机械制造技术课程设计副变速拨叉的加工工艺及铣圆柱左右面夹具设计（全套图纸）.doc

1 概述机械制造工艺学课程设计，是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习所获得的感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前学过的全部课程，并且独立完成一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下了良好基础。通过课程设计达到以下目的：全套图纸，加153893706（1）、能熟练地运用机械制造技术基础的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制定工艺规程等问题方法，培养自我学习能力和解决问题能力。（2）、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具的训练，提高结构能力设计。（3）、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册，查询相关资料等，增强解决实际工程问题的独立能力。2 审查零件图的工艺性拨叉副变速拨叉图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。零件各表面的加工并不困难。只是14H9的要求精度较高，且对应轴线的直线度要求也较高，需进行半精加工。槽14H13两壁关于孔8.7轴线的对称度有要求，需在数控机床上完成加工。图1 副变速零件图3 选择毛坯零件材料为KTH350-10,考虑到零件在加工过程中所受冲击力不大，并且为大批量生产，所以，选择金属模机械砂型铸造毛坯。查机械设计工艺制造设计简明手册表1.3-1。选用铸件尺寸公差等级为CT10。保证的尺寸公差在1-3mm。4 工艺规程设计4.1 选择定位基准：1：粗基准选择：以铸件左边的端面为主要粗基准，以铸件的24mm外圆为辅助粗基准。2：精基准选择：本零件是带孔的零件。其中14H9和右端面为设计基准，根据精基准的选择原则“基准重合原则”，以及考虑到工件的装夹与加工方便。在孔14H9未加工出来前可选用右端面为主要精基准，以铸件的24mm外圆为辅助精基准。在孔14H9mm未加工出来后，以14H9mm的内孔面为定位精基准，右端面为辅助精基准。4.2零件各部分加工方法的选择本零件的加工面有：内孔、平面以及槽，其材料为KTH350-10，参考机械制造工艺学其各部分加工方法如下：（1）圆柱左/右端面:由于表面粗糙度Ra为25m,只需进行粗铣。（2）两叉头左/右侧面：由于表面粗糙度Ra为6.3m,需进行粗铣、半精铣。（3）14H9内孔：由于公差等级为9级，且表面粗糙度为Ra3.2m,需进行钻、扩、铰。 （4）两叉头内侧：由于表面粗糙度Ra为12.5m，只需进行粗铣。（5）槽14H13：由于公差等级为13级，且表面粗糙度为Ra12.5m,只需进行粗铣。（6）孔：由于表面粗糙度Ra为25m,只需进行钻孔即可。4.3制定工艺路线按照先粗后精的原则同时考虑到零件的几何形状，尺寸精度以及位置精度等技术要求，以及加工时的经济性，尽量使工序能够集中起来。选择零件的加工方法及工艺路线如下：工序1：以mm外圆柱面及其左端面定位，粗铣mm右端面。工序2: 以mm外圆柱面及其右端面定位，粗铣mm左端面。工序3：以mm圆柱右端面以及mm外圆柱面为定位，钻，扩，铰H9mm孔。工序4：以H9mm内孔面及mm外圆柱右端面定位，粗铣两叉头内侧。工序5：以H9mm内孔面及mm外圆柱左端面定位，粗铣14H13mm槽。工序6：以H9mm内孔面及mm外圆柱右端面定位，钻8.7mm的孔。工序7：以H9mm内孔面及mm外圆柱右端面定位，粗铣两叉头至8mm。工序8：以H9mm内孔面及mm外圆柱右端面定位，半精铣两叉头至mm。工序9：钳工去毛刺，并到0.5×45°角。工序10：终检。5确定机械加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图 5.1确定加工余量由于该拨叉才有啥新机器造型，材料为可锻铸铁，且为大批量生产，查机械制造工艺设计简明手册可选铸件的尺寸公差等级为10级，又铸件基本尺寸在63-100范围内，故取铸件尺寸公差数值为3.2，铸件机械加工余量单侧为4mm,双侧为3mm。5.2 确定毛坯尺寸本零件的外表面均属于双侧切削，主要以粗加工为主，故取粗加工余量为3mm,但拨叉两侧面需进行半精加工，取半精加工余量为1mm。可得毛坯尺寸表如下。其余尺寸可以直接铸造出来。其毛坯图如下。表1 副变速拨叉毛坯尺寸零件尺寸双侧余量机加工余量铸件尺寸703076311430343085.3 确定圆角半径由于采用砂型铸造，所以圆角计算公式，取，所以本铸件内外圆角取R=5mm。对于特殊位置24mm圆柱与拨叉连接处的圆角要求为R=2mm，故可直接取其为2mm。5.4 确定拔模角根据机械制造工艺设计简明手册可查得，砂型铸造外表面拔模斜度为0°30，内表面拔模斜度为1°。5.5 确定分模位置本零件较复杂，分型面为不同平面组合而成。5.6 确定毛坯的热处理铸造完毛坯后应安排正火处理，以消除残留的铸造应力，以减少加工中的变形，同时改善加工性。图2 副变速拨叉毛坯图6 工序设计6.1 选择加工设备与工艺装备6.1.1 选择机床（1） 工序1、2是粗铣。各工序的步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选择立式铣床就能满足要求，本零件外轮廓尺寸不大，精度要求不高，选用最常用的X51。（2） 工序3为孔加工，且一次定位需完成三个工步，可选用Z525的四联钻床，并采用随行夹具。（3） 工序4为粗铣，且工步数较少，精度要求不高，选用最常用的X51。（4） 工序5、6为半精铣，工步数较少，精度要求不高，选用最常用的X51。（5） 工序7粗铣，精度要求不高，选用最常用的X51。（6） 工序8为钻孔，精度要求不高，选用最常用的Z525。6.1.2 选择夹具在各工序中由于是大批量生产，所以都采用专用夹具。6.1.3 选择量具本零件属于大批生产，一般采用通用量具，对于精度要求高，不易测量的可采用专用夹具。6.1.3.1 选择各轴向测量量具工序2中要保证24圆柱两端面的距离为70mm，且未标注公差，取IT14级，T=0.74mm,按计量器具的不确定度选择该表面加工时所用的量具，由于它所对应的不确定允许值为0.054mm，所以可选分度值为0.05mm的游标卡尺。即取测量范围为0-150mm，分度值为0.05mm的游标卡尺。在此工序中，还要保证拨叉两叉头的厚度为8mm，未标注公差，取IT14级，T=0.36mm，不确定允许值为0.029mm，所用的量具为分度值为0.02mm的游标卡尺。即取测量范围为0-150mm，分度值为0.02mm的游标卡尺。两个外部轴向测量在同一工序中，故可采用其中一个精度较高的游标卡尺即可，故选用范围为0-150mm，分度值为0.02mm的游标卡尺。工序6中，加工拨叉的右侧，且保证与24mm圆柱右端面的距离为5mm，由于未标注公差，取IT14级，T=0.30mm,其不确定允许值为0.016mm,故选用的量具为分度值为0.01mm的游标卡尺，测量范围为0-100mm。工序7中加工拨叉的左侧，且保证拨叉厚度为mm，此时可采用专用量具，通规、止规的具体参数如下：6.1.3.2 选择加工孔用量具工序3中经过钻、扩、铰三次孔加工，钻孔至12mm，扩孔至13.8mm，铰孔至mm。（1） 钻孔时采用标准钻头，且其精度要求低，可不需要量具；（2） 扩孔时，按计量器具的测量方法极限误差选择量具，由于公差等级为IT9，则K=20%.=KT=0.20.09=0.018mm。可选择测量范围为50-100mm的游标卡尺，分度值为0.01mm；（3） 铰孔时，由于精度要求较高，加工每个工件都要进行测量，故宜选择极限量规，其具体尺寸如下:通规、止规工序8中，钻8.7mm的内孔时由于采用标准钻头，且其精度要求低，可不需要量具。6.1.3.3 选择加工所用的量具铣槽时，由于采用了标准刀具，平时无需测量，但刀具磨损到一定时候时，应进行测量以便及时更换刀具，此时可以选择通用量具。槽的精度为13级，T=0.27mm, 其不确定允许值为0.016mm,故选用的量具为分度值为0.01mm的游标卡尺，测量范围为0-100mm。6.2 确定工序尺寸确定工序尺寸的一般方法，由表面加工的最后工序往前推，最后工序的工序尺寸按零件图的要求标准。当无基准转换时，统一表面多车加工的工序尺寸（或工步）的加工余量有关。当基准不重合时，工序尺寸应用尺寸链计算。6.2.1 确定内孔的工序尺寸内孔表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定零件各工序的加工余量，现由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各内孔的各工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如下表所示。表2 内孔的各工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度钻扩铰钻扩铰钻扩铰14H960.90.112Ra25mRa6.3mRa3.2m8.74.358.7Ra25m6.2.2 确定轴向工序尺寸图3 工序轴向尺寸6.2.2.1确定各加工面的工序尺寸表3 各加工面的工序尺寸工序加工表面总加工余量工序加工余量11、302312330431651076106.2.2.2 确定工序尺寸、该尺寸在工序6和工序2中应达到零件的图样要求，则，=mm，=70mm，=5mm。6.2.2.3 确定工序尺寸、该尺寸只与加工余量有关，所以=+1=7mm，=+1=8mm，=+3=73mm、=-1=4mm。6.2.2.4 确定工序尺寸尺寸徐阶工艺尺寸链来确定。工艺尺寸链如图4所示。图4 含尺寸L4的工艺尺寸链尺寸L4的基本尺寸：L4（基）=70-5-3-50.5mm=11.5mm尺寸L4的上偏差：EI（L4）=-（-0.12）-（-0.15）=0.27mm尺寸L4的下偏差：ES（L4）=-0.06-0.15=-0.21mm所以L4的尺寸为：L4=mm，此尺寸为槽14H13mm的中心线距外圆柱左端面的距离。7 确定切削用量及时间定额7.1 铣mm外圆柱两端面以及两叉头左右两侧加工条件：被加工材料KTH350-10 其最小抗拉强度为330MPa，最低延伸率为10的黑心可锻铸铁。零件大小为x=70mm，y=85mm。加工要求：粗铣右端面，加工余量为3mm。1、刀具选择：选择硬质合金端铣刀YG8，铣刀直径80mm。背吃刀量，齿数12。2、切屑深度:因为加工余量较小，一次走刀即可完成。即。3、选用铣床：查机械制造技术基础课程设计指南，选用X51立式铣床，同时查得主轴转速：100电动机功率：4.5kw。4、确定切削速度和工作台每分钟进给量。查机械制造技术基础课程设计指南表2-17中公式计算查表74.8m/min5、工时定额的确定完成零件加工的一个工序的时间定额公式：其中-单件时间定额；-基本时间 ；-辅助时间；-布置工作时间；-休息及生理需要时间；-准备与终结时间；N-一批零件的数量。基本时间： 计算可得.辅助时间：=0.2=0.08min.布置工作时间：=0.05*0.48=0.024min.休息及生理需要时间=0.03*0.480.02min准备与终结时间在中批量生产中可以忽视。工时定额T=0.53min7.2 加工H9内孔加工条件：被加工材料KTH350-10 其最小抗拉强度为330MPa，最低延伸率为10的黑心可锻铸铁，孔直径为14mm。钻孔至12mm，扩孔至13.8mm，铰至14mm。1，选择刀具：钻孔时，高速钢，钻头直径12mm，扩孔时，高速钢，扩孔刀直径13.8mm，铰孔时，YG8，铰刀直径为14mm。进给量，切削速度 查机械制造技术基础课程设计指导表， 算得扩孔时，硬质合金，扩孔刀直径13.8mm。2，选用钻床：查机械制造技术基础课程设计指导表，选用立式钻床Z525。主轴最大行程175mm，主轴转速97r/min，主轴最大转矩245.25N，功率2.8kw。3，时间定额的确定完成零件加工的一个工序的时间定额公式：其中-单件时间定额；-基本时间 ；-辅助时间；-布置工作时间；-休息及生理需要时间；-准备与终结时间；N-一批零件的数量。钻孔的基本时间：；计算可得：辅助时间：=0.2=0.76min.布置工作时间：=0.05*3.8=0.19min.休息及生理需要时间=0.03*3.80.11min准备与终结时间在中批量生产中可以忽视。工时定额4.86min扩孔的基本时间：；计算可得：辅助时间：=0.2=1.02min.布置工作时间：=0.05*5.1=0.26min.休息及生理需要时间=0.03*5.10.15min准备与终结时间在中批量生产中可以忽视。工时定额6.53min铰孔的基本时间：；计算可得：辅助时间：=0.2=0.98min.布置工作时间：=0.05*4.9=0.25min.休息及生理需要时间=0.03*4.90.15min准备与终结时间在中批量生产中可以忽视。工时定额6.28min加工H9mm孔所用的额定工时为：T=17.6min7.3 加工mm孔加工条件：被加工材料KTH350-10 其最小抗拉强度为330MPa，最低延伸率为10的黑心可锻铸铁，孔直径为8.7mm。直接钻孔至8.7mm。1，选择刀具：钻孔时，高速钢，钻头直径8.7mm。进给量，切削速度 查机械制造技术基础课程设计指导表2-13 算得。2，选用钻床：查机械制造技术基础课程设计指导表5-64，选用立式钻床Z525。主轴最大行程175mm，主轴转速97r/min，主轴最大转矩245.25N，功率2.8kw。3，时间定额的确定完成零件加工的一个工序的时间定额公式：其中-单件时间定额；-基本时间 ；-辅助时间；-布置工作时间；-休息及生理需要时间；-准备与终结时间；N-一批零件的数量。钻孔的基本时间：；计算可得：辅助时间：=0.2=0.46min.布置工作时间：=0.05*2.3=0.12min.休息及生理需要时间=0.03*2.3=0.07min准备与终结时间在中批量生产中可以忽视。工时定额2.95min加工H13mm孔所用的额定工时为:2.95min7.4 铣槽1、加工情况：铣槽宽：14mm，槽长度：19mm，槽深度16mm。被加工材料KTH350-10 其最小抗拉强度为350MPa，最低延伸率为10的黑心可锻铸铁。2、选用刀具：YG8硬质合金盘铣刀。铣刀直径为80mm，宽度14mm，齿数20。3、选机床：查机械制造技术基础课程设计指南表5-74，选用X62型卧式铣床。机床功率为7.5kw。每齿进给量为0.06-0.1mm/z。取f=0.08mm/z。确定切屑速度和工作台每分钟进给量。查机械制造技术基础课程设计指南表2-17中公式计算 式中，计算得25.4m/min根据X62型卧式铣床工作台进给表，选择n=60r/min=1r/s，则实际的切削速度v=0.36m/s，工作台每分钟进给量为：根据X62型卧式铣床工作台进给表，选择。则实际的每齿进给量为5，工时定额的确定完成零件加工的一个工序的时间定额公式：其中-单件时间定额；-基本时间 ；-辅助时间；-布置工作时间；-休息及生理需要时间；-准备与终结时间；N-一批零件的数量。基本时间： 计算可得.辅助时间：=0.2=0.16min.布置工作时间：=0.05*0.8=0.04min.休息及生理需要时间=0.03*0.80.024min准备与终结时间在中批量生产中可以忽视。工时定额T=1.02min=62s8 夹具设计副变速拨叉铣圆柱左右面夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。8.1.提出问题（1）怎样限制零件的自由度；V形块加小平面限制5个自由度，定位销限制1个自由度。（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合V形块夹紧工件。 （3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用加工，通过下底面排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。8.2.设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要用来对副变速拨叉铣圆柱左右面进行加工，这个孔尺寸精度要求为IT8，表面粗糙度Ra6.3。8.3.1、定位分析1. （1）定位基准的选择据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。由零件图可知孔的设计基准是所以可用V型块，平面定位，以孔的设计基准为工艺基准，做到了基准统一。（2）定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为V形块与定位块，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合B=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。Y=0.707d=0.707×0.025mm=0.0177mm8.3.2、切削力及夹紧力计算(1)工步1、背吃刀量的确定ap=7.8mm2、进给量的确定 由表5-22,选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r3、切削速度的计算 由表5-22,按工件材料为45的条件选取,切削速度v可取为22m/min.由公式n=1000v/d可求得该工序钻头转速n=897.6r/min参照表4-9所列四面组合钻床的主轴转速,取转速n=960r/min.再将此转速带入公式(5-1),可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=960r/min××7.8mm/1000=23.5m/min.(2)粗铰工步1、背吃刀量的确定ap=0.16mm2、进给量的确定 由表5-31,选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r3、切削速度的计算 由表5-31,按工件材料为45的条件选取,切削速度v可取为2m/min.由公式n=1000v/d可求得该工序铰刀转速n=80r/min参照表4-9所列四面组合钻床的主轴转速,取转速n=97r/min.再将此转速带入公式(5-1),可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=97r/min××7.96mm/1000=2.4m/min.(3)精铰工步1、背吃刀量的确定ap=0.04mm2、进给量的确定 由表5-31,选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r3、切削速度的计算 由表5-31,按工件材料为45的条件选取,切削速度v可取为4m/min.由公式n=1000v/d可求得该工序铰刀转速n=159.2r/min参照表4-9所列四面组合钻床的主轴转速,取转速n=195r/min.再将此转速带入公式(5-1),可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=195r/min××8mm/1000=4.86m/min.8.3.3、夹具操作说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸。小 结为期两周的夹具课程设计已经结束，课程设计作为机械制造技术基础、机床夹具设计课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请老师指正参考文献1崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京.化学工业出版社，2006.122张龙勋. 机械制造工艺学课程设计指导书及习题.北京:机械工业出版社，2006.13孟少农，机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社，1991.9 4艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京:机械工业出版社5李益明.机械制造工艺设计简明手册.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版6 赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书2版.北京:机械工业出版社，2000.107 李云，机械制造及设备指导手册. 北京:机械工业出版社，1997.8 1 概述2 审查零件图的工艺性3 选择毛坯4 工艺规程设计4.1 选择定位基准：4.2零件各部分加工方法的选择4.3制定工艺路线5确定机械加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图5.1确定加工余量5.2 确定毛坯尺寸5.3 确定圆角半径5.4 确定拔模角5.5 确定分模位置5.6 确定毛坯的热处理6 工序设计6.1 选择加工设备与工艺装备6.1.1 选择机床6.1.2 选择夹具6.1.3 选择量具6.2 确定工序尺寸6.2.1 确定内孔的工序尺寸6.2.2 确定轴向工序尺寸7 确定切削用量及时间定额7.1 铣 mm外圆柱两端面以及两叉头左右两侧7.2 加工14H9内孔7.3 加工8.7mm孔7.4 铣槽8 夹具设计小 结