变速叉第一速及倒车粗铣半精铣圆弧端面（铣尺寸8二端面）夹具设计

课程设计说明书题 目 变速叉第一速及倒车加工工艺及夹具设计专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二 年 月 日目 录第1章 机械加工工艺规程设计41.1 零件的分析41.1.1 零件的作用41.1.2 零件的工艺分析41.2 变速叉第一速及倒车加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施51.2.1 孔和平面的加工顺序51.2.2 孔系加工方案选择51.3 变速叉第一速及倒车加工定位基准的选择61.3.1 粗基准的选择61.3.2 精基准的选择61.4 变速叉第一速及倒车加工主要工序安排71.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定91.6 毛坯种类的选择101.7 选择加工设备和工艺装备111.7.1 机床选用111.7.2 选择刀具111.7.3 选择量具111.8 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定111.9确定切削用量及基本工时（机动时间）13第2章 工序20 粗铣半精铣圆弧端面夹具设计162.1研究原始质料162.2定位基准的选择162.3 切削力及夹紧分析计算172.4 误差分析与计算182.5 零、部件的设计与选用192.5.1定位销选用192.5.2 定向键与对刀装置设计192.6 夹具设计及操作的简要说明21总 结23参考文献24致 谢25全套图纸加153893706第1章 机械加工工艺规程设计1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用题目给出的零件是变速叉第一速及倒车。变速叉第一速及倒车的主要作用是保证各安装孔之间的中心距及平行度，并保证部件正确安装。因此变速叉第一速及倒车零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。图1.1 零件图1.1.2 零件的工艺分析由变速叉第一速及倒车零件图可知。变速叉第一速及倒车零件，它的外表面上有平面需要进行加工。82.2mm系在前后端面上。此外各表面上还需加工一系列孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： 1.以19mm孔为中心的加工表面.这组加工表面包括:19mm孔及其倒角, 19mm孔两个端面,还有孔下端M10的螺纹孔.2.以82.2孔为中心的加工表面.这组加工表面包括: 82.2孔mm的孔及其倒角, 82.2孔的孔的侧面,距M10螺纹孔中心线11.7mm.这两组加工表面有着一定的位置要求,主要是:82.2孔孔与其外端面垂直度公差为0.1mm.1.2 变速叉第一速及倒车加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施由以上分析可知。该变速叉第一速及倒车零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于变速叉第一速及倒车来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。1.2.1 孔和平面的加工顺序变速叉第一速及倒车类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工变速叉第一速及倒车上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。变速叉第一速及倒车的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。变速叉第一速及倒车零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。1.2.2 孔系加工方案选择变速叉第一速及倒车孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。根据变速叉第一速及倒车零件图所示的变速叉第一速及倒车的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。（1）用镗模法镗孔在大批量生产中，变速叉第一速及倒车孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。（2）用坐标法镗孔在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。用坐标法镗孔，需要将变速叉第一速及倒车孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。1.3 变速叉第一速及倒车加工定位基准的选择1.3.1 粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）保证各重要支承孔的加工余量均匀；（2）保证装入变速叉第一速及倒车的零件与箱壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以变速叉第一速及倒车的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距端面平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。现选取19mm孔的外轮廓不加工面作为粗基准,利用一组共两个V形块夹持外轮廓做为主要定位面,以消除自由度.1.3.2 精基准的选择从保证变速叉第一速及倒车孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证变速叉第一速及倒车在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从变速叉第一速及倒车零件图分析可知，它的端面平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是变速叉第一速及倒车的装配基准，但因为它与变速叉第一速及倒车的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。精基准的选择主要考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合时,应该进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复.1.4 变速叉第一速及倒车加工主要工序安排对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。变速叉第一速及倒车加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工端面平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于端面平面加工完成后一直到变速叉第一速及倒车加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，端面面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于变速叉第一速及倒车，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现将变速叉第一速及倒车加工工艺路线确定如下：工艺路线一：10毛坯采用20#钢模锻造毛坯外形，正火处理15探伤超声波探伤毛坯，检验合格后进入加工工序20铣以毛坯外表面为精基准，粗铣、半精铣圆弧端面25钻以圆弧端面为精基准钻扩孔19mm30铣以19mm轴线定位基准，粗铣圆弧底面35铣槽以19mm轴线定位基准，粗铣宽度为19mm的沟槽40钻以19mm轴线定位基准，钻扩螺纹孔M10X145中间检验对加工后的产品进行质量检验及尺寸校核50去毛刺去除加工后的表面毛刺55热处理对圆弧端面进行表面淬火以保证硬度HRC5263.60修正热处理后尺寸发生微量变化，对表面进行尺寸修正65清洗对加工后产品表面进行清理70终检产品终检，合格入库工艺路线二：10毛坯采用20#钢模锻造毛坯外形，正火处理15探伤超声波探伤毛坯，检验合格后进入加工工序20铣以毛坯外表面为精基准，粗铣、半精铣圆弧端面25钻以圆弧端面为精基准钻扩孔19mm30铣以19mm轴线定位基准，粗铣宽度为19mm的沟槽35铣槽以19mm轴线定位基准，粗铣圆弧底面40钻以19mm轴线定位基准，钻扩螺纹孔M10X145中间检验对加工后的产品进行质量检验及尺寸校核50去毛刺去除加工后的表面毛刺55热处理对圆弧端面进行表面淬火以保证硬度HRC5263.60修正热处理后尺寸发生微量变化，对表面进行尺寸修正65清洗对加工后产品表面进行清理70终检产品终检，合格入库上述方案主要是以19mm孔位基准,M10螺纹,槽的两侧面,这样可以修正由于基准不重合造成的加工误差,同时也照顾了加工路线方便的特点.综合选择方案一：10毛坯采用20#钢模锻造毛坯外形，正火处理15探伤超声波探伤毛坯，检验合格后进入加工工序20铣以毛坯外表面为精基准，粗铣、半精铣圆弧端面25钻以圆弧端面为精基准钻扩孔19mm30铣以19mm轴线定位基准，粗铣圆弧底面35铣槽以19mm轴线定位基准，粗铣宽度为19mm的沟槽40钻以19mm轴线定位基准，钻扩螺纹孔M10X145中间检验对加工后的产品进行质量检验及尺寸校核50去毛刺去除加工后的表面毛刺55热处理对圆弧端面进行表面淬火以保证硬度HRC5263.60修正热处理后尺寸发生微量变化，对表面进行尺寸修正65清洗对加工后产品表面进行清理70终检产品终检，合格入库1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“变速叉第一速及倒车”零件材料为20钢，生产类型为大批量生产，采用模锻毛坯。“变速叉”零件材料为20钢,毛坯重量约1.8Kg,生产类型为大批量生产,采用锻锤上合模锻毛坯.根据上述资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下:1. 19mm孔的两个上端面参照表3.1-56, 其加工余量Z=2mm.2. 82.2mm孔的两侧面,铣削公差-0.22mm. 参照表3.1-56, 其加工余量Z=2mm.精铣余量:单边0.7mm(见表8-31),铣削余量:Z=2.0-0.7=1.3mm,锻件偏差mm。由于设计规定的零件为大批量生产,应该采用调整法加工.因此在计算最大,最小加工余量时,应按调整法加工方式予以确定.5. 19mm孔参照, 其加工余量2Z=2mm.钻孔18.5mm,铰孔19mm.6. 82.2mm孔参照, 其加工余量2Z=2.5mm.粗镗R59.5mm,精镗82.2mm.厚度为8mm的两端面尺寸加工余量和工序间余量.毛坯名义尺寸:8+2*2=12mm毛坯最大尺寸:12+1.3*2=14.6mm毛坯最小尺寸:12-0.5*2=11mm粗铣后最大尺寸:8+0.7*2=9.4mm粗铣后最小尺寸:9.4-2*0.22=8.96mm精铣尺寸与零件尺寸相符,即8mm.1.6 毛坯种类的选择零件材料为20钢，考虑到零件在使用过程中起连接作用，分析其在工作过程中所受载荷，最后选用铸件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用砂型模锻，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为20#、生产类型为批量生产、结构形状不是很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择模锻成型。1.7 选择加工设备和工艺装备1.7.1 机床选用.工序端面加工是铣加工。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用铣床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的X52K型铣床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表.-。.工序钻孔，选用Z525摇臂钻床。1.7.2 选择刀具.在铣床上加工的工序,一般选用硬质合金铣刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金铣刀.钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册（主编 孟少农），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。1.7.3 选择量具本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。1.8 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“连接座” 零件材料为20钢，查机械加工工艺手册（以后简称工艺手册），表2.2-17 各种铸铁的性能比较，灰铸铁的硬度HB为143269，表2.2-23 灰铸铁的物理性能，20钢密度=7.27.3（），计算零件毛坯的重量约为2。表1-1 机械加工车间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型（零件重2000kg）中型（零件重1002000kg）轻型（零件重100kg）单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上根据所发的任务书上的数据，该零件的月工序数不低于3050，毛坯重量21902506.04.0端面、侧面底 面铸孔的机械加工余量一般按浇注时位置处于端面面的机械加工余量选择。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。1.9确定切削用量及基本工时（机动时间）工序20 以外圆表面为基准，粗铣半精铣圆弧端面机床：铣床X6132刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。齿 切削速度：参考有关手册，确定V=27m/min。采用高速钢三面刃圆盘铣刀，Z=10。工序25 钻扩19mm孔 1.先钻底孔钻孔18.5mm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。 ,V=17m/min. 采用高速钢钻头, 2.扩孔19mm. 采用高速钢绞刀,V=14.7m/min. 工序30 粗铣圆弧底面机床：数控铣床 VMC650 刀具：高速钢刀具 查夹具手册, 查夹具手册,V=40m/min. V=35m/min 工序40 钻M10螺纹孔并倒角1200；攻螺纹M10； (1)钻M10螺纹孔并倒角1200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 采用麻花钻,V=20m/min. （2） 攻螺纹M10.机床：钻床Z525刀具：根据参照参考文献3表4.39，选硬质合金丝锥 V=6m/min 第2章 工序20 粗铣半精铣圆弧端面夹具设计2.1研究原始质料利用本夹具主要用工序20 粗铣半精铣圆弧端面，要满足对称度要求以及其两边的平行度要求。在铣工序20 粗铣半精铣圆弧端面时，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。2.2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。外圆轮廓用V型块其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择外圆轮廓用V型块和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两支撑钉和外圆轮廓用V型块的端面作为定位夹具。 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。2.3 切削力及夹紧分析计算刀具：锯片铣刀（硬质合金） 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s=2.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力2.4 误差分析与计算（1）定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和一定位销，孔与销间隙配合。 （2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。2.5 零、部件的设计与选用2.5.1定位销选用本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如下表：表5.1 定位销dHD公称尺寸允差1216150.01122514M1242.5.2 定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。根据GB220780定向键结构如图所示： 图5.1 夹具体槽形与螺钉根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如表5.4：表5.4 定向键 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D180.0120.03525124124.518+0.0195对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。塞尺选用平塞尺，其结构如图5.3所示： 图5.3 平塞尺塞尺尺寸参数如表5.5：表5.5 塞尺公称尺寸H允差dC30.0060.252.6 夹具设计及操作的简要说明如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。23总 结加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低成本的目的。通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决，并夹紧都采