设计“换挡叉”的机械加工工艺规程与φ16孔的专用夹具

课程设计说明书题目 设计“换挡叉”的机械加工工艺规程与16 孔的专用夹具内容： 1、零件图1 张2、毛坯图.1 张3、机械加工工艺过程综合卡片1 套4、机械加工工序卡片.2 张5、夹具装配图1 张6、夹具零件图1 张7、课程设计说明书1 张设计资料：该零件图样中批量生产 手动夹紧 通用工艺装备目 录一、零件的工艺及性分析生产类型的确定 .51.零件的作用 .52 零件的工艺分析 .53.零件的生产类型 .6二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 .71.选择毛坯 .72.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 .7（1）最大轮廓尺寸 .7（2）公差等级 CT.7（3）要求的机械加工余量 .8（4）公差带的位置 .10（5）求毛坯基本尺寸 .113设计毛坯图 .12（1）确定铸造圆角 .12（2）确定铸造斜度 .12三、选择加工方法，制定工艺路线 .121定位基准的选择 .12（1） 、 粗基准的选择 .13（2） 、 精基准的选择 .132零件表面加工方法的选择 .133制定工艺路线 .14（1）工艺路线方案一 .14（2）工艺路线方案二 .15（3）工艺方案的比较与分析 .16四、工序设计 .161选择加工设备与工艺装备 .16五、确定切削用量及基本时间 .181. 工序 2 切削用量及基本时间的确定 .18（1）背吃刀量的确定 .18（2）进给量的确定 .18（3）铣削速度计算 .19（4）基本时间 .192.工序 8 切削用量及基本时间的确定 .19（1）背吃刀量的确定 .19（2）进给量的确定 .20（3）切削速度的确定 .20（4）基本时间 .20六、16 孔钻扩铰专用机床夹具设计 .201 设计主旨 .202 夹具设计 .20（1）约束自由度 .20（2）设计夹具定位夹紧结构 .20（3）定位误差分析 .21（4）夹紧力计算 .21七、方案综合评价与结论 .221 零件的工艺分析及生产类型的确定 换挡叉头以孔套在变素差叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴联接，换挡叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中，当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过换挡叉头部的操纵槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，换挡叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动以变换档位，从而改变机器的运转速度。换挡叉在改变档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应换挡叉的工作条件。该零件的主要工作表面为换挡叉脚两端面、叉轴孔和锁销孔，在设计工艺规程时应重点予以保证。2 零件的工艺分析分析零件图可知，拨插头两端面和差脚两端面均要求切削加工，且在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少里加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度； mm 孔的端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏以保证孔的16加工精度；另外，该零件除主要工作表面（换挡叉脚两端面、内表面mm 和差轴孔 mm）外，其余表面加工精度均较低，不需要高精07.43R027.16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质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。3.零件的生产类型依设计题目知：Q=4000 台/年，n=1 件/台；结合生产实际，备品率 和废品率 分别取为 4%和 1%。代入公式 N=Qn（1+） （1+）得该零件的生产纲领 N=40001（1+4%）（1+1%）=4201 件/年根据 45 钢密度为 7.85g/cm3，估算零件的重量小于 40kg,查表 1 可知属轻型零件，生产类型为中批生产。表 1 生产类型与生产纲领的关系同类零件的年产量 /件生产类型 重型（零件质量大于 2000kg）中型（零件质量1002000kg）轻型（零件质量小于 100kg）单件生产 1000 5000 50000产品代表 轧钢机 柴油机 缝纫机已知此拨叉零件的生产纲领为 4000 件/年，零件的质量是 1.0Kg/个，该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1.选择毛坯由于该换挡叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强换挡叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用铸件，该换挡叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属于中批生产，为提高生产率和铸件精度，以采用砂型铸造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为 5。2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差查铸件尺寸公差与机械加工余量确定步骤如下（1）最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长 100mm，宽 42mm，高 136mm。故最大轮廓尺寸为 136 mm.。（2）公差等级 CT由于铸件选择机器造型，材料为 ZG45，生产类型为大批量，查表 2 得铸件公差等级 CT 为 812 级，取 10 级。表 2 大批量生产的毛坯铸件的公差等级公差等级 CT方法 铸件材料钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铜合金 锌合金砂型铸造手工造型1114 1114 1114 1114 1013 1013砂型铸造机器造型和壳型812 812 812 812 810 810金属型铸造 810 810 810 810 79压力铸造 68 46水玻璃 79 79 79 58熔模铸造 硅溶胶 46 46 46 46（3）要求的机械加工余量 由表 3 得铸件机械加工余量等级为 FH，取 G 级。表 3 毛坯铸件典型的机械加工余量等级要求的机械加工余量等级铸件材料方法钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铜合金 锌合金砂型铸造 GK FH FH FH FH FH手工造型砂型铸造机器造型和壳型FH EG EG EG EG EG金属型铸造 DF DF DF DF DF 压力铸造 BD BD熔模铸造 E E E E对所有加工表面取同一个数值，由表 4 查最大轮廓尺寸为 136 mm，机械加工余量等级为 H 级，得 RMA 数值为 3 mm表 4 要求的铸件机械加工余量（RMA） /mm最大尺寸 要求的机械加工余量等级大于 至 C D E F G H I J40 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 1.440 63 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 263 100 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4100 160 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6160 250 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8250 400 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5 7 10400 630 1.1 1.5 2.2 3 4 6 9 12（4）公差带的位置根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级 CT 为 9，由表 6 得公差带的位置（注：除非另有规定，公差带应相对于基本尺寸对称分布，即一半在基本尺寸之上，一半在基本尺寸之下）表 6 铸件尺寸公差 /mm毛坯铸件基本尺寸 铸件尺寸公差等级 CT大于 至 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1310 0.26 0.36 0.52 0.74 1 1.5 2 2.8 4.210 16 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3.0 4.416 25 0.30 0.42 0.58 0.82 1.2 1.7 2.4 3.2 4.6 625 40 0.32 0.46 0.64 0.9 1.3 1.8 2.6 3.6 5 740 63 0.36 0.50 0.70 1 1.4 2 2.8 4 5.6 863 100 0.40 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6 9100 160 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10160 250 0.50 0.72 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11250 400 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6.2 9 12400 630 0.64 0.9 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14（5）求毛坯基本尺寸 换挡叉铸件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下表 5 换挡叉毛坯（铸件）尺寸 /mm加工表面公差等级加工面基本尺寸铸造尺寸公差机械加工余量公差等级RMA毛坯基本尺寸换挡叉头部上端面10 21 2.4 G 1.4 23.6换挡叉头部方槽两侧面 0换挡叉头部方槽底面 0换挡叉头部两侧面10 42 2.8 G 1.4 46.2螺纹孔端面 10 14 2.2 G 1.4 16.5孔16 0换挡叉脚两端面 10 8 2 G 1.4 11.8换挡叉脚内表面 10 R43 3.2 G 1.4 R40.83设计毛坯图（1）确定铸造圆角对于金属型铸造铸件一般统一用 R3、R5。查金属加工工艺及工装设计表 1-16，最小铸造圆角为 R2。（2）确定铸造斜度 查金属加工工艺及工装设计表 1-15，取铸造圆角为 1.14。三、选择加工方法，制定工艺路线1定位基准的选择（1） 、 粗基准的选择选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。粗基准：选择换挡叉脚两端面和内表面作为粗基准。（2）、 精基准的选择根据该换挡叉零件的技术要求和装配要求，选择换挡叉头右端面和叉轴孔mm 做为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，027.16即遵循了“基准统一”原则。叉轴孔 mm 的轴线是设计基准，选用其做精基准定位加工换挡叉脚027.两端面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用换挡叉左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该换挡叉在轴方向的尺寸多以该端面作为设计基准；另外，由于换挡叉刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避面在机械加工中产生加紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能做用在叉杆上。选用换挡叉头右端面作精基准，夹紧可作用在换挡叉左端面上，加紧稳定可靠。2零件表面加工方法的选择零件的加工面有圆、内孔、端面、槽等，材料为 ZG45。参考设计指南表 515、表 516 等，其加工方法选择如下：一、 16H8 圆孔上端面：公差等级为 IT12，表面粗糙度为 12.5m , 采用粗铣加工方法。二、 16H8 圆孔下端面。公差等级为 IT12，表面粗糙度为 12.5m, 采用粗铣加工方法。三、86 35 圆孔上表面。公差等级为 IT6，表面粗糙度为 0.8m，采用粗铣精铣磨削加工方法。四、86 35 圆孔下表面。公差等级为 IT6，表面粗糙度为 0.8m，采用粗铣精铣磨削加工方法。五、 16H8 圆孔。公差等级为 IT6，表面粗糙度为 0.2m，采用钻扩粗铰精铰加工方法。六、深度 H8 的螺纹孔 M10 的表面。未注公差等级，根据 GB180079 规定公差为 4H-7H，表面粗糙度为 3.2m ，采用的加工方法为钻孔攻丝七、86 圆孔。公差等级为 IT9，表面粗糙度为 3.2m，采用粗镗半精镗加工方法。八、宽度 42 的上端面。公差等级为 IT14，表面粗糙度为 6.3m，采用粗铣加工方法。九、深度 10 宽 14 的方形槽。公差等级为 IT11，表面粗糙度为 3.2m，采用粗铣半精铣加工方法。十、2 的通孔。公差等级为 IT12，表面粗糙度为 12.5m，采用钻的加工方法。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等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。（1）工艺路线方案一工序一：粗铣换挡叉头上下两端面工序二：粗铣换挡叉脚和头部两端面工序三：粗铣换挡叉头部方槽 工序四：粗镗 R41 孔工序五：精铣换挡叉头部 11 方槽工序六：钻 扩 铰 16 孔至图样工序七：锪 mm 孔处倒角 14516工序八：钻 2 孔工序九：粗铣螺纹孔端面工序十：钻 M10mm 底孔 8.5mm 倒角 ，攻 M10mm 螺纹120工序十一：精镗 R43 孔工序十二：精铣磨削换挡叉脚两端面工序十三：中检工序十四：热处理换挡叉脚两侧面和方槽两侧面高频淬火工序十五：磨削换挡叉脚两端面工序十六：铣开拨叉工序十七：去毛刺，倒角工序十八：清洗工序十九：终检（2）工艺路线方案二工序一：粗铣换挡叉头左右两端面工序二：钻 mm 孔。16工序三：拉 mm 孔至图样尺寸。工序四：锪 mm 孔处倒角 145。16 工序五：粗铣换挡叉头上端面。工序六：粗铣精铣换挡叉头部方槽。工序七：粗铣精铣磨削换挡叉脚两端面。工序八：粗铣精铣换挡叉脚内表面。工序九：粗铣螺纹孔端面。工序十：钻 M10mm 底孔 8.5mm，倒角 120 ，攻螺纹 M10mm。工序十一：清洗。工序十二：终检。（3）工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案二是先加工换挡叉头部两端面及 16mm孔，再加工换挡叉头部方槽，再加工换挡叉脚部端面及内表面，最后加工M10mm 螺纹孔。方案一是先加工换挡叉头部两端面及 16mm 孔，再加工换挡叉脚部端面及内表面，再加工换挡叉头部方槽，最后加工 M10mm 螺纹孔。显然在加工换挡叉脚部端面及内表面之后在加工换挡叉头部方槽，较易保证方槽的加工精度和形位公差，所以方案一较合理。四、工序设计1选择加工设备与工艺装备在综合考虑工序顺序安排原则的基础上，表 6 列出了换挡叉的工艺路线。表 6 换挡叉工艺路线及定位基准、设备的选用工序号 工序名称 机床设备 刀具 定位基准1同时粗铣换挡叉头上下两端面卧式双面铣床三面刃铣刀叉脚左侧边2粗铣换挡叉头部和叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀叉头部上下端面3粗铣换挡叉头部方槽立式铣床X51铣刀 叉顶部侧面4 粗镗 R41 孔 镗床 68 镗刀 叉头部左右端面5精铣换挡叉头部 11方槽立式铣床X51铣刀叉头部左右端面、叉脚内表面6钻 扩 铰 16 孔至图样四面组合钻床麻花钻、扩孔钻、机用铰刀叉脚内表面和叉顶部侧面7锪 16mm 孔处倒角 145钻床 锪钻叉脚内表面和叉顶部侧面8 钻 2mm 通孔 立式钻床 麻花钻16mm 孔，叉脚内表面，叉头右端面9 粗铣螺纹孔端面立式铣床X51铣刀 16mm 孔，叉脚内表面10钻 M10mm 底孔 8.5mm 倒角 120，攻 M10mm 螺纹四面组合钻床麻花钻，锪钻16mm 孔，叉脚内表面，叉头右端面11 精镗 R43 孔 镗床 68 镗刀 16mm 孔12粗铣精铣换挡叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀16mm 孔，叉头部右端面13 中检14热处理换挡叉脚两侧面和方槽两侧面高频淬火淬火机等15磨削换挡叉脚两端面平面磨床M7120A砂轮 16mm 孔，叉头部右端面16 铣开拨叉 X5032指状成形铣刀16mm 孔，叉头部右端面17 去毛刺，倒角 钳工台18 清洗 清洗机19 终检五、确定切削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量 ap、进给量 f 和切削速度 v。确定顺序是先确定ap、f ，再确定 v。1. 工序 2 切削用量及基本时间的确定该工序就一个工步，即同时粗铣换挡叉头左右两个端面。（1）背吃刀量的确定 mm1.2)4.6(pa（2）进给量的确定 由表 5-71，按机床功率 510kW、工件夹具系统刚度为中等条件选取，该工件的每齿进给量 取为 0.08mm/z。zf（3）铣削速度计算 由表 5-71，按镶齿铣刀、d/z=80/10 的条件选取，铣削速度 v 可取为44.9m/min。由公式 n=1000v/d 可求得该工序铣刀转速，即n=100044.9m/min/80=178.65r/min ，参照表 5-72 所列 X51 型立式铣床的主轴转速，取转速 n=160r/min。再取此转速代入速度公式，可求出该工序的实际铣削速度v=nd/1000=40.2m/min。（4）基本时间根据机械制造课程设计指南表 2-28：=22mm，lmm，54.21)48608(5.0)31(5.021 eadlmm 2l sflTMzj 4.12min.01608.25421 2.工序 8 切削用量及基本时间的确定钻通孔 2mm。（1）背吃刀量的确定 mm。2pa（2）进给量的确定=0.08mm。f（3）切削速度的确定v=20m/min。（4）基本时间=29mm，lmm，7.154cot2)1(cot211 rdDlmm, l s