机械制造技术课程设计-换挡叉加工工艺及镗下端R43内圈圆弧夹具设计（全套图纸） .pdf

1 课程设计说明书课程设计说明书 题题 目目 设计“换挡叉”零件机械加工工艺规程及设计“换挡叉”零件机械加工工艺规程及 r43 圆弧面加工夹圆弧面加工夹 具设计具设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 班班 级级 机械设计与制造机械设计与制造 设设 计计 者者 2 指导老师指导老师 2010 年年 1 月月 7 日日 3 目目 录录 机械制造基础课程设计任务书机械制造基础课程设计任务书 . .3 序序 言言 .4 一、零件的分析一、零件的分析 .4 1.1 零件的工艺分析 4 1.1 确定生产类型 . 4 1.1 确定毛坯 4 二、工艺规程设计二、工艺规程设计. .4 2.1 选择定位基准 5 2.2 制定工艺路线 5 2.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 6 三、专用夹具设计三、专用夹具设计. .6 3.1 设计主旨 7 3.2 夹具设计 7 3.2.1 定位基准的选择 7 3.2.2 切削力和夹紧力的计算 8 3.2.3 对刀装置的选择 9 3.2.4 夹具设计及操作的简要说明 10 四、总结四、总结 11 参考文献参考文献 12 4 机械制造基础课程设计任务书机械制造基础课程设计任务书 设计题目：设计“换挡叉”零件机械加工工艺规程及 r43 圆弧面加 工夹具设计 设计要求：1、未注圆角 r23. 2、铸件不得有沙眼、疏松等缺陷。 3、热处理、调质，硬度 1825hrc 4、t1、t2、t3 表面高频淬火，5563hrc 淬硬深度 11.5 5、材料：zg45ii 设计内容：1、熟悉零件图； 2、绘制零件图（1 张） ； 3、绘制毛坯图（1 张） ； 4、绘制装配图（1 张） ； 5、绘制夹具体（1 张） ； 6、编写工艺过程卡片（1 张）和工序卡片（1 张） ； 7、课程设计说明书（1 份） 2010 年 1 月 5 序序 言言 机械制造基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，技术基础课以及大部分专业课后进行的。 这是我们在进行毕业设计之前对所学的各课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。 因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望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 己的分析问题，解决问题的能力，为今后的工作打下良好的基础。 由于能力有限，设计尚有很多不足之处，恳请各位老师给予指教。 一、零件的分析一、零件的分析 题目所给的零件是汽车变速器上的换挡叉。它位于汽车变速器机构中，主要起换档，使汽车输出主轴 回转运动按照驾驶者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 16 孔套在一根固定轴上， r43 的圆弧孔套在汽车变速齿轮轴槽上，零件上方的槽与拨杆相连，驾驶者通过拨杆拨动整个换档叉沿着 16 的轴线进行轴向移动，拨动齿轮副进行啮合，实现变速操作。 1.1 零件的工艺分析零件的工艺分析 零件采用 45 刚，考虑到汽车在换速过程中收到拨杆的作用力是冲击载荷，齿轮啮合时对拨叉也有冲击 载荷，因此在加工的时候应尽量保证金属前卫尽量不被切断，保证零件工作可靠性。零件外圆面难以用切 屑进行加工，而且外圆面没有特殊的精度要求，按 14 级精度取，通过制造就可以获得所需的表面质量。该 零件批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用铸造加工。这从提高生产效率、保证加工精度上考 虑，是应该的。 零件拨槽上平面、拨槽侧面、20 两端面有粗糙度要求，换挡叉叉头 t1、t2 平面相对 16 孔有垂直度 要求，因此应以 20 外圆面为基准先加工 16 孔，然后以 16 孔为精基准加工叉头 t1、t2 平面和拨槽上 平面拨槽两侧面。 由上面分析可知，可以粗加工 16 孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度 要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此换挡叉零件没有复杂的加工曲面， 所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 1.2 确定生产类型确定生产类型 已知此拨叉零件的生产纲领为 5000 件/年， 零件的质量是 1kg/个， 查电子版 机械加工工艺设计手册 ， 可确定该 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；加工设备。 1.3 确定毛坯确定毛坯 1、确定毛坯种类： 零件材料为 zg45ii。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大 批量生产， 故选择砂型铸件及其造型坯。 查电子版 机械加工工艺设计手册 选用铸件尺寸公差等级为 ct-12。 以叉头左面为铸造分型面，在 t5 上平面设置浇注口。 6 2、确定铸件加工余量及形状： 查电子版机械加工工艺设计手册 ，选用加工余量为 ma-h 级，并查表确定各个加工面的铸件机械加 工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示： 简 图 加工面 代号 基本 尺寸 加工余 量等级 加工余 量 说 明 16 16 h 82 孔降一级双侧加工 r43 43 h 4.52 孔降一级双侧加工 t1- t2 8 h 3.52 双侧加工 t3 14 h 3.52 双侧加工 t4- t6 42 h 3.52 单侧加工 t5 13 h 5 单侧加工 t8 6 h 5 单侧加工 3、绘制铸件毛坯图 二、工艺规程设计二、工艺规程设计 2.1 选择定位基准：选择定位基准： （1）粗基准的选择：以零件 16 的左端面(t4)为粗基准叉头的一个面(t1)为粗基准。 （2）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统 一”原则，以粗加工后的孔的内圆面(16)和孔的右端面(t6)为定位精基准。 （3）辅助基准的选择：t4、r43、t7 2.2 制定工艺路线制定工艺路线: 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产 纲领已确定的情况下,可以考虑采用 。查 ，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 工序 i 粗铣 t6 和 t2 平面，以 t4，采用 x5032 立式铣床加专用铣夹具； 工序 ii 粗铣 t4 和 t1 平面，t6 为基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 工序 iii 钻 16 孔，钻孔大小 d=15mm，t6 为基准，采用 z4116-a 钻床、钻模板和专用钻床夹具； 工序iv 扩16孔，以t6为基准，t7为辅助基准，采用t616卧式镗床、镗模和专用镗床夹具； 工序 v 粗铰16，以 t6 为基准，t7 为辅助基准，采用 t616 卧式镗床、镗模和专用镗床夹具 工序 vi 粗铣 t5，以 16 为定位基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 工序 vii 粗铣 t8，以16 为定位基准, t4 和 r43 为辅助基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 工序 viii 粗铣 t3 面，以 t6 为定位基准， ，采用 x6132 卧式铣床加专用铣夹具； 工序 ix 粗镗 r43，以16 为基准，t2 为辅助基准，采用 t616 卧式镗床、镗模和专用镗床夹具 工序 x 半精镗 r43，以16 为基准，t2 为辅助基准，采用 t616 卧式镗床、镗模和专用镗床夹具 工序 xi 精铣 t1 平面，以16 为定位基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 7 工序 xii 精铣 t2 平面，以16 为定位基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 工序 xiii 精铣 t5，以16 为定位基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 工序 xiv 精铣 t8，以16 为定位基准, t4 和 r43 为辅助基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 工序 xv 钻 2 孔，以16 为定位基准，r43 为辅助定位基准，采用 z4116-a 钻床钻模板加专用钻夹 具； 工序 xvi 钻 m10 螺纹孔，以 t6 为定位基准, 16 左端面和 r43 为辅助基准，采用 z4116-a 钻床钻模 板加专用钻夹具； 工序 xvii 车 m10 螺纹，t6 为定位基准, 16 左端面和 r43 为辅助基准，采用 ca6140 车床加专用车 夹具； 工序 xviii t1、t2、t3 表面高频淬火，5563hrc； 工序 xix 精铰16，以 t6 面为基准,t7 为辅助基准，采用 t616 卧式镗床加专用夹镗具； 工序 xx 精铣 t3 平面，以 t6 为定位基准，采用 x51 立式铣床加专用铣夹具； 工序 xxi 磨削 t1 平面，以16 为定位基准, 采用 hz-y150 内圆磨床加专用磨夹具； 工序 xxii 磨削 t2 平面，以16 为定位基准, 采用 hz-y150 内圆磨床加专用磨夹具； 工序 xxiii 去毛刺； 工序 xxiv 终检。 工序 xxv 2.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: 2.3.1 圆柱表面工序尺寸圆柱表面工序尺寸 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下： 加工 表面 加工 内容 加工 余量 精度 等级 工序 尺寸 表面粗 糙度 工序余量 最小 最大 r43 铸件 4 ct12 393r 12.5 粗镗 3.5 it11 016. 0 0 35.42r + 6.3 3.35 6.51 半精镗 1.65 it8 039. 0 0 r43+ 3.2 1.48 1.689 16 钻孔 15 it12 09. 015 6.3 14.91 15.09 扩孔 0.85 it10 070. 0 0 85.15 + 6.3 0.76 1.01 粗铰 0.1 it9 043. 0 0 95.15 + 6.3 0.03 0.143 精铰 0.05 it7 018. 0 0 16+ 0.2 0.007 0.068 2 孔 钻孔 2 it12 1 . 0 0 2+ 6.3 2 2.1 m10 钻孔 8.5 it12 15. 0 0 5 . 8 + 6.3 8.5 8.65 车螺纹 1.5 it7 015. 0 0 10+ 6.3 1.35 1.515 8 2.3.2 平面工序尺寸平面工序尺寸 工 序 号 工序 内容 加工 余量 基本 尺寸 经济 精度 工序尺寸 偏差 工序余量 最小 最大 t1、t2 铸件 3.52 15 ct12 2.2 1 粗铣 t2 2.2 12.8 it11 110. 0 0 + 0.09 4.4 2 精铣 t1 1 9.6 it9 360 . 0 0 + 0.964 1.11 3 磨削 t1 平面 0.3 83 it8 .0220 0 + 0.278 0.336 4 粗铣 t1 2.2 10.6 it11 110. 0 0 + 2.09 2.31 5 精铣 t2 1 8.6 it9 .0360 0 + 0.964 1.036 6 磨削 t2 平面 0.3 8.0 it8 022. 0 0 + 0.278 0.322 铸件 3.52 7 ct12 2.1 7 粗铣 t3 2.52 12 it11 110. 0 0 + 2.9 7.21 10 精铣 t3 12 14 it9 043. 0 0 + 1.89 2.043 t4、t6 铸件 3.52 49 ct12 2.8 11 粗铣 t6 3.5 45.5 it11 160. 0 0 + 0.54 6.3 12 粗铣 t4 3.5 42 it11 160. 0 0 + 3.34 3.66 铸件 5 18 ct12 2.3 13 粗铣 t5 4 14 it11 110. 0 0 + 1.59 6.3 14 精铣 t5 1 13 it9 043. 0 0 + 0.957 1.11 铸件 5 11 ct12 2.2 15 粗铣 t8 4 7 it11 090. 0 0 + 1.71 6.2 16 精铣 t8 1 6 it9 030. 0 0 + 0.97 1.09 2.3.3 确定切削用量及时间定额确定切削用量及时间定额 工序工序 粗铣粗铣 20、50 下端面，以下端面，以 t2 为粗基准为粗基准 1. 加工条件 工件材料：zg45,b =600mpa，铸造;工件尺寸：aemaxt6=20mm，l t6=36mm；aemaxt2 =15mm; 加工要求：粗铣 t6 和 t2 平面加工余量分别为 3.5mm、2.2mm 机床：x5032 立式铣床； 刀具：yt15 硬质合金端铣刀。铣削宽度 ae60,深度 ap4，故根据电子版机械加工工艺设手册 （后 简称工艺手册 ）表 3.1，取刀具直径 d0=80mm。然后选择刀具前角 0+5后角 08，副后角 0=10， 9 刃倾角 s=15,主偏角 kr=60,过渡刃 kr=30,副偏角 kr=5。 2. 切削用量 (1)t6 平面 1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap=3.5mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量 fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加 工效率。根据工艺手册 ，使用 yt15 硬质合金端铣刀加工，机床功率为 9kw（据工艺手册 ，x5032 立式铣床）时： fz=0.120.18mm/z 故选择：fz=0.18mm/z。 3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据机械制造技术基础课程设计指南表 5- 148，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.21.8mm，选择 磨损量为 1.2；由于铣刀直径 d0=80mm，故刀具使用寿命 t=120min（ 机械制造技术基础课程设计指南表 5- 149） 。 4）计算切削速度 vc和每分钟进给量 vf 根据机械制造技术基础课程设计指南表 2- 17，当 d0=80mm，z=12，ap3.5，fz0.18mm/z 时。各修 正系数为：kmv= 1.0，ksv= 0.8。切削速度计算公式为： v ezpt vv ck zafa qdc v vv u v y v xmp 0 = （2- 1） 其中 mmae20=，mm ap 5 . 3=，186=vc，2 . 0=qv，1 . 0= xv ，4 . 0=yv，2 . 0= uv ，1= kv ， 0=pv， 2 . 0=m，min120=t，zmmf z /18. 0=，12=z，将以上数据代入公式 2- 1 得： min/7588 . 0 122018 . 0 5 . 3120 2 . 080186 02 . 04 . 01 . 02 . 0 m vc = = 确定机床主轴转速： min/575 1000 r d v n w c s = 。 （2- 2） 根据简明手册表 4.2- 36，选择 nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为： vc= 1000 0n d = 1000 5758014 . 3 m/min=144m/min （2- 3） f zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z 5）计算基本工时 tml/ vf，l=l+ y+，l=176mm. （2- 4） 查切削手册表 3. 26，入切量及超切量为：y+=40mm，则： tml/ vf=(176+40)/390=0.81min。 10 三、专用夹具设计三、专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，形成大批量生产，通常需要设计专用夹具。 经过选择指导老师和课题，决定设计镗下端 r43 内圈圆弧专用夹具。本夹具将用于立式镗床。 3.1设计主旨设计主旨 本夹具主要用来镗下端 r43 内圈圆弧设计，零件都有一定的技术要求。因此，在本道工序加工时，主 要考虑如何提高加工精度，提高劳动生产率和降低劳动强度。 3.2 夹具设计夹具设计 3.2.1定位基准的选择定位基准的选择 工件以16mm 的内孔和拨叉头左端面作为定位基准，采用平面与定位心轴组合定位方案。其中定位平面限 制三个自由度，定位销限制两个自由度，再以一个定位支承钉顶再拨叉杆幅板的一个侧面限制一个自由 度，实现完全定位。采用螺母加开口垫圈夹紧工件，用压板压住工件幅板的另一侧完成辅助定位与夹紧， 以承受切削力。定位元件的工作表面与夹具体底面的垂直度要求保证满足零件定位基准与工序基准的垂直 度要求，以保证零件图的要求。加工时，随着铣刀的进给工件可能会产生转角误差，但这属于自由公差， 故应能满足定位要求。 3.2.2 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 切向力：fz= 9.81 60fzpfz nfz xfzyfznfz c afvk = 0.821.0 1.80.823 9.81 60102 10.52211.2 10 =561n 背向力：fy= 9.81 60fypfy nfy xfyyfynfy c afvk = 0 0.90.7503 9.81 6054 10.51361.2 10 =378n 11 进给力：fx= 9.81 60fxpfx nfx xfxyfxnfx c afvk 0 00.41.03 9.81 6046 10.51361.2 10 =558n 夹紧力：n 选用摇柄压紧，实际加紧力 n 应为 n f n1460 5 . 05 . 0 1460 1 = + = + = 式中， 1 和 2 是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数， 1 2 0.5。 nn21005 . 04200 压 此时 压 n 已大于所需的 1460n 的夹紧力，故本夹具可安全工作。 3.2.3 对刀装置的选择对刀装置的选择 采用直角对刀块对刀。根据铣削方式设计相应的对刀块，满足加工条件的要求。 3.2.4 夹具设计及操作的简要说明夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应该首先着眼于加紧，本道工序的拉床夹具就 选择了手动加紧方式，本方式简单、快捷。本工序由于是精加工，切削力较小，同时还有夹紧工件，因此 势必要控制好夹紧力。目前可采取的有效措施有三个：一是选择好毛坯，提高它的精度、刚性以及抗疲劳 性。二是选择合理的夹紧力，以免在拉削时使工件受到损伤。 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。本夹具操作简单，省时省力。此外，可以使夹具在一批零件加工之前对好刀，再使机床在工 作台上有一正确的安装位置，以利于拉削加工。 4 体会体会与与展望展望 机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程教学的一个不可或缺的辅助环节。 它使我全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重 12 要实践。培养了自己编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和去工厂从事工 艺与夹具设计做了一些必要的准备。通过本课程设计自己的收获如下： 1 培养了自己综合运用机械制造工艺学及相关专业课程（工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量 技术、金属切削加工及装备等）的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和 解决机械加工工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力 2 根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会了拟订夹具设计方案，完成夹具 结构设计。 3 使自己提高了应用有关手册、标准、图表等技术资料的能力，掌握了从事工艺设计的方法和步骤。 4 进一步培养了自己机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等的基本技能。 5 培养了自己解决工艺问题的能力， 为今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下了良好的基 础。 5 方案综合评价与结论方案综合评价与结论 根据面向并行工程的夹具设计策略和实现方法，对设计和制造出来的夹具进行多方面的综合评价，其内容 包括定位的确定性、夹具可制造性、夹具可装配性、夹具结构柔性、夹具精度、工件使用性能、夹具的经 济性、夹具的刚性和强度。 在夹具的综合评价中，