关 键 词：

I-IV 变速叉 加工工艺 铣叉口端面 夹具设计

资源描述：

资料为该零件的加工工艺和夹具设计。

一份现成资料文件包括：工件零件图（cad）、工件毛坯图（cad）、夹具装配图（cad）、夹具体图（cad）、工艺卡、工序卡、说明书。

以上为资料预览概图，下载文件后为完整一套设计。【清晰，无水印，可编辑】

dwg后缀为cad图，doc后缀为word格式，png和jpg，gif后缀为资料预览图片。

有疑问可以咨询QQ：529358737

内容简介：

课程设计（）题 目变速叉零件的机械加工工艺所属部所属专业机械设计与制造所属班级学 号学生姓名指导教师起讫日期目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 机械加工工艺概述11.2机械加工工艺流程11.3夹具概述21.4机床夹具的功能21.5机床夹具的发展趋势31.5.1机床夹具的现状31.5.2现代机床夹具的发展方向3第2章 变速叉的分析62.1变速叉的工艺分析62.2变速叉的工艺要求6第3章 工艺规程设计73.1 加工工艺过程73.2确定各表面加工方案73.2.1影响加工方法的因素83.2.2加工方案的选择83.3 确定定位基准93.3.1粗基准的选择93.3.1精基准选择的原则93.4工艺路线的拟订103.4.1工序的合理组合103.4.2工序的集中与分散113.4.3加工阶段的划分113.4.4加工工艺路线方案的比较123.5变速叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定153.5.1毛坯的结构工艺要求153.5.2变速叉的偏差计算163.6确定切削用量及基本工时（机动时间）173.7时间定额计算及生产安排24总结与展望30参考文献31致 谢32 III第1章 绪论1.1 机械加工工艺概述机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程一般包括以上内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件上，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.3夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.4机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.5机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.5.1机床夹具的现状现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如上新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.5.2现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5m；精密心轴的同轴度公差可控制在1m内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2600r/min的条件上仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。计算机辅助机床夹具设计是利用计算机辅助设计CAD技术来完成夹具设计的先进方法。由于夹具种类繁多，结构复杂，其设计过程涉及控制条件多，因此，用于夹具设计的专业软件甚少，目前还没有一种软件系统能够将夹具设计完全数字化。目前，计算机辅助夹具设计一般是采用二维CAD软件进行。采用二维CAD软件进行夹具设计，可以提高设计效率和质量，但是其缺点是设计人员首先要阅读工件二维零件图，了解零件的加工要求，并将二维零件图在头脑中三维实体化；再选择或设计合适的定位、夹紧等元件和装置；接上来将上述结构在头脑中形成夹具三维实体，用二维图表示，完成夹具的设计。在设计过程中，思维要在三维和二维模型中反复转换，最终绘制二维的总装图。由于绘制三维实体效果的装配图难度大，效率低，一般不绘制三维装配图。这对夹具设计质量和效率，以及加工和装配均有不利的影响。3D软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，该软件完全采用Windows图形用户界面，易学易用。借助3D软件平台，可以创建三维实体模型；编辑零件装配体并进行简单的运动仿真；利用它的动画功能不仅可以检查夹具工作的可行性，还能得到夹具零部件装配和运动过程的动画文件。计算机辅助设计（CAD）的功能在于能协助设计者完成产品设计各阶段的工作。本文针对机床夹具进行计算机辅助设计，借助3D软件平台，将设计时所用标准零件建立实体模型库；对于非标准零件，采用交互方式建模方法直接在设计平台建模并建立非标准模型库。采用二维CAD软件进行设计，它使我们甩掉了图板，解决r使用绘图板带来的诸多弊端。现在，大量三维实体造型软件崛起，如PR0E、UG、3D、SoIidedge等，推动了设计领域的新革命由于这些三维软件不仅仅可创建三维实体模型，还可利用设计出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析、动态干涉检查、动力学分析、强度分析等，并且与其它软件配合可进行零件的数控加工演示和数控代码的生成。这些功能是以往的二维CAD无法比拟的。结合夹具设计的复杂性、高精度性等特点采用了易学易懂的3D三维实体造型软件来实现设计过程。27第2章 变速叉的分析2.1变速叉的工艺分析其小头孔与底平面有垂直度的公差要求，变速叉底面与大头孔上平面有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽边有平行度公差和对称度公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。变速叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有小头孔端要求加工，对精度要求也很高。变速叉的底面，所以都要求精加工。2.2变速叉的工艺要求设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。图2.1 变速叉零件图该加工有七个加工表面：平面加工包括变速叉底面、大头孔上平面；孔系加工包括大、小头孔、小孔；小头孔端15的槽加工。 以平面为主有： 变速叉底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是； 叉口端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是。 孔系加工有： 16的小头孔钻、扩和铰加工，其表面粗糙度要求； 小头孔端15槽的加工，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，而槽底的表面粗糙度要求是。变速叉毛坯的选择铸造，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其年产量是5000件，由3表2.13可知是中批量生产。上面主要是对变速叉零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。第3章 工艺规程设计3.1 加工工艺过程由以上分析可知，该变速叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于变速叉来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。由上面的一些技术条件分析得知：变速叉的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。3.2确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计变速叉的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。3.2.1影响加工方法的因素 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。 要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63m，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车半精车淬火粗磨。3.2.2加工方案的选择 由参考文献3表2.112可以确定，平面的加工方案为：粗铣精铣（），粗糙度为6.30.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。 小头孔16加工方法：加零件毛坯不能直接锻出孔，只能锻出一个小坑，以便在以后加工时找正其中心，但其表面粗糙度的要求为，所以选择加工的方法是钻扩铰。M10孔加工方法：因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是，所以我们采用一次钻孔的加工方法。 小头端面槽15的加工方法是：因槽两侧面表面粗糙度的要求较高，为，所以我们采用粗铣半精铣。3.3 确定定位基准3.3.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求： 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证变速叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速叉零件图分析可知，主要是选择加工变速叉底面的装夹定位面为其加工粗基准。3.3.1精基准选择的原则 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证变速叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速叉零件图分析可知，它的底平面与小头孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用的孔为加工基准。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。3.4工艺路线的拟订对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。变速叉的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗、精加工变速叉底面大头孔上平面。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.4.1工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则： 工序分散原则工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。3.4.2工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备，简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术水平要求不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 工序集中的特点工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。3.4.3加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra80100m。 半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为Ra101.25m。 精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.25m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。3.4.4加工工艺路线方案的比较在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。方案一:0铸铸0时效0铣粗、半精铣24一侧端面0铣粗、半精铣24另外一侧端面0钻扩钻扩12孔0铣铣叉口0钳去叉口毛刺0检中检0热热处理(叉口淬火)100校校正110磨粗磨叉口两侧面及凸台面120磨精磨叉口两侧面130扩、铰扩、铰16孔140铣铣15槽150扩扩9孔160倒9孔倒角170攻攻丝180倒16孔倒角190洗清洗200淬E面高频淬火210校校正220检终检方案二:0铸铸0时效30钻扩钻扩12孔40铣铣叉口50铣粗、半精铣24一侧端面60铣粗、半精铣24另外一侧端面0钳去叉口毛刺0检中检0热热处理(叉口淬火)100校校正110磨粗磨叉口两侧面及凸台面120磨精磨叉口两侧面130扩、铰扩、铰16孔140铣铣15槽150扩扩9孔160倒9孔倒角170攻攻丝180倒16孔倒角190洗清洗200淬E面高频淬火210校校正220检终检表3.1加工工艺路线方案比较表加工工艺路线方案的论证： 从前两步工序可以看出：方案把粗、精加工都安排在一个工序中，以便装夹、安装工件。 再看后面的、铣槽工序，方案把粗、精加工分在两个不同的工序中，而方案都在一个工序中，这样不但有利于工件的安装，且在设计专用夹具时也可以减少工件的安装次数。方案2中其工序较为集中，如粗、精加工都安排在一个工序中，以便装夹、安装工件。由以上分析：方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：表3.2加工工艺过程表0铸铸0时效0铣粗、半精铣24一侧端面0铣粗、半精铣24另外一侧端面0钻扩钻扩12孔0铣铣叉口0钳去叉口毛刺0检中检0热热处理(叉口淬火)100校校正110磨粗磨叉口两侧面及凸台面120磨精磨叉口两侧面130扩、铰扩、铰16孔140铣铣15槽150扩扩9孔160倒9孔倒角170攻攻丝180倒16孔倒角190洗清洗200淬E面高频淬火210校校正220检终检3.5变速叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定变速叉的锻造采用的是ZG45钢铸造制造，其材料是ZG45，生产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。3.5.1毛坯的结构工艺要求变速叉为锻造件，对毛坯的结构工艺性有一定要求： 由于铸造件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需要进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。 为了使金属容易充满模膛和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直的对称，尽量避免铸造件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。 铸造件的结构中应避免深孔或多孔结构。 铸造件的整体结构应力求简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。3.5.2变速叉的偏差计算 变速叉底平面和大头孔上平面的偏差及加工余量计算底平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：由参考文献4表1119。其余量值规定为，现取。查3可知其粗铣时精度等级为IT12，粗铣平面时厚度偏差取精铣：由参考文献3表2.359，其余量值规定为。 小头孔的偏差及加工余量计算参照参考文献3表2.22，2.225,2.313和参考文献15表18，可以查得：孔16：钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。扩孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。铰孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。粗、精铣15槽参照参考文献1表215，得其槽边双边粗加工余量2Z=2.0mm，槽深加工余量为1.0mm，再由参照参考文献1表215的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为，精加工为。3.6确定切削用量及基本工时（机动时间）工序30：粗、半精铣24一侧端面机床：立式铣床X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2.2mm所以铣削深度：精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取：根据参考文献3表2.481，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取根据参考文献3表2.481，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献3表3.174，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献3表2.481,取切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 机动时间：所以该工序总机动时间工序40：粗、半精铣24另外一侧端面机床：立式铣床X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数8，此为细齿铣刀。因其单边余量：Z=2.2mm所以铣削深度：精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取根据参考文献3表2.481，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取：根据参考文献3表2.481，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知，刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：机动时间：所以该工序总机动时间工序3：钻、扩12、铰孔16。机床：立式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39选高速钢锥柄麻花钻头。 钻孔切削深度：进给量：根据参考文献3表2.438，取。切削速度：参照参考文献3表2.441，取。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，取所以实际切削速度：切削工时 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 扩孔刀具：根据参照参考文献3表4.331选择硬质合金锥柄麻花扩孔钻头。片型号：E403切削深度：进给量：根据参考文献3表2.452，取。切削速度：参照参考文献3表2.453，取。机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取所以实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度有：刀具切出长度： ，取走刀次数为1机动时间： 铰孔刀具：根据参照参考文献3表4.354，选择硬质合金锥柄机用铰刀。切削深度：，且。进给量：根据参考文献3表2.458，取。切削速度：参照参考文献3表2.460，取。机床主轴转速：按照参考文献3表3.131取实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度，刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：该工序的加工机动时间的总和是：工序140：粗、精铣15槽。机床：双立轴圆工作台铣床刀具：错齿三面刃铣刀 粗铣槽切削深度：根据参考文献3表查得：进给量,根据参考文献1表查得切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.174，取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： =63mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 精铣15槽切削深度：根据参考文献3表查得：进给量,根据参考文献1表查得切削速度，机床主轴转速：，按照参考文献3表3.174，取。实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： =81mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 本工序机动时间：工序160、180 ：钻9孔,倒角、16孔倒角机床：钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头切削深度：根据参考文献3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 3.7时间定额计算及生产安排根据设计任务要求，该变速叉的年产量为5000件。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于21件。设每天的产量为21件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于22.8min。参照参考文献3表2.52，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时） 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间，用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值 粗、精铣E、F面粗加工机动时间：精加工机动时间：辅助时间：参照参考文献3表2.5ZG45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据参考文献3表2.548，单间时间定额有：因此应布置二台粗、精机床即可以完成此二道工序的加工，达到生产要求。 钻、扩、铰孔机动时间： 辅助时间：参照参考文献3表2.541，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据参考文献3表2.543，单间时间定额：因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求 粗、精镗孔粗镗孔：机动时间：辅助时间：参照参考文献3表2.537，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据参考文献3表2.539，。单间时间定额有：因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。 粗、精铣槽加工机动时间：辅助时间：参照参考文献3表2.5ZG45，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据参考文献3表2.548，。单间时间定额有：因此应布置一台机床即可以完成此道工序的加工，达到生产要求。 钻孔机动时间： 辅助时间：参照参考文献3表2.541，取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为，则 ：根据参考文献3表2.543，。单间时间定额，由式（1.11）有：因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求总结与展望总结与展望在本次设计中，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。但也有不足之处：特别是对于镗孔夹具，在刀具加工完退出工件孔时，有可能会划伤工件内孔表面，本可以在夹具体内部设置液压升降系统，使工件孔与定位立台可升可降，这样，在刀具退出时，使定位立台连同工件孔一起升起，从而避免划伤。但考虑到成本问题，未采用这种方法。为此，镗孔的专用夹具还有待改进。无论怎样，这次的课程设计使我获益良多，是我在学校的最后一次答卷，也是我成功迈向社会的第一步。参考文献参考文献1 黄如林，切削加工简明实用手册M，北京：化学工业出版社，2004。2 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计M，重庆：重庆大学出版社，1995。3 李洪，机械加工工艺手册M，北京：机械工业出版社，1990。4 方昆凡，公差与配合手册M，北京：机械工业出版社，1999。5 王光斗，王春福，机床夹具设计手册M，上海科学技术出版社，2000。6 东北重型机械学院等，机床夹具设计手册M，上海：上海科学技术出版社，1979。7 吴宗泽，机械设计实用手册M，北京：化学工业出版社，2000。8 刘文剑，曹天河，赵维，夹具工程师手册M，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987。9 上海金属切削技术协会，金属切削手册M，上海：上海科学技术出版社，1984。10 周永强，高等学校课程设计指导M，北京：中国建材工业出版社，2002。11 杨叔子，机械加工工艺师手册M，北京：机械工业出版社，2004。12 上海金属切削技术协会，金属切削手册M，上海：上海科学技术出版社，2004。13 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册M，上海：上海科学技术出版社，1980。14 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册M，银州：宁夏人民出版社，1991。15 廖念钊，莫雨松，李硕根，互换性与技术测量M，中国计量出版社，2000：919。16 乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，2005：417。17 王先逵，机械机械制造工艺学，机械工业出版社，2006。18 Machine Tools N.chernor 1984.附 录致 谢我要特别感谢我的导师的精心指导，不仅指导我们解决了关键性技术难题，更重要的是为我们指引了设计的思路并给我们讲解了设计中用到的实际工程设计经验，从而使我们设计中始终保持着清晰的思维也少走了很多弯路，也使我学会综合应用所学知识，提高分析和解决实际问题的能力。不仅如此，老师的敬业精神更是深深的感染了我，鞭策着我在以后的工作中爱岗敬业，导师是真真正正作到了传道、授业、解惑。同时也要感谢其他同学、老师和同事的热心帮助，感谢院系领导对我们课程设计的重视和关心，为我们提供了作图工具和场所，使我们能够全身心的投入到设计中去，为更好、更快的完成课程设计提供了重要保障。课程设计（）题 目变速叉零件的机械加工工艺所属部所属专业机械设计与制造所属班级学 号学生姓名指导教师起讫日期PAGE 28PAGE III目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc430245139 摘 要 PAGEREF _Toc430245139 h I HYPERLINK l _Toc430245140 Abstract PAGEREF _Toc430245140 h II HYPERLINK l _Toc430245141 目 录 PAGEREF _Toc430245141 h III HYPERLINK l _Toc430245142 第1章 绪论 PAGEREF _Toc430245142 h 1 HYPERLINK l _Toc430245143 1.1 机械加工工艺概述 PAGEREF _Toc430245143 h 1 HYPERLINK l _Toc430245144 1.2机械加工工艺流程 PAGEREF _Toc430245144 h 1 HYPERLINK l _Toc430245145 1.3夹具概述 PAGEREF _Toc430245145 h 2 HYPERLINK l _Toc430245146 1.4机床夹具的功能 PAGEREF _Toc430245146 h 2 HYPERLINK l _Toc430245147 1.5机床夹具的发展趋势 PAGEREF _Toc430245147 h 3 HYPERLINK l _Toc430245148 1.5.1机床夹具的现状 PAGEREF _Toc430245148 h 3 HYPERLINK l _Toc430245149 1.5.2现代机床夹具的发展方向 PAGEREF _Toc430245149 h 3 HYPERLINK l _Toc430245150 第2章 变速叉的分析 PAGEREF _Toc430245150 h 6 HYPERLINK l _Toc430245151 2.1变速叉的工艺分析 PAGEREF _Toc430245151 h 6 HYPERLINK l _Toc430245152 2.2变速叉的工艺要求 PAGEREF _Toc430245152 h 6 HYPERLINK l _Toc430245153 第3章 工艺规程设计 PAGEREF _Toc430245153 h 7 HYPERLINK l _Toc430245154 3.1 加工工艺过程 PAGEREF _Toc430245154 h 7 HYPERLINK l _Toc430245155 3.2确定各表面加工方案 PAGEREF _Toc430245155 h 7 HYPERLINK l _Toc430245156 3.2.1影响加工方法的因素 PAGEREF _Toc430245156 h 8 HYPERLINK l _Toc430245157 3.2.2加工方案的选择 PAGEREF _Toc430245157 h 8 HYPERLINK l _Toc430245158 3.3 确定定位基准 PAGEREF _Toc430245158 h 9 HYPERLINK l _Toc430245159 3.3.1粗基准的选择 PAGEREF _Toc430245159 h 9 HYPERLINK l _Toc430245160 3.3.1精基准选择的原则 PAGEREF _Toc430245160 h 9 HYPERLINK l _Toc430245161 3.4工艺路线的拟订 PAGEREF _Toc430245161 h 10 HYPERLINK l _Toc430245162 3.4.1工序的合理组合 PAGEREF _Toc430245162 h 10 HYPERLINK l _Toc430245163 3.4.2工序的集中与分散 PAGEREF _Toc430245163 h 11 HYPERLINK l _Toc430245164 3.4.3加工阶段的划分 PAGEREF _Toc430245164 h 11 HYPERLINK l _Toc430245165 3.4.4加工工艺路线方案的比较 PAGEREF _Toc430245165 h 12 HYPERLINK l _Toc430245166 3.5变速叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 PAGEREF _Toc430245166 h 15 HYPERLINK l _Toc430245167 3.5.1毛坯的结构工艺要求 PAGEREF _Toc430245167 h 15 HYPERLINK l _Toc430245168 3.5.2变速叉的偏差计算 PAGEREF _Toc430245168 h 16 HYPERLINK l _Toc430245169 3.6确定切削用量及基本工时（机动时间） PAGEREF _Toc430245169 h 17 HYPERLINK l _Toc430245170 3.7时间定额计算及生产安排 PAGEREF _Toc430245170 h 24 HYPERLINK l _Toc430245177 总结与展望 PAGEREF _Toc430245177 h 30 HYPERLINK l _Toc430245178 参考文献 PAGEREF _Toc430245178 h 31 HYPERLINK l _Toc430245179 致 谢 PAGEREF _Toc430245179 h 32 PAGE 27第1章 绪论1.1 机械加工工艺概述机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程一般包括以上内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件上，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和 HYPERLINK /view/1266933.htm t _blank 辅助工具。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.3夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.4机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.5机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.5.1机床夹具的现状现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如上新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.5.2现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5m；精密心轴的同轴度公差可控制在1m内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2600r/min的条件上仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。计算机辅助机床夹具设计是利用计算机辅助设计CAD技术来完成夹具设计的先进方法。由于夹具种类繁多，结构复杂，其设计过程涉及控制条件多，因此，用于夹具设计的专业软件甚少，目前还没有一种软件系统能够将夹具设计完全数字化。目前，计算机辅助夹具设计一般是采用二维CAD软件进行。采用二维CAD软件进行夹具设计，可以提高设计效率和质量，但是其缺点是设计人员首先要阅读工件二维零件图，了解零件的加工要求，并将二维零件图在头脑中三维实体化；再选择或设计合适的定位、夹紧等元件和装置；接上来将上述结构在头脑中形成夹具三维实体，用二维图表示，完成夹具的设计。在设计过程中，思维要在三维和二维模型中反复转换，最终绘制二维的总装图。由于绘制三维实体效果的装配图难度大，效率低，一般不绘制三维装配图。这对夹具设计质量和效率，以及加工和装配均有不利的影响。3D软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，该软件完全采用Windows图形用户界面，易学易用。借助3D软件平台，可以创建三维实体模型；编辑零件装配体并进行简单的运动仿真；利用它的动画功能不仅可以检查夹具工作的可行性，还能得到夹具零部件装配和运动过程的动画文件。计算机辅助设计（CAD）的功能在于能协助设计者完成产品设计各阶段的工作。本文针对机床夹具进行计算机辅助设计，借助3D软件平台，将设计时所用标准零件建立实体模型库；对于非标准零件，采用交互方式建模方法直接在设计平台建模并建立非标准模型库。采用二维CAD软件进行设计，它使我们甩掉了图板，解决r使用绘图板带来的诸多弊端。现在，大量三维实体造型软件崛起，如PR0E、UG、3D、SoIidedge等，推动了设计领域的新革命由于这些三维软件不仅仅可创建三维实体模型，还可利用设计出三维模型进行模拟装配和静态干涉检查、机构分析、动态干涉检查、动力学分析、强度分析等，并且与其它软件配合可进行零件的数控加工演示和数控代码的生成。这些功能是以往的二维CAD无法比拟的。结合夹具设计的复杂性、高精度性等特点采用了易学易懂的3D三维实体造型软件来实现设计过程。第2章 变速叉的分析2.1变速叉的工艺分析其小头孔与底平面有垂直度的公差要求，变速叉底面与大头孔上平面有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽边有平行度公差和对称度公差要求等。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。变速叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和底面的精度要求较高，此外还有小头孔端要求加工，对精度要求也很高。变速叉的底面，所以都要求精加工。2.2变速叉的工艺要求设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。图2.1 变速叉零件图该加工有七个加工表面：平面加工包括变速叉底面、大头孔上平面；孔系加工包括大、小头孔、小孔；小头孔端15的槽加工。 = 1 * GB2 以平面为主有： = 1 * GB3 变速叉底面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是； = 2 * GB3 叉口端面的粗、精铣加工，其粗糙度要求是。 = 2 * GB2 孔系加工有： = 2 * GB3 16的小头孔钻、扩和铰加工，其表面粗糙度要求； = 3 * GB2 小头孔端15槽的加工，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，而槽底的表面粗糙度要求是。变速叉毛坯的选择铸造，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其年产量是5000件，由3表2.13可知是中批量生产。上面主要是对变速叉零件的结构、加工精度和主要加工表面进行了分析，选择了其毛坯的的制造方法为铸造和中批的批量生产方式，从而为工艺规程设计提供了必要的准备。第3章 工艺规程设计3.1 加工工艺过程由以上分析可知，该变速叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于变速叉来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。由上面的一些技术条件分析得知：变速叉的尺寸精度，形状精度以及位置关系精度要求都不是很高，这样对加工要求也就不是很高。3.2确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时使加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计变速叉的加工工艺来说，应选择能够满足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。3.2.1影响加工方法的因素 = 1 * GB2 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。 = 2 * GB2 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。 = 3 * GB2 要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。 = 4 * GB2 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。 = 5 * GB2 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求来选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63m，并要求淬硬时，其最终工序选用精度，前面准备工序可为粗车半精车淬火粗磨。3.2.2加工方案的选择 = 1 * GB2 由参考文献3表2.112可以确定，平面的加工方案为：粗铣精铣（），粗糙度为6.30.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。 = 3 * GB2 小头孔16加工方法：加零件毛坯不能直接锻出孔，只能锻出一个小坑，以便在以后加工时找正其中心，但其表面粗糙度的要求为，所以选择加工的方法是钻扩铰。 = 4 * GB2 M10孔加工方法：因为孔的表面粗糙度的要求都不高，是，所以我们采用一次钻孔的加工方法。 = 5 * GB2 小头端面槽15的加工方法是：因槽两侧面表面粗糙度的要求较高，为，所以我们采用粗铣半精铣。3.3 确定定位基准3.3.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求： = 1 * GB2 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 = 2 * GB2 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 = 3 * GB2 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 = 4 * GB2 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证变速叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速叉零件图分析可知，主要是选择加工变速叉底面的装夹定位面为其加工粗基准。3.3.1精基准选择的原则 = 1 * GB2 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 = 2 * GB2 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。 = 3 * GB2 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证变速叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速叉零件图分析可知，它的底平面与小头孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件自由度不够，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于两侧面，因为是非加工表面，所以也可以用的孔为加工基准。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。3.4工艺路线的拟订对于中批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。变速叉的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔和面定位粗、精加工变速叉底面大头孔上平面。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.4.1工序的合理组合确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则： = 1 * GB2 工序分散原则工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 = 2 * GB2 工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。3.4.2工序的集中与分散制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 = 2 * GB2 工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备，简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术水平要求不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 = 1 * GB2 工序集中的特点工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。3.4.3加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： = 1 * GB2 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra80100m。 = 2 * GB2 半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为Ra101.25m。 = 3 * GB2 精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.25m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。3.4.4加工工艺路线方案的比较在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。方案一:0铸铸0时效0铣粗、半精铣?24一侧端面0铣粗、半精铣?24另外一侧端面0钻扩钻扩?12孔0铣铣叉口0钳去叉口毛刺0检中检0热热处理(叉口淬火)100校校正110磨粗磨叉口两侧面及凸台面120磨精磨叉口两侧面130扩、铰扩、铰?16孔140铣铣15槽150扩扩?9孔160倒?9孔倒角170攻攻丝180倒?16孔倒角190洗清洗200淬E面高频淬火210校校正220检终检方案二:0铸铸0时效30钻扩钻扩?12孔40铣铣叉口50铣粗、半精铣?24一侧端面60铣粗、半精铣?24另外一侧端面0钳去叉口毛刺0检中检0热热处理(叉口淬火)100校校正110磨粗磨叉口两侧面及凸台面120磨精磨叉口两侧面130扩、铰扩、铰?16孔140铣铣15槽150扩扩?9孔160倒?9孔倒角170攻攻丝180倒?16孔倒角190洗清洗200淬E面高频淬火210校校正220检终检表3.1加工工艺路线方案比较表加工工艺路线方案的论证： = 1 * GB2 从前两步工序可以看出：方案把粗、精加工都安排在一个工序中，以便装夹、安装工件。 = 2 * GB2 再看后面的、铣槽工序，方案把粗、精加工分在两个不同的工序中，而方案都在一个工序中，这样不但有利于工件的安装，且在设计专用夹具时也可以减少工件的安装次数。方案2中其工序较为集中，如粗、精加工都安排在一个工序中，以便装夹、安装工件。由以上分析：方案为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：表3.2加工工艺过程表0铸铸0时效0铣粗、半精铣?24一侧端面0铣粗、半精铣?24另外一侧端面0钻扩钻扩?12孔0铣铣叉口0钳去叉口毛刺0检中检0热热处理(叉口淬火)100校校正110磨粗磨叉口两侧面及凸台面120磨精磨叉口两侧面130扩、铰扩、铰?16孔140铣铣15槽150扩扩?9孔160倒?9孔倒角170攻攻丝180倒?16孔倒角190洗清洗200淬E面高频淬火210校校正220检终检3.5变速叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定变速叉的锻造采用的是ZG45钢铸造制造，其材料是ZG45，生产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。3.5.1毛坯的结构工艺要求变速叉为锻造件，对毛坯的结构工艺性有一定要求： = 1 * GB2 由于铸造件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需要进行机械加工，其表面均应设计为非加工表面。 = 2 * GB2 为了使金属容易充满模膛和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直的对称，尽量避免铸造件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。 = 3 * GB2 铸造件的结构中应避免深孔或多孔结构。 = 4 * GB2 铸造件的整体结构应力求简单。 = 5 * GB2 工艺基准以设计基准相一致。 = 6 * GB2 便于装夹、加工和检查。 = 7 * GB2 结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。3.5.2变速叉的偏差计算 = 1 * GB2 变速叉底平面和大头孔上平面的偏差及加工余量计算底平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：由参考文献4表1119。其余量值规定为，现取。查3可知其粗铣时精度等级为IT12，粗铣平面时厚度偏差取精铣：由参考文献3表2.359，其余量值规定为。 = 2 * GB2 小头孔的偏差及加工余量计算参照参考文献3表2.22，2.225,2.313和参考文献15表18，可以查得：孔16：钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。扩孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。铰孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。 = 3 * GB2 粗、精铣15槽参照参考文献1表215，得其槽边双边粗加工余量2Z=2.0mm，槽深加工余量为1.0mm，再由参照参考文献1表215的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为，精加工为。3.6确定切削用量及基本工时（机动时间）工序30：粗、半精铣?24一侧端面机床：立式铣床X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2.2mm所以铣削深度：精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取：根据参考文献3表2.481，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取根据参考文献3表2.481，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献3表3.174，取 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献3表2.481,取切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 机动时间：所以该工序总机动时间工序40：粗、半精铣?24另外一侧端面机床：立式铣床X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数8，此为细齿铣刀。因其单边余量：Z=2.2mm所以铣削深度：精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取根据参考文献3表2.481，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取：根据参考文献3表2.481，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知，刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：机动时间：所以该工序总机动时间工序3：钻、扩12、铰孔16。机床：立式钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39选高速钢锥柄麻花钻头。 = 1 * GB2 钻孔切削深度：进给量：根据参考文献3表2.438，取。切削速度：参照参考文献3表