机械制造课程设计拨叉.doc

一、零件分析（一）拨叉的作用拨叉是车床变速箱换挡机构中的一个主要零件(位置如图1所示),主要起换挡作用。通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不同的齿轮啮合从而达到要求的主轴转速。如果拨叉槽口的配合尺寸精度不高时，滑移齿轮就达不到要求的定位精度，这样滑移齿轮就不能很好的与其他齿轮进行正确有效的啮合，从而影响整个传动系统的工作。所以拨叉宽度为30mm的上端面和宽度为18H11槽的侧面以及内花键的精度要求较高。图1 卧式车床主轴展开图（二）拨叉的工艺分析该拨叉尺寸比较小，结构形状较复杂，属于典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔与叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作过程中受轻微冲击载荷，为保证拨叉换挡时叉脚受力均匀，要求底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求为0.08mm。拨叉的顶面要与换挡手柄等零件相配合，因此为使工作时拨叉承受水平方向上的力要求上端面与叉轴孔轴线有平行度要求为0.10mm。故该零件的主要加工表面为叉轴孔、叉脚底槽侧面和拨叉上端面，由于这些主要加工表面的精度相对较低，因此采用较经济的方法保质保量的加工即可。二、 工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式根据零件材料HT200确定毛坯为铸件，零件生产类型为中批生产。故从提高生产效率，保证经济性的角度讲，应该采用铸造成型中的金属模铸造的方法制造毛坯。又因为零件形状相对简单，故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，内孔很小，可不铸出。（二）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。基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会出现很多问题，使生产无法正常进行。通常先选精基准后选粗基准。1.精基准的选择精基准的选择有利于保证加工精度，并使工件装夹方便。在选择时，主要应该考虑基准重合、基准统一等问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。在本零件中花键孔的中心线为叉脚部分沟槽和顶面的设计基准，故以花键孔的中心线为精基准，实现了设计基准与工艺基准相重合，保证了被加工表面的垂直度和平行度要求。同时由于零件在轴向上的刚度较大，因此选用零件的左端面作为精基准，夹紧力作用在右端面上，可避免在机械加工工程中发生变形，加紧稳定可靠。2.粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。所以选择右端面，4080的顶面和7580的右侧面及外圆中心线为粗基准，可以为后续工序准备好精基准。（三）制订工艺路线1. 表面加工方法确定根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查相关表格，确定零件各表面的加工方法，如表1所示。表1 各表面加工方案加工表面尺寸及偏差/mm尺寸精度等级表面粗糙度/um加工方案后端面80/3.2粗铣-精铣顶面72 /3.2粗铣-精铣花键小径22+0.21 0IT126.3钻-扩花键大径25+0.21 0IT121.6拉底槽18+0.11 0IT11槽底6.3侧面3.2粗铣-精铣倒角150/钻螺纹M8/钻-攻丝2. 工艺路线拟定尊循“先粗后精”原则，先安排粗加工后安排精加工。尊循“先基准后其他”原则，首先加工精基准左侧面和花键轴孔；尊循“先主后次”原则，先加工主要表面左侧面和花键轴孔，后加工次要表面顶面和操纵槽侧面及底面；由此安排工艺路线如表2。 表2 机械加工工艺路线工序号工序内容定位基准10粗铣，精铣拨叉后端面两侧面、顶面20钻-扩-拉花键孔（倒角）后端面、左侧面、顶面30粗铣、精铣顶面左侧面、后端面、花键孔轴线40粗铣、精铣底槽左侧面、后端面、花键孔轴线50钻孔、攻丝2-M8后端面、左侧面、底面60终检（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 零件的材料为HT200，净重量约为0.93千克，生产类型为中批量生产，可以采用金属模铸造的方法进行毛坯的制造。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.面的加工余量及工序尺寸考虑到零件的很多表面没有粗糙度要求，不需要加工。从铸造出来即可符合使用要求，因此，只需确定后端面的尺寸即可。选取铸件的尺寸公差等级为CT8，查表得出其公差值为1.6mm。又根据零件的铸造方法（金属模铸造）、公差等级（CT1CT16）和零件的材料（灰口铸铁），查表确定零件的加工余量等级，即MA值。经查，确定加工余量等级为F级。最后根据CT、MA和工件基本尺寸查表确定机械加工余量，该拨叉的基本尺寸100mm，公差等级为CT8，加工余量等级为F，故查表所得的机械加工余量为2.0mm。机械加工余量分为单侧和双侧，单侧加工余量与加工要求的关系如图所示。毛坯的最大极限尺寸lmax=零件基本尺寸+MA+CT/2=；毛坯的最小极限尺寸lmin=零件的基本尺寸+MA-CT/2=。即毛坯尺寸为820.8mm。2. 花键底孔的加工余量及工序尺寸 根据机械制造技术基础课程设计表2.53得出：在实体材料上加工孔，一次性钻孔，孔的公差等级可以达到H1312级，符合22H12的要求，但为提高其表面精度需进行扩孔。再根据金属机械加工工艺设计手册表4-22查出拉键槽加工余量为f=0.4mm，即预制孔加工到21.2mm，一次性拉削到设计要求25H7。查表2.56可知扩孔的加工余量为1.52.0mm，由于本工序的待加工表面的金属厚度较小，故取扩孔的加工余量为0.6mm。3.底槽18H11的加工余量及工序尺寸该槽铸造时没有铸出，参照机械加工工艺师手册表21-5，得粗铣其槽边机加工余量（双边余量）Z=3.0mm，半精加工的余量（双边余量）Z=1mm。由于该工序加工时选用的刀具为16的立式铣刀，粗加工时要铣去大部分的余量，因此取半精加工的双边余量为Z=2.0mm。又由刀具选择可得其极限偏差为：粗铣为+0.21 0mm，半精铣为+0.13 0mm。 粗铣两边工序尺寸为：；粗铣后毛坯最大尺寸为：；粗铣后毛坯最小尺寸为： 16+0=16mm；即粗加后的工件尺寸为16+0.21 0mm。半精铣两边工序尺寸为： 18+0.31 0 mm能够满足加工要求。 4螺纹的加工查机械制造工艺设计简明手册表2.3-20，得M8螺纹攻螺纹前所用麻花钻的直径为6.7mm。现将各工序加工余量及工序尺寸整理成表，如表3所示。表3 各工序加工余量与工序尺寸 工序余量/mm工序尺寸及公差/mm表面精度Ra/um粗加工精加工粗加工精加工粗加工精加工后端面1.50.580.5806.33.2顶面201.073726.33.2操纵槽（槽深）82（33）12（2）16+0.21 0（33）18+0.31 0 （35）6.33.2花键底孔麻花钻20扩孔钻20.7钻后20、扩后21.26.3花键0.46-6H925H722H123.2螺纹麻花钻6.76.7mm/锥销孔专用刀具钻-铰1.6（五）确定切削用量及基本工时工序：粗铣、精铣后端面 工件材料：HT200，=220MPa，硬度HBS=157236；加工要求：表面粗糙度Ra=3.2um；机床：X51立式铣床刀具：刀具材料 高速钢端面铣刀2. 背吃刀量的确定因为粗加工余量较小故一次切削就可切除所有余量，因此取粗加工的背吃刀量等于粗加工余量，即ap 11=z=1.5mm。精铣时ap 12=0.5mm。3.进给量查实用机械加工工艺手册表11-90，根据机床功率及工艺系统刚度，查得粗铣每齿进给量=0.150.3mm/z, 精铣每齿进计量=0.050.12mm/z；取粗加工的每齿进给量=0.2mm/z，精加工的每齿进给量=0.05m/z。4.切削速度及进给速度的确定查表确定粗加工的铣削速度为，精加工的铣削速度为。查表3.6，粗铣和精铣时的转速分别为160r/min和300r/min。修正后的切削速度为：则进给速度为： 工序：钻花键轴孔、扩孔1.钻孔（1）钻孔时选用直径为20mm的高速钢麻花钻，机床则选用Z525立式钻床。 （2）钻削速度及进给速度的确定由机械加工工艺师手册表28-15，根据高速钢麻花钻的直径do20mm，铸铁的硬度约为200HBS，查得进给量f=0.430.53mm/r。由于Yd80/204查得修正系数，则f0.410.50mm/r。由切削用量简明手册表2.8可查得钻头强度允许的进给量为f1.75mm/r。因此进给量在允许范围内，取f0.45mm/r。则对应的钻削速度为v=17m/min。因此主轴转速为查表3.18得钻床主轴转速为272r/min，因此其实际的钻削速度为：进给速度为：2.扩孔时 （1）扩孔时考虑钻孔所达到的直径及拉花键时的加工余量，选择直径为20.7mm扩孔钻，扩孔后的孔径21.2mm，符合花键的加工余量刀具材料为高速钢。 （2）切削速度及进给速度的确定由机械加工工艺师手册表28-30高速钢及硬质合金扩孔钻的进给量，得进给量f=0.70.8mm/min,取f=0.7mm/r，由于修正系数K=0.95，所以进给量f=0.7x0.95=0.67mm/min。再查表28-32，确定切削速度为v=25m/min。则主轴转速为：查表3.18确定主轴实际转速为392r/min，故其实际的切削速度为：进给速度为：3.检验机床功率 根据所选的切削用量、切削速度及寄给速度进行功率估算，经计算加工所需功率为1.20kw小于所选用的机床主电机功率2.8kw。故所选切削用量可用。工序 拉花键机床：卧式拉床L6120。刀具：查参考文献实用机械加工工艺手册表10-266，选择拉刀类型为矩形花键拉刀第三型号，该刀具特点：拉削长度大于30mm，同时加工齿数不小于5。材料：W18Cr4V做拉刀材料，柄部采用40Cr材料。拉削过程中，刀具进给方向和拉削方向一致，拉刀各齿齿升量详见拉刀设计，拉削的进给量即为单面的齿升量。查参考文献实用机械加工工艺手册表2.4-118和2.4-119，确定拉削速度v=0.1160.08mm/s，取v=0.10mm/s。拉削工件长度：；拉刀长度：；拉刀切出长度，取。工序 粗铣、精铣顶面本工序刀具采用高速钢立铣刀，机床为X51立式铣床。1. 粗铣顶面(1)背吃刀量的确定本工序的加工余量较大为20mm，因此考虑三次走刀来完成加工，背吃刀量分别为ap1=8mm，ap2=8mm，ap3=4mm.（2）进给速度及切削速度的确定 选择高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm, 由机械加工工艺师手册表30-36查得加工材料为灰铸铁，根据刀的直径及齿数，确定每齿进给量为f=0.080.18 mm/z，取f=0.18mm/z；由表查得其铣削速度为V=19m/min。则主轴转速为： 查机床的转速表，取n380r/min，由此可得进给速度为：实际铣削速度为：2.精铣顶面 （1） 背吃刀量的确定精加工同样采用三次走刀来完成，因此a p1=4mm，a p2=4mm，a p3=2mm。 （2） 进给速度及切削速度的确定查机械加工工艺师手册表30-36，查得每齿进给量为f=0.080.18 mm/z，取f=0.08mm/z；由表查得其铣削速度为V=22m/min。则主轴转速为： 查机床的转速表，取n490r/min，由此可得进给速度为：实际铣削速度为： 工序 粗铣、精铣操纵槽机床：立式升降台铣床（）刀具：根据参考文献实用机械加工工艺手册表21-5选用高速钢镶齿三面刃铣刀。外径160mm，内径40mm，刀宽粗铣16mm，精铣18mm，齿数为24齿。1.粗铣16槽铣削深度：，每齿进给量：查参考文献实用金属切削加工工艺手册表2.4-75，得，取。铣削速度：查参考文献实用金属切削加工工艺手册表30-33，得机床主轴转速：查参考文献机械加工工艺手册表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 2.精铣18槽 切削深度：根据参考文献实用金属切削加工工艺手册表查得：进给量,查参考文献实用金属切削加工工艺手册表2.4-82得切削速度，机床主轴转速：，取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 工序 钻孔、攻螺纹1.钻孔 （1）刀具及机床的选择由于钻孔后要进行攻螺纹，故查机械制造基技术础课程设计表2.67攻螺纹前钻孔用麻花钻直径，得麻花钻直径为6.7mm。根据机械加工工艺师手册表20-3标准高速钢麻花钻的直径系列，故该选用直柄麻花钻。为充分利用机床资源，提高设备的利用率，因此选择与的机床工序所用机床相同，即Z525立式钻床。 （2）切削速度及进给速度的确定由切削用量简明手册表2.7，查得进给量f0.360.44mm/r，由切削用量简明手册表2.83和钻头允许的进给量，确定最大进给量f0.86mm/r。由切削用量简.手册表2.9机床进给机构所允许的钻削进给量查得f1.6mm/r。故由Z525型立式钻床说明书取f0.36mm/r。又根据表2.15查得切削速度为V18m/min。则主轴转速为： 查机床转速表，取n=680r/min,此时实际切削速度为：则实际的进给速度为：(3)校核机床扭矩及功率由切削用量简明手册表2.20查得 =420, =1 0.8，=0.206, 2.0, =0.8 Pc0.32 KW ，420720.360.81 1298.3 N ， Mc0.206720.360.814.5 Nm根据Z525机床说明书可知Mm=42.2 Nm, Pe=2.8x0.81=2.26 KW, Fmax=8830 N 由于上面算出的的数据都小于机床的各个相应的参数，故机床符合要求。 2. 攻螺纹 （1） 刀具的选用根据机械加工常用刀具数据速查手册表8-3，确定刀具为粗柄带颈粗牙普通螺纹机用丝锥，刀具材料选用高速钢。机床则选用Z525立式钻床。 （2）切削速度及进给速度的确定查机械制造基础课程设计表5-83得螺纹直径为8mm，螺距为1.25mm，加工材料为灰铸铁时的切削速度为v=8.0m/min。由于螺纹加工时的每转进给量等于螺距，且本工序螺纹的螺距为1.25mm，故进给量f=1.25mm/r。则主轴转速为：查机床转速表，确定实际转速为392r/min，则实际的切削速度为：则实际进给速度为： （六）时间定额的计算时间定额是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额一般由基本时间、辅助时间、布置工作地时间、休息和生理需要时间及准备与终结时间。基本时间又称机动时间，可按有关公式计算，辅助时间一般按基本时间的15%20%估算，基本时间与辅助时间之和称为作业时间。布置工作地时间、休息和生理需要时间、准备与终结时间,一般分别按作业时间的2%7%、 2%4%、3%5%计算。单件时间定额可按下式计算：=+/m，m为每批生产零件的的个数。在本设计中m取值为1.1.工序的时间定额计算由面铣刀对称铣平面，参考机械制造技术基础课程设计表5.41，得铣刀对称铣平面的基本时间计算公式为： 为进给速度(13)mm (13)mm因此确定 (13)mm=,=320mm/min,取2mm,则粗铣基本时间：精铣基本时间：基本时间为：取辅助时间，则，其他时间分别按3%计算，则其他时间为故本工序单件时间定额tdj为：tdj= tj+tf+tb+tx+tz/m =0.83+0.17+0.09=1.09min2.工序的时间定额计算由麻花钻查表5.39，得钻削时间的计算公式为 f为每转进给量(12)mm D为孔径 (14)mm 钻孔时 (12)mm=101.73+2=19.3mm钻削的基本时间为 扩孔时间计算公式为 f为每转进给量 (12)mm D为孔径 (24)mm扩孔时 (12)mm=0.61.73+2=3.04mm扩孔基本时间为 基本时间为：取辅助时间，则，其他时间分别按3%计算，则其他时间为故本工序单件时间定额tdj为：tdj= tj+tf+tb+tx+tz/m =1.33+0.27+0.144=1.744min3.工序时间定额计算拉削级别由机械加工工艺手册表4.166查得。拉削加工工时t。式中Zb为单面余量Zb 1.5 mm，为校准部分长度系数，取1.2，K机床返回行程系数取 k1.14，fz为拉刀单面齿开量，z为拉刀同时工作齿数zL/P，P为拉刀齿距 P（1.251.5）1.35 12 mm，所以zL/P=80/127。因此基本时间为： 辅助时间其他时间故本工序单件时间定额tdj= tj+tf+tb+tx+tz/m =0.16+0.032+0.017 =0.209min4.工序时间定额计算由机械加工工艺手册表2.194可查得立铣的时间计算公式为 i为进给次数 0.5do+（0.51.0）9 mm 12 mm故粗铣的基本时间 精铣的基本时间基本时间取辅助时间，则，其他时间分别按3%计算，则其他时间为。故本工序单件时间定额tdj= tj+tf+tb+tx+tz/m =3.62+0.54+0.37=4.53min。5.工序时间定额计算(1)粗铣被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：=81mm，刀具切出长度：取走刀次数1次粗铣基本时间： (2)精铣被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： =81mm，刀具切出长度：取走刀次数为1精铣基本时间： 本工序机动时间 取辅助时间，则，其他时间分别按3%计算，则其他时间为。故本工序单件时间定额tdj= tj+tf+tb+tx+tz/m =2.37+0.36+0.25=2.98min。 6. 工序时间定额计算该工序中的钻孔时间计算公式与工序相同，故钻削的基本时间为 。查机械制造技术基础课程设计表5.43可知攻螺纹的时间计算公式为其中n为丝锥每分钟转数，n 0为丝锥回程的每分钟转数；=（13）P，=（23）P；i为丝锥数目。因此攻丝时的基本时间为基本时间取辅助时间，则，其他时间分别按3%计算，则其他时间为因此本工序单件时间定额tdj= tj+tf+tb+tx+tz/m =0.09+0.06+0.03+0.02=0.2min三、拨叉槽口夹具设计为了在考虑零件的技术要求的前提下降低劳动强度提高劳动生产率。根据任务要求中的设计内容，需要设计专用夹具来铣18H11底槽，该槽相对于花键孔中心有一定的技术要求。加工底槽的夹具将用于卧式镗床，刀具采用三面刃铣刀。（一）定位基准及定位元件的选择由零件图可知：槽两侧面面对花键孔的中心线有尺寸要求及垂直度要求，其设计基准为花键孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选择以花键孔中心线为主要定位基准，则由定位其准不重合引起的误差较小，这种定位在结构上也简单易操作。采用花键轴定心定位的方式，保证底槽加工的技术要求。同时，应加一圆柱销固定好花键轴，防止花键轴带动工件在X方向上的旋转自由度。其中花键轴限制五个自由度，包括3个转动自由度和两个移动自由度;平面限制轴向方向的移动自由度。图2 花键心轴（二）辅助支承的选择由于该工件的长度相对较长，为提高工件的装夹刚度和定位稳定性，它是在工件定位完成之后参与作用的，故不起定位作用。为提高工件的装夹效率，所选辅助支承如图所示，它能够通过弹簧自动调整，并支承与顶柱上的斜面自锁。图3 辅助支承（三）定位误差的分析与计算定位误差由基准位移误差和基准不重合误差所组成。 （1）槽底到花键孔轴线尺寸15的定位误差基准不重合误差：由于定位基准与工序基准重合，所以基准不重合误差为零。即。基准位移误差：基准位移误差，因此 故工序尺寸15的定位误差为： 工序尺寸15按经济加工精度计算其公差为T=0.27mm，因此，故该定位方案能够满足加工要求。 （2）垂直度的定位误差基准不重合误差：由于定位基准与工序基准重合，所以基准不重合误差为零。即。基准位移误差：基准位移误差，因此，同时由于工序尺寸与间的夹角为90。故垂直度的定位误差为： 故该定位方案能够满足加工要求。 （3）工序尺寸18的定位误差基准不重合误差：由于定位基准与工序基准不重合，所以产生基准不重合误差。由于基准尺寸按经济加工精度计算，即T=0.15mm，因此基准不重合误差为：基准位移误差：因精基准为已加工平面，因此基准位移误差为：故工序尺寸18的定位误差为： ，因此该方案不能满足加工要求。改进方案为将工序尺寸10按IT9进行加工。（四）切削力及夹紧力计算查机械加工工艺师手册表17-18，得铣削切削力的计算公式，查表17-19得灰铸铁的，因此，同时在选择铣削方式时，由于顺铣时，刀具所受冲击力加大，同时工件所受纵方向分力与进给方向相同，如果丝杠螺母之间有螺纹间隙，就会造成工作台攒动铣削进给量不均匀，容易引振动及刀具损坏。因此选择逆铣，查表30-22，得水平分力及切削力的比值 ，取。因此水平分力为： 由于轴向分力由工件传递给辅助支撑，最后由机床的工作台来平衡，故不影响夹紧力的计算。工件采用螺旋机构夹紧，为提高工件的装夹效率，减少辅助时间，因此采用快速螺旋夹紧机构中的开口垫圈来夹紧。机构如图4所示。根据夹紧方式确定夹紧力的计算公式为：式中为夹紧力；为原始动力；L为作用力臂；为螺纹半径；为螺纹升角；为螺母与螺纹间的摩擦角