倒挡变速叉的机械加工工艺及夹具设计

分 类 号 密 级 宁设 计 (论 文 )倒挡变速叉的机械加工工艺及夹具设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师I摘 要此次设计是对倒挡变速叉零件的加工工艺和夹具设计，其零件为锻件，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具,并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词 倒挡变速叉，加工工艺，专用夹具，设计IIAbstractThis design is to dials forks the components the processing craft and the jig design, its components are the forging, has the volume to be small, components complex characteristic,Because the surface is easier than the hole to process, when formulation technological process, first the machined surface, then processes other take the surface as the datum,In which various working procedures jig all uses the unit clamp, special regarding processes the big end of hole, the trough and drills the capitellum hole incline eyelet in the working procedure, Chooses locate mode which two sells at the same time, and operates the simple manual clamp way clamp, its organization design is simple, the convenience also can satisfy the request.Key words： Dials the fork, the processing craft, unit clamp, designIII目 录摘 要 .IAbstract II目 录 .III序 言 .4第 1 章 零件的分析 .51.1 零件的作用 .51.2 零件的工艺分析 .5第 2 章 工艺规程的设计 .72.1 确定毛坯的制造形式 .72.2 基准的选择 .72.3 制定工艺路线 82.4 倒挡变速叉的偏差计算 .92.5 切削用量以及机床的确定 .10第 3 章 铣窝 15170.2 手动夹具设计 .173.1 问 题 的 提 出 173.2 定 位 基 准 的 选 择 .173.3 切 削 力 及 夹 紧 力 的 计 算 183.4 定 位 误 差 的 分 析 203.5 定 向 键 与 对 刀 装 置 设 计 223.6 确 定 夹 具 体 结 构 尺 寸 和 总 体 结 构 233.7 夹 具 设 计 及 操 作 的 简 要 说 明 .24总 结 .254序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。倒档倒挡变速叉工工艺规程及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行毕业设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。5第 1 章 零件的分析1.1 零件的作用题目所给的是变速箱中的倒挡变速叉，它的主要作用是推动倒档齿轮向输入轴传动齿轮移动并与之啮合，使汽车实现倒行。再换倒档时，拨叉将受到较大的冲击。1.2 零件的工艺分析该拨叉为精密铸件，铸造表面光洁，平整，无裂痕，毛刺，分层，缩孔，缩松等铸造缺陷。从零件图上看，该零件是典型的叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。为大批量生产的铸件。其主要加工的有 16 的孔表面粗糙度为 Ra1.6um，斜脚面尺寸要求公差尺寸为自由公差，表面粗糙度为 Ra3.2m 并保证与 16 轴线的垂直度为0.10；R34 面粗糙度为 Ra3.2um，表面要求淬火处理，硬度要求为 4553HRC。通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，我们通过专用夹具可6保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。5 个加工表面分别是：（1）厚 42 两端平面;（2）加工 16 的孔内表面；（3）拨叉两端面，保证尺寸 90.15；（4）钻，扩，铰螺纹孔；（5）加工 R50 圆弧槽7第 2 章 工艺规程的设计2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200，考虑到倒挡变速叉运行时经常需要挂档倒车或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料的零件强度也能得到保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2 级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。有上述工艺要求与资料，对毛坯初步设计如下:1.16mm 的孔由于 16mm 难以铸造，在毛坯设计时，不宜设计底孔，因此毛坯采用实心铸造，以确保毛坯成功率。2.叉口侧面叉口两侧面粗糙度均为 3.2，进行一次粗铣即可满足光洁度要求。根据资料可知，毛坯的叉口厚度定为 1.5mm。3.叉口内圆面粗糙度没有要求，直接铸出2.2 基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺问题百出，更有甚者，造成生产无法进行。81 粗基准的选择对于零件而言，粗基准的选择对于后面的精加工至关重要，从零件图上看出，倒挡变速叉较不规则，所以粗基准不太容易选择，为了保证 16 孔的精度要求，选16 孔下端面为粗基准。2 精基准的选择以 16 孔下端面为粗基准，加工 16 孔的上端面，然后以加工过的上端面为精基准加工 16 内孔，从而保证加工精度。2.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度的技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外还应当考虑经济效果，以便生产成本尽量降低。10 铸造 铸造20 铣 铣厚 42 两端平面30 钻 钻，扩，铰 16 孔40 热 淬火 E 表面和 R34 端面50 铣 精铣 R34 端面60 车 车 R23 内圆70 铣 铣宽 15mm 的槽980 钻 钻 M10 螺纹底孔，攻丝 M1085 钳 去毛刺90 检验 检验入库2.4 倒挡变速叉的偏差计算 倒挡变速叉底平面和大头孔上平面的偏差及加工余量计算底平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：由参考文献4表 1119。其余量值规定为 ，现取 。查3可2.05m2.知其粗铣时精度等级为 IT12，粗铣平面时厚度偏差取 1精铣：由参考文献3表 2.359，其余量值规定为 。. 小头孔的偏差及加工余量计算参照参考文献3表 2.22，2.225,2.313 和参考文献15表 18，可以查得：孔16：钻孔的精度等级： ，表面粗糙度 ，尺寸偏差是 。1IT12.5Raumm2.0扩孔的精度等级： ，表面粗糙度 ，尺寸偏差是 。0384铰孔的精度等级： ，表面粗糙度 ，尺寸偏差是 。8I .6.3粗、精铣 15 槽参照参考文献1表 215，得其槽边双边粗加工余量 2Z=2.0mm，槽深加工余量为1.0mm，再由参照参考文献1表 215 的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为 ，0.1精加工为 。0.13102.5 切削用量以及机床的确定工序30：粗铣24右端面机床：立式铣床X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料： ， ，齿数 8，15YT0Dm此为细齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度 ：pa2m精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度 ：p1.0每齿进给量 ：根据参考文献3表 2.473，取 根据参考文献3fa Zmaf/18.0表 2.481，取铣削速度 2.47/Vms每齿进给量 ：根据参考文献3表 2.473，取 ：根据参考文献3f .5/f表 2.481，取铣削速度 .8/s机床主轴转速 ：n102.6053/min314Vnrd按照参考文献3表 3.131，取 0/i实际铣削速度 ：v.1463.14/0ds进给量 ：fV.580/2ffaZnm工作台每分进给量 ： m17/infVs走刀次数为 1机动时间 ：2jt12402.34i7jmlf机动时间 ：2jt1268.minjlf所以该工序总机动时间20.5ijjtt11工序40：粗铣24另外一侧端面机床：立式铣床 X52K刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料： ， ，齿数 8，15YT0Dm此为细齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度 ：pa2m精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度 ：p1.0每齿进给量 ：根据参考文献3表 2.473，取 根据参考文献3fa Zmaf/18.0表 2.481，取铣削速度 2.47/Vms每齿进给量 ：根据参考文献3表 2.473，取 ：根据参考文献3f .5/f表 2.481，取铣削速度 .8/s机床主轴转速 ：n102.6053/min314Vnrd按照参考文献3表 3.131，取 0/i实际铣削速度 ：v.1463.14/0ds进给量 ：fV.580/2ffaZnm工作台每分进给量 ： m17/infVs走刀次数为 1机动时间 ：2jt12402.34i7jmlf机动时间 ：2jt1268.minjlf所以该工序总机动时间20.5ijjtt工序 50：钻、扩、铰孔16。12机床：立式钻床 Z525刀具：根据参照参考文献3表 4.39 选高速钢锥柄麻花钻头。（1）钻孔切屑用量：取背吃刀量 ，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量8pam，切屑速度： ， ， ，则修正后的切屑速0.4/fr17/mincv0.8vk.75lvk度 ，即17.5.2/icv 12198.4/min6swrdA查参考文献2表 3.17，取 ，95/iwnr故实际切屑速度为 。16.02/in0cdvr切屑用时：=10mm， ， ， 1cot(12)2rDlkm9.8,45rDk21lm2l故 ， ，10.2in1485jwlt sfn10.6.41.3fjt s， 1()6(.3)0.6bxjft117.djjfbxtt（2）扩孔切屑用量：取背吃刀量 ，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量0.9pam，切屑速度： ， ， ，则修正后的切屑速.62/fr25/incv0.8mvk.75lvk度 ，即 ，5.87.4/icv124360./min19.swrdA查参考文献2表 3.17，取 ，7/iwnr故实际切屑速度为 。19.826./in00cdvr切屑用时：=10mm， ， ， 1cot(12)2rDlkm9.8,45rDk21lm2l故 ， ，0.13in767jwlt sfn20.67.81.5fjt s13， 22()0.6(7.8125)0.6.4bxjftt s2229.6djjfbxttts（3）铰孔切屑用量：取背吃刀量 ，由参考文献2可查出，根据 z525 立式钻床，取进给量0.1pam，切屑速度： ， ， ，则修正后的切屑.8/fr8.2/mincv0.8vk.9lvk速度 ，即 ，2.97.4cv17143.6/min2swrdA查参考文献2表 3.17，取 ，/iwnr故实际切屑速度为 。20976./in1cdvr切屑用时：=10mm， ， ， ， 1cot(2)2rDlkm0Dm45rk21lm2l故 ， ，1350.193.2in17.87jwlt sfn30.67.41.8fjt s， 。3().6bxjfts3321.djjfbxtts工序60：铣叉口机床：立式铣床 X52K刀具：根据机械加工工艺手册表 10-64 选用硬质合金镶齿套面铣刀 YT15.铣刀寿命 T=180min,D/Z=100/10,B=401) 削深度 2 =10mm 所以有 =5mmpapa2) 给量 查机械加工工艺师手册 表 10-118 与表 10-119 得,进给量f=0.20.35mm/齿 按机床行选取 f=0.3mm/齿3) 切削速度 根据机械加工工艺手册表 10-70,及 10-66,查得V=115min/s. 即 V=6.9m/min4) 定机床主轴转速 ns= = 21.97r/minWd10cv109.6按机床说明书(见工艺手册表 6-39),与 21.97r/min 相近的机床转速为22.5r/min。现选取 =22.5r/min。wn14所以实际切削速度 = =cv10sdnmin/1.7052当 =22.5r/min 时，工作台的每分钟进给量 应为wn f=fZ =0.3 10 22.5=67.5(mm/min)， 查机床说明书有 =60(mm/min)mf mf5) 削工时，按工艺手册表 6.2-1。 t = = =1.5(min) t = =0.75(min)1m2fl6092m6045铣两次的总时间为 t =1.5+0.75=2.25minm工序 110：粗磨叉口两侧面及凸台面。机床 M7130 平面磨床1)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 A46KV6P 350 40 167其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为 46#,硬度为中轮 1 级，陶瓷结合剂，6 号组织，平型砂轮，其尺寸为 350x40x1672)切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33-42 有工件速度 18m/min 切削深度 0.0157mm/st wvrf纵向进给量 0.5B20mm(双行程) af3)切削工时 rabfvkDZt102式中 D-被加工直径 b-加工宽度 Z -单边加工余量bK-系数 V-工作台移动速度-工作台往返一次砂轮轴向进给量af-工作台往返一次砂轮径向进给量 0.55(min)0157.218092t工序 160：精磨叉口两侧面。机床 M7130 平面磨床1)选择砂轮。见机械加工工艺手册第三章中磨料 A46KV6P 350 40 167其含义为：砂轮磨料为刚玉，粒度为 46#,硬度为中轮 1 级，陶瓷结合剂，6 号组织，15平型砂轮，其尺寸为 350x40x1672)切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33-42 有工件速度 18m/min 切削深度 0.0157mm/stwvrf纵向进给量 0.5B20mm(双行程)af3)切削工时 rabfvkDZt102式中 D-被加工直径 b-加工宽度 Z -单边加工余量bK-系数 V-工作台移动速度-工作台往返一次砂轮轴向进给量af-工作台往返一次砂轮径向进给量 0.3(min)0157.2180952t工序 130 ：钻 M10 螺纹底孔,倒角机床：钻床 Z525刀具：根据参照参考文献3表 4.39，选硬质合金锥柄麻花钻头切削深度 ：pa4.5m根据参考文献3表 查得：进给量 ,切削速度 。320.2/fmrsmV/36.0机床主轴转速 ：n，in/14764.3010rdVn按照参考文献3表 3.131，取 。6实际切削速度 ：v.0.5/0Dnms切削工时被切削层长度 ：l3m刀具切入长度 ：1l6(12)0242rctgkctg刀具切出长度 ： 取 。24ml316加工基本时间 ： jt12304.1min.6jLlfn工序 140 ：攻丝 M10钻孔选用机床为 Z525 摇臂机床，刀具选用丝锥，机械加工工艺手册第 2 卷。根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-2 查得丝锥钻孔进给量为 0.200.35。rm则取 rmf30.确定切削速度，根据机械加工工艺手册第 2 卷表 10.4-9切削速度计算公式为 （3-in0kfaTdcvvyxpmzv20）查得参数为 ，刀具耐用度 T=35125.0,.,0,25.,1.8myxzcvvvv min则 = =1.65.0125.02.337in所以 = =72n4.6ir选取 mi120所以实际切削速度为 =2.647.3vin确定切削时间（一个孔） =ts20.817第 3 章 铣窝 15170.2 手动夹具设计3.1 问 题 的 提 出本夹具要用于铣窝 15170.2 夹具精度等级为 IT12 级，粗糙度为 12.5。本道工序只精铣一下即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证加工对接平面的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。3.2 定 位 基 准 的 选 择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。16 孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 16 孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以已加工好的二个孔的端面作为定位夹具。18为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺旋压板夹紧机构作为夹紧机构。为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备采用手动夹紧。由零件图可知：在对进行加工前，底平面进行了粗、精铣加工，进行了粗、精加工。因此，定位、夹紧方案有：方案：选底平面、和侧面定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。方案：选一面两销定位方式，2 面用挡销，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。分析比较上面二种方案：方案中的定位是不正确的，挡销的位置是固定，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。通过比较分析只有方案满足要求，孔其加工与孔的轴线间有尺寸公差，选择小头孔和大头孔来定位，从而保证其尺寸公差要求。为了使定位误差达到要求的范围之内，这种定位在结构上简单易操作。3.3 切 削 力 及 夹 紧 力 的 计 算刀具：立铣刀（硬质合金） 刀具有关几何参数： 015001顶 刃 0n侧 刃 601530rK2.5Lm2Z.8/famzmap.2由参考文献55 表 129 可得铣削切削力的计算公式：0.8.10.pzFafDBzn有： .9.8.1.10.135254836.2()N根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即：FKW安全系数 K 可按下式计算：6543210式中： 为各种因素的安全系数，查参考文献5121 可知其公式参数：6123456.,.0,.,3KK由此可得： 110.31.05619所以 836.241530.()KWFN由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。夹紧力的确定夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。(1) 夹紧力作用点的选择a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(3)夹紧力大小的估算理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考