毕业设计---副变速拨叉加工工艺编制及工装夹具数字化设计.doc

摘 要 本毕业设计的题目是副变速拨叉加工工艺编制及工装夹具数字化设计，本次的毕业设计论文分成两大部分：第一部分主要是副变速拨叉的工艺规程设计。其中包括采用CAD绘制零件图、设计加工工艺、绘制加工工艺卡片和加工工艺规程卡。其主要内容是：了解零件的作用，确定生产类型，零件的工艺性分析，确定毛坯制造形式，制定工艺路线（选择各种面的加工方法，确定加工的粗基准和各个加工面加工的精基准，拟定各个面的加工路线、安排工序顺序，安排辅助工序），选择机床及工艺设备，确定机械加工余量、各工序的加工余量、工序尺寸和尺寸公差，确定各个工序的定位、夹紧方案，计算每道工序的切削用量和基本工时。第二部分主要是两道工序的夹具设计。在这一部分的内容中，主要包括确定定位、夹紧方案，该工序定位元件的选择，确定定位基准，设计夹紧机构，合理安排夹具方向、手柄方位来方便工人操作，计算切削力及所需夹紧力，校核夹紧力是否满足要求，计算定位误差及验证定位方案的合理性。关键词：副变速拨叉 工艺设计 夹具设计ABSTRACT The graduation project is titled preparing the machining process of the subtransmission fork and the fixture of digital design, this design graduate thesis is divided into two parts: The first part is mainly the machining process planning of subtransmission fork . It includes the use of CAD drawing parts drawing, design machining process, drawing machining processing cards and process planning cards. Its main contents are: Understanding the function of parts,determining the type of production, analysing the manufacture technics of parts, determining the form of manufacturing the blank , formulation process route (choose processing methods of a variety of surfaces, determine the crude datums of processing and machining precision datums of various machined surfaces, draw up the processing route of various machined surfaces, arrange the order of processing steps and auxiliary processing steps), select the machine and processing equipment, determine the machining allowance and each processing surface allowances and processing dimensions and dimensional tolerances, determine the program of positioning and clamping the workpiece at various processing steps, calculate the cutting conditions of each processing steps and the basic task time. The second part is mainly fixture design of two processing steps . In this part of the content, including determining positioning and clamping scheme,select the positioning component of the processing step, determine the positioning datums, design clamping mechanism, reasonable arrange fixture direction and handle position to facilitate workers to operate, and calculate cutting force and the required clamping force, check out if the clamping force meets the requirements, calculate the positioning error and verificate the positioning scheme is reasonable.Key words: subtransmission fork design machining process fixture design 目 录第一章 序论1第二章 零件的分析21.1零件的作用21.2零件的工艺分析31.3确定生产类型31.4确定毛坯3第二章 工艺规程的设计42.1确定加工基准42.1.1粗基准的选择42.1.2精基准的选择42.2确定工艺路线52.2.1确定面、孔的加工路线52.2.2安排工艺顺序52.4刀具及工装设备的选择62.3确定机械加工余量、工序尺寸和公差62.3.1确定加工余量62.3.2确定工序尺寸和公差72.4确定定位方案82.5计算各工序的切削用量92.5.1工序3 粗车24外圆92.5.2工序4 铣右端面92.5.3工序5 钻14孔10第三章 加工14孔的夹具设计113.1选择定位、夹紧元件113.2计算切削力及所需夹紧力123.3校核夹紧力123.4验证定位方案的合理性12第四章 加工宽14槽的夹具设计133.1选择定位夹紧元件133.2计算铣削力及所需夹紧力133.3校核夹紧力143.4验证定位方案的合理性14谢 辞14参考文献15 17 大连交通大学2013届本科生毕业设计（论文）第一章 序论 本次毕业设计不仅是对副变速拨叉零件加工工艺规程以及某工序专用夹具的设计，更加为了能提供我们一次让理论知识用于实践的机会，让平时所学都能得以应用。在寻找设计中的问题并解决这一过程当中，让我们在不断的修正当中补充自己关于合理设计工艺、夹具的知识，更加结合实际，考虑加工时的现实条件，如：工人拿取工件如何更加方便，在不必要的时候可以省去一些夹具，重分考虑经济效益选择刀具和机床，为了方便工件装夹可以在制造毛坯时加大某加工面的余量等。虽然对于副变速拨叉的工艺设计已经日趋成熟，但仍有许多问题值得我们注意，如：工件的刚度不强会在加工中产生变形，这样的变形我们如何能避免或减小；24 mm外圆面经常作为粗基准会大大加大加工误差；还有一些可以提高加工效率的方法可以使用：一个刀架上同时安装多把刀来同时加工；Y Zheng（）就提出可以使用夹具的静态方法用于估计正常的接触刚度和各影响因素，提高夹具的接触刚度从而提高其耐磨性和定位精度；在这次设计过程中需要我们运用机械制造基础以及精度设计的相关知识，并要结合零件的实际情况、材料、切削力、工艺性等等来完成本论文的两部分内容，一部分是工艺规程设计，一部分是夹具设计。制定工艺规程的指导思想是：保证质量、提高质量、降低成本。而且零件的工艺过程要能可靠地保证图纸上所有技术要求的实现，这是制定工艺规程的基本原则。设计夹具的原则是：易于保证加工精度，并使一批工件的加工精度稳定；缩短辅助时间，提高劳动生产率，降低生产成本；便于排屑，有良好的工艺性；减轻工人操作强度，降低对工人的技术要求。本设计（论文）就旨在发现加工可能出现的诸多影响加工质量的问题并消除或减少误差。在遵循设计指导思想下安排合理可行的工艺过程，达到加工要求。并参照相关资料来来改进加工过程并不断完善。就我个人而言，希望本次设计可以提升自己的专业素质，充分锻炼自己自我学习的能力，为以后的工作和研究提前做好准备。第二章 零件的分析1.1零件的作用 副变速拨叉是齿轮变速箱的重要部件。在车床上，副变速拨叉的14 mm的孔与拨叉轴相连，24 mm的外圆与凸轮连接。其作用是在操纵机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置实现变速，或者应用于控制离合器的啮合、断开的机构中从而控制横向或纵向进给(林光堃1)。在汽车上，拨叉是一种辅助零件。通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的啮合用来推动变速器齿轮，改变齿轮位置的工具。通过将齿轮改变位置来改变齿比，以达到变速的目的。变速器的齿轮都是装在主轴和副轴上，通过拨叉来推动它们的前进或后退就可以改变齿比（耿立涛2)。 1.2零件的工艺分析 首先对拨叉进行工艺学分析，由零件图可知，其材料为KTH350-10该材料具有一定的强度、刚度和韧性，易于锻造、铸造加工。该零件形状特殊，结构一般复杂，属叉杆类零件。拨叉脚两端面、变速叉轴孔14H9mm和两耳内表面14H13mm是重要工作表面，其他表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求，而主要加工表面虽然加工精度相对较高，但也可以再正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来(彭红梅3)。由此可见，该零件的工艺性较好。可一旦考虑到夹紧力定位等现实的状况，就会出现许多问题。再对零件图加工技术要求进行分析，本零件的结构复杂，且重量轻，适合砂型铸造。且本零件的加工要求精度较低，一般用粗加工即可达到。特别注意，有两处有较高的形位要求，如表1-1所示：表1-1 零件图的形位要求标注面标注内容基准14内孔直线度0.025 mm14宽槽对称度0.4 mm8.7 mm内孔两叉脚左右端面垂直度0.1 mm24 mm外圆面的轴线 由表1-1可以看出14 mm内孔需要精加工来达到其直线度的要求；而加工14宽槽时需要以8.7 mm内孔为定位基准保证其对称度；在加工叉脚端面时也需要以24 mm外圆面的轴线为定位基准。这些内容再加工工艺规程当中需要首先考虑，并要设计方案满足其形位的要求，保证加工零件的质量。1.3确定生产类型 查相关资料得该零件的质量大约为3 KG，由表3-4(4)得不同机械产品的零件类型 和表3-5生产纲领与生产的关系可查得生产纲领为大批量生产，年产量约为6000件/年。1.4确定毛坯 确定铸造公差等级：由于工件材料是可锻铸铁，所以最好选择铸造的毛坯加工方法。首先根据表2-1 大批量生产的毛坯铸件的公差等级 (5)对于可锻铸铁、砂型铸造查出公差等级为810。确定铸造的加工等级：由表2-3毛坯铸件典型的机械加工余量等级当可锻铸铁由砂型铸造时的加工等级是DF级，选E级。确定机械加工余量：根据表2-4 当铸造等级是E级时，机械加工余量（RAM）=0.7mm由机械加工余量来确定毛坯的尺寸，再根据表2-3 铸件等级公差表来选取毛坯各尺寸的公差。对于直径小于30 mm的孔，不铸出孔，所以14 mm和8.7 mm内孔不用铸出。对于14宽的槽铸出可以大大提高加工时间，由于加工余量的减小也可以减小加工时零件的受力变形，提高加工精度，故要铸出14宽的槽。第二章 工艺规程的设计2.1确定加工基准 在确定工艺路线之前首先要确定加工的精粗基准。因为正确地选择基准不仅可以更好地保证加工精度和质量，而且也可以提高加工效率。在实际生产中，如果没有合理地选择粗精基准将会浪费生产资料、增加生产成本，更甚者会产生大量废品。2.1.1粗基准的选择 粗基准是以未加工表面为加工基准，首先24外圆为未加工面，许多的加工工艺过程都以它为粗基准，但是，加工叉脚两侧以及钻14内孔都是必须以24外圆为基准，重复使用同一粗基准在两次安装下加工出的诸表面之间将会有相当大的位置误差。所以使用左端面为粗基准，加工右端面，再以右端面为精基准加工左端面和钻14孔，遵循互为基准原则，保证孔与端面的垂直度以及两端面的平行。2.1.2精基准的选择一般选择设计基准为精基准，而且重复使用同一精基准可以较方便地加工所有其他各表面，从副变速拨叉的零件图可以看出右端面和孔轴线为设计基准，所以选取右端面为主要的精基是合理的。加工左端面时以右端面为精基准；加工14孔以24外圆为精基准，所以在所有工序之前要先粗加工24外圆；加工叉脚内侧和端面以右端面和14内孔为精基准，保证叉脚端面和内孔轴线的垂直度。各个加工面的精基准选择如下表2-1 表2-1 初选各个加工面的精基准加工内容精基准钻14孔24外圆铣右端面24外圆铣左端面右端面铣叉脚内侧14内孔铣叉脚两端面24外圆铣14宽槽14内孔2.2确定工艺路线2.2.1确定面、孔的加工路线 首先，所有的面的工差都要求的是IT13等级，Ra12.5。对于这样的精度要求，只需要粗加工既可以达到。由于是大批量生产，为了提高效率，选择粗铣左右端面，叉脚内侧和两端面也只需粗铣。对于有特殊形位要求的表面：14的内孔由于有高的直线度和表面粗糙度要求，在钻床上只能达到IT13的加工精度和Ra12.5的粗糙度，所以需要在钻孔之后进行拉孔，以保证直线度达到78级精度，达到Ra3.2的粗糙度要求（4）。 已知零件图的要求形状公差如图2-1：图2-1 14孔的加工要求 根据最大实体要求(MMR)：当最大实体要求应用于被测要素时，被测要素的形位公差值是在该要素处于最大实体状态时给出的，即孔的最大实体实效尺寸=，即 mm，且体外作用尺寸=13.975 mm，故实际尺寸的合格范围：13.97514.043 mm，查表3.8（5）得拉孔可以达到IT78级，查公差表得公差为0.046 mm14.043-13.975=0.068 mm故可以满足零件图的尺寸要求。 查表3.9（4）各种机床上加工时形位精度的平均经济精度得卧式铣床的经济加工垂直度为0.04/150 mm0.1 mm，故在以24外圆为基准加工时可以满足垂直度的要求。根据国标GB2204-80查得8.7 mm可换削边销的定位轴与固定轴的同轴度误差为0.01 mm，则槽相对于8.7 mm可换削边销轴线的对称度误差为：20.01 mm=0.02 mm所需的夹紧力=23.724 N，故满足夹紧工件要求，夹紧机构设计合格。3.4验证定位方案的合理性本定位方案用v型块定位，计算定位误差：=0mm= = =0.15mm=0mm钻套的y方向的定位尺寸为 mm,公差带为0.63mm。那么 0.63 mm，故定位方案可以保证加工精度，设计定位方案合理可行。第四章 加工宽14槽的夹具设计3.1选择定位夹紧元件 定位方案： 加工14宽槽用14的固定定位销限制工件的4个自由度，由于要保证槽对8.7孔的对称度要求，故用8.7的可换削边销来限制y方向的移动，21的半圆定位块来限制y方向的转动。夹紧方案：用螺旋夹紧机构，使用压块夹紧工件的左端面，防止工件的上下移动及转动。3.2计算铣削力及所需夹紧力查表4-20 得计算铣削力公式： =384.17N（其中工件材料的修正系数=0.96；背吃刀量=1mm；每齿进给量 =0.14 mm/z；铣削宽度=14mm；铣刀齿数=10。）计算安全系数=1.21.21.21.01.31.01.0=2.2464则 所需的夹紧力根据左图的受力分析得： =2.2464384.17/0.16=5393.75 N （图中=0.16）3.3校核夹紧力查表4-23，当压紧螺栓螺纹直径为16mm，螺距为2mm，手柄长度190mm，作用力为65 N时，夹紧机构产生的作用力为7900 N所需的夹紧力=5393.75 N。故夹紧机构满足夹紧工件的要求，夹紧机构设计合格。3.4验证定位方案的合理性本定位方案使用14的固定定位销来定位工件，可以简化成“水平心轴定位”的情况：=+，=+根据标准JB/T8014.2-1999，14固定定位销的固定轴在夹具体支架的尺寸为： 、固定轴和定位轴的同轴度误差为0.01 mm。即=0.034-0.023 mm=0.011 mm，=0.01 mm。由加工14孔之后的工序尺寸为： mm ，故=0.018 mm。故X方向上的定位误差：=0.01+0.011+0.018 mm=0.04 mm。零件图要求的尺寸为： ，故此方案的定位误差 （ 0.27）= 0.09 mm。用8.7可换削边销限制y方向的移动，根据国标GB2204-80查得8.7 mm可换削边销的定位轴与固定轴的同轴度误差为0.01 mm，则Y方向上的定位误差=20.01mm=0.02 mm （所以此方案可以保证加工精度，设计方案合理可行。谢 辞在三个多月的时间里，在指导老师的辛苦教导下，终于给这次“副变速拨叉加工工艺编制及工装夹具数字化设计”的毕业设计打下了句号。我本人不仅在专业知识上收获不少，也从老师身上学到一些自己不曾注意的细节，如：工艺规程设计时老师就多次提醒自己零件图的