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倒档拨叉加工工艺规程制订及卡具设计

　　一 、 零件的分析
（一）零件的作用
倒档拨叉在运输车的变速箱中，与操纵机构的其他零件结合，用它拨动滑动齿轮，实现倒车。φ14H9为配合面有较高精度。槽14H13为滑动拨动的配合表面。T1，T2为与滑动齿轮接触的表面。
（二）零件的工艺分析
该零件是叉架零件，形状不规则，尺寸精度、型位精度要求较高，零件的主要技术要求分析如下：（零件图1）
（1） T1、T2两表面对Φ14H9孔轴线垂直度摆差不大于0.1mm，主要是保证叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上，拨差利用弹簧、滚珠在轴上进行定位，因此必须保证Φ8.7+0.10mm。孔及拨叉槽的尺寸精度。
T1、T2面与不加工腹板5mm的平均尺寸为0.5mm，应注意保持有一定的台面。
拨叉在操纵时轴向移动灵活，T1、T2表面受力均匀。
（2） 铸件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及刚度，在外力的作用下，不致于发生意外事故。
（3） 由于零件的壁薄而且悬伸长，因此刚性较差，在设计夹具时应充分注意这一点。
（4） Φ14H9孔是一个比较重要的孔，也是以后机械加工各工序中的主要定位基准。因此加工此孔的工序是比较重要的。要在夹具设计中考虑保证达到此孔的精度及粗糙度的要求。
二、 工艺规程的设计
（一）确定毛坯的制造形式
由于零件的结构比较复杂，又是薄壁件，所以采用金属型铸造。工件材料为KTH350-10毛坯的尺寸精度要求为IT11～12级。
（二）基准的选择
根据零件图纸及零件的使用情况分析，知Φ14H9孔，槽宽，叉子面厚，叉子面与腹板的距离等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。
（1）粗基准的选择
按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择5mm厚的腹板右侧为第一毛坯表面基准，在加工Φ14H9孔时，为保证Φ24mm的外圆表面为第二毛基准。
（2）精基准的选择
在Φ14H9孔加工以后，各工序则以该孔为定位精基准，从靠近叉脚的Φ24mm端面为轴向尺寸的定位基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。
（三）工艺路线的拟定
（1）工艺路线的拟定
为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。
由于生产纲领为成批生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。
工艺路线方案一：
精铸、退火
工序：
1. 钻孔，刮端面。
2. 车孔。
3. 车端面。
4. 粗铣脚面。
5. 铣开挡。
6. 铣槽。
7. 钻孔。
8. 精铣脚面。
工艺路线二：
精铸，退火。
工序：
1. 铣两端面。
2. 钻、扩、倒角、铰Φ14H9孔。
3. 倒角。
4. 粗铣脚面。
5. 铣开挡。
6. 铣槽。
7. 钻孔。
8. 精洗脚面。
两个工艺方案的比较和分析：
两个工艺方案中除前3道工序不同外，其余的工序都相同，所以只要比较前三道工艺的优劣性就可以。而前3道工序是为了获取精基准。
方案一是用车削的方法：
在车端面的 同时将孔一并完成，这样能很好的保证孔与端面的垂直度；
方案二是铣削的方法：
先铣两个面，然后在钻床上加工出孔，应为两个端面一次铣出，可以有较好的平行度，然后用端面定位，用滑柱钻模的钻套定中心，用钻模板直接压紧，也能得到较好的孔与端面的垂直度。
后面的工序均以孔和端面定位，故基准是重合的，两个方案在这点上是相同的。
另外，选择方案时还要考虑工厂的具体条件因素，如设备，能否借用工、夹、量具等。
由于方案二是两次装夹，制造是其夹具精度等级也相应的要求提高，另外在效率上也没有方案一高，故选择方案一。
根据方案一制定出相信的工序划分如下所示：
毛坯为精铸件，清理后，退火处理，以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，在毛坯车间调整拨叉爪变形，铣去浇冒口，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。
工序：
（1） 钻φ13.5孔刮φ24mm端面。
（2） 车φ14H9孔。
（3） 车端面，倒角。
（4） 车端面，倒角。
（5） 整形。
（6） 粗铣脚面。
（7） 铣开档。
（8） 铣槽。
（9） 铣面。
（10） 钻孔。
（11） 钻φ8.7孔。
（12） 去毛刺。
（13） 精铣脚面。
（14） 倒角，去毛刺。
（15） 检验。
根据此工序安排，编出机械加工过程卡及工序卡片，另外编出车削部分工艺卡片。见附表1：机械加工工艺过程卡；附表2～15：机械加工工序卡；附表16：φ车14H9孔及端面和倒角的工艺卡片。

产品型号及规格
10运输车
零件生产批量
3000
第1页
零件名称
I拨叉
零件图号
2008.10.10
共2页
毛坯种类
铸造
材料名称及型号
KTH300-10
每件毛坯制坯数
1
成形尺寸
103×60×46
毛坯尺寸
110×70×50
零件重量

毛坯重量

每台产品件数
1
车间名称
工序号
工种
工序名称
单件工 时
机床型号及名称
夹具名称及型号
刀具名称及编号
辅助名称及编号
量具名称及编号

10
钳
整形
1.25

20
车
钻φ13.5孔刮φ24面，保证尺寸36.5
2.25
CL15全功能数控车
拨叉车φ14孔夹具
内孔刀

塞规φ13.5

30
车
φ14H9
1.25
CL15全功能数控车
同上
内孔刀

塞规

40
车
平端面，保证尺寸40.5倒角1×45°
1.5
CL15全功能数控车
同上
外圆刀

游标卡尺

50
车
平端面，保证尺寸46和5.5倒角1×45°
1.5
同上
同上
外圆刀

同上

60
钳
整形
2

70
铣
粗铣脚面，保证尺寸6.7±0.12
4.65±0.12
1.5
XD40数控铣
粗铣脚面夹具
三面刃铣刀φ120×12

同上

80
铣
铣开档40B12
1.5
XD40
拨叉开档夹具
同上

同上

90
铣
铣14H13槽，保证尺寸16.5±0.16，12
2
XD40
铣槽14DJ夹具
三面刃铣刀φ125×14H13

同上

100
铣
铣面，保证尺寸14
1.25
同上
铣夹具
三面刃铣刀φ120×13.5

游标卡尺

110
钻
钻φ8.7孔，保证尺寸16.5±0.06尺寸
1.65
Z5140
钻φ8.7孔钻孔
钻头φ8.7

同上

120
钳
去毛刺
0.5

手用铰刀

130
铣
精铣脚面保证尺寸
2.5

140
钳
倒角1×45°去毛刺

附表2 机械加工工序卡

附表3 机械加工工序卡

附表4 机械加工工序卡

附表5 机械加工工序卡

附表6 机械加工工序卡

附表7机械加工工序卡

附表8机械加工工序卡

附表9机械加工工序卡

附表10机械加工工序卡

附表11机械加工工序卡

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
1.毛坯尺寸的确定，画毛坯图。
拨叉是运输车变速箱中的一个零件，其材料为KTH300-10,由于产品的形状复杂，生产纲领是成批生产，所以毛坯选用金属型铸造。毛坯铸出后应进行退火处理，以消除铸件在铸造过程中产生的内应力。
由文献[1]表2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级CT为7～9级，加工余量等级MA为F级。故取CT为9级，MA为F级。
由文献[1]2.3-5可用查表法确定各表面的总余量，但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。
由文献[1]2.3-9可查出铸件主要尺寸的公差，现将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如表1-8所示。

表1-8 主要毛坯尺寸及公差
主要面寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
φ24mm两端面
46
3+3
52
2
两脚面
6
2+2
10
1.5
14H13槽面
14
2+2
10
1.6
叉脚开档
40
3+3
34
2
由此，即可绘制出零件的毛坯图
2.1 钻，车φ14mm孔
该孔先由高速钢钻头钻出底孔后，再由内孔刀车出。
由文献[1]表2.3-52得拉孔时的余量为0.5mm，故钻孔的余量为
钻孔：工序尺寸及公差为
拉孔：工序尺寸及公差：
由文献[1]表2.4-38，取钻孔的进给量f＝；又由文献[1]表2.4-41，用插入法求得钻孔时的切削速度v＝。由此算出转速为：

按车床的实际转速取n＝，则实际切削速度为：
v＝＝
由文献[1]表2.4-69得
F=9.81×43.3×d0×f0.8×KF
M=9.81×0.021d×f0.8×KM
因为加工可锻铸铁时KF＝KM，且由文献[1]表2.4-47，可查得KF＝0.92，故
F=9.81×43.3×13.5×0.20.8×0.92N=1267.5N
M=9.81×0.021×13.52×0.40.8×0.92N=7N
它们均小于机床所能提供得进给力和扭转力矩，故机床刚性足够。

2.2切削用量
切削用量是指机床在切削加工时的状态参数。不同类型的机床对切削用量的参数的表述也略有不同，但基本的含义都是一致的。见上图
（1）切削速度（Vc）
切削刃上的切削点相对于工件运动的瞬时速度称为切削速度。切削速度的单位为m/min。在各种金属切削机床中，大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动，即都是回转运动。切削速度与机床主轴转速之间进行转换的关系为：
式中：----切削速度，m/min
d-----工件直径，mm
n-----主轴转速r/min
（2）进给量（f）
不同种类的机床，进给量的单位是不同的。对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过一转，刀具沿进给方向上相对于工件的移动量，单位为mm/r，对于数控车床，由于其控制原理与普通车床不同，进给量还可以用进给速度来表示，即刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量。在车削加工时，进给速度是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。它与进给量之间的关系为：
（3）背吃刀量（）
背吃刀量的计算公式为：
式中：---待加工表面直径，mm
---已加工表面直径，mm
切削加工中，切削速度（）、进给量（f）和背吃刀量（）这三个参数是相互关联的，在粗加工中，为了提高效率，一般采用较大的背吃刀量。此时切削速度和进给量相对较小，而在半精加工和精加工阶段，一般采用较大的切削速度、较小的进给量和背吃刀量，以获得较好的加工质量（包括表面粗糙度、尺寸精度和形状精度）。
（4）切削时间
式中：l----刀具行程长度
A----半径方向加工余量
（5）金属切除率（）
金属切除率是指每分钟切下工件材料的体积，单位为。它是衡量切削效率高低的另一个指标，金属切除率由下式计算：

3.加工脚面
脚面由粗铣，精铣两次加工完成，采用三面刃圆盘铣刀（高速钢），铣刀规格为φ120×12。
由文献[1]表2.3-59，查得精加工余量为1mm，由于两脚面较小，根据实际情况将其调整为0.35mm，故其加工余量为（2.75-0.35）mm＝2.4mm。
由文献[1]表2.4-73，取粗铣的每齿进给量0.2mm/z，取精铣的每转进给量为0.5mm/r，粗铣走刀一次ap＝2.4mm，精铣走刀一次ap＝0.35mm。
由文献[1] 表3.1-74，取粗、精铣得主轴转速分别为150r/min和300r/min，又由前面选定得刀具直径φ120mm，故相应得切削速度分别为：
v粗＝
v精＝
校核机床功率（只须校核粗加工即可）
由文献[1]表2.4-96，得切削功率Pm为：
Pm=92.4
取Z=16,n＝
ap＝2.4mm，而Kpm＝由文献[1]表2.4-94
可知,故，
所以 Pm＝
其所耗功率小于机床功率，故可用。
4.加工14H13得槽面可用变速钢三面刃铣刀加工，由前定余量为2mm故可一次铣出，铣刀规格为φ125×14H13。
由文献[1]表2.4-73，取每齿进给量为0.15mm/z，ap＝2mm，由文献[1]表3.1-74，取主轴转速为190r/min，则相应得切削速度为：
v＝
5.加工开档
开档余量为3mm，也可用高速钢三面刃铣刀一次铣出，铣刀规格为φ12012。
由文献[1]表2.4-73，取每齿进给量为0.15mm/z，ap＝3mm，由文献[1]表3.1-74，取主轴转速为190r/min，则相应得切削速度为：
v＝
6.加工孔
采用直径为mm的高速钢钻头加工，尺寸16.50.06mm由钻模保证。
由文献[1]表2.4-38，取进给量f＝0.3mm/r，
由文献[1]表2.4-41，用插入法求得钻mm孔的切削速度为v＝0.457m/s＝27.42m/min
由此算出转速为

按机床实际转速取n＝1000r/min，则实际切削速度为：

7. mm两端面的加工
两端面的加工由车削来完成，工序余量为3mm。
由文献[1]表2.4-3可得：ap＝3mm，f＝0.4mm/r，由文献[1]表3.1-18可得：n＝750r/min，则相应的切削速度为:

9. 时间额定计算：
下面计算110工序钻mm孔的时间定额。
（1） 机动时间 由文献[1]表2.5-7得钻孔的计算公式为：
t＝
式中
所以

（2）辅助时间 由文献[1]表2.5-41确定
开停车 0.015mm
升降钻杆 0.015mm
主轴运转 0.02min
清楚铁屑 0.04min
卡尺测量 0.10min
装卸工件时间由由文献[1]表2.5-42取1min
所以辅助时间：

（3）作业时间

（4）常量工作场地时间 Ts
由文献[5]表，取，则
Ts＝TB=1.5453％＝0.04635min
（5） 休息与生理需要时间Tr
由文献[5]表，取则
Tr＝TB＝1.545＝0.04635min
（6） 准备与终结时间Te
由文献[5]表2.5-44，取部分时间为：
简单件 26min
深度定位 0.3min
使用钻模 6min
由设计给定3000件，则
Te/n＝（26+0.3+6）/3000＝0.0213min
（7） 单件时间
（8）单件时间计算

三、 工装设计分析及设计任务书
从前所述的基准选择的分析及制定的工艺规程的工序卡。选择几个工序的工艺装备提出“专用工艺装备设计任务书”以便交给工装设计人员进行设计。
现经分析提出下列二个工序的工装设计任务书。
1） 工序02 平端面、倒角的涨套夹具。
工序设计任务书见附表12。
附表12机械加工工序卡

小结
通过这次毕业设计，使我进一步了解所学过的理论知识及具体运用了这些知识。
通过这次毕业设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料、手册等工具书。通过实例对工艺规程的编制和切削用量的选择计算等做了一次练习。
总之，通过这次毕业设计使我受益匪浅，为我今后的学习与工作打下了一个坚实而良好的基础。在此，衷心感谢各位老师的帮助和指导。

四、 主要参考文件
1 李洪主编.机械加工工艺手册.北京：北京出版社，1990
2 艾兴，肖诗纲主编.切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，1994
3 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册（第2版）.上海：上海科学技术出版社，1990
4 赵如福主编.金属机械加工工艺人员手册（第3版）.上海：上海科学技术出版社，1990
5 郑修本，冯冠大主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，1992