机械制造工艺学课程设计-变速器换挡叉加工工艺及钻15.8孔和铣大平面的夹具设计.doc

机械制造工程原理课程设计说明书设计题目: 变速器换挡叉加工工艺及夹具设计 (中批量生产) 设 计 者 欧伟强 学 号 20906071041 指导教师 汪 洪 峰 信息工程学院2012 年 5月5日摘 要初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成了一项工程基本训练。运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决变速器换挡叉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。对变速器换挡叉零件铣床加工道工序进行了夹具设计，学会了工艺装备设计的一般方法，提高了结构设计的能力。本次设计是大学前三年所有课程的一次综合，根据三年来所学的所有专业课知识，通过相关的计算，最终设计出相关零件，是对三年来学习的一次检查，也是为以后的工作积累经验。对我们的能力有很大的提升。前 言机械制造工程原理课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。目录第一章 零件的工艺分析51.1 零件图，使用功能51.2 结构和工艺特点分析51.3加工表面及其要求和加工方法61.4位置公差要求7第二章 毛坯制造82.1确定毛坯的的类型和制造方法82.2毛坯的形状尺寸和公差82.3确定毛坯的技术要求8三、确定毛坯的种类9四、工艺规程设计104.1粗精基准的选择104.2拟定工艺步骤104.2.1工艺分析104.2.2制定工艺路线:10第五章 夹具设计215.1问题的提出215.2夹具设计21六、设计小结24七、体会与展望25八、参考文献26第一章 零件的工艺分析 1.1 零件图，使用功能变速器换挡叉零件图题目所给定的零件是变速器换档叉，如上图所示。它位于传动轴的端部，主要作用是换挡。使变速器获得换档的动力。换档叉头上方的孔15.81F8与操纵机构相连，而下方的换档叉脚夹在双联交换齿轮的槽中，用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨认为动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。1.2 结构和工艺特点分析由零件图可知，该零件的材料为35#钢，锻造成型，由零件的尺寸公差选择模锻加工成型，保证不加工表面达到要求的尺寸公差。零件图上的主要技术要求为：两叉脚口表面淬火至全厚硬度为45HRC。零件正火硬度 180HBS。去毛刺。1.3加工表面及其要求和加工方法工序加工表面定位基准所用夹具和机床加工要求15.81中心孔面；两端倒角孔的中心轴14的麻花钻；10的立铣刀；无心砂轮上偏差+0.043；下偏差+0.016；配合公差F8；内表面粗糙度3.2 15.81孔的上下平面孔的中心线立铣刀上表面粗糙度6.3；下表面粗粗度12.5 以15.81的孔的轴心线为基准的尺寸为9.65mm的两侧面孔的轴心线端面立铣刀两侧面的粗糙度均为6.3以15mm拨槽为基准的叉口的尺寸分别为33.5mm和39.4mm的上下端面15mm拨槽的中心线端面立铣刀表面粗糙度为6.3以15.81孔的下端面为基准的拨槽前端面同上同上表面粗糙度为12.5以15mm拨槽为基准的M10*1-7H的螺纹孔同上8.5的麻花钻；10的丝锥无1.4位置公差要求由零件图可知，该零件主要要求保证15.81的孔和叉口的上下端面之间的垂直度要求，以15.81的孔作为加工叉口上下端面的定位基准便可以保证其垂直度的要求。第二章 毛坯制造2.1确定毛坯的的类型和制造方法零件为35钢，是中碳钢，其强度和球铁接近，其铸造工艺性介于低碳钢和高碳钢之间，可进行热处理，以获得所需要的机械性能。由于零件的材料为35钢,零件形状不规则,因此应选用铸造毛坯。零件的轮廓尺寸不大,而且工件上有许多表面不切削加工,所以选用砂型机器造型。2.2毛坯的形状尺寸和公差毛坯的形状及尺寸如上图所示。选择过零件最高线且平行与换档叉脚对称面的平面作分型面，铸件采用带型芯的分模造型,多件同时浇注,钢水经两拔叉脚位置经横浇口流 入.由于该零件属特形零件,且利用不加工表面进行定位的情形较多, 所以确定铸件尺寸公差等级为GB6414-86的CT9,机械加工余量等级为AM-H。2.3确定毛坯的技术要求 1）铸件无明显的铸造缺陷2）未注圆角为R353）拔摸斜度为74）机加工前正火,消除内应力5）各个表面的粗糙度要求。剑上面表格所列。6）各个尺寸的公差要求见表格所示三、确定毛坯的种类零件材料为35钢。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故采用模锻件作为毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5,选用锻件尺寸公差等级为CT-12。四、工艺规程设计4.1粗精基准的选择（1）粗基准的选择：以零件的最右端为基准加工15的拨槽：再以最顶端为基准加工15.81空（2）精基准的选择：以上述所加工的为定位基准4.2拟定工艺步骤 4.2.1工艺分析此步骤是关键的步骤，也是上述分析的执行步骤。在这个零件中，没有外院表面，所以不采用车削工艺，加工对象主要分为孔，平面。查询资料可知，孔的加工只要分为1）钻粗拉精拉2）钻扩绞手绞3）钻半精镗精镗4）钻粗磨半精磨精磨研磨。在这个零件中精度要求较高，需要安排铰。这个零件本没有孔，需要钻出小孔。所以加工路线为钻镗铰。这个镗孔也可为扩孔。其次是平面加工路线。平面的加工方法因平面较多所以较为复杂。端面的加工方法根据所给零件主要为车，也就是车外圆。换档叉脚端面因加工精度要求不高，所以加工路线为粗铣磨,。换档叉脚内侧面的加工方法为铣削,操纵槽的加工方法同样也是铣削。工艺步骤又可分为多种。这里为简化步骤直接用最有效的一种。4.2.2制定工艺路线:根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序01 粗铣15上、下端面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序02 铣16.5*42面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序03 钻15孔，以15孔的上端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序04 扩15.5孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序05 粗铰15.7孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；工序06 精铰15.8孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；工序07 粗铣叉口前后两侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序08 粗铣16*56两侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序09 精铣16*56两侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序10 粗铣叉口19*5.9两内侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序11 精铣叉口19*5.9两内侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序12 粗铣14.2*9.65面、铣11*9.65面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序13 精铣16.5*42面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序14 钻9孔，以15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具；工序15 攻螺纹，以15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具；工序16 去毛刺；工序17 终检4.3机械加工余量、工序尺寸及公差的确定:1、圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度15.8钻0.8IT111512.5扩0.5IT1015.56.3粗铰0.2IT1015.76.3精铰0.1IT815.83.22、平面工序尺寸：工序号工序内容加工余量基本尺寸精确精度锻件lCT1201粗铣15上、下端面1202铣16.5*42面16.51207粗铣叉口前后两侧面2.15.91208粗铣16*56两侧面0.29.851210粗铣叉口19*5.9两内侧面0.551.51212粗铣14.2*9.65面、铣11*9.65面、铣16.5*42面11211精铣叉口19*5.9两内侧面0511009精铣16*56两侧面09.651013精铣16.5*42面011103、确定切削用量及时间定额：工序01 粗铣15上、下端面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表3.16，选择刀具前角00后角08，副后角0=10，刃倾角：s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。2. 切削用量1）确定切削深度ap 因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz 采用对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据简明手册表4.2-35，X51立式铣床）时： fz=0.090.18mm/z故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap7.5，fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：其中 ，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速： 。根据简明手册表4.2-36，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：vc=m/min=118m/minf zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z5)校验机床功率 根据切削手册表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.50.75kw=3.375kwPcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。6）计算基本工时 tmL/ vf，L=l+ y+，l=24mm.查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=40mm，则：tmL/ Vf=(24*2+40)/390=0.22min。工序02 铣16.5*42面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；刀具：YG6硬质合金端铣刀；机床：X51立式铣床；查切削手册表3.5，进给量为：，取为0.5mm/r参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，则：现采用X51立式铣床，根据简明手册表4.2-36，取，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序切削时间为：min工序03 钻15孔，以15孔的上端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具1. 加工条件工件材料：35钢,b =170240MPa，锻造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;加工要求：钻15孔，加工余量0.8;机床：Z525立式钻床；刀具：根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=15mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度， 2.选择切削用量 （1）确定进给量按加工要求确定进给量：查切削手册，由切削手册表2.7,系数为0.5,则： 按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为：；按机床进给机构强度选择：查切削手册表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.2150.265mm/r。根据简明手册表4.2-16,最终选择进给量。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据切削手册表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830NFf，故所选进给量可用。（2）确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.6mm，寿命（3）切削速度查切削手册表2.30，切削速度计算公式为： （m/min）其中，查得修正系数：，故实际的切削速度： （4）检验机床扭矩及功率查切削手册表2.20，当f0.26, do19mm时，Mt=31.78Nm，修正系数均为1.0，故MC=31.78 Nm。查机床使用说明书：Mm =144.2 Nm。查切削手册表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。查机床使用说明书，。由于，故切削用量可用，即：，3、计算工时工序04 扩15.5孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；查切削手册表2.10，扩孔进给量为：，并由机床使用说明书最终选定进给量为：。根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，根据机床使用说明书选取： 。基本工时： 工序05 粗铰15.7孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；刀具：专用铰刀机床：Z525立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量为0.81.2mm/z,进给量取0.81mm/r，机床主轴转速取为=140r/min，则其切削速度为：。机动时切削工时，mm，工序06 精铰15.8孔，以15上、下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；刀具：机床：Z525立式钻床根据有关手册的规定，铰刀的进给量取0.48mm/r，机床主轴转速取为：=140r/min，则其切削速度为：机动时切削工时，mm工序07 粗铣叉口前后两侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；刀具：YG6硬质合金端铣刀，机床：X51立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表4.2-36查得，取：，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，工序08 精铣16*56两侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；刀具：YG6硬质合金端铣刀；机床：X51立式铣床；查切削手册表3.5，进给量为：，取为0.5mm/r参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，则：现采用X51立式铣床，根据简明手册表4.2-36，取，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序切削时间为：min工序09精铣16*56两侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；刀具：YG6硬质合金端铣刀，机床：X51立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表4.2-36查得，取：，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，工序10粗铣叉口19*5.9两内侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具。刀具：YG6硬质合金端铣刀，机床：X51立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表4.2-36查得，取：，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，工序11精铣叉口19*5.9两内侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；精铣叉口19*5.9两内侧面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；机床：X51立式铣床刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由切削手册表3.6查得：，,即27m/min，因此，。现采用X51立式铣床，取 ，工作台每分钟进给量应为：，查机床使用说明书，取 。铣削基本工时：工序12粗铣14.2*9.65面、铣11*9.65面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；专用夹具刀具：YG6硬质合金端铣刀，机床：X51立式铣床根据切削手册查得，。根据简明手册表4.2-36查得，取：，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，工序13 精铣16.5*42面，以15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具刀具：YG6硬质合金端铣刀；机床：X51立式铣床；查切削手册表3.5，进给量为：，取为0.5mm/r参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，则：现采用X51立式铣床，根据简明手册表4.2-36，取，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min本工序切削时间为：min工序14 钻9孔，以15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具（1）钻螺纹底孔mm机床：Z525立式钻床刀具：高速钢麻花钻根据切削手册查得，进给量为0.180.22mm/z,现取f=0.22mm/z，v=17m/min，则：查简明手册表4.2-15，取。所以实际切削速度为：计算切削基本工时：工序15 攻螺纹，以15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具。机床：Z525立式钻床刀具：丝锥M10，P=1mm切削用量选为：，机床主轴转速为：，按机床使用说明书选取：，则 ；机动时，计算切削基本工时：第五章 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。并设计工序5、6钻15.8孔和铣大平面的夹具。两夹具将分别用于Z518立式钻床和立式铣床X51，刀具分别为高速钢麻花钻和YG6硬质合金端铣刀。5.1问题的提出本夹具主要用来粗铣叉口前后两侧面，在加工时应保证和15.8孔的垂直度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。精度不是主要考虑的问题。5.2夹具设计1、定位基准选择由零件图可知, 叉口前后两侧面,相对于15孔有0.15的垂直度要求，为使定位误差为零，应该选择孔中心为定位基准保证该垂直度。2、切削力及夹紧力计算根据切削手册查得，。根据简明手册表4.2-36查得，取：，故实际切削速度： 当时，工作台每分钟进给量应为：查说明书，取计算切削基本工时：因此，3、夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母扣，拔下固定V型块，实现工件的快换。零件为变速器换挡叉，材料为35#钢，可大批量生产，由上述设计工艺规程可知，在加工该零件时，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。本章针对设计工序一、三、四设计出钻15.8孔和在大平面铣需加工表面的夹具。两夹具将分别用于Z525型立式钻床和X51型立式铣床，刀具分别为高速钢麻花钻和YG6硬质合金端铣刀口。4.1 Z525型立式钻床专用夹具的设计1确定定位方案，选择定位元件由工序方案可知，本工序需要保证的位置精度，主要是孔与外圆的同轴度，选用一面两销，心轴和工件孔配合，限制四个自由度。削边销与叉脚内侧面接触，限制一个自由度，偏向轮与工件槽夹紧定位，限制一个自由度，共限制六个自由度，实现工件的完全定位。对于工序尺寸3. 1士0. 1,定位误差 。该定位方案可行。2确定导向装置本工序要求对加工孔进行钻一个工步的加工，生产类型为大批生产，选用可换钻套作为刀具的导向组件。3确定夹紧机构针对大批生产，选用偏向轮夹紧机构。4夹紧力计算夹紧力计算公式：由机械制造技术基础课程设计指南表3-6得夹紧力公式： 其中 取偏心轮与夹紧面的摩擦系数和偏心轮与铰链轴的摩擦系数一样，即 ，根据表3-7，取 ，则摩擦角 带入公式得:夹紧力 求切削力和切削扭矩:由表2-15和2-16得 切削力 ，切削扭矩: 其中 切削力 ，切削扭矩: 理论夹紧力 ，所以 切削扭矩 ，对工件定位的影响很少，可以忽略。5夹具操作简要说明本夹具使用在立式钻床上，加工换挡叉上M10螺纹底孔8.4mm。工件以15.8F8孔、 叉口及 槽，分别在定位心轴、削边销及偏心轮上定位。转动手柄，使偏心轮顺时针转动，偏心轮上的对称弧面楔入工 槽内，定位并夹紧工件。4.2 X51型立式铣床专用夹具的设计1确定定位方案，选择定位元件由零件图可知，本工序需要保证的位置精度，主要是叉口两端面对15.81孔有垂直度度要求。选择15.81孔作为主要定位基准面，同时以叉口两内侧面作为辅助定位基准。可使用心轴、档板、螺栓及支承钉在工件上实现完全定位。其中心轴限制了工件在Z轴上的移动及转动自由度和Y轴的移动自由度；档板和螺栓连接限制了工件在X轴上的移动自由度和转动自由度及支承钉限工件在Y轴上的转动自由度，又由于是两个平面同时加工，所以实现了完全定位。2切削力及夹紧力计算根据机械制造技术基础课程设计指南表2-18查出，切削力计算公式为 ： 其中 故得 当用两把刀铣削时， 水平分力： 垂直分力： 在计算切削力时，必须把安全系数考虑