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哈尔滨理工大学课程设计论文 - 1 - 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的位置。 就我自己而言，我想通过本次的课程设计能使我的专业知识有进一步的提升。通过本次课程设计： 1、通过课程设计，使我加深对所学理论的理解。 2、培养从事实际工作的方法和步骤( 如优选设计方案、编制设计说明书、列出计算过程和结果，并进行讨论和分析等) 。 3、进一步提高利用技术资料、运算和绘图的能力; 增强学生运用计算机的能力及外语的能力。 4、培养实事求是、认真、严谨的科学态度和刻苦钻研不断创新的精神。 5、巩固所学到的理论知识，提高解决工程实际问题的能力。 对于我们即将毕业的工科学生来说，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的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为振兴我国的机械行业，为了中华民族的伟大复兴打下一个良好的基础。 由于能力所限，在设计中尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。 哈尔滨理工大学课程设计论文 - 2 - 一、零 件 的 分 析 （一）零件的作用 题目所给定的零件是拖拉机变速箱中的倒档拨叉，它位于倒档拨叉杆上，主要作用一是通过倒档拨叉杆将扭矩传递给倒档拨叉，拨动倒档同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机的倒行；二是在倒档拨叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在拨叉转动时带动其运动。配在倒档拨叉杆上，用螺钉固定保证拨叉和拨叉杆的相对位置。圆形叉口拨动同步器。 （二）零件的工艺分析 从倒档拨叉的零件图上可以看出，它有两组加工表面，这两组加工面之间也有一定的位置要求，现将这两组加工面分述如下： 1. 一组加工面包括：7槽口，在 所在的轮毂上钻两个孔并攻丝，规格为 来做为固定倒档拨叉和拨叉杆之用。 2. 叉口处的加工面 这一组加工面包括：铣叉口的侧面，铣叉口内圆面，内圆面所在的圆弧半径为这两组加工面之间有一定的位置要求： （1）（2）由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工，并保证他们之间的位置精度要求。 哈尔滨理工大学课程设计论文 锪孔 ?02“拖拉机倒挡拨叉”零件工艺分析示意图 二、工 艺 规 程 设 计 （一）确定毛坯的制造形式 零件材料为虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以倒行或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件年产量为4000件，已达到成批生产水平，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。 - 3 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 - 4 - （二）毛坯设计 拖拉机的倒档拨叉零件材料为 度选用 260坯重约 1产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型， 2 级精度组。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下： 1. 了便于加工，在毛坯的设计时，可以设计底孔。根据常用刀具的规格和合理的切削用量，可以铸出 10底孔。这样加工这个孔到规定的尺寸，可以分为以下步骤： 2. 叉口侧面 该两侧面分别进行一次粗、精铣。根据资料可知，选取加工余量等级为 G，选取尺寸公差等级为 9 级。 所以根据相关资料和经验可知，毛坯的叉口厚度定为 10符合要求。 3. 叉口内圆面 叉口内圆面的圆弧半径为口精度要求不是很高，可以进行一 次精加工。所以其加工余量不宜取得过大，但为了能保证其加工精度，而进行一次精铣，所以在毛坯铸造时给出24. 铣槽 为17资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公 差等级为 810 级，加工余量等级为 G。取尺寸公差等级为 9 级，在铸造时留出 2加工余量，均满足加工要求。 5. 钻孔、攻丝 丝，锪孔。 在此处，因为加工的螺纹孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。 因其它表面均为不加工表面，而且砂型机器造型铸造铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。 根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了，“拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图。 哈尔滨理工大学课程设计论文 。448 “拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图 （三）基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，拖拉机倒档拨叉较不规则，所以粗基准不太容易选择。为了保证 的位置精度的要求，选择叉口内圆面和叉口侧面作为粗基准，以保证孔的轴心线与叉口的X、轴心线的垂直度，依照粗基准的选择原则（即当零件有不- 5 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 - 6 - 加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。 工件被放在两个支承钉和支撑板上，限制三个自由度；工件的大叉口内表面紧靠在两个支承钉的外圆柱面上，限制两个自由度；的端面紧靠在支承钉上，限制一个自由度，实现完全定位。 对于精基准而言，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时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 （四）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成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。 1. 工艺路线方案一 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格工序 立式钻床上扩、工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床上铣槽。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 2. 工艺路线方案二 工序 立式钻床上扩、哈尔滨理工大学课程设计论文 - 7 - 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 工序 卧式铣床上铣叉口。 工序 手工去锐边。 工序 卧式铣床上铣槽。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格工序 手工去毛刺。 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 工序 去毛刺。 工序 清洗。 工序 终检。 3. 工艺方案的比较与分析 上述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。第1个 方案先是“摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格，先把这一步工序放在前面是想，后面还有“钻 ”这一步工序，如果先钻孔攻丝那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。能这样想，出发点是好的，考虑到可以减少一步工序，似乎能减少劳动工时，提高生产率，可是没有考虑到，把这一步工序放前，定位比较难，不易保证必要的位置精度，夹具设计困难，实际可行性比较低。再看第2个方案，第2个方案把“一步工序放在了前面，这样为以后的各个工序提供了加工基准，工序安排比较科学合理。不过它和第1个方案一样，都把“扩、“倒角”放在了一步工序中。在这一步中通过换钻套可以倒一边的角，不过要倒另一边的角，就要把工件卸下翻面倒角，这样增加了夹具的设计难度。不过主要的是立式钻床体积比较大，操作起来不方便，并且倒角也没有高的精度要求，从经济效益上来考虑是不合算的。通过分析后，把这一步工序一分为二，把“倒角”独立出来，单独作为一步工序，因为倒角的精度要求不高，我们可以把这一步工序放在台钻上来完成。台钻体积比较小，操作简单，夹具结构也简单，这样零件的加工工时降下来了，生产效率上来了，降低了零件的成本。 哈尔滨理工大学课程设计论文 - 8 - 估算每一步工序所用夹具的大体尺寸，根据金属切削机床夹具设计 手册（第二版）上给出的各种切削机床的规格尺寸，选择每一道工序所用的合适的机床。 因此，最后的加工路线确定如下： 工序 立式钻床上扩、以拨叉叉口内圆非加工面、选用用专用夹具。 工序 选用用专用夹具。 工序 卧式铣床上粗铣叉口侧面。 选用用专用夹具。 工序 卧式铣床上铣叉口。 选用用专用夹具。 工序 手工去锐边。 用扁平挫刀手工去锐边，可设计简易的支承台。 工序 卧式铣床上铣槽。 口内圆侧面为基准定位。 选用用专用夹具。 工序 摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格口内圆侧面为基准定位。 选用用专用夹具。 工序 手工去毛刺。 用圆形小挫刀手工去毛刺，可以设计简易的支承台，注意不 不要划伤内圆面。 哈尔滨理工大学课程设计论文 - 9 - 工序 卧式铣床上精铣叉口侧面。 选用用专用夹具。 工序 去毛刺。 用扁平挫刀手工去毛刺，可设计简易的支承台。 工序 清洗。 用专用清洗机清洗。 工序 终检。 以上工艺过程相见“拖拉机倒档拨叉机械加工工序卡片”。 （五）机械加工余量及工步的初步确定 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量和工步如下： 1. 孔： 16 2Z=6次扩孔： 2Z=铰： 2Z=铰： 2Z=. 叉口侧面 粗铣： 2Z=铣： 2Z=叉口内圆面 一次精铣： Z=2. 铣槽 一次精铣： Z=2. 钻孔、攻丝 丝，锪孔。 先在加工面上钻出4是攻丝前的 底孔，然后用哈尔滨理工大学课程设计论文 （六）确定切削用量及基本工时 工序 钻孔16孔 19.1 . 钻孔16 据文献4表 知 f=0.1 v=50 =根据资料 按照机床型号选取 1100=所以，该钻床的实际切削速度为 =切削工时： +=+=入深度 01= ，切出深度 2= 2. 据文献3表 得扩孔钻扩 时的进给量，并根据机床的型号规格选取 f=扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其它有关资料确定为钻= 中， 为用钻头钻同样材料、同样尺寸实心孔时的切削速度。故： =v =- 10 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 根据文献3. 表 由机床型号选取 400=wn 所以，该床的实际切削速度为 =切削工时： +=+=入时间 1= ，切出时间 3. 据文献4 表 时的进给量， 并由机床及零件材料的硬度可以选取 f 12=v =根据文献3表 按照机床型号选取 275=所以，该钻床的实际切削速度为 =切削工时： +=+=入深度 1= ，切出 4. 据文献4 表 定查得铰 时的进给量，并由机床及- 11 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 零件材料的硬度可以选取 f 12=v =根据文献3表 按照机床型号选取 275=所以，该钻床的实际切削速度为 =切削工时： +=+=入深度 1= ，切出 工序 缩短辅助工作时间，提高工作效率， 取倒角主轴转速与扩孔时转速相同。 460=n 采用手动进给。 工序 粗铣叉口侧面 叉口两侧面在铸造毛坯时两个面的加工余量是相同的，故可以算一个面就行。现在以其中一面为粗基准，对另一面进行粗加工，切削用量和切削工时如下： 根据文献3 表 得知 此，再根据资料文献4表 查得 20.0=zf - 12 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 （采用不对称端铣，以提高进给量） 切削速度：参照有关手册资料，确定 = 选用 质合金刀片 直径 齿数为 12=根据文献3 表 按照机床型号选取 75=wn 故实际切削速度为： =当 75=wn ，工作台每分钟进给量 应为： =根据文献3 表 按照机床型号选取 =190mf 铣削加工时间： 由于是粗铣，故整个刀盘不必过整个 工件，利用作图法，可知总行程为 21+ =160： +=工序 精铣叉口 据文献3 表 得知 式铣床的电动机功率为 此，再根据文献4 表 查得 09.0=zf （采用对称铣削，以提高进给量） - 13 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 切削速度：参照有关手册资料，确定 = 根据资料 选取硬质合金镶齿三面刃铣刀 直径齿数为 齿宽 12=z = 则： =根据文献3 表 按照机床型号选取 190=wn 故实际切削速度为： =当 190=wn ，工作台每分钟进给量 应为： =根据文献3 表 按照机床型号选取 =235mf 铣削加工时间： 由于是精铣，故整个刀盘应该过整个 工件，利用作图法，可知总行程为 21+ =1=中：根据文献4 表 可得知 入切量+ 超切量为 21： +=工序 铣槽 根据文献3 表 得知 式铣床的电动机功率为 此，再根据资料 查得 09.0=zf 切削速度：参照有关手册资料，确定 = - 14 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 根据文献 3表 选取硬质合金立铣刀 直径 齿数为 =根据文献3 表 按照机床型号选取 475=wn 故实际切削速度为： =当 475=wn ，工作台每分钟进给量 应为： =根据文献3 表 按照机床型号选取 =375mf 铣削加工时间： =+=工序 钻孔、丝 2. 据文献4 表 知 f=v=48 =根据文献3表 按照机床型号选取 1600=sn - 15 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 所以，该钻床的实际切削速度为 =切削工时： =t 2. 据有关资料介绍，锪沉头孔时进给 量及切削速度约为钻孔时的1/21/3 根据文献4表 得 121( =钻根据文献3表 取 8)3121( =钻取 =根据资料 按照机床型号选取 500=所以，实际切削速度为 =切削工时： t 3. 攻丝 2丝 ， = 所以， - 16 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 =根据文献3表 按照机床型号选取 125=所以，实际切削速度为 =切削工时： =t 工序 精铣叉口侧面 在工序粗铣叉口侧面时两个面剩余的加工余量是相同的，所以计算一个面即可。现在以其中一个面为精基准，对另一个面进行精加工，切削用量和切削工时如下： 根据文献3 表 得知 此，再根据资料文献4表 查得 18.0=zf （采用不对称端铣，以提高进给量） 切削速度：参照有关手册资料，确定 = 选用 质合金刀片 直径 齿数为 12=根据文献3 表 按照机床型号选取 75=wn 故实际切削速度为： =- 17 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 当 75=wn ，工作台每分钟进给量 应为： =根据文献3 表 按照机床型号选取 190 铣削加工时间： 由于是精铣，故整个刀盘必须过整个 工件，利用作图法，可知总行程为 21+ =165中：入切量为 10 超切量为 5： +=三、夹 具 设 计 为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 经过指导老师的指定，决定设计第道工序钻孔、锪孔 13.5 丝 2夹具将用于 臂钻床上，刀具为：锥柄长麻花钻一把（10.4 圆柱柄锥形锪钻一把 （13.5 机用丝锥一把(。 （一）问题的提出 利用本夹具辅助钻孔、攻丝，从零件图上可以看出在19.1 的轮 毂上钻两个孔并攻丝至 键问题在于两个孔排列在 34工件长度上，并且两个空间隔 以很难在一个钻套上设计出两个孔，也就是说装卡一次工件只能完成一个孔的加工。经过老师的指导决定定出如下方案： 在设计钻套时，可设计为偏心钻套，加工方案为先成批加工一批工件， 然后拆卸钻套，转向 180 度，同时换定位销（定位销上有盲孔，便于钻孔攻丝的加工），然后反过来将这批零件的另一个螺纹孔加工好。这样夹具设计相对简单，并且可以保证劳动生产率。 - 18 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 由零件图纸上可以看出这道工序没有特别的精度要求，所以在进行夹具设计时，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 （二）定位基准的选择 经过分析可知，这两个螺纹孔只要保证与19.1 的轴心线有垂直 精度的要求即可。定位基准选 19.1 及其端面，工件以 在定位销上定位，限制四个自由度；以销上的环面台阶靠在19.1 的端面上，限制一个自由度；以叉口靠在半圆形定位销上，限制一个自由度，实现完全定位，示。 为了提高生产率，在能保证加工精度的情况下，夹具要设计的尽量便于操作，以减少辅助工时，降低生产成本。在这个原则下，对夹具的加紧机构作了详细分析，要加紧工件，还要受力均匀，防止工件受迫变形。最后定出方案，在工件的50 铸造工艺孔处设计加紧螺栓，用 U 型压板和加紧螺母压紧工件，经过分析认为这个方案操作简单，可行性很高。 6 工序工件定位加紧示意图 - 19 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 （三）切削力及加紧力的计算 在这一步工序中，所需要最大切削的工步是钻孔10.4 们只对 这一工步进行计算即可。 刀具：锥柄长麻花钻一把 ，进给量： 工件硬度：250文献6 表 3知，钻削加工时的切削力计算公式为： 其中 =() = 虽然在该步工序中零件是竖直放置的，加工时钻头也是垂直工作，但是由于工件受定位、加紧的影响，所以在其他两个方向上也有分力。根据有关资料可知，分力系数为a=于工件加紧是垂直夹具体立墙的方向，所以只需求出垂直于立墙的分力 ，该力即为所需加紧力 P 要克服的力： = 由加紧机构产生的实际加紧力应满足下式： = 安全系数4321 式中 1K2K30 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 4= 由文献7表2紧方式采用的是螺旋加紧机构加紧，由表 中数据可知，规格为 螺母，扳手手柄长为 240加的作用力为100生的压紧力为W=11400N。 由比例关系可知，在使用这个夹具时，扳手手柄长为 240加的作用力为50生的压紧力为W=5700N。 所以由以上计算数据可以看出，工人操作时扳动加紧扳手时比较方便，容易操作，夹紧力满足要求。 （四） 定位误差分析 1. 定位元件尺寸及公差的确定 在这一步工序中，定位元件为长销和半圆形短平销： 孔的尺 寸公差为 J ，定位销的与其配合，尺寸及公差为； ，扁平半圆销的尺寸为 。 2. 采用以上的两个定位元件， 由于这一步工序在精铣叉口侧面之前，所以零件图纸上要求的螺纹孔和叉口侧面的尺寸保证在 这一步还要多一个精铣侧面的加工余量，为 样就是 夹具设计时，因为把支承叉口侧面的台阶面设计成不可调的，所以就只有提高夹具的加工精度来保证上面所说的尺寸要求。以满足要求。 对于这一步的改进，应该把叉口侧面的不可调支撑改为调节支撑螺柱支承，这样就可以通过现场调试来保证长销的端面到叉口侧面的支承台阶- 21 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 的高度差，又降低了夹具的设计加工成本，一举两得。 （五） 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。 夹具结构示意图 们可以看出，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 由前面的计算可知，安全系数为 K=位销所受的挤压应力为： =挤 定位销材料为 处理 0，屈服强度为 ，取安全系数为n=许用挤压应力为： - 22 - 哈尔滨理工大学课程设计论文 所以 挤故定位销可安全工作 许用剪切应力 = 实际剪切应力： = 故定位销可安全工作 （六） 夹具设计及操作的简要说明 根据前面提出的定位方案，经过比较分析，。因为零件的生产量不算是太大，并且零件尺寸和重量不太大，所以从经济方面考虑采用手动加紧方式比较合适。采用 通过计算可知，工人操作时扳动加紧扳手时比较方便，容易操作。 在这一步工序中，由于是在34两个螺纹孔的间距很小，为 用的是普通机床，并且如果同时进行两个孔的加工，机床满足不了要求，切削力为原来单孔加工的两倍，增加了夹具的制造难度。为了解决这个问题，在夹具的设计时采取了如下措施： 1