机械制造技术课程设计-快挡拨叉的加工工艺及铣操纵槽夹具设计【全套图纸】 .pdf

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 及铣操纵槽的专用夹具及铣操纵槽的专用夹具 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 1 1.1 零件的作用 3 1.2 零件的工艺分析 3 1.3 零件的生产类型 4 第 2 章 确定毛坯的种类和制造方法 5 2.1 选择毛坯 5 2.2 确定机械加工余量 5 2.3 设计毛坯尺寸 5 第 3 章 拟定工艺路线 7 3.1 基准的选择 7 3.2 零件表面加工方法选择 7 3.3 工艺路线的拟定 8 第 4 章工序设计 9 4.1 选择加工设备与工艺装备 9 4.2 确定工序尺寸 10 4.3 切削用量及基本时间确定 11 第 5 章 铣操纵槽夹具设计 16 5.1 研究原始质料 16 5.2 定位基准的选择 16 5.3 切削力及夹紧力的计算 16 5.4 误差分析与计算 18 5.5 零、部件的设计与选用 19 5.5.1 定位销选用 . 19 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 3 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； 4 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。 5 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 6 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 7 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。 8 （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。 9 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 10 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 11 .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 12 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 13 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 14 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 15 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。 16 第 5 章 铣操纵槽夹具设计 5.1 研究原始质料 利用本夹具主要用来铣操纵槽，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。 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。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。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求， 所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。14 的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 14 孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工 好的 14 孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。 5.3 切削力及夹紧力的计算 （1）刀具： yg6 铣刀 机床： 铣床 由3 所列公式 得 17 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 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=20mm，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 = 18 许用应力幅： mpa sa a a 3 . 17 lim = 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s = s=2.54 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， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定 可靠的夹紧力 5.4 误差分析与计算 该夹具以底面、两孔为定位基准，要求保证被加工和孔粗糙度为 12.5。该孔次 性加工即可满足要求。 由参考文献5可得： 两定位销的定位误差 ： 11 1mind wdd =+ 1122 1min2min . 2 dddd j w arctg l + = 其中： 1 0.052 d mm=， 2 0 d mm= 1 0.011 d mm=， 2 0.023 d mm= 1min 0mm=， 2min 0.034mm= 且：l=69mm ，得 0.063 d w mm = . 0.0032 j w mm= 夹紧误差 ：cos)( minmax yy jj = 其中接触变形位移值： 1 ()() 19.62 n hbz yrazaz kn krc hbl =+ 19 查5表 1215 有 1 0.004,0.0016,0.412,0.7 razhb kkcn= =。 cos0.0028 j jy mm = = 磨损造成的加工误差： mj 通常不超过mm005. 0 夹具相对刀具位置误差： ad 取mm01. 0 误差总和：0.085 jw mm + = 5.5 零、部件的设计与选用 5.5.1 定位销选用 本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如表 6.1 和 6.2： 表 6.1 可换定位销 d h d 1 d h 1 h b 1 d c 1 c 公称尺寸 允差 14 18 16 15 0.011 22 5 1 4 m12 4 1 表 6.2 固定棱形销 d h d l h 1 h b 1 b c 1 c 公称尺寸 允差 40 50 20 22 +0.034 0.023 65 5 3 8 1 6 1.5 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。本道工序为镗床 夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。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