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机械制造技术课程设计252020年4月19日文档仅供参考机械制造技术课程设计说明书设计题目：设计转速器盘零件的机械加工工艺规程及钻20沉孔工序的专用夹具姓 名： 陈存建 学 号： 班 级： 机 电 123 指导教师： 陈 芳 河南机电高等专科学校 3月3日机械制造技术课程设计任务书题目：设计叉杆零件的机械加工工艺规程及钻20沉孔工序的专用夹具内容：（1）零件毛坯合图 1张 （2）机械加工工艺规程卡片 1套 （3）夹具装配图 1张 （4）夹具体零件图 1张 （5）课程设计说明书 1份原始资料：该零件图样一张；生产纲领为8000件/年；每日一班。 姓 名： 陈存建 学 号： 班 级： 机电123班 指导教师： 陈芳 3月3日目 录第1章 零件分析11.1 零件作用分析11.2 零件工艺分析1第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图2第3章 工艺规程设计33.1 定位基准的选择33.2 制定工艺路线33.3 选择加工设备及刀、夹、量具43.4 加工工序设计43.5 时间定额计算63.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡8第4章 钻20沉孔工序专用夹具设计174.1 工件自由度分析及定位方案的确定174.2 夹紧力的计算174.3 定位误差的计算及定位精度分析174.4 操作说明18第1章 零件分析1.1 零件作用分析题目所给的零件是叉杆，它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的20孔与操纵机构相连，下方的R23半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。经过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。1.2 零件工艺分析该叉杆的材料为QT45-5，球墨铸铁，最低抗拉强度b为450kgf/mm2，最低屈服强度0.2为310kgf/mm2，伸长率为5%，硬度160210HBS。球墨铸铁在铸铁中力学性能最好，兼有灰铸铁的工业优点，抗拉强度能够和刚相当，塑性和韧性也有了很大的提高。球墨铸铁的焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁。能够制成承受很大冲击的零件。该叉杆形状、结构比较简单，经过铸造毛坯能够得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。除了孔以外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，经过铣削、钻床等机床的粗加工就能够达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度较高，但也能够在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。由此能够见，该零件的工艺性较好。以下是叉杆需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、通孔20+0.045 0，粗糙度为3.22、通孔10+0.03 0，粗糙度为1.6，通孔10+0.03 0与通孔20+0.045 0两者有0.05mm的垂直度误差要求3、沉孔20，深2mm，粗糙度为12.54、内螺纹M81.25-6H，与叉杆轴线夹角为405、孔20+0.045 0的上下端面相距40mm，粗糙度为12.56、半圆孔R23+0.25 0，粗糙度为6.37、半圆孔R23+0.25 0的上下端面相距12-0.2 -0.35，粗糙度为3.2，两端面与孔20+0.045 0有0.15mm的垂直度误差要求。第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图机械加工中毛坯的种类很多，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等，同一种毛坯又有可能有不同的制造方法。最常见的毛坯是铸件和锻件。零件材料为QT45-5，为球墨铸铁，该类型的球墨铸铁最低抗拉强度b为450kgf/mm2，最低屈服强度0.2为310kgf/mm2，伸长率为5%，布氏硬度160210HBS。零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择砂型铸件毛坯（机器造型和壳型）。根据各工序能够确定毛坯的基本尺寸：加工表面机械加工后基本尺寸（mm）加工方式机械加工余量（mm）毛坯铸件基本尺寸（mm）叉杆头上下端面42（上端面）粗铣349（下端面）粗铣-半精铣4叉杆头内圆孔20扩-扩-铰218叉杆脚上下端面12粗铣-精铣719叉杆脚内圆面R23粗铣-半精铣419通孔1010钻-铰100内螺纹M8M8钻-攻螺纹80毛坯图见附图第3章 工艺规程设计3.1 定位基准的选择粗基准的选择：对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为粗基准。如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其它缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。因此，选择孔的外圆柱面作为粗基准。精基准的选择：应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。3.2 制定工艺路线制定工艺路线得出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,能够考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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，以便使生产成本尽量下降。根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,能够考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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，以便使生产成本尽量下降。根据机械制造技术基础课程设计指南第128页表5-15选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序1：以叉杆头下端面为粗基准，粗铣叉杆头上端面， 工序2：以叉杆头上端面为基准，粗铣-半精铣叉杆头下端面， 工序3：以孔叉杆头下端面为基准，钻-扩-铰叉杆头内圆表面，使孔的精度达到8级，保证其垂直度误差工序4：以叉杆头内圆表面为精基准，粗铣-半精铣-精铣叉杆脚的上下端面，保证其垂直度误差工序5：以叉杆头内圆表面为精基准，粗铣-半精铣叉杆脚的内圆面工序6：以叉杆头内圆表面为基准，钻沉孔20，钻-扩-粗铰-精铰通孔10，使孔的精度达到8级，并保证其垂直度误差，工序7：以叉杆头内圆表面为精基准，钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹工序8：铣倒角，工序9：去毛刺；工序10：清洗及终检。3.3 选择加工设备及刀、夹、量具加工过程中的粗铣、半精铣使用铣床，钻、扩、铰、攻丝使用钻床，车倒角使用车床。由于叉杆的形状不规则，因此不宜使用通用夹具，各工序均使用专用夹具。叉杆的一部分尺寸没有精度要求，使用游标卡尺测量即可，而孔20+0.045 0和半圆R23+0.25 0的精度达到了百分位和千分位，测量时使用百分表和千分表。3.4 加工工序设计工序1：以叉杆头下端面为粗基准，粗铣叉杆头上端面，机床：X52K刀具：70镶齿套式面铣刀加工余量：3mm背吃刀量：3mm进给量:316mm/min主轴转速：375r/min工序2：以叉杆头上端面为基准，粗铣-半精铣叉杆头下端面， 机床：X52K刀具：70镶齿套式面铣刀加工余量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）背吃刀量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）进给量: 316mm/min（粗铣），750mm/min（半精铣）主轴转速：375r/min（粗铣），600r/min（半精铣）工序3：以孔叉杆头下端面为基准，钻-扩-铰叉杆头内圆表面，使孔的精度达到8级，保证其垂直度误差机床：Z37刀具：18钻头，19.8扩刀，19.94铰刀，20铰刀加工余量：18mm（钻），1.8mm（扩），0.14mm（粗铰），0.06mm（精铰）背吃刀量：18mm（钻），1.8mm（扩），0.14mm（粗铰），0.06mm（精铰）进给量:0.5mm/r（钻），1.25mm/r（扩），1mm/r（粗铰），1mm/r（精铰）主轴转速：180r/min（钻），355r/min（扩），450r/min（粗铰），710r/min（精铰）工序4：以叉杆头内圆表面为精基准，粗铣-半精铣-精铣叉杆脚的上下端面，保证其垂直度误差机床：X52K刀具：70镶齿套式面铣刀加工余量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）,0.5mm(精铣)背吃刀量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）,0.5mm(精铣)进给量: 150mm/min（粗铣），600mm/min（半精铣）,475mm/min(精铣)主轴转速：375r/min（粗铣），600r/min（半精铣）,950r/min（精铣）工序5：以叉杆头内圆表面为精基准，粗铣-半精铣叉杆脚的内圆面机床：X52K刀具：10立铣刀加工余量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）背吃刀量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）进给量: 150mm/min（粗铣），750mm/min（半精铣）主轴转速：375r/min（粗铣），600r/min（半精铣）工序6：以叉杆头内圆表面为基准，钻沉孔20，钻-粗铰-精铰通孔10，使孔的精度达到8级，并保证其垂直度误差机床：Z37刀具：20麻花钻，9.8麻花钻，9.96铰刀，10铰刀，加工余量：10mm，9.8mm（钻），0.16mm（粗铰），0.04mm（精铰），背吃刀量：10mm，9.8mm（钻），0.16mm（粗铰），0.04mm（精铰），进给量:0.236mm/r，0.236mm/r（钻），1mm/r（粗铰），0.75mm/r（精铰），主轴转速：180r/min，180r/min（钻），450r/min（粗铰），710r/min（精铰），工序7：以叉杆头内圆表面为精基准，钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹机床：Z37刀具：6麻花钻，加工余量：6mm（钻孔），2mm（内螺纹）背吃刀量：6mm（钻孔），2mm（内螺纹）进给量:0.315mm/r（钻孔）,1.25mm/r（内螺纹）主轴转速：180r/min（钻），280r/min（内螺纹）（根据p195，8m/min）3.5 时间定额计算工序1：以叉杆头下端面为粗基准，粗铣叉杆头上端面，机床：X52K刀具：70镶齿套式面铣刀加工余量：3mm背吃刀量：3mm进给量:316mm/min主轴转速：375r/minTj1=（l+l1+l2）/fMz=20S工序2：以叉杆头上端面为基准，粗铣-半精铣叉杆头下端面， 机床：X52K刀具：70镶齿套式面铣刀加工余量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）背吃刀量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）进给量: 316mm/min（粗铣），750mm/min（半精铣）主轴转速：375r/min（粗铣），600r/min（半精铣）fMz1=fZ*Z*n=300mm/min，fMz2=fZ*Z*n=750mm/minTj1=（l+l1+l2）/fMz=20S，Tj2=（l+l1+l2）/fMz=8.5S工序3：以孔叉杆头下端面为基准，钻-扩-铰叉杆头内圆表面，使孔的精度达到8级，保证其垂直度误差机床：Z37刀具：18钻头，19.8扩刀，19.94铰刀，20铰刀加工余量：18mm（钻），1.8mm（扩），0.14mm（粗铰），0.06mm（精铰）背吃刀量：18mm（钻），1.8mm（扩），0.14mm（粗铰），0.06mm（精铰）进给量:0.5mm/r（钻），1.25mm/r（扩），1mm/r（粗铰），1mm/r（精铰）主轴转速：180r/min（钻），355r/min（扩），450r/min（粗铰），710r/min（精铰）Tj1=（l+l1+l2）/(f*n)=32STj2=（l+l1+l2）/(f*n)=6.6STj3=（l+l1+l2）/(f*n)=6.4STj4=（l+l1+l2）/(f*n)=4.5S工序4：以叉杆头内圆表面为精基准，粗铣-半精铣-精铣叉杆脚的上下端面，保证其垂直度误差机床：X52K刀具：20立铣刀加工余量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）,0.5mm(精铣)背吃刀量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）,0.5mm(精铣)进给量:150mm/min（粗铣），600mm/min（半精铣）,475mm/min(精铣)主轴转速：375r/min（粗铣），600r/min（半精铣）,950r/min（精铣）Tj1=（l+l1+l2）/fMz=15.2STj2=（l+l1+l2）/fMz=4STj3=（l+l1+l2）/fMz=4.75S工序5：以叉杆头内圆表面为精基准，粗铣-半精铣叉杆脚的内圆面机床：X52K刀具：20立铣刀加工余量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）背吃刀量：3mm（粗铣），1mm（半精铣）进给量:150mm/min（粗铣），750mm/min（半精铣）主轴转速：375r/min（粗铣），600r/min（半精铣）Tj1=（l+l1+l2）/fMz=23STj2=（l+l1+l2）/fMz=5S工序6：以叉杆头内圆表面为基准，钻-粗铰-精铰通孔10，使孔的精度达到8级，并保证其垂直度误差机床：Z37刀具：20麻花钻，9.8麻花钻，9.96铰刀，10铰刀， 加工余量：20mm，9.8mm（钻），0.16mm（粗铰），0.04mm（精铰），背吃刀量：20mm，9.8mm（钻），0.16mm（粗铰），0.04mm（精铰），进给量:0.12mm/r，0.236mm/r（钻），1mm/r（粗铰），0.75mm/r（精铰），主轴转速：180r/min，180r/min（钻），450r/min（粗铰），710r/min（精铰），Tj4=（l+l1+l2）/fMz=4/（180*0.12/60）=11STj1=（l+l1+l2）/fMz=38/（180*0.236/60）=54STj2=（l+l1+l2）/fMz=38/（450*1/60）=5.1STj3=（l+l1+l2）/fMz=38/（710*0.75/60）=4.3S工序8：以叉杆头内圆表面为精基准，钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹机床：Z37刀具：6麻花钻，加工余量：6mm（钻孔），2mm（内螺纹）背吃刀量：6mm（钻孔），2mm（内螺纹）进给量:0.315mm/r（钻孔）,1.25mm/r（内螺纹）主轴转速：180r/min（钻），280r/min（内螺纹）Tj1=（l+l1+l2）/fMz=24/（180*0.315/60）=27STj2=（l+l1+l2）/fMz=24/（280*1.25/60）=4.2S3.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡机械加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号产品名称叉杆零（部）件名称叉杆共（ 1 ）页第（ 1 ）页材料牌号QT45-5毛坯种类铸件毛坯外型尺寸每毛坯可制件数1每台件数备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工步工时铸造时效、涂漆10粗铣叉杆头上端面X52K专用夹具20粗铣-半精铣叉杆头下端面X52K专用夹具30钻-扩-铰叉杆头内圆表面Z37专用夹具40粗铣-半精铣-精铣叉杆脚的上下端面X52K专用夹具50粗铣-半精铣叉杆脚的内圆面X52K专用夹具60钻沉孔20、钻-粗铰-精铰通孔10Z37专用夹具70攻M8x1.25内螺纹Z37专用夹具80铣倒角X52K专用夹具90去毛刺100清洗及终检描图110入库120描校底图号设计日期审核日期标准化日期会签日期装订号陈芳标记处数更改文件号签字日期指导 3月3日 机械制造与自动化专业 机械加工工序卡片工序名称铣 工序号 10零件名称 叉杆 零件号零件重量 同时加工零件数 1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量QT45-5 球墨铸铁设 备夹具名称辅助工具 名 称型 号立式铣床 X52K 专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时11以叉杆头下端面为粗基准，粗铣叉杆头上端面70镶齿套式面铣刀游标卡尺13mm316mm/min375r/min82.5m/min20S 设计者陈存建 指导教师陈 芳共 7 页第 1 页 机械制造与自动化专业 机械加工工序卡片工序名称 铣 工序号 20零件名称 叉杆 零件号零件重量 同时加工零件数 1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量QT45-5球墨铸铁设 备夹具名称辅助工具 名 称型 号立式铣床 X52K 专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时11粗铣叉杆头下端面70镶齿套式面铣刀游标卡尺13mm316mm/min375r/min82.5m/min20S12半精铣叉杆头下端面11mm750mm/min600r/min131.9m/min8.5S 设计者陈存建 指导教师陈 芳共 7 页第 2 页 机械制造与自动化专业 机械加工工序卡片工序名称 钻 工序号 30零件名称 叉杆 零件号零件重量 同时加工零件数 1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量QT45-5 球墨铸铁设 备夹具名称辅助工具名 称型 号钻床Z37专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时11钻叉杆头内圆表面18麻花钻游标卡尺118mm0.5mm/r180r/min10m/min32S12扩叉杆头内圆表面19.8扩刀百分表11.8mm1.25mm/r355r/min22m/min6.6S13铰叉杆头内圆表面19.94铰刀10.14mm1mm/r450r/min28m/min6.4S14铰叉杆头内圆表面20铰刀千分表10.06mm1mm/r710r/min44m/min4.5S 设计者陈存建 指导教师陈 芳共 7 页第 3 页 机械制造与自动化专业 机械加工工序卡片工序名称 铣 工序号 40零件名称 叉杆 零件号零件重量 同时加工零件数 1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量QT45-5 球墨铸铁设 备夹具名称辅助工具名 称型 号立式铣床 X52K 专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时11粗铣叉杆脚的上下端面立铣刀游标卡尺13mm150mm/min375r/min23.6m/min15.2S12半精铣叉杆脚的上下端面立铣刀百分表11mm600mm/min600r/min37.7m/min4S13精铣叉杆脚的上下端面立铣刀10.5mm475mm/min950r/min59.7m/min4.75S 设计者陈存建 指导教师陈 芳共 7 页第 4 页 机械制造与自动化专业 机械加工工序卡片工序名称 铣 工序号 50零件名称 叉杆 零件号零件重量 同时加工零件数 1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量QT45-5 球墨铸铁设 备夹具名称辅助工具 名 称型 号立式铣床X52K 专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时11粗铣叉杆脚的内圆面立铣刀游标卡尺13mm150mm/min375r/min23.6m/min23S12半精铣叉杆脚的内圆面立铣刀百分表11mm750mm/min600r/min37.7m/min5S 设计者陈存建 指导教师陈 芳共 7 页第 5 页 机械制造与自动化专业 机械加工工序卡片工序名称 钻 工序号 60零件名称 叉杆 零件号零件重量 同时加工零件数 1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量QT45-5 球墨铸铁设 备夹具名称辅助工具名 称型 号钻床Z37 专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时11钻通孔109.8麻花钻游标卡尺110mm0.236mm/r180r/min11.3m/min5.7S12锪沉孔2020锪刀游标卡尺19.8mm0.236mm/r180r/min5.5m/min57S13粗铰通孔109.96铰刀百分表10.16mm1mm/r450r/min14.1m/min5.5S14精铰通孔1010铰刀千分表10.04mm0.75mm/r710r/min22.3m/min4.5S 设计者陈存建 指导教师陈 芳共 7 页第 6 页 机械制造与自动化专业 机械加工工序卡片工序名称 钻 工序号 70零件名称 叉杆 零件号零件重量 同时加工零件数 1材 料毛 坯牌 号硬 度型 号重 量QT45-5 球墨铸铁设 备夹具名称辅助工具 名 称型 号钻床Z37 专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时11钻一个6的孔6麻花钻游标卡尺16mm0.315mm/r180r/min3.4m/min27S12攻M8x1.25内螺纹丝锥12mm1.25mm/r280r/min7.1m/min4.2S 设计者陈存建 指导教师陈 芳共 7 页第 7 页第4章 钻20沉孔工序专用夹具设计4.1 工件自由度分析及定位方案的确定加工时，叉杆轴线与X轴平行，叉杆头轴线与Y轴平行。由于10孔与叉杆头内圆轴线的距离尺寸要求为120.1，到叉杆头下表面距离为20，夹具应限制叉杆沿X轴，Y轴的移动。在加工10孔前先加工20孔，这样能够避免在斜面上加工10孔。加工20孔时孔深为2，因此应该限制叉杆在Z轴方向上的移动。由于10孔相对于叉杆有垂直度要求，因此应限制叉杆绕X轴，Y轴的旋转。10孔相对于叉杆头20孔有距离和垂直度要求，选用平面和短销对叉杆定位，这样能够限制叉杆沿沿X轴，Y轴，Z轴的移动，和绕X轴，Z轴的转动。用一个支撑钉对叉杆连扳定位限制叉杆绕Y轴的转动。4.2 夹紧力的计算夹紧机构应保证工件夹紧可靠安全不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。由于加工时切削力的方向竖直向下，夹紧力是水平方向，因此加紧时保证工件不晃动即可。4.3 定位误差的计算及定位精度分析工序20沉孔的工序基准是叉杆头内表面，定位时采用的是芯轴对杆头内表面定位，因此不存在基准不重合误差，即B=0。定位基准与限位基准不重合，Y=TiCOS=(TD+Td)* COS/2=(0.045+0.013)*COS90/2=0mm因为Y和B都为0，因此定位误差D为0。4.4 操作说明安装工件时，先将叉杆头20通孔插到芯轴上，再将叉杆头与叉杆脚之间的连扳与支撑钉靠紧，安装开口垫圈，拧紧夹紧螺母。加工完20沉孔后，不卸工件，待加工完10孔后在卸下工件。