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課程設計說明書 題目 設計“換擋叉”的機械加工工藝規(guī)程與專用夾具 班 級： 學 號： 學 生： 指導老師： 內(nèi)容： 1、零件圖…………………………………1張 2、毛坯圖………………………………....1張 3、機械加工工藝過程綜合卡片…………1套 4、機械加工工序卡片................................2張 5、夾具裝配圖……………………………1張 6、夾具零件圖……………………………1張 7、課程設計說明書………………………1張 設計資料：該零件圖樣中批量生產(chǎn) 手動夾緊 通用工藝裝備 目 錄 一、零件的工藝及性分析生產(chǎn)類型的確定 5 1.零件的作用 5 2零件的工藝分析 5 3.零件的生產(chǎn)類型 6 二、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖 7 1.選擇毛坯 7 2.確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差 7 （1）最大輪廓尺寸 7 （2）公差等級CT 7 （3）要求的機械加工余量 8 （4）公差帶的位置 10 （5）求毛坯基本尺寸 11 3．設計毛坯圖 12 （1）確定鑄造圓角 12 （2）確定鑄造斜度 12 三、選擇加工方法，制定工藝路線 12 1．定位基準的選擇 12 （1）、 粗基準的選擇 13 （2）、 精基準的選擇 13 2．零件表面加工方法的選擇 13 3．制定工藝路線 14 （1）工藝路線方案一 14 （2）工藝路線方案二 15 （3）工藝方案的比較與分析 16 四、工序設計 16 1．選擇加工設備與工藝裝備 16 五、確定切削用量及基本時間 18 1. 工序2切削用量及基本時間的確定 18 （1）背吃刀量的確定 18 （2）進給量的確定 18 （3）銑削速度計算 19 （4）基本時間 19 2.工序8 切削用量及基本時間的確定 19 （1）背吃刀量的確定 19 （2）進給量的確定 20 （3）切削速度的確定 20 （4）基本時間 20 六、銑槽專用機床夾具設計 20 1設計主旨 20 2夾具設計 20 （1）約束自由度 20 （2）設計夾具定位夾緊結構 20 （3）定位誤差分析 21 （4）夾緊力計算 21 七、方案綜合評價與結論 22 1 零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 換擋叉頭以孔套在變素差叉軸上，并用銷釘經(jīng)孔與變速叉軸聯(lián)接，換擋叉腳則夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中，當需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機構就通過換擋叉頭部的操縱槽帶動換擋叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，換擋叉腳撥動雙聯(lián)變速齒輪在花鍵軸上滑動以變換檔位，從而改變機器的運轉速度。 換擋叉在改變檔位時要承受彎曲應力和沖擊載荷的作用，因此該零件應具有足夠的強度、剛度和韌性，以適應換擋叉的工作條件。該零件的主要工作表面為換擋叉腳兩端面、叉軸孔和鎖銷孔，在設計工藝規(guī)程時應重點予以保證。 2零件的工藝分析 分析零件圖可知，撥插頭兩端面和差腳兩端面均要求切削加工，且在軸向方向上均高于相鄰表面，這樣既減少里加工面積，又提高了換擋時叉腳端面的接觸剛度；mm孔的端面為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏以保證孔的加工精度；另外，該零件除主要工作表面（換擋叉腳兩端面、內(nèi)表面mm和差軸孔mm）外，其余表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質保量的加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。 3.零件的生產(chǎn)類型 依設計題目知：Q=4000臺/年，n=1件/臺；結合生產(chǎn)實際，備品率α和廢品率β分別取為4%和1%。代入公式N=Qn（1+α）（1+β）得該零件的生產(chǎn)綱領N=4000×1×（1+4%）×（1+1%）=4201件/年 根據(jù) 45鋼密度為7.85g/cm3，估算零件的重量小于40kg,查表1可知屬輕型零件，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。 表1 生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關系 生產(chǎn)類型 同類零件的年產(chǎn)量/件 重型（零件質量大于2000kg） 中型（零件質量100~2000kg） 輕型（零件質量小于100kg） 單件生產(chǎn) <5 <20 <100 成批生產(chǎn) 小批生產(chǎn) 5~10 20~200 100~500 中批生產(chǎn) 100~300 200~500 500~5000 大批生產(chǎn) 300~1000 500~5000 5000~50000 大量生產(chǎn) >1000 >5000 >50000 產(chǎn)品代表 軋鋼機 柴油機 縫紉機 已知此撥叉零件的生產(chǎn)綱領為4000件/年，零件的質量是1.0Kg/個，該撥叉生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。 二、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖 1.選擇毛坯 由于該換擋叉在工作過程中要承受沖擊載荷，為增強換擋叉的強度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛坯選用鑄件，該換擋叉的輪廓尺寸不大，且生產(chǎn)類型屬于中批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率和鑄件精度，以采用砂型鑄造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度為5°。 2.確定機械加工余量、毛坯尺寸和公差 查《鑄件尺寸公差與機械加工余量》確定步驟如下 （1）最大輪廓尺寸 根據(jù)零件圖計算輪廓尺寸，長100mm，寬42mm，高136mm。故最大輪廓尺寸為136 mm.。 （2）公差等級CT 由于鑄件選擇機器造型，材料為ZG45Ⅱ，生產(chǎn)類型為大批量，查表2得鑄件公差等級CT為8~12級，取10級。 表2 大批量生產(chǎn)的毛坯鑄件的公差等級 方法 公差等級CT 鑄件材料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 砂型鑄造 手工造型 11~14 11~14 11~14 11~14 10~13 10~13 砂型鑄造 機器造型和殼型 8~12 8~12 8~12 8~12 8~10 8~10 金屬型鑄造 8~10 8~10 8~10 8~10 7~9 壓力鑄造 6~8 4~6 熔模 鑄造 水玻璃 7~9 7~9 7~9 5~8 硅溶膠 4~6 4~6 4~6 4~6 （3）要求的機械加工余量 由表3得鑄件機械加工余量等級為F~H，取G級。 表3 毛坯鑄件典型的機械加工余量等級 方法 要求的機械加工余量等級 鑄件材料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 砂型鑄造 手工造型 G~K F~H F~H F~H F~H F~H 砂型鑄造 機器造型和殼型 F~H E~G E~G E~G E~G E~G 金屬型鑄造 D~F D~F D~F D~F D~F 壓力鑄造 B~D B~D 熔模鑄造 E E E E 對所有加工表面取同一個數(shù)值，由表4查最大輪廓尺寸為136 mm，機械加工余量等級為H級，得RMA數(shù)值為3 mm 表4 要求的鑄件機械加工余量（RMA） /mm 最大尺寸 要求的機械加工余量等級 大于 至 C D E F G H I J 40 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 1.4 40 63 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 63 100 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 100 160 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 160 250 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 250 400 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5 7 10 400 630 1.1 1.5 2.2 3 4 6 9 12 （4）公差帶的位置 根據(jù)加工面的基本尺寸和鑄件公差等級CT為9，由表6得公差帶的位置（注：除非另有規(guī)定，公差帶應相對于基本尺寸對稱分布，即一半在基本尺寸之上，一半在基本尺寸之下） 表6 鑄件尺寸公差 /mm 毛坯鑄件基本尺寸 鑄件尺寸公差等級CT 大于 至 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 10 0.26 0.36 0.52 0.74 1 1.5 2 2.8 4.2 10 16 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3.0 4.4 16 25 0.30 0.42 0.58 0.82 1.2 1.7 2.4 3.2 4.6 6 25 40 0.32 0.46 0.64 0.9 1.3 1.8 2.6 3.6 5 7 40 63 0.36 0.50 0.70 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 63 100 0.40 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6 9 100 160 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10 160 250 0.50 0.72 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 250 400 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6.2 9 12 400 630 0.64 0.9 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14 （5）求毛坯基本尺寸 換擋叉鑄件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下 表5 換擋叉毛坯（鑄件）尺寸 /mm 加工表面 公差等級 加工面基本尺寸 鑄造尺寸公差 機械加工余量公差等級 RMA 毛坯基本尺寸 換擋叉頭部上端面 10 21 2.4 G 1.4 23.6 換擋叉頭部方槽兩側面 — — — — — 0 換擋叉頭部方槽底面 — — — — — 0 換擋叉頭部兩側面 10 42 2.8 G 1.4 46.2 螺紋孔端面 10 14 2.2 G 1.4 16.5 孔 — — — — — 0 換擋叉腳兩端面 10 8 2 G 1.4 11.8 換擋叉腳內(nèi)表面 10 R43 3.2 G 1.4 R40.8 3．設計毛坯圖 （1）確定鑄造圓角 對于金屬型鑄造鑄件一般統(tǒng)一用R3、R5。查《金屬加工工藝及工裝設計》表1-16，最小鑄造圓角為R2。 （2）確定鑄造斜度 查《金屬加工工藝及工裝設計》表1-15，取鑄造圓角為 1.14°。 三、選擇加工方法，制定工藝路線 1．定位基準的選擇 （1）、 粗基準的選擇 選擇粗基準主要是選擇第一道機械加工工序的定位基準，以便為后續(xù)的工序提供精基準。選擇粗基準的出發(fā)點是：一要考慮如何分配各加工表面的余量：二要考慮怎樣保證不加工面與加工面間的尺寸及相互位置要求。 粗基準：選擇換擋叉腳兩端面和內(nèi)表面作為粗基準。 （2）、 精基準的選擇 根據(jù)該換擋叉零件的技術要求和裝配要求，選擇換擋叉頭右端面和叉軸孔mm做為精基準，零件上的很多表面都可以采用他們作基準進行加工，即遵循了“基準統(tǒng)一”原則。 叉軸孔mm的軸線是設計基準，選用其做精基準定位加工換擋叉腳兩端面，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的垂直度要求。 選用換擋叉左端面作為精基準同樣是遵循了“基準重合”的原則，因為該換擋叉在軸方向的尺寸多以該端面作為設計基準； 另外，由于換擋叉剛性較差，受力易產(chǎn)生彎曲變形，為了避面在機械加工中產(chǎn)生加緊變形，根據(jù)夾緊力應垂直于主要定位基面，并應作用在剛度較大部位的原則，夾緊力作用點不能做用在叉桿上。 選用換擋叉頭右端面作精基準，夾緊可作用在換擋叉左端面上，加緊穩(wěn)定可靠。 2．零件表面加工方法的選擇 零件的加工面有圓、內(nèi)孔、端面、槽等，材料為ZG45Ⅱ。參考《設計指南》表5—15、表5—16等，其加工方法選擇如下： 一、Φ 16H8圓孔上端面：公差等級為IT12，表面粗糙度為12.5μm , 采用粗銑加工方法。 二、Φ 16H8圓孔下端面。公差等級為IT12，表面粗糙度為12.5μm, 采用粗銑加工方法。 三、Φ86 35o圓孔上表面。公差等級為IT6，表面粗糙度為0.8μm，采用粗銑→精銑→磨削加工方法。 四、Φ86 35o圓孔下表面。公差等級為IT6，表面粗糙度為0.8μm，采用粗銑→精銑→磨削加工方法。 五、Φ 16H8圓孔。公差等級為IT6，表面粗糙度為0.2m，采用鉆→擴→粗鉸→精鉸加工方法。 六、深度H8的螺紋孔M10的表面。未注公差等級，根據(jù)GB1800—79規(guī)定公差為4H-7H，表面粗糙度為3.2μm ，采用的加工方法為鉆孔→攻絲 七、Φ86圓孔。公差等級為IT9，表面粗糙度為3.2μm，采用粗鏜→半精鏜加工方法。 八、寬度42的上端面。公差等級為IT14，表面粗糙度為6.3μm，采用粗銑加工方法。 九、深度10寬14的方形槽。公差等級為IT11，表面粗糙度為3.2μm，采用粗銑→半精銑加工方法。 十、Φ2的通孔。公差等級為IT12，表面粗糙度為12.5μm，采用鉆的加工方法。 3．制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領一確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性的機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。 （1） 工藝路線方案一 工序一：粗銑換擋叉頭上下兩端面 工序二：粗銑換擋叉腳和頭部兩端面 工序三：粗銑換擋叉頭部方槽 工序四：粗鏜R41孔 工序五：精銑換擋叉頭部11方槽 工序六：鉆 擴 鉸φ16孔至圖樣 工序七：锪mm孔處倒角1×45o 工序八：鉆φ2孔 工序九：粗銑螺紋孔端面 工序十：鉆M10mm底孔Φ8.5mm倒角 ，攻M10mm螺紋 工序十一：精鏜R43孔 工序十二：精銑—磨削換擋叉腳兩端面 工序十三：中檢 工序十四：熱處理—換擋叉腳兩側面和方槽兩側面高頻淬火 工序十五：磨削換擋叉腳兩端面 工序十六：銑開撥叉 工序十七：去毛刺，倒角 工序十八：清洗 工序十九：終檢 （2）工藝路線方案二 工序一：粗銑換擋叉頭左右兩端面 工序二：鉆mm孔。 工序三：拉mm孔至圖樣尺寸。 工序四：锪mm孔處倒角1×45o。 工序五：粗銑換擋叉頭上端面。 工序六：粗銑—精銑換擋叉頭部方槽。 工序七：粗銑—精銑—磨削換擋叉腳兩端面。 工序八：粗銑—精銑換擋叉腳內(nèi)表面。 工序九：粗銑螺紋孔端面。 工序十：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 o，攻螺紋M10mm。 工序十一：清洗。 工序十二：終檢。 （3）工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于：方案二是先加工換擋叉頭部兩端面及Φ16mm孔，再加工換擋叉頭部方槽，再加工換擋叉腳部端面及內(nèi)表面，最后加工M10mm螺紋孔。方案一是先加工換擋叉頭部兩端面及Φ16mm孔，再加工換擋叉腳部端面及內(nèi)表面，再加工換擋叉頭部方槽，最后加工M10mm螺紋孔。顯然在加工換擋叉腳部端面及內(nèi)表面之后在加工換擋叉頭部方槽，較易保證方槽的加工精度和形位公差，所以方案一較合理。 四、工序設計 1．選擇加工設備與工藝裝備 在綜合考慮工序順序安排原則的基礎上，表6列出了換擋叉的工藝路線。 表6換擋叉工藝路線及定位基準、設備的選用 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 定位基準 1 同時粗銑換擋叉頭上下兩端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀 叉腳左側邊 2 粗銑換擋叉頭部和叉腳兩端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀 叉頭部上下端面 3 粗銑換擋叉頭部方槽 立式銑床X51 銑刀 叉頂部側面 4 粗鏜R41孔 鏜床68 鏜刀 叉頭部左右端面 5 精銑換擋叉頭部11方槽 立式銑床X51 銑刀 叉頭部左右端面、叉腳內(nèi)表面 6 鉆 擴 鉸φ16孔至圖樣 四面組合鉆床 麻花鉆、擴孔鉆、機用鉸刀 叉腳內(nèi)表面和叉頂部側面 7 锪Φ16mm孔處倒角1×45o 鉆床 锪鉆 叉腳內(nèi)表面和叉頂部側面 8 鉆Φ2mm通孔 立式鉆床 麻花鉆 Φ16mm孔，叉腳內(nèi)表面，叉頭右端面 9 粗銑螺紋孔端面 立式銑床X51 銑刀 Φ16mm孔，叉腳內(nèi)表面 10 鉆M10mm底孔Φ8.5mm倒角 ，攻M10mm螺紋 四面組合鉆床 麻花鉆，锪鉆 Φ16mm孔，叉腳內(nèi)表面，叉頭右端面 11 精鏜R43孔 鏜床68 鏜刀 Φ16mm孔 12 粗銑—精銑換擋叉腳兩端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀 Φ16mm孔，叉頭部右端面 13 中檢 14 熱處理—換擋叉腳兩側面和方槽兩側面高頻淬火 淬火機等 15 磨削換擋叉腳兩端面 平面磨床M7120A 砂輪 Φ16mm孔，叉頭部右端面 16 銑開撥叉 X5032 指狀成形銑刀 Φ16mm孔，叉頭部右端面 17 去毛刺，倒角 鉗工臺 18 清洗 清洗機 19 終檢 五、確定切削用量及基本時間 切削用量包括背吃刀量ap、進給量f和切削速度v。確定順序是先確定ap、f，再確定v。 1. 工序2切削用量及基本時間的確定 該工序就一個工步，即同時粗銑換擋叉頭左右兩個端面。 （1）背吃刀量的確定 mm （2）進給量的確定 由表5-71，按機床功率5~10kW、工件—夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工件的每齒進給量取為0.08mm/z。 （3）銑削速度計算 由表5-71，按鑲齒銑刀、d/z=80/10的條件選取，銑削速度v可取為44.9m/min。由公式n=1000v/πd可求得該工序銑刀轉速，即 n=1000×44.9m/min/π×80=178.65r/min， 參照表5-72所列X51型立式銑床的主軸轉速，取轉速n=160r/min。 再取此轉速代入速度公式，可求出該工序的實際銑削速度 v=nπd/1000=40.2m/min。 （4）基本時間 根據(jù)《機械制造課程設計指南》表2-28： =22mm， mm， mm 2.工序8 切削用量及基本時間的確定 鉆通孔Φ2mm。 （1）背吃刀量的確定 mm。 （2）進給量的確定 =0.08mm。 （3）切削速度的確定 v=20m/min。 （4）基本時間 =29mm， mm， mm, 3銑槽專用夾具設計 3.1設計主旨 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，形成大批量生產(chǎn)，通常需要設計專用夾具。 經(jīng)過選擇課題和指導老師的幫助，決定設計兩端面臥式雙面銑床夾具。本夾具將用于臥式銑床，刀具為立式銑刀，對工件的槽進行銑削。 3.2夾具設計 3.2.1約束自由度 由于加工19、20兩端面，所以至少要約束Z軸的平移、X軸旋轉和Y軸的旋轉。 3.2.2設計夾具定位夾緊結構 因為只需約束三個自由度， 所以設計為小圓面、支撐板和大圓柱銷定位結構來限制自由度，詳見右圖。 3.2.3定位誤差分析 工件在豎直平面內(nèi)最大轉角誤差 Δdw=Δdb=arctan≈ 為小圓面上偏差； 為支撐板上偏差； L為二者之間距離。 3.2.4夾緊力計算 =2.5×N=25kN。 5參考文獻 [1]趙麗娟，冷岳峰.機械幾何量精度設計與檢測[M]阜新:遼寧工程技術大學出版社,2010. 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