机械制造技术课程设计-变速叉的工艺规程及铣叉脚内侧面的夹具设计【全套图纸】.pdf

毕业设计说明书毕业设计说明书 题目： 变速叉的工艺规程及铣叉脚内侧面的 工装夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师： 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切 削机床、公差配合与测量等多方面的知识。 变速叉加工工艺规程及其铣叉脚内侧面的夹具设计是包括零 件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工 艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯 的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接 着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序 的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出 夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具 体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定 位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注 意改进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 abstrct this design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. the reduction gear box body components technological process and its the processing 140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; after that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. keywords: the craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序言序言1 一一. 零件分析零件分析 2 1.1 零件作用 2 1.2 零件的工艺分析 3 二二. 工艺规程设计工艺规程设计3 2.1 确定毛坯的制造形式 3 2.2 基面的选择传 5 2.3 制定工艺路线 5 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7 2.5 确定切削用量及基本工时7 三三 铣床夹具设计铣床夹具设计15 3.1 问题的提出15 3.2 定位基准的选择15 3.3 切削力及夹紧力计算16 3.4 定位误差分析18 3.5 定向键和对刀装置设计18 3.6 夹具设计及操作简要说明21 总 结24 致 谢25 参考文献参考文献 26 第 1 页 共 26 页 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接 供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各 种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业， 因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低 是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 变速叉的加工工艺规程及其铣 7mm 的侧面的夹具设计是在学 完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等 进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加 工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并 设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己 的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识 面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生 产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的 完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评 指正。 第 2 页 共 26 页 一、一、 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 变速叉的作用，题目所给定的零件是变速箱中的变速叉，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 变速叉，拨动同步器，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，在变速 叉转动时带动其运动。 第 3 页 共 26 页 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 从变速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. 以12mm孔为中心的加工面 这一组加工面包括： 一个的12mm孔以及对其倒角， 各个槽的侧面 和孔 2. 以底面为基准的加工面 这一组加工面包括：24的左右端面 二二. 工艺规程设计工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 ht200，考虑到变速叉运行时经常需要挂档以倒 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。由于零件成批生产，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。 2.2 毛坯的设计毛坯的设计 变速叉零件材料为 ht200，硬度选用260hbs，毛坯重约1kg。 生产类型为成批生产， 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. 12mm的孔 因为孔只有12mm大，因此在铸造时不容易铸造出，因此在毛 坯的设计时，不宜设计底孔。因此毛坯采用实心铸造。以确保毛 坯的成功率。 2. 叉口侧面 该叉口两侧面粗糙度都是3.2， 进行一次粗铣即可满足光洁度 要求。根据资料可知，选取加工余量等级为g，选取尺寸公差等级 第 4 页 共 26 页 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1.5mm， 符合要求。 3. 叉口内圆面 叉口内圆面的圆弧半径为r41.5mm， 光洁度要求没有， 直接铸 造出来，查资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公差等级 为810级， 5. 钻孔、 12mm，8mm,3mm的孔 因为加工的孔不是很大，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，毛坯的具体形状和 尺寸见图.2 “变速叉”零件毛坯简图。 第 5 页 共 26 页 2.2 基面的选择的选择基面的选择的选择 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，变速叉较不规则，所 以粗基准不太容易选择。 为了保证12mm孔的位置精度的要求， 选 择24外圆面作为粗基准，依照粗基准的选择原则 （即当零件有不加工表面时， 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。 工件放在工作台上，工件的24外圆表面紧靠在固定v型块 上，限制5个自由度；固定v型块对面用活动v型块夹紧，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。 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 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。 方案一 工序：铸造。 工序：时效处理 工序：铣24 左端面 工序：铣24 右端面 工序v：钻扩铰12 的孔 第 6 页 共 26 页 工序i：铣宽 8mm 的 2 侧面 工序：铣宽 92mm 内面 工序：铣宽 7 的 2 侧面 工序：铣宽 16mm 的槽 工序 x：钻8mm 孔 工序 xi：钻3 孔 工序 xii：入库。 方案二 工序：铸造。 工序：时效处理 工序：钻扩铰12 的孔 工序：铣24 左端面 工序v：铣24 右端面 工序i：铣宽 8mm 的 2 侧面 工序：铣宽 92mm 内面 工序：铣宽 7 的 2 侧面 工序：铣宽 16mm 的槽 工序 x：钻8mm 孔 工序 xi：钻3 孔 工序 xii：入库。 方案二和方案一的不同之处在于方案一在铣完24 左右端面 后开始钻，扩，绞12 的孔，然后以12 孔为定位基准铣各个槽 和侧面，这样就能更好的保证加工精度提高生产效率，综合考虑 我们选择方案一，具体的加工路线如下 工序：铸造。 工序：时效处理 工序：铣24 左端面 工序：铣24 右端面 第 7 页 共 26 页 工序v：钻扩铰12 的孔 工序i：铣宽 8mm 的 2 侧面 工序：铣宽 92mm 内面 工序：铣宽 7 的 2 侧面 工序：铣宽 16mm 的槽 工序 x：钻8mm 孔 工序 xi：钻3 孔 工序 xii：入库。 2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 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. 12mm的孔 钻孔：11 扩孔：11.85 铰孔：12h11mm 2. 叉口侧面 铣： 2z=3mm 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序：铸造 工序 ii：时效处理 工序 iii：铣变速叉左端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金套式端铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=，mmd35 0 =，min/125mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 第 8 页 共 26 页 mmap5 . 1= 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/39.1137 35 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 1450min/r min/35.159 1000 145035 1000 m dn v w = = 当 w n 1450r/min 时 rmmznff wzm /1160145042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/1160= 3）计算工时 切削工时：mml11=，mml5 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min067 . 0 475 3511 21 = + = + = fn lll t w m 工序 iv：铣变速叉左端面与工序 i 相似，在此就不多做说明 工序 v：钻，扩，绞12 孔 工步一钻孔至11 确定进给量 f ：根据参考文献表 2- 7，当钢的 mpa b 800，mmd11 0 =时，rmf/47 . 0 39 . 0 =。由 于本零件在加工14 孔时属于低刚度零件，故进给量应 乘以系数 0.75，则 第 9 页 共 26 页 ()rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 = 根据 z525 机床说明书，现取rmmf/25 . 0 = 切削速度：根据参考文献表 2- 13 及表 2- 14，查得 切削速度min/18mv =所以 min/ 4 . 323 11 1810001000 r d v n w s = = 根据机床说明书，取min/375rnw=，故实际切削速度为 min/27.21 1000 37511 1000 m nd v ww = = 切削工时：mml5 .83=，mml5 . 5 1 =，mml3 2 =，则 机动工时为 min312 . 1 25 . 0 375 35 . 5 5 . 83 21 = + = + = fn lll t w m 工步二：扩孔mm85.11 利用钻头将mm11孔扩大至mm85.11，根据有关手 册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 ()() rmm ff /87 . 0 585 . 0 75 . 0 65 . 0 8 . 12 . 18 . 12 . 1 = = 钻 根据机床说明书，选取rmmf/57 . 0 = min/4612 3 1 2 1 3 1 2 1 mvv= = = 钻 则主轴转速为min/346 .51rn =，并按车床说明书 第 10 页 共 26 页 取min/68rnw=，实际切削速度为 min/128 . 4 1000 6885.11 1000 m nd v ww = = 切削工时：mml5 .83=，mml5 . 5 1 =，mml3 2 =，则 机动工时为 min096 . 3 57 . 0 68 35 . 5 5 . 83 21 = + = + = fn lll t w m 工步 3：铰mmh1112孔 根 据 参 考 文 献 表 2- 25 ，rmmf/4 . 02 . 0=， min/128mv =，得 min/65.254 8 . 169rns= 查参考文献表4.2- 2， 按机床实际进给量和实际转速， 取rmmf/35 . 0 =，min/198rnw=， 实 际 切 削 速 度 min/33. 9mv =。 切削工时：mml5 .83=，mml6 1 =，mml3 2 =，则机动 工时为 min775 . 1 35 . 0 198 36 5 . 83 21 = + = + = fn lll t w m 工序 vi：铣 5.5mm 的 2 个侧面 1. 选择刀具 刀具选取立铣刀 mmap5 . 1=，mmd30 0 =，min/125mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 4）决定铣削深度 第 11 页 共 26 页 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 mmap5 . 1= 5）决定每次进给量及切削速度 根据 x51 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/1 .796 30 12510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 975min/r min/07.153 1000 97530 1000 m dn v w = = 当 w n 975r/min 时 rmmznff wzm /78097542 . 0= 按机床标准选取rmmfm/750= 6）计算工时 切削工时： mml11 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min272 . 0 ) 375 311 (2)(2 21 = + = + = fn ll t w m 工序 vii：铣宽 76.4mm 的内面 卧式铣床 x62 选择刀具 刀具选取高速钢三面刃铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=，mmd50 0 =，min/75mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 第 12 页 共 26 页 7）决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 mmap5 . 1= 8）决定每次进给量及切削速度 根据 x62 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/2 .1194 50 7510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 1450min/r min/477 1000 145050 1000 m dn v w = = 当 w n 1450r/min 时 rmmznff wzm /1160145042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/1160= 9）计算工时 切削工时： mml20 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min114 . 0 ) 475 320 (2)(2 21 = + = + = fn ll t w m 工序 viii：铣 7mm 的两侧面 立式铣床 x51 选择刀具 刀具选取面铣刀，刀片采用 yg8, mmap5 . 1=，mmd50 0 =，min/75mv =，4=z。 2. 决定铣削用量 第 13 页 共 26 页 10） 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则 mmap5 . 1= 11） 决定每次进给量及切削速度 根据 x62 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/2 .1194 50 7510001000 r d v ns= = 按机床标准选取 w n 1450min/r min/477 1000 145050 1000 m dn v w = = 当 w n 1450r/min 时 rmmznff wzm /1160145042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/1160= 12） 计算工时 切削工时： mml20 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min121 . 0 475 320 21 = + = + = fn ll t w m 工序 ix：铣宽 13.5mm 的槽的切削用量及基本工时如上，在此不 再累述 工序 x ：钻8 孔的切削用量及基本工时 (1)钻 8mm 孔 机床：z525 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花 第 14 页 共 26 页 1)进给量 取 f=0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 ns= w d 1000 c v = 8 301000 2002r/min 与 2388r/min 相近的机床转速为 2012r/min。现选取 w n =2012r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/ 5 . 27 1000 20128 m= 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 t m= fn l w 21 ll + i ;其中 l=26mm; 1 l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + = 0.132012 426 + =0.115(min) 工序 xi：钻3 孔与工序 x 相似，在此就不多做说明 工序 xii：质检，入库 第 15 页 共 26 页 三、三、 铣床夹具设计铣床夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要 设计专用夹具。 由指导老师的分配， 决定设计工序铣宽 76.4 叉脚内侧面的铣 床夹具。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于铣宽 76.4 叉脚内侧面，表面粗糙度 ra3.2， 精度要求相对较高，故设计夹具时要考虑在内。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 选择已加工好的 12 105 . 0 045. 0 + + 孔、r41 圆弧面和 12 105 . 0 045. 0 + + 孔端面 定位，夹紧则是由移动压板、螺母、圆垫圈、弹簧、可调支承钉 和带肩六角螺母等组成的夹紧机构来完成。 1、可换式定位销22 端面与工件 12 105 . 0 045. 0 + + 孔端面相配合， 限制三个自由度，即 x 轴移动、y 轴转动和 z 轴转动。 2、可换式定位销22 外圆面与工件 12 105 . 0 045. 0 + + 孔相配合，限 制两个自由度，即 y 轴移动和 z 轴移动。 3、定位块与工件 r41 圆弧面相配合，限制一个自由度，即 x 轴转动，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。 第 16 页 共 26 页 3.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算 查表 4 得切削力计算公式： ppf kfa 7 . 0 3 . 1 371f = 式中3= p a，f=1mm/r,查表得 75 . 0 )736/(k= p =736mpa, 1k= p 即 ppf kfa 7 . 0 3 . 1 371f =113371 7 . 03 . 1 =1547n 所需夹紧力， 查表5得，wk= k w， 安全系数k= 6543210 kkkkkkk 式中 60 kk为各种因素的安全系数，查表得： k=0 . 10 . 13 . 10 . 12 . 10 . 12 . 1=1.872，当计算 k2.5 时，取 k=2.5 孔轴部分由 m10 螺母锁紧，查表得夹紧力为 12360n wk= k w=5 . 212360=30900n 由上计算得 k w f f ，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 3.4 定位误差分析定位误差分析 1、定基准位移误差 y 由于定位副的制造误差或定位副配合同间所导致的定位基准 在加工尺寸方向上最大位置变动量，称为基准位移误差，用 y 表 示。 工件以12 105 . 0 045. 0 + + 孔在轴上定位铣宽 76.4 槽， 如果工件内孔直 第 17 页 共 26 页 径与轴外圆直径做成完全一致，做无间隙配合，即孔的中心线与 轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上， 轴和工件内孔都有制造误差，于是工件套在轴上必然会有间隙， 孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸 h 中附加了工件定位基准变动误差， 其变动量即为最大配合间隙。 按下式计算 )( 2 1 minmaxminmaxy ddaa= 式中 y 基准位移误差，mm max d孔的最大直径，mm min d轴的最小直径，mm mm11.973-105.12 2 1 )( 2 1 minmaxy ）（=dd=0.066mm 2、基准不重合误差 b 加工尺寸 h 的基准是外圆柱面的母线上， 但定位基准是工 件圆柱孔中心线。这种由于工序基准与定位基准不重合导致的工 序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误 差，用 b 表示。基准不重合误差为 b = d 2 1 式中 b 基准不重合误差，mm d 工件的最大外圆面积直径公差，mm b =mm0225 . 0 mm045 . 0 2 1 2 1 = d 第 18 页 共 26 页 3.5 定向键与对刀装置设计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 18 -0.011 -0.027 25 12 5 12 4.5 18 +0.023 6 第 19 页 共 26 页 塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 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 -0.014 0.25 圆形对刀块具体形状如下：圆形对刀块具体形状如下： 圆形对刀块尺寸如下：圆形对刀块尺寸如下： 第 20 页 共 26 页 3.6 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 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。