拨叉加工工艺及铣叉脚两端面夹具设计

全套图纸加 153893706机械制造技术基础课程设计说明书学 院 ：机电与能源工程学院专业班级 ： 机制 103班 姓 名 ： 学 号 ： 指导老师 ： 设计日期 ： 2013.12.20 1目录一、拨叉的工艺分析及生产类型的确定 31.1 拨叉的用途 41.2 拨叉的技术要求 41.3 审查拨叉的工艺性 41.4 确定拨叉的生产类型 5二、确定毛坯、绘制毛坯简图 52.1 选择毛坯 52.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 52.2.1 公差等级 .52.2.2 机械加工余量等级 .52.2.3 零件表面粗糙度 .62.3 绘制拨叉毛坯简图 6三、拟定滑叉工艺路线 73.1 定位基准的选择 73.1.1 精基准的选择 .73.1.2 粗基准的选择 .73.2 各表面加工方案的确定 73.3 加工阶段的划分 83.4工序的集中与分散 .83.5工序顺序安排 .93.5.1 机械加工工序 .93.5.2热处理工序 .93.5.3 辅助工序 .93.6设备及工艺装备的选用 .93.6.1 机床设备的选用 .93.6.2 工艺装备的选用 .93.7确定工艺路线 .92四、工序 5、工序 7切削用量、时间定额的计算 .104.1切削用量的计算 104.1.1工序 5粗铣拨叉脚两端面 .104.1.2工序 7精铣拨叉脚两端面 .114.2额定时间的计算 114.2.1粗铣拨叉脚两端面基本时间 的计算 11mt4.2.2粗铣拨叉脚两端面辅助时间 的计算 12f4.2.3粗铣拨叉脚两端面其他时间的计算 124.2.4粗铣拨叉脚两端面单件时间额定 的计算 12djt4.2.5精铣拨叉脚两端面基本时间 的计算 12m4.2.6精铣拨叉脚两端面辅助时间 的计算 13ft4.2.7精铣拨叉脚两端面其他时间的计算 134.2.8精铣拨叉脚两端面单件时间额定 的计算 13dj五、工序 5、工序 7专用夹具的设计 .135.1铣削力计算 145.1.1粗铣铣削力计算 145.1.2精铣铣削力计算 145.2夹紧力计算 145.3工序 5、工序 7粗、精铣拨叉脚两端面专用夹具设计 155.4定位方案的分析和定位基准的选择 165.5定位误差分析及计算 16六、夹具设计及操作的简要说明 .17七、参考文献 .173一 、 拨 叉 的 工 艺 分 析 及 生 产 类 型 的 确 定图 1-1 拨叉零件图图 1-2 拨叉零件三维图41.1 拨叉的用途拨叉零件用在变速箱的换挡机构中。拨叉通过叉轴孔 20mm 安装在变速叉轴上，拨叉脚则在双联变速器齿轮的槽中使主轴回转按照工作者的要求进行工作。拨叉在改换挡位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件因具有足够的强度、钢度和韧性，以适应拨叉的工作条件。拨叉的主要工作表面为拨叉脚两端面、变速叉轴孔 mm（H7 ）和槽 mm，在设计052.5.02工艺规程时应重点予以保证。1.2 拨叉的技术要求将该拨叉的全部技术要求列于表 1中。该拨叉属于叉杆类零件，其叉轴孔是主要装配基准，叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强器耐磨性，表面要求淬火处理，硬度为 48-58HRC；为保证拨叉拨动齿轮换档时叉脚受力均匀，要求变速叉轴孔 的垂直度要求为 0.2mm，叉脚两端面的平行度要求052.为 0.06mm。拨叉头键槽两侧面的对称度和平行度分别为 0.5mm和 0.15mm。综上所述，该拨叉件的各项技术要求制订的较合理，符合该零件在变速箱的功用。表 1 零件技术要求表1.3 审查拨叉 的工艺性分析拨叉零件图可知，以变速叉轴孔 mm的右端面为基准平面，052.在加工过程中可以防止钻头的钻偏，以保证孔的加工精度；该零件除主要5工作表面（拨插头右端面、拨叉脚两端面、变速叉轴孔 mm）外，052.其余表面加工精度要求均较低，通过铣削，钻削的一次加工就可以达到加工要求；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证质量地加工出来。由此可见，该零件的工艺很好。1.4 确定拨叉 的生产类型依设计题目知：Q=5000 台/年，m=1 件/台；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取为3%和0.5%。计算该拨叉的生产纲领，并确定其生产类型。代入下式，得N=Q*m(1+a%)(1+b%)=50001(1+3%)(1+0.5%)=5176 件/年根据拨叉的质量，查表1-4（课程设计指导教程）可知，该拨叉属于轻型零件；再有表1-5（课程设计指导教程）可知，该拨叉的生产类型为大批生产。二 、 确 定 毛 坯 、 绘 制 毛 坯 简 图2.1 选择毛坯由于拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧性，获得纤维组织，毛坯可选球墨铸铁。因为拨叉轮廓尺寸不大，且生产类型属于大批生产，宜选用砂型铸造进行合铸。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量根据课本机械制造技术基础课程设计指导教程第2版第二章第二节确定铸件毛坯的尺寸公差及机械加工余量，查表2-1到表2-5，确定如下各参数。2.2.1 公差等级根据拨叉的材料、功用和生产要求，由表2-1确定该零件的公差等级为8-12级,取10级。2.2.2 机械加工余量等级由于该拨叉材料为QT300，铸造方法属于砂型铸造机器造型，由表2-65可知该铸件的机械加工余量等级为E-G等级。2.2.3 零件表面粗糙度由零件图可知，该拨叉各加工表面粗糙度均大于1.6um，即Ra1.6um。根据上述条件查表得到表2所示的拨叉铸造毛坯机械加工总余量及毛坯尺寸如下：表2 拨叉铸造毛坯机械加工总余量及毛坯尺寸72.3 绘制拨叉毛坯简图图 2-1 拨叉毛坯简图三 、 拟 定 滑 叉 工 艺 路 线3.1 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，然后确定粗基准。3.1.1 精基准的选择根据拨叉零件的技术和装配要求，选择拨叉的设计基准叉头右端面、叉轴孔 mm和叉脚内孔表面作要求为精基准，符合“基准重合”原052.则；同时，零件上的很多表面都可以采用该组表面作为精基准，又遵循了“基准统一”原则。叉轴孔 mm的轴线是设计基准，选用其做精052.基准定位加工拨叉脚两端面和锁销孔 6mm，有利于保证被加工表面的垂直度；选用拨叉头右端面作为精基准同样是服从了“基准重合”的原则，8因为该拨叉在轴向方向上的尺寸多以该端面做设计基准；另外，由于拨叉刚性差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，选用拨叉头右端面作精基准，夹紧力可作用在拨叉头的右端面上，夹紧稳定可靠。3.1.2 粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。该零件选择与变速叉轴孔 mm的外圆面相切的两个面和拨叉头左端面作052.为粗基准，加工拨叉头右端面。接着以右端面为基准加工变速叉轴孔，这样可保证孔的垂直度和精度；继而为后续工序准备好精基准。3.2 各表面加工方案的确定根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表1-10 和表1-11，确定各表面加工方案，如表3。表3 拨叉零件各表面加工方案3.3 加工阶段的划分拨叉各表面加工方法后，就需要进一步确定这些加工方法在工艺路线9中的顺序及位置，这就涉及加工阶段划分方法的问题。对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后精度加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个而言的，不能拘泥于某一表面的加工。该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分粗加工、半精加工和精加工三个阶段。首先将精基准（拨叉头右端面和叉轴孔）准备好，使后继工序都可以采用精基准定位加工保证其他加工表面的精度要求；另外，销轴孔，拨叉脚内表面、拨叉角底面、拨叉脚两端面的粗加工、槽内侧加工也都放在粗加工阶段进行。在精加工阶段，完成拨叉脚两端面的精铣加工即可。3.4 工序的集中与分散工序的集中与分散是确定工序内容多与少的依据，它直接影响整个工艺路线的工序数目及设备、工装的选用等。由于该零件的生产类型为大批生产，确定选用工序集中的原因则组织工序内容，一方面可以采用万能、通用机床配以夹具加工，以提高生存率；另一方面也可以减少工件的装夹次数，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度，并可以缩短辅助时间。3.5 工序顺序安排3.5.1 机械加工工序工序的安排顺序为：遵循“先基准后其他” 、 “先粗后精” 、 “先主后次” 、“先面后孔”的原则。首先加工精基准拨插头右端面。然后以拨插头右端面为基准钻20mm内孔，先钻15mm,而后钻扩铰孔至20mm，接下来再粗铣拨叉脚两端面，铣削加工拨叉脚内表面，粗铣拨叉脚两底面，粗铣键槽底面和两侧面，最后再钻6mm的销孔。3.5.2热处理工序拨叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，淬火硬度大于47HRC，有利于提高耐磨性。103.5.3 辅助工序粗加工拨叉脚两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺，中检工序；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，其间穿插一些辅助工序（参见表3-2） 。3.6 设备及工艺装备的选用3.6.1 机床设备的选用在大批生产条件下，可以选用通用万能设备和数控机床设备，如表3-2。3.6.2 工艺装备的选用工艺装备主要包括刀具、夹具、量检具和辅具等，如表3-2。3.7 确定工艺路线归纳以上考虑，制定了拨叉的工艺路线，如下表4所示。表4 拨叉工艺路线及设备、工装的选用11四 、 工 序 5、 工 序 7 切 削 用 量 、 时 间 定 额 的 计 算4.1 切削用量的计算4.1.1工序 5粗铣拨叉脚两端面（1）确定背吃刀量 工序 5的背吃刀量 取为 ， 应等于切削宽p1a1Z度，即 。mZap4.1（2）确定进给量 查表 5-17，按工件材料、刀具材料选取，用高速钢三面刃圆盘铣刀铣削平面，该工序的每齿进给量 取为 0.12mm/z。zf（3）计算铣削速度 查表 5-11按 ， 的条16/0/dzmz/2.件选取铣削速度 。由式（5-1）： 可求得该工序min/19vn=vd（ ）铣刀转速 ，查表 4-19按照该工序所i/82.37604.0rnX62型卧式铣床的主轴转速系列，取转速 。再将此转速代入i/5.公式，可求出该工序的实际铣削速度。min/84.10/614.35710/dnv124.1.2工序 7精铣拨叉脚两端面（1）确定背吃刀量 工序 7的背吃刀量 取为 ， 应等于切削宽2pa2Z度，即 。mZap7.02（2）确定进给量 查表 5-17，按工件材料、刀具材料选取，用高速钢三面刃圆盘铣刀铣削平面，该工序的每齿进给量 取为 0.08mm/z。zf（3）计算铣削速度 查表 5-11按 ， 的条16/0/dzmz/08.件选取铣削速度 。由式（5-1）： 可求得该工序min/21vn=vd（ ）铣刀转速 ，查表 4-19按照该工序所i/8.4160.30rnX62型卧式铣床的主轴转速系列，取转速 。再将此转速代入i/5.7r公式，可求出该工序的实际铣削速度。min/86.2310/64.35710/dnv4.2 额定时间的计算4.2.1粗铣拨叉脚两端面基本时间 的计算mt工序 5粗铣拨叉脚两端面 根据表 5-47中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角 ）的基本时间计算公式 可求出该工r=90。 j12zt=l+fM（ ） /序的基本时间。故式中的 l=32mm，取 =2mm，2l m9)3(680-15.0)31(5.0 221 ）（eadl in/7.3nzffMz 将上述结果代入公式 ,则该工序的基本时间Mzj flt/)(21sj 69134.2.2粗铣拨叉脚两端面辅助时间 的计算ft根据第五章第二节所述，辅助时间 与基本时间 之间的关系为fjt，该工序 ，则f j0.152tt fj=0.15t工序 5的辅助时间： sf 4.364.2.3粗铣拨叉脚两端面其他时间的计算除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本例中拔叉的生产类型为中批生产，需要考虑各工序的准备与终结时间， 为作业时间的 3%5%；而布置工作地时间 是作业时间的z/mt bt2%7%，休息生理需要时间 是作业时间的 2%4%，本例均取 3%，则各xt工序的其他时间 应按关系式 计算。bz(/m)t jf3%+x+t（ ） （ ）工序 5的其他时间： stzxf 7.)456(94.2.4粗铣拨叉脚两端面单件时间额定 的计算djt根据公式，本例中单件时间 smtttzxbfjd 1.457.36)/(4.2.5精铣拨叉脚两端面基本时间 的计算t工序 7精铣拨叉脚两端面 根据表 5-47中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角 ）的基本时间计算公式 可求出该工r=90。 j12zt=l+fM（ ） /序的基本时间。故式中的 l=32mm，取 =2mm，2l m9)3(680-15.0)31(5.0 221 ）（eadl min/86478.0nzffMz14将上述结果代入公式 ,则该工序的基本时间Mzj flt/)(21stj 4.8.60/)293(4.2.6精铣拨叉脚两端面辅助时间 的计算ft根据第五章第二节所述，辅助时间 与基本时间 之间的关系为fjt，该工序 ，则fj0.152tt fj=0.15t工序 5的辅助时间： sf 4.62.4.2.7精铣拨叉脚两端面其他时间的计算除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本例中拔叉的生产类型为中批生产，需要考虑各工序的准备与终结时间， 为作业时间的 3%5%；而布置工作地时间 是作业时间的z/mt bt2%7%，休息生理需要时间 是作业时间的 2%4%，本例均取 3%，则各xt工序的其他时间 应按关系式 计算。bxz(/m)t jf3%+x+t（ ） （ ）工序 5的其他时间： stzf 4.).642(9( 4.2.8精铣拨叉脚两端面单件时间额定 的计算djt根据公式，本例中单件时间 smtttzxbfjdj 2.534.6.42)/( 五 、 工 序 5、 工 序 7 专 用 夹 具 的 设 计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本工序为粗、精铣拨叉脚两端面，本夹具将用于 X62卧式铣床，采用高速钢三面刃铣刀。155.1 铣削力计算由于本道工序主要完成拨叉脚两端面的铣削,主要切削力是铣削力。由切削手册得计算公式。5.1.1粗铣铣削力计算（式 6-1）pzpBzKdfaCF86.072.86.0确定各参数值： 、 、 、ma4.1zzf/12.0、 、 、md160686z 48.0)736()736/(.8. bp将各参数代入式（6-1）得 NBzKdfaCFpzp 34.112.04.10886.07.8686.072.86.0 5.1.2精铣铣削力计算（式 6-1）pzpBzKdfaCF86.072.86.0确定各参数值： 、 、 、ma7.0zzf/08.、 、 、md1606816z 48.0)736()36/( bp将各参数代入式（6-1）得 NBzKdfaCFpzp 652.1108.7.0886.072.686.072.86.0 5.2 夹紧力计算本道工序铣削拨叉脚两端面时，采用了杠杆夹紧机构和螺旋压板夹紧机构，故根据1190-191 页表 10-1查得公式有杠杆夹紧机构的夹紧力 计算：jFrflFJ)(116式中 r销轴半径f 销轴和压板之间的摩擦因素 确定各参数：按照精铣时产生的切削力计算夹紧力。、 、 、 、 ，代入式中计算得NF652ml41r25.0fml16NrflJ 4.416)(52)( 螺旋压板夹紧机构的夹紧力 计算：FldDfdMFc12321)tan( 式中 考虑传动机构转轴摩擦损失时的传动效率；螺纹升角；螺纹中径；2d螺纹摩擦角；摩擦因素，一般取 0.1-0.15f确定各参数： 、 、 、 、 、9.05.2md19.26.12.0f、ml451l8NMc0代入式中计算，得 NldDfdFc 708231)tan(1232 5.3 工序 5、工序 7 粗、精铣拨叉脚两端面专用夹具设计本夹具主要用来铣拨叉脚两端面。本道工序为工件加工的第 5道工序（粗铣）和第 7道（精铣）工序，加工时主要应考虑如何保证其尺寸要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。5.4 定位方案的分析和定位基准的选择由下图可知，铣拨叉脚两端面。根据基准重合、基准统一原则，在选择工序 5和工序 7的加工定位基准时，应尽量选择已定好的精基准，即拨17叉头右端面和 mm 孔作为定位基准。因此加工工艺拨叉脚两端面的定052.位基准应选择拨叉头右端面和长销为主要定位基准，限制工件的五个自由度，另一个转动自由度由支承钉来限制。下图所示定位分析图。图 5-1 定位分析图5.5 定位误差分析及计算本工序选用的工件用长定位销定位。由1170 页表 8-14得0)(位 置 度dwmsTBdD 0365.)21.05.(21)210)(Ad式中 s六 、 夹 具 设 计 及 操 作 的 简 要 说 明本夹具用于铣削拨叉脚两端面。工件以 20 的内孔和拔叉头右端面为定位基准，由支承钉、杠杆夹紧架构和移动压板实现完全定位。使用时应保证夹具的整洁，定期进行检查，保证定位精准。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。下图所示为完整的夹具图。18图 6-1 完整夹具图七 、 参 考 文 献1 邹青、呼咏 机械制造技术基础课程设计指导教程第 2版机械工业出版社，2011 年2 陈秀宁、施高义.机械设计课程设计.第四版.浙江大学出版社,2010 年3 楼应侯. 互换性与技术测量 .华中科技大学出版社,2012 年4 曹 岩.机床夹具手册.化学工业出版社,2010 年5 吴 拓.现代机床夹具设计第 2版.化学工业出版社,2011 年