虑以下几个方面:1、机床的加工尺寸范围与零件的外廓尺寸相适应;2、机床的工作精度应与工序的精度要求相适应;3、机床的生产效率应与零件的生产类型相适应;4、机床的选择应考虑车间现有设备条 [4]件,尽量采用现有设备或对现有设备进行改装。 (4) 夹具结构形式的选择与设计。根据拟定的工艺方案,考虑零件的形状特点、零件尺寸大小、精度要求、生产批量、加工条件、操作方便与安全的要求等选定与设计夹具结构形式。在单件小批生产中,应尽量选用通用夹具和组合夹具,在大批、大量生产中应安工序加工要求设计制造专用夹具。夹具的结构设计主要有:定位装 置的设计、夹紧装置的设计、对刀及引导装置的设计和夹具体的设计。 (5) 夹具结构参数计算。确定夹具结构形式后,需计算或校核夹具结构上的有关参数,如定位元件的尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差,定位误差的计算、夹紧力的计算等。 (6) 绘制夹具图。夹具图是加工工艺与夹具设计结果的最终体现,一套完整的夹具图应该包括夹具和使用夹具的完备信息。夹具图的绘制应该符合国家制定的制图标准,同时考虑夹具行业的特殊要求与习惯。夹具图由总装图和非标准件的零件图组成。总装配图主要反映整个夹具各个零件之间的装配关系,同时要在夹具图中 3 用双点画线绘制出工件图,工件图应画为实际加工的位置。右下方列出夹具零件的明细表,写明技术要求等。零件图一般根据夹具总装配图测绘,应该有足够的必要的剖面、剖视图以将零件结构表达清楚。此外,要标注零件加工所需的所有结构尺 [5]寸、公差、表面粗糙度、热处理及其他技术要求。 对于一个完整的生产过程,加工工艺与夹具设计是密不可分的,二者相互联系,相互影响,因此前述方法可能需要交叉、反复进行。若方案有变化,则需重新进行设计计算。 1.4 课题研究的意义和目的 在汽车零部件的生产过程中,企业看重零件的生产工艺及其夹具的设计方案,达到提高汽车零部件质量和提高生产效率降低生产成本,提高国内汽配市场占有率的目的。通过对课题的分析与设计能够缩短产品生产周期,降低生产成本,对增强企业的竞争力有重大的意义。 1.5 论文正文的结构 本文共分六章,内容包括:绪论(简述了该课题的背景及国内外研究现状和研究方法以及意义和目的);汽车拨叉零件的分析(包括零件材料的分析和工艺的分析等);工艺规程设计计算(主要设计各道加工工序、计算各工序的工艺参数);定位销孔夹具的设计。 4 第2章 零件的工艺总体设计 2.1 汽车拨叉的作用 变速叉是典型的叉杆类零件。工作时,操纵变速操纵杆,通过叉型拨杆、变速导块、变速叉轴,带动变速叉拨动滑动齿套改换挡位,实现汽车行驶的各种速度。 变速箱在改换挡位时,变速叉拨动滑动齿套与同步锥半齿啮合。在啮合过程中,滑动齿套一直在做旋转运动,变速叉叉爪和滑动齿套拨叉槽产生摩擦,使叉爪部位产生磨损,叉杆同时受弯曲应力的作用。因此,变速叉结构形式、材质选择、热处 [6]理方式及硬度指标,均以增强耐磨性和刚度为基点,以适应变速叉的工作条件。 图2-1 汽车拨叉照片 2.2 汽车拨叉的工艺分析 汽车拨叉是一个很重要的零件,因为其零件尺寸比较小,结构形状较复杂,其轴孔的加工精度要求较高,此外还有拨叉脚上下端面要求加工,对精度要求也较高。其拨叉脚端面与轴孔中心轴有垂直度公差要求,定位销孔与轴孔中心轴垂直度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度,以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量,进而影响其性能与工作寿命,因此它们的加工是非常关键和重要的。 5 2.3 汽车拨叉工艺要求 图2-2 汽车拨叉零件图 6 一个好的结构不但要应该达到设计要求,而且要有好的机械加工工艺性,也就是要有加工的可能性,要便于加工,要能够保证加工质量,同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的,又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 拨叉零件图如图2-2,其加工有六组加工: (1) 粗铣轴孔上下端面,表面粗糙度要求为=6.3; Ra ,0.005(2) 钻轴孔φ,表面粗糙度要求为=3.2; 16Ra,0.025 (3) 粗精拨叉脚上下端面,表面粗糙度要求为=6.3; Ra (4) 粗精铣拨叉脚内侧面,表面粗糙度要求为=6.3; Ra ,0.36(5) 钻轴孔Ø,表面粗糙度要求为=6.3; R,0a (6) 磨拨叉脚上下端面,表面粗糙度要求为=6.3。 Ra 2.4 毛批的选择及制造方法 汽车拨叉零件材料为45#钢,为了获得纤维组织,增强其强度,采用模锻方法 07制造,其拔模斜度为,模锻成型后切边,并进行调质,调质硬度为220~260HV,并进行酸洗、喷丸处理。喷丸处理可提高表面硬度,增加耐磨性,消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。为提高耐磨性,对叉爪部位需进行高频淬火, [7]淬火硬度为600~750HV。 2.5 生产纲领 依设计题目知:N=30000台/年。 拨叉重量约为1kg,属轻型零件;由《机械制造工艺设计简明手册》表1.1-2知,该拨叉的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。 7 第3章 工艺规程设计 3.1 加工工艺过程 由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面和孔。一般来说,保证平 ,加工过程中的面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。因此,对于拨叉C来说主要问题是保证轴孔和定位销孔的尺寸精度及位置精度,处理好轴孔和定位销孔与平面之间的相互关系。 由上章工艺分析得知,拨叉脚端面与轴孔有位置度公差,定位销孔与轴孔有位置度公差,所以,保证拨叉轴孔高精度是本次设计的重点、难点。 3.2 确定各表面加工方案 一个好的结构不但应该达到设计要求,而且要有好的机械加工工艺性,也就是要有加工的可能性,要便于加工,要能保证加工的质量,同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的,又是相辅相成的。对于设计汽车拨叉的加工工艺来说,应选择能够满足拨叉轴孔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, [8]应选择价格较底的机床。 3.2.1 各表面加工注意事项 (1) 要考虑加工表面的精度和表面质量要求,根据各加工表面的技术要求,选择加工方法及分几次加工。 (2) 根据生产类型选择,在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。 (3) 考虑被加工材料的性质。 (4) 考虑工厂或车间的实际情况,同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备,推广新技术,提高工艺水平。 (5) 此外,还要考虑一些其它因素,如加工表面物理机械性能的特殊要求,工 [9]件形状和重量等。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法。 8 3.2.2 轴孔端面加工 查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8可以确定,上端面的加工方案为:粗铣(IT12,IT14),粗糙度为12.5~6.3,一般不淬硬的平面。 3.2.3 叉脚端面加工 查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8、1.4-9可以确定,叉端面的加工方案为:粗铣——粗磨(),粗糙度为0.8~0.2,垂直度公差等级(),IT7,IT8IT8,IT10淬硬金属平面,磨削的粗糙度可以较大。 3.2.4 叉脚内侧面加工 查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8可以确定,叉脚内侧面的加工方案为:粗铣——半精铣(IT11,IT12),粗糙度为6.3~1.6,一般不淬硬的平面,半精铣铣的粗糙度可以较小。 3.2.5 轴孔加工 查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7可以确定,轴孔的加工方案为:钻——扩——铰——锪(IT8,IT9),粗糙度为6.3~1.6,加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯,也可同时加工有色金属(但表面粗糙度较大),孔径>15mm。 3.2.6 定位销孔加工 查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7可以确定,轴孔的加工方案为:钻(IT12,IT13),粗糙度为12.5,加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯,也可同时加工有 [10]色金属(但表面粗糙度较大),孔径<15mm。 3.3 确定定位基准 3.3.1 粗基准的选择 选择粗基准时,考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量,使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求: (1) 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面,则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 9 (2) 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如:机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准,加工床身的底面,再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量,使表层保留而细致的组织,以增加耐磨性。 (3) 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 ) 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准,以保证定位准(4 确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准,必要时需经初加工。 (5) 粗基准应避免重复使用,因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次 [11]使用难以保证表面间的位置精度。 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置,能保证汽车拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从汽车拨叉零件图分析可知,其加工粗基准为叉轴孔上端面和与其共面的叉爪端面。 3.3.2 精基准选择的原则 (1) 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 (2) 基准统一原则,应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度,避免基准转换所带来的误差,并且各工序所采用的夹具比较统一,从而可减少夹具设计和制造工作。例如:轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位,这样不但在一次装夹中能加工大多书表面,而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 (3) 互为基准的原则。选择精基准时,有时两个被加工面,可以互为基准反复加工。例如:对淬火后的齿轮磨齿,是以齿面为基准磨内孔,再以孔为基准磨齿面,这样能保证齿面余量均匀。 (4) 自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀,可以选择加工表面本身为基准。例如:磨削机床导轨面时,是以导轨面找正定位的。此外, [12]像拉孔在无心磨床上磨外圆等,都是自为基准的例子。 此外,还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准,以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。 10 要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置,能保证汽车拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉C零件图分析可知,它的轴孔下端面适于作精基准使用。 选择精基准的原则时,考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。 3.4 工艺路线的拟订 对于大批量生产的零件,一般总是首先加工出统一的基准。汽车拨叉的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是:先以叉轴孔上端面为粗基准,加工叉轴孔下端面,再加工叉轴孔,最后以差轴孔下端面为精基准,精加工拨叉上端面和。 定位销孔 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 3.4.1 工序的合理组合 确定加工方法以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则: (1) 工序分散原则 工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。 (2) 工序集中原则 工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工 [13]作量大。 一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。 80,90:c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 200mg部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。 11 3.4.2 加工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时,常把整个加工过程划分为几个阶段: (1) 粗加工阶段 粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属,为以后的精加工创造较好的条件,并为半精加工,精加工提供定位基准,粗加工时能及早发现毛坯的缺陷,予以报废或修补,以免浪费工时。 粗加工可采用功率大,刚性好,精度低的机床,选用大的切前用量,以提高生产率、粗加工时,切削力大,切削热量多,所需夹紧力大,使得工件产生的内应力和变形大,所以加工精度低,粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。粗糙度为Ra=80~100μm。 (2) 半精加工阶段 半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备,保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9~IT10。表面粗糙度为Ra=10~1.25μm。 (3) 精加工阶段 精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。 精加工应采用高精度的机床小的切前用量,工序变形小,有利于提高加工精度。精加工的加工精度一般为IT6~IT7,表面粗糙度为 Ra10~1.25μm。 (4) 光整加工阶段 对某些要求特别高的需进行光整加工,主要用于改善表面质量,对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差,其精度等级一般为IT5~IT6,表面粗糙 [14]度为Ra1.25~0.32μm。 此外,加工阶段划分后,还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同,有的需安排于粗加工之前,有的需插入粗精加工之间。 但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中,对于刚性好,精度要求不高或批量小的工件,以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段,在满足加工质量要求的前提下,通常只分为粗、精加工两个阶段,甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的,不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面,在粗加工阶段就要加工的很准确,而在 12 精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。 3.4.3 加工工艺路线的比较 表3-1 加工工艺路线方案比较表 工序号 方案? 方案? 工序内容 工序内容 010 铣叉轴孔端面 车叉轴孔端面 020 钻、扩、铰叉轴孔 钻、扩、铰叉轴孔 030 粗铣拨叉脚两端面 粗铣、半精铣拨叉脚两端面 040 铣拨叉脚内侧面 铣拨叉脚内侧面 050 钻定位销孔 钻定位销孔 060 磨拨叉脚两端面 去毛刺,清洗 070 去毛刺,清洗 检验 080 检验 加工工艺路线方案的比较: 方案一:第一道工序铣轴孔端面,可作为后面工序的初基准;拨叉脚两端面同时进行加工,既保证了精度,又提高了加工速度,拨叉脚端面分为初、精加工两道工序,精加工在热处理之后进行,精度较高,能够保证工作条件;叉轴孔经钻、铰加工后,精度较高,能够很好的和叉轴配合,达到工作要求;定位销孔不需要较高的精度,所以只需钻削加工即可。 方案二:第一道工序车轴孔端面,虽然加工效率较高,但是精度较低,会造成工件的整体精度偏低;拨叉脚的精加工安排在热处理之前进行,但在热处理过程中会导致零件变形,所以会影响到拨叉的整体精度。 由以上分析:方案一工序较多,但能够获得较高的精度,方案二工序较少,但获得的精度较低,而汽车拨叉是一个很重要的零件,工作条件要求其有较高的精度,故选择第一种方案比较合理。具体的工艺过程如下表: 13 表3-2 加工工艺过程表 工序工 种 工作内容 说 明 号 010 模锻 锻造 锻件毛坯尺寸: ,1.0轴孔端面高: 44mm,0.4 ,0.8叉脚面高: 12.4mm,0.4 叉脚内侧面间距: ,1.1 116.8mm,0.5020 热处理 调质 030 铣 专用夹具装夹; ,0.3铣叉轴孔端面 42mm,0.3卧式万能回转头铣床 (X6225) 040 钻 专用夹具装夹; ,0.005钻、扩、铰、锪轴孔 φ42mm,0.025立式钻床(Z5125A) 050 铣 专用夹具装夹; ,0粗铣拨叉脚 10mm,0.2卧式万能回转头铣床 (X6225) 060 铣 粗、半精铣拨叉脚内侧面专用夹具装夹; 卧式万能回转头铣床,0.3120.2mm ,0(X6225) 070 钻 专用夹具装夹; ,0.3钻定位销孔φ6mm ,0立式钻床(Z5125A) 080 热处理 拨叉脚局部淬火 090 校正 校正拨叉脚垂直度小于0.1mm 100 磨 专用夹具装夹;卧轴矩台平面,0磨拨叉脚端面10mm ,0.1磨床(MPM150) 110 去毛刺 清洗 120 检验 入库 14 3.5 汽车拨叉毛坯设计 3.5.1 毛坯的结构工艺要求 1、汽车拨叉为模锻件,对毛坯的结构工艺有一定要求: 1) 模锻件必须有一个合理的分模面,有利于坯料充满模膛,节约金属材料便于模具加工,减少错移量,以保证锻件能从锻模中顺利取出来。 2) 应有适当的模锻斜度和截面形状,便于脱模。 3) 应有适当的圆角半径,有利于金属充满模膛,便于起模和提高锻模寿命。 4) 应尽量具有对称结构,利于简化模具的设计与制造。 ) 不宜在锻件上设计出过高、过窄的肋板或过薄辐板,减少模具劳动量,简5 [15]化模具制造,提高模具寿命。 2、设计毛坯形状、尺寸还应考虑到: 1) 各加工面的几何形状应尽量简单。 2) 工艺基准以设计基准相一致。 3) 便于装夹、加工和检查。 4) 结构要统一,尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。 在确定毛坯时,要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近,可以减少加工余量,提高材料的利用率,降低加工成本,但这样可能导致毛坯制造困难,需要采用昂贵的毛坯制造设备,增加毛坯的制造成本。因此,毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后,必要时可据此绘出毛坯图。 3.5.2 汽车拨叉的偏差计算 (1) 拨叉轴孔端面的偏差及加工余量计算 根据工序要求,其加工为粗铣加工。其加工余量如下: 1.0~1.4mm粗铣:参照《机械加工余量手册》表5-47。其余量值为,现取 [16]1.0mm。 42,1.0,2,44mm毛坯的名义尺寸为 : 42,2.0,2,44mm锻造毛坯的基本尺寸为,根据《机械加工余量手册》表1-8, ,1.0mm,0.4mm锻件尺寸偏差选用普通级,查得上偏差为,下偏差为。 42,2.0,2,44mm毛坯的名义尺寸为: 15 44,0.4,43.6mm毛坯最小尺寸为: 44,1.0,45.0mm毛坯最大尺寸为: ,.0.31粗铣后尺寸与零件图尺寸相同,即保证尺寸。 42mm,0.31 (2) 拨叉脚内侧端面的偏差及加工余量计算 根据工序要求,其加工分粗铣、半精铣加工。各工步余量如下: 粗铣:参照《机械加工余量手册》表5-47。其余量值规定为,现取1.0~1.4mm ,表5-49粗铣平面时厚度偏差为,现取。 1.0mm,0.43~,0.63mm,0.50mm半精铣:参照《机械加工余量手册》表5-47,其余量值规定为。 0.7mm铸造毛坯的基本尺寸为,根据《机械加工余量120.2,1.0,2,0.7,2,116.8mm 手册》表1-8,锻件尺寸偏差选用普通级,查得上偏差为,下偏差为。 ,1.1mm,0.5mm毛坯的名义尺寸为: 120.2,1.0,2,0.7,2,116.8mm 毛坯最小尺寸为: 116.8,1.1,117.9mm 毛坯最大尺寸为: 116.8,0.5,116.3mm 粗铣后最大尺寸为: 120.2,0.7,2,119.2mm 粗铣后最小尺寸为:119.9,0.7,2,121.3mm ,0.3半精铣后尺寸与零件图尺寸相同,即保证尺寸120.2mm。 ,0 (3) 拨叉脚端面的偏差及加工余量计算 根据工序要求,其加工分粗铣、粗磨加工。各工步余量如下: 1.0~1.4mm粗铣:参照《机械加工余量手册》表5-47。其余量值规定为,现取1.0mm,0.15~,0.22mm,0.20mm,表5-49粗铣平面时厚度偏差为,现取。 0.2mm粗磨:参照《机械加工余量手册》表5-48,其余量值规定为。 铸造毛坯的基本尺寸为10,1.0,2,0.2,2,12.4mm,根据《机械加工余量手册》表1-8,锻件尺寸偏差选用普通级,查得上偏差为,0.8mm,下偏差为,0.4mm。 10,1.0,2,0.2,2,12.4mm毛坯的名义尺寸为: 12.4,0.4,12mm毛坯最小尺寸为: 毛坯最大尺寸为:12.4,0.8,13.2mm 10,0.2,2,10.4mm粗铣后最大尺寸为: 10.4,0.2,2,10mm粗铣后最小尺寸为: ,010mm精铣后尺寸与零件图尺寸相同,即保证尺寸,表面与叉轴孔的垂直度,0.1 公差为0.09mm。 16 由以上的计算可获得汽车拨叉的毛坯尺寸,其毛坯图如图3-1所示。 图3-1 汽车拨叉毛坯图 17 3.6 确定切削用量及基本用时(机动时间) 3.6.1 工序一:铣拨叉轴孔下端面 机床:卧式万能回转头铣床(X6225) 刀具:根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-27、3.1-28、3.1-37,选用高 速钢镶齿套式面铣刀,规格为:,齿数为10齿。 d,80mm,D,27mm,L,36mm 铣削深度: a,1mmapp 每齿进给量:查《切削加工简明实用手册》表8-95,,ff,0.04~0.06mm/zzz取。 f,0.06mm/zz Vc铣削速度:查《切削加工简明实用手册》表8-99,得,V,0.25~0.60m/sc取。 V,0.40m/sc n机床主轴转速: 1000V1000,0.4,60c n,,,95.54r/min,d3.14,80 查X6225产品说明书可知,其转速范围为:?主轴转速范围 rpm 32-1600,? 主轴转速范围 rpm 36~1800,级数为18级。 因机床转速分18级,采用优先数系R10,即1.00、1.25、1.60、2.00、2.50、 3.15、4.00、5.00、6.30、8.00、10.0,与95.54相近的数为80、90、113.5,而90与 [17]95.54最相近,因此取n,90r/min。 dn3.14,80,90,实际切削速度Vc: Vc,,,0.38m/s10001000,60 f进给量: f,fZ,0.06,10,0.6mm/rz 进给速度V: V,fn,0.6,90/60,0.9mm/sff 工作台每分进给量: f,V,0.9mm/s,54mm/minfmfm ll,30mm被切削层长度:由毛坯尺寸可知 刀具切入长度: l1 l,0.5d,(1~2)1 ,42mm 刀具切出长度:取 ll,2mm22 走刀次数为1 18 ,,lll30,42,212,,,1.37mint机动时间: tjj54fm 功率校核: 根据切削用量手册查得,高速钢铣刀加工碳钢时,圆周切削力的计算公式为: 0.720.86,0.86F,9.81CaadaZK ZFefpF02Z a,30mm,a,1mm,a,0.06mm/z,z,10,d,80mm,C,68.3,现取: epf0F2 0.30.3,0.60,,,,b。 K,,,0.94,,,,FZ0.7360.736,,,, 代入上式得 0.860.72,0.86 F,9.81,68.3,30,0.06,80,1,10,0.94NZ =355.96N 所以机床允许功率为 ,3,3 P,10FV,10,355.96,0.40,0.142KWmZC X6225机床的功率为,。 P,2.2KWP',,P,,,0.75~0.85,取,,0.8EE P',0.8,2.2KW,1.76KWE P,0.142KW,P',1.76KWmE 3310P'10,1.76E V',,m/s,4.94m/scF355.96Z V,0.4m/s,V',4.94m/sc 由以上可知该工序的切削用量满足机床的要求。 3.6.2 工序二:铣拨叉轴孔上端面 机床:卧式万能回转头铣床(X6225) 该工序与工序一情况基本一致,故: d,80mm,D,27mm,L,36mm选用高速钢镶齿套式面铣刀,规格为:,齿 数为10齿。 a,1mm铣削深度: app n,90r/min机床主轴转速: VcVc,0.38m/s实际切削速度: f,0.6mm/rf进给量: 19 进给速度: VV,0.9mm/sff 工作台每分进给量: ff,54mm/minmm 机动时间:t,1.37min tjj 3.6.3 工序三:钻拨叉轴孔 机床:Z5125A立式钻床 1、钻孔 刀具:查《切削加工简明实用手册》表4-45,选高速钢直柄麻花钻,钻孔到 [18],15mm,所以。 d,15mm d a,,7.5mmp2 f,0.31~0.37mm/rf进给量:根据《切削加工简明实用手册》表8-69,,取 f,0.32mm/r。 切削速度:参照《切削加工简明实用手册》表8-71,取。 VV,0.25m/scc 机床主轴转速n: 1000V1000,0.25,60cn,,,318.47r/min,d3.14,15 查Z5125A产品说明书可知,机床的转速范围为50,2000转/分(9级),故取 n,315r/min。 dn3.14,15,315,所以实际切削速度: VV,,,0.25m/scc10001000,60 切削工时: 被切削层长度l:l,42mm 刀具切入长度: l1 d150 l,ctgk,(1~2),ctg118,1,15.1,15mmr122 刀具切出长度: 取 ll,1~4mml,3mm222 走刀次数为1 l,l,l42,15,312机动时间:t,,,0.61min tj1j1fn0.31,315 2、扩孔 刀具:查《机械制造工艺设计简明手册》表4-45,选高速钢锥柄扩孔钻,扩孔 20 ,到15.75mm,所以。 d,15.75mm ff,(0.6~0.7)mm/r进给量:根据《机械加工工艺师手册》表28-30, ,取 f,0.6mm/r。 切削速度:参照《机械加工工艺师手册》表28-31,。 VV,0.4m/scc 机床主轴转速n: 1000V1000,0.4,60c n,,,485.28r/min,d3.14,15.75 查Z5125A产品说明书可知,机床的转速范围为50,2000转/分(9级),故取 。 n,500r/min dn3.14,15.75,500,所以实际切削速度: VV,,,0.41m/scc10001000,60 切削工时: 被切削层长度: ll,42mm 刀具切入长度: l1 ,d0.750 l,ctgk,(1~2),ctg118,1,1.7,2mmr122 刀具切出长度: 取 ll,1~4mml,3mm222 走刀次数为1 l,l,l42,2,312机动时间: t,,,0.16mintj2j2fn0.6,500 3、铰孔 刀具:查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-17,选用高速钢锥柄机用铰刀,,d,16mm铰孔到16mm,所以。 f,0.65~1.4mm/rf进给量:根据《机械加工工艺师手册》表28-23,,取 f,0.8mm/r。 切削速度:参照《机械加工工艺师手册》表28-37,取。 VV,0.215m/scc 机床主轴转速n: 1000V1000,0.215,60c n,,,256.76r/min,d3.14,16 查Z5125A产品说明书可知,机床的转速范围为50,2000转/分(9级),故取 21 。 n,200r/min dn3.14,16,200,所以实际切削速度: VV,,,0.17m/scc10001000,60切削工时: ll,42mm被切削层长度: l1刀具切入长度: ,d0.250 l,ctgk,(1~2),ctg118,1,1.23,1mmr122刀具切出长度: 取 ll,1~4mml,3mm222走刀次数为1 l,l,l42,1,312机动时间: t,,,0.29mintj3j3fn0.8,2004、锪倒角 刀具:查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-17,选用高速钢直面锪钻, 0,,。 d,25mmd1,10mm,,90 ff,(0.08~0.13)mm/r进给量:根据《机械加工工艺师手册》表28-34, , f,0.1mm/r取。 切削速度:参照《机械加工工艺师手册》表28-34,,VV,(0.38~0.43)m/scc 取。 V,0.40m/sc 机床主轴转速n: 1000V1000,0.4,60c n,,,477.7r/min,d3.14,16查Z5125A产品说明书可知,机床的转速范围为50,2000转/分(9级),故取 n,500r/min。 dn3.14,16,500,所以实际切削速度: VV,,,0.42m/scc10001000,60切削工时: ll,1mm被切削层长度: ll,1~2mml,2mm111刀具切入长度:,取 走刀次数为1 l,l1,21机动时间:t,,,0.06min tj4j3fn0.1,500 22 本工序机动加工时间为: T,t,t,t,t,2j1j2j3j4 ,0.61,0.41,0.29,0.06,2 ,1.43min 3.6.4 工序四:粗叉轴脚上端面 机床:卧式万能回转头铣床(X6225) 、3.1-28、3.1-37,选用高刀具:根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-27 d,80mm,D,27mm,L,36mm速钢镶齿套式面铣刀,规格为:,齿数为10齿。 ap,1mm铣削深度: ap fz每齿进给量:查《切削加工简明实用手册》表8-95,,f,0.04~0.06mm/zz取。 f,0.06m/zz 铣削速度:查《切削加工简明实用手册》表8-99,得,V,0.25~0.60m/sVcc取。 V,0.40mm/sc 机床主轴转速: n 1000V1000,0.4,60c n,,,95.54r/min,d3.14,80 查X6225产品说明书可知,其转速范围为:?主轴转速范围 rpm 32-1600,?主 轴转速范围 rpm 36-1800,级数为18级,因此取n,90r/min。 dn3.14,80,90,实际切削速度Vc: Vc,,,0.38m/s10001000,60 f进给量: f,fZ,0.06,10,0.6mm/rz 进给速度V: V,fn,0.6,90/60,0.9mm/sff 工作台每分进给量: f,V,0.9mm/s,54mm/minfmfm ll,18mm被切削层长度:由毛坯尺寸可知 刀具切入长度: l1 l,0.5d,(1~2)1 ,42mm 刀具切出长度:取 ll,2mm22 走刀次数为1 23 ,,lll18,42,212,,,0.96mint机动时间: tjj54fm 3.6.5 工序五:粗叉轴脚下端面 机床:卧式万能回转头铣床(X6225) 因该道工序基本一致,故: 刀具:根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-27、3.1-28、3.1-37,选用高 d,80mm,D,27mm,L,36mm速钢镶齿套式面铣刀,规格为:,齿数为10齿。 铣削深度: a,1mmapp ff,0.6mm/r: 进给量 进给速度: VV,0.9mm/sff t,0.96min机动时间: tjj 3.6.6 工序六:铣拨叉脚内侧面 因有两个侧面,加工情况一致,故只分析一侧即可。 1、粗铣 卧式万能回转头铣床(X6225) 机床: 刀具:根据《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-27、3.1-38,选用高速钢圆柱形铣刀,规格为:d,50mm,D,22mm,L,50mm,粗齿数为6齿。 铣削深度: a,1mmaee 每齿进给量:查《切削加工简明实用手册》表8-95,,f,0.10~0.15mm/zfzz取。 f,0.12mm/zz 铣削速度:查《切削加工简明实用手册》表8-99,得,V,0.25~0.60m/sVcc取。 V,0.40m/sc 机床主轴转速: n 1000V1000,0.4,60c n,,,152.87r/min ,d3.14,50 查X6225产品说明书可知,其转速范围为:?主轴转速范围 rpm 32-1600,?主 n,160r/min轴转速范围 rpm 36-1800,级数为18级,因此取。 dn3.14,50,160,Vc实际切削速度: Vc,,,0.42m/s10001000,60 f进给量: f,fZ,0.12,6,0.72mm/rz 24 进给速度: VV,fn,0.72,160/60,1.92mm/sff 工作台每分进给量: f,V,1.92mm/s,115.2mm/minfmfm 宽度:由毛坯尺寸可知 被切削层ll,10.4mm刀具切入长度: l1 l,0.5d,(1~2)1 ,27mm 刀具切出长度:取 ll,2mm22 走刀次数为1 ,,lll10.4,27,212,,,0.34mint: 机动时间tjj115.2fm 2、半精铣 铣削深度: a,0.7mmaee 进给量f:查《切削加工简明实用手册》表8-95,f,1.0~2.7mm/z,取 。 f,1.2mm/r 铣削速度:查《切削加工简明实用手册》表8-99,得,V,0.25~0.60m/sVcc 取。 V,0.60m/sc 机床主轴转速: n 1000V1000,0.6,60c n,,,229.30r/min ,d3.14,50查X6225产品说明书可知,其转速范围为:?主轴转速范围 rpm 32-1600,?主 轴转速范围 rpm 36-1800,级数为18级,因此取n,226.8r/min。 dn3.14,50,226.8,实际切削速度Vc: Vc,,,0.59m/s10001000,60 V进给速度: V,fn,1.2,226.8/60,4.536mm/sff 工作台每分进给量: ff,V,4.536mm/s,272.16mm/minmfm ll,10.4mm被切削层宽度:由毛坯尺寸可知 刀具切入长度: l1 l,0.5d,(1~2)1 ,27mm 刀具切出长度l:取 l,2mm22 25 走刀次数为1 l,l,l10.4,27,212,,,0.14mint机动时间: t2jj2f272.16m 本道工序的机动时间: T,t,t,0.34,0.14,0.48minj1j2 3.6.7 工序七:钻定位销孔 机床:Z5125A立式钻床 刀具:查《切削加工简明实用手册》表4-45,选高速钢直柄麻花钻,。 d,6mm d背吃刀量: aa,,3mmpp2 f,0.31~0.37mm/rf进给量:根据《切削加工简明实用手册》表8-69,,取 f,0.33mm/r。 切削速度:参照《切削加工简明实用手册》表8-71,取。 VV,0.33m/scc 机床主轴转速n: 1000V1000,0.33,60c n,,,1050.96r/min,d3.14,6查Z5125A产品说明书可知,机床的转速范围为50,2000转/分(9级),故取 。 n,1250r/min dn3.14,6,1250,所以实际切削速度: VV,,,0.39m/scc10001000,60切削工时: 被切削层长度l:l,30mm 刀具切入长度: l1 d60 l,ctgk,(1~2),ctg118,1,6.6,7mmr122刀具切出长度: 取 ll,1~4mml,3mm222走刀次数为1 l,l,l30,7,312机动时间:t,,,0.10min tjjfn0.33,1250 3.6.8 工序八:磨拨叉脚上端面 参照《机械加工工艺师手册》表13-9,选择的机床及砂轮如下: 机床:精密卧轴矩台平面磨床MPM150 26 砂轮尺寸: 200*20*32mm(外径×宽度×内径) 砂轮转速: n,2800r/minn 查《机械加工工艺师手册》表33-56,砂轮速度,取,V,22~25m/sV,23m/scc 工件运动速度,横向进给,磨削深度V,6m/minf,0.5h,0.5,20,10mm/stwbr,[19]a,0.053mm。 p 切削工时: 被切削层长度: ll,18mm 加工余量为: a,0.2mmp ,ap走刀次数为: tt,,4jjap ll1818机动时间: tt,i,(i,1),,4,,(4,1),0.29minjjVf6,6010,60wb 3.6.9 工序九:磨拨叉脚下端面 因为该道工序与上面工序情况相同,故: 砂轮转速: n,2800r/minn 砂轮速度: VV,23m/scc 横向进给: f,0.5h,0.5,20,10mm/stfbbr ,,aa,0.053m/min磨削深度: pp 工件运动速度: VV,6m/minww 机动时间: tt,0.29minjj 27 第4章 钻定位销孔夹具设计 为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度。在加工汽车拨叉零件时, 需要设计专用夹具。现以加工定位销孔为例,设计其钻床夹具。 4.1 收集、研究原始资料 图4-1 汽车拨叉钻定位销孔工序图 序号 工作内容 使用设备 010 X6225 ,0.3铣叉轴孔端面 42mm,0.3 020 Z5125A ,0.005钻、扩、铰、锪轴孔 φ42mm,0.025 030 X6225 ,0粗铣拨叉脚10mm ,0.2 040 X6225 ,0.3粗、半精铣拨叉脚内侧面120.2mm ,0 050 Z5125A ,0.3钻定位销孔φ6mm ,0 060 MPM150 ,010mm磨拨叉脚端面 ,0.1 图4-2 汽车拨叉加工工艺过程 28 表4-1 设计任务书 工件名称 汽车拨叉 夹具类型 钻床夹具 材料 45# 生产类型 大批生产 机床型号 Z5125A 同时装夹工件数 1 1、汽车拨叉加工工件的加工工艺过程(图4-2) 2、说明书(表4-1) ,0.33、简图(图4-1) 本夹具设计第5道工序钻定位销孔的夹具。本工,6mm,0 序加工要求如下: ,0.31)定位销孔的轴线与拨叉轴孔轴线的垂直度为0.08mm; ,6mm,0 ,0.32)定位销孔以拨叉轴孔对称线的对称度为0.1mm; ,6mm,0 ,0.3)定位销孔轴线距离叉轴孔下端面的距离为; 310,0.1mm,6mm,0 0',0.355,154)定位销孔轴线与零件对称轴线的夹角为。 ,6mm,0 4、分析原始资料 主要从以下几个方面分析: 1)工件毛坯为模锻件,精度较高,这可以使工件粗加工时定位可靠些。 2)工件的轮廓尺寸较小,重量轻,但刚性差,结构较复杂。这就要求加紧力应确定得合理,以防止变形。 ,0.00513)本工序已加工的表面有:?孔及其上下端面。其中,轴孔下端,16mm,0.025 ,0.005面与孔是在一次安装中完成的,因而轴孔下端面与轴孔轴线直线度误差,16mm,0.025 2比0.08要小。由工序简图知,该孔及轴孔下端面为本工序的定位基准。?拨叉脚两端面。 4)本工序所使用的机床为Z5125A立式钻床,刀具为通用标准刀具。 5)生产类型为大批生产。 由上述原始资料收集、分析可知面,工件要求较高,生产量较大。但在保证工件精度要求和适当生产率的前提下,尽可能地简化夹具结构,以缩短夹具设计与制造周期,降低设计与制造成本,获得良好的经济利益。 4.2 确定夹具的结构方案 4.2.1 确定工件的定位方式 根据六点定位规则确定工件的定位方式。由工序简图可知,该工序限制了工件六个自由度。现根据加工要求来分析其必须限制的自由度数目及其基准选择的合理性。 29 ,0.3为保证定位销孔的轴线与拨叉轴孔轴线的垂直度为0.08mm,应限制,6mm,0 ::,0.3x、y两个自由度;为保证所钻销孔以拨叉轴孔对称线的对称度为0.1mm,,6mm,0 ,,:,0.3x、y、z应限制三个自由度;为保证定位销孔轴线距离叉轴孔下端面的距,6mm,0 ,::,0.3x、y、z离为,应限制三个自由度;为保证定位销孔轴线与零10,0.1mm,6mm,0 :::0'x、y、z55,15件对称轴线的夹角为,应限制三个自由度。由分析可知,为满足要求,工件定位时应限制6个自由度,并和工序简图上所限制的自由度数相等(坐 -3)。 标系见图4 图4-3 工件定位及加紧原理图 根据工件的结构特点,其定位基准的选择方案如下: ,,,:,0.005x、y、z、x、以孔及轴孔下端面为定位面,限制工件的5个自由度( ,16mm,0.025 ::yz),以一个拨叉脚侧面为防旋转定位面,限制工件的转动自由度。 4.2.2 选择定位元件,设计定位装置 根据已确定的定位基面结构形状,确定定位元件的类型和结构尺寸。 ,0.0051)选择定位元件,设计定位装置 选用有台阶的定位销,作为以孔,16mm,0.025和轴孔下端面定位的定位元件。对于以拨叉脚侧面的定位,采用长定位销柱,可以 :z限制转动自由度。 2)确定定位元件尺寸及配合公差,与定位孔的配合参考夹具设计资料选为 ,0.032,16J8/e7,。 ,16e7,,16mm,0.050 30 4.2.3 分析计算定位误差 主要是计算本工序要保证的位置精度的定位位差,以判别所设计的定位方案能否满足加工要求。 定位误差计算: ,,,,,DBY (4-1) 式中 ——定位误差(mm); ,D ——基准位移误差(mm); ,Y ——基准不重合误差(mm)。 ,B 式(4-1)是一代数式,一般按下述原则进行合成: 1?若设计基准不在工件定位面上,则定位误差()是与之和,即 ,,,DBY ,,,,,DYB 2?若设计基准在工件定位面上,当设计基准与定位时的接触点分布在定位基准异侧时,定位误差是与之和,即 ,,,DBY ,,,,,DYB 当设计基准在工件定位面上,当设计基准与定位时的接触点分布在定位基准异侧时,定位误差是与之差,即 ,,,DBY ,,,,, DYB 绝对值表示大值减小值。 定位误差允许误差通常为 ,,1/3TGD允 式中 ——工件加工表面的工序尺寸公差或位置公差值(mm)。 TG 若所计算的定位误差不能满足工序加工要求,也即时,应分析超差原因,,,1/3TDG 然后根据具体情况,对所确定的定位方案进行修改,甚至考虑是否需要改变定位基 [20]准或工艺过程,以保证本工序的加工要求。 ,0.31) 定位销孔的轴线与拨叉轴孔轴线的垂直度为0.08mm的定位误差,6mm,0 为: ,D ,,,,,DYB 由图4-3可知,定位基准与设计基准重合,所以。基准位移误差等于定位,,0,BY ,0.005,16J8/h6销与定位孔的最大间隙X。销孔的配合为。而孔的尺寸为,,16mmmax,0.025 ,0轴的尺寸,16e7,,16mm。于是得 ,0.011 31 ,,X,(0.005,(,0.011))mm,0.016mmYmax 因而 ,,,,,,0.016mm,0,0.016mmDYB 定位误差的允许值: ,D允 ,,1/3T,1/3,0.08,0.027mmcD允 ,,0.016mm,,,0.027mmDD允 因此此定位方案能满足尺寸0.081mm的加工要求。 ,0.3) 定位销孔以拨叉轴孔对称线的对称度为0.1mm的定位误差为: 2,6mm,D,0 ,,,,,DYB 由图4-3可知,定位基准与设计基准重合,所以。基准位移误差等于定位,,0,BY ,0.005,16J8/h6销与定位孔的最大间隙。销孔的配合为。而孔的尺寸为,X,16mmmax,0.025 ,0轴的尺寸。于是得 ,16e7,,16mm,0.011 ,,X,(0.005,(,0.011))mm,0.016mmYmax 因而 ,,,,,,0.016mm,0,0.016mmDYB 定位误差的允许值: ,D允 ,,1/3T,1/3,0.1,0.033mmcD允 ,,0.016mm,,,0.033mmDD允 因此此定位方案能满足尺寸0.1mm的加工要求。 0',0.355,153) 定位销孔轴线与零件对称轴线的夹角为的定位误差,6mm,D,0 ,,,,,DYB为: 图4-4 角度位移误差计算图 32 由图4-3可知,定位基准与设计基准重合,所以。基准位移误差等于,,0,BY ,0.3拨叉脚内侧间距公差致使工件旋转的角度α,如图4-4所示。计算如下: 120.2mm,0222,,arc,,(a,c,b)/2ac 22a,60.4,99,115.97mm 22c,60.1,99,115.81mm b,0.3mm o'',,0.126,7.56由以上算得,即 ,,,,7.56Y ''因而 ,,,,,,7.56,0,7.56DYB 定位误差的允许值: ,D允'',,1/3T,1/3,30,10cD允 '',,7.56,,,10DD允 0'55,15因此此定位方案能满足尺寸的加工要求。 由以上分析与计算可知,该定位方案是可行的。 4.2.4 确定工件的夹紧装置 可按下述步骤进行: 1)确定夹具类型 由工序简图可知,本工序加工一个孔,孔径不大,工件重量轻,轮廓尺寸小,采用固定式钻模板。 2)确定夹紧方式 参考已有类似夹具资料,由于工件重量轻,轮廓小,刚性较差,只有在拨叉轴孔端面处的厚度较厚,故选在轴孔上端面处夹紧,由于钻小孔,所受切削力较小,故在其他部位不在采用夹紧装置。为使夹具结构简单,操作方便,暂以此夹紧方式作为初步设计方案,待进行夹紧力核算后,再最终确定此方案是否可行。 3)夹紧机构 由于生产批量大,加工精度较高,此夹具的夹紧机构,可以复杂一点,采用气动夹紧方式,可使操作方便,装夹时间缩短,提高生产效率。 ,0.34)估算夹紧的可靠性 加工孔时,由图4-5可知,工件受到的钻削,6mm,0 轴向力与夹紧力所产生的摩擦力同线,作用于平行于定位端面上,所以不FFFxN2 会产生旋转力矩,只需对夹紧力的大小进行计算。 F 1)钻削轴向力 由金属切削用量手册查知 Fx ZYFFF,9.81CdfK xF0Fx 式中 ——钻头直径(mm); d0 33 f——进给量(mm/r); ——系数; Z、YFF ——切削力系数; CFx ——修正系数。 KF 图4-5 工件受力分析 f,0.33mm/r已知,取,其余各参数可由切削用量手册查出,代入上式d,6mm0 0.7得 F,9.81,61.2,6,0.33,0.866Nx ,1435.7N 2) 实际所需夹紧力(F)的计算 : WK 实际所需夹紧力:由《机床夹具设计手册》查得: W,W,KK 式中 ——实际所需夹紧力(N); WK W——在一定条件下,由静力平衡计算出的理论夹紧力(N); K——安全系数。 安全系数K可按下式计算: K,KKKKKKK0123456 1,2,1式中:为各种因素的安全系数,见《机床夹具设计手册》表可得: K~K06 K,1.2,1.2,1.0,1.2,1.3,1.0,1.0,2.25 W理论夹紧力的计算 由《机床夹具设计手册》表可得: 垂直于拨叉轴孔端面的分力: FZ F,,FZx 34 式中,为分力系数,取,则: ,,0.6~0.8,,0.7, F,0.7,1435.7N,1004.99NZ W,F,1004.99NZ 故 W,W,K,1004.99,2.25,2261.2NK 由于汽车拨叉零件的生产类型为大批生产,要使装夹快速方便,所以采用气动夹紧装置,气缸的输出力不得小于2261.2N。 4.2.5 确定引导元件 主要是钻套的结构类型和主要尺寸。 ,0.3对孔的加工方式为钻削,由于是大批生产,加工精度较高,加工过程,6mm,0 中钻套受到磨损,故采用快换钻套。 钻套结构,由《机床夹具设计手册》国家标准GB/2265-80来选取。 主要尺寸,按下面方法确定。 ,0.028,0.015,6F8钻头直径为,钻套内径为,即,外径为。 ,6mm,10mm,0.006,0.010 ,0.015,0.023衬套内径为,外径为。 ,10mm,14mm,0,0.012 [21](0.3~1)d钻套端面至加工面的距离,一般取去(d为钻头直径),取5mm。 4.2.6 确定其他结构 为便于夹具的制造、调试与维修,钻模板与夹具的链接采用装配式。夹具体采用开式,使加工、观察,清理切削均较方便。 4.2.7 制订夹具技术条件 夹具技术条件的制订原则与方法参阅《机械制造工艺及设备设计指导手册》的有关内容。该夹具的技术条件如下: 1)定位元件与夹具底面的平行度允许值为0.02mm。 2)导向元件与夹具底面的垂直度允许值为0.02mm。 3)定位元件与夹具底面的平行度允许值为0.02mm。 4.3 夹具精度分析 ,0.3由图4-3工序简图可知,所设计的夹具需保证的加工要求有:定位销孔,6mm,0 ,0.3的轴线与拨叉轴孔轴线的垂直度为0.08mm;定位销孔以拨叉轴孔对称线,6mm,0 ,0.3的对称度为0.1mm;定位销孔轴线距离叉轴孔下端面的距离为10,0.1mm;,6mm,0 0',0.355,15定位销孔轴线与零件对称轴线的夹角为。各项精度要求均需验算。 ,6mm,0 (1) 垂直度为0.08mm 其定位误差由前计算已得。夹具调整安,,0.016mmD 35 装误差由以下误差组成: ,T,A 定位元件心轴对底面的平行度误差; ,,0.02mmT,A1 钻套与衬套间的最大配合间隙; ,,0.009mmT,A2 衬套孔的距离公差 ,,0.015mmT,A3 衬套轴线对底面的垂直度公差; ,,0.02mmT,A4 于是由 22222 ,,,,,,,,,,??,,JDT,A1T,A2T,A3T,An得本夹具的误差为 22222 ,,,,,,,,,,,,JDT,A1T,A2T,A3T,A4 22222 ,0.016,0.02,0.009,0.015,0.02mm ,0.037mm 夹具误差的允许值为为 ,J允 ,,2/3T,2/3,0.08,0.053mmcJ允 可见 ,,0.037mm,,,0.053mmJJ允 因而夹具能保证尺寸这项加工要求。 (2) 对称称度0.1mm 其定位误差由前计算已得。夹具调整安装误,,0.016mmD差由以下误差组成:同理 ,T,A ,,0.02mmT,A1 ,,0.009mmT,A2 ,,0.015mmT,A3 ,,0.02mmT,A4 22222 ,,,,,,,,,,,,JDT,A1T,A2T,A3T,A4 22222,0.016,0.02,0.009,0.015,0.02mm ,0.037mm 夹具误差的允许值为为 ,J允 ,,2/3T,2/3,0.1,0.067mmcJ允 可见 ,,0.037mm,,,0.067mmJJ允 因而夹具能保证尺寸这项加工要求。 (3) 尺寸对称称度10,0.1mm 其定位误差由前计算已得夹具,,0.008mmD调整安装误差由以下误差组成: ,T,A 36 钻套与衬套间的最大配合间隙; ,,0.009mmT,A2 衬套孔与定位元件的距离公差 ,,0.06mmT,A3 222,,,,,,, JDT,A1T,A2 222 ,0.008,0.009,0.06mm ,0.061mm 夹具误差的允许值为为 ,J允 ,,2/3T,2/3,0.2,0.133mmcJ允 可见 ,,0.061mm,,,0.133mmJJ允 因而夹具能保证尺寸这项加工要求。 由上述夹具精度分析计算可知,所设计的夹具精度是可以满足工序加工要求 的。 4.4 加紧元件的强度校核 这一步工序,工件是竖直放置的,在钻削加工时所受的钻削力也是竖直向下的。 钻套下面的定位销受力最大,所以对其进行强度校核。 定位销所承受的最大的钻削力为: F,1435.7Nx 由前面的计算可知,安全系数为: K,2.25 定位销所受的挤压应力为: F,Kx,, b,d 式中,b为拨叉轴端面宽度,d为轴孔直径。 故有 F,K1435.7,2.25x,,,,6.73MPab,d30,16 定位销材料为T8A,热处理HRC55~60,屈服强度为,取 ,,500MPaS安全系数为n=1.9,则许用挤压应力为: ,,,,,/n,500/1.9,263.2MPaS ,,6.73MPa,,,,,263.2MPa 所以定位销可安全工作。 定位销所受的许用剪切应力为: ,,,,,,0.6,,0.6,263.2MPa,157.9MPa 37 实际剪切应力: F,K1435.7,2.25 x,,,,8.04MPa22,d3.14,16 2,2,44 ,故定位心轴可以安全工作。 ,,,,, 4.5 夹具设计及操作的简要说明 图4-6 夹具装配图 最终的夹具装配图如4-6所示。 本夹具用于在钻床上加工拨叉的定位销孔。工件以长销柱底平面、长销和侧面定位销柱为定位基准,并实现完全定位。采用气动杠杆缸机构夹紧工件,该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。 根据前面提出的定位方案,经过比较分析,设计了该夹具方案。因为零件的生产量较大,所以从提高生产效率,减少装夹时间方面考虑采用气动加紧方式比较合 38 适。采用气动杠杆缸装置压紧,工人操作时比较方便,容易操作。在这一步工序中,由于只需加工一个孔,且孔的深度不是很深,因此采用的是普通机床。注意事项有如下几点: 1、由于在拨叉零件上加工的销孔是通孔,所以要在定位销对应的位置上要设计沉孔。 2、由于生产类型是大量生产,在加工的过程中,钻套的磨损很大,为保证加工精度,在钻套磨损到一定阶段时,需要换用新的钻套。 在加工时,将变速拨叉件的轴孔对准定位长销,插入至长销台阶端面,然后将拨叉脚的侧面与定位挡销靠拢,然后用气动杠杆缸装置将轴孔端面夹紧,即可进行加工。 39 结 论 1、研究结论与成果: 本次论文主要是对汽车变速拨叉零件的加工工艺进行分析以及对钻定位销孔的钻床夹具进行设计,运用机械加工工艺和机床夹具的相关知识,重点针对钻削加工和铣削加工的工艺进行分析,以及钻床具设计的研究,取得了以下主要成果: (1) 根据汽车拨叉零件的结构特点与精度要求拟定的工艺路线是合理的:铣轴 钻轴孔?粗铣拨叉脚端面?铣、半精铣叉脚内侧面?钻定位销孔?拨叉脚孔端面? 局部淬火?粗磨拨叉脚端面。 (2) 有效的解决拨叉工件加工过程中定位基准和加工精度的问题,设计出一个既符合尺寸要求,又满足工艺性和实用的方案。 (3) 综合考虑到汽车变速拨叉件的零件结构和生产效率,设计出了一套结构简单、定位精度较高、操作方便的钻孔夹具。 2、论文存在的问题: (1) 由于掌握的知识有限和完成任务的时间紧迫,无法对钻床夹具进行运动仿真的研究。 (2) 作为一个在校的大学生,由于实践经验的缺乏可能造成了在设计中存在一些理论与实际之间脱节的地方。 3、意义 通过本次的毕业设计,使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习,对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解,本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、钻夹具的设计与分析,对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。 40
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