机械制造技术课程设计-快挡拨叉的加工工艺及铣叉口内侧面夹具设计【全套图纸】 .pdf

机械制造课程设计说明书机械制造课程设计说明书 题目：设计快挡拨叉的机械加工工艺规程题目：设计快挡拨叉的机械加工工艺规程 及铣叉口内侧面的专用夹具及铣叉口内侧面的专用夹具 专专 业：业： 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 班班 级：级： 指导老师：指导老师： 专业系主任：专业系主任： 机械工程学院机械工程学院 2015 年年 月月 日日 ii 摘 要 本设计快挡拨叉零件加工过程的基础设计的夹具设计。主要加工 部位是平面和孔加工。在一般情况下，确保比保证精密加工孔很容易。 因此，设计遵循的原则是先加工面后加工孔表面。在零件的夹具设计 中，主要是根据零件加工工序要求，分析应限的自由度数，进而根据 零件的表面特征选定定位元件，再分析所选定位元件能否限定应限自 由度。确定了定位元件后还需要选择夹紧元件，最后就是确定专用夹 具的结构形式。 关键词：快挡拨叉零件；工艺；夹具； 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 iii abstract the design of turntable parts machining process based design of fixture design. the main processing parts processing plane and holes. in general, ensure easy to guarantee precision machining holes than. therefore, the design principle is first machined surface after machining hole surface. in the fixture design of parts, mainly according to the requirement of machining process, the number of degrees of freedom analysis should limit, then according to the surface characteristics of components selected location element, then analyze the selected location components can be qualified shall be limited degrees of freedom. determine the location element also need to select the clamping element, the last is to determine the structure of the special fixture. keywords: cutter turntable parts; technology; fixture; 1 目 录 摘 要 . ii abstract . iii 第 1 章 零件的分析 2 1.1 零件的作用 . 2 1.2 零件的工艺分析 . 2 1.3 零件的生产类型 . 3 第 2 章 确定毛坯的种类和制造方法 4 2.1 选择毛坯 . 4 2.2 确定机械加工余量 . 4 2.3 设计毛坯尺寸 . 4 第 3 章 拟定工艺路线 6 3.1 基准的选择 . 6 3.2 零件表面加工方法选择 . 6 3.3 工艺路线的拟定 . 7 第 4 章工序设计 8 4.1 选择加工设备与工艺装备 . 8 4.2 确定工序尺寸 9 4.3 切削用量及基本时间确定 . 10 第 5 章 铣叉口内侧面夹具设计 15 5.1 研究原始质料 . 15 5.2 定位基准的选择 . 15 5.3 切削力及夹紧力的计算 15 5.4 误差分析与计算 . 17 5.5 定向键与对刀装置设计 . 18 5.6 夹具设计及操作的简要说明 . 20 总 结 21 参考文献 22 致 谢 23 2 第 1 章 零件的分析 1.1 零件的作用 快挡拨叉在运输车的变速箱中，与操纵机构的其他零件结合，用它拨 动滑动齿轮，实现倒车。14 为配合面有较高精度。槽 14 为滑动拨动的 配合表面。下拨叉为与滑动齿轮接触的表面。 1.2 零件的工艺分析 该零件是叉架零件，形状不大规则，尺寸精度、形位精度要求不高， 为大批量生产零件，其主要技术要求分析如下： 其主要加工的有 14 表面粗糙度为 ra6.3um，是一个比较重要的孔， 其轴线要保证与 m 直线度 0.03；斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48 到 0； 3 开挡公差尺寸为 0.1 到 0.2，表面粗糙度为 ra6.3um 并保证与 14 轴线的 垂直度为 0.25 主要是保证叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上，拨叉 利用弹簧、滚珠在轴上进行定位， ；r19 面粗糙度为 ra12.5um，表面要求 淬火处理，硬度要求为 4853hrc；下爪总长公差尺寸为-1 到 0；后脚面 公差尺寸为 0 到 0.52，前面到轴线尺寸 18 的公差尺寸为0.2；孔 8.7 公差尺寸为 0 到 0.09，其轴线到开挡前脚面的尺寸 41.5 的公差尺寸为 0.15，孔深 32 公差尺寸为-1 到 0；拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔 8.7 的对称度为 0.4，内表面表面粗糙度为 ra12.5，内表面满足配合 14h13 公差尺寸为 0 到 0.27， 其槽底部分允许呈 r3max 圆角或 2 最大长为 3 的倒角；孔 8.7 还需锪平直径为 12；孔 24 端面、开挡内 r15 面、 孔 8.7 内表面以及槽 14h13 底面表面粗糙度为 ra25 一般的加工都可获 得。通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保 证，通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能 够完整表达物体的形状和大小，符合要求。 1.3 零件的生产类型 依设计题目，结合生产实际可知该零件的生产纲领零件是大批量生产 的铸件。 4 第 2 章 确定毛坯的种类和制造方法 2.1 选择毛坯 由于零件的结构比较复杂，大批量生产，又是薄壁的中小型零件，所以采 用砂型铸造，工件材料为 kth350-10。 2.2 确定机械加工余量 铸 件 的 尺 寸 公 差 按 gb/t6414-1999 确 定 ， 机 械 加 工 余 量 按 gb/t11351-89 确定。 根据 gb/t6414-1999 查表得尺寸公差 ct 为 8-12 级。 加工余量等级为 fh。所以，可取 ct=9 级。查表（gb/t6414）查出各表 面的公差数值。 零件尺寸 公差 ct 24端面 2 脚面圆柱面 15 1.6 脚面圆柱面 19 1.7 两脚面尺寸 6 1.5 14 槽面尺寸 14 1.6 槽底面 14 1.6 叉脚开挡尺寸 43 1.7 2.3 设计毛坯尺寸 快挡拨叉毛坯图尺寸（单位：mm） 零件表面 总余量 毛坯尺寸 公差 ct 24端面 2 50 2 脚面圆柱面 15 2 13 1.6 5 脚面圆柱面 19 2 17 1.7 两脚面尺寸 10 2 10 1.5 14 槽面尺寸 14 2 10 1.6 槽底面 14 2 12 1.6 叉脚开挡尺寸 2 36 1.7 6 第 3 章 拟定工艺路线 3.1 基准的选择 根据零件图纸及零件的使用情况分析，知14 孔，槽宽，叉子面厚， 叉子面与腹板的距离等均应通过正确的定位才能保证， 故对基准的选择应 予以分析。 （1）粗基准的选择 按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求， 应选择不加工表面为粗基准， 故此处选择 5mm 厚的腹板右侧为第一毛坯表 面基准，在加工14 孔时，为保证24mm 的外圆表面为第二粗基准。 （2）精基准的选择 ，各工序则以该孔为定位精基准，从靠近叉脚 的24mm 端面为轴向尺寸的定位基准不重合，这时需要进行尺寸链的换 算。 3.2 零件表面加工方法选择 本零件的加工面有内孔、倒角、槽、下底面、圆环面等，材料为 kth350-10。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法 选择如下。 （1）24 端面:表面粗糙度为 ra25um，可选粗铣即可满足要求。 （2）14 孔：公差等级为 9 级，表面粗糙度为 ra6.3um，公差尺寸 0 到 0.043，根据 gb/t1800.3-1998 规定其公差等级按 it9，可以先钻后 扩孔来满足要求。 （3）开挡 r15 内圆柱面：表面粗糙度为 ra25um，未标注公差等级， 故粗铣即可满足要求。 （4）脚面：表面粗糙度 ra6.3um，加工方法可采用粗铣即可达到要 求。 （4）开挡：表面粗糙度为 ra12.5um，加工方法可采用粗铣即可达到 要求。 7 （5）槽 14：表面粗糙度为 ra12.5um，公差等级 13，加工方法可采 用粗铣即可达到要求。 （6）槽 14 底面：表面粗糙度为 ra25um，加工方法可采用粗铣即可 达到要求。 （7） 孔8： 表面粗糙度 ra25um， 公差尺寸为 0 到 0.1， 根据 gb1800-79 规定其公差等级按 it11，采用钻孔即可达到要求。 3.3 工艺路线的拟定 （1）工艺路线的拟定 为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术 要求，必 须制定合理的工艺路线。 由于生产纲领为大批量生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、 量具， 并考虑工序集中， 以提高生产率和减少机床数量， 使生产成本下降。 按照先加工基准面及先粗后精的原则， 该零件的加工可按以下工艺路线进 行。 10、铸造 15、热处理 20、铣 14 孔端面 25、钻扩铰 14 孔 30、倒角 14 孔 35、铣开档叉脚面 t1，t2 面 40、铣开档 43 45、铣槽 14 50、钻 8 55、去毛刺 60、检验 根据此工序安排，编出机械加工工艺路线卡及工序卡片。 8 第 4 章工序设计 4.1 选择加工设备与工艺装备 （一）选择机床 1-1 工序 4 钻扩铰 14 孔、工序 5 倒角及工序 8 钻 8，工步不多，选用立 式钻床就能满足要求，本零件外廓尺寸不大，选用 z525 立式钻床。 1-2 工序 3、6、7 是粗铣和精铣，各工序的工步数不多，成批生产不要求 很高的生产率，故选用卧式铣床就能满足要求，选用 x62 卧式铣床即可。 （二）选择夹具 本零件除了铣槽和钻小孔需要专用量具外，其它用通用量具即可。 （三）选择刀具 1-1 工序 3 铣端面。镶齿三面刃铣刀。 1-2 工序 4 钻扩铰 14 孔。选择莫氏锥柄麻花钻 13 gb/t1438.1-1996。 其直径为 14mm，工作长度 46mm 1-3 工序 4 14 孔。选择 14 gb/t 1141-1984。其直径为 14mm，工作长 度 46mm，莫氏锥度为 1 号，总长 189mm。 1-4 工序 5 倒角。 1-5 工序 3、6、7 都是铣。铣刀按表 5-105 选镶齿三面刃铣刀，直径为 100，孔径 d=27，齿数 z=12。 1-6 工序 8 钻 8 孔。孔径为 8.7mm 无通用刀具，故可制造专用刀具，方 便制造及经济效益，可做成直柄麻花钻。 （四）选择量具 本零件为大批量生产，一般尽可能采用通用量具，根据表面精 度、尺寸和形状等要求，参考有关手册资料，选择量具如下表： 工序 工序名称 量具 9 3 铣端面 游标卡尺、粗糙块 4 钻扩铰 14 孔 游标卡尺、塞规 5 倒角 游标卡尺 6 铣脚面、开挡 游标卡尺、粗糙块 7 铣槽 游标卡尺、粗糙块 8 钻 8 游标卡尺、塞规 4.2 确定工序尺寸 1.24 端面加工余量 加工表面 工序双边余量 工序尺寸及公 差 表面粗糙度 粗铣 粗铣 粗铣 端面 50 4 46 ra25 2.钻扩铰 14 孔 加工表面 工序双边余量 工序尺寸及公 差 表面粗糙度 钻扩孔 钻孔 扩孔 钻孔 扩孔 钻孔 扩孔 13 1 13 043. 0 0 14+ ra6.3 3.面加工余量 加工表面 工序余量 工序尺寸及 公差 表面粗糙度 粗铣 精铣 粗铣 精铣 粗铣 精铣 t1，t2 面 2 15 ra25 t1，t2 面 2 52. 0 0 19+ ra12 10 .5 脚面 1.6 0.4 3 . 0 0 4 . 23 + 2 . 0 1 . 0 23+ + ra12 .5 ra6. 3 14h13 槽底面 2 10 ra25 14h13 槽 1.6 0.4 14.4 27.0 0 14 + ra25 ra12 .5 4.钻孔 加工表面 工序双边余量 工序尺寸及公 差 表面粗糙度 8 孔 8 8 ra25 4.3 切削用量及基本时间确定 1 工序 10 切削用量：本工序为粗铣端面，已知加工材料为 kth350-10，表面淬 火处理后 hrc48-53。 确定粗铣端面的切削用量。所选刀具为镶齿三面刃铣刀。 p a =2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 x62 铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求不高，选择 n=150r/min。由前面可知刀具直径为 100mm， 则切削速度为min/12.47 1000 15010014. 3 1000 m dn v= = 。 校核机床功率： 参考公式 znkpmaaadp pfem = 75 . 0 88 . 0 13 . 0 5 10300 其 中mmap2= d=100mm mmae24= zmmaf/2 . 0= z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得61 . 1 = m pkw7.5kw ，故可用。经计算得加工时 间为 57s。 2 工序 15、20 11 切削用量：钻，扩，铰 14 mm 孔 2.1 确定钻14mm 孔的切削用量。 所选刀具为莫氏锥柄麻花钻 确定切削用量 p a =13/2=6.5mm，查表得进给量 f =0.28mm/r，切削速 度 v =21m/min。则主轴转速 n= d v 1000 =514.19r/min,故取 n=545r/min， 此时 v= 1000 nd =22.26m/min。 2.2 确定扩14 孔的切削用量。 所选刀具为 14 gb/t 1141-1984，其直径为 14mm，工作长度 108mm， 莫氏锥度为 1 号，总长 189mm。 确定切削用量 p a =1/2=0.5mm，查表得进给量 f =0.45mm/r，切削速度 v =60m/min。则主轴转速 n= d v 1000 =1364.19r/min,故取 n=960r/min，此 时 v= 1000 nd =42.2m/min。 2.3 基本时间 确定钻孔的基本时间 1 j t =s fn lll fn l 9 . 2160 54528 . 0 7 . 7246 21 = + = + = 确定扩14)( 043 . 0 0 + 孔的基本时间 1 j t =s fn lll fn l 74 . 7 60 96045 . 0 7 . 7246 21 = + = + = 总时间为 30s。 3 工序 6 12 切削用量：本工序是铣脚面、开挡，先粗铣，后半精铣。 3.1 确定铣开挡底面圆柱面的切削用量 所选刀具为镶齿三面 刃铣刀。 p a =2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 x62 铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求不高（ra=25um） ，选择 n=150r/min。由前面可知刀具直 径为 100mm，则切削速度为min/1 .47 1000 15010014. 3 1000 m dn v= = 。 校核机床功率： 参考公式znkpmaaadp pfem = 75 . 0 88 . 0 13 . 0 5 10300 其中mmap2= d=100mm mmae31= zmmaf/2 . 0= z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得01 . 2 = m pkw7.5kw ，故可用。 3.2 确定铣开挡底面圆柱面 r19 的切削用量 所选刀具为镶 齿三面刃铣刀。 p a =2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 x62 铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求不高（ra=12.5um） ，选择 n=200r/min。由前面可知刀具 直径为 100mm，则切削速度为 min/83.62 1000 20010014 . 3 1000 m dn v= = 。 校核机床功率： 参考公式znkpmaaadp pfem = 75 . 0 88 . 0 13 . 0 5 10300 其中mmap2= d=100mm mmae7= zmmaf/2 . 0= z=12 n=200/60r/s kpm=1，解得72 . 0 = m pkw7.5kw ，故可用。 3.3确定开挡脚面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃 铣刀。 p a =4mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 x62 铣床主轴转速 30-1500 13 r/min，精度要求较高（ra=6.3um 及有垂直度要求） ，选择 n=250r/min。 由 前 面 可 知 刀 具 直 径 为100mm ， 则 切 削 速 度 为 min/5 .78 1000 25010014. 3 1000 m dn v= = 。 校核机床功率： 参考公式znkpmaaadp pfem = 75 . 0 88 . 0 13 . 0 5 10300 其 中mmap35 . 0 = d=100mm mmae4= zmmaf/2 . 0= z=12 n=250/60r/s kpm=1，解得1 . 0= m pkw7.5kw ，故可用。 加工用时为： 180s 铣脚面和开挡各 90s。 4 工序 7 本工序为铣槽，先粗铣槽底，再铣槽。 4.1 确定槽底面的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。 p a =2mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 x62 铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求不高（ra=25um） ，选择 n=150r/min。由前面可知刀具直 径为 100mm，则切削速度为min/1 .47 1000 15010014. 3 1000 m dn v= = 。 校核机床功率： 参考公式znkpmaaadp pfem = 75 . 0 88 . 0 13 . 0 5 10300 其中mmap2= d=100mm mmae10= zmmaf/2 . 0= z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得74 . 0 = m pkw7.5kw ，故可用。 4.2 确定槽的切削用量 所选刀具为镶齿三面刃铣刀。 p a =4mm,查表得进给量 f =0.2mm/z，又 x62 铣床主轴转速 30-1500 r/min，精度要求较高（ra=12.5um 且对称度为 0.4） ，选择 n=220r/min。 由 前 面 可 知 刀 具 直 径 为100mm ， 则 切 削 速 度 为 min/1 .69 1000 22010014. 3 1000 m dn v= = 。 校核机床功率： 参考公式znkpmaaadp pfem = 75 . 0 88 . 0 13 . 0 5 10300 14 其中mmap4= d=100mm mmae18= zmmaf/2 . 0= z=12 n=220/60r/s kpm=1，解得66 . 3 = m pkw7.5kw ，故可用。加工时间为： 120.s。 5 、工序 8 本工序为钻 8.7。 确定钻 8.7 孔的切削用量。所选刀具为直柄麻花钻 确定切削用量 p a =8.7/2=4.35mm，查表得进给量 f =0.49mm/r，切削速度 v =27m/min。则主轴转速 n= d v 1000 =987.8r/min,故取 n=960r/min，此时 v= 1000 nd =26.24m/min。加工用时 99s。 15 第 5 章 铣叉口内侧面夹具设计 5.1 研究原始质料 利用本夹具主要用来铣内侧面，加工时要满足粗糙度要求。为了保证技术要求， 最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用 夹具。由指导老师的分配，决定设计：铣叉口宽 43 两侧面的专用夹具。 本夹具主要用于铣叉口宽 43 内侧面的夹具，表面粗糙度 ra12.5，精 度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。 5.2 定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理， 否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。 铣 叉口两侧面，采用14h9 孔及其右端面、r22 圆弧面来定位，移动压板、 带肩六角螺母、螺栓、螺母和弹簧等组成的夹紧机构夹紧工件。 5.3 切削力及夹紧力的计算 （1）刀具： 采用 yg6 硬质合金立铣刀 机床： x51 型立式铣床 由3 所列公式 得 f v fzf w q u e y z x pf nd zafac f 0 = 查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1= v k 16 30= f c 83 . 0 = f q 0 . 1= f x 65 . 0 = f y 83 . 0 = f u 8= p a z=24 0= f w 代入上式，可得 f=889.4n 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数 k= 4321 kkkk 其中： 1 k 为基本安全系数 1.5 2 k 为加工性质系数 1.1 3 k 为刀具钝化系数 1.1 4 k 为断续切削系数 1.1 所以 nkff7 .1775= （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由()fkffn=+ 21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25 . 0 21 = ff f= z p +g g 为工件自重 n ff f n 4 . 3551 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=6mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 mpa b 1006= mpa b s 480 10 8= 螺钉疲劳极限：mpa b 19260032 . 0 32 . 0 1 = 极限应力幅：mpa k kkm a 76.51 1lim = 许用应力幅： mpa sa a a 3 . 17 lim = 17 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s = s=3.54 取s=4 得 mpa120= = 8 . 2 2 4 2 c h d f 满足要求 = mpa d n c 15 43 . 1 2 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠 5.4 误差分析与计算 （1）定位元件尺寸及公差确定。 夹具的主要定位元件为一平面，一心轴，一挡块、一可调挡块。 （2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，心轴的孔径为最小 时， 孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与心轴配合的最大间 隙量。本夹具是用来在铣床上加工，所以工件上孔与夹具上的心 轴保持固定接触。 此时可求出孔心在接触点与心轴中心连线方向 上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工 序尺寸方向与固定接触点和心轴中心连线方向相同， 则其定位误 差为： td=dmax-dmin 本工序采用一心轴，一挡板定位，工件始终靠近挡板的一面， 而心轴的会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力， 因此，工件不在心轴正上方，进而使加工位置有一定转角误差。 但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。 18 5.5 定向键与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布 置的远些。通过定向键与铣床工作台 t 形槽的配合，使夹具上定位元件的 工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。 根据 gb220780 定向键结构如图所示： o 图 1 夹具体槽形与螺钉图 根据 t 形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如下： 表 3.1 定向键数据表 b l h h d 1 h 夹具体槽形尺寸 2 b 2 h 公称 尺寸 允差 d 允差 4 d 公称 尺寸 允差 d 14 -0.014 -0.045 20 8 3 10 5.5 14 +0.023 5 塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 19 标记 四周倒圆 图 2 平塞尺图 塞尺尺寸为： 表 3.2 平塞尺尺寸表 公称尺寸 h 允差 d c 2 -0.006 0.25 20 5.6 夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具 结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具 选择了开口垫圈夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般 的手动夹紧就能达到本工序的要求。 本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动 夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。 21 总 结 快档拔叉的加工工艺及夹具设计，主要是对快档拔叉的加工工艺和夹具进行设 计。快档拔叉的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、 基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工 件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保 证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的