机械制造技术课程设计-倒档变速叉加工工艺及钻φ16孔夹具设计

PAGEPAGE1第页目录序言 2第一章零件的分析 21.1零件的作用 21.2零件的工艺分析 2第二章工艺规程设计 22.1确定毛坯的制造方式 22.2毛坯的机械加工余量 22.3确定定位基准 22.4加工方法确定与工序安排 42.5加工工艺路线的确定 52.6确定各工序的工艺装备 6第三章夹具的设计 123.1夹具设计的基本要求 133.2定位方案的确定 133.2.1定位方案的论正 143.2.2定位基准的选择 143.2.3定位实现的方法 143.3误差分析 153.3.1影响加工精度的因素 153.3.2保证加工精度的条件 153.4夹紧力的计算 163.5导向装置的选择 163.5.1钻模套的设计 173.6夹具操作说明 17结论 18参考文献 19

序言全套图纸加V信153893706或扣3346389411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。倒档变速叉工工艺规程及钻孔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课程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。

一、零件的分析1.1零件的作用倒挡变速叉在变速箱中，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，倒挡变速叉将受到较大的冲击。1.2零件的工艺分析倒挡变速叉为精密铸件，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。1.16内孔表面粗糙度为Ra3.2um，2.斜脚面尺寸，表面粗糙度为Ra3.2m，并保证与16轴线的垂直度为0.10；,3.R34左右端面面粗糙度为Ra3.2um，表面要求淬火处理，硬度要求为45~53HRC。4.R23不完整孔的表面粗糙度为Ra12.5m5.16孔左右端面的表面粗糙度为Ra3.2um，6.R7.5内槽的表面粗糙度为Ra6.3um，二、工艺规程的设计2.1确定毛坯的制造形式倒挡变速叉零件材料为ZG45，考虑到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。2.2毛坯的机械加工余量由《简明机械加工工艺手册》表10-6查得：金属型铸件的尺寸公差等级为6～8。故查表10-13可查得：Φ16孔一端面的加工余量为2mm。R34左右端面个单边加工余量为1.5mm。R23不完整孔加工余量为1.5mm。Φ16孔为实心孔其它表面基本为一次性加工，故加工余量由零件尺寸决定。2.3确定定位基准2.3.1粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：=1\*GB2⑴粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。=2\*GB2⑵选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。=3\*GB2⑶应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。=4\*GB2⑷应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉零件图分析可知，主要是选择加工拨叉底面的装夹定位面为其加工粗基准。2.3.1.2精基准选择的原则=1\*GB2⑴基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。=2\*GB2⑵基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。=3\*GB2⑶互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉零件图分析可知，它的Φ16一端面面与Φ16孔，适于作精基准使用。选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。2.4加工方法确定和工序顺序的安排倒挡变速叉加工要遵循加工分阶段，粗，半精，精分开的原则。这样才能够保证加工过程中零件的质量得到保证。1.对于倒挡变速叉零件R34左端面加工由于倒挡变速叉零件R34左端面的精度要求为IT6，材料ZG45，这样对于零件的加工可以考虑选用：粗铣—精铣。2.对于倒挡变速叉零件R34右端面加工由于倒挡变速叉零件R34右端面的精度要求为IT6，材料ZG45，这样对于零件的加工可以考虑选用：粗铣—精铣。3.对于倒挡变速叉零件R23不完整孔加工由于倒挡变速叉零件R23不完整孔的精度要求为IT6，材料ZG45，这样对于零件的加工可以考虑选用：粗铣—精铣。4.对于倒挡变速叉零件Φ16孔的一端面加工由于倒挡变速叉零件Φ16孔的一端面精度要求为IT6，材料为ZG45，这样对于零件的加工可以考虑选用：粗铣—精铣。5.对于倒挡变速叉零件R7.5槽加工由于倒挡变速叉零件R7.5槽的精度要求为IT6，材料ZG45，这样对于零件的加工可以考虑选用：粗铣—精铣。6.对于倒挡变速叉零件Φ16孔的加工由于倒挡变速叉零件Φ16孔的精度要求为IT6，材料为ZG45，这样对于拔叉零件的加工可以考虑选用：钻-扩-粗铰-精铰。7.对于倒挡变速叉零件M10螺纹孔的加工这个圆孔对于它的也精度要求也不高，性质它的孔径也小于20mm，故它的加工方法也可以考虑采用钻来实现，精度也为IT11-IT12。2.4.1机械加工顺序的安排：按照以下的几个原则，也就是：（1）、先加工基准面，再加工其它表面。（2）、先加工主要表面，后加工次要表面。（3）、先安排粗加工工序，后安排精加工工序。2.5加工工艺路线的确定工序一：锻造工序二：退火工序三：粗铣Φ16孔的一端面。工序四：精铣Φ16孔的一端面。工序五：钻Φ16内孔。工序六：扩Φ16内孔。工序七：铰Φ16内孔。工序八：粗铣R34左端面。工序九：粗铣R34右端面。工序十：粗铣R23不完整孔。工序十一：精铣R23不完整孔。工序十二：粗铣R7.5槽。工序十三：精铣R7.5槽。工序十四：淬火。工序十五：精铣R34左端面。工序十六：精铣R34右端面。工序十七：钻M10螺纹孔。工序十八：检验工序十九：入库2.6确定各工序的工艺装备工艺装备的确定包括：机床、夹具、刀具、量具等，以下将分别予以选择确定。2.6.1、机床的选择：选择机床遵循如下原则：（1）机床的加工范围应与零件的外廓尺寸相适应（2）机床的精度应与工序的要求的精度相适应（3）机床的生产率应与零件的生产类型相适应根据上述原则和现有的生产条件，选择的机床如下：铣倒挡变速叉零件R34左端面：机床型号：立式铣床X52K铣倒挡变速叉零件R34右端面：机床型号：立式铣床X52K铣倒挡变速叉零件R23不完整孔：机床型号：立式铣床X52K铣倒挡变速叉零件Φ16孔的一端面：机床型号：立式铣床X52K铣倒挡变速叉零件R7.5槽：机床型号：立式铣床X52K钻、扩、铰Φ16孔：机床型号：立式钻床Z30507.钻攻M10螺纹孔：机床型号：立式钻床Z30502.6.2，刀具的选择刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法，加工表面的尺寸，工件材料所要求的精度和表面粗糙度，生产率及经济性等。在选择时一般应尽可能采用标准刀具，必要时可采用高生产率的复合刀具和其他的一些刀具，根据以上原则，选择刀具如下：1.铣倒挡变速叉零件R34左端面：125×14YT15三面刃铣刀2.铣倒挡变速叉零件R34右端面：125×14YT15三面刃铣刀3.铣倒挡变速叉零件R23不完整孔：125×14YT15三面刃铣刀4.铣倒挡变速叉零件Φ16孔的一端面：三面刃铣刀5.铣倒挡变速叉零件R7.5槽：三面刃铣刀6.钻、扩、铰Φ16孔：Φ12钻花，Φ14钻花，铰刀7.钻攻M10螺纹孔：Φ8.5钻花，M10丝攻2.6.3．量具的选择量具的选择主要依据生产类型和要求的检验精度。在单件小批量生产中，应尽量采用通用量具量仪。而在大批大量生产中，则应采用各种量规和高生产率的检验仪器和检验夹具等。按量具的极限尺寸选择量仪，应保证：T*K≥σ式中T-被测尺寸的公差值（mm）K-测量精度系数σ-测量工具和测量方法的极限误差根据上式并查《简明机械加工工艺手册》表1～28，1～29选游标卡尺测量范围0～300mm用途：测内外径以及长度、高度选深度游标卡尺测量范围 0～200mm用途测各种孔深2.7切削用量的确定工序1：粗铣Φ16孔的一端面定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近。工序2：精铣Φ16孔的一端面定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近工序3：钻、扩、铰Φ16内孔。切削用量的选择与确定：根据《机械加工工艺手册》：查《机械加工工艺手册》表2.4-41，刀具选用高速钢刀具钻铸铁：=0.23m/s=13.86m/min上述选择是在尽量使工件切削同步以抵消其切削力的原则下选取的，可以确定其主轴转速为：n==897(r/min)参考机床设备:立式钻床：Z3050取机床转速相近值:n=900(r/min)工序4：粗铣R34左端面。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近。工序5：粗铣R34右端面。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近。工序6：粗铣R23不完整孔。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近。工序7：精铣R23不完整孔。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近。工序8：粗铣R7.5槽。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近。工序9：精铣R7.5槽。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近。工序10：精铣R34左端面。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近工序11：精铣R34右端面。定进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4—73，进给量：a=0.18mm/z确定切削速度，查《机械加工工艺手册》2.4—81，切削用量及功率：V=2.38m/s=142.8m/min由查《机械加工工艺手册》表2.4—94和2.4—95可得：K=1.0=1.032确定主轴转速：参考机床设备：立式铣床：X52K，取相近工序12：钻攻M10螺纹孔。切削用量的选择与确定：根据《机械加工工艺手册》：查《机械加工工艺手册》表2.4-41，刀具选用高速钢刀具钻铸铁：=0.23m/s=13.86m/min上述选择是在尽量使工件切削同步以抵消其切削力的原则下选取的，可以确定其主轴转速为：n==897(r/min)参考机床设备:立式钻床：Z3050取机床转速相近值:n=900(r/min)3.夹具设计本次课程设计是设计钻、铰倒挡变速叉Φ16孔专用钻模夹具，加工此工序是在立式钻床Z5230机床上加工。3.1夹具设计的基本要求a.保证工件的加工精度保证工件的加工精度是夹具设计的最基本要求。其关键在于，正确地确定定位方案、夹紧方案和刀具导向方式，合理地设计夹具的尺寸、公差和技术要求，必要时应进行误差的分析和计算。b.提高生产效率、减低制造成本夹具设计的总体方案应与生产纲领相适应。在大批量生产时，应尽量采用各种快速、高效的结构、自动装置和先进的控制方法，以缩短辅助时间，提高生产率；在中心批量生产中，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单，容易制造，以降低夹具的制造成本。c.操作方便、省力和安全夹具的操作要尽量做到方便、省力，如有条件，尽可能采用气动、液压及其他机械化夹紧装置、以减轻工人的劳动强度。并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合操作工人的习惯，必要时应有安全保护装置，以确保使用安全。d.便于排屑夹具的排屑是一个容易忽视的问题，如果排屑功能不好，切屑积集在夹具中，会破坏工件正确的定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形，影响加工质量；切屑的的清扫又会增加辅助时间，降低生产率。切屑积集严重时，还会损伤刀具以致造成设备事故或工伤事故。因此，排屑问题在夹具设计时必须给予充分的注意，在设计高效组合机床夹具时尤为重要。e.有良好的结构工艺性夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修，应尽可能选用标准元件和标准结构。夹具设计是一种相互关联的工作，通常是在参阅有关资料的情况下，按加工要求构思出设计方案，绘制出图样，经修改后确定夹具的结构。3.2定位方案的确定3.2.1定位方案论证加工零件的定位方案一般有两种，“一面两销”和“三平面”定位方法。A.“一面两销”的定位方法它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c.“一面两销”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。B.“三平面”定位方法它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。3.2.2定位基准的选择定位基准选择的原则a.尽可能选择最大基面做主要的定位基准面；b.尽可能与工序基准重合；c.尽量选最长表面做为限制自由度的定位基准；d.尽量选精度较高的已加工表面为定位基准；e.在同一工件各工序中尽量采用同一定位基准进行加工。3.2.3定位的实现方法根据加工钻、铰倒挡变速叉Φ16孔的工序确定，由于其他加工面，需要已Φ16孔为精基准面，所以需选择“三平面”定位方法的方法定位加工此Φ16内孔，已Φ16孔一端面为精基准面，R34外弧面为粗基准，R23不完整孔面为粗基准，这样就能够实现六点定位原理。3.3误差分析一批工件依次在夹具中进行定位时，由于工序基准的变动对加工表面尺寸所造成的极限值之差称为定位误差。产生定位误差的原因是工序基准与定位基准不相重合或工序基准自身在位置上发生偏移或位移所引起的。3.3.1影响加工精度的因素用夹具装夹工件进行机械加工时，其工艺系统中影响工件加工精度的因素很多，与夹具有关的因素有：定位误差ΔP、对刀误差ΔT、夹具在机床上的安装误差ΔA和夹具误差ΔE，在机械加工工艺系统中，影响加工精度的其它因素综合称为加工方法误差ΔG。在夹紧方法中产生的误差Δo。上述各项误差均导致刀具相对工件的位置不精确而形成总的加工误差。3.3.1.1定位误差A.基准不重合误差由于定位基准与工序基准不重合而造成的定位误差。根据文献[4]查得基准不重合误差的计算公式如下：（3-1）式中—定位基准与工序基准间的尺寸链组成环的公差；—的方向与加工尺寸方向的夹角。B.基准位移误差由于定位基准的误差或定位支撑点的误差而造成的定位基准位移，即工件实际位置对确定位置的理想要素的误差，这种误差称为基准位移误差，以表示。不同的定位方式，其基准位移误差的计算方式也不同，此夹具定位是采用的“三平面”定位的方法，所以要计算的是平面支撑定位的位移误差。工件为平面定位时，基准不重合误差：；基准位移误差：，；故。3.3.1.2对刀误差因刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差，装配图中，刀具与钻套之间的间隙会引起刀具的位移或倾斜，造成加工误差。钻、铰Ф16孔,钻套导向尺寸为Ф16，所以加工时的对刀误差为=0.043.3.1.3夹具的安装误差因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差。本组合机床的夹具的安装基面为平面，因此安装误差：=0。3.3.1.4加工方法误差因机床的精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形因素造成的加工误差，所以根据经验为它留出工件公差的1/3，计算可得：=0.1/3=0.033mm。3.3.2保证加工精度的条件工件在夹具中加工时，总加工误差为上述的各项误差之和。由于上述误差为独立随机变量，应用概率法叠加因此保证加工精度的条件为：≤（3-2）即工件的加工误差=0.164mm应不大于工件的尺寸公差，由于孔距尺寸为75.5±0.2，可取=0.2，>为满足条件，所以该精度满足要求。3.4夹紧力的计算根据工件所受切削力、夹紧力的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，来确定夹紧力。根据文献[1]第P.134页表中6-20中切削力的公式(2-3)式中，F——切削力（N）；T——切削转矩（Nmm）；P——切削功率（kW）；v——切削速度（m/min）；f——进给量（mm/r）；D——加工（或钻头）直径（mm）；HB——布氏硬度。，在本设计中，，，得HB=223。由公式（2-3）得：=26×16×0.130.8×2230.6=2079.91N根据文献[5]查得切削力Q的计算公式如下（3-3）式中——安全系数；——切削力；——定位销上允许承受的一部分切削力，通常可按挤压强度确定：； ——许用挤压应力，取定位销和工件中较小者；——压板和工件表面间的摩擦系数；——工件和定位支承块间的摩擦系数；——定位销的直径；——定位销的接触长度。根据文献[5]查得安全系数按下式计算（3-4）式中，～为各种因素的安全系数，查文献[4]表3-1和表3-2：考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数，取；：加工性质，取；：刀具钝化程度，取；：切削特点，取；：夹紧力的稳定性，取；：夹紧时的位置，取；：仅有力矩使工件回转时工件与支承面的接触情况，取。查文献[2]表3-34摩擦系数，均为根据