拨叉——机械制造工艺学课程设计

湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）20112012学年第一学期课程名称机械制造工艺学指导教师职称学生姓名专业班级机械工程及自动化班级学号题目拨叉零件设计成绩起止日期2011年12月19日2011年12月25日目录清单课程设计任务书序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸24机械加工工艺卡片15机械加工工序卡片1020112012学年第一学期机械工程学院（系、部）机械工程及自动化专业0901班级课程名称机械制造工艺学设计题目拨叉零件设计完成期限自2011年12月19日至2011年12月25日共1周内容及任务一、设计的主要技术参数拨叉材料HT200；铸造圆角R23；拨叉头高50MM，外圆40MM，内孔25MM；拨叉脚内表面R25，外表面R35；凸台高25MM；凸台半径10，凸台孔径8，孔深15MM中心距9375MM。二、设计基本内容对零件（中等复杂程度）进行工艺分析，画零件图；选择毛坯的制造方式；制订零件的机械加工工艺规程；填写工艺文件；编写设计说明书。三、每个学生应在教师指导下，独立完成以下任务（1）机械加工工艺卡片一张；（2）机械加工工序卡片一套；（3）设计说明书一份。起止日期工作内容2011121920111220熟悉课题、查阅资料；零件分析，画零件图2011122120111222制订零件加工工艺规程2011122320111225填写工艺文件；编写设计说明书进度安排20111225交课程设计并答辩主要参考资料机械制造工艺学第二版王先逵主编（机械工程出版社）互换性与测量技术基础第二版徐学林主编（湖南大学出版社）金属工艺学第五版上邓文英宋力宏主编（高等教育出版社）金属工艺学第五版下邓文英宋力宏主编（高等教育出版社）指导教师（签字）年月日系（教研室）主任（签字）年月日机械制造工艺学设计说明书拨叉零件起止日期2011年12月19日至2011年12月25日机械工程学院（部）2011年12月25日学生姓名班级学号成绩指导教师签字目录第一章序论3第二章零件的分析4第一节零件的作用4第二节零件的工艺分析4第三节毛坯的确定5一、毛坯的制造形式5二、毛坯加工面及形状的确定6三、毛坯图的绘制6第三章加工工艺规程的设计7第一节定位基准的选择7一粗基准的选择7二精基准的选择7第二节加工方法的确定8第三节工艺路线的制定8第四节机械加工余量、工序尺寸与毛坯尺寸的确定10一、加工余量、工序尺寸和公差的确定10二、切削用量的选择计算16第四章小结23第五章附录（重要参考文献）24第一章序论21世纪现在是我国全面建设小康社会，实现国民经济增长模式根本转变，走新型工业化道路的关键时期。机械工程高等教育承担着培养适应和推进新型工业化发展的现代高级人才的历史重任。对于我们当代大学生来说，最根本的任务是学习。准确地把握未来科学和技术发展领域的机遇和挑战，客观掌握识我们知识技能的基本出发点。大三上学期我们学习了机械制造基础，为了巩固所学知识，并且在我们进行毕业设计之前对所学各课程的进行一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,我们进行了本次课程设计。通过这次课程设计对自己未来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，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。由于能力所限，设计还有许多不足之处，希望指导老师给予批评指正。第二章零件的分析第一节零件的作用车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件右方的25孔与操纵机构相连，而左方的50半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。该拨叉在改换档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够强度、刚度和韧性，以拨叉的的工作条件。第二节零件的工艺分析拨叉结构比较简单，其主加工的位置是25的孔及该孔的上端面和下端面，50的孔及该孔的上端面和下端面，以及在40外圆侧边的一个40的凸台。零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的技术及位置要求加工表面尺寸及偏差MM公差及精度等级表面粗糙度RA/M形位公差/MM拨叉两端面150IT1212525的孔20IT932拨叉脚内表面75RIT1263拨叉脚两端面129IT1263拨叉脚侧面2525凸台孔80158IT1263该拨叉形状特殊，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。以25为中心的加工表面这一组加工表面包括孔及该孔的上下端面，上下端面与孔都没有过高的0215位置要求，孔壁上有一个40的斜凸台，这两个都没有过高的位置要求。以50为中心的加工表面这一组加工表面包括的孔及孔的上下端面，以15020为中心的加工表面和以50为中心的加工表面有一定的位置度要求，既50孔的上下端面与20的孔的垂直度要求。换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面的垂直度要求为005MM。综上所诉，该拨叉件的各项技术要求制定合理，符合该零件在变速箱中的应用。第三节毛坯的确定一、毛坯的制造形式零件材料为HT200，零件在工作过程中，经常要承受变载荷及冲击性载荷，且它的外型复杂，不易加工。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。查机械制造工艺设计简明手册第41页表225,选用铸件尺寸公差等级为CT12。二、毛坯加工面及形状的确定查机械制造工艺设计简明手册第41页表225，选用加工余量为MAH级，并查表224确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示凸台高2525三、毛坯图的绘制简图简图加工面代号基本尺寸说明加工说明D125圆25MM孔降一级双侧加工D250圆50MM孔降一级双侧加工D38圆8MM孔降一级双侧加工T140圆上端面50MM单侧加工T240圆下端面50MM单侧加工T375圆上端面12MM单侧加工T475下端面12MM单侧加工T5斜凸台端面25MM单侧加工第三章加工工艺规程的设计第一节定位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。基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得到提高；否则，加工工艺过程中会出现很多问题，使生产无法进行。定位基准有粗基准和精基准之分，用毛坯上未加工的表面作为定位基准成为粗基准，实用经过加工的表面作为定位基准的成为精基准。在制定工艺规程时，先进行精基准的选择，保证各加工表面按图纸要求加工出来，再考虑用什么样的基准来加工精基准；所以，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。一、粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺；对于有若干个不同加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选择40MM的外圆面和拨叉头下端面作粗基准加工孔和下端面，可为后续工序准备做好精基准。0215二、精基准的选择由上面分析可知，根据该零件的技术要求和装配要求，选择叉头上端面和作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即0215遵循了“基准统一”的原则，又轴孔的轴线是设计基准，选用其作精基0215准定位加工拨叉两端面，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。选用拨叉头上端面作为精基准同样遵循了“基准重合”的原则，因为该拨叉是在轴线方向上的尺寸多以该轴面作设计基准；另外由于拨叉件刚性差受力易产生弯曲变形，为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，夹紧力作用点不能作用在叉杆上，选用拨叉头上端面作精基准，夹紧可作用在拨叉头的下端面上，夹紧稳定可靠证，不容易引起零件变形。第二节加工方法的确定根据拨叉零件图可知，加工有25内孔、50内孔、8孔、75上下两端面、40外圆上下两端面、斜凸台上表面。材料为HT220，以公差等级和表面粗糙度要求，参考机械制造工艺学等相关资料，确定其加工方法如下加工表面尺寸精度等级表面粗糙度RA（UM）加工方案25MM孔IT732钻扩铰50MM半圆IT1163粗镗半精镗斜凸台上表面IT1125粗铣40上下端面IT12125粗铣75上下端面IT1263粗铣半精铣8孔IT763钻扩铰第三节工艺路线的制定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，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下1工艺路线方案工序010钻，扩，铰，半精铰，精铰25孔和50孔工序020粗铣，半精铣25和75上下端面工序030切断工序040粗铣斜凸台工序050钻，扩，铰，半精铰，精铰8孔工序060去毛刺工序070检查此工序的加工，因为经验告诉我们大多数孔的加工应该先铣平面再加工，那样会更容易满足零件的加工要求，先加工平面也有利于基准的选择，所以上加工工序的安排不怎么合理，现确定工序如下表所示工序号工序内容10铸造20热处理30粗铣40MM上，下端面40粗铣，半精铣75上、下端面50钻，扩，铰25孔60粗镗、半精镗50孔70粗铣斜凸台面80钻、扩、铰8孔90铣断100去毛刺110时效处理120检查第四节机械加工余量、工序尺寸与毛坯尺寸的确定查机械制造工艺设计简明手册，选用加工余量为MAH级，确定各个加工面的铸件机械加工余量，及其加工后的尺寸精度和表面粗糙度，下面是以工序内容为顺序确定各个加工的加工余量及其加工后的尺寸精度和表面粗糙度。一加工余量、工序尺寸和公差的确定拨叉头和拨叉脚的偏差计算（一）拨叉平面的偏差及加工余量计算（1）拨叉头两端面加工余量的计算根据工序30要求，其加工为粗铣加工。各工步余量如下粗铣其余量值规定为1520MM，现取20MM。其粗铣为IT12。工序30的加工过程如图31所示。工序30以下端面定位，粗铣上端面，保证工序尺寸L1；以上端面定位，粗铣下端面，保证工序尺寸L2，达到零件图设计尺寸L的要求，L50MM。由图31所示加工过程示意图，建立分别以Z1和Z2为封闭环工艺尺寸链如图32所示。图31加工过程示意图图32工艺尺寸链图1求解工序尺寸L1查机械制造设计基础课程设计表264平面粗加工余量，得粗铣余量Z12MM。由图31知L2L50MM，从图32B知，Z2L1L2，L1L2Z2502MM52MM。由于工序尺寸L1、L2是在粗铣加工中保证的，查机械制造设计基础课程设计表225平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为03MM，故L152015MM，L250015MM。2求解工序尺寸L0查机械制造设计基础课程设计表264平面粗加工余量，得粗铣余量Z22MM，由图32（B）知，L0L1Z1522MM54MM。由于工序尺寸L0是在铸造，铸件尺寸公差为。1406铸造毛坯的基本尺寸为L054MM毛坯最小尺寸为5406534MM毛坯最大尺寸为5414554MM（2）75两端面加工余量的计算。根据工序30要求，其加工分粗、半精铣加工。各工步余量如下粗铣其余量值规定为1520MM，现取20MM。其粗铣为IT12。半精铣其余量值规定为10MM。1求解工序尺寸L3查机械制造设计基础课程设计表264平面半精加工余量，得半精铣余量Z41MM。由图31知L4L120090MM，从图32D知，L3L4Z4121MM13MM。由于工序尺寸L3是在半精铣加工中保证的，查机械制造设计基础课程设计表225平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT10，其公差值为01MM，故L313005MM。2求解工序尺寸L2查机械制造设计基础课程设计表264平面半精加工余量，得半精铣余量Z31MM。从图32C知，L2L3Z3131MM14MM。由于工序尺寸L2是在粗铣加工中保证的，查机械制造设计基础课程设计表225平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为018MM，故L214009MM。3求解工序尺寸L1查机械制造设计基础课程设计表264平面粗加工余量，得粗铣余量Z22MM。从图32B知，L1L2Z2142MM16MM。由于工序尺寸L1是在粗铣加工中保证的，查机械制造设计基础课程设计表225平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为03MM，故L116015MM。4求解工序尺寸L0，查机械制造设计基础课程设计表264平面粗加工余量，得粗铣余量Z12MM。从图32A知。L0L1Z1（162）18MM。由于L0尺寸为铸件尺寸，铸件尺寸公差为。故L018。09320932铸造毛坯的基本尺寸为L018MM毛坯最小尺寸为1800321768MM毛坯最大尺寸M（二）大小头孔及8孔的偏差及加工余量计算孔0215钻孔的精度等级IT12，表面粗糙度RA25UM，尺寸偏差是021MM粗扩孔的精度等级IT10，表面粗糙度RA125UM，尺寸偏差是0084MM精铰孔的精度等级IT8，表面粗糙度RA32UM，尺寸偏差是0043MM根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，各工序余量如下钻孔，0215确定工序尺寸及加工余量为加工该组孔的工艺是钻扩铰钻孔22扩孔2472Z27MM（Z为单边余量152）铰孔252Z03MM（Z为单边余量01502）镗50孔加工该组孔的工艺是粗镗半精镗粗镗50孔，其余量值为22MM；半精镗50孔，其余量值为08MM；铸件毛坯的基本尺寸分别为50220847MM铸件公差为1406铸造毛坯的基本尺寸为47MM毛坯最小尺寸为4714484MM毛坯最大尺寸为4706464MM工序70钻、扩、铰凸台8孔工序70的加工过程为钻6孔，扩76孔，铰8孔，由图5的加工方案可得出全部工艺尺寸链，如图5所示，求解各尺寸链及公差的顺序如下图55第60道工序加工方案示意图图56第60道工序工艺尺寸链图孔加工余量计算方法和25孔一样最终可得由图可知R4，RR2Z1，Z1为铰孔加工余量查机械加工余量手册得Z102MM，则R2RZ140238MM，由于工序尺寸R2是在扩孔中确定的，查机械制造工艺学表48和互换性与测量技术可知扩孔工序的经济精度等级可达到该面的最终加工要求IT12，因此确定该工序尺寸公差为IT12，其公差值为015MM，故R2MM；380150R2R1Z2，Z2为钻孔余量查机械加工余量手册得Z208MM，则R138083MM，由于工序尺寸R1实在钻孔中确定的，查机械制造工艺学表48可知扩孔工序的经济精度等级可达到该面的最终加工要求IT12，因此确定该工序尺寸公差为IT12，其公差值为015MM，故R1MM。300150故此工序钻孔大小为MM，扩孔大小为MM。600150760150将上述各个工序的各个加工制成表格，方标查阅，如下（1）圆柱表面工序尺寸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机床设备刀具钻22IT12扩27IT1125IT7铰03IT9Z525型立式钻床麻花钻、扩孔钻，铰刀粗镗200IT1350IT7半精镗100IT11镗床镗刀钻6IT12扩16IT118IT7铰04IT9Z525型立式钻床麻花钻、扩孔钻，铰刀（2）平面工序尺寸加工内容加工余量精度等级机床设备刀具粗铣40上、15IT12立式铣床X51直柄立式铣刀下端面粗铣75上、下端面15IT12立式铣床X51直柄立式铣刀半精铣75上下端面05IT11立式铣床X51直柄立式铣刀粗铣斜面凸台15IT12立式铣床X51直柄立式铣刀二、切削用量的选择计算确定切削用量工序20粗铣25MM孔两端平面（1）粗铣25MM孔两端面工件材料HT200，铸造。刀具硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料YT15，D100MM，齿数Z8，此为粗齿铣刀。因其单边余量Z2MM所以铣削深度2MM每齿进给量取PAFAF012MM/Z铣削速度V取V133M/S机床主轴转速N式（41）10ND式中V铣削速度；D刀具直径。代入式（41）得，N300R/MIN101360254/MI4VNRD实际铣削速度V7VS进给量ZN0128300/6048MM/SFFFA工作台每分进给量48MM/S288MM/MINMFV40MMA252工序2加工孔25到要求尺寸工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为25MM，公差为H7，表面粗糙度RA32UM。加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为；钻孔22MM标准高速钢麻花钻；扩孔247MM标准高速钢扩孔钻；铰孔25MM标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量FF表047057MM/R，由于孔深度比L/D030/22136，KLF09，故F表04705709042051MM/R。取F043MM/R。钻头强度所允许是进给量F175MM/R。由于机床进给机构允许的轴向力FMAX15690N，允许的进给量F“18MM/R。由于所选进给量F远小于F及F“，故所选F可用。2）确定切削速度V、轴向力F、转矩T及切削功率PM，由插入法得V表17M/MIN，F表4732NT表5169NM，PM表125KW由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。KMV088，KLV075，故V表17M/MIN0880751122M/MIN0112/IN162/MI34KNRD取N195R/MIN。实际切削速度为095/I/IN110RVRKMFKMT106，故F4732N1065016NT5169106548M3）校验机床功率切削功率PM为PMPM表N/NK/MM125KW195/246106105KW机床有效功率PEPE45KW081365KWPM故选择的钻削用量可用。即D022MM，F043MM/R，N195R/MIN，V14M/MIN相应地F5016N，T548，PM105KWN（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量FF表（0708）MM/R07049056MM/R。取F057MM/R。2）确定切削速度V及N，取V表25M/MIN故V表25M/MIN0881021122M/MINN1000V表/（D010001122MM/MIN/247MM286R/MIN实际切削速度为VD0N103213M/MIN（3）确定铰孔切削用量1）确定进给量FF表1326MM，取F16MM/R。2）确定切削速度V及N，取V表82M/MIN。故V表82M/MIN088099714M/MINN1000V表/D0131000714M/MIN/25MM915R/MIN取N100R/MIN，实际铰孔速度VD0N10325MM100R/MIN10378M/MIN4）各工序实际切削用量根据以上计算，各工序切削用量如下钻孔D022MM，F043MM/R，N195R/MIN，V14M/MIN扩孔D0247MM，F057MM/R，N275R/MIN，V213M/MIN铰孔D025MM，F16MM/R，N100R/MIN，V78M/MIN铣拨叉脚槽内侧面（1）背吃刀量的确定工步1的背吃刀量取为，2MM；工步2的背吃1PA1Z刀量取为，10MM。2PA2Z（2）进给量的确定按机床功率为510KW、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02MM/Z。ZF（3）铣削速度的计算按镶齿铣刀、D/Z18/3的条件选取，铣销速度可取为19M/MIN。，参照表415（机械制造技术基础教程）所列X51型MIN/3610RDN立式铣床的主轴转速，取转速N380R/MIN。再将此转速代入公式，DN10可求出该工序的实际铣销速度21477M/MIN。粗铣，半精铣75上下两端面工步1粗铣75上下两端面首先粗铣上端面，以下端面为基准，查有关手册可得背吃刀量4MM，6A进给量018MM/Z，铣削速度449M/MIN,已知80MM,齿数10,可6ZFCVWDZ得1049178/MIN0SNRD查表机械制造设计基础课程设计可知铣床X51与之最接近的转速，因此铣削实际速度为160/MIWNRV实801649/IN1WDNV实工作台每分钟进给量为1AF081628/MINAZFN工步2半精铣75上下两端面由表面粗糙度RA32查机械制造设计基础课程设计可知三面刃铣刀精铣平面进给量007MM，1MM，铣削速度484M/MIN,已知80MM,齿7ZF7ACVWD数10，可得Z10456183/MIN0SVNRD查表机械制造设计基础课程设计可知铣床X51与之最接近的转速，因此铣削实际速度为18/MIWNRV实801452/IN1WDNV实工作台每分钟进给量为2AF207816/MIN1AZFNM粗镗、半精镗50孔机床卧式镗床T618刀具硬质合金镗刀，镗刀材料YT51粗镗50切削深度APAP22MM，毛坯孔径D052MM。50进给量F确定进给量F02MM/R。切削速度V25M/S150M/MIN机床主轴转速N由式（41）得，N1000R/MIN1015064/MIN347NRD实际切削速度V3710246/IDR工作台每分钟进给量FMFMFN021000200MM/MIN（2）半精镗50孔切削深度APAP08MM，粗镗后孔径D492MM进给量F确定进给量F015MM/R切削速度V318M/S1908M/MIN机床主轴转速N，取N1000R/101908235/MI34VNRDMIN实际切削速度V7/I1006VR工作台每分钟进给量FMFMFN0151000150MM/MIN粗铣斜平面工件材料HT200，铸造机床X52K。刀具硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料YT15，D100MM，齿数Z8，此为粗齿铣刀。因其单边余量Z2MM，所以铣削深度APAP2MM每齿进给量AF012MM/Z铣削速度V133M/S，机床主轴转速N由式（41）得，取N300R/MIN10136025/MI4RD实际铣削速度V3140157/MIN06DNVR进给量VFVFAFZN0128300/6048MM/S工作台每分进