机械毕业设计23拨叉零件设计

机械制造工艺课程设计任务书 - 1 - 目 录 序 言 -2 零件分析 -2 工艺规程设计 -2 确定毛坯的制造形式 -2 基面的选择 -3 制订工艺 -3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 -4 确定切削用量及基本工时 -6 夹具设计 -15 参考文献 -17 机械制造工艺课程设计任务书 - 2 - 序 言 机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业 设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给与指教。 【一】零件分析 零件的作用 题目所给定的零件是拨叉（见附图 1）。主要作用是： 它位于车床变速机构中，主要起换 档，是主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩。 零件的工艺分析 拨叉共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： 铣 40 47mm 的平面，保证长度尺寸 80mm，钻、扩花键底孔，保证尺寸0.28022 mm，拉花键，保证尺寸 0.23025 mm。 倒 15角，铣 28 40mm 平面，铣宽度为 0.0308mm 的槽，铣宽度为 0.012018mm的槽。 由以上 分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证他们的表面质量要求。 【二】工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200。考虑到机床在运行中要经常地变速，以及实现正反转，零件在工作工程中经常承受变载荷，又由于零件结构比较复杂，零件毛坯比较适合铸造成型。因此，应选用 HT200，以保证足够的强度、硬度，从而保证零件的工作可靠性。由于零件批量生产，已经达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺机械制造工艺课程设计任务书 - 3 - 寸不大，故可采用金属模机器造型砂型铸造。这从提高生产率、 保证加工精度上考虑，也是应该的。 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会出现问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 1、粗基准的选择。零件加工时粗基准是必须选用的。在选用时要考虑如何保证各个加工表面有足够的余量，如何保证各个表面间的相互位置精度和自身的尺寸精度。因此，选择粗基准时，应遵循以下几个原则：以不加工表面为粗基准；选择毛坯余量最小的表面最为粗基准；选择零件上重要的表 面最为粗基准；选择零件上加工面积大，形状复杂的表面最为粗基准；粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位误差。 按照有关粗基准的选择原则 (选择零件的不加工平面为粗基准；若零件右若干个不加工平面时，则应以与加工表面面积较大的为粗基准 )，选择 40 的端面为粗基准，利用一组一长一短两个 V 型块夹紧零件的圆柱轮廓部分作为定位面，以消除 X 方向的移动， X 方向的转动， Y 方向的移动和转动， Z 方向的转动，以达到完全定位。 2、精基准的选择。精基准的选择 应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，同时还应使加工过程操作方便，夹具结构简单。选择时应遵循以下原则：基准重合；一次安装的原则；互为基准的原则；自为基准的原则。 主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 制订工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用外能性机床配以专用工夹具，并尽量是工序集中来提高生产率。除 此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 工艺路线方案一 工序 铣 40 47mm 的平面 工序 钻、扩花键底孔 工序 拉花键 工序 车 15角 工序 铣 28 40mm 平面 工序 铣宽度为 0.0308mm 的槽 机械制造工艺课程设计任务书 - 4 - 工序 铣宽度为 0.012018mm 的槽 工艺路线方案二 工序 铣 40 47mm 的平面 工序 铣 28 40mm 平面 工序 铣宽度 为 0.0308mm 的槽 工序 铣宽度为 0.012018mm 的槽 工序 扩花键底孔 工序 拉花键 工序 锪 15角 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先钻、扩花键底孔，保证尺寸 22 0.280 ，然后铣 28 40mm 平面 ，以车削的方法来倒 15角 。方案二是先铣 28 40mm 平面 ，然后再钻、扩花键底孔，并 其以锪的方式倒 15角 。总体上来看，两个方案各有优缺点：方案一先钻、扩花键底孔、拉花键槽，然后以花键孔的中心为基准铣 28 40mm 平面 ，这样就能保证设计基准与工艺基准的重合，尺寸精度和位置精度都易于实现，且定位和装夹也易于实现。但是，方案一中倒角采用车削的方法，由于零件结构的不规则性，不易与定位于装夹，若要保证尺寸及位置精度还要设计专用夹具，这样不利于生产效率的提高和成本的降低；方案二刚好与方案一相反，先铣 28 40mm 平面 ，然后 铣宽度为 0.0308mm 的槽 ，再钻、扩花键底 孔，这样设计基准与工艺基准就不重合，容易产生加工误差，若要尺寸精度和位置精度，还需要基准的转换，这样就给设计与计算带来不便。但是，方案二采取锪的方式倒 15角 ，这样的加工易于实现。因此，综合以上两个方案得出具体合理的工艺过程如下： 工序 铣 40 47mm 的平面 工序 钻、扩花键底孔 工序 拉花键 工序 锪 15角 工序 铣 28 40mm 平面 工序 铣宽度为 0.0308mm 的槽 工序 铣宽度为 0.012018mm 的槽 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 机械制造工艺课程设计任务书 - 5 - “拨叉”零件材料为铸铁 HT200，生产类型为中批量生产（ 300010000 件） 采用砂型铸造法铸造毛坯件。 根据上述原始材料以及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1. 40 48 端面 考虑零件加工长度并无要求， 40 48 表面粗糙度要求为 ，参照简明工艺手册查表得知粗铣至精铣的工艺路线可以满足要求，需两次加工可达到精度。因此确定加工余量 Z=3mm 可以满足加工要求。其中第一步粗 铣要求达到长度 80.2mm。 2钻扩孔 毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度粗糙度要求 。需要由钻孔，扩孔，精镗的工艺路线可以达到要求。内孔尺寸为： 参照简明工艺手册查表得知孔的加工余量分配如下： 钻孔： 20mm 扩孔： 22mm 精镗： mm 3花键孔 花键要求外径定心，拉削时的加工余量参照工艺手册，应取 2Z=2mm。但查刀具尺寸可知花键拉刀标准尺寸为 22、 25mm。此步骤不要求加工余量。 4铣削 28 40 的平面 铣削余量：铣削的公称余量（单边）为： Z=2.0-0.2=1.8mm 由于毛坯及以后每道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量只是名义上的加工余量。实际上，加工余量由最大加工余量和最小加工余量之分。由于本设计规定零件为中批量生产，此加工表面要求达到粗糙度 。因此在计算最大、最小加工余量时，应查表予以确定。查工艺手 册，确定加工路线为粗铣到精铣的两步加工。查得单边铸造余量为 Z=3mm。要求精铣铣削余量机械制造工艺课程设计任务书 - 6 - 为 0.2mm，所以第一步粗铣余量为：铣削余量： Z= 3-0.2 = 2.8mm 5铣削槽 单边铸造余量为 Z=3mm，槽两侧面精度要求达到 ，精铣可以达到此精度。查表取两边精铣加工余量为 0.5mm,槽底面加工余量为 1mm,故粗铣选用 7mm 宽直齿三面铣刀。粗铣单边加工余量为 Z=3-1=2mm。精铣选用高速细齿三面刃铣刀。 6铣削槽 因为平面没有精度要求，故铸造时平面无加工余量。槽内表面要求达到表面粗糙度 ， 槽内两侧面要求粗糙度达到 。参照工艺手册，查表取底面精铣加工余量为 1mm,两侧面留加工余量 0.5mm。粗铣分 4 次进刀达到精铣加工余量。 确定切削用量及基本工时 工序 ：铣削 40 48 端面。本工序采用计算法确定切削用量。 1. 加工条件 工件材料： HT200 铸铁 =200N/mm 加工要求：铣 40 48 平面达到 ，粗铣，精铣。 机床： X63 卧式铣床 刀具：圆柱铣刀 2. 计算切削用量 （ 1）粗铣 40 48 平面，保证尺寸 80.2mm 查切削手册，查表 3-3，取 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度：参考有关手册，确定 =20m/min 采用高速钢圆柱铣刀， d =100mm，齿数 z=10 现采用 X63 卧式铣床 ,根据机床使用说明书（见工艺手册表 4.2-39） 取 = 75r/min 机械制造工艺课程设计任务书 - 7 - 故实际切削速度为： 当 =75r/min 时，工作台的进给量 应为： 查机床使用说明书，刚好有 =150m/min,故直接选用该值 切削工时：由于粗铣，故铣刀不必铣过整个工件，铣刀行程： =48 + 18 +4 =70 ( = 2 5) 所以机加工工时为： （ 2）精铣 40 48 平面，保证尺寸 80mm 查切削手册，查表 3-3，取 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度：参考有关手册，确定 =20m/min 采用高速钢快速铣刀， d =100mm，齿数 z=10 采用 X63 卧式铣床， = 75r/min 实际切削速度： 工作台的进给量 应为 = 6 . 5 切削工时： 工序 ：钻、扩 22mm 花键孔 机械制造工艺课程设计任务书 - 8 - 1 钻孔 20mm 确定进给量，根据切削手册，当材料为 HT200 硬度 200Mpa 时， = 20 mm , 取 0.70.8mm/r 由于本零件在加工 20 孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数 0.75 为 0.450.6 根据机床说明书，立式钻床 Z525，进给量范围 0.10.81mm/r 现取 =0.48mm/r 切削速度：根据切削手册，查得切削速度 =19m/min。所以， 根据机床说明书，取 =272 r/min。故实际切削速度为： =D/2 ctg Kr+1=11mm =3mm 切削工时： = 93mm 2. 扩孔 21.8mm 利用 21.8mm 专用钻头对 20mm 的孔进行扩钻， 根据有关手册的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取。 =(1.21.8) = （ 1.21.8） 0.48 根据机床说明书，选取 =0.62mm/r =(1/21/3) =(5.6 8.5)m/min 则主轴转速 n=81130r/min, 按机床说明书取 =97r/min 实际切削速度为： 机械制造工艺课程设计任务书 - 9 - 切削工时 ： 3 精铰 21.8mm 进给量选取 =0.28mm/r 按机床说明书选取 =392 r/min，则切削速度为： 切削工时： 工序 拉花键 25mm 单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀单面齿升为 0.06mm,拉削速度 =0.06m/s(3.6m/min) 切削工时： 选用外径 26 齿数为 6 的 769mm 拉刀 式中 单面余量 1.5mm(由 22mm 拉削到 25mm) l 拉削表面长度， 80mm 考虑校准部分的长度系数 k 考虑机床返回行程系数，取 1.4 拉削速度 (m/min) 拉刀单面齿升 z 拉刀同时工作齿数， z=6 p 拉刀齿距 p=(1.251.5) =12mm 经计算，切削工时为： t = 0.15min 机械制造工艺课程设计任务书 - 10 - 工序 倒角 4 15 锪 4 15 的倒角，采用 150 的特殊锪钻。 为缩短辅助时间，取倒角的 主轴转速与扩孔时间相同， n=97r/min 切削工时： t=1.65min 采用手动进给方式 工序 铣削 28 40 的平面 精铣余量 查工艺手册可知，单边 0.20.3mm，取 0.3mm 铣削余量： Z= 3-0.2 = 2.8mm 粗铣精铣 (1)粗铣 28 40，保证尺寸： 27.2mm 查工艺手册表 2.2-4 铸件机械加工余量：取单边铣削加工余量为 Z=3mm 铸造毛坯 CT=810 28 40 的平面粗糙度 粗糙度 ： 粗铣 520 精铣 0.635 查切削手册表 3-3， 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度：参考有关手册，确定 =20m/min 采用高速钢圆柱铣刀， d =100mm，齿数 z=10 当 =75r/min 时，工作台的进给量 应为： 加工时间： =16.5mm 机械制造工艺课程设计任务书 - 11 - = 60mm (2)精铣 28 40，保证尺寸： 27mm 取 0.02mm/Z 切削速度：参考有关手册，确定 =20m/min 采用高速错齿三面刃铣刀， d =100mm，齿数 z=10 加工工时： 工序 ：铣宽为 的槽。 铣削体积 8 9 40 (1) 粗铣 查切削手册表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度 根据切削用量简明手册第三部分表 3-2* 由于 HT200 的硬度大于 150HBS，故 可取 8 后角 =12 已知切削宽度为 8mm，铣削宽度为 9mm 机床选用 X62 型卧式铣床。 X62 铣床的功率为 75kw，工艺刚度为中等。选用细齿盘铣刀加工铣料 查切削手册表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 决定切削速度 v 和工作进给每分钟进给量 机械制造工艺课程设计任务书 - 12 - 其中 Cv =47 qv=0.2 uv=0.5 pv=0.1 m=0.15 T=100min 最大磨削量为： 0.8，铣刀直径为 d=50 T=100min (表 3.8*) ap=7mm fz=0.25mm/Z ae=9mm Z=14 d=50mm kv=1.0 xv=0.1 经计算， v=19m/min n=121r/min 根据 X62 型卧式铣床主轴转速（表 4.2-39）选择 n=118r/min,即 n=1.97r/s 实际切削速度 v=3.14 50 1000 1.97=0.31m/s 工作台每分钟进给量 =0.23 14 60=210mm/min 根据 X62 型铣床工作进给量（表 4.2-40）选择 =190mm/min 则实际的每步进给量 = 0.23mm/Z 根据机床功率：根据表 3.28 的计算方式，铣削时的功率（单位 kw）为 Pc=(Fc v)/1000 其中 CF=30 xF=1.0 yF=0.65 uF=0.83 wF=0 qF=0.83 ap=9mm fZ=0.23mm/Z ae=7mm Z=14 d=50mm n=118r/min 经计算， Fc=284.83 Pc=(284.83 0.31) 1000kw =0.09 kw 故可采用。 基本时间： 根据表 6.2-7 三面刃错齿铣刀铣槽的基本时间为： 机械制造工艺课程设计任务书 - 13 - ae=9 ap=7=l 经计算切削时间 t=0.51min (2)精铣两侧面： 同上查切削手册表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) ap=9mm ae=0.5mm Z=14 经计算， v=(4.7 2.19)/ (1.895 1.25 0.57 0.71 1.3)=78m/min n=1000 78 ( 50)=496.8r/min 根据工艺手册查得 n=475r/min, 即 n=7.92r/s v=3.14 50 1000 7.92=1.24m/s fmz=0.25 14 60=210mm/min 查表 4.2-40 选择 fmz=0.23mm/Z 经计算， Fc=(30 9 0.385 14 0.56) / 25.713=31 .7 v=1.24 m/s Pc=0.04kw =(0.5+21+4) 3 190= 0.4min 工序 加工下面的槽 加工 18 23 40 （ 1）粗铣 选择细齿盘铣刀， d=100 L=16 Z=20 ap=16 ae=23 X62 型铣床： 7.5kw 机械制造工艺课程设计任务书 - 14 - 查切削手册表 3-3 得 =0.20.3mm/Z(取 0.02mm/Z) 切削速度 ap=16 ae=22 经计算， v=9.9m/min n=(1000 13.1) ( 100)=39.4r/min 查表选： n=37.5r/min n=0.792r/s v=3.14 100 1000 0.792=0.249m/s 工作台： fzm=0.2 20 60=240mm/min 查表得： fzm=235mm/min fz =235/(20 60)=0.196mm/Z （ 2）精铣： 选高速钢错齿三面 刃铣刀 d=80 D=27 L=8 Z=16 选用 X62 卧式铣床 定 fr=1.6 fr=0.230.5 取 fr=0.48mm/r 铣刀磨钝标准及耐用度，根据表 3.7*，最大磨损量为 0.25mm T=60min 加工速度： Cv =35 qv=0.2 uv=0.5 pv=0.1 m=0.15 T=100min Xv=0.1 yv=0.4 机械制造工艺课程设计任务书 - 15 - 经计算， v=112/3 m/min =37.3m/min 即 0.62m/s n=446r/min 查表 4.2-39，得 n=475r/min 最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工工序卡片，见附表。 【三】夹具设计 机械加工过程中，为了保证加工精度，工件必须在机床中占有正确的加工位置，并使之固定或夹紧，这个定位、夹紧的过程就叫做工件的安装。工件的安装在机械加工中占有重要的地位，安装的质量直接影响加工质量、生产率、劳动条件和加工成本。由于本工件的结构特点，需要设计专用夹具。 经过与同组其他同学协商，决定设计第 道工序 铣宽度为 0.0308mm 的槽的夹具 。本夹具用于 X62 的卧式铣床。刀具为一把直齿三面铣刀（ D=16，d=50,L=7mm,Z=14） ,和一把高速钢错齿三面铣刀（ d=80,D=27,L=8,Z=16）对工件的上平面进行加工。 （一）问题的提出 本夹具主要用来铣 宽度为 0.0308mm 的槽 ，保证两侧的粗糙度等级为 1.6，底部的粗糙度等级为 6.3。这一槽对 40 47 的端面有一定的位置与尺寸要求。加工本道工序时， 40 47 的端面已经加工出来，这样就保证了设计基准与工艺基准 的重合，保证了加工精度，避免了加工误差。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。 （二）夹具设计 定位基准的选择 由零件可知，宽为 0.0308的槽对 40 47 的端面有尺寸要求，故其设计基准为40 47 的端面。为了使定位误差为零，应该选择自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上过于复杂，因此，这里只选用以 40 47 的端面为主要定位基准。 为 了 提 高 加 工 效 率 ， 现 决 定 用 高 速 钢 错 齿 三 面 刃 铣 刀（ d=80,D=27,L=8,Z=16），对工件采用气动 夹紧。 切削力及夹紧力的计算 刀具：直齿三面铣刀： 50， Z= 16 FFFFFndfCFq0ZueyzxpF （见切削手册表 3.28） 机械制造工艺课程设计任务书 - 16 - 其中： FC =30 P=7 Fx =1.0 zf = 0.23 Fy =0.65 e=2.8（在加工面上测量的近似值 ） Fu =0.83 0d= 50 Fq =0.83 F =0 Z=16 F=0 . 8 30 . 6 50 . 8 350 160 . 2 32 . 8730 =118N 水平分力： HF = 1.1实F=130 N 垂直分力：VF= 0.3实F=35.4 N 计算切削力时，必须把去安全系数考虑在内。安全系数 K=1K 2K 3K 4K。 其中：1K为基本安全 系数 2.0 2K为加工性质系数 1.2 3K为刀具钝化系数 1.2 4K为断续切削系数 1.1 F =K HF = 2.0 1.2 1.2 1.1 130=412N N（ f1 +f2 ） = K HF N=f+ fKF21H设 f1 = f2 =0.2 则 N=1030N 气缸选用 =60mm,当 p=0.5Mpa 气缸推力为 1413N 此时已大于所需的 1030N 的夹紧力，故是可以用的 定位误差分析 （ 1）