CA10B解放牌汽车第四速及第五速变速叉加工工艺及钻φ19孔夹具设计-版本2【含CAD图纸、工序卡、说明书】
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含CAD图纸、工序卡、说明书
CA10B
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19
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序言2一、 零件的工艺分析及生产类型的确定2（一） 零件的作用2（二） 零件的技术要求2（三） 零件的工艺分析2（四） 确定生产类型3二、 确定毛坯、绘制毛坯简图3（一） 确定毛坯种类3（二） 确定铸件加工余量及形状3（三） 绘制拨叉铸件毛坯简图4三 、拟定零件工艺路线4（一）定位基准的选择4 （二）表面加工方法的确定5(三) 加工阶段的划分5（四）工序的集中与分散5（五）工序顺序的安排5（六）确定工艺路线6四、机床设备及工艺装备的选用6（一）机床设备的选用6（二）工艺装备的选用7五、加工余量、工序尺寸和公差的确定 7六、切削用量、时间定额的计算7（一）切削用量的计算8（二）时间定额的计算8七、 夹具设计8（一）问题的提出9（二）夹具设计9八、 设计总结10九、参考文献11序言机械制造工艺学课程设计是在大学全部基础课，技术基础课以及大部分专业课完成以后进行的，是本专业进行的一个实践性教学环节，也是一次理论联系实际的训练，让我们结合以往学习中学到的理论知识，独立地分析和解决零件机械制造工艺问题，而且，设计机床专用夹具，提高了我们的机构设计能力。因此，它在我们大学四年的的学习中占有重要地位.就我个人而言，希望能通过这次课程设计对自己即将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力.由于能力有限，设计尚有诸多不足之处，恳请各位老师多多指教.一.零件的分析(一) 零件的作用题目所给定的零件是解放汽车第四速及第五速变速叉，它位于变速箱中，主要作用是拨动变速箱中的齿轮，使汽车达到变速的目的.(2) 零件技术要求变速叉形状特殊、结构简单，属于典型的叉杆类零件.为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高.叉脚两端面在工作中需要承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为5863HRC；为保证变速叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔19的垂直度要求为0.1mm.（三） 零件的工艺分析此变速叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下: 1.以19mm孔为中心的加工表面.这组加工表面包括:19mm孔及其倒角，孔上端尺寸为16mm的槽，槽的外侧厚度为10mm的两个侧面， 19mm孔的上端距其中心12mm的两个端面，还有孔下端M10的螺纹孔.2.以82.2mm孔为中心的加工表面.这组加工表面包括: 82.2mm的孔及其倒角， 82.2mm的孔的侧面，距M10螺纹孔中心线63.7mm.这两组加工表面有着一定的位置要求，主要是:82.2mm孔与其外端面垂直度公差为0.1mm.由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助专用夹具加工另一组表面，并保证他们之间的位置精度要求.二. 确定毛坯(一) 确定毛坯的制造形式零件材料为20钢，零件经常拨动齿轮承受变载荷和冲击性载荷，因此应选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠.因为为大批量生产，且零件的轮廓尺寸不大，故采用模锻成型.这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的.（2） 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量根据上述资料以及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，工序尺寸及毛胚尺寸如下：1、16mm的槽参照机械加工工艺手册，表3.1-56可知，因为其公差等级太低，可以直接铣.2、槽的侧面参照机械加工工艺手册，表3.1-56可知,其加工余量Z=2mm.3、19mm孔的两个上端面机械加工工艺手册，表3.1-56可知,其加工余量Z=2mm.4、82.2mm孔的两侧面参照机械加工工艺手册，表3.1-56可知,其加工余量Z=2mm.精铣余量：单边0.7mm（工艺设计手册表8-31），铣削余量Z=2.0-0.7=1.3mm，锻件偏差mm.由于设计规定的零件为大量生产，应该采取调整法加工.因此在计算最大最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定.5、19mm孔参照机械加工工艺手册，表3.1-56可知,其加工余量2Z=2mm.钻孔18.5mm，铰孔19mm.6、82.2mm孔参照机械加工工艺手册，表3.1-56可知,其加工余量2Z=2.5mm，粗镗81.7mm,铰孔82.2mm.三 拟定工艺路线（一）定位基准的选择基准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，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。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。基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，它对零件的生产是非常重要的.1.精基准的选择 主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，根据该零件的技术要求和装配要求，选择叉轴孔19和孔左端面作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，叉轴孔19的轴线是设计基准，选用其作精基准定位加工叉脚两端面和M10螺孔，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证被加工表面的垂直度要求。另外，由于变速叉刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能作用在叉杆上。选用叉头左端面作精基准，夹紧可以作用在叉头的右端即孔19的右端面上，夹紧稳定可靠。2.粗基准的选择作为粗基准表面应该平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。现选取19mm孔的外轮廓不加工面作为粗基准，用V形块、支承板和挡销实现完全定位，以消除自由度.（二）表面加工方法确定1.根据变速叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗造度，确定加工工件的各表面的加工方法。（1）、16mm槽及槽两侧面，尺寸精度IT13，表面粗糙度Ra10m，加工方法为粗铣.（2）19mm孔上端面，尺寸精度IT13，表面粗糙度Ra10m，加工方法为粗铣.（3）19mm孔上端两侧面，尺寸精度IT13，表面粗糙度Ra10m，加工方法为粗铣.（4）19mm孔，尺寸精度IT9，表面粗糙度Ra6.3m，加工方法为钻-铰.（5）M10螺纹孔，尺寸精度IT11，表面粗糙度Ra12.5m，加工方法为钻.（6）82.2mm孔端面，尺寸精度IT8，表面粗糙度Ra3.2m，加工方法为粗铣-精铣.（7）82.2mm孔，尺寸精度IT9，表面粗糙度Ra3.2m，加工方法为粗镗-半精镗. 2.加工阶段的划分 该变速叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分粗加工半精加工和精加工几个阶段。 在粗加工阶段，首先将精基准19mm孔准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他的加工表面的精度要求；然后粗铣16mm槽及槽两侧面，粗铣上端面及两侧面，叉脚的两端面。在半精加工阶段，完成了叉脚的两内端面的半粗铣，钻M10螺栓孔；在精加工阶段，进行19mm孔，19mm孔的全部加工工序。 3.工序的集中与分散 本题选用工序集中原则安排变速叉的加工工序。该零件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；而且运用工序集中的原则使工件的装夹次数少，不但缩短辅助时间，而且由于在一次装夹加工多个工步，有利于保证各加工表面之间的相对位置度精度要求。 4.工序的安排 一) 机械加工工序(1)遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准叉轴19mm孔(2) 遵循“先粗加工后精加工”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 (3)遵循“先主要后次要”原则，先加工主要表面叉轴孔径19mm的上端面和19mm孔，后加工次要表面叉脚的两外端面。 (4)遵循“先加工面后加工孔”的原则，先加工叉轴19mm孔的两端面，后加工19mm孔和28mm孔。 二)热处理工序 模锻成型后切边,进行调质,调质硬度为241285HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。 三）辅助工序 粗加工叉脚两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检查工序；精加工后安排去毛刺，清洗和终检工序。 综上所述，该变速叉工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精加工。 （六）制订工艺路线 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的技术要求能得到合理的保证.爱生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床以及专用夹具，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，以便使生产成本尽量降低.工艺路线工序1 粗铣19mm孔上端两端面，以19mm孔定位，选用X5112立铣床及专用夹具.工序2 钻铰19mm孔并倒角.以19mm孔及端面定位，选用Z525立式钻床及专用夹具.工序3 粗铣16mm槽, 以19mm孔及端面定位工序4 粗铣16mm槽的两侧面，以19mm孔的外轮廓以及距槽底32mm的面为基准，选用X5112立铣床及专用夹具.工序5 16mm槽1.5*450倒角，选用C620-1车床及专用夹具.工序6 钻距槽(16mm)12mm底面M10螺纹孔并倒角.以19mm孔及16mm槽底定位，选用Z5125立式钻床及专用夹具.工序7 攻螺纹M10.工序8 粗铣82.2mm孔的两端面.以19mm孔定位，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具.工序9 粗镗81.7mm孔.以19mm孔及距中心线63.7mm的面为基准，选用T740双面卧式金刚镗床及专用夹具.工序10 精镗82.2mm孔. .以19mm孔及距中心线63.7mm的面为基准，选用T740双面卧式金刚镗床及专用夹具.工序11 82.2mm孔1*450倒角.选用C620-1型车床及专用夹具.工序12 精铣82.2mm孔的两端面. 以19mm孔定位，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具.工序13 终检.（七）.加工余量、工序尺寸和公差的确定在此只确定工序1的加工余量和工序尺寸公差，其他的类同。如附表机械加工工序卡片所示。工序1-钻铰19mm孔并倒角.由表2-28可查得，铰孔余量Z铰=0.25mm；钻孔余量Z钻=18.75mm。查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，铰：IT10；钻：IT12 。再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，铰：0.045mm；钻：0.21mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，铰：19的上偏差0.045mm 下偏差0mm，钻： 19的上偏差0.21 下偏差0mm。 (八) 切削用量、时间定额的计算一、切削用量的计算（1） 钻孔工步1） 背吃刀量的确定 取ap=18.75mm。 2） 进给量的确定 由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.2mm/r。 3） 切削速度的计算 由表5-22，按工件材料为20钢的条件选取，切削速度v可取为16m/min。由公式（5-1）n=1000v/d可得该工序钻头转速n=266，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=285r/min。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=285r/min x x18.85mm=17m/min。（2）铰工步 1） 背吃刀量的确定 取ap=0.25 mm。 2） 进给量的确定 由表5-1，选取该工步的每转进给量f=0.5mm/r。 3） 切削速度的计算 由表5-31，切削速度v可取为15m/min。由公式（5-1） n =1000v/d可求得该工序铰刀转速n =244r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=246r/min。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际切削速度v = nd/1000=246r/min x x19mm/1000 =14.7m/min。 二、时间定额的计算 1. 基本时间tm 计算 工序5钻铰19mm孔 1）钻孔工步 根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn = (l+l1+l2)/fn求得tj0.41min 。2）铰孔工步 根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn = (l+l1+l2)/fn求得tj0.28min 。3) 锪孔19mm两端面和倒角,被吃刀量 a=0.3mm查表5-32 取 。采用高速钢锪钻 根据4-9，取，则 有两个端面，则t = 2tm=0.28min 2. 辅助时间ta的计算 根据第五章第二节所述，辅助时间和基本时间tj之间的关系为tf（0.150.2）tj，取tf0.15tj，则工序的辅助时间为：tf0.14min。三.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。一. 提出问题本夹具要用于粗钻，铰孔19，对孔的要求有：粗糙度等级为6.3级，有很高的垂直度要求，此孔将做为加工其他各工作面的基准。因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证孔的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。2. 夹具的设计 1. 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。 在本设计中，加工19的孔是比较重要的一步，因为此孔将是后续加工过程中所要用到的重要基准。所以，加工这个孔一定要保证精度，由于其他基准都不存在，此孔只能运用毛坯的外轮廓定位来设计夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺旋压板来作为夹紧机构。2. 切削力和夹紧力计算（1） 刀具： 高速钢直柄麻花钻头（GB143685）d=187.5mm，Z=1 l=198、l1=135机床： Z525型立式钻床由金属切削机床夹具手设计册所列公式 得 查表 3-56 得其中： 修正系数 Z=1 代入上式，可得 F=1509N 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 选用钩形压板夹紧机构 查指导教程得则 夹紧螺母： 公称直径d=12mm，材料Q235 性能级数为8级 螺母疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺母的强度校核：螺母的许用切应力为 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. 定位误差分析 次工序的定位误差基本有毛坯而产生，加工孔的时候工件还只是毛坯，没有任何的基准，只有依靠毛坯轮廓来定位，但由于毛坯留有较大的加工余量，在保证此工序加工精度后，以此孔做为基准然后加工轮廓或其他工作部位，仍然能保证整个工件的精度。4. 夹具设计及操作的简要说明 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。本道工序为钻床夹具选择了螺旋型压板夹紧方式。本工序
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