机械制造技术课程设计-倒档变速叉工艺及铣窝15×17±0.2 夹具设计（全套图纸）.pdf

分 类 号 密 级 设计(论文) 倒挡变速叉的机械加工工艺及夹具设计 所 在 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指 导 老 师 I 摘 要 此次设计是对倒挡变速叉零件的加工工艺和夹具设计， 其零件为锻件， 具有体积小， 零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准 来加工其它， 其中各工序夹具都采用专用夹具,并以操作简单的手动夹紧方式夹紧， 其机 构设计简单，方便且能满足要求。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 倒挡变速叉，加工工艺，专用夹具，设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract This design is to dials forks the components the processing craft and the jig design, its components are the forging, has the volume to be small, components complex characteristic,Because the surface is easier than the hole to process, when formulation technological process, first the machined surface, then processes other take the surface as the datum,In which various working procedures jig all uses the unit clamp, special regarding processes the big end of hole, the trough and drills the capitellum hole incline eyelet in the working procedure, Chooses locate mode which two sells at the same time, and operates the simple manual clamp way clamp, its organization design is simple, the convenience also can satisfy the request. Key words： Dials the fork, the processing craft, unit clamp, design III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . III 序 言 . 4 第 1 章 零件的分析 . 5 1.1 零件的作用 . 5 1.2 零件的工艺分析 . 5 第 2 章 工艺规程的设计 . 7 2.1 确定毛坯的制造形式 . 7 2.2 基准的选择 . 7 2.3 制定工艺路线 . 8 2.4 倒挡变速叉的偏差计算 . 9 2.5 切削用量以及机床的确定 . 10 第 3 章 铣窝 15170.2 手动夹具设计 . 17 3.1 问题的提出 . 17 3.2 定位基准的选择 . 17 3.3 切削力及夹紧力的计算 . 18 3.4 定位误差的分析 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5 定向键与对刀装置设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.7 夹具设计及操作的简要说明 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总 结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4 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。 倒档倒挡变速叉工工艺规程及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毕业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。 5 第 1 章 零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 题目所给的是变速箱中的倒挡变速叉，它的主要作用是推动倒档齿轮向输入轴传 动齿轮移动并与之啮合，使汽车实现倒行。再换倒档时，拨叉将受到较大的冲击。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 该拨叉为精密铸件，铸造表面光洁，平整，无裂痕，毛刺，分层，缩孔，缩松等 铸造缺陷。 从零件图上看，该零件是典型的叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算 高。为大批量生产的铸件。其主要加工的有 16 的孔表面粗糙度为 Ra1.6um，斜脚面尺 寸要求公差尺寸为自由公差， 表面粗糙度为 Ra3.2m 并保证与 16 轴线的垂直度为 0.10； R34 面粗糙度为 Ra3.2um，表面要求淬火处理，硬度要求为 4553HRC。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，我们通过专用夹具可保证其加工 6 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。 5 个加工表面分别是： （1）厚 42 两端平面; （2）加工16 的孔内表面； （3）拨叉两端面，保证尺寸 90.15； （4）钻，扩，铰螺纹孔； （5）加工 R50 圆弧槽 7 第 2 章 工艺规程的设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200，考虑到倒挡变速叉运行时经常需要挂档倒车或辅助转向，因 此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料的零件强度也能得到保证。由 于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造 精度为 2 级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该 的。 有上述工艺要求与资料，对毛坯初步设计如下: 1.16mm 的孔 由于 16mm 难以铸造，在毛坯设计时，不宜设计底孔，因此毛坯采用实心铸造，以 确保毛坯成功率。 2.叉口侧面 叉口两侧面粗糙度均为 3.2，进行一次粗铣即可满足光洁度要求。根据资料可知， 毛坯的叉口厚度定为 1.5mm。 3.叉口内圆面 粗糙度没有要求，直接铸出 2.2 基准的选择基准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。基面 选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工 艺问题百出，更有甚者，造成生产无法进行。 8 1 粗基准的选择 对于零件而言，粗基准的选择对于后面的精加工至关重要，从零件图上看出， 倒挡变速叉较不规则，所以粗基准不太容易选择，为了保证16 孔的精度要求，选16 孔下端面为粗基准。 2 精基准的选择 以16 孔下端面为粗基准，加工16 孔的上端面，然后以加工过的上端面为 精基准加工16 内孔，从而保证加工精度。 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度的技术 要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能 机床以及专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外还应当考虑经济效果， 以便生产成本尽量降低。 10 铸造 铸造 20 铣 铣厚 42 两端平面 30 钻 钻，扩，铰16 孔 40 热 淬火 E 表面和 R34 端面 50 铣 精铣 R34 端面 60 车 车 R23 内圆 70 铣 铣宽 15mm 的槽 9 80 钻 钻 M10 螺纹底孔，攻丝 M10 85 钳 去毛刺 90 检验 检验入库 2.4 倒挡变速叉的偏差计算倒挡变速叉的偏差计算 倒挡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2.0 2.5mm，现取2.2mm。查3可知 其粗铣时精度等级为 IT12，粗铣平面时厚度偏差取 0.21mm 精铣：由参考文献3表 2.359，其余量值规定为1.0mm。 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： 12=IT ，表面粗糙度 12.5Raum= ，尺寸偏差是 mm21. 0 。 扩孔的精度等级： 10=IT ，表面粗糙度 3.2Raum= ，尺寸偏差是 mm084. 0 。 铰孔的精度等级： 8IT = ，表面粗糙度 1.6Raum= ，尺寸偏差是0.043mm。 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 0.110 0 + ，精 加工为 0.013 0 + 。 10 2.5 切削用量以及机床的确定切削用量以及机床的确定 工序30：粗铣24右端面 机床：立式铣床X52K 刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料： 15YT ， 100Dmm= ，齿数 8， 此为细齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度 p a ：2 p amm= 精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm 铣削深度 p a ： 1.0 p amm= 每齿进给量 f a ：根据参考文献3表 2.473，取 Zmmaf/18. 0= 根据参考文献3表 2.481，取铣削速度 2.47/Vm s= 每齿进给量 f a ：根据参考文献3表 2.473，取 0.15/ f amm Z= ：根据参考文献3 表 2.481，取铣削速度 2.8/Vm s= 机床主轴转速n： 10001000 2.8 60 535 /min 3.14 100 V nr d = 按照参考文献3表 3.131，取 600 /minnr= 实际铣削速度v： 3.14 100 600 3.14/ 10001000 60 dn vm s = 进给量 f V ： 0.15 8 600/6012/ ff Va Znmm s= = 工作台每分进给量 m f ： 12/720/min mf fVmm smm= 走刀次数为 1 机动时间 2j t ： 12 2 141 1002 0.34min 720 j m lll t f + = 机动时间 2j t ： 12 2 68 1002 0.24min 720 j m lll t f + = 11 所以该工序总机动时间 22 0.58min jjj ttt=+= 工序40：粗铣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： 15YT ， 100Dmm= ，齿数 8， 此为细齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度 p a ：2 p amm= 精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm 铣削深度 p a ： 1.0 p amm= 每齿进给量 f a ：根据参考文献3表 2.473，取 Zmmaf/18. 0= 根据参考文献3表 2.481，取铣削速度 2.47/Vm s= 每齿进给量 f a ：根据参考文献3表 2.473，取 0.15/ f amm Z= ：根据参考文献3 表 2.481，取铣削速度 2.8/Vm s= 机床主轴转速n： 10001000 2.8 60 535 /min 3.14 100 V nr d = 按照参考文献3表 3.131，取 600 /minnr= 实际铣削速度v： 3.14 100 600 3.14/ 10001000 60 dn vm s = 进给量 f V ： 0.15 8 600/6012/ ff Va Znmm s= = 工作台每分进给量 m f ： 12/720/min mf fVmm smm= 走刀次数为 1 机动时间 2j t ： 12 2 141 1002 0.34min 720 j m lll t f + = 机动时间 2j t ： 12 2 68 1002 0.24min 720 j m lll t f + = 12 所以该工序总机动时间 22 0.58min jjj ttt=+= 工序 50：钻、扩、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）钻孔 切屑用量： 取背吃刀量8 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.48/fmm r=，切屑速度：17/ min c vm=，0.88 mv k=，0.75 lv k =，则修正后的切屑速 度 17 0.88 0.7511.22/ min c vm=，即 10001000 11.22 198.4 / min 16 s w v nr d = g 查参考文献2表 3.17，取195 / min w nr=， 故实际切屑速度为 16 195 11.02 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，9.8,45 r Dk= o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 1 12 10 1 0.24min14.4 0.48 195 j w lll ts fn + = ， 11 0.160.24 0.162.3 fj tts=， 1111 () 0.06(14.42.3) 0.061 bxjf tttts+=+=+=， 11111 17.7 djjfbx ttttts=+= （2）扩孔 切屑用量： 取背吃刀量0.9 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.62/fmm r=，切屑速度：25/ min c vm=，0.88 mv k=，0.75 lv k =，则修正后的切屑速 度 25 0.88 0.7522.44/ min c vm=，即 10001000 22.44 360.7 / min 19.8 s w v nr d = g ， 查参考文献2表 3.17，取272 / min w nr=， 故实际切屑速度为 19.8 272 16.9 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 13 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，9.8,45 r Dk= o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 2 12 10 1 0.13min7.8 0.62 272 j w lll ts fn + = ， 22 0.167.8 0.161.25 fj tts=， 2222 () 0.06(7.8 1.25) 0.060.54 bxjf tttts+=+=+=， 22222 9.6 djjfbx ttttts=+= （3）铰孔 切屑用量： 取背吃刀量0.1 p amm=，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量 0.81/fmm r=，切屑速度：8.2/ min c vm=，0.88 mv k=，0.99 lv k =，则修正后的切屑速 度 8.2 0.88 0.997.14/ min c vm=，即 10001000 7.14 113.69 / min 20 s w v nr d = g ， 查参考文献2表 3.17，取97 / min w nr=， 故实际切屑速度为 20 97 6.09 / min 10001000 ww c d n vr =。 切屑用时： 1 cot(1 2) 2 r D lkmm=+=10mm，10Dmm=，45 r k = o ， 2 1lmm=，12lmm= 故 12 3 250.19 13 0.29min17.4 0.81 97 j w lll ts fn + = ， 33 0.1617.4 0.162.8 fj tts=， 3333 () 0.061.2 bxjf tttts+=+=， 33333 21.4 djjfbx ttttts=+=。 工序60：铣叉口 机床：立式铣床 X52K 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 64 选用硬质合金镶齿套面铣刀 YT15. 铣刀寿命 T=180min,D/Z=100/10,B=40 1) 削深度 2 p a =10mm 所以有 p a =5mm 2) 给量 查机械加工工艺师手册表 10- 118 与表 10- 119 得,进给量 f=0.20.35mm/齿 按机床行选取 f=0.3mm/齿 3) 切削速度 根据机械加工工艺手册表 10- 70,及 10- 66,查得 V=115min/s. 即 V=6.9m/min 4) 定机床主轴转速 14 ns= W d 1000 c v = 100 9 . 61000 21.97r/min 按机床说明书(见工艺手册表 6-39),与 21.97r/min 相近的机床转速为 22.5r/min。现选取 w n =22.5r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn =min/1 . 7 1000 5 . 22100 m= 当 w n =22.5r/min 时，工作台的每分钟进给量 m f 应为 m f =fZ w n =0.31022.5=67.5(mm/min)， 查机床说明书有 m f =60(mm/min) 5) 削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 t 1 m = m 21 f lll + = 60 90 =1.5(min) t 2 m = 60 45 =0.75(min) 铣两次的总时间为 tm=1.5+0.75=2.25min 工序 110：粗磨叉口两侧面及凸台面。 机床 M7130 平面磨床 1)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 A46KV6P 35040167 其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为 46#,硬度为中轮 1 级，陶瓷结合剂，6 号组织， 平型砂轮，其尺寸为 350 x40 x167 2)切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33- 42 有 工件速度 w v 18m/min 切削深度 r f0.0157mm/st 纵向进给量 a f 0.5B20mm(双行程) 3)切削工时 ra b fvf kDbZ t 1000 2 = 式中 D- - - 被加工直径 b- - - - 加工宽度 Zb- - 单边加工余量 K- - - 系数 V- - - 工作台移动速度 a f - - 工作台往返一次砂轮轴向进给量 a f - - 工作台往返一次砂轮径向进给量 0157 . 0 220181000 1 . 115 . 0 9902 = t0.55(min) 15 工序 160：精磨叉口两侧面。 机床 M7130 平面磨床 1)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 A46KV6P 35040167 其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为 46#,硬度为中轮 1 级，陶瓷结合剂，6 号组织， 平型砂轮，其尺寸为 350 x40 x167 2)切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33- 42 有 工件速度 w v 18m/min 切削深度 r f0.0157mm/st 纵向进给量 a f 0.5B20mm(双行程) 3)切削工时 ra b fvf kDbZ t 1000 2 = 式中 D- - - 被加工直径 b- - - - 加工宽度 Zb- - 单边加工余量 K- - - 系数 V- - - 工作台移动速度 a f - - 工作台往返一次砂轮轴向进给量 a f - - 工作台往返一次砂轮径向进给量 0157 . 0 220181000 1 . 115 . 0 9502 = t0.3(min) 工序 130 ：钻 M10 螺纹底孔,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 p a ：4.5 p amm= 根据参考文献3表 394 . 2 查得：进给量 0.22/fmm r= ,切削速度 smV/36. 0= 。 机床主轴转速n： min/1147 614. 3 6036. 010001000 r d V n = ， 按照参考文献3表 3.131，取 1600 /minnr= 。 实际切削速度v： 3.14 6 1600 0.50/ 10001000 60 Dn vm s = 切削工时 16 被切削层长度l： 30lmm= 刀具切入长度 1 l ： 1 6 (1 2)12024 22 r D lctgkctgmm=+=+ 刀具切出长度 2 l ： mml41 2 = 取 mml3 2 = 。 加工基本时间 j t ： 12 3043 0.11min 0.22 1600 j Lll t f n + = 工序 140 ：攻丝 M10 钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床，刀具选用丝锥，机械加工工艺手册第 2 卷。 根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-2 查得丝锥钻孔进给量为 0.20 0.35 rmm 。 则取 rmmf30 . 0 = 确定切削速度，根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-9 切削速度计算公式为 min 0 mk faT dc v v yx p m z v vv v = （3-20） 查得参数为125 . 0 ,55 . 0 , 0,25 . 0 , 1 . 8=myxzc vvvv ，刀具耐用度 T=35min 则 v= 55. 00125 . 0 25 . 0 3 . 0535 71 . 8 =1.6minm 所以 n= 714 . 3 6 . 11000 =72minr 选取 min120rn = 所以实际切削速度为 1000 714 . 3 120 =v =2.64 minm 确定切削时间（一个孔） t= s20 3 . 02 228 = + 17 第第 3 章章 铣窝 15170.2 手动夹具设计 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具要用于铣窝 15170.2 夹具精度等级为 IT12 级，粗糙度为 12.5。本道工序 只精铣一下即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证加工对接平面 的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。 3.2 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。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。16 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 16 孔和其端面作为定位精基准，来设 计本道工序的夹具，以已加工好的二个孔的端面作为定位夹具。 18 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺旋压板夹紧机构作为夹紧机构。 为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备 采用手动夹紧。 由零件图可知：在对进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，进行了粗、精加工。 因此，定位、夹紧方案有： 方案：选底平面、和侧面定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹 紧。 方案：选一面两销定位方式，2 面用挡销，夹紧方式用操作简单，通用性较