毕业设计（论文）拨叉零件加工工艺规程及专用夹具设计（全套图纸）.doc

目 录全套CAD图纸等，联系1538937061.拨叉零件的工艺分析21.1了解拨叉零件的用途21.2熟悉拨叉零件技术要求及对使用性能的影响21.3审查拨叉零件的工艺性31.4确定拨叉的生产类型32.确定拨叉毛坯，绘制毛坯简图42.1选择毛坯类型42.2确定拨叉毛坯的尺寸公差和机械加工余量42.3绘制拨叉锻造毛坯简图53.拟订拨叉工艺路线63.1定位基准的选择63.1.1粗基准的选择63.1.2粗基准的选择73.2表面加工方法的确定73.3表面加工方法的确定73.4表面加工方法的确定83.4.1粗基准的选择83.4.2粗基准的选择83.4.3粗基准的选择83.5确定工艺路线83.6机床设备、工装的选用84. 拨叉零件加工工序内容设计94.1拨叉零件加工余量、工序尺寸和公差的确定94.2切削用量的计算125.填写机械加工工艺规程文件146拨叉零件专用机床夹具设计146.1夹具设计任务156.2确定夹具的结构方案156.3专用夹具夹紧力的计算167.设计心得体会16参考文献17拨叉零件加工工艺规程及专用夹具设计摘要：此次设计是对拨叉零件的加工工艺和夹具设计，其零件为锻件，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具，特别的对于加工大头孔、槽和钻小头孔斜面小孔的工序中，选一面两销的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。关键词：拨叉，毛坯，工艺规程，专用钻床夹具1拨叉零件的工艺分析1.1了解拨叉零件的用途拨叉应用在某拖拉机变速箱的换挡机构中。拨叉头以Ø30mm孔套在叉头上，并用销钉经Ø8mm锁销孔与变速叉轴连接，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚移动双联变换齿轮在花键轴上滑动换挡位，从而改变拖拉机行驶速度。拨叉在改换挡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的强度、刚度、韧性。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔Ø30mm(H)和锁销孔Ø8mm(H7)，在设计工艺规程时应重点予以保证。1.2熟悉拨叉零件技术要求及对使用性能的影响该拨叉的技术要求如表1-1所示。表1-1 拨叉零件技术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（µm）形位公差（mm）拨叉头左端面80IT123.2拨叉头右端面80IT1212.5拨叉脚内表面R48IT1312.5拨叉脚两端面200.026IT93.2垂直度公差为0.1，平面公差为0.08Ø30mm孔Ø30IT71.6Ø8mm孔Ø8IT71.6垂直度公差为0.15操纵槽内侧面12IT126.3操纵槽底面5IT1312.5拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、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冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，Ø30mm硬度为4858HRC；为保证拨叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴上的有准确的位置，改换挡位准确，拨叉采用锁销定位。锁销孔的尺寸为Ø8mm,且锁销孔的中心线与叉轴孔中心线的垂直度要求0.15mm。综上所述，该拨叉件的各项技术要求制定得较合理，符合该零件在变速箱中的功用。1.3审查拨叉零件的工艺性分析零件图可知，拨叉两端和叉脚两端均要求切削加工，并在轴方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触钢度；Ø30mm孔和Ø8孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（拨叉脚两端面、变速叉轴孔Ø30mm和锁销孔Ø8mm）外，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对比较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。1.4确定拨叉的生产类型依设计题目知：Q=8000台/年,m=1件/台；结合生产实际，备用率a%和废品率b%分别取3%和5%，代入年生产纲领计算公式得 N=8000台/年*1件/台*（1+3%）*（1+0.5%）=8281.2件/年根据拨叉重量为4.5kg，查附表1属轻型零件，又根据N=8181.2件/年，查表确定拨叉的生产类型为大批生产。2.确定拨叉毛坯，绘制毛坯简图2.1选择拨叉毛坯类型由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉强度和冲击韧度，毛坯选用锻件；且生产类型属大批生产，采用模锻方法制造毛坯，公差等级为普通，毛坯的拔模斜度为5°。2.2确定拨叉毛坯的尺寸公差和机械加工余量根据附表2附表5，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各因素。（1）公差等级。由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。（2）锻件重量Mt。已知机械加工后拨叉件的重量为4.5kg,由此可以初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为6kg。（3）锻件形状复杂系数S。对拨叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外轮廓包容体的长度、宽度和高度，l=158mm,b=120mm,h=86mm（详见毛坯简图）；由式（2-1）可计算出该拨叉锻件的形状复杂系数S为 S=0.47拨叉锻件的形状复杂系数属S2(一般)级。（4）锻件材质系数M。由于该拨叉材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，估计该锻件的材质系数属M1级。（5）锻件分模线形状。根据该拨叉件的形位特点，本例选择零件高度方向的对称平面为分模面，属平直分模线，如拨叉锻件锻造毛坯简图所示。（6）零件表面粗糙度。由零件图可知，该拨叉各加工表面的表面粗糙度Ra均大于等于1.6µm。根据上述诸因素，可查附表2 附表5确定该锻件的尺寸公差和机械公差余量，所得结果如表2-1所示。表2-1 拨叉锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量锻件重量（kg）包容体重量(kg)形状复杂系数材质系数公差等级612.7S2M1普通级项目（mm）机械加工余量（mm）尺寸公差（mm）备注宽度R482.5()附表222.5（取2）附表5厚度803.2()附表322.5（两端面分别取2和2.5）附表5厚度202.2()附表322.5(取2.5)附表5孔径Ø302.2()附表22.6附表6中心距115.50.5附表4注：根据附表1的表注，将公差按照的比例分配，故本例取公差值为。2.3绘制拨叉锻造毛坯简图绘制拨叉锻造毛坯简图如图2-2所示。其绘制方法介绍如下。图2-2 拨叉锻造毛坯简图用双点划线画出经简化了次要细节的零件的主要视图，将确定的加工余量叠加在各相应被加工表面上，即得毛坯轮廓，用粗实线表示，比例1：1；在毛坯图上标出毛坯主要尺寸公差，标出加工余量的名义尺寸；标注毛坯技术要求，如毛坯精度、热处理及硬度、圆度尺寸、拔模斜度、表面质量要求（气孔、缩孔、夹砂）等。3拟订拨叉工艺路线3.1定位基准的选择3.1.1精基准的选择根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择拨叉头左端面和叉轴孔Ø30mm作为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。叉轴孔Ø30mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工拨叉脚两端面和锁销孔Ømm，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。选用拨叉头左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该拨叉在轴向方向上的尺寸多以该端面作为设计基准；另外，由于拨叉件刚性较差，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。选用拨叉头左端面作为精基准，夹紧可作用在拨叉头的右端面上，夹紧稳定可靠。3.1.2粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠，该拨叉选择变速叉轴孔Ø30mm的外圆面和拨叉头右端面作为粗基准。采用Ø30mm外圆面定位加工内孔，可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。3.2表面加工方法的确定根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面精度，查附表7附表9，确定加工件各表面的加工方案，如图3-1所示。表3-1 拨叉零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra(µm)加工方案备注拨叉头左端面IT113.2粗铣半精铣附表9拨叉头右端面IT1312.5粗铣附表9拨叉脚内表面IT1312.5粗铣附表9拨叉脚两端面（淬硬）IT93.2粗铣精铣磨削附表9Ø30mm孔IT71.6粗扩精扩铰附表9Ø8mm孔IT71.6钻粗铰精铰附表9操纵槽内侧面IT126.3粗铣附表9操纵槽底面IT1312.5粗铣附表93.3加工阶段的划分将拨叉加工阶段划分成粗加工、半粗加工和精加工3个阶段。在粗加工阶段，首先要将精基准（拨叉头左端和叉轴孔）准备好。使后续工序都可采用精基准定位加工；然后粗铣拨叉头右端、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面、操纵槽内侧面和底面。在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的粗铣加工和销轴孔Ø8mm的钻、铰加工。在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。3.4工序顺序的安排3.4.1机械加工工序的安排如下：遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准拨叉头左端面和叉轴孔Ø30mm；遵循“先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面拨叉头左端面和叉轴孔Ø30mm及拨叉脚两端面，后加工次要表面操纵槽底面和内侧面；遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔Ø30mm；先铣操纵槽，再钻销轴孔Ø8mm。3.4.2热处理工序的安排如下：锻模成型后切边，进行调质，调质硬度为241HBS285HBS,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，提高耐磨性和工作中承受冲击载荷的能力。3.4.3辅助工序的安排如下：粗加工拨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验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该拨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。3.5确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，确定拨叉的工艺路线如下：粗铣拨叉头两端面半精铣拨叉头左端面粗扩、精扩、倒角、铰Ø30mm孔校正拨叉脚粗铣拨叉脚两端面铣叉爪口内侧面粗铣操纵槽底面和内侧面精铣拨叉脚两端面钻、倒角、粗铰、精铰Ø8mm孔去毛刺中检热处理（拨叉脚两端面局部淬火）校正拨叉脚磨削拨叉脚两端面清洗终检。3.6机床设备、工装的选用针对大批量生产的工艺特性，选用设备及工艺设备按照通用、专用相结合的原则。各工序使用的机床设备、工装及工艺路线如表3-2所示。表3-2 拨叉零件的工艺路线，使用的机床设备、工装工序号工序名称及内容机床设备刀具量具1锻造100kN摩擦压力机2退火3粗铣拨叉头两端面X51立式铣床端铣刀游标卡尺4半精铣拨叉头左端面X51立式铣床端铣刀游标卡尺5粗扩、精扩、倒角、铰Ø30mm孔四面组合钻床麻花钻、扩孔钻、铰刀卡尺、塞规6校正拨叉脚钳工台手锤7粗铣拨叉脚两端卧式双面铣床三面刃铣刀游标卡尺8铣叉爪口内侧面X51立式铣床铣刀游标卡尺9粗铣操纵槽底面和内侧面X51立式铣床铣刀卡规、深度游标卡尺10精铣床拨叉脚两端卧式双面铣床铣刀游标卡尺11钻、倒角、粗铰、精铰Ø8mm孔四面组合钻床复合钻头、铰刀卡尺、塞规12去毛刺、中检钳工台平锉13热处理淬火机14校正拨叉脚钳工台手锤15磨削拨叉脚两端面M7120A平面磨床砂轮游标卡尺16清洗、检验清洗机卡尺、塞规、百分表4.拨叉零件加工工序内容设计4.1拨叉零件加工余量、工序尺寸和公差的确定下面仅以工序3、工序4和工序11为例说明加工余量、工序尺寸和公差的确定方法。（1）工序3和工序4加工拨叉头两端面至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的确定。第3，4道工序的加工工程为：以右端面B定位，粗铣右端面A，保证工序尺寸P1；以右端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸P2。以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸P3，达到零件图D设计要求，D=80。根据第3，4道工序的加工过程，画出加工过程示意图，从最后一道工序向前推算，可以找出全部工艺尺寸链，如图4-2所示。求解各工序尺寸与分差的顺序如下。从图4-2（b）可知，P3=D=80。从图4-2（b）可知，P2=P3+Z3,其中Z3为半精加工余量，查附表11，确定Z3=1mm,则P2=（80+1）mm=81mm。由于尺寸P2是在粗铣加工中保证的，查附表9知， 粗铣工序的经济加工精度等级可以达B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0.35mm,故P2=(81±0.175)mm。从图4-2（b）可知，P1=P2+Z3,其中Z2为粗铣余量，由于B面的加工余量是经粗铣一次切除的，故Z2应该等于B面的毛坯余量，即Z2=2mm,P1=(81+2)=83mm。由附表9确定该粗铣工序的经济加工精度等级为IT13，其公差值为0.54mm故P1=(83±0.27)mm。为验证确定的工序尺寸与公差是否合理，还要对加工余量进行校核，保证最小余量不能为零或负值。余量Z3的校核：在图4-2（b）所示尺寸链中Z3是封闭环，故余量Z2的校核：在图4-2（b）所示尺寸链中Z2是封闭环，故余量校核结果结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。公差是合理的。将工序尺寸按“入体原则”表示P3=80,P2=81.175,P1=83.27。（2）工序11钻粗铰精铰Ø8mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定。根据附表13可查得，精铰余量,粗铰余量,钻孔余量。查附表8，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为：精铰为IT7,粗铰为IT10,钻为IT12。根据上述结果，再查标准公差数值表可分别确定各工步的公差值：精铰为0.015mm,粗铰为0.058m，钻为0.15mm。综合上述，分别得出该工序各工步的尺寸公差：精铰为Ø，粗铰为Ø，钻为Ø。它们的相互关系如图4-3所示。4.2切削用量的计算（1）切削用量的计算。工序3粗铣拨叉头两端面。该工序分个两步，工步1是以B面定位，粗铣A；工步2是以A面定位，粗铣B面。由于这一步是在一台机床上经过一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度v和进给量f是一样的，只有背吃刀量ap不同。a.背吃刀量的确定：工步1的背吃刀量取Z1(见图4-2)，Z1等于A面毛坯总量减去工序2的余量Z3,即=Z1=2.5mm-1mm=1.5mm；而工步2的背吃刀量取为Z2,则如前所知Z2=2mm,故=2mm。b.进给量的确定：根据附表14，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0.08mm/z。c.铣削速度的计算：根据附表16，按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件（d=80mm,z=10）选取，切削速度v可取44.9m/min。由公式n=1000v/d可求得该工序铣刀转速为 参考附表19所列X51立式铣床的主轴转速，取转速n=160r/min。再将此公式代入上述公式重新计算，可求出该工序的实际切削速度v为 V=该工序切削用量为：主轴转速n=160r/min；切削速度v=42.2m/min；背吃刀量=1.5mm，=2mm；每齿进给量=0.08mm/z（每转进给量f=0.8mm/r）工序4半精铣拨叉头左端面A。a.背吃刀量的确定：取=Z3=1mm。b.进给量的确定：根据附表15，按表面粗糙度为Ra2.5µm的条件选取，该 工序的每转进给量f取0.4mm/r。c.铣削速度的计算：根据附表16，按镶铣刀、d/z=80/10, =f/z=0.5mm/z的条件选取，铣削速度v=48.4m/min。由公式n=1000v/d，可求得铣刀的转速n为 参照附表19所示X51型立式铣床的主轴转速，取n=210r/min。将此转速代入公式，可求该工序的实际切削速度v为 该工序切削用量为：主轴转速n=210r/min,切削速度v=52.78m/min,背吃刀量,每转进给量f=0.4mm/r。工序11钻、粗铰、精铰Ø8mm孔。a.钻孔工步。背吃刀量的确定：根据附表17，选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r。进给量的确定：根据附表17，按工件材料为45钢的条件选取，切削速度v=22m/min。由公式n=1000v/d，可求得该工序的钻头转速n=897.6r/min，根据附表20所列Z525立式钻床的主轴转速n=960r/min。将此转速重新代入公式计算，求出该工序的实际钻削速度v=23.5m/min。b.粗铰工步。背吃刀量的确定：取=0.16mm。进给量的确定：根据附表18，选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。切削速度的计算：根据附表18，切削速度v=2m/min。由公式n=1000v/d,可求得该工序铰刀转速n=80r/min,根据附表20所列Z525立式钻床的主轴转速n=97r/min。将此转速代入公式重新计算，可求得该工序的实际切削速度v=2.4m/min。c.精铰工步。背吃刀量的确定：取=0.04mm。进给量的确定：根据附表18，选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r。切削速度的计算：根据附表18，切削速度v=4m/min。由公式n=1000v/d,求得该工序铰刀转速n=159.2r/min, 根据附表20所列Z525立式钻床的主轴转速n=195r/min。将此转速代入公式重新计算，可求得该工序的实际切削速度v=4.86m/min。5.填写机械加工工艺规程文件将上述拨叉零件的工艺规程设计的结果填入工艺规程文件，如表5-1表5-2所示。6拨叉零件专用机床夹具设计6.1夹具设计任务图6-1所示为拨叉零件加工工序11钻拨叉锁销孔的工序简图。已知：工件材料为45钢，毛坯为锻模件，所用机床为Z525型立式钻床，成批生产规模。试设计该工序的专用钻床夹具。6.2确定夹具的结构方案（1）确定定位元件。根据工序简图规定的定位基准，选用一面双销定位方案，长定位销与定位孔配合取为Ø30，限制4个自由度；定位销轴肩小环面与工件定位端面接触，限制一个自由度，且保证工序尺寸40，定位基准与设计基准重合，定位误差为零；削边销与工件叉口接触，限制一个自由度，保证尺寸115.5±0.1mm；Ø8mm孔径尺寸由刀具直接保证，位置精度由钻套位置保证。图6-1 拨叉零件加工工序11钻拨叉锁销孔（2）确定导向装置。本工要求对Ø8mm孔进行钻、扩、铰3个工步的加工，生产批量大，故选用快换钻套作为刀具的导向元件。快换钻套查附表24，钻套用衬套附表25，钻套螺钉查附表26。查附表27，确定钻套高度H=3D=3×8mm=24mm,排屑空间h=d=8mm。（3）确定夹紧机构。选用偏心螺旋压板夹紧机构。其上零件均采用标准夹具元件，可查阅相关标准确定。（4）画夹具装配图。（5）确定夹具装配图上标注尺寸及技术要术。确定定位元件之间的尺寸。定位销与削边销中心距公差取工件相应尺寸公差的1/3，偏差对称标注，即115.5±0.03mm。确定钻套位置尺寸。钻套中心线与定位销定位环面之间的尺寸及公差取保证零件相应工序尺寸40的平均尺寸，即40.09mm，公差的1/3，偏差对称标注，即±0.03，标注为40.09±0.03。确定钻套位置公差。钻套中心线与定位销定位环面之间的位置公差取工件相应位置度公差的1/3，即0.03mm。定位销中心线与夹具底面的平行度公差取0.02mm。标注关键件的配合尺寸如夹具装配图所示，Ø8F7,Ø30f6,Ø57f7,Ø15,Ø22, Ø8, Ø16。6.3专用夹具夹紧力的计算为克服径向切削力，实际夹紧力N应为 N=K式中 在最不利条件下由静力平衡计算求出的加紧力； N实际需要的夹紧力； K安全系数，一般取K=1.53，粗加工取大值，精加工取小值。又径向切削力=式中,，=1.5所以 于是 N=702×3=2106N 7.课程设计心得体会通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心、细致。课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱；有两次因为我不小心算错了，只能毫不情愿地重来。但一想起老师平时对我们耐心的教诲，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我们不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。参考文献【1】吴拓，方琼珊.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导.北京：机械工业出版社，2005【2】庞浩，李文星.数控加工工艺.北京：北京理工大学出版社，2007【3】邵刚，罗蓉，贾玉梅.机械设计基础.北京：电子工业出版社，2005【4】兰建设，曹龙斌.机械制造应用技术.北京：机械工业出版社，2006【5】吴新佳.机械制造工艺装备.西安：西安电子科技大学出版社，2006【6】机械工程师手册编委会.机械工程师手册（第二版）.北京：机械工业出版社，2000【7】杨叔子.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2002