副变速拨叉的机械加工工艺规程及钻孔夹具设计解读

机械制造工艺与夹具课程设计说明书设计者：田栋西北工业大学03021101 班2014 年6 月22 日西北工业大学机械制造工艺与夹具课程设计任务书题目：设计副变速拨叉的机械加工工艺规程及 钻8.7孔工序的专用夹具内容：（ 1）零件毛坯图一张（ 2）机械加工工艺规程卡片一份（ 3）夹具装配图一张（ 4）夹具零件图一张（ 5）课程设计任务书一份原始材料：零件图一张（大批量生产）班级： 03021101 班学生：田栋2014年 6月 22日1概述 42审查零件图的工艺性 .43选择毛坯 .44工艺规程设计 .44.2零件各部分加工方法的选择 . .54.3制定工艺路线 .55 确定机械加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图 .65.1确定加工余量 .65.2确定毛坯尺寸 .65.3确定圆角半径 .65.4确定拔模角 .75.5确定分模位置 .75.6确定毛坯的热处理 . .76工序设计 .76.1选择加工设备与工艺装备 .76.2确定工序尺寸 .97确定切削用量及时间定额 .127.1铣 24mm外圆柱两端面以及两叉头左右两侧 . .127.2加工14 H9 内孔 . .137.3加工8.7 mm孔 .148夹具设计.16小结 .17参考文献19副变速拨叉零件的机械加工工艺规程及铣钻8.7 孔夹具设计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：（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。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） 24 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 6.3 m,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 Ra3.2 m,需进行钻、扩、铰。（4）两叉头内侧：由于表面粗糙度Ra为 12.5 m，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） 8.7 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：以工序 2:以工序 3：以24mm外圆柱面及其左端面定位，粗铣24 mm右端面。24 mm外圆柱面及其右端面定位，粗铣24 mm左端面。24 mm圆柱右端面以及24 mm外圆柱面为定位，钻，扩，铰14 H9mm孔。工序 4：以14 H9mm内孔面及24 mm外圆柱右端面定位，粗铣两叉头内侧。工序 5：以14 H9mm内孔面及24 mm外圆柱左端面定位，粗铣14H13mm槽。工序 6：以14 H9mm内孔面及24 mm外圆柱右端面定位，钻8.7mm的孔。工序 7：以 14 H9mm内孔面及24 mm外圆柱右端面定位， 粗铣两叉头至8mm。6 00.1224工序 8：以14 H9mm内孔面及24 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7030766 00.12243114400.2430340.121400 .273085.3确定圆角半径由于 采 用 砂 型 铸 造 ， 所 以圆 角 计 算 公式 R11 ( A A)mm2 ， 取11510，所以本铸件内外圆角取 R=5mm。对于特殊位置( A B)(25 24) 5mm1010 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030，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6 00.1224 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 14H 9 经过钻、扩、铰三次孔加工，钻孔至 12mm，扩孔至 13.8 00 .09 mm，铰孔至14 00.043 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%. l ln =KT=0.2 0.09=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、表面粗糙度加工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度工钻扩铰钻扩铰钻扩铰表面60.90.11213.800.0914 00. 043Ra25Ra6.3Ra3.214H mmm94.358.7Ra258.7 m6.2.2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 L26 、 L12、 L35该尺寸在工序 6 和工序 2 中应达到零件的图样要求，则，L26 =6 00.1224 mm，L12 =70mm， L35 =5mm。6.2.2.3确定工序尺寸 L25 、 L22 、 L11 、 L31该尺寸只与加工余量有关，所以L25 = L26 +1=7mm， L22 = L25 +1=8mm，L11 = L12 +3=73mm、 L31 = L35 -1=4mm。6.2.2.4确定工序尺寸 L4尺寸 L4 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=11.5 00.2721 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24 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24 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 ap4 ，ae60 ，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 a p 3mm。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： 100r .min 1 电动机功率： 4.5kw。4、确定切削速度和工作台每分钟进给量f Mz 。查机械制造技术基础课程设计指南表 2-17 中公式计算vcCvd0q vkv 查表T m a p xvf z yz aeuv zp vcv548, kv1, T120min, m0.33, a p3, xv0.17yv0.1, ae2, uv0.22vc 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：Td Tj T fTb Tx Tz / N 其中Td- 单件时间定额； Tj - 基本时间 ； Tf - 辅助时间； Tb - 布置工作时间； Tx- 休息及生理需要时间； Tz - 准备与终结时间； N-一批零件的数量。基本时间： Tjl l1 l 2i ; l10.5(dd 2ae2 ) 2; l 23 计算可得f MzTj0.4 min .辅助时间： Tf =0.2 Tj =0.08min.布置工作时间： Tb =0.05*0.48=0.024min.休息及生理需要时间 Tz =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14 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 f0.3mm/ r ，切削速度cv d0zvkv 查机械制造技术基础课程设计指导 表， 算得 vc 12.1m / minvcf yTma p xv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：TdTjT fTbTxTz / N 其中Td - 单件时间定额； Tj - 基本时间； Tf - 辅助时间； Tb - 布置工作时间； Tx - 休息及生理需要时间； Tz - 准备与终结时间； N-一批零件的数量。钻孔的基本时间： TjLll1 l 2 ; l1D cot kr 2; l2 3 ；计算可得：fnfn2Tj 3.8 min辅助时间： Tf =0.2 Tj =0.76min.布置工作时间： Tb =0.05*3.8=0.19min.休息及生理需要时间 Tz =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 Td Tj TfTbTxTz/ N4.86min扩孔的基本时间： TjLll1l 2;l1D d1 cot kr 2; l 2 3 ；计算可得：fnfn2Tj5.1min辅助时间： Tf =0.2 Tj =1.02min.布置工作时间： Tb =0.05*5.1=0.26min.休息及生理需要时间 Tz =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 Td Tj TfTb TxTz / N6.53min铰孔的基本时间：TjLl l1l2 ; l1D d1 cot kr 2;l 2 3 ；计算可得：fnfn2Tj4.9 min辅助时间： Tf =0.2 Tj =0.98min.布置工作时间： Tb =0.05*4.9=0.25min.休息及生理需要时间 Tz =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 TdTjTfTbTxTz / N6.28min加工14 H9mm孔所用的额定工时为：T=17.6min7.3加工8.7 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 f0.3mm / r ，切cv d0zvkv 查机械制造技术基础课程设计指导表2-13 算得削速度 vcxf yTm a pvvc12.1m / min 。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：TdTjT fTbTxTz / N 其中Td - 单件时间定额； Tj - 基本时间； Tf - 辅助时间； Tb - 布置工作时间； Tx - 休息及生理需要时间； Tz - 准备与终结时间； N-一批零件的数量。钻孔的基本时间： TjLll1 l 2 ; l1D cot kr 2; l2 3 ；计算可得：fnfn2Tj 2.3 min辅助时间： Tf =0.2 Tj =0.46min.布置工作时间： Tb =0.05*2.3=0.12min.休息及生理需要时间 Tz =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 TdTjTfTbTxTz / N2.95min加工8.7 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f Mz 。查机械制造技术基础课程设计指南表 2-17 中公式计算 vcCvd0q vkv 式中，T m apxv f z yz aeu v zpvCv48.qv 0.25, xv 0.1, yv0.2,uv0.3 pv0.1, m 0.2,T 120min,a p16mm, fz0.8mm/ z, ae14mm, z20, d125mm, kv 1.0计算得 v25.4m/min100025.4n64.68r / min125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：f Mz 0.08 * 20 * 6096mm / min根据 X62 型卧式铣床工作台进给表，选择fMz75mm / min 。则实际的每齿进给量为 fz750.063mm/ z20 * 605，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： TdTj T f Tb Tx Tz / N 其中Td - 单件时间定额； Tj- 基本时间 ； Tf - 辅助时间； Tb - 布置工作时间； Tx - 休息及生理需要时间； Tz - 准备与终结时间； N-一批零件的数量。基本时间： Tjll1 l2 i; l1ae (d ae ) 2;l 2 3 计算可得fMzTj 0.8 min 42s .辅助时间： Tf =0.2 Tj =0.16min.布置工作时间： Tb =0.05*0.8=0.04min.休息及生理需要时间 Tz =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 夹具设计拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图1. 确定工件定位方案，设计定位装置拟定加工路线的第一步是选择定位基准。 定位基准的选择必须合理， 否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。 基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理， 或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发， 合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求， 所以我们应考虑如何提高劳动效率， 降低劳动强度，提高加工精度。 19 的圆柱和其一端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择 19 的圆柱和其上一侧面作为定位精基准， 来设计本道工序的夹具，以 19 圆柱和其上端面作为定位夹具。2. 确定导向方案，设计导向装置为能迅速，准确的确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件钻套。 钻套一般安装在钻模板上， 钻模板与夹具体连接， 钻套与工件之间留有排屑空间。 本工序要求对被加工孔进行一次的钻工步加工， 就能达到工序简图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向元件。3. 确定夹具体结构形式及夹具在机床上的安装方式考虑夹具的刚度，强度和工艺性要求，采用铸造夹具体结构。4.3绘制夹具装配总图钻模的装配总图上应将定位心轴，钻模板与夹具体的连接结构表达清楚。夹具装配总图如图。其中钻模板与夹具体用两个销孔，一个螺钉连接。夹具装配时，待钻模板的位置调整准确后再拧紧螺钉，然后配钻，铰销钉孔，打入销钉。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， 1991.94 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