机械制造技术课程设计-倒档变速叉加工工艺及钻M10螺纹孔夹具设计（全套图纸）

分 类 号 密 级 宁设计(论文) 倒挡变速叉零件的机械加工工艺及夹具设计所在学院机械与电气工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级12机自x班姓 名学 号指导老师诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）倒挡变速叉零件的机械加工工艺及夹具设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： (手签) (手签) 2016 年 3 月 31 日摘 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，设计全套图纸加153893706IIIAbstractThis 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, design目 录摘 要IAbstractII目 录III序 言1第1章 零件的分析21.1 零件的作用21.2 零件的工艺分析2第2章 工艺规程的设计42.1 确定毛坯的制造形式42.2 基准的选择42.3制定工艺路线52.4 倒挡变速叉的偏差计算62.5 切削用量以及机床的确定7第3章 加工M10底孔夹具设计143.1 夹具的夹紧装置和定位装置143.2 夹具的导向153.3 钻孔与工件之间的切屑间隙1 2153.4 钻模板163.5定位误差的分析163.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用173.7 确定夹具体结构和总体结构183.8 夹具设计及操作的简要说明19总结与展望20参考文献21致 谢23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。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）16孔的上端面; （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。1 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铣粗铣24右端面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80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可知其粗铣时精度等级为IT12，粗铣平面时厚度偏差取精铣：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。扩孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。铰孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是。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，精加工为。2.5 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，此为细齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取根据参考文献3表2.481，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取：根据参考文献3表2.481，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 走刀次数为1机动时间：机动时间：所以该工序总机动时间工序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，此为细齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取根据参考文献3表2.481，取铣削速度每齿进给量：根据参考文献3表2.473，取：根据参考文献3表2.481，取铣削速度机床主轴转速：按照参考文献3表3.131，取 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 走刀次数为1机动时间：机动时间：所以该工序总机动时间工序50：钻、扩、铰孔16。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，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10mm， 故， （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，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即，查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10mm， 故， （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，切屑速度：，则修正后的切屑速度，即，查参考文献2表3.17，取，故实际切屑速度为。切屑用时：=10mm， 故，。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=5mm2) 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/min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。所以实际切削速度=当=22.5r/min时，工作台的每分钟进给量应为=fZ=0.31022.5=67.5(mm/min)， 查机床说明书有=60(mm/min)5) 削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=1.5(min) t=0.75(min)铣两次的总时间为t=1.5+0.75=2.25min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 35040167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 纵向进给量 0.5B20mm(双行程) 3)切削工时 式中 D-被加工直径 b-加工宽度 Z-单边加工余量 K-系数 V-工作台移动速度 -工作台往返一次砂轮轴向进给量 -工作台往返一次砂轮径向进给量 0.55(min)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 35040167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纵向进给量 0.5B20mm(双行程) 3)切削工时 式中 D-被加工直径 b-加工宽度 Z-单边加工余量 K-系数 V-工作台移动速度 -工作台往返一次砂轮轴向进给量 -工作台往返一次砂轮径向进给量 0.3(min)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：根据参考文献3表查得：进给量,切削速度。机床主轴转速：，按照参考文献3表3.131，取。实际切削速度：切削工时被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取。加工基本时间： 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。 则取确定切削速度，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 （3-20）查得参数为，刀具耐用度T=35则 =1.6所以 =72选取 所以实际切削速度为=2.64确定切削时间（一个孔） =第3章 加工M10底孔夹具设计3.1 夹具的夹紧装置和定位装置夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹具受力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的。典型的螺旋夹紧机构的特点：（1）结构简单；（2）扩力比大；（3）自琐性能好；（4）行程不受限制；（5）夹紧动作慢。夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置，在此套夹具中，中间传动装置和夹紧元件合二为一。力源为机动夹紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧和定心作用。如图4.1所示在这次夹具设计中，定位是采用一根心轴和一个定位插销来定位水平方向的。在垂直方向，用两个同心半圆环来定位。当被加工零件放到夹具体同心圆环上后，用定位插销把夹具上的钻模板和零件通过先加工的孔进行定位，把压板压紧，之后取出定位插销。3.2 夹具的导向在钻床上加工孔时，大都采用导向元件或导向装置，用以引导刀具进入正确的加工位置，并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的刚性，从而保证零件上孔的精度，在钻床上加工的过程中，导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等，因此，导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精度有这十分重要的作用。导向元件包括刀杆的导向部分和导向套。在这套钻床夹具上用的导向套是钻套。钻套按其结构可分为固定钻套，可换钻套，快换钻套及特殊钻套。因此套钻夹具加工量不大，磨损较小，孔距离精度要求较高，则选用固定钻套。如图4.2。直接压入钻模板或夹具体的孔中。图4.2 钻套钻模板与固定钻套外圆一般采用H7/h6的配合。且必须有很高的耐磨性，材料选择20Mn2。淬火HRC60。我选择的钻套:12.5F7*22K6*35 GB2264-1991。相同的，为了防止定位销与模板之间的磨损，在模板定位孔之间套上两个固定衬套。选取的标准件代号为12*18 GB2263-1991。材料仍选取T10A， 淬火HRC60。公差采用H7/p6的配合。3.3 钻孔与工件之间的切屑间隙1 2钻套的类型和特点:1、固定钻套：钻套直接压入钻模板或夹具体的孔中，钻模板或夹具体的孔与钻套外圆一般采用H7/n6配合，主要用于加工量不大，磨损教小的中小批生产或加工孔径甚小，孔距离精度要求较高的小孔。2、可换钻套：主要用在大批量生产中，由于钻套磨损大，因此在可换钻套和钻模板之间加一个衬套，衬套直接压入钻模板的孔内，钻套以F7/m6或F7/k6配合装入衬套中。3、快换钻套：当对孔进行钻铰等加工时，由于刀径不断增大，需要不同的导套引导刀具，为便于快速更换采用快换钻套。4、特殊钻套：尺寸或形状与标准钻套不同的钻套统称特殊钻套。钻套下端面与工件表面之间应留一定的空隙C，使开始钻孔时，钻头切屑刃不位于钻套的孔中，以免刮伤钻套内孔，如图4.3。图4.3 切屑间隙 C=(0.31.2)d。在本次夹具钻模设计中考虑了多方面的因素，确定了设计方案后，选择了C=8。因为此钻的材料是铸件，所以C可以取较小的值。3.4 钻模板在导向装置中，导套通常是安装在钻模板上，因此钻模板必须具有足够的刚度和强度，以防变形而影响钻孔精度。钻模板按其与夹具体连接的方式，可分为固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、滑柱式钻模板和活动钻模板等。在此套钻模夹具中选用的是可卸式钻模板，在装卸工件时需从夹具体上装上或卸下，钻模板在夹具体上采用定位销一面双孔定位，螺栓紧固，钻模精度较高。43.5定位误差的分析制造误差ZZ （1）中心线对定位件中心线位置精度. 取.（2）内外圆同轴度误差（查表P297）.故，.则.知此方案可行。3.6 钻套、衬套、钻模板设计与选用工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。为了减少辅助时间采用可换钻套，以来满足达到孔的加工的要求。表dDD1Ht基本极限偏差F7基本极限偏差D601+0.016+0.0063+0.010+0.004669-0.00811.84+0.016+0.00871.82.6582.63698121633.3+0.022+0.0103.347+0.019+0.010104581156101310162068+0.028+0.01312+0.023+0.0121581015181220251012+0.034+0.0161822121522+0.028+0.01526162836151826300.0121822+0.041+0.02030342036HT200222635+0.033+0.017392630424625HT200563035+0.050+0.0254852354255+0.039+0.0205930566742486266485070740.045钻模板选用翻转钻模板，用沉头螺钉锥销定位于夹具体上。3.7 确定夹具体结构和总体结构对夹具体的设计的基本要求（1）应该保持精度和稳定性在夹具体表面重要的面，如安装接触位置，安装表面的刀块夹紧安装特定的，足够的精度，之间的位置精度稳定夹具体，夹具体应该采用铸造，时效处理，退火等处理方式。（2）应具有足够的强度和刚度保证在加工过程中不因夹具受力，切削力等外力变形和振动是不允许的，夹具应有足够的厚度，刚度可以适当加固。（3）结构的方法和使用应该不错夹较大的工件的外观，更复杂的结构，之间的相互位置精度与每个表面的要求高，所以应特别注意结构的过程中，应处理的工件，夹具，维修方便。再满足功能性要求（刚度和强度）前提下，应能减小体积减轻重量，结构应该简单。（4）应便于铁屑去除在加工过程中，该铁屑将继续在夹在积累，如果不及时清除，切削热的积累会破坏夹具定位精度，铁屑投掷可能绕组定位元件，也会破坏的定位精度，甚至发生事故。因此，在这个过程中的铁屑不多，可适当增加定位装置和夹紧表面之间的距离增加的铁屑空间：对切削过程中产生更多的，一般应在夹具体上面。（5）安装应牢固、可靠夹具安装在所有通过夹安装表面和相应的表面接触或实现的。当夹安装在重力的中心，夹具应尽可能低，支撑面积应足够大，以安装精度要高，以确保稳定和可靠的安装。夹具底部通常是中空的，识别特定的文件夹结构，然后绘制夹具布局。图中所示的夹具装配。加工过程中，夹具必承受大的夹具受力切削力，产生冲击和振动，夹具的形状，取决于夹具布局和夹具和连接，在因此夹具必须有足够的强度和刚度。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便于铁屑。此外，夹点技术，经济的具体结构和操作、安装方便等特点，在设计中还应考虑。在加工过程中的切屑形成的有一部分会落在夹具，切割积累太多会影响工件的定位与夹紧可靠，所以夹具设计，必须考虑结构应便排出铁屑。3) 夹具体设计夹具体的作用是将定位、夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时，能承受一部分切削力。扩大头孔夹具体图如下： 夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。3.8 夹具设计及操作的简要说明由于是大批大量生产，主要考虑提高劳动生产率。因此设计时，需要更换零件加工时速度要求快。本夹具设计，用移动夹紧的大平面定位三个自由度，定位两个自由度，用定位块定位最后一个转动自由度。此时虽然有过定位，但面是经精铣的面，定位是允许的。22总结与展望总结与展望在本次设计中，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。但也有不足之处：特别是对于镗孔夹具，在刀具加工完退出工件孔时，有可能会划伤工件内孔表面，本可以在夹具体内部设置液压升降系统，使工件孔与定位立台可升可降