副變速撥叉零件的機械加工工藝及工裝夾具設計(帶proe制圖)

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哈爾濱理工大學學士學位論文 撥叉的CAD/CAPP設計及夾具PROE造型 摘要 我的畢業(yè)設計題目是撥叉的CAD/CAPP設計及夾具PROE造型，本次的畢業(yè)設計中我的論文分為三大部分： 第一部分主要是撥叉的工藝規(guī)程設計。其中包括采用CAD完成了零件圖，用PROE完成了毛坯圖的繪制。完成了撥叉的工藝規(guī)程設計，主要包括確定設計類型，確定毛坯制造形式，制定工藝路線，選擇機床及工藝設備，確定機械加工余量，工序尺寸和毛坯尺寸，以及切削用量和基本工時的確定。運用CAPP軟件完成了撥叉的機械加工過程卡和工序卡。 第二部分主要是撥叉的夾具設計。在這一部分的內(nèi)容中，主要包括零件的定位基準的選擇，定位機構的設計，定位遠見的尺寸的確定，定位誤差的分析。設計夾具主要完成了加緊機構的設計，加緊力及夾緊機構的設計，夾緊力及夾緊方向的確定，以及所選擇的夾緊元件。夾緊機構主要是采用螺母和壓板的手動壓緊，其定位和加緊機構簡單，方便可靠。 第三部分主要是采用Pro/engineer完成了撥叉的夾具造形。其中主要是詳述了撥叉零件的繪制過程。 關鍵詞：撥叉；Pro/engineer；CAPP The CAD/CAPP Design Of Stir The Fork And Create Tongs Shape With Pro/Engineer Abstract The topic of my graduate design is the CAD/CAPP design of stir the fork and create tongs shape with Pro/engineer,in this graduate design, my graduate thesis primarily is divided into three big parts: The first part is the craft rule design of stir the folk primarily. Among them including adopt the CAD completed the spare parts diagram, semi-finished product diagram draws. Completed to stir the craft rules distance of the folk design, primarily including make sure the production type, making sure the semi-finished product manufacturing form, establishing the craft route, choosing the machine bed and craft equipments, making sure the machine process remaining measures, work preface size with semi-finished product size and the size of slice the dosage, making sure the basic man-hour really. Applying CAPP software to complete the machine of the folk process and the process card with the work preface card. The second part primarily is the design of tongs to stir the fork. In this part of contenses, including the fiducial choice in fixed position of the spare parts primarily ,the design of the fixed position of the organization ,fixed position and the analysis for the size of settling, positioning error margin. The tongs design including completed the clip design of the tight organization primarily, clip the tight dint and set up the direction to settl really, and choose of the clip tight of a piece. Clip the tight orgination primarily is to adopt the bolt and the knothole with press move to compress tights, the fixed position with clip the tight orgination simple, convenience and dependable. The third part is the tongs to adopt Pro/engineer completing to stir the fork shape primarily. Among them primarily finished the process of drawing of the stir the fork in detail. Key words: stir the fork; Pro/engineer; CAPP 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 6 第2章 零件的分析 7 2.1 撥叉的作用 7 2.2 撥叉的加工工藝過程分析 7 2.2.1 撥叉的分析 7 2.2.2 合理選擇定位基準 7 2.2.3 表面加工法 7 2.2.4 加工順序安排 8 第3章 零件的工藝規(guī)程設計 9 3.1 確定零件生產(chǎn)類型 9 3.1.1 確定生產(chǎn)類型的依據(jù)——生產(chǎn)綱領 9 3.1.2 確定生產(chǎn)類型 9 3.2 確定毛坯的制造方式 9 3.3 制訂工藝路線 10 3.3.1 基準的選擇 10 3.3.2 零件表面加工方法的選擇 11 3.3.3 熱處理的位置 12 3.3.4 零件的表面加工順序的劃分安排 12 3.3.5 工藝方案比較 13 3.4 機床及工藝裝備的選擇 14 3.4.1 機床的選擇 14 3.4.2 刀具的選擇 15 3.4.3 量具的選擇 15 3.5 機械加工余量 工序尺寸 及毛坯尺寸的確定 16 3.6 切削用量及其基本工時的確定 18 3.6.1 確定切削用量 18 3.6.2 工時定額的計算 19 第4章 CAPP簡介 29 4.1 CAPP技術 29 4.2 CAPP系統(tǒng)的結構組成 29 4.2.1 零件信息的獲取 29 4.2.2 工藝決策 29 4.2.3 工藝數(shù)據(jù)庫/知識庫 29 4.2.4 人機交互界面 30 4.2.5 工藝文件管理和輸出 30 第5章 夾具設計 31 5.1 問題的提出 31 5.1.1 夾具設計 31 5.1.2 定位基準的選擇 31 5.1.3 定位機構的設計 31 5.1.4 定位元件的尺寸確定 31 5.1.5 定位誤差分析 32 5.2 夾緊機構設計 32 5.2.1 夾緊力的確定 32 5.2.2 切削力及夾緊力的計算 33 5.2.3 夾具體的設計 33 第6章 Pro/ENGINEER 造型 35 6.1 Pro/ENGINEER簡介 35 結論 36 致謝 37 參考文獻 38 附錄 39 - V - 第1章 緒論 本次設計從2006年3月1號至6月25號，歷時18周，在司俊山老師的指導下完成。設計的核心為兩部分： （一）工藝規(guī)程的制定 （二）夾具設計和Proe造型 機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位，而機械加工工藝是機械工業(yè)的主要內(nèi)容之一。在現(xiàn)在的社會化大生產(chǎn)中，要求工藝為生產(chǎn)的大批量，高效率，高精度，高質量，低成本服務，機械產(chǎn)品的質量和工藝有密切的關聯(lián)性，所以機械加工工藝周到普遍的重視而得以迅速的發(fā)展。 夾具設計和Proe造型。在機械加工中為了保證同一產(chǎn)品的質量、提高裝夾工作的效率，往往采用優(yōu)良的夾具設計。夾具設計的好壞是影響生產(chǎn)的重要因素。 本設計是撥叉的工藝規(guī)程設計和夾具的Proe設計。即根據(jù)實際情況，工件的結構特點和用途，編寫出合理的工藝路線，選擇合適的機床，刀具和切削用量，并結合生產(chǎn)設計出一套銑床夾具。 撥叉是變速機構用來移動多聯(lián)齒輪或離合器，從而實現(xiàn)速度變換的主要零件。 副變速撥叉是手扶拖拉機變速操縱機構中的零件，撥叉以內(nèi)孔安裝在一軸上。叉腳口卡在雙聯(lián)齒輪的中間，波動感的一端插在槽中。使撥叉軸向移動，以帶動雙聯(lián)齒輪滑移。實現(xiàn)速度的變換。滾珠在彈簧的作用下卡入軸上的凹槽中，實現(xiàn)撥叉的準確得軸向定位。 撥叉加工要遵循加工分階段，粗精分開的原則。成批生產(chǎn)以工序分散較為有利。使工件在各工序之間能充分變形，以確保相互間的位置精度。加工順序為：端面及基準孔——粗銑叉腳面——銑叉腳內(nèi)側面——銑槽——鉆小孔——修基準——精銑叉腳面。其中粗銑叉腳面安排在銑叉腳內(nèi)側面之前，為銑內(nèi)側面提供了精基準面。精銑叉腳面安排在最后進行，以保證加工精度不致遭到破壞。 就我個人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性的訓練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力，為今后的工作打下堅實的基礎。 由于能力、知識、經(jīng)驗有限，設計尚有許多不足，懇請各位老師給與指教。 第2章 零件的分析 2.1 撥叉的作用 撥叉是變速機構用來移動多聯(lián)齒輪或離合器，從而實現(xiàn)速度變換的主要零件。 副變速撥叉是手扶拖拉機變速操縱機構中的零件，撥叉以內(nèi)孔安裝在一軸上。叉腳口卡在雙聯(lián)齒輪的中間，波動感的一端插在槽中。使撥叉軸向移動，以帶動雙聯(lián)齒輪滑移。實現(xiàn)速度的變換。滾珠在彈簧的作用下卡入軸上的凹槽中，實現(xiàn)撥叉的準確得軸向定位。 2.2 撥叉的加工工藝過程分析 2.2.1 撥叉的分析 撥叉零件結構形狀復雜，剛性差，易變形。其主要的加工表面為1。內(nèi)孔為設計基準和裝配基準。且孔小深度長，較難加工。2叉腳面為主要工作表面，對內(nèi)孔的垂直度為0.1mm。而叉腳薄壁剛性差，易變形。 2.2.2 合理選擇定位基準 定位基準的選擇是影響撥叉加工精度的關鍵因素，內(nèi)孔是撥叉零件的設計基準和裝配基準，加工精度要求較高，工作表面對基準孔中心有較高的垂直度要求。為保證主要表面間的相互位置精度要求，應選擇內(nèi)孔為精基準，，限制四個自由度。符合基準重合原則。 撥叉零件架構復雜，薄壁剛性差，加工面多。選擇左端面限制移動自由度，符合基準統(tǒng)一原則，且定位可靠，操作簡單方便。 選擇基準孔的外圓作為粗基準，可保證不加工的外圓與內(nèi)孔壁厚均勻，選擇叉腳面為粗基準限制移動自由度，可是不加工的叉腳面與叉腳加工面兩側對稱不干涉，選擇叉腳外側面為粗基準限制轉動自由度，方便又可靠。 2.2.3 表面加工法 撥叉的內(nèi)孔尺寸，形狀精度要求較高，且為深孔加工，一般采用鉆，擴，鉸或鉆鏜的方案，考慮到多種撥叉的成組加工，更多采用鉆，鉸方案，加工精度和生產(chǎn)率都較高。 叉腳兩側面對基準孔有較高的垂直度要求，表面粗糙度值較小，而且叉腳處剛性差，易變形，應分粗銑，精銑兩次加工完成，且粗精銑分開。 2.2.4 加工順序安排 撥叉加工要遵循加工分階段，粗精分開的原則。成批生產(chǎn)以工序分散較為有利。使工件在各工序之間能充分變形，以確保相互間的位置精度。加工順序為：端面及基準孔——粗銑叉腳面——銑叉腳內(nèi)側面——銑槽——鉆小孔——修基準——精銑叉腳面。其中粗銑叉腳面安排在銑叉腳內(nèi)側面之前，為銑內(nèi)側面提供了精基準面。精銑叉腳面安排在最后進行，以保證加工精度不致遭到破壞。 第3章 零件的工藝規(guī)程設計 3.1 確定零件生產(chǎn)類型 生產(chǎn)類型對零件的工藝過程有著重要影響，因而在編制零件工藝之前，必須首先確定零件的生產(chǎn)類型。 3.1.1 確定生產(chǎn)類型的依據(jù)——生產(chǎn)綱領 生產(chǎn)綱領的計算公式如下： （2-1） 其中 N——零件的生產(chǎn)綱領（件/年） N——產(chǎn)品年產(chǎn)量 .n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺） ——備品率 ——廢品率 本零件上述參數(shù)參為： N=2000臺/年 .n =1件/臺 ——取3-5%的中間值4%。因為磨損，修理，損壞等，因而要有備品率。 ——在一般情況下,在機床上加工零件，由一般水平的工人操作，廢品率為1%。 所以N=2000×1×(1+4%+1%) =2010件/年 3.1.2 確定生產(chǎn)類型 零件重量為0.24千克，小于100千克，屬輕型，N在5000——10000件/年內(nèi)，由此確定零件為大批生產(chǎn)。 3.2 確定毛坯的制造方式 正確選擇鑄造方法的原則是：根據(jù)產(chǎn)量的大小和各廠設備，技術的實際條件，結合各種鑄造方法得基本工藝特點，在首先保證零件的技術要求的前提下，選擇工藝簡單，質量穩(wěn)定和成本低廉的鑄造方法。 合理的選擇鑄造方法主要考慮以下因素： （1）零件的使用性能 （2）零件的鑄造工藝性能 （3）經(jīng)濟的合理性 所以該撥叉采用砂型鑄造，精度滿足零件要求。 3.3 制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領已經(jīng)確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮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。除此之外，還應適當考慮經(jīng)濟效果，以便生產(chǎn)成本盡量降低。 3.3.1 基準的選擇 3.3.1.1 粗基準的選擇 粗基準的選擇影響各加工面的余量分配及不需加工表面間的位置精度。因此在選擇粗基準時是其主要作用的。 粗基準的選擇原則： （1）如果必須保證工件上加工表面與不加工表面的位置要求，則應以不加工表面為基準。如果在工件上有許多不加工表面，則應以與加工位置精度較高的表面作為精基準。 （2）如果必須首先保證共建某些重要表面的余量均勻，則應選擇該表面作為基準。 （3）選擇粗基準的表面，應平整，沒有澆口，冒口或飛邊等缺陷，以便可靠定位。 （4）粗基準只能使用一次，即應不重復使用，以免產(chǎn)生較大誤差。 根據(jù)以上原則，在加工撥叉的過程中，選擇基準空的外圓作粗基準，可保證不加工的外圓與內(nèi)孔壁厚均勻，選擇叉腳面作粗基準，限制移動自由度，可是不加工的叉腳面兩側對稱不干涉，選擇叉腳外側面為為粗基準限制轉動自由度，方便又可靠。 3.3.1.2 精基準的選擇 選擇精基準，應考慮如何保證加工精度和裝夾得準確方便。一般應遵循以下原則： （1）以工序基準做精基準，以便消除不重合誤差,即“基準重合原則”。 （2）當共建以某一組精基準定位可以較方便的加工其他面時，應盡可能在多數(shù)工序中采用此組精基準定位，基“基準統(tǒng)一原則”。 （3）當精加工或者工序要求余量小而且均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準，而該加工表面與其它表面之間的位置精度，則要求由先行共需加以保證，即“自為基準原則”。 （4）為了獲取均勻的加工余量，在選擇精基準時，可遵循“互為基準原則”。 （5）精基準的選擇應定位準確，夾緊可靠。因此，精基準的面積與被加工表面相比，應有較大的寬度和長度，以提高其位置精度。 根據(jù)以上原則，考慮到本零件的內(nèi)孔是撥叉零件的設計基準和裝配基準，加工精度要求較高，工件表面對基準孔中心有較高的垂直度要求，為保證主要表面間的互相位置精度要求，應選擇內(nèi)孔為精基準，限制四個自由度，符合基準重合原則。撥叉零件結構復雜，壁薄剛性差，加工面多，選擇左端面限制移動自由度，符合基準統(tǒng)一原則，且定位可靠，操作簡單方便。 3.3.2 零件表面加工方法的選擇 零件表面的加工方法，首先取決于加工表面應有的技術要求，有時還能因為工藝上的原因，而在某些方面高于零件圖上的要求。如由于基準不重合而提高對某些表面的加工要求，或由于被作為精基準而可能對其提出更高的加工要求。 當明確了各個加工表面的技術要求后，既可選擇滿足該要求的加工方法。選擇的加工方法應滿足零件的質量，加工經(jīng)濟性和高的生產(chǎn)效率的要求。因此，選擇加工方法應考慮下列個因素： （1）任何一種加工方法能獲得的加工精度和表面粗糙度都有一個相當大的范圍，但只有在某一個較窄的范圍內(nèi)才是經(jīng)濟的，這個范圍的加工精度，就是經(jīng)濟加工精度。 （2）要考慮工件材料的性質。 （3）要考慮工件的結構，形狀和尺寸大小。 （4）要考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性要求。 （5）要考慮工廠和車間的現(xiàn)有技術情況和技術條件。 根據(jù)以上分析，可確定個表面的加工方法為： 加工路線：鉆孔——鉸孔 的左右端面 加工路線：銑面 叉腳兩側面 加工路線：粗銑——精銑 叉腳內(nèi)側面 加工路線：銑面 槽 加工路線：銑面 孔 加工路線：鉆孔——鉸孔 孔 加工路線：鉆孔 3.3.3 熱處理的位置 根據(jù)鑄件的精度等級IT16，要求對零件進行熱處理，他一般放在機械加工之前。 3.3.4 零件的表面加工順序的劃分安排 3.3.4.1 劃分加工階段的原則 零件加工時，往往不是一次加工完整個表面，而是將整個表面的粗精加工分開進行。因此，一般都將整個工藝過程劃分為幾個加工階段，即就是安排加工順序時所遵循的工藝過程劃分階段的原則。劃分加工階段的原因在于： （1）粗加工階段切取的余量較大，因此產(chǎn)生的切削力和切削熱都較大，功率的消耗也較多，所需的夾緊力也較大，從而在加工過程中工藝系統(tǒng)的受力變形，受熱變形和工件的殘余應力也較大，不可能有高的加工精度和表面質量，需要有后續(xù)的加工階段逐步的減少切削用量，逐步修正工件的原有誤差。此外，各加工階段的時間間隔相當于自然時效，有利于使工件消除殘余應力和充分變形，以便在后續(xù)加工階段中得到修正。 （2）粗加工階段可采用功率大而而精度一般的高效率設備，而精加工階段則采用相應的精密機床。這樣既發(fā)揮了機床設備的各自性能特點，有延長了高精度機床的使用壽命。 由于撥叉的形狀復雜，且內(nèi)孔要求精度高，所以分為鉆孔鉸孔兩次完成。此外，叉腳兩側面要求精度高，則分為粗銑和精銑兩次完成。 3.3.4.2 表面和次要表面加工順序的安排原則 （1）基準先行 作為精基準表面，一般都排在第一道工序進行。 （2）主要表面的粗精加工分開，以消除切削力所帶來的變形，而光整加工放在最后。 （3）次要表面的加工盡可能再同一次裝夾中加工，以減少裝夾次數(shù)，節(jié)約輔助時間，提高各表面間的位置精度。 如果不能和主要表面在同一次裝夾中加工，可以另立工序，但必須有合適的定位基準，使裝夾方便。 某些次要表面也可安排在最后加工，但不能影響以加工主要表面的精度，否則提前加工。 3.3.4.3 輔助工序的安排 （1）劃線工序常在機械加工之前 （2）清洗工序緊跟在光整加工之后 （3）油漆工序主要用于鑄件的基本零件，安排在粗加工之后 （4）去毛刺恭喜在機械加工完成之后，特別是經(jīng)過銑削加工的工件，完成之后都要有去毛刺工序。 3.3.4.4 檢驗工序應安排在： （1）粗加工全部結束后，精加工之前 （2）零件從一個車間轉向另一個車間前后 （3）重要工序前后 （4）零件全部加工結束后 根據(jù)零件的加工要求和上述原則，在每次加工工序之后均采取檢驗工序，以便達到加工要求。 3.3.4.5 工序的集中和分散 工序集中和分散各有優(yōu)缺點。在制定工藝路線，確定工序數(shù)目時，必須根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，零件的結構特點和技術要求，，以及現(xiàn)場設備等實際情況進行全面綜合分析。 本零件是中批生產(chǎn)，生產(chǎn)的零件始終等復雜程度，根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)要求和實際條件，采用工序集中的原則。 3.3.5 工藝方案比較 （1）工藝方案1 工序一：鉆大孔 倒角2×45 工序二：鉸大孔，保證尺寸 工序三：銑端面，倒角 工序四：粗銑叉腳兩側面 工序五：銑叉腳內(nèi)側面，保證尺寸 工序六：銑槽，保證尺寸 工序七：鉆小孔至 工序八：鉆小孔至 工序九：精銑叉腳兩側面 工序十：倒角 （2）工藝路線2 工序一：銑端面 工序二：鉆大孔 工序三：鉸大孔 工序四: 倒角 工序五：銑叉腳兩側面 工序六：銑叉腳內(nèi)側面 工序七：銑槽，保證尺寸 工序八：鉆小孔至 工序九：鉆小孔至 工序十：檢查 兩種方案的比較和分析 上述兩種工藝方案的特點在于：方案一是先鉆孔，然后依次為基準加工兩端面。而方案二則與此相反，先是銑兩端面，然后再以端面為基準鉆孔，兩者相比較可以看出，內(nèi)孔是作為精基準來設計的。方案二是先銑端面，再鉆孔，所以一旦孔存在誤差，亦可以通過銑端面來調整其孔，使孔達到所需的精度和要求。 因此，在保證設計基準和工藝基準重合的前提下，通過仔細考慮零件的技術要求以及可能采取的加工手段，避免產(chǎn)生不必要的基準不重合誤差，最后的加工路線方案確定如下： 工序一：鑄造，清砂 工序二：鉆鉸孔至。以端面為基準，選用鉆床Z535并加專用夾具。 工序三：銑左右端面。以內(nèi)孔為精基準，選用銑床X51并加專用夾具 工序四：倒角 工序五：粗銑叉腳兩側面，以內(nèi)孔為精基準，選用銑床X51并加專用夾具 工序六：銑叉腳內(nèi)側面。選用銑床X62并加專用夾具 工序七：銑槽至尺寸，選用銑床X62并加專用夾具 工序八：鉆，鉸小孔至，選用鉆床Z535并加專用夾具 工序九：鉆小孔至，選用鉆床Z535并加專用夾具 工序十：檢驗 工序十一：精銑叉腳兩側面 以上工藝過程詳見附表1——機械加工工藝過程綜合卡片 3.4 機床及工藝裝備的選擇 3.4.1 機床的選擇 選擇機床遵循如下原則： （1）機床的加工范圍應與零件的外廓尺寸相適應 （2）機床的精度應與工序的要求的精度相適應 （3）機床的生產(chǎn)率應與零件的生產(chǎn)類型相適應 根據(jù)上述原則和現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，選擇的機床見表3—1： 表3—1 機床的選擇 名 稱 型 號 工 序 號 生產(chǎn)廠家 銑 床 X51 3，5，7，11 北京第一機床廠 鉆 床 Z535 2，8，9 沈陽友誼廠 銑 床 X62 6 北京第一機床廠 3.4.2 刀具的選擇 刀具的選擇主要取決于工序所采用的加工方法，加工表面的尺寸，工件材料所要求的精度和表面粗糙度，生產(chǎn)率及經(jīng)濟性等。在選擇時一般應盡可能采用標準刀具，必要時可采用高生產(chǎn)率的復合刀具和其他的一些刀具，根據(jù)以上原則，選擇刀具見表3—2： 表3—2 刀具的選擇 名稱 規(guī)格 數(shù)量 機床 麻花鉆 1 Z535 鉸刀 1 可轉位端銑刀 160YT15 1 X51 可轉位端銑刀 100YT15 1 X51 三面刃銑刀 125×14YT15 2 X62 三面刃銑刀 100×12 1 X62 直長鉆 1 Z535 直長鉆 1 Z535 3.4.3 量具的選擇 量具的選擇主要依據(jù)生產(chǎn)類型和要求的檢驗精度。在單件小批量生產(chǎn)中，應盡量采用通用量具量儀。而在大批大量生產(chǎn)中，則應采用各種量規(guī)和高生產(chǎn)率的檢驗儀器和檢驗夾具等。 根據(jù)以上原則，選用量具見表3—3： 表3—3 量具的選擇 名稱 規(guī)格 件數(shù) 游標卡尺 125×0.05 1 游標卡尺 125×0.02 1 塞規(guī) 千分尺 高度游標卡尺 300×0.05 1 杠桿百分表 1 3.5 機械加工余量 工序尺寸 及毛坯尺寸的確定 毛坯在機械加工過程中，從被加工表面上切除的金屬層厚度成為加工余量。加工余量的大小對零件的加工質量，生產(chǎn)率及經(jīng)濟性均有較大影響。余量過大將增加金屬材料，加大刀具和勞動量的消耗，并使切削力增大而引起工件的變形，震動。余量過小，則不能保證零件的加工質量。最小的加工余量包括上道工序加工后的表面粗糙度，表面缺陷層，表面形狀及空間定位誤差，裝夾誤差等。 確定加工余量的基本原則是在保證加工質量的前提下，盡量減少加工余量。 確定加工余量的方法：經(jīng)驗確定法，分析計算法，查表法。在確定加工余量時，總加工余量和工序加工余量要分別確定。總加工余量的大小和選擇的毛坯制造精度有關。 根據(jù)以上原則，分別確定各加工表面的加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： （1）內(nèi)孔 毛坯為實心，不沖出孔。由于本孔要求精度高，故分鉆孔，鉸孔兩步完成。 鉆孔：mm 所以 2Z=14.4mm Z=7.2mm 查表取精度等級IT12，即 所以工序尺寸為 鉸孔： 2Z=0.6mm Z=0.3mm 查表取精度等級IT9，即 所以工序尺寸為 （2）銑端面 根據(jù)尺寸精度要求和表面粗糙度的要求，采用只銑一次的加工方法，即可達到要求。 采用可轉位端銑刀 粗銑后的尺寸要求是51.5mm，查表的各加工余量 所以毛坯的尺寸要求是51.5+ 查表的粗銑后能達到的精度要求等級是IT11-IT14,選取IT12，所以。 而由參考文獻[7]得毛坯尺寸偏差。 所以工序尺寸要求為：51.5 51.5 （3）銑叉腳兩側面 由于該側面尺寸精度要求高，表面粗糙度低，采用粗銑——精銑兩次加工完成。 粗銑：粗細后的尺寸要求是7.6mm 查表得加工余量 采用可轉位端銑刀，粗銑后的精度等級可取IT8-IT10，取IT10，誤差為 所以工序尺寸是7mm （4）銑叉腳內(nèi)側面 根據(jù)尺寸精度和表面粗糙度的要求，采用只銑一次的加工方法即可完成。 采用三面刃銑刀 粗銑后的尺寸要求是50mm,查表的各加工余量是 ，所以毛坯的尺寸要求是50－ 查表得粗銑后能達到的精度要求是IT11-IT14,取IT12，故。。而由參考文獻[7]得毛坯尺寸誤差為 所以工序尺寸是50mm,46mm （5）銑槽 由于該槽精度不是很高，表面粗糙度高，故采用粗銑一次即可完成，達到要求。 采用三面刃銑刀 粗銑后的尺寸要求是12mm,查表的各加工余量是，查表取精度等級IT12，即 所以工序尺寸是12 （6）鉆小孔mm 毛坯為實心，不沖出孔。由于本孔的直徑較小，精度要求不是很高，故采用只鉆一次的加工方法即可完成。 所以2Z=8.5mm,Z=4.25mm 查表取精度等級IT12，即 所以工序尺寸是mm （7）鉆孔 由于本孔的直徑較小，精度要求不是很高，故采用只鉆一次的方法即可完成。 所以2Z=10，Z=5 查表取精度等級IT12，即 所以工序尺寸是 以上各工序加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸見表3—4： 表3—4 加工余量的確定 工序名稱 加工余量 工序尺寸 毛坯尺寸 鉆內(nèi)孔 Z=7.2mm 鉸內(nèi)孔 Z=0.3mm 銑左端面 Z=2mm 銑右端面 Z=2mm 粗銑叉腳兩側面 Z=0.7mm 精銑叉腳兩側面 Z=0.3mm 銑叉腳內(nèi)側面 Z=2mm 銑槽 Z=6mm 鉆小孔 Z=4.25mm 鉆孔 Z=5mm 3.6 切削用量及其基本工時的確定 3.6.1 確定切削用量 制定切削用量，就是在已經(jīng)選好刀具材料和幾何角度的基礎上，確定切削深度,進給量f，切削速度v。選擇切削用量的目的是要在保證加工質量的前提下，使切削時間最短，即切削效率最高。為達到此目的，應使切削深度,進給量f，切削速度v的乘積最大，當三者最大時，工序的切削工時最小。 成批大批量生產(chǎn)時，特別是組合機床，自動機床及多刀加工工序的切削用量，應科學的嚴格的確定，確定的一般原則為： 粗加工時，由于要求的加工精度較低，表面粗糙度較大，切削用量的確定應盡可能保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，以達到較高的生產(chǎn)率。提高切削速度，增大進給量和切削深度，都能提高金屬切削率，但在這三個要素中，切削速度對刀具耐用度影響最大，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以在確定粗加工切削用量時，應當優(yōu)先考慮采用大的切削深度，其次是考慮采用較大的進給量，最后根據(jù)刀具的耐用度要求，確定合理的切削速度。 半精加工，精加工時，確定切削用量首先要考慮的問題是保證加工精度和表面質量，同時也要兼顧必要的刀具耐用度和生產(chǎn)率。半精加工和精加工時的切削深度一般根據(jù)粗加工后留下的加工余量來確定，而進給量則根據(jù)表面粗糙度來確定。為了減少工藝系統(tǒng)的彈性變性和已加工表面的殘留面積高度，半精加工和精加工時一般多采用較小的切削深度和進給量。在切削深度和進給量確定之后，在確定合理的切削速度。 （1）銑削用量的選擇 在保證加工質量及工藝系統(tǒng)允許的前提下，先選用較大的切削深度，在選用較大的進給量，最后根據(jù)合理的刀具耐用度確定適宜的切削速度，粗銑時，一般小于5mm,精銑時，為3——5mm. （2）鉆削用量的選擇 根據(jù)切削原理，盡可能選大直徑鉆頭，選大得走刀量，再根據(jù)鉆頭的耐用度合理的選用切削速度。 具體的切削速度可查表確定，也可由操作工人自行確定。 3.6.2 工時定額的計算 合理的工時定額首先促進工人的生產(chǎn)技能和技術熟練程度的不斷提高，調動工人的生產(chǎn)積極性。工時定額是安排生產(chǎn)計劃，成本核算的主要依據(jù)。 完成零件加工一個工序的時間定額，成為單位時間定額，單位時間定額可按下式計算： （2-2） 其中 T——單件事件 T——基本時間，切削金屬層所耗的時間 ——輔助時間 ——工作地點，技術服務時間 ——工作地點，組織服務時間 其中 T+ 工序時間 本零件主要采用計算法確定T 工序1：1.加工條件 已知條件：工件材料ZG310-570 鑄件 硬度 HB229-269 機床：鉆床Z535 刀具：麻花鉆 2.計算切削用量 （1）鉆孔 1)確定切削深度 本道工序采用鉆孔鉸孔兩道工序完成。故取=7.2 2）確定進給量f 參考有關手冊可得 f=0.18mm/r （見參考文獻[7]表3.1） v=18m/min (見參考文獻[7]表3.1) 所以 n===398（r/min） 3）確定機床轉速 按機床選取 所以實際切削速度v= 4）計算切削力 切削轉矩 M=C（NM） 其中：C=225.63 所以：M=225.63 =9.65NM 切削力 （2-3） 其中： 所以：=2250N 5）計算切削功率 6）鉆削基本時間 見參考文獻[7]表12-2 其中：L=55.5 l取3 所以=0.88min 鉆削的輔助時間查表12-11 取 所以： 所以： （2）鉸孔 1）確定進給量 利用的鉸刀對的孔進行鉸孔，根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸孔的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取。 f =(1.2~1.8)f=0.126~0.324（mm/r） 取f=0.3mm/r 見參考文獻[7] 2）確定主軸轉速和切削速度 所以：v=（v=(×18 =(9～6)m/min 則主軸轉速為：n== =（191～127）r/min 按機床說明書取n=160r/min 實際切削速度為v===7.5r/min 3)確定切削工時 l =55.5 l取3 l=4.75 所以 （3）銑左端面 已知條件：銑床X51 刀具 可轉位端銑刀 直徑為160mm 確定銑削深度 粗銑一次即可完成，所以=2mm 確定進給量 取f=0.25mm/r 見參考文獻[7]表9-66 選擇機床主軸轉速 根據(jù)材料硬度，初選切削速度v=1.0～1.92m/s，取v=1.6m/s 所以 按機床說明書，選取 所以實際切削速度為：v= 計算切削力 =2810N 不同材料的切削力修正系數(shù)K： K=（）=1.057 見參考文獻[7]表9-66 所以圓周切削力=2810×1.057=2970N =1.2=3564N 見參考文獻[7]表9-63 銑削功率 銑削基本時間 f=f=0.25×10×180=450 見參考文獻[7]表12-3 所以L= 其中l(wèi)=22mm 所以T 銑削輔助時間： 見參考文獻[7]表12-13 所以， （4） 銑右端面 已知條件：銑床X51 刀具 可轉位端銑刀 直徑為160mm 1)確定銑削深度 粗銑一次即可完成，所以=2mm 2)確定進給量 f=0.25mm/r 見參考文獻[7]表9-66 3)選擇機床主軸轉速 根據(jù)材料硬度，初選切削速度v=1.0～1.92m/s，取v=1.6m/s 所以 按機床說明書，選取 所以實際切削速度為：v= 4)計算切削力 =2810N 不同材料的切削力修正系數(shù)K： K=（）=1.057 見參考文獻[7]表9-14 所以圓周切削力=2810×1.057=2970N =1.2=3564N 見參考文獻[7]表9-63 5)銑削功率 6)銑削基本時間 f=f=0.25×10×180=450 見參考文獻[7]表12-3 所以L= 其中l(wèi)=22mm 所以T 銑削輔助時間： 見參考文獻[7]表12-13 所以， (5) 銑叉腳內(nèi)側面 保證尺寸50 已知條件：銑床X62 刀具 三面刃銑刀 直徑為100mm 確定銑削深度 粗銑一次即可完成，所以=2mm 確定進給量 f=0.25mm/r 見參考文獻[7]表12-13 選擇機床主軸轉速 根據(jù)材料硬度，初選切削速度v=1.0～1.92m/s，取v=1.6m/s 所以 按機床說明書，選取 所以實際切削速度為：v= 計算切削力 =1700N 不同材料的切削力修正系數(shù)K： K=（）=1.057 見參考文獻[7]表9-62 所以圓周切削力=1700×1.057=1797N =1.2=2156N 見參考文獻[7]表9-63 銑削功率 銑削基本時間 f=f=0.25×10×300=750 見參考文獻[7]表12-3 所以L= 其中l(wèi)=20mm l l=2mm 所以T 銑削輔助時間： 見參考文獻[7]表12-13 所以， （6）銑叉腳兩側面 保證尺寸7mm 已知條件：銑床X51 刀具 可轉位端銑刀 直徑為160mm 確定銑削深度 粗銑一次即可完成，所以=0.7mm 確定進給量 取f=0.25mm/r 見參考文獻[7]表9-66 選擇機床主軸轉速 根據(jù)材料硬度，初選切削速度v=1.0～1.92m/s，取v=1.6m/s 所以 按機床說明書，選取 所以實際切削速度為：v= 計算切削力 =983.5N 查《工藝手冊》表9-62，不同材料的切削力修正系數(shù)K： K=（）=1.057 所以圓周切削力=983.5×1.057=1040N =1.2=1248N 見參考文獻[7]表9-63 銑削功率 銑削基本時間 f=f=0.25×10×180=450 見參考文獻[7]表9-63 所以L= 其中l(wèi)=9mm l l=2mm 所以T 銑削輔助時間：得 見參考文獻[7]表12-13 所以， 精銑 精銑的銑削深度為，其余的同粗銑一樣，這里不再詳述。詳見粗銑步驟。 （7）銑槽 保證尺寸12 已知條件：銑床X62 f =0.8mm/齒 切削速度：參考有關手冊，確定v=20m/min 采用三面刃銑刀 直徑為80mm 齒數(shù)為16 所以 現(xiàn)采用X62臥式銑床，按機床說明書，選取 所以實際切削速度為：v= 當n=100r/min時，工作臺的每分鐘進給量應為： f 切削工時：由于是粗銑，可得出銑刀的行程l=14mm 所以 （8）鉆孔 1）確定切削深度 本道工序采用鉆孔一步完成。故取=4.25mm 2）確定進給量f 參考有關手冊可得 f=0.1mm/r （見參考文獻[7]表3.1） v=18m/min (見參考文獻[7]表3.1) 所以 n===674（r/min） 3）確定機床轉速 按機床選取 所以實際切削速度v= 4）計算切削力 切削轉矩 M=C（NM） 其中：C=225.63 所以：F=588.6 =842N 5）計算切削功率 6）鉆削基本時間 見參考文獻[7]表12-2 其中：L=37 l取3 所以=0.67min 取 見參考文獻[7]表12-2 所以： 所以： （9）鉆孔 1)確定切削深度 本道工序采用鉆孔一道工序完成。故取=5mm 2）確定進給量f 參考有關手冊可得 f=0.1mm/r （見參考文獻[7]表3.1） v=18m/min (見參考文獻[7]表3.1) 所以 n===573（r/min） 3）確定機床轉速 按機床選取 所以實際切削速度v= 4）計算切削力 切削轉矩 M=C（NM） 其中：C=225.63 所以：M=225.63 =3NM 切削力 其中 所以：=990N 5）計算切削功率 6）鉆削基本時間 見參考文獻[7]表12-2 其中：L=5 l取3 所以=0.23min 鉆削的輔助時間查表12-11 取 所以： 所以： （10）倒角2×45雙面 采用90惚鉆 為縮短輔助時間，取倒角時的主軸轉速與鉸孔時相同，即n=100r/min，采用手動進給。 最后將以上各工序的切削用量，工時定額的計算結果，連同其它數(shù)據(jù)一并填入加工工藝過程綜合卡片，詳見附表1。 第4章 CAPP簡介 4.1 CAPP技術 CAPP是計算機輔助工藝過程設計。工藝設計世界制造過程中生產(chǎn)技術準備的第一步，是連接產(chǎn)品設計與產(chǎn)品制造之間的橋梁。工藝設計的結果—工藝規(guī)程詩句定零件加工方法加工路線以及工裝設計的主要依據(jù)，是車間生產(chǎn)的指導性文件。 CAPP作為先進制造技術的重要組成部分，在制造自動化領域具有重要的地位，主要表現(xiàn)如下： 1）可以將工藝設計人員從繁瑣和中服刑的工作中解脫出來，以更多的時間和精力從事創(chuàng)造性的工作。 2）可以大大縮短工藝設計周期，提高企業(yè)對瞬息變化的市場需求作出迅速反應的能力，提高企業(yè)產(chǎn)品在市場的競爭力。 3）有助于對工藝設計人員的寶貴經(jīng)驗進行總結和繼承。 4）有利于工藝設計的最優(yōu)和標準化。 5）為實現(xiàn)企業(yè)信息集成創(chuàng)造條件，繼而便于實行并行工程，敏捷制造等先進生產(chǎn)制造模式。 4.2 CAPP系統(tǒng)的結構組成 CAPP系統(tǒng)的基本結構主要有零件的信息獲取，工藝決策，工藝數(shù)據(jù)庫/知識庫，人機界面。工藝文件管理/輸出等五大組成模塊。 4.2.1 零件信息的獲取 零件信息是CAPP系統(tǒng)進行工藝過程設計的對象和依據(jù)，零件信息的描述和輸入是CAPP系統(tǒng)的重要組成部分。零件信息常用的輸入方式主要有人機交互輸入和從CAD造型系統(tǒng)所提供的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中直接獲取兩種方法。 4.2.2 工藝決策 工藝決策模塊是以零件信息為依據(jù)，按預先規(guī)定的決策邏輯，調用相互知識和數(shù)據(jù)，進行必要的比較，推理和決策，生成所需的零件加工工藝規(guī)程。 4.2.3 工藝數(shù)據(jù)庫/知識庫 工藝數(shù)據(jù)庫/知識庫是CAPP系統(tǒng)的支撐軟件，它包括了工藝設計所要求的工藝數(shù)據(jù)和規(guī)則等。 4.2.4 人機交互界面 人機交互界面是用戶的操作平臺，包括系統(tǒng)菜單，工藝設計界面，工藝數(shù)據(jù)/知識輸入界面等。 4.2.5 工藝文件管理和輸出 CAPP系統(tǒng)所要完成的重要內(nèi)容是如何管理和維護工藝文件，其輸出包括工藝文件的格式化顯示，存盤和打印等內(nèi)容。 本次設計主要用CAPP系統(tǒng)設計工藝過程卡及其工序卡，詳見附表2 第5章 夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 經(jīng)過關于司俊山老師的商量，決定設計第五道工序—銑叉腳兩側面的銑床夾具，本夾具將用于臥式銑床，刀具為三面刃銑刀，對共建的兩個斷面同時加工。 5.1 問題的提出 本夾具主要用來銑叉腳的兩個側面，這兩個側面對內(nèi)孔有一定的技術要求。加工本道工序時，內(nèi)控已經(jīng)加工完畢，因此，在本道工序加工時，主要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 5.1.1 夾具設計 5.1.2 定位基準的選擇 由零件圖可知，內(nèi)孔是撥叉零件的設計基準和裝配基準，加工精度要求較高，工作表面對基準孔中心有較高的垂直度要求，為了使定位誤差為零，應選擇內(nèi)孔為精基準，限制四個自由度，選擇突臺面限制移動自由度，再以定位塊右側面限制一個自由度，實現(xiàn)完全定位。且定位可靠，操作簡單方便。 為了提高加工效率，現(xiàn)決定用兩把三面刃銑刀對兩個側面同時進行加工。 5.1.3 定位機構的設計 根據(jù)技術要求，考慮到實際加工的可能性，確保加工質量，結構要盡可能簡單，操作省力，高效率低成本的原則。根據(jù)工件本身的特點，采用一長圓柱銷和凸臺以及定位塊定位。 根據(jù)加工的技術要求，工件在加工中要求完全定位，長圓柱銷限制四個自由度，定位塊限制一個自由度，支承塊限制一個自由度，實現(xiàn)完全定位，滿足要求。 5.1.4 定位元件的尺寸確定 長圓柱銷：取圓柱銷的直徑名義尺寸與之相配合得孔的最小值，公差取f，得d=15-0.025=14.975mm，查得IT7=0.035，=0.036mm，=-0.036-0.035=0.071mm 所以 d=14.975=15 其高度適當選取，亦可自行設計。 5.1.5 定位誤差分析 利用夾具安裝工件，并用調整法加工一批零件時，由于工件在加工中所產(chǎn)生的定位誤差必然要反映到工件的加工精度上，因此在設計夾具定位機構時，應對加工誤差加以限制，使其不超過允許范圍，一般情況下，工件的定位誤差與工件上相應的公差T之間的關系為：。定位誤差產(chǎn)生的原因主要是基準不重合誤差和基準位置誤差。 長圓柱銷的定位誤差：T為孔的直徑公差，T=0.043，T為長圓柱銷的直徑公差，它為0.035，T為銷的跳動公差，T/2=0.05 所以=0.039+0.05=0.089mm 所以，滿足要求。 5.2 夾緊機構設計 工件的安裝包括定位和夾緊兩個過程，工件定位后就應當采用一定的機構將它壓緊，以保證工件在加工過程中，不會因受切削力，重力，慣性力或離心力等外力作用而產(chǎn)生位移或震動。 加緊裝置設計的合理與否，對保證工件的加工質量，縮短工件安裝輔助時間，降低工人的勞動強度有直接的影響。因此對夾緊裝置應提出如下基本要求： 1） 加緊機不應該破壞工件的定位，又要有足夠的夾緊力，同時又不應產(chǎn)生過大的夾緊變形，不允許的震動和表面損傷。 2） 加緊動作迅速，操作方便 ，安全 ，省力。 3） 結構應盡量緊湊，工藝性要好。 5.2.1 夾緊力的確定 確定夾緊力包括正確的選擇夾緊力的方向，作用，及夾緊力的大小。 （1）夾緊力的方向的確定 夾緊力的作用方向不應影響加工精度，而且還影響夾緊的實際效果，具體應考慮如下幾點： 1）夾緊力的作用方向不應破壞工件的定位。工件在夾緊力的作用下，應確保其定位基面緊貼在定位元件的工作表面上。為此要求夾緊力的方向應指向主要定位基準面，其余夾緊力方向應指向主要定位基準面，其余夾緊力方向應指向工件的定位支承。 2）夾緊力的方向應使工件的夾緊變形最小。 3）夾緊力的作用方向應使工件的夾緊力最小。 因此，考慮到以上因素，本工序在加工時，滑塊首先處于后退的狀態(tài)，此時間工件從前方放入，扳動配氣閥把手，滑塊向前移動，定位塊插入工件槽中定位，隨后通過滑塊上斜楔和擺桿的作用，撥動夾緊塊夾緊工件。 定位塊的側面a為對刀面。 5.2.2 切削力及夾緊力的計算 刀具：三面刃銑刀 直徑80mm，齒數(shù) （見《切削手冊》） 其中： X=1.0 f=0.08 y=0.72 a=9 v=0.86 d=80 q=0.86 w=0 z=16 所以：F=254N 當采用兩把刀時，F(xiàn)=2F=508 水平分力：F=1.1F=558.8N 垂直分力：F=0.3F=152.4N 在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù) K= 其中：K為基本安全系數(shù)1.5， K為加工性質系數(shù)1.1， K為刀具鈍化系數(shù)1.1， K為斷系切削系數(shù)1.1 所以：F=1.5×1.1×1.1×1.1×508=1014N 5.2.3 夾具體的設計 夾具體是夾具的基礎件，夾具中的各種零件，機構和裝置安裝在夾具上，并通過他安裝在機床上。在加工過程中，夾具體要承受工件重力，夾緊力，切削力，慣性力及由此而產(chǎn)生的沖擊和震動，因此夾具體的設計應滿足以下基本要求： 1）應有良好的加工精度和尺寸穩(wěn)定性。對于夾具上用來安裝定位元件，對刀塊的工作表面，以及夾具體上與機床連接的表面或找正基面等重要表面，應根據(jù)夾具總圖的設計要求，提出相應的尺寸，形狀和位置公差以及粗糙度的具體要求。 2）應具有足夠的強度和剛度，一般在夾具體的適當部位需布置加強筋，以提高夾具體的剛度。 3）應具有良好的工藝性和使用性，加具體的結構應力求簡單，工藝性要好。 4）應保證夾具體在機床上安裝穩(wěn)定可靠。在工作臺上安裝夾具時，影視重心盡量低，高度尺寸要小。 對于本道工序的夾具體詳見附圖2。 第6章 Pro/ENGINEER 造型 6.1 Pro/ENGINEER簡介 Pro/engineer主要功能在于進行參數(shù)化的實體設計，它所提供的功能包括實體設計，曲面設計，建立工程圖，零件組合，簡單的有限分析，模具設計，電路設計，裝配管件設計，加工制造和逆向工程等。 Pr