机械制造技术课程设计-副变速拨叉的加工工艺及钻ф8.7孔夹具设计【全套图纸】 .pdf

机械制造技术基础 课程设计说明书 设计题目：副变速拨叉零件的加工工艺规程 及“钻8.7 孔”工序的夹具设计 专业班级；专业班级；机械设计一班 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师指导教师： 哈尔滨远东理工学院 2013 年 03 月 18 日 机械制造技术基础课程设计任务书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 设计题目：设计“副变速拨叉”零件的机械加工工艺规程 及此零件“钻 8.7 孔”工序的专用夹具 设计内容： 1绘制零件图一张。（要求计算机绘图） 2编制零件的加工工艺规程，并填写加工工艺过程卡及指 定工序卡各一张。 3设计指定工序的夹具，绘制夹具装配总图。 4绘制夹具的非标零件图。 5编写设计说明书一份。 班 级： 学 生： 指导教师： 系 主 任： 2013 年 3 月 4 日 目目 录录 1 零件的工艺分析及生产类型的确定零件的工艺分析及生产类型的确定 1 1.1 零件的作用 1 1.2 零件的工艺分析 1 1.3 确定零件的生产类型 1 2 工艺规程设计工艺规程设计 2 3.1 定位基准的选择 2 3.2 拟定工艺路线 4 3.3 加工设备及工艺装备的选用 6 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定 7 3.5 确立切削用量及基本工时 8 3 专用钻床夹具设计专用钻床夹具设计 13 4.1 夹具设计任务 13 4.2 拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图 14 4.3 绘制夹具装配总图 14 4.4 夹具装配图上标注尺寸，定位误差分析 15 课程设计总结课程设计总结 17 参考文献参考文献 17 1 零件的工艺分析及生产类型的确定 1.1 零件的作用 副变速拨叉是变速箱换挡机构中的一个重要零件。拨叉头以14mm孔套在 变速叉轴上，并用销钉经8.7mm孔与变速叉轴连接，拨叉脚则夹在双联变换齿 轮的槽中。当需要变速时，操作变速杆，变速操作机构就通过拨叉头部的操作槽 带动拨叉与变速拨叉轴一起在变速箱中滑移， 拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴 上滑动以改换档位。 1.2 零件的工艺分析 由零件图可知，其材料为 kth350-10 该材料具有一定的强度、刚度和韧性， 易于锻造、铸造加工。 该零件形状特殊，结构一般复杂，属叉杆类零件。拨叉脚两端面、变速叉轴 孔14h9mm和两耳内表面14h13mm是重要工作表面，其他表面加工精度均较 低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求，而 主要加工表面虽然加工精度相对较高，但也可以再正常的生产条件下，采用较经 济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。 该零件的主要加工表面为拨叉脚两端面、变速叉轴孔14h9mm和锁销孔 +0.1 0 8.7mm，在设计工艺规程时应重点予以保证。 1.3 确定零件的生产类型 按照教学要求，该副变速拨叉的生产类型为大批量生产。 2 工艺规程设计 2.1 定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。 1.精基准的选择 叉轴孔14h9mm的轴线是拨叉脚两端面和两耳内表面14h13mm的设计基 准，拨叉头左端面是拨叉轴方向上的设计基准。选用叉轴孔14h9mm的轴线和 拨叉头左端面做精基准定位加工拨叉脚两端面和两耳内表面14h13mm，实现了 设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。另外，由于拨叉 图（一） 图（二） 件刚性较差，受力易产生变形，选用拨叉头左端面做精基准，夹紧力作用在拨叉 头的右端面上，可避免在机械加工中产生夹紧变形，加紧稳定可靠。 2.粗基准的选择 选择变速叉轴孔14h9mm的外圆面和拨叉头右端面做粗基准。采用 14h9mm的外圆面定位内孔可保证孔的壁厚均匀； 采用拨叉头右端面做粗基准 加工左端面，可以为后续准备好精基准。 3.2 拟定工艺路线 工艺路线的拟定是制定工艺规程的总体布局， 包括确定加工方法划分加工阶 段决定工序的集中与分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验及其他辅助工 序（去毛刺、倒角等）。他不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动强 度、设备投资、车间面积、生产成本等。 因此拟定工艺路线是制定工艺规程的关键性一步， 必须在充分调查研究的基 础上提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。 1.表面加工方法的确定 根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度要求，查参考一表 2.25 平面加工方案的经济精度和表面粗糙度；查参考一表 2.24 孔加工方案的经济精 度和表面粗糙度，确定变速副拨叉零件各表面的加工方法，如下表所示： 各表面加工方案各表面加工方案 加工表面 尺寸及偏 差/mm 尺寸精度等 级 表面粗糙度 /m 加工方案 拨叉头孔 +0.043 0 14 it9 3.2 粗镗-半精镗 两耳内表面 0.27 0 14+ it13 12.5 粗铣 拨叉脚两端面 0.12 0.24 6 it12 6.3 粗铣 拨叉脚内表面 0.12 0.24 40 it12 12.5 粗铣 拨叉头左端面 70 it12 25 粗铣 拨叉头右端面 70 it12 25 粗铣 锁销孔 0.1 0 8.7+ it12 25 钻 2.加工阶段的划分 该副变速拨叉加工质量较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工几个阶 段。在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，使后续工 序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右 端面、两耳内表面、拨叉脚两端面、拨叉脚内表面。在半精加工阶段，完成拨叉 头孔的镗和轴销孔 0.1 0 8.7+的钻加工。 3.工序的集中与分散 选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为大批生产，可 以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使 工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表 面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。 4.工序顺序的安排 （1）机械加工工序 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准拨叉头左端面和叉轴孔 +0.043 0 14；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵 循“先主后次”原则，先加工主要表面叉轴孔 +0.043 0 14和拨叉脚两端面，后 加工次要表面两耳内表面、拨叉脚两内表面；遵循“先面后孔”原则，先加 工拨叉头端面再加工叉轴孔 +0.043 0 14，先加工两耳内表面再钻销轴孔 0.1 0 8.7+。由 此初拟定副变速拨叉机械加工工序安排，如下： 副变速拨叉机械加工工序安排（初拟）副变速拨叉机械加工工序安排（初拟） 工序号 工序内容 简要说明 10 粗铣拨叉头两端面 “先基准后其他” 20 粗镗、半粗镗 +0.043 0 14孔（主要表面） “先面后孔”“先主后次” 30 铣拨叉脚两端面（主要表面） “先主后次” 40 铣拨叉脚内表面（次要表面） “先主后次” 工序号 工序内容 简要说明 50 铣两耳内表面（次要表面） “先主后次” 60 钻 0.1 0 8.7+孔（次要表面） “先面后孔” （2）辅助工序 在镗 +0.043 0 14孔后应安排倒角，在钻 0.1 0 8.7+孔完成后应安排去毛刺、清洗和 终检工序。 综上所述，该变速副拨叉工序的安排顺序为：基准加工主要表面加工 次要表面加工。 5.确定工艺路线图 在综合考虑工艺顺序安排原则的基础上，拟定拨叉的机械加工工艺路线，见 下图： 变速副拨叉机械加工工艺路线（修改后）变速副拨叉机械加工工艺路线（修改后） 工序号 工序内容 定位基准 10 粗铣拨叉头两端面 端面、 +0.043 0 14mm 孔、拨叉脚内表面 20 粗镗、半粗镗、倒角 +0.043 0 14孔 右端面、 +0.043 0 14mm、拨叉脚内表面 30 铣拨叉脚两端面 左端面、 +0.043 0 14mm 40 铣拨叉脚内表面 左端面、 +0.043 0 14mm、拨叉脚内表面 50 铣两耳内表面 左端面、 +0.043 0 14mm、拨叉脚内表面 60 钻 0.1 0 8.7+孔 左端面、 +0.043 0 14mm、拨叉脚内表面 70 去毛刺 80 校正拨叉脚 90 清洗 100 终检 3.3 加工设备及工艺装备的选用 机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加 工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工 艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。 副变速拨叉的生产类型为大批生产，可以选用高效的专用设备和组合机床， 也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。根据参考一表 3.6 立式铣床各 种型号及主要参数、表 4.16 铣刀的种类用途、表 4.2 孔加工刀具的类型及应用、 表 4.38 游标卡尺，各工序加工设备及工艺装备的选用见下表： 加工设备及工艺装备加工设备及工艺装备 工序号 工序内容 加工设备 工艺装备 10 粗铣拨叉头两端面 立式铣床 x51 高速钢套式铣刀、游标卡尺 20 粗镗、半粗镗、倒角孔 立式铣床 x51 镗刀、卡尺、锥柄圆柱塞规 30 铣拨叉脚两端面 立式铣床 x51 高速钢套式铣刀、游标卡尺 40 铣拨叉脚内表面 立式铣床 x51 高速直齿三面刃铣刀、游标卡尺 50 铣两耳内表面 立式铣床 x51 高速直齿三面刃铣刀、游标卡尺 60 钻 0.1 0 8.7+孔 立式钻床z525 麻花钻、游标卡尺、锥柄圆柱塞规 70 去毛刺 钳工台 80 校正拨叉脚 钳工台 手锤 90 清洗 清洗机 100 终检 塞规、百分尺、卡尺等 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定 1.工序 10粗铣拨叉头两端面 以右端面定位，粗铣左端面，铣削量 2mm，以左端面定位，粗铣右端面，铣 削量为 2mm。 2.工序 20粗镗、半粗镗14mm孔 铸造后双侧余量一半为 2mm，粗镗双侧余量 3mm，半精镗双侧余量 1mm。 3.工序 30铣拨叉脚两端面 铸造后双侧余量一半为 2mm 粗铣双侧余量 4mm。 4.工序 40铣拨叉脚内表面 铸造后双侧余量一半为 2mm 粗铣双侧余量 4mm。 5.工序 50铣两耳内表面 铸造后双侧余量一半为 2mm 粗铣双侧余量 4mm。 6.工序 60钻 0.1 0 8.7+孔 一次钻孔。 3.5 确立切削用量及基本工时 1.工序 10粗铣拨叉头两端面 该工序分两个公步，公步 1 是以右端面定位，粗铣左端面；工步 2 是以左端 面定位，粗铣右端面，它们所选用的背吃刀量 p a 、切削速度 c v 和进给量 f 是一 样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 p1 a = p2 a =2mm。一次走刀即可完成。 （2）进给量 x51 型立式铣床功率为 4.5kw，查参考一表 5.8 高速钢套式面铣刀粗铣平面 进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量 z f 取为 0.08mm/z。 （3）铣削速度 由本工序采用高速钢整体铣刀、 w d =40mm，齿数z =12。查参考一表 5.8 高 速钢整体铣刀铣削速度，确定铣削速度 c v =44.9m/min，则 s n = c w 10001000 44.9 40 v d = =357.3r/min 由本工序采用 x51 型立式铣床，查参考一表 3.6，取转速 w n =380r/min，故 实际切削速度 c v = w 40 380 10001000 dn =47.7m/min 当 w n =380r/min 时，工作台的每分钟进给量 m f = z f z w n =364.8mm/min 也可根据参考一表 3.7 查得机床的进给量为 300mm/min。 （4）基本工时 由于该工序包括两个工步，每个工步的基本加工时间计算查参考一表 5.41 铣削基本时间计算， 1000 0.5(13)mm,(0.030.05)ldc dccd=+=:（）。确定 1 l =14mm, 2 l =2mm，l=24mm；则该工序的基本时间为 z 12 j m 24 142 0.13min8s 300 lll t f + =， 则该工序基本工时为 16s。 2.工序 20粗镗、半粗镗、倒角 +0.043 0 14孔 该工序分为三个工步： （1）粗镗10mm孔工步 取背吃刀量 p a =1.5mm，查参考一表 5.57 高速钢镗刀镗孔的切削用量得，切 削速度取v=35m/min,进给量取 f =0.8mm/r,则 s n = c w 10001000 35 10 v d = =1114r/min 由本工序采用 x51 立式铣床，取转速 w n =1225r/min,故实际切削速度为 c v = ww 10 1225 10001000 d n =m/min=38.46m/min （2）半镗13mm孔工步 取背吃刀量 p a =0.5，查参考一表 5.57 高速钢镗刀镗孔的切削用量得，切削 速度去v=20m/min，进给量取 0.2mm/r,则 s n = c w 10001000 20 13 v d = =490r/min 又本工序采用 x51 立式铣床，取转速 w n =490r/min,故实际切削速度为 c v =20m/min。 （4）基本工时 由参考一表 5.37 镗孔基本时间的计算 p 12 j12 r ,(23)mm,35mm tan a llll tii ll fnfn + =+=:， 因此粗镗工步基本工时为 11s，半精镗工步基本工时为 46s。 3.工序 30铣拨叉脚两端面 该工序分两个公步，公步 1 是粗铣拨叉脚左端面；工步 2 是粗铣拨叉脚右端 面。它们所选用的背吃刀量 p a 、切削速度 c v 和进给量 f 是一样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 p1 a = p2 a =2mm。一次走刀即可完成。 （2）进给量 x51 型立式铣床功率为 4.5kw，查参考一表 5.8 高速钢套式面铣刀粗铣平面 进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量 z f 取为 0.08mm/z。 （3）铣削速度 由本工序采用高速钢整体铣刀、 w d =40mm，齿数z =12。查参考一表 5.8 高 速钢整体铣刀铣削速度，确定铣削速度 c v =44.9m/min，则 s n = c w 10001000 44.9 40 v d = =357.3r/min 由本工序采用 x51 型立式铣床，查参考一表 3.6，取转速 w n =380r/min，故 实际切削速度 c v = w 40 380 10001000 dn =47.7m/min 当 w n =380r/min 时，工作台的每分钟进给量 m f = z f z w n =364.8mm/min 也可根据参考一表 3.7 查得机床的进给量为 300mm/min。 （4）基本工时 由于该工序包括两个工步，每个工步的基本加工时间计算查参考一表 5.41 铣削基本时间计算 100 0.5(13)mmldcdc=+:（）， 0 (0.030.05)cd=:，确定 1 l =14mm, 2 l =2mm，l=62mm；则该工步的基本时间为 z 12 j m 62 142 0.26min15.6s 300 lll t f + =，该工序基本工时为 32s。 4.工序 40铣拨叉脚内表面 该工序分两个公步，公步 1 是粗铣拨叉脚左内表面；工步 2 是粗铣拨叉脚右 内表面，它们所选用的背吃刀量 p a 、切削速度 c v 和进给量 f 是一样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 p1 a = p2 a =2mm。一次走刀即可完成。 （2）进给量、铣削速度 x51 型立式铣床功率为 4.5kw，查机械加工工艺人员手册（第三版）下 文简称参考二表 14-77 高速钢整体三面刃铣刀铣平面及凸台的切屑速度采用直 齿三面刃铣刀、d =68mm，齿数 z =16，每齿进给量 z f =0.08mm,铣削速度 c v =49m/min，则 s n = c 10001000 49 68 v d = =229.5r/min 由本工序采用 x51 型立式铣床，查参考一表 3.6，取转速 w n =210r/min，故实 际切削速度 c v = w 68 210 10001000 dn =44.8m/min 当 w n =210r/min 时，工作台的每分钟进给量 m f = z f z w n =268.8mm/min 也可根据参考一表 3.7 查得机床的进给量为 250mm/min。 （3）基本工时 由于该工序包括两个工步，它们所选用的背吃刀量 p a 、切削速度 c v 和进给 量 f 是一样的，所以两工步基本工时也相同。偏角 r 90 =，查参考一表 5.41 铣 削基本时间计算， 100 0.5(13)mmldcdc=+:（）， 0 (0.030.05)cd=:，确定 1 l =14mm, 2 l =2mm，l=6mm；则每个工步工序的基本时间为 z 12 j m 6 142 0.09min5s 250 lll t f + =，该工序基本工时为 10s。 5.工序 40铣两耳内表面 该工序分两个公步，工步一是粗铣左耳内表面，工步二是粗铣右耳内表面， 由于它们的机械加工余量，粗糙度要气相同，因此它们所选用的背吃刀量 p a 、 切削速度 c v 和进给量 f 是一样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 p1 a = p2 a =2mm。一次走刀即可完成。 （2）进给量、铣削速度 x51 型立式铣床功率为 4.5kw，查机械加工工艺人员手册（第三版）下 文简称参考二表 14-77 高速钢整体三面刃铣刀铣平面及凸台的切屑速度采用直 齿三面刃铣刀、d =68mm，齿数 z =16，每齿进给量 z f =0.08mm,铣削速度 c v =49m/min，则 s n = c 10001000 49 68 v d = =229.5r/min 由本工序采用 x51 型立式铣床，查参考一表 3.6，取转速 w n =210r/min，故实 际切削速度 c v = w 68 210 10001000 dn =44.8m/min 当 w n =210r/min 时，工作台的每分钟进给量 m f = z f z w n =268.8mm/min 也可根据参考一表 3.7 查得机床的进给量为 250mm/min。 （3）基本工时 由于该工序包括两个工步，它们所选用的背吃刀量 p a 、切削速度 c v 和 进给量 f 是一样的， 所以两工步基本工时也相同。 偏角 r 90 =， 查参考一表 5.41 铣削基本时间计算， 100 0.5(13)mmldcdc=+:（）， 0 (0.030.05)cd=:，确 定 1 l =14mm, 2 l =2mm，l=15mm；则每个工步工序的基本时间为 z 12 j m 15 142 0.124min8s 250 lll t f + =，该工序基本工时为 16s。 6.钻 0.1 0 8.7+孔 （1）切削用量 由工件材料为 kth350-10、孔 0.1 0 8.7+mm、查参考二表 10-22 麻花钻，选定直 径8.7mm的麻花钻，查参考一表 5.19 高速钢麻花钻钻削碳钢的切削用量得， 切削速度 c v =20m/min，进给量 f =0.20mm/r，取 p a =8.7mm，则 s n = c 10001000 20 8.7 v d = r/min=732.1r/min 由本工序采用 z525 型立式钻床，由表 3.17 得，转速 w n =680r/min，故实际 切削速度为 c v = w 8.7 680 10001000 dn =18.58m/min （2）基本工时 由参考一表 5.39，工步 1r2 8.7 cot(12)mm(cot451)mm4.1mm,1mm,20 22 d lllmm=+=+=:，则该 工序的基本时间为 12 j 4.1 120 0.18min11s 0.2 680 lll t fn + + = 4 专用钻床夹具设计 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，决定设计的工序钻8.7 孔的夹具设计。 4.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于钻8.7 孔， 需要考虑保证精度要求和如何提高生产效率上。 我们采用14 作为定位基准。 4.2 定位基准的选择定位基准的选择 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。 基准选择不当往 往会增加工序或使工艺路线不合理， 或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的 加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保 证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。选择 14 孔和其端面作为定 位基准，来设计本道工序的夹具，以圆柱销和挡销作为定位夹具，端面限制 3 个自由度，圆柱销限制 2 个自由度，挡销限制 1 个自由度，这样空间的六个自由 度就限制完全了，同时采用手柄夹紧即可满足要求。 4.3 切削力及夹紧力计算切削力及夹紧力计算 由于本道工序主要完成孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得： 钻削力 6 . 08 . 0 26hbdff = 式（5-2） 钻削力矩 6 . 0 8 . 09 . 1 10hbfdt = 式（5-3） 式中：8.7dmm= ()() maxmaxmin 11 187187 149174 33 hbhbhbhb= 1 0.20fmm r=代入公式（5-2）和（5-3）得 0.80.6 f26x8.7x0.