机械制造技术课程设计-高低档拨叉机加工工艺及钻5孔夹具设计（全套图纸）.doc

目录绪 论1第一章 零件的分析21.1零件作用21.2零件的工作原理21.3零件的工艺分析2第二章 工艺规程设计32.1材料选取32.2基面的选择32.3制定工艺路线42.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定5第三章 夹具设计113.1专用钻床夹具设计113.2方案设计错误！未定义书签。致 谢15参 考 文 献16绪 论课程设计是在完成了四年的专业课学习，并进行了大量生产实习的基础上进行的最后的一个教学环节。此次设计我们综合运用所学的机械制造与自动化专业课，尤其是机械制造工艺学及机械加工工艺学的基本理论，结合生产实习中所积累的知识和经验，在老师的指导下，独立分析和解决零件加工工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（高低档拨叉）的工艺规程的能力，同时也提高了自己查阅和运用有关手册、图表、运用AUTOCAD软件等技术资料及编写技术文件的技能，是很重要的一次实践环节。在设计中遇到了很多技术方面的问题，在进行查阅资料和老师的帮助下，修改核对后问题都一一解决。设计过程中除了考察我们专业课的能力之外还培养了我们分析问题、解决问题和克服困难的能力，为我以后的工作奠定了良好的基础，更是对我们三年专业课学习的一个良好的总结。由于能力所限，经验不足，设计中肯定有很多不足之处，希望老师多加指教。第一章 零件的分析1.1零件作用拖拉机高低档拨叉位于拖拉机的变速机构中，主要用于高低档之间的快速转换，使操作者方便的从一个较高的速度降到一个较低的速度，也可以方便的从一个较高的速度升到一个较高的速度。1.2零件的工作原理 拖拉机的高低档拨叉是在变速机构中推动滑动齿轮的，滑动齿轮上有一个环形槽，拨叉就骑在这个槽里，当驾驶员推动变速杆时，变速杆带动拨叉轴，拨叉轴又带动拨叉，拨叉在推动齿轮，改变齿轮的传动比，以达到变速。1.3零件的工艺分析 根据零件图分析可知，高低档拨叉主要有两处加工面，其间有一定的位置度要求。1.以15孔为中心的加工面，这一组加工面包括：15孔的加工，以及孔上下端面的加工。孔壁上有一个5的小孔，用来装配的时候钻铰，这三个有一定的位置度要求，不是很高。2.拨叉脚的加工面：这一组包括拨叉脚的端面以及内侧面，端面是圆弧R39.5和以偏离中心18度56分，相距7为圆心的R46形成的圆弧台阶，内侧面是R39.5的圆弧面，这两组表面有一定的位置度要求，即拨叉两端面与15孔的中心线有一定的垂直度要求，由上面分析可知，加工时候应先加工一组表面，在以这组加工过的表面为基准加工另一组。3.主要技术要求铸件时经时效处理；淬火区表面硬度不能低于HRC500；未注圆角R34.加工表面要求见指导书P9第二章 工艺规程设计2.1材料选取 根据拨叉的作用原理及工作环境可知拨叉最容易磨损的地方是和环形槽接触的部位，在高速旋转下，拨叉不转，而齿轮高速旋转，所以要有一定的耐磨性。拨叉还要承受一定的震荡和冲击，所以要有一定的韧性和强度。否则拨叉容易失效，而挂不上档。根据以上分析，查工程材料手册可知，球墨铸铁，铸钢，45钢有这方面的综合性能。零件的生产纲领为每年8000件，单班作业，可知属于中小零件的大批大量生产，所以要考虑到零件毛胚的生产方便性和快捷性。上面材料前三个可以铸造，适合大批大量生产，45钢锻造也适合这样的生产。经济上考虑，材料价格一次升高，但铸造很麻烦，同时工作环境不好，工人强度大。经以上综合分析分析，球墨铸铁和45钢比较适合生产的需要，又考虑到零件的强度要求和耐用性及安全性，选择45钢，锻造生产。45钢：强度较高，塑性很韧性较好，用于制造受载荷较大的消截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火件：如曲轴，齿轮，蜗杆，键，销等。水淬时候有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水油中淬火，其焊接性较差。锻造方法：自由锻造适合单件小批量的生产，模锻和精密模锻适合大批大量的生产，但精密模锻经济性不很合理，所以选用金属模锻。2.2基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确合理可以加工的精度和质量得到保证，生产效率得以提高，否则加工过程中问题百出，更有甚者造成大批零件的报废，使生产无法进行。2.2.1.粗基准的选择 粗基准主要是为了可靠方便的加工出精基准来，主要考虑一下基本原则。1.为了保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系，应首先考虑选择不加工的表面作为粗基准，当零件有多个不加工表面时候，应选择与加工面相对位置关系要求较高的不加工表面。2.为了使定位稳定，可靠，夹具结构的简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽量平整光洁。有以上原则根据零件图和零件毛胚的成型方法可选择用一个V型块限制起主要定位作用，同时在用两个定位销限制叉口的位置，这样来加工15孔，后在用此孔定位来加工其他面和孔，具体的分析下面会详细叙述。2.2.2.精基准的选择：考虑的基准的重合原则，以及基准统一原则。选择15孔来作为定位的精基。2.3制定工艺路线制定工艺路线得出发点,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。2.3.1.工艺路线方案一工序一 粗、精铣15上下端面工序二 钻、扩、铰、精铰15孔工序三 粗、台钻倒角工序四 校正拨叉脚工序五 粗铣叉口两端面工序六 铣R39.5圆弧内侧面工序七 精铣叉口两端面工序八钻铰5孔工序九去毛刺工序十拨叉脚局部淬火工序十一 清洗工序十二检验这一工艺路线生产效率高，但对夹具的精度有有一定的要求 2.3.2.艺路线方案二工序一 钻、扩、铰、精铰15孔工序二 粗、精铣15上下端面工序三 粗、台钻倒角工序四 校正拨叉脚工序五 粗铣叉口两端面工序六 铣R39.5圆弧内侧面工序七 精铣叉口两端面工序八钻铰5孔工序九去毛刺工序十拨叉脚局部淬火工序十一 清洗工序十二检验本工艺路线生产效率也不错，但是对毛坯精度要求太高，同时没有遵循先面后孔的加工原则 结合零件的精度的要求以及加工的方便和快捷性，同时考虑到经济效益，选择工艺路线一加工2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 1.加工工序设计、工序尺寸计算：拖拉机高低档拨叉，材料为45钢，生产类型大批量，锻造毛胚。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：工序工序内容单边余量工序尺寸表面粗糙度工序1粗、精铣15上下端面1.5mm30mm12.5工序21.钻15H9孔2.扩15H9孔3.铰15H9孔4.精铰15H9孔7mm0.8mm0.15mm0.05mm14mm14.8mm14.95mm15.00mm12.56.33.23.2工序3粗、台钻倒角1mm1mm4512.5工序5粗铣叉口两端面1mm8mm12.5工序6粗铣R39.5圆弧内侧面15mm39.5mm12.5工序7精铣叉口两端面0.5mm7mm6.3工序8钻铰5H11孔2.55H11（+0.0750）mm12.52.选择加工设备及工艺装备工序一 X62W卧式铣床，YG6，铣床夹具，卡尺工序二 Z515钻床，标准锥柄14麻花钻，14.8 YT15扩孔刀，14.95铰刀、15精铰刀、15H9孔用塞规、专用夹具，卡尺 工序四 钳工台、校正工具工序五 X62W卧式铣床，YT15三面刃铣刀，铣床夹具，卡尺工序六 X62W卧式铣床，YT15三面刃铣刀，铣床夹具，卡尺工序七 X62W卧式铣床，YT15三面刃铣刀，铣床夹具，卡尺工序八 Z515钻床，标准锥柄5麻花钻，专用夹具，卡尺工序九 钳工台3.选择切削用量、确定时间定额 工序一 粗、精铣15上下端面1. 加工条件工件材料：45钢 HRC5562，锻造。机床：K62W卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a60,深度aPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/375=0.216min.结果ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.工序二 钻、扩、铰、精铰15孔见指导书P13 钻孔部分工序六 粗铣39.5圆弧内侧面以15孔为基准，粗铣圆弧面。工件材料：45钢 HRC5562，锻造。查文献1表2.3-59平面加工余量，得到精加工余量ZP精为1mm。已知N面总余量ZP总为2.5 mm。故粗加工余量为ZP粗=2.5-1=1.5mm。 查文献1表2.6-6，得粗加工公差等级为IT1114，取IT11，其公差TP粗=0.13mm，所以，XP粗=25mm。校核精铣余量ZP精：ZP精min= XP粗min- XP精max =(25 -0.13)-(24+0.05)=0.82mm故余量足够。参考文献1表2.4-73,取粗铣的每齿进给量为0.2 mm/z; 取精铣的每转进给量f=0.5 mm/r粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1mm。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =75.4m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0.9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW又有4表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =75.4m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0。9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW 又有4表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。查文献1表2.3-59平面加工余量，得到精加工余量ZP精为1mm。已知N面总余量ZP总为2.5 mm。故粗加工余量为ZP粗=2.5-1=1.5mm。查文献1表2.6-6，得粗加工公差等级为IT1114，取IT11，其公差TP粗=0.13mm，所以，XP粗=25mm。 参考文献1表2.4-73,取粗铣的每齿进给量为0.2 mm/z; 取精铣的每转进给量f=0.5 mm/r粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1mm。参考文献1表3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为150r/min精铣的主轴转速为300r/min,因前面已选定铣刀直径为D=100mm，则相应的切削速度分别为：V粗 = = m/min =37.7m/minV精 = = m/min =60.8m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表9.4-10，得切削功率Pm为： PM=167.910-5ap0.9fz0.74aeZnkpm取Z=10个齿，n=150/60=2.5r/s,ae=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51 =3.09KW又有4表3.1-73得机床功率为4.5KW，若取效率为0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。工序七：精铣叉口两端面1. 加工条件工件材料：45钢 HRC5562，锻造。机床：K62W卧式铣床。刀具：牌号YT15。铣削宽度ae60,深度apPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/375=0.216min.结果ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s. 第三章 夹具设计3.1专用钻床夹具设计1、夹具设计要求已知工件材料为45钢，毛坯为模锻件，所用机床为Z515型立式钻床，大批生产规模。试为该工序设计一钻床夹具。2、夹具的设计方案分析：孔5mm为自由尺寸，可一次钻削保证。该孔在轴线方向的设计基准距离右端面15+0.1mm；在径向方向的设计基准是孔15H11的中心线，其对称度要求为0.2mm，该尺寸精度可以通过钻模保证。孔：15H11、钻底孔立钻Z515的最大钻孔直径为15mm，主轴端面到工作台面的最大距离H为700mm，工作台面尺寸为375mm500mm，其空间尺寸完全能够满足夹具的布置和加工范围的要求。本工序为单一的孔加工，夹具可采用固定式。3.2、方案设计1、定位基准的选择：为了保证孔5mm对基准孔15H11垂直并对该孔中心线的对称度符合要求，应当限制工件X的平移、Y轴旋转、Z轴旋转，三个自由度；为保证孔8.4处于拨叉的对称面内且不发生扭斜，应当限制Y轴旋转自由度；为由于5mm为通孔，深度方向的自由度Z的平移可以不加限制，因此，本夹具应当限制4个自由度。 孔15H11是已经加工好的，且又是本工序要加工的孔5mm的设计基准，按照基准重合原则，选择它作为主要定位基准是比较恰当的。若心轴水平放置并与钻床主轴垂直和共面，则所钻的孔与基准孔之间的垂直度与对称度就可以保证，其定位精度取决于配合间隙。为限制自由度，应以拨叉槽口mm为定位基准。这时有两种定位方案。如图所示图（a）是在叉口的一个槽面上布置了一个防转销；图（b）是利用插口的两侧面布置一个大削边销，其尺寸采用51g6，从定位稳定和有利于夹紧来考虑，一方案较好。(a) (b)为限制其自由度，定位元件的布置有以下三种方案：a.以D面定位，这时定位基准与设计基准b.以槽口两侧面中的任一面为定位基准，采用圆柱销单面定位，这时，由于设计基准是槽的对称中心线，属于基准不重合，槽口尺寸辩护所形成的基准不重合误差为0.05mm。c.以槽口两侧面为定位基准，采用均有对称机构的定位零件（可伸缩的锥形定位销）定位，此时，定位基准与设计基准完全重合，定位间隙也可以消除。在这三个方案中，第一方案不能保证加工精度；第二方案具有结构简单、定位误差可以保证的优点；第三方案定位误差为零，但结构比前两方案复杂些。从大批量生产的条件来看，第三方案虽结构复杂一点，却能完成加紧的任务，因此第三方案是较合适的。2、夹紧机构的确定：当定位机构水平放置时，在Z515立钻上钻5mm孔的钻削力和扭矩具有定位心轴来承担。在心轴轴向施加轴向力夹紧。这时，可在心轴端部采用螺纹夹紧装置，夹紧力与切削力处于垂直状态。这种结构虽然简单，但装卸工件却比较麻烦。总体结构按设计步骤，先在各视图部位用双点画线画出工件的外形，然后围绕工件布置定位、夹紧和导向元件（见图3）,再进一步考虑零件的装卸、各部件结构单元的划分、加工时操作的方便性和结构工艺性的问题，使整个夹具形成一个整体。 图3图4为该夹具的总体结构设计图，从该图可以看出，该夹具具有如下结构特点。 夹具体采用整体锻件结构，刚性较好。 定位心轴6和定位防转扁销1均安装在夹具体的立柱上，通过夹具体上的孔与底面的平行度来保证心轴与夹具底面的平行度要求。为了便于装卸零件和钻孔后进行攻丝，夹具采用了铰链式钻模板结构。钻模板4用销轴3采用基轴制装在模板座7上，翻下时与支撑钉5接触，以保证钻套的位置精度，并用锁紧螺钉2锁紧钻套孔对心轴的位置，在装配时，通过调整模板座来达到要求。在设计时，提出了钻套孔对心轴轴线的位置度要求0.04mm。来调整达到此要求后，在模板座与夹具体上配钻铰定位孔、打入定位销使之位置固定。 图4确定夹紧机构 针对小批生产，选用螺母夹紧机构。夹紧力计算(1) 由表10-1得 夹紧力 F j=FL/tan(+ 1)+tan 2，=(R+esin)/cos，=arctanecos/(R+esin)ecos= 3， e= 5， R=33， L=160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f一样，根据表10-2得，f=0.2，则摩擦角 1= 2=arctanf=所以得： 夹紧力 F j=5.3F （2）求切削力和切削扭矩： 由表3-54和3-55得 切削力 P x=68Ds0.7 K p，切削扭矩：M=34