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機械制造加工工藝 課程設計 設計題目：變速器換擋叉 專 業(yè) 學 號 姓 名 指導老師 年7月4日 目錄 第一章：零件分析————————————————————- 3 1.1、零件的作用———————————————————— 3 1.2．零件的工藝分析—————————————————— 3 1.3、尺寸和粗糙度的要求———————————————— 3 1.4、位置公差要求——————————————————— 4 第二章：毛坯的設計———————————————————- 4 2.1選擇毛坯—————————————————————-- 4 2.2確定機加工余量、毛坯尺寸和公差——————————-- 5 2.3 確定機械加工加工余量———————————————- 6 2.4 確定毛坯—————————————————————- 6 2.5 確定毛坯尺寸公差—————————————————- 6 2.6設計毛坯圖————————————————————-- 6 第三章：選擇加工方法，擬定工藝路線———————————- 7 3.1、基面的選擇———————————————————— 7 3.2、粗基準的選擇——————————————————— 7 3.3、精基準的選擇——————————————————— 8 3.4、制定機械加工工藝路線——————————————— 8 第四章 機械加工余量——————————————————— 9 4.1、各種加工方法加工余量——————————————— 9 4.2、各種加工方法的加工經濟精度和表面粗糙度—————— 9 第五章 機床設備的選擇—————————————————— 9 5.1、生產過程概念——————————————————— 9 5.2、生產類型概念——————————————————— 10 5.3、生產綱領概念——————————————————— 10 5.4、機床設備的選擇—————————————————— 10 第六章 確定切削用量—————————————————— 11 第七章 基本時間的確定—————————————————- 12 第八章 設計總結————————————————————- 12 第九章 參考文獻—————————————————————13 第一章：零件分析 1.1、零件的作用 題目所給定的零件是變速器換檔叉，如下圖所示。它位于傳動軸的端部，主要作用是換擋。使變速器獲得換檔的動力。 1.2．零件的工藝分析 由零件圖可知，該零件的材料為ZG45鑄鋼，鑄造成型，由零件的尺寸公差選擇鑄造加工成型，可保證不加工表面達到要求的尺寸公差。 該零件需要加工的表面主要有以下幾種類型： （1） Φ13的孔 （2） 以Φ13的孔中心線為基準的孔的端面 （3） 以Φ13的孔中心線為基準，離孔中心線為11的下端面 （4） 拔槽14的端面，以及拔槽的兩側端面 （5） 以下端面為基準的Φ6的孔 （6） 拔叉的兩側面和凸臺的兩端面 其中Φ13、Φ6的孔和14槽的兩個側端面以及叉口的兩側表面是主要的配合面，加工的精度及粗糙度的要求較高，應作為加工的重點。 1.3 尺寸和粗糙度的要求 Φ13的孔的上偏差為+0.027，下偏差為0，配合公差為H8，屬于間隙配合，孔的內表面的粗糙度為3.2，要求較高，鑒于孔徑為13，可先采用Φ12的麻花鉆鉆孔，再用Φ10的立銑刀進行擴孔，再用鉸刀進行精鉸，即可達到表面3.2的粗糙度。 Φ6的孔的上偏差為+0.15，下偏差為0，配合公差為H12，屬于間隙配合，孔的內表面的粗糙度為12.5，要求一般，鑒于孔徑為6，可直接采用Φ6的立式鉆床直接鉆孔，就可直接達到表面粗糙度要求。 Φ13的孔下表面距孔的中心線的尺寸為11mm，表面的法線方向與垂直面成13o，表面粗糙度為12.5，課直接采用銑床進行銑削，Φ13孔的右表面距孔的中心線尺寸為8mm，其表面的法向平面與水平面成13o，表面粗糙度為12.5，可直接采用立式銑刀進行加工，即可達到表面粗糙度要求。 槽寬為14mm的槽，上偏差為+0.3，下偏差0，配合公差為H12，兩側表面的粗糙度都要求達到6.3，可先采用銑床進行銑削，再用磨床進行磨削可達到表面精度要求。 撥叉的兩側尺寸為6.5，上偏差為+0.5，下偏差-1.0，公差等級很低，直接采用鍛造即可達到表面的公差等級。拔叉的兩側的凸臺的尺寸為9，上偏差0，下偏差-0.16，表面粗糙度為6.3，公差等級IT12，可先采用銑床進行銑削，然后再采用磨床進行磨削，達到表面粗糙度要求。 1.4、位置公差要求 由零件圖可知，該零件主要要求保證于孔想接近的倆端面的垂直度要求和Φ6的孔的中心線于拔叉?zhèn)让娴钠叫卸纫?。以?3的孔作為加工與孔相鄰的兩端面的點位基準可保證兩端面的垂直度，以端面為定位面可保證加工孔的軸線與端面的平行度要求。 第二章：毛坯的設計 2.1選擇毛坯 該零件的材料為ZG45，即鑄鋼，根據(jù)工程材料知識，認真對比選擇鑄鋼件作為變速器換擋叉的毛坯。鑄鋼件的優(yōu)點之一是設計的靈活性，設計人員對鑄件的形狀和尺寸有最大的設計選擇自由，特別是形狀復雜和中空截面的零件，鑄鋼件可采用組芯這一獨特的工藝來制造。其成形和形狀改變十分容易，從圖樣到成品的轉化速度很快，有利于快速報價響應和縮短交貨期。形狀和質量的完善化設計(State of the Art)、最小的應力集中系數(shù)以及整體結構性最強等特點，都體現(xiàn)鑄鋼件設計的靈活性和工藝優(yōu)勢。其二是鑄鋼件冶金制造適應性和可變性最強，可以選擇不同的化學成分和組織控制，適應于各種不同工程的要求?？梢酝ㄟ^不同的熱處理工藝在較大的范圍內選擇力學性能和使用性能，并有良好的焊接性和加工性。其三是鑄鋼材料的各向同性和鑄鋼件整體結構性強，因而提高了工程可靠性。再加上減輕重量的設計和交貨期短等優(yōu)點，在價格和經濟性方面具有競爭優(yōu)勢。其四是鑄鋼件的重量可在很大的范圍內變動。小者可以是重量僅幾十克的熔模精密鑄件，而大型鑄鋼件的重量可達數(shù)噸、數(shù)十噸乃至數(shù)百噸。 ??? 1）與鍛鋼件比較 ??? 鑄鋼件在力學性能的各向異性并不顯著，這是優(yōu)于鍛鋼件的一方面。研究工作表明．車L制鋼材縱向力學性能通常略高于同牌號的鑄鋼件，橫向性能則低于鑄鋼件，其平均性能基本上與質量良好的鑄鋼件大致相同。有些高技術產品，在零件的設計過程中往往要考慮材料在三個坐標軸方向的性能，鑄鋼件的上述長處就值得被重視了。 ??? 鑄鋼件不論其重量大小、批量多少，均易于按設計者的構思制成具有合理外形和內部輪廓、剛度高、形狀復雜且應力集中不顯著的零件。單件或小批量生產時，可用木質模樣(模樣及芯盒)或聚苯乙烯氣化模樣，生產準備的周期很短。大批量生產時，可用塑料?；蚪饘倌?，并用適當?shù)脑煨凸に嚕硅T件有符合要求的尺寸精度和表面質量，這些特點是鍛件難以做到的。 ??? 2） 與焊接結構件比較 ??? 在形狀和大小等方面，焊接結構件的靈活性比鍛鋼件為優(yōu)，但與鑄鋼件相比，仍有以下不足之處： ??? 1)焊接過程中易于變形。 ??? 2)難以做出流線型的外形。 ??? 3)焊接過程中內應力較高。 ??? 4)施焊接縫影響零件外觀和可靠性下降。 ??? 當然，制造焊接結構件也有生產準備周期短的優(yōu)點，而且，與鑄鋼件相比，不需要制造模樣和芯盒。 ??? 另外由于工程用的結構鑄鋼件一般都具有良好的焊接性，常制成鑄鋼件與焊接件相結合的鑄焊結構，兼有兩者的長處。 ??? 3?） 與鑄鐵件及其他合金鑄件比較 ??? 鑄鋼件能用于多種不同的工況條件，其綜合力學性能優(yōu)于其他任何鑄造合金，而且有多種高合金鋼適用于特殊的用途。 ??? 承受高拉伸應力或動負荷的零件、重要的壓力容器鑄件，在低溫或高溫下受較大負荷的零件以及重要的關鍵件，原則上都應優(yōu)先采用鑄鋼件。 ??? 但鑄鋼的吸振性、耐磨性、流動性和鑄造性能都較鑄鐵差，成本也較鑄鐵高。另外，剛度相同時，鑄鋼件的相對重量卻是鋁合金的2倍 2.2確定機加工余量、毛坯尺寸和公差 (1)確定最大輪廓尺寸 根據(jù)零件圖計算零件的最大輪廓尺寸為：長66mm，寬95mm，高91.2mm （2）選擇鑄件公差等級 查手冊鑄鍛成型，零件材料按中碳鋼，得鑄件公差等級為8～12級取為10級。 （3）求鑄件尺寸公差 公差帶相對于基本尺寸對稱分布。 （4）求機械加工余量等級 查手冊得按鑄造材料為ZG4成型的方法，鑄造5鋼的機械加工余量等級E-G級選擇F級。 2.3 確定機械加工加工余量 根據(jù)鑄件質量、零件表面粗糙度、形狀復雜程度，取鑄件加工表面的單邊余量為2㎜，孔的加工余量按相關表查找選取。 2.4 確定毛坯 上面查得的加工余量適用于機械加工表面粗糙度Ra≧1.6而Ra＜1.6的表面，余量要適當加大。 分析本零件，加工表面Ra≧1.6,因此這些表面的毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上所查的余量即可。（由于有的表面只需粗加工，這時可取所查數(shù)據(jù)的小值） 生產類型為大批量生產，可采用鑄造毛坯。 2.5 確定毛坯尺寸公差 毛坯尺寸公差根據(jù)鑄件質量、材質系數(shù)、形狀復雜系數(shù)查手冊得，本零件毛坯尺寸允許偏差為0.1-0.2mm，表面粗糙度為Ra12.5-25 2.6設計毛坯圖 用查表法確定鑄件個加工表面的加工余量 加工表面 基本尺寸 加工余量（單側） 鑄件尺寸 拔叉的側面 6.5 2 10.5 拔叉的側面凸臺 9 2 13 圓孔的前端面 8 2 10 圓孔的下端面 11 2 13 圓孔前端面的兩側面 14 2 10 毛坯圖如下所示 第三章 選擇加工方法，擬定工藝路線 3.1、基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要設計之一，基面的選擇正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得到提高。否則，加工工藝過程會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。 3.2、確定定位基準、夾緊 粗基準的選擇： l 保證相互位置要求的原則 l 保證加工表面加工余量合理分配的原則； l 便于工件裝夾的原則； l 粗基準一般不得重復使用的原則。 精基準的選擇： l 基準重合原則； l 統(tǒng)一基準原則； l 互為基準原則； l 自為基準原則； l 便于裝夾原則。 根據(jù)零件圖的要求，對零件而言，盡可能選擇不加工面為粗基準，而對有若干不加工表面的工件選用要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準； 3.3、具體的定位、夾緊方案如下 加工面 定位面 限制自由個數(shù) 夾具 圓孔兩端面 圓孔外形、拔叉端面 5 專用夾具 鉆孔、鉸孔 圓孔端面、圓孔外形 5 專用夾具 粗銑、半精銑 Φ13孔及端面 5 專用夾具 粗銑、半精銑 Φ13孔及端面 5 專用夾具 鉆孔 Φ13孔及前端面 5 專用夾具 3.4、工藝路線制定 工序號 工序名稱 工序內容 工藝裝備 01 鑄 造 02 熱處理 正火 03 粗銑 以Φ13的外形為定位基準，車Φ13的兩個端面（見工藝附圖） X5030A專用工具 04 鉆孔、鉸孔 以Φ13端面和外形為定位基準，鉆Φ13的孔、鉸孔（見工藝附圖） Z5132A組合夾具 05 粗銑、半精銑 以Φ13的孔和左端面為定位基準，粗銑尺寸的端面及兩側面、及圓孔底面、并半精銑的兩側面（見工藝附圖） X5030A組合夾具 06 粗銑、半精銑 以Φ13的孔和左端面為定位基準，粗糙拔叉左右兩端面（見工藝附圖） X5030A組合夾具 07 鉆孔 以Φ13的孔和拔叉口面為定位基準， 鉆Φ Z5132A組合夾具 08 去刺 鉗工 09 檢驗 按圖樣要求檢查各部尺寸及精度 10 入庫 入庫 第四章 機械加工余量 4.1 、各種加工方法加工余量 查閱相關資料可得： 1）半精銑端面加工余量1.0mm 2）銑槽余量1.5mm 3）鉸孔加工余量0.2mm 4.2、各種加工方法的加工經濟精度和表面粗糙度 查表得各種加工方法的加工經濟精度和表面粗糙度 加工方法 加工經濟精度 粗糙度 Ra/um 粗車端面 IT17 12.5 半精車端面 IT12 6.3 粗銑平面 IT12 12.5 半精銑平面 IT12 6.3 鉆孔 IT13 12.5 擴孔 IT11 12.5 精鉸 IT8 3.2 由半精加工、精加工的余量和毛坯的余量可以計算出粗加工的余量，即可進行粗加工，然后按工藝卡進行半精加工，精加工。 第五章 機床設備的選擇 5.1、生產過程概念 機械產品生產過程是指從原材料開始到成品出廠的全部勞動過程，它既包括毛坯的制造，零件的機械加工和熱處理，機器的裝配、檢驗、測試和涂裝等主要勞動過程，還包括專用工具、夾具、量具和輔具的制造、機器包轉、工件和成品的儲存和運輸、加工設備的維修，以及動力（點、壓縮空氣、液壓等）供應等輔助勞動過程。 5.2、生產類型概念 根據(jù)工廠（或車間、工段、班組、工作地）生產專業(yè)化程度的不同，可將它們按大量生產、成批生產和單件生產3種生產類型來分類。其中，成批生產又可分為大批生產、中批生產和小批生產。本次設計均是按中批量生產來選擇機床設備的。 5.3、生產綱領概念 企業(yè)根據(jù)市場要求和自身的生產能力決定生產計劃。在計劃期內，應當生產的產品產量和進度計劃稱為生產綱領。計劃期為一年的生產綱領稱為年生產綱領。零件的年生產綱領通常按下式計算： 式中 N-------零件的年生產綱領（件/年） Q-------產品的年產量（臺/年） n--------每臺產品中，該零件的數(shù)量（件/臺） α%---備品率 β%---廢品率 該產品屬于中批量生產。 假設汽車產量為10000臺/年，每臺汽車中變速器換擋叉為1件/臺。其中，按實際生產，備品率α%和廢品率β%分別取3%和0.5%。 故，零件的年生產綱領 N=10000臺/年×1件/臺×（1+3%+0.5%） =10.350件/年 5.4、機床設備的選擇 工序號 工序名稱 設備 型號 01 鑄造 02 熱處理 03 粗銑 立式銑床 X5030A 04 鉆孔、鉸孔 搖臂鉆床 Z5132A 05 粗銑、半精銑 立式銑床 X5030A 06 粗銑、半精銑 立式銑床 X5030A 07 鉆孔 搖臂鉆床 Z5132A 08 去刺 鉗工 第六章 確定切削用量 6.1、用Φ12的麻花鉆鉆孔 查表f=0.1mm/r a p=5.5mm, Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min n=(1000×50)/(3.14×12)=1326.9r/min 主軸最大轉速2000 r/min ，所以取n=1350r/min 用Φ13的直柄鉸刀鉸孔 查表f=0.1mm/r a p=5.5mm, Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min n=(1000×50)/(3.14×13)=1224.9r/min 主軸最大轉速2000 r/min ，所以取n=1225r/min 6.2、 粗銑叉口上端面 已知工件材料為ZG45，選擇鑲齒套式面銑刀，齒數(shù)z=10，材料YG8， fz=0.2~0.29/齒。 確定每齒進給量和背吃刀量。 查表取每齒進給量，查表取af=1.2mm/z 背吃刀量取4mm 查表得： V=64m/min Pm=1.33kw 計算實際主軸轉速 主軸轉速n=1000×64/（3.14×20）=1019.1 r/min ,查表得n=1000r/min ， 6.3、精銑叉口側端面 選擇鑲齒套式面銑刀，齒數(shù)z=10，材料YG6，fz=0.1mm/齒V=124m/min。 計算實際主軸轉速 主軸轉速n=1000×124/（3.14×20）=493.6 r/min 計算Vc=600×3.14×80/1000=150.7 m/min 計算得n=494 r/min， 6.4、粗銑叉口中間的側面 選擇普通的Φ10立銑刀，齒數(shù)為Z=2，材料YG6，fz=0.1mm/齒V=20m/min。 計算實際主軸轉速 主軸轉速n=1000×20/（3.14×10）=636.9 r/min 取n=630 r/min 計算Vc=630×3.14×10/1000=19.7m/min 計算得n=630 r/min， 第七章 基本時間的確定 7.1.1工時定額的計算 工時定額是指完成零件加工的就一個工序的時間定額 Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N 其中：Td是指單件時間定額 Tj是指基本時間（機動時間），通過計算求得 Tf是指輔助時間，一般?。?5-20）%Ｔj;Tj與Ｔf和稱為作業(yè)時間 　　　Tb是指布置工作時間，一般按作業(yè)時間的（２-７）％估算 　　　Tx是指休息及生理需要時間，一般按作業(yè)時間的（２-４）％估算 　　　Tz是指準備與終結時間，大量生產時，準備與終結時間忽略不計 　　?。问侵敢慌慵膫€數(shù) 7.2、工序四 鉆孔、鉸孔 鉆：Tj=(l+l1+l2)/fxn l=47 l1=D/2cotKa+(1-2) l2:(1-4) Ka=90° Tj=（47+2+3）/0.1x1350=0.39min 鉸；Tj=(l+l1+l2)/fxn Tj=(47+2+3)/0.1x1225=0.42min 7.3、工序五 粗銑、半精銑 粗銑下端面 Tj1=(l+l1)/(f×n) =(2+3)/0.2x1000=0.025min 粗銑右端面Tj2=(l+l1)/(f×n) =(2+3)/0.2x1000=0.025min 粗銑兩側端面Tj3=2x（(l+l1)/(f×n) ）=2x（(1.5+3)/0.2x1000）=0.045min 半精銑兩側端面Tj4=2x（(l+l1)/(f×n) ）=2x（(1+3)/0.1x630）=0.13min 7.4、工序六 粗銑、半精銑 粗銑拔叉兩側端面Tj1=2x（(l+l1)/(f×n) ）=2x（(2+3)/0.2x1000）=0.05min 粗銑拔叉兩側凸臺端面Tj2=2x（(l+l1)/(f×n) ）=2x（(1.5+3)/0.2x1000）=0.045min 半精銑拔叉兩側凸臺端面Tj3=2x（(l+l1)/(f×n) ）=2x（(1+3)/0.1x494）=0.16min 八、設計總結 本次設計是我們學完了大學的絕大多數(shù)基礎課、專業(yè)基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。 經過這次制造技術基礎課程設計，對自己所設計的變速器換擋叉塊有一定的了解，同時對《制造技術基礎》和《工程材料》中的部分知識有所復習，結合實際畫圖，對我們掌握CAD的能力有所鞏固。 整體來說，在此次設計中學習到了很多以前沒有用心學過的知識，同時也有對課外知識的自主學習，因此在設計中鞏固和學習了一部分知識，對以后我們的實際工作都有很現(xiàn)實的意義。雖然在課程設計中我遇到了不少困難，比如如何確定工藝路線，如何選擇基準等。但是通過認真的查閱資料，虛心的向老師請教，對這些問題有了一定的了解。 此次課程設計對給定的零件圖分析并進行工藝規(guī)程設計，其中考察了定位基準的選擇，零件表面加工方法的選擇，加工工藝路線的擬訂及工序加工余量，工序尺寸，公差等相關知識，利用近兩周時間的課程設計，加深了對所學知識的理解，有助于今后工作。本次課程設計使我學會了解決機械加工工藝問題的能力，提高了結構設計能力和運用有關手冊、圖表等技術資料的能力，同時還培養(yǎng)了識圖、制圖、運算和編寫技術文件等基本技能。 九、參考文獻 【1】張耀宸主編 . 《機械加工工藝設計實用手冊》 . 北京：航空工業(yè)出版社，1993 【2】機械制造工藝及自動化教研室，王紹俊主編 .《 機械制造工藝設計手冊》 .哈爾濱工業(yè)大學，1981 【3】王先達主編 . 《機械制造工藝》 . 北京：機械工業(yè)出版社，2006 【4】李益民主編《機械制造工藝設計簡明手冊》北京：機械工業(yè)出版社，1994 【5】陳宏鈞主編《機械加工工藝設計員手冊》機械工業(yè)出版社，2009 13