机械制造技术课程设计-副变速拨叉加工工艺及铣叉脚端面夹具设计（全套图纸）.doc

设计说明书题目：副变速拨叉的工艺规及铣叉脚端面夹具设计 专业班级； 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 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。副变速拨叉加工工艺规程及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153893706ABSTRCTThe design content of the mechanical manufacturing technology and machine tool fixture design, metal cutting machine tool, tolerance matching and measurement of aspects of knowledge.Deputy shifting fork processing procedures and fixture design is including the parts processing process design, process design and special fixture design three parts. Should first analyze the parts in the process design, understand parts of technology to design the structure of blank, and choose the good parts processing benchmark, design process of the parts; Then the parts size of each work step of the process, the key is to determine the process equipment for each process and cutting parameter; For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; Calculated at the exit of fixture locating position error, analysis the rationality of the fixture structure and deficiency, and pay attention to the improvement in the later design.Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error目 录序 言11零件的工艺分析及生产类型的确定21.1零件的作用21.2零件的工艺分析21.3确定零件的生产类型22工艺规程设计32.1定位基准的选择32.2拟定工艺路线32.3加工设备及工艺装备的选用62.4加工余量、工序尺寸和公差的确定72.5确立切削用量及基本工时73夹具设计143.1 问题的提出143.2 定位基准的选择143.3 切削力及夹紧力计算143.4 定位误差分析173.5夹具设计及操作简要说明18总 结19致 谢20参 考 文 献2122序 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。副变速拨叉的加工工艺规程及其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。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。拨叉头以孔套在变速叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴连接，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、轴孔是重要工作表面，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、变速叉轴孔和锁销孔，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的轴线是拨叉脚两端面设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴方向上的设计基准。选用叉轴孔的轴线和拨叉头左端面做精基准定位加工拨叉脚两端面，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的外圆面和拨叉头右端面做粗基准。采用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。2.2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：各表面加工方案加工表面尺寸及偏差/mm尺寸精度等级表面粗糙度/加工方案拨叉头孔IT93.2粗钻-半精钻拨叉脚两端面IT126.3粗铣拨叉脚内表面IT1212.5粗铣拨叉头左端面48IT1212.5粗铣拨叉头右端面48IT1212.5粗铣锁销孔IT12-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，完成拨叉头孔的钻和轴销孔的钻加工。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；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，先加工两耳内表面再钻销轴孔。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）工序号工序内容简要说明10铣21圆柱左右端面“先基准后其他”20钻、扩14内孔“先面后孔”“先主后次”30铣37mm槽“先主后次”40铣12mm台阶左面及25mm端面“先主后次”50铣12mm台阶右面“先主后次”60铣6mm台阶左右面“先主后次”70钻8.7孔“先大孔后小孔” （2）辅助工序在钻孔后应安排倒角，在钻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工序号工 名序 称工 序 内 容1铣铣21圆柱右端面2铣铣21圆柱左端面3钻钻、扩14内孔4铣铣叉口内侧面5铣铣12mm台阶左面及25mm端面6铣铣12mm台阶右面7铣铣操纵槽8铣铣6mm叉脚左右端面9钻钻8.7孔10检验检验11入库入库2.3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工序号工序内容加工设备工艺装备10铣21圆柱右端面X51端面铣刀20铣21圆柱左端面X51端面铣刀30钻、扩14内孔Z525钻头，扩孔钻40铣叉口内侧面X51硬质合金立铣刀50铣12mm台阶左面及25mm端面X51硬质合金立铣刀60铣12mm台阶右面X51端面铣刀70铣操纵槽X51端面铣刀80铣6mm叉脚左右端面Z525钻头 2.4加工余量、工序尺寸和公差的确定1.工序铣21圆柱左右端面以右端面定位，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. 工序钻、扩14内孔铸造后双侧余量一半为2mm3. 工序铣叉口内侧面铸造后双侧余量一半为2mm粗铣双侧余量4mm。4.工序铣12mm台阶左右面及25mm端面铸造后双侧余量一半为2mm粗铣双侧余量4mm。5.工序铣6mm叉脚左右端面 铸造后双侧余量一半为2mm粗铣双侧余量4mm。6. 工序钻孔一次钻孔。2.5确立切削用量及基本工时1.工序铣21圆柱左右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、切削速度和进给量是一样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 =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取为0.08mm/z。 （3）铣削速度 由本工序采用高速钢整体铣刀、=40mm，齿数=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=44.9m/min，则=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=380r/min，故实际切削速度=47.7m/min 当=380r/min时，工作台的每分钟进给量=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，。确定=14mm,=2mm，=24mm；则该工序的基本时间为，则该工序基本工时为16s。2.工序20钻、扩、铰孔该工序分为三个工步： （1）钻孔工步取背吃刀量=1.5mm，查参考一表5.57高速钢钻刀钻孔的切削用量得，切削速度取=35m/min,进给量取=0.8mm/r,则= =1114r/min由本工序采用X51立式铣床，取转速 =1225r/min,故实际切削速度为 =m/min=38.46m/min （2）扩孔工步取背吃刀量=0.5，查参考一表5.57高速钢钻刀钻孔的切削用量得，切削速度去=20m/min，进给量取0.2mm/r,则=490r/min又本工序采用X51立式铣床，取转速=490r/min,故实际切削速度为=20m/min。 （4）基本工时由参考一表5.37钻孔基本时间的计算，因此粗钻工步基本工时为11s。3. 工序铣叉口内侧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、切削速度和进给量是一样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 =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取为0.08mm/z。 （3）铣削速度 由本工序采用高速钢整体铣刀、=40mm，齿数=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=44.9m/min，则=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=380r/min，故实际切削速度=47.7m/min 当=380r/min时，工作台的每分钟进给量=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，确定=14mm,=2mm，=62mm；则该工步的基本时间为，该工序基本工时为32s。 4. 工序铣12mm台阶左面及25mm端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、切削速度和进给量是一样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 =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、=68mm，齿数=16，每齿进给量=0.08mm,铣削速度=49m/min，则=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=210r/min，故实际切削速度=44.8m/min 当=210r/min时，工作台的每分钟进给量=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、切削速度和进给量是一样的，所以两工步基本工时也相同。偏角，查参考一表5.41铣削基本时间计算，确定=14mm,=2mm，=6mm；则每个工步工序的基本时间为，该工序基本工时为10s。5. 工序铣操纵槽1. 选择刀具刀具选取不重磨损硬质合金套式面铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成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 ，则按机床标准选取1450当1450r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时：，则机动工时为6.工序铣6mm叉脚左右端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、切削速度和进给量是一样的。 （1）背吃刀量 由于切削量较小，故选择 =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、=68mm，齿数=16，每齿进给量=0.08mm,铣削速度=49m/min，则=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=210r/min，故实际切削速度=44.8m/min 当=210r/min时，工作台的每分钟进给量=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、切削速度和进给量是一样的，所以两工步基本工时也相同。偏角，查参考一表5.41铣削基本时间计算，确定=14mm,=2mm，=15mm；则每个工步工序的基本时间为，该工序基本工时为16s。7.钻孔 （1）切削用量由工件材料为KTH350-10、孔mm、查参考二表10-22麻花钻，选定直径的麻花钻，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=20m/min，进给量=0.20mm/r，取=8.7mm，则=r/min=732.1r/min由本工序采用Z525型立式钻床，由表3.17得，转速=680r/min，故实际切削速度为=18.58m/min （2）基本工时 由参考一表5.39，工步，则该工序的基本时间为3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，决定设计的工序铣叉脚端面的铣床夹具。3.1 问题的提出 在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。本夹具主要用于铣叉脚端面，本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。3.2 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。我们采用已加工好的14孔及端面作为定位基准，采用心轴和定位块定位限制空间的六个自由度，为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用开口垫圈作为夹紧机构。3.3 切削力及夹紧力计算 确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作同点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他外力作用于工件的情况，而且必须考虑定位装置的结构形式和布置方式。夹紧力的三要素对夹紧结构的设计起着决定性的作用。只有夹紧力的作用点分布合理，大小适当，方向正确才能获得良好的效益。1. 夹紧力方向的确定（1）夹紧力方向应垂直于主要定位基准面（2）夹紧力的方向最好与切削力、工件重力方向一致2. 夹紧力作用点的选择（1）应能够保持工件定位稳定可靠，在夹紧过程中不会引起工件产生位移或偏转。（2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形（3）夹紧力作用点应尽量靠近加工部位3. 夹紧力大小的估算（1）首先假设系统为刚性系统，切削过程处于稳定状态。（2）常规情况下，只考虑切削力（矩）在力系中的影响；切削力（矩）用切削原理公式计算。（3）对重型工件应考虑工件重力的影响。在工件做高速运动场合，必须计入惯性力。（4）分析对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡方程计算此状态下所需的夹紧力即为计算夹紧力（5）将计算夹紧力再乘以K，即得实际夹紧力。K为总安全系数，K=K0K1K2K3各种因素的安全系数可查表2-3，一般K=1.52.5；当夹紧力与切削力相反时，K=2.53 。（1）刀具： 采用端铣刀 31mm z=24机床： x51立式铣床 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 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=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=12mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 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3.4 定位误差分析本工序选用的工件以圆孔在心轴上定位，心轴为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图。式中 定位副间的最小配合间隙（mm）； 工件圆孔直径公差（mm）； 心轴外圆直径公差（mm）。图 心轴水平放置时定位分析图3.5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。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了开口垫圈夹紧方式。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。总 结这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了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。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工