《拨叉零件的机械加工工艺设计》9000字（论文）

绪论1.1选题背景车床拨叉是车床主轴箱中的重要零件，其作用为实现车床所需加工速度与扭矩，通过拨叉与操纵机构相联以控制各个齿轮相互接触通过操纵机构拨叉此轮实现变速REF_Ref27695\r\h[1]。拨叉零件在车床主轴和汽车变速箱最为常见，拨叉属于叉架类零件，拨叉与滑移齿轮连接，依靠滑移齿轮与其他齿轮进行啮合，从而实现各种所需速度。现代加工技术和机械制造装备自动化有了长足发展。但工装夹具仍然有十分重要的作用。实际生产中工装夹具的使用对加工零件影响很大。无论是在以往的传统生产方式还是现代高度自动化生产方式中，优秀的工装夹具都是必不可少的工艺设备。21世纪初以来，高精度加工设备和自动化数控设备取得了巨大的进步。但是，在这些工具(包括固定装置，测量工具，刀具和附件)仍不断在创新，夹具的功能仍然十分重要。车床夹具对机械产品零件加工的表面质量，成本和生产效率有着直接影响。因此，固定装置是在传统制造模式和现代制造工艺系统中的重要的工艺设备。为了改变其在齿轮轴上的位置，滑移齿轮可以在主轴箱内进行上下左右方向移动，使车床可以获得不同要求的加工速度。对拨叉零件进行优化设计对现代生产设备的生产有着重要意义，拨叉不仅适用于老式手动车床同样可用于手动汽车变速箱，这种类型的机械产品都需要操纵机构操纵拨叉来调整各齿轮之间的啮合以获得所需速度与扭矩。拨叉类零件使用广泛，但拨叉零件的形状相对复杂。以往传统的夹具难于装夹，装夹后工作性不好，零件的加工精度难以保证。进行合理的拨叉工艺设计，使生产效率提高，劳动强度减低，节约生产陈本REF_Ref27770\r\h[2]。1.2选题意义目前，我国的数控装备产业以得到大幅提升已经发展了金属切削机床、锻压类机床、铸造机床、木工机床、特种机床，类型全面几乎覆盖全部领域面，但与装备制造强国相比差距显而易见，我国机床设备大而不强,数控系统自动控制能力较低，切削刀具精度和耐用度较低REF_Ref27800\r\h[3]。对我国现状来讲，掌握机床关键传感器，提高数控系统灵活度，多轴加工设备的批量生产可以大幅度提高我国制造能力，核心技术部件依然需要进口，核心技术部件主要有数控系统，主轴单元，滚动直线导轨，数控刀架等，这些关键元器件不能达到自产标准精密机床的使用性能及生产技术水平会受到严重制约。我国机床产业建国后模仿苏式方式，随着近几年市场经济的发展及社会进步，再加上“数控一代示范工程”的实施，我国数控系统技术随之有了较好的发展条件，在研发方面，高中档的数控机床取得了较好的发展，在一系列技术中，如五轴联动、超精细加工、高速加工等取得了明显进步。拨叉是比较重要的组成部件，对其整体设计、优化生产工艺对机床装备的快速跃进有着重要意义REF_Ref27826\r\h[4]。1.3研究内容本次毕业设计的依据是：CA6136车床拨叉，大批量生产。拨叉是车床主轴箱中非常重要的零件，因为拨叉零件的尺寸较小，零件形状复杂，零件的内孔加工精度很高，另外还有拨叉端面要求加工，精度要求较高REF_Ref27875\r\h[5]。因此拨叉的加工是非常重要重要的，因为零件各表面质量在机器装配时会受到零件表面质量精度、位置精度误差、装配误差，使装配好的机构在使用时受到影响，好的设计不仅能零件达到最好的使用要求，还要有良好的机械加工性，总而言之就是要有加工的可能性，要使零件便于进行机械加工，加工后还要使零件达到使用要求，同时还要尽量减小生产工作强度。在进行工艺设计时要使设计思想与加工路线相结合。这就要求零件设计师和工艺路线设计师要紧密合作，在设计零件时要考虑加工工艺问题，在编制工艺过程时还要保证设计的要求。因为拨叉零件使用传统夹具不易装夹，在夹具设计时要对拨叉零件编写机械加工规程，为企业加工拨叉零件提供理论依据，利于提高工件质量，完善产品，提高经济效益和生产效率REF_Ref27904\r\h[6]。拨叉零件的结构设计在拨叉零件设计和生产加工上有着重要作用，拨叉零件结构较为复杂，使用传统夹具对工件的装夹效果不理想，还容易引发事故重新对该型拨叉零件进行设计可以使学过的机械基础理论得以加强学习和理解，并且培养了处理生产实际问题的能力。在此次夹具设计中本次所选拨叉的工艺分析及夹具设计内容主要包括：拨叉零件设计说明编写、拨叉零件结构设计、拨叉材料选用、毛坯草图及零件图的绘制、加工工序选用分析、加工工艺路线确定、机床选用及刀具选用、切削余量的分析、对专用夹具的设计、零件图与装配图的绘制等。参考CA6136车床主轴箱拨叉实物照片，对拨叉零件进行草绘，查经典零件加工工艺将拨叉零件的尺寸进行标注，并对拨叉零件优化设计进行分析，并对所选材料进行分析，所选的HT200铸铁材料为机床制造使多用材料，因其具有优良的铸造性、减磨性、减震性，但强度不高通常作为床体材料，但由于拨叉零件不受冲击载荷并且工作条件经常摩擦，HT200完全符合，根据零件草图及实物选用CAD绘制拨叉零件毛坯图，并分析加工余量后绘制零件图REF_Ref27950\r\h[7]。对零件整体结构分析确定加工位置参考点编制加工路线并参考文献资料合理选用机床及刀具，而对其夹具设计困难不小，因为没有专门的专用夹具，需对拨叉零件外形结构完全了解后才能确定专用夹具的外形，并分析在夹具与拨叉配合装配后的加工效果。夹具设计是在零件设计时必要的工作，夹具设计的对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。随着现代金属加工技术与装备的发展和激烈的市场竞争，专用夹具的设计可以使制造型企业突破产品快速上市的瓶颈，制造型企业迫切需要提高装用夹具设计的能力。伴随夹具的另以重要装备是切削刀具，切削刀具是制造业能力水平刀具关键装备，数控刀具往往会影响制造业整体能力水平，制造业能力水平的发展又会影响刀具质量，两者相辅相成。随着制造业的持续发展，制造业对刀具行业提出了先进材料，特殊结构，专用与万能的发展需要，选用更加耐久强度高的刀具材料和设计更合理的刀具结构，以解决我国装备制造业上的难题REF_Ref27983\r\h[8]。1.4国内外研究现状我国先进数控机床设备快速发展，现代金属加工技术以从刀具材料、刀具结构、新型刀架，综合刀库等装备上取得了巨大进步，在切削加工速度提高的同时，新型夹具也在快速发展，选用合理的夹具后，通过装夹工件后不需调整装夹位置便可以一次性对工件进行切削加工，工装夹具和切削刀具一经成为制造业开发产品和设计新型工艺不可或缺的基础工艺和关键技术REF_Ref28015\r\h[9]。国外在机床方面的发展已经达到顶峰状态，在大型的机械生产厂中已经形成了全部配套的智能加工设备，在原料进去车间后，几乎不需任何人工便能运行预先设计好的程序，将原料生产成零件，在对大部分零件进行自动装配后再由人工将精密零件进行装配，直到最后产品自动包装进入库房，这需要一个国家综合实力的强大。2拨叉工艺分析2.1任务提出如图2-1所示，此次设计题目为CA6136车床拨叉REF_Ref28064\r\h[10]。拨叉是车床主轴箱机构中的关键零件，拨叉的作用为使车床在生产过程中通过操作员操作换档，使车床回转运动按照的生产要求获得所需的转速和扭矩。根据零件结构可看出拨叉零件由一处叉头，一处连接孔，孔内有一处贯穿内孔的小通孔，还有一处螺纹孔用于定位连接。图2-1拨叉零件图2.2拨叉工艺分析由图2-1可知，拨叉零件由φ73φ55的半圆孔组成的叉头，与高度50mm内孔直径φ22的连接孔组成，内孔有一φ8的贯穿孔及M8螺纹孔组成，在加工时因为零件各部分精度不同零件各部分位置精度如表2-1所示。表2-1拨叉工艺技术要求表面粗糙度加工过程Φ73半圆孔3.6粗加工-精加工Φ55半圆孔3.2粗加工-精加工Φ22内孔1.6粗加工-精加工Φ8两处贯穿孔1.6粗加工-精加工3拨叉零件毛坯的确定3.1毛坯类型的选择拨叉零件材料应选用HT200。在考虑零件在使用工作时不受大冲击，经常受摩擦在考虑经济性后应选用HT200材料，灰铸铁有着优良的铸造性、减震型与减磨性。灰铸铁脆性大不适于锻造及冲压。拨叉零件的结构不算太复杂，确定生产类型为大批生产，所以应选用金属型铸造毛坯REF_Ref28100\r\h[11]。3.2毛坯形状及尺寸的确定通过对图2-1分析可知，拨叉最大尺寸为左端半圆叉头最大处为φ73mm，总体长度为78mm，在查阅机械制造手册后，我们在选择毛坯尺寸时，上下各留5mm，内径预留11mm加工余量。所以得出毛坯尺寸为60mm78mm，具体图示如图3-1。图3-1拨叉毛坯图4拨叉加工工艺路线拟定4.1确定拨叉的基准4.1.1精基准的选择精基准的选用为了保证工件装夹的位置精度与零件加工后的精度，根据零件结构分析，应选用互为基准原则与基准统一原则，为零件上下两端面多次加工提供基准精度REF_Ref28139\r\h[12]。4.1.2粗基准的选择粗基准的选择直接影响到零件加工余量分配、加工面与非加工面的位置关系，应选用零件下端面，下端面结构简单，适合作为基准选用。4.2拨叉的工艺路线拟定4.2.1确定拨叉加工方案根据拨叉零件的结构形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工工艺所能达到经济精度，在确定生产纲领后的情况下，考虑使用合理的机床并使用专用夹具，还要考虑提高生产效率使各工序合理集中，还应当考虑到降低生产成本因素，以便使经济效果达到最理想要求。选择部件的处理方法和工艺路线规划如表4-1、表4-2所示。表4-1孔加工方案序号加工方法经济加工精度等级（IT）加工表面粗糙度适用范围1钻11-1312.5加工为淬火的钢及铸件的实心毛坯，也可用于加工非铁金属，孔径≥20mm2钻-铰8-101.6-6.33钻-粗铰-精铰7-80.8-1.64钻-扩5-60.025-0.25钻-扩-铰8-91.6-3.2表4-2平面加工方案序号加工方法经济加工精度等级（IT）加工表面粗糙度适用范围1粗铣11-1312.5-5适用于淬火钢以外的各种金属2粗铣-半精铣8-103.2-6.33粗铣-半精铣-精铣6-70.8-1.6根据零件结构分析对零件各位置工艺制定两套方案，方案如下：方案一：铸造——粗铣上下端——精铣上下端——钻孔——扩孔——铰孔——粗铣叉面——半精铣叉面——钻贯穿孔——钻螺纹孔——攻丝——检验。方案二：铸造——粗精上端面——粗精下端面——粗铣叉面——半精铣叉面——钻孔——半精铰——钻贯穿孔——钻螺纹孔——攻丝——精外圆——检验。工艺方案的比较与分析：两种工艺方案的特点：第一种方案较为分散，不利于减少劳动强度，需多次换刀，加工过程混乱，不能保证基准与工序集中，但加工过程清晰，不利于大规模生产。第二种方案工序集中，节约加工时间，并且有效提高生产效率，换刀速度较高，不必多次装夹，有利于提高加工精度，并且适合大规模生产。在考虑生产效率、劳动强度、生产经济性方面应优选第二种加工方案。4.2.2划分拨叉的加工阶段分析零件结构，应优先对拨叉下端面，并以此为基，并用专用夹具装夹，以获得加工位置尺寸，后对零件各端面进行粗精加工，并保证孔的加工精度。选用合适机床、刀具在考虑加工精度的条件下，最大化实现降低生产成本和提高生产效率的目的。在零件的粗加工阶段，将高度50mm留余量10mm，将连接孔φ10mm粗加工到尺寸，将叉头两阶梯半圆预留5mm余量。零件精加工时，以低面为基准，铣削φ73mmφ55半圆叉面及通孔φ22mm。4.2.3拨叉加工工序安排拨叉[5]工序安排应按先粗后精加工，先大后小的原则对工序合理，并根据图2-1分析及参考文献资料，便可得到加工工艺过程：粗铣—精铣—粗镗—半精镗—钻—铰—钻—攻—入库。详细的加工工序如下所示：工序一：下料60×78，内孔为φ10mm，HT200。工序二：粗精铣下端面。工序三：粗精铣φ40上端面。工序四：粗铣叉孔，直径为φ55mm，粗镗叉孔上下孔，直径为φ73mm，半精镗φ55mm，φ73mm。工序五：钻φ22通孔，长度50mm。工序六：精铰φ22通孔，长度50mm。工序七：钻两处贯穿孔（两孔属于同一轴线，）φ8mm，长度40、。工序八：钻φ8螺纹底孔，攻丝M8，长度9mm。工序九：按图纸要求检测。工序十：涂油，打包入库。5拨叉专用夹具设计本夹具主要用于铣端面。该零件上下都有平面，容易定位，此外，在工序加工时还应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由度公差，精度不足等问题。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工此拔叉零件时，需要设计专用夹具。按照要求设计以上工序中上下端面的铣床夹具，本夹具将用X61卧式铣床，刀具是TG6硬质合金刀，对工件下端面一刀加工，然后在反转加工上端面。夹具结构如图5-1所示。图5-1拨叉夹具根据零件图2-1知，本次加工应选用专用夹具[6]装夹，以保障加工质量与定位精度。5.1定位基准选择根据零件图知，本次加工应选用两销一面的定位方式，铣削拨叉下端面以Φ22孔上端面为定位基准，铣削Φ55和Φ73半圆孔的时候以下端面为定位基准。为了提高加工效率，应采专用夹具装夹后铣孔，以提高生产效率。5.2切削力及夹紧力计算刀具：三面刃铣刀，刀具直径d0=125mm。查《切削手册》，切削力计算公式为：（5-1）1、铣Φ55半圆孔时，其中：，，，，切削力：夹紧力：（5-2）W=18911N精铣Φ55半圆孔时，其中：，，，切削力：（5-3）2、精铣Φ73半圆孔时，其中：，，，，切削力：（5-4）5.3定位误差分析拨叉夹具选用一面两销的定位方式，在加工时铣削方向与定位误差方向不同，所以不需要考虑定位误差。5.4夹具设计结论在夹具设计时，首先考虑装夹效果，提高劳动生产率。在设计选用了两面一销的定位方法，使用螺旋压板式夹紧机构夹紧工件。调节压板高度就可以对拨叉的上下端面和两孔的面进行切削，降低生产成本，提高生产效率，以用于大批量生产。因为第一次做夹具设计，对夹具类型认识不足，在以后的学习生活中还应对其深入学习以弥补不足。

6拨叉加工工序设计6.1拨叉的工艺分析拨叉为叉架类零件，结构相对简单工序相较于其他类型零件不算复，包含选择定位加工基准、加工机床、刀具夹具、加工余量等内容。拨叉工艺看似简单，但对工艺过程进行简化与使过程更加合理时却耗费了大量时间，在切削用量选用方面，全部采用文献中所类出的拨叉加工的切削用量，本次设计的夹具是从为使用过的专用工具合理的外形功能可使工作效率提高。在加工拨叉零件时，根据设计说明书，确定该零件为大批量生产，在考虑降低劳动强度、降低生产成本、提高生产效率的前提下，选择加工设备时首选选用数控设备。数控设备相较于传统手动机床有保证加工准确性、工作效率高、生产成本低等优点。6.2工序四设计1、工装设备的选择粗铣Φ55半圆孔机床：X61卧式铣床夹具：拨叉专用夹具刀具：三面刃铣刀2、切削用量的选择粗车Φ55半圆孔切削深度：=30mm，加工位置高度H:H=30mm。根据《机械加工工艺手册》可以查得：进给量f=0.14~0.24mm/r，切削速度V=60m/min；取V=60m/min。机床主轴转速：（6-1）取n=153r/min。实际进给量和每分钟进给量为：（6-2）切削时候，工件不用铣刀的行程为，则工时（6-3）3、工序尺寸及公差的确定该工序加工位置在使用时为关键结构查表得：粗铣：精度为IT12，公差值为0.46mm，粗糙度为Ra3.2µm。单边余量1mm，故其工序尺寸为Φ55。6.3工序五设计1、工装设备的选择钻φ22通孔机床：X61卧式铣床夹具：拨叉专用夹具刀具：φ22钻头2、切削用量的选择钻中心孔Φ22切削深度：=50mm，加工位置高度H:H=10mm。进给量：根据《机械加工工艺手册》，在装夹钻头时，应将其露出钻夹头夹位，拨叉通孔为50mm，因上下端面留余量10mm，故需要多钻10mm，切削深度定为60mm。据此可以确定进给量。切削速度：参照《机械加工工艺手册》取V=0.25m/s，即V=20m/min。机床主轴转速：（6-4）取实际切削速度：（6-5）3、工序尺寸及公差的确定在完成此道加工工序时，需要分析其加工精度与位置度要求来确定加工等级。查《机械加工工艺手册》可得：φ22的孔，精度为IT11，公差值为0.11mm，粗糙度为Ra1.6µm，故其工序尺寸为Φ22mm。6.4工序六设计1、工装设备的选择精铰φ22通孔机床：X61卧式铣床夹具：拨叉专用夹具刀具：φ22铣床铰刀2、切削用量的选择精铰Φ22通孔切削深度：=50mm，加工位置高度H:H=50。根据《机械加工工艺手册》查得：切削速度V=0.45m/s，取V=0.45m/s。机床的主轴转速：（6-6）取n=281r/min。机床的实际切削速度：（6-7）3、工序尺寸及公差的确定确定本工序的经济精度及表面粗糙度按“入体原则”分配偏差，根据查表可得：粗车：精度IT7，公差值为0.035mm，粗糙度为Ra1.6µm。故其工序尺寸为Φ22mm。6.5机械加工工艺文件编制在加工工艺设计中对零件工艺编制工艺过程卡和加工工艺卡是非关键的环节，是操作工人在对零件加工时的说明，让操作工人明确对零件加工的切削用量、机床、刀具、夹具、量具的选用。编制加工工艺文件是将零件信息将图纸转化到工艺卡上，加工工序卡一般以表格加图片的形式呈现，通过这种方式能够简明扼要地显示出工序名称、加工方法、加工设备、工量具、加工工时等信息。工艺过程卡包含了零件所有工序的加工过程，直接零件加工过程的整体情况。编制拨叉零件的机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡如图5-1、图5-2、图5-3、图5-4、图5-5所示。图5-1拨叉零件机械加工工艺过程卡图5-2拨叉零件机械加工工序卡（一）图5-3拨叉零件机械加工工序卡（二）图5-4拨叉零件机械加工工序卡（三）图5-5拨叉零件机械加工工序卡（四）结论通过这个设计课题，使大学学过的各种专业课程与实训技能进行充分结合，对四年所学知识进行了一次综合性的考试，并且对机械设计制造及其自动化专业有了更深刻的认识，并且提高了我的发现问题、提出问题、解决问题的能力,这次毕业设计使我提高了CAD二维制图能力，工艺过程设计能力等，这不仅是我在大学四年内的一次专业测试更是对自己能力上的考验，已发现自己的不足。并且培养了独自处理问题，查阅资料，动手实践的能力。为后来参加工作储备了较为丰富的实战经验。在此次毕业设计中，我们的设计项目都有不同，可以很好的调节每个人之间的内容重复性和个人依赖性，使每个人都可以得到真正的设计锻炼，只有这样才可以使自己得到独立的思考，在查阅相近有关资料和在指导老师的引导下才可以完成自己的设计任务，这是一个使自己不断学习、实践的过程，增进的师生关系。本次毕业设计是我们在学习完所有专业基础课课、理论基础课的大学课程后开始的，是我们对所有大学专业课的应用和实践的结合，通过专业理论知识的应用将设计的想法变为实际上的应用是一次对理论联系实际的综合锻炼，因此，本次设计只是针对拨叉零件的生产工艺进行设计，并没有在结构设计和材料选用，力学分析上进行过多论述，以后要对该方向进行重点学习，在做完此次课程设计后，使我在毕业实习前得到了工作学习经验，使我在下面几方面得到了重要的设计经验:在使用设计手册和设计图表方面得到了学习。能够灵活的运用本次设计的设计过程与该类型零件的生产工艺的各种资料。

2、在对机械制造工艺学的应用上使理论知识与应用实践相结合，能够正确对该型零件的结构进行加工工艺设计，安排合理的工艺路线对以往不合理不精准的问题进行纠正。在保证生产效率、生产成本、加工质量的前提下认真完成。

3、在设计过程中对提高结构设计的方面有很大提高。通过对零件设计的过程中，得到了该型零件的加工要求，使得对零件设计更加便于加工，减轻劳动强度，经济合理而可以保证加工质量的能力。

4、更重要的是，让我知道了，面对任何事情，只要按部就班、一步一个脚印的向前走，一定能找到光明。此次毕业设计，对我以后的工作将有很重要的影响。这次设计从材料选择到最后得到零件的成品，这种机械加工对零件进行了铣、钻、镗等生产工艺。因为它要求批量生产，并且可以在生产过程中保存调试和换刀的时间。在当今，数控技术，自动控制技术快速发展在现代机床设计中应采用高精度，高强度的零件使机床性能提高。论文基本达到了要求。对于螺纹传动副而言，由于螺母的材料强度低于螺杆，所以其磨损和破坏主要发生在螺母部分。因此我们只对螺母部分进行强度校核REF_Ref6501\r\h[13]。此次毕业设计仅对拨叉零件的工艺设计进行重点论述，在夹具设计和零件整体设计方面还过于欠缺有所不足REF_Ref24110\r\h[14]。齿轮系统广泛应用于各类机械设备，而系统中物理参数和几何参数等的不确定性可能会导致系统运动精度丧失、运动可靠度下降。针对不确定性下齿轮系统运动精度问题，分析了齿轮机构的动态传递误差REF_Ref28086\r\h