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專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
設(shè) 計(jì) 者
指導(dǎo)教師
臺(tái)州學(xué)院機(jī)電與建筑工程學(xué)院
2008年9月21日
專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
題目: 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
原始圖紙（見附頁）
生產(chǎn)類型：中批或大批生產(chǎn)
設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1、零件圖 1張
2、毛坯圖 1張
3、機(jī)械加工工藝過程卡 1份
4、機(jī)械加工工序卡 1份
5、夾具裝配圖 1套
6、夾具零件圖 若干
7、課程設(shè)計(jì)說明書 1份
班 級(jí) 05機(jī)械自動(dòng)化（2）
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
目錄
前言………………………………………………………………………………（4）
一、零件的分析………………………………………………………………（4）
（一）零件的作用……………………………………………………………（4）
（二）零件的工藝分析………………………………………………………（4）
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)…………………………………………………………（4）
（一）確定毛坯的制造形式 ……………………………………………（4）
（二）基準(zhǔn)的選擇……………………………………………………………（4）
（三）工藝路線的擬定及工藝方案的分析……………………………（4）
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定………………（5）
（五）各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇…………………（7）
（六）各工序基本工時(shí)……………………………………………………（10）
三、專用夾具的設(shè)計(jì)………………………………………………………（10）
（一）設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較；…………………………………（10）
（二）定位分析與定位誤差的計(jì)算；…………………………………（10）
（三）對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)；……………………………………………（10）
（四）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算；…………………………………（11）
（五）夾具操作動(dòng)作說明?！?1）
四、總結(jié)…………………………………………………………………………（13）
五、主要參考文獻(xiàn)……………………………………………………………（14）
前言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)使我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
本課題是變速叉的機(jī)械加工工藝規(guī)程的編制及工藝裝備的設(shè)計(jì)，需進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)與裝配。生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批及大批量生產(chǎn)。
就我個(gè)人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。
由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指導(dǎo)。
一、零件的分析
（一）零件的作用
變速叉主要用于調(diào)節(jié)各種機(jī)器的速度檔位。
（二）零件的工藝分析
變速叉共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
（1）第一個(gè)加工表面為軸外圓，此主要加工孔12。
（2）第二個(gè)加工表面為孔12，以孔12定位來加工個(gè)端面及銑槽和鉆小孔8。
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
（一）確定毛坯的制造形式
零件的材料為ZG45?？紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，故選擇鑄件毛坯。
（二）基準(zhǔn)的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢，是生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
（1）粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)選擇原則，現(xiàn)選取φ12孔的不加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)，利用V形塊限制4個(gè)自由度，再以支承塊限制1個(gè)自由度，擋銷限制最后1個(gè)自由度，達(dá)到完全定位,進(jìn)行鉆孔。
（2）精基準(zhǔn)的選擇。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不再重復(fù)。
（三）工藝路線的擬訂及工藝方案的分析
制定工藝路線得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
1.工藝路線方案一：
工序1：鑄造毛胚并清洗。
工序2：退火。
工序3：油漆。
工序4：鉆絞φ12孔。
工序5：銑兩端面，保證總長；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面。
工序6：精銑7的兩端面及側(cè)面；精銑床19的兩側(cè)面；
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽。
工序8：劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9：鉆絞φ8及φ3孔。
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面。
工序11：去毛刺，倒角，清理。
工序12：檢驗(yàn)入庫。
2.工藝路線方案二：
工序1：鑄造毛胚并清洗。
工序2：退火。
工序3：油漆。
工序4：銑兩端面，保證總長；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面。
工序5：鉆絞φ12孔。
工序6：精銑7的兩端面及側(cè)面；精銑床19的兩側(cè)面；
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽。
工序8：劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9：鉆絞φ8及φ3孔。
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面。
工序11：去毛刺，倒角，清理。
工序12：檢驗(yàn)入庫。
3.工藝方案的比較與分析。兩個(gè)方案的工序雖都為十二道，但是考慮到方案一中4、5、6工序都是在銑床上加工，集中在一起，可以使效率更快。而且先加工孔12在以孔12定位加工7的兩側(cè)面，這時(shí)的位置精度較易保證，因此選用方案一。以上工藝過程詳見機(jī)械加工工藝過程卡和機(jī)械加工工序卡片。
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
變速叉零件材料為ZG45，硬度207～241HBS，毛皮重量約為1.5kg，生產(chǎn)類型大批量，鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.內(nèi)孔φ12。毛坯為實(shí)心，不沖孔。工序尺寸加工余量:
鉆孔：2Z=0.3mm。
鉸孔：2Z=0.1mm。
精鉸：2Z=0mm。
2.各端面的工序加工余量
1）外圓表面延軸線方向長度方向的加工余量及公差（φ23端面）。
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》（以下稱《工藝手冊》）表2.2～2.5，取φ23端面長度余量均為2（均為雙邊加工）。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
2）19的頂端。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
3)19的兩側(cè)5.5mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
4)7的兩端76.4mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=1.2 mm。
精銑：2Z=0mm。
5)7的兩側(cè)7mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=1.6 mm。
精銑：2Z=0.6mm。
磨削加工余量：
粗磨：2Z=0.1mm。
精磨：2Z=0mm。
6）孔8：
鉆孔：2Z=0.2mm。
絞孔：2Z=0mm。
7）孔3：
鉆孔：2Z=0.1mm。
絞孔：2Z=0mm。
3.其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計(jì)算最大最小加工余量時(shí)應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。
最后的毛坯圖如下：
(五）各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇
1.各工序的定位夾緊方案：各工序的定位夾緊方式見各工序圖。
工序4：鉆絞φ12孔。
工序5：銑兩端面，保證總長；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面
2.切削用量的選擇：切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先確定切削深度、進(jìn)給量，再確定切削速度。由于各工序?qū)η邢饔昧康倪x擇都大致相同，所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序，其他工序不再贅述。
2.1 工序4：鉆絞φ12孔。
本工序采用計(jì)算法確定切削用量。
加工條件：
1.工件材料：ZG45，鑄造
2.加工要求：鉆絞Φ12（0.045~0.105），表面粗糙度值Ra 為5。
3.機(jī)床：Z525立式鉆床。
4.刀具：直柄麻花鉆和直柄機(jī)用絞刀 。根據(jù)《切削用量簡明手冊》，由于Z525機(jī)床的中心高為250㎜（《切削用量簡明手冊》表4.2-14），根據(jù)表3.1-5，鉆刀幾何形狀為L=142，l=94,d=11.8。根據(jù)表3.1-16,絞刀幾何形狀為d=11.8，L=142，l=41。
（1）確定切削深度ap ap=12/2=6mm
（2）確定進(jìn)給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》及Z525機(jī)床進(jìn)給量（《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》4.2-16），選擇f=0.17㎜/r。
（3）選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.12，選擇車刀后刀面最大磨損量為0.8㎜，耐用度T=15min。
（4）確定切削速度
根據(jù)《切削用量簡明手冊》表2.13 v=17m/min ,n=1082r/min。選擇主軸實(shí)際完成轉(zhuǎn)速。
（六）各工序基本工時(shí)
基本時(shí)間Tj是指直接用于改變工件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量等所消耗的時(shí)間。它包括刀具的趨近、切入、切削和切出等時(shí)間?；緯r(shí)間又稱機(jī)動(dòng)時(shí)間。由于各工序?qū)竟r(shí)的選擇都大致相同，所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序，此工序即為（五）中的工序4，其他工序不再贅述。
確定鉆絞Φ12的基本時(shí)間 根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》，鉆孔基本時(shí)間為
Tj=L/(f?n)=(l+l?+l?)/(f?n)
式中 l=83.5mm l?=(D-d)/2xctgKr+(1～2)
D=12mm,d=11.8mm,
Kr=90 l1=2mm,l2=l3=0
f=0.17mm/r n=18r/s i=1
則 Tj=27.9s
三、專用夾具的設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第4道工序——鉆Φ12孔的鉆床專用夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床。刀具為麻花鉆。
（一）設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較；
1.本夾具主要用來鉆Φ12孔。因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何用較簡單的夾具體來滿足這較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。使用的方案：用一個(gè)支承塊和V形塊及擋銷來定位和夾緊外圓柱面。
（二）定位分析與定位誤差的計(jì)算；
1.定位元件尺寸及公差的確定。根據(jù)零件外圓尺寸Φ23以及《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》（第三版）表2-2-27得:V形塊的規(guī)格及主要尺寸為N=24mm，D=23mm，B=37mm,L=45mm,T=48mm，T公差為0.045～0.105。
2.定位誤差的計(jì)算。由于所設(shè)計(jì)的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合，此時(shí)?B=0，只有基準(zhǔn)位移誤差，故影響工序尺寸的定位誤差為：
?D=?Y=δd/(2 x sin) 其中δd＝0.105-0.045=0.06mm。
?D=0.085mm。
（三）對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)；
根據(jù)Φ12中心線到V形塊底端距離T=48mm，公差為0.045～0.105，以及鉆套中心到V形塊底端距離T′=48mm，公差為0.015～0.035，在通過夾具上的定位銷及其端面即可確定了工件在夾具中的正確位置。
（四）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算；
刀具：直柄麻花頭，尺寸為11.8。
則軸向力：見《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》（第三版）表1-2-7
式中： 根據(jù)零件材料的硬度HB207-233及鉆孔直徑D為Φ12，查《切削用量簡明手冊》表2.7 得f=0.32
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》（第三版）表1-2-8 得
切削力
Ff=2200N，
切削扭矩 M=26.4J由于扭矩很小，計(jì)算時(shí)可忽略。
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
式中：根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》（第三版）表1-2-1 ，查得
—基本安全系數(shù)，1.5;—加工性質(zhì)系數(shù)，1.2;
—刀具鈍化系數(shù), 1.0;—斷續(xù)切削系數(shù), 1.2;
—夾緊力的穩(wěn)定性，1.3；
則 F=Ff ? K=6185N ,因此采用楔槽式快速夾緊裝置來夾緊。
（五）夾具操作動(dòng)作說明；
夾具上裝有可換鉆套，可使夾具在一批零件的加工之前很好地保證其規(guī)定的尺寸和相互位置精度關(guān)系，有利于鉆孔。螺桿1上開有直槽，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄松開工件，再將直槽轉(zhuǎn)至螺釘2處，即可迅速拉出螺桿，以便裝卸工件。
楔槽式快速夾緊裝置圖如下：
鉆床夾具零件圖：
四、總結(jié)
足足三個(gè)星期的夾具設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多知識(shí)，對(duì)以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一次預(yù)備訓(xùn)練。在這次設(shè)計(jì)中，學(xué)到了以下幾點(diǎn)：
（1）加強(qiáng)了御用機(jī)械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程的知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中學(xué)到的知識(shí)，能獨(dú)立地分析并解決工藝問題，使自己初步具備水機(jī)一個(gè)中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程能力。
（2）使自己能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，學(xué)會(huì)了擬訂夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
（3）加強(qiáng)了熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊、標(biāo)準(zhǔn)、圖表等技術(shù)資料的能力。
（4）進(jìn)一步加強(qiáng)識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件等基本技能。
在這次設(shè)計(jì)中，雖有老師的鼎立協(xié)助，但是由于時(shí)間倉促，我的設(shè)計(jì)仍有很多的不足，不過，我不會(huì)放棄再思考，因?yàn)閷W(xué)習(xí)是無止境的。最主要的是，通過這次專業(yè)課程設(shè)計(jì)，讓我找到了一種作為工程設(shè)計(jì)師的感覺，讓我的思維得到了大步地提升，讓我初步具備了這方面設(shè)計(jì)的技能。
在此，對(duì)指導(dǎo)教師的辛勤指導(dǎo)，表示衷心的感謝。
五、主要參考文獻(xiàn)
1.孫麗媛等編著《機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》北京：冶金工業(yè)出版社，2002.12
2.陳明等編著 《機(jī)械制造工藝學(xué)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.8
3.李旦 邵東向 王杰等著《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)機(jī)床專用夾具圖冊》（第二版）黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.2
4.朱家誠編著《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》安徽：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005.8
5.王光斗 王春福主編《機(jī)械夾具設(shè)計(jì)手冊》（第三版）上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.11
6.李昌年主編《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.12
7.李益民主編《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社
1993.6
8.浦林祥主編《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.12
9.廖念釗 主編《互換性與技術(shù)測量》（第四版）北京：中國計(jì)量出版社，2000.1
10.艾興 肖詩綱編《切削用量簡明手冊》（第3版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999
11.許毓潮等編《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝簡明手冊》北京：中國電力出版社，1998.5
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