拨叉零件的机械加工工艺规程设计

机械制造基础课程设计 题目：拨叉零件的机械加工工艺规程设计 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2013年6月 第1章 零件分析1.1 零件的工艺分析由图1.1可知，该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为4858HRC；为保证拨叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔mm的垂直度要求为0.05mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，拨叉采用紧固螺钉定位，螺纹孔的尺寸为。拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了叉脚端面的接触刚度；mm孔和孔的端面均为平面，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、叉轴孔mm，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、攻丝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。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔mm，在设计工艺规程时应重点予以保证。1.2 确定零件的生产类型 由题目可知生产批量30件。1.3 选择毛坯 毛坯为精铸件。1.4绘制拨叉毛坯简图 如下图1.1 第2章 工艺规程设计2.1 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。2.1.1精基准的选择叉轴孔mm的轴线是拨叉脚两端面设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸的设计基准。选用叉轴孔mm的轴线和拨叉头左端面作精基准定位加工拨叉脚两端面，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。另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，选用拨叉头左端面作精基准，夹紧力作用在拨叉头的右端面上，可避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。2.1.2粗基准的选择选择变速叉轴孔mm的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。采用mm外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面作粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。2.2 拟订工艺路线工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。2.2.1表面加工方法的确定根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查机械制造设计基础课程设计表2.25平面加工法案的经济精度和表面粗糙度；查机械制造设计基础课程设计表2.24孔加工法案的经济精度和表面粗糙度，确定拨叉零件各表面的加工方法，如表2.1所示。表2.1 拨叉零件各表面加工方案加工表面尺寸及偏差尺寸精度等级表面粗糙度加工方案备注拨叉角两端面 mmIT10Ra3.2 m粗铣半精铣磨削拨叉头孔 mmIT7Ra1.6 m钻扩粗精铰螺纹孔M8IT6Ra6.3 m钻丝锥攻内螺纹拨叉头左端面 mmIT10Ra3.2 m粗铣半精铣拨叉头右端面 mmIT10Ra3.2 m粗铣半精铣拨叉角内表面R25 mmIT12Ra1.6 m精铣凸台12 mmIT13Ra12.5m粗铣2.2.2加工阶段的划分该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准(拨叉头左端面和叉轴孔)准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、凸台。在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的半精铣加工和螺纹孔的钻孔丝锥攻丝；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。2.2.3工序的集中与分散选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。2.2.4工序顺序的安排(1) 机械加工工序遵循“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mm；遵循“先粗后精”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mm和拨叉脚两端面，后加工次要表面螺纹孔；遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔mm孔；先铣凸台，加工螺纹孔M8。由此初拟拨叉机械加工工序安排如表2.2所示。表2.2 拨叉机械加工工序安排（初拟）工序号工 序 内 容简 要 说 明10粗铣拨叉头两端面“先基准后其他” 20半精铣拨叉头左端面（主要表面）“先基准后其他”、“先面后孔”、“先主后次”30扩、铰25孔（主要表面）“先面后孔” 、“先主后次”40粗铣拨叉脚两端面（主要表面）“先粗后精”50铣凸台（次要表面）“先面后孔”、“先主后次”60钻、攻丝M8孔（次要表面） “先面后孔” （精加工开始）70半精铣拔叉头右端面“先粗后精”80半精铣拨叉脚两端面“先粗后精”90磨削拨叉脚两端面“先粗后精”(2) 热处理工序模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241285HBS，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，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。在表2.2中工序80和工序90之间增加热处理工序即拨叉脚两端面局部淬火。(3) 辅助工序粗加工拨叉脚两端面和热处理后，应安排校直工序；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。2.2.5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，拟定拨叉的工艺路线如表2.3所示。表2.3 拨叉机械加工工艺路线（修改后）工序号工 序 内 容定 位 基 准10粗铣拨叉头两端面端面、25孔外圆20半精铣拨叉头左端面右端面、25孔外圆30钻、扩、粗绞、精绞25孔右端面、25孔外圆、叉爪口内侧面40粗铣拨叉脚两端面50校正拨叉脚左端面、25孔60铣叉爪口内表面左端面、25孔、叉爪口外侧面70半精铣拨叉脚两端面左端面、25孔80半精铣拨叉头右端面左端面、25孔外圆90粗铣凸台左端面、25孔、叉爪口内侧面100钻、攻丝M8螺纹孔左端面、25孔、叉爪口内侧面110去毛刺120中检130热处理拨叉脚两端面局部淬火140校正拨叉脚150磨削拨叉脚两端面左端面、25孔160清洗170终检2.3 加工设备及工艺装备的选用机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。拨叉的生产类型为大批生产，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。各工序加工设备及工艺装备的选用如表2.4所示。表2.4 加工设备及工艺装备工序号工 序 内 容加工设备工艺装备1粗铣拨叉头两端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、游标卡尺2半精铣拨叉头左端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀、游标卡尺3钻、扩、粗绞、精绞24孔立式钻床525麻花钻、扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规4粗铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀、游标卡尺5校正拨叉脚钳工台手锤、6铣叉爪口内侧面立式铣床X51铣刀、游标卡尺7半精铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀、游标卡尺8半精铣拨叉头右端面卧式双面铣床三面刃铣刀、游标卡尺9粗铣凸台卧式双面铣床三面刃铣刀、游标卡尺10钻、攻丝M8螺纹孔立式钻床525复合钻头、丝锥、卡尺、塞规11去毛刺钳工台平锉、12中检塞规、百分表、卡尺等13热处理拨叉脚两端面局部淬火淬火机等14校正拨叉脚钳工台手锤15磨削拨叉脚两端面平面磨床M7120A砂轮、游标卡尺16清洗清洗机17终检塞规、百分表、卡尺等 第3章 加工余量、工序尺寸和公差的确定3.1加工余量、工序尺寸和公差的确定1、工序10 粗铣拨叉头两端面、工序20半精铣拨叉头左端面和工序80半精铣拨叉头右端面工序10、工序20和工序80的加工过程如图3.1所示。工序10：以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸L1；以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸L；工序20： 以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸L3。工序80： 以左端面定位，半精铣右端面，保证工序尺寸L4，达到零件图设计尺寸L的要求，。由图3.1所示加工过程示意图，建立分别以Z2、Z3和Z4为封闭环工艺尺寸链。 图1 加工过程示意图 图3.2 工艺尺寸链图1)求解工序尺寸L3：查机械制造设计基础课程设计表2.64平面精加工余量，得半精铣余量Z4=1mm，由图3.1知mm，从图3.2c知，则mm = 41 mm。由于工序尺寸L3是在半精铣加工中保证的，查机械制造设计基础课程设计表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到左端面的最终加工要求IT10，因此确定该工序尺寸公差为ITl0，其公差值为0.1mm，故mm2)求解工序尺寸L2：查机械制造设计基础课程设计表2.64平面精加工余量，得半精铣余量Z4=1mm，由图3.2（b）知， = (41+1)mm=42mm。由于工序尺寸L2是在半精铣加工中保证的，查机械制造设计基础课程设计表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到左端面的最终加工要求IT10，因此确定该工序尺寸公差为ITl0，其公差值为0.1mm，故mm。3)求解工序尺寸L1：右端加工余量，即Z2=2- Z4=2-1=1，由图3.2（a）知， 则= (42+1)mm=43mm。由机械制造设计基础课程设计表2.25平面加工方案的经济度和表面粗糙度，确定该粗铣工序的经济加工等级为IT13，其公差为0.39，故mm。为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。1)余量Z4的校核 在图3.2c)所示尺寸链中Z4是封闭环，由竖式法(如表3.1)计算可得：mm表3.1 余量Z3的校核计算表环的名称基本尺寸上偏差下偏差L3(增环)41+0.05-0.05L4(减环)-40+0.10Z41+0.15-0.052)余量Z3的校核 在图3.2b)所示尺寸链中Z3是封闭环，由竖式法(如表3.1)计算可得：mm。表3.1 余量Z3的校核计算表环的名称基本尺寸上偏差下偏差L2(增环)42+0.05-0.05L3(减环)-41+0.05-0.05Z31+0.1-0.13)余量Z2的校核 在图3.2c)所示尺寸链中Z2是封闭环，由竖式法(如表3.1)计算可得：mm表3.2 余量Z2的校核计算表环的名称基本尺寸上偏差下偏差L1(增环)43+0.185-0.185L2(减环)-42+0.05-0.05Z21+0.235-0.235余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。将工序尺寸按“入体原则”表示： mm，mm，mm， mm。2、工序100钻、攻丝M8螺纹孔由于M8螺距为1mm，则先钻孔余量为Z钻=7mm。由机械制造设计基础课程设计表2.67攻螺纹前钻孔用麻花钻直径为7mm。3.2 切削用量的计算1、工序10 粗铣拨叉头两端面该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铣左端面；工步2是以左端面定位，粗铣右端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度和进给量是一样的。(1) 背吃刀量 工步1的背吃刀量取为Zl，Z1等于左端面的毛坯总余量减去工序2的余量Z3，即Z1=2mm - 1mm = 1mm；而工步2的背吃刀量取为Z2，故= Z2=1mm。(2) 进给量 由立式铣床X51功率为4.5kW，查机械制造设计基础课程设计表5.8高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量，按机床、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(3) 铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、 mm、齿数。查机械制造设计基础课程设计表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度 m/min。则 （r/min）由本工序采用X51-型立式铣床，查机械制造设计基础课程设计表3.6，取转速=160rmin，故实际铣削速度（mmin）当=160rmin时，工作台的每分钟进给量应为（mmmin）可查机械制造设计基础课程设计表3.7得机床进给量为125（mmmin）第4章 专用钻床夹具设计4.1 夹具设计任务为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。为工序90钻拨叉锁销孔设计钻床夹具，所用机床为Z525型立式钻床，成批生产规模。 1工序尺寸和技术要求加工拨叉锁销孔mm，孔的轴线对孔mm的轴线垂直度公差为0.15mm，B面的尺寸为mm，表面粗糙度Ra1.6m。2生产类型及时间定额生产类型为小批生产。3设计任务书。附表5所示为工序90加工拨叉锁销孔mm工艺装备设计任务书。任务书按工艺规程提出定位基面、工艺公差、加工部位，工艺要求等设计要求，以作为夹具设计的依据。4.2 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，设计定位装置分析工序简图可知，加工拨叉锁销孔mm，孔的轴线对孔mm的轴线垂直度公差为0.15mm，距离B面的尺寸为mm。从基准的重合原则和定位的稳定性、可靠性出发，选择B面为主要定位基准面，并选择mm孔轴线和工件叉口面为另两个定位基准面。定位装置选用一面两销 (图4.1)，长定位销与工件定位孔配合，限制四个自由度，定位销轴肩小环面与工件定位端面接触，限制一个自由度，削边销与工件叉口接触限制一个自由度，实现工件正确定位。定位孔与定位销的配合尺寸取为(在夹具上标出定位销配合尺寸)。对于工序尺寸mm而言，定位基准与工序基准重合，定位误差 (40) = 0；对于加工孔的垂直度公差要求，基准重合 ()=0；加工孔径尺寸mm由刀具直接保证， ()=0。由上述分析可知，该定位方案合理、可行。 图4.1 一面两销定位方案图 4.3 偏心螺旋压板夹紧机构2、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置 钢套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指向限位台阶面。针对大批生产的工艺特征，此夹具选用偏心螺旋压板夹紧机构，如图4.2所示。偏心螺旋压板夹紧机构中的各零件均采用标准夹具元件。3、确定导向方案，设计导向装置为能迅速、准确地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依次进行钻、扩、铰等3个工步的加工，最终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，如图4.3所示 图4.3 导向装置简图钻套高度，排屑空间，取mm=24mm，排屑空间=8mm。 4、确定夹具体结构型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。夹具装配总图如附图3所示。其中定位心轴与夹具体采用过渡配合，用锁紧螺母固定。钻模板与夹具体用两个销钉、两个螺钉连接。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。4.4 夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求。1、最大轮廓尺寸 170mm、205mm、203mm。2、确定定位元件之间的尺寸与公差 定位销与削边销中心距尺寸公差取工件相应尺寸公差的1/3，偏差对称标注，即标注尺寸为115.5土0.03。3、确定导向元件与定位元件之间的尺寸与公差 根据工序简图上规定的被加工孔的加工要求，确定钻套中心线与定位销定位环面(轴肩)之间的尺寸取为(40.09土0.03)mm(其基本尺寸取为零件相应尺寸mm的平均尺寸；其公差值取为零件相应尺寸mm的公差值的1/3，偏差对称标注)。钻套中心线对定位销中心线的位置度公差取工件相应位置度公差值的1/3，即取为0.03mm。4、确定定位元件与夹具体的尺寸与公差 定位销中心线与夹具底面的平行度公差取为0.02mm。5、 标注关键件的配合尺寸如附图所示，、和。 参考文献： 张世昌,李旦,高航.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社,2007.