机械制造课程设计-Ⅰ-Ⅳ档变速叉零件加工工艺规程及钻M10螺纹孔夹具设计.doc

河南科技大学 课 程 设 计 说 明 书 题 目： -档变速叉零件加工工艺规程及钻M10螺纹孔夹具设计 类 别 ： 业余类 年级专业 ： 2012年机械设计制造及其自动化 姓 名 ： 刘洋洋 河南科技大学课 程 设 计 任 务 书 一、题 目： -档变速叉零件加工工艺规程 及钻M10螺纹孔夹具设计 二、时 间 ：自 2013年6月3日至2013年6月21日止三、要 求：1编制-档变速叉加工工艺规程(三张卡)。2绘制-档变速叉零件图一张。3绘制夹具结构装配图一张。4. 编写设计说明书一份。学生姓名 ： 刘洋洋 指导教师 ： 任小中 下达 时间： 2013 年 6 月 3 日目 录序言 第1章 零件的工艺分析 1.1 零件的功用 1.2零件的工艺分析第2章 零件的工艺路线的拟订 2.1 毛坯的选择2.2 定位基准的选择2.3 表面加工方法的选择2.4 工艺路线的拟订第3章 主要工序设计 3.1 工序设计3.2 工序设计第4章 夹具设计 4.1 任务与要求 4.2定位方案设计1.定位基准的选择；2.定位元件的布置；3.定位误差分析与计算 4.3 夹紧方案的设计 1. 夹紧力计算； 2. 夹紧元件设计与校核4.4 夹具操作使用说明结束语参考文献河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 序 言机械制造技术基础课程设计是我们融会大学所学的机械制造技术基础的知识后，将理论与实践相结合对专业知识的综合运用训练，并且为我们以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。通过机械制造技术基础课程设计，应该得到下述各方面锻炼：1、能熟练的运用机械制造技术基础的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养分析问题和解决问题的能力。2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。融汇贯通，结合实际零件的具体功用，设计出高效、省力，既能经济合理又能保证加工质量的夹具。3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册及图表资料，或者查询相关资料等方式，增强我们解决工程实际问题的独立工作能力。 共 16 页第 1 页 河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 第1章 零件的工艺分析 1.1 零件的功用如图所示的-档变速叉的作用就是拨动同步器的齿环，以达到各个档位的分离和结合，实现换挡变速的功能。为实现换挡、变速功能，其叉轴孔和变速叉轴有配合要求，因此加工精度高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷。为增强其耐磨性，采用局部高频淬火，硬度为HRC45-53.为了保证换挡叉换挡时 共 16 页第 2 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 叉脚受力均匀，要求叉脚两端面与孔16有垂直度要求为0.01mm。换挡叉用螺钉定位，螺纹孔为M10. 1.2 零件的工艺分析 从拨叉的零件图可知，该零件的材料为45钢，整体精铸成型。此变速叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据要求采用常规的加工工艺均可保证。其主要加工表面和技术要求为： （1）16的孔的上偏差为+0.06，下偏差为-0，孔的内表面的粗糙度为6.3.鉴于此，可采用12的麻花钻钻孔，再用10的立铣刀进行扩孔。 （2）以15mmE槽侧零件的右端面为基准而加工的叉口厚度为7mm，其上公差为-0.28，下公差为-0.37，为过盈配合，表面粗糙度为3.2，要求较高。可直接用三面刃铣刀加工保证尺寸要求，然后进行热处理，之后粗磨叉口两侧面及凸台面，再进行精磨叉口侧面。选择以16孔下端面为定位基准，加工时保证叉口上下端面与其垂直度要求为0.01. （3）以零件的右端面为基准的15mm拨槽的上公差为+0.3，下公差为-0，其中心距离右端面为140.1，槽身内表面要求粗糙度为6.3，其槽底距16孔中心为13mm.可采用16孔与右端面结合定位，采用立铣刀进行加工。 （4）以16孔为基准的M101的螺纹孔，先采用8.5的麻花钻钻孔，再采用10的丝锥攻丝完成。 由零件图可知，该零件主要要求保证16孔和叉口上下两端面之间的垂直度要求。以16孔作为加工叉口上下端面的定位基准便可保证其垂直度的要求。 共 16 页第 3 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 第2章 零件的工艺路线的拟订 2.1 毛坯的选择零件材料为45钢，结构比较简单。考虑到其在工作中经常受交变载荷及冲击性载荷的作用，生产类型为批量生产，故采用精密模锻毛坯，以使内部金相组织多表示出来的机械性能满足工作要求，保证零件工作可靠，也可提高生产效率。毛坯公差参考GB/T12362-2003钢质模锻件公差及加工余量。 2.2 定位基准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，加工工艺过程中会出许多问题，甚至会造成大批零件报废，使生产无法正常进行。由零件工艺分析可知：16孔中心是加工10孔、15mm槽及叉口的设计基准。2.2.1 粗基准的选择：粗基准的选择重点考虑如何保证各加工表面有足够的余量，及保证不加工表面与加工表面之间的尺寸、位置符合图纸设计要求。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对于有若干个不加工表面的工件，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粗基准。要保证叉口凸台面与16孔的垂直度，所以应以16孔的外圆表面为粗基准。2.2.2 精基准的选择：精基准的选择有利于保证加工精度，并使工件装夹方便。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。故精基准选择重点是考虑保证零件的加工精度、减少误差，装夹方便、准确。依据“基准重合”原则、“基准统一”原则和定位可靠性原则，减少尺寸换算，加工10孔时以16孔为主要定位基准，加工叉口各表面时以16孔的下端面为主要定位精基准，并辅以其它表面定位，在加工中采用专用夹具夹持。 共 16 页第 4 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 2.3 表面加工方法的选择 由零件图和工艺分析可知，该零件的加工表面主要有四组： 第一组是16孔的加工。考虑到该孔直径较小，不宜铸造成型，故需要铸造成实心，然后先扩孔再扩铰，以24外圆右端面定位，采用专用夹具加工； 第二组是15mm的E槽。采用16孔与24外圆右端面组合定位的方式，采用专用夹具，采用立铣刀多次加工。因E槽底与16孔中心的距离是13mm，不宜直接测量，需计算好相关尺寸链； 第三组是M101的螺纹孔。由于叉头采用整体铸造成型，且该螺纹孔与16孔相通，孔深达17mm，可在加工16孔之后先扩后铰的方式进行加工，采用16孔中心定位。加工时应注意不与E槽发生刀具干涉； 第四组是叉口的加工。叉口处两只叉脚相距45.5mm，且两只叉脚的宽度相差不大于1mm。因叉脚的凸台面与16孔的下端面有垂直度要求，故须以16孔作为主要定位基准，并辅以24外圆右端面定位，采用圆柱铣刀分别铣叉脚的各个表面。 2.4工艺路线的拟定 工艺路线制定的是否合理，不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、生产成本等。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。在生产类型确定的情况下，根据零件的结构工艺性、尺寸精度和位置精度等技术要求，以及现在有的生产条件下加工方法所能达到的经济精度，以便使生产成本尽量降低。现采用通用机床辅以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。结合机械制造技术基础，参考CAPP（计算机辅助工艺过程设计），选择工艺路线如下：工序0：模锻毛坯（调质处理）； 共 16 页第 5 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 工序05：修正（扩孔）-扩16以24外圆轮廓面为定位基准面，辅以在叉口处的定位支撑以防转动，采用摇臂钻床Z3040和专用夹具；工序10：铣削叉口-以16孔的下端面、叉口角外平面及24外圆轮廓为定位基准，并辅以一插销定位，采用卧式铣床X63和专用夹具；工序15：钳-平锉去除叉口毛刺；工序20：热处理-叉口两爪20长度上两面高频淬火，硬度HRC45-53，淬硬层深度不小于1mm；工序25：磨-M7130磨床磨叉口两侧面及凸台面，要求凸台面Ra3.2，侧面Ra6.3；工序30：扩孔-以16孔及24外圆轮廓定位，采用Z3040钻床以8.5麻花钻钻M10的螺纹孔。采用专用夹具；工序35：钳-以16孔及24外圆轮廓定位，采用Z3040钻床以M101丝锥攻丝10孔。采用专用夹具；工序40：铣E槽-以16孔及24外圆轮廓定位，采用立式铣床X52和圆柱铣刀和专用夹具；工序45：扩铰16孔-以24外圆轮廓定位，辅以在叉口处的定位支撑以防转动，采用Z3040和专用夹具；工序50：热处理-高频淬火E槽表面，硬度HRC45-53，淬硬层深度不小于1mm，其余硬度HRC28-32，螺纹不允许淬硬；工序55：终检。 共 16 页第 6 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 第3章 主要工序设计3.1钻孔16孔工序设计 工件材料：ZG45铸钢 选用机床：Z525立式钻床 刀具：15mm高速钢扩孔钻根据切削用量简明手册表2.10可知： f=0.5mm/r0.6mm/r由于l/d=42/20=2，故不用考虑孔深系数 根据机械制造工艺设计手册表4.2-16 Z525钻床进给量 选择 f=0.62mm/r 根据机械加工工艺手册表10.4-33可知：扩13mm孔的切削速度：当f=0.6mm/r时，选择v=24m/min ns=1000v/dw=100024/15=509.55r/min根据机械制造工艺设计手册表4.2-15 按机床选取nw=545r/min所以实际切削速度为v= dn/1000=3.1415392/1000=25.67m/min根据机械制造工艺设计手册表6.2-5切削工时为：t=l+l1+l2/nf=(42+8)/（5450.62）=0.15min3.2铣削叉口工序设计 铣削叉口，刀具：圆柱铣刀，外径D=50mm机床：X63铣床，采用专用夹具 依据图纸，毛坯厚度可取7.5mm，粗铣0.25，精铣0.15mm. 查切削用量简明手册得： 共 16 页第 7 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 取f=0.02mm/r，V=24m/min,则n=121r/min,根据机床说明书取n=150r/min,故实际切削速度为：V=29.7r/min当n=150r/min时，工作台每分钟进给量应为：fa=fzn=0.0210150=30mm/min切削工时：刀具工作行程：l+l1+l2=30mm，则切削工时为：Ta=1min3.3钻孔M101工序设计 钻M10孔,机床：摇臂钻床刀具：根据参照机械加工工艺手册表4.3-9硬质合金锥柄麻花钻头。1钻孔8.5钻孔前铸件为实心，根据上文所的加工余量先钻孔到8.5再攻丝，所以D=8.5mm。钻削深度：=17mm进给量：根据机械加工工艺手册表2.4-38，取 切削速度：参照机械加工工艺手册表2.4-41，取机床主轴转速，有：按照机械加工工艺手册表3.1-31取n=1000r/min所以实际切削速度：被切削层长度： 刀具切入长度： 共 16 页第 8 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 刀具切出长度： 取走刀次数为1，钻孔数为1个机动时间： 3.4铣削E槽工序设计 刀具：根据机械制造工艺设计简明手册表3.1-39，选用高速钢镶齿三面刃铣刀，d=100mm,，齿数为20齿。铣削深度ae=15mm 铣削宽度ap=15mm每齿进给量：查机械加工工艺手册表2.1-89，取。铣削速度：查机械加工工艺手册表2.1-89，得v=16mm/min机床主轴转速： 切削工时 查机械制造工艺设计简明手册表4.2-36,确定机床为立式机床x51，取n=65r/min 实际切削速度= =20.41m/min进给量=650.220=260mm/min 被切削层长度：由毛坯尺寸可知l=24 刀具切入长度： =48.02mm = min24.24s 共 16 页第 9 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 第4章 夹具设计4.1 任务与要求 本次夹具设计的夹具是为钻M10螺纹孔工序，以零件的右端面为基准的M10螺纹孔，要钻8.5mm孔。精度要求不高，因此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。4.2定位方案设计1. 定位基准的选择；由零件图知这道工序所加工的M10螺纹孔位于16孔上，故以16孔中心及孔的端面作为定位基准，避免出现定位误差。工件16孔在夹具上定位，限制了2个自由度。在端面限制了2一同时辅以一个菱形挡销定位，限制了2个自由度，就实现了六点定位2. 定位元件的布置以16孔定位，采用短心轴定位，并在该孔的零件图右端端面上增加一快卸垫圈和拧紧螺母，实现快速装卸。同时，在叉口处设置一菱形挡销，防止旋转并辅助固定，且这个菱形挡销中心要16孔的中心连线在垂直方向成17度的角度，这样便于钻M10螺纹孔！防止加工时产生零件的震动而影响垂直度的保证。在夹具体上，上有对刀块，下有做定位键使用的T形螺栓。3. 定位误差分析与计算由于采用的是工序基准和定位基准重合的定位方式，故不会产生基准不重合误差，但会产生基准位移误差。基准位移误差是由于定位副制造误差及最小配合间隙引起，而定位误差就是基准不重合误差和基准位移的存在而导致调整法加工一批工件时，工序尺寸（或位置精度）有可能 生的最大变化量 该夹具以平面定位心轴定心，心轴定心元件中心线与底槽侧面规定的垂直度偏差0.08mm，槽的公差为mm。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等 共 16 页第 10 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 产于或小于该工序所规定的工序公差。 与机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 式（2.10）由机床夹具设计手册可得：、平面定位心轴定心的定位误差 ：、夹紧误差 ： 式（2.11）其中接触变形位移值： 式（2.12）、磨损造成的加工误差：通常不超过、夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 4.3夹紧方案的设计1. 夹紧力计算；2. 根据切削手册查得，。根据简明手册表4.2-36查得，取：，故实际切削速度： 3.4. 当时，工作台每分钟进给量应为：5. 共 16 页第 12 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 6. 查说明书，取7. 计算切削基本工时：8.9. 因此，10. 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：11. 式（2.4） 12. 安全系数K可按下式计算：13. 式（2.5）14. 式中：为各种因素的安全系数，见机床夹具设计手册表可得： 17.所以 =493.95N 式（2.6） =449.55M 式（2.7）N = 274.725N 式（2.8） 15. 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。16. 单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：17. N 式（2.9）18. 式中参数由机床夹具设计手册可查得：19. 20. 其中： 共 16 页第 12 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 21. 螺旋夹紧力：22. 易得：23. 经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。2. 夹紧元件设计与校核加紧螺钉：公称直径d=10mm，材料45号钢，性能等级数位6.8级=10x100MPa s=12x /10=1200MPa螺钉疲劳极限：-1=0.32x1000=320MPa 26. 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。4.4 夹具操作使用说明 如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。 共 16 页第 13 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，心轴采用可换的。以便随时根据情况进行调整。 夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。 共 16 页第 14 页河 南 科 技 大 学 课 程 设 计 说 明 书 用 纸 结束语 此次设计在老师的悉心指导和严格要求下，我完成了课程设计。通过本次设计，让我平时课堂上学到的知识得到进一步的巩固，也将一些知识应用到实际的设计中。用心去做一件事情，是真正的学习研究过程，也是提高自身能力的过程。 本设计还存在很多不足之处。一是由于本人对CAD画图软件的掌握过于生疏，在画图时显得有点力不从心，使设计图不能达到预期设计出来的水平；二是本人对-档变速叉结构和工作原理掌握的不够熟悉，在设