倒挡拨叉优秀课程设计.doc

倒挡拨叉机械制造工艺设计专业： 机械设计制造及其自动化 组别： 学号： 姓名： 完成日期： 年 月 日目 录摘 要- 1 -1 零件分析- 2 -1.1 零件作用- 2 -1.2 零件图审查- 3 -1.3 零件工艺初步分析- 3 -2 确定生产类型- 4 -3 确定毛坯- 4 -3.1 毛坯类型- 4 -3.2 确定机械加工余量及毛坯尺寸、公差- 4 -3.3 绘制毛坯图- 5 -4 工艺规程设计- 5 -4.1 选择定位基准- 5 -4.2 制订工艺路线- 6 -4.3 选择加工设备和工艺装备- 7 -4.3.1选择机床- 7 -4.3.2选择夹具- 7 -4.3.3选择刀具- 7 -4.3.4选择量具- 8 -4.4 加工余量、工序尺寸及公差确实定- 8 -4.5 确定切削用量立即间定额- 9 -4.5.1切削用量- 9 -4.5.2时间定额- 10 -5 夹具设计（选做）- 11 -结 论- 12 -参考文件- 12 -摘 要机械制造技术项目训练，是以给定一个中等复杂程度中小型机械零件为对象，在确定其毛坯制造工艺基础上，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计。是综合利用机械制造技术基础知识、基础理论和基础技能，分析和处理实际工程问题一个关键教学步骤；是对学生利用所掌握“机械制造技术”知识及相关理论一次全方面应用训练。经过训练，培养学生制订零件机械加工工艺规程和分析工艺问题能力，设计机床夹具能力，使用手册、图表及数据库资料能力。此次课程设计对倒挡拨叉零件进行了工艺设计，拨叉是一个辅助零件，摆动拨叉能够控制滑套和不一样齿轮结合和分离，达成换挡目标，拨叉制作需要达成一定精度要求，而拨叉夹具设计能够提升产品劳动生产率，确保和提升加工精度，降低生产成本等，从而使拨叉产品在确保精度前提下提升效率、降低成本关键词： 拨叉； 工艺； 定位； 加紧； 夹具 1 零件分析经过对该零件图重新绘制，知原图样试图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。 从零件图上看，该零件是经典叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。为大批量生产铸件。其关键加工有14H9表面粗糙度为Ra6.3um，其轴轴要确保直线度M级0.03；斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到0；开挡公差尺寸为0.1到0.2，表面粗糙度为Ra6.3um并确保和14H9轴线垂直度为0.25；R19面粗糙度为Ra12.5um，表面要求淬火处理，硬度要求为4853HRC；下爪总长公差尺寸为-1到0；后脚面公差尺寸为0到0.52，前面到轴线尺寸18公差尺寸为0.2；孔8.7公差尺寸为0到0.09，其轴线到开挡前脚面尺寸41.5公差尺寸为0.15，孔深32公差尺寸为-1到0；拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔8.7对称度为0.4，内表面表面粗糙度为Ra12.5，内表面满足配合14H13公差尺寸为0到0.27，其槽底部分许可呈R3max圆角或2最大长为3倒角；孔8.7还需锪平直径为12；孔24端面、开挡内R15面、孔8.7内表面和槽14H13底面表面粗糙度为Ra25通常加工全部可取得。经过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较轻易确保，我们经过专用夹具可确保其加工要求，整个图面清楚，尺寸完整合理，能够完整表示物体形状和大小，符合要求。1.1 零件作用倒档拨叉是和操纵机构零件结合，用它拨动滑动齿轮实现倒车。 14H9为配合面有较高精度。槽14H13为滑块拨动配合表面。该拨叉在换挡位时要承受弯曲应力和冲击载荷作用，所以该零件应含有足够强度、刚度和韧性，以适应拨叉工作条件。图1.1.1 倒挡拨叉图纸1.2 零件图审查经过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较轻易确保，经过专用夹具可确保其加工要求，整个图面清楚，尺寸完整合理，能够完整表示物体形状和大小，符合要求。图1.2.1 倒挡拨叉零件图1.3 零件工艺初步分析从零件图上看，该零件是经典叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。为大批量生产铸件。其关键加工有14H9表面粗糙度为Ra6.3um，其轴轴要确保直线度M级0.03；斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到0；开挡公差尺寸为0.1到0.2，表面粗糙度为Ra6.3um并确保和14H9轴线垂直度为0.25；R19面粗糙度为Ra12.5um，表面要求淬火处理，硬度要求为4853HRC；下爪总长公差尺寸为-1到0；后脚面公差尺寸为0到0.52，前面到轴线尺寸18公差尺寸为0.2；孔8.7公差尺寸为0到0.09，其轴线到开挡前脚面尺寸41.5公差尺寸为0.15，孔深32公差尺寸为-1到0；拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔8.7对称度为0.4，内表面表面粗糙度为Ra12.5，内表面满足配合14H13公差尺寸为0到0.27，其槽底部分许可呈R3max圆角或2最大长为3倒角；孔8.7还需锪平直径为12；孔24端面、开挡内R15面、孔8.7内表面和槽14H13底面表面粗糙度为Ra25通常加工全部可取得。2 确定生产类型依设计题目，结合生产实际（年产量5000件）可知该零件生产纲领零件是大批量生产铸件。3 确定毛坯因为该拨叉件外形复杂。又是薄壁件，年产量为5000件（大批生产）属于成批生产，故毛坯可采取砂型铸造机器造型和壳型，从而提升毛坯生产率。工件材料ZG310-570。毛坯尺寸槽度要求为IT11IT12级。毛坯尺寸可经过加工余量大小最终确定。3.1 毛坯类型铸件机械加工余量按GB/T11351-89确定，材料为ZG310-570。因为零件形状复杂，生产纲领是成批生产，所以毛坯选择砂型铸造机器造型和壳型。3.2 确定机械加工余量及毛坯尺寸、公差铸件机械加工余量按GB/T11351-89确定，材料为ZG310-570。因为零件形状复杂，生产纲领是成批生产，所以毛坯选择砂型铸造机器造型和壳型。依据文件【1】表2-1得，该铸件尺寸公差CT为8-12级，由表2-5得加工余量等级MA为F，所以取CF=9级。由表2-3得各表面公差数值：24端面尺寸46 公差CT为2mm14H13槽面尺寸14 公差CT为1.6mm右脚内端面尺寸41.5 公差CT为2mm左脚内端面尺寸23 公差CT为1.7mm内圆面R15 公差CT为1.6mm表3-1 机械加工余量及毛坯尺寸、公差零件图尺寸机械加工余量毛坯基准尺寸公差值及极限偏差毛坯尺寸标注24端面尺寸4625025014H13槽面尺寸142101.610右脚内端面尺寸41.5245245左脚内端面尺寸232191.719内圆面R152131.6133.3 绘制毛坯图图3.3.1 倒挡拨叉毛胚图4 工艺规程设计4.1 选择定位基准基面选择是工艺规程设计中关键工作之一，基面选择正确和合理，能够使加工质量得到确保，生产率得以提升。依据零件图及其使用情况分析，知14H9孔是设计基准，也是零件工作最关键工作面。1） 粗基准选择对于通常件而言，根据相关粗基准选择标准（即当零件又不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，若零件有若干个不加工表面时，应以和加工表面要求相对位置较高不加工表面作粗基准）。先选择拨叉头左端面和24外圆表面作为加工14H9孔时粗基准。2） 精基准选择在14H9孔加工以后，各工序则以该孔为定位精基准，靠近叉脚24端面为轴向尺寸定位精基准。从而满足定位基准重合标准，和互为基准标准。但有些表面加工可能会出现基准不重合，有时需进行尺寸链换算。4.2 制订工艺路线毛坯为铸件，应经退火处理以消除铸件内应力及改善机械加工性能，然后送到机械加工车间加工，具体工序以下：1、 钻14孔至13.5mm（以24圆柱面和左端面为基准定位）2、 铣左端面（以13.5孔和右端面为基准定位）3、 铣右端面（以13.5孔和左端面为基准定位）4、 倒角（左边）（以13.5孔和右端面为基准定位）5、 倒角（右边）（以13.5孔和左端面为基准定位）6、 铰14H9孔（以13.5孔和左端面为基准定位）7、 铣内圆曲面R15（以14H9孔、左端面和R13孔为基准定位）8、 粗铣拨叉脚内端面（以14H9孔、右端面和R15孔为基准定位）9、 铣操纵槽两面和底面（以16圆柱面和24左端面为基准定位）10、钻8.7mm孔（以16圆柱面和24圆柱面一线为基准定位）11、锪平12孔（以16圆柱面和24圆柱面一线为基准定位）12、精铣拨叉脚内端面（以14H9孔、右端面和R15孔为基准定位）13、去毛刺14、清洗15、检验4.3 选择加工设备和工艺装备4.3.1选择机床1、工序（1）钻13.5，选择Z525型立式钻床。2、工序（2）、（3）铣24端面，选择X51立式型机床。3、工序（4）、（5）倒角和工序（6）铰14H9孔，选择Z525型立式钻床。4、工序（8）、（12）粗、精铣脚内端面，工序（7）铣曲面R15均选择X62W型机床。5、工序（6）铣槽，选择X62W型机床。6、工序（7）钻8.7孔，工序（8）锪平12孔均选Z525型机床。7、工序（13）去毛刺，选择钳工台。8、工序(14)清洗，选择清洗机。9、工序（15）检验，选择检验台。4.3.2选择夹具本零件属于大批生产所以为了满足生产率要求，各工序均采取专用夹具装夹工件。4.3.3选择刀具1、工序（1）钻14H9孔至13.5mm，由文件【1】表3-5，选择d=13.5mm、L=199，2号莫氏圆锥刀。2、工序（2）、（3）铣两端面，依据文件【1】表3-23，选择镶齿套式面铣刀，规格D=80，D1=70，d=27，L=36，L1=30，齿数为10。3、工序（4）、（5）倒角依据文件【1】表3-10选择d=16mm，L=93mm，l=20mm锥柄锥面锪钻。4、工序（6）铰14H9孔，由文件【1】表3-33，选择d=14mm、L=189、l=47，一号莫氏锥柄刀。5、工序（7）依据文件【1】表3-28选择D=30mm、d=10mm、l=12mm、 Z=10镶齿三面刃铣刀。6、工序（8）、（12），依据文件【1】表3-28，选择镶齿三面刃铣刀，选择D=38mm，d=12mm，l=12mm，Z=10错齿三面铣刀。7、工序（9）依据文件【1】表3-26，选择D=80mm，d=22mm，l=12mm，Z=10镶齿三面刃铣刀。7、工序（10）钻8.7孔，依据参考文件【3】表3.1-5选择d=8.7mm，l=125mm硬质合金直柄麻花钻。8、工序（11）锪平12孔，依据文件【1】表3-12选择d=12mm，d1=6.6mm，d2=8mm，L=80mm，l=18mm带导柱直柄平底锪钻。4.3.4选择量具所以零件属于成批生产，通常均采取通用量具1、工序（1）依据文件【3】表5-24，选择锥柄圆柱塞规13.5 0+0.12 ，l=99mm。2、工序（2）、（3）依据文件【1】表3-39，均选择分度值为0.02mm游标卡尺。3、工序（6）铰孔，依据文件【3】表5.2-1选择锥柄塞规14H9。4、工序（7）、（8）、（9）、（11）、（12）依据文件【1】表3-39，选择三用游标卡尺，分度值为0.02mm游标卡尺。5、工序（10）依据文件【1】表3-39选择专用塞规8.7 0+0.09 。4.4 加工余量、工序尺寸及公差确实定1、工序（1）、（6）该孔由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆孔铰刀铰出，由参考文件【3】表2.3-15查得，铰孔余量0.5mm，所以钻孔余量，Z钻=（14-0.5）/2=6.5mm。则钻孔工序尺寸及公差为13.5 0 +0.043，铰孔工序尺寸及公差为140 +0.12。2、工序（2）、（3）24mm两端面，由铣削加工来完成，工序余量为2mm。3、工序（4）（5）倒角，有由铣削加工完成，工序余量为1.5mm。4、工序（7）内圆曲面R15，又铣削加工完成，工序余量为2mm。5、工序（8）、（12）脚内表面Ra为6.3m，需经粗铣、精铣两次加工，由参考文件【3】表2.3-21查得精加工余量为0.5mm，所以粗加工余量为1.5mm（右端面）和1.5mm（左端面）。6、工序（9）加工14H13槽面，上面以确定加工余量2mm，故可一次铣出。7、工序（10）加工8.7+0.09 孔，采取直径为8.7高速钢钻头加工即可。 08、工序（11）锪12孔，由文件【1】表5-41得孔深l1=12取2mm。4.5 确定切削用量立即间定额4.5.1切削用量1、工序（1）钻14孔至13.5mm，ap=6.75mm，由参考文件【1】表5-22取钻a进给量f=0.25mm，又由文件【1】按工件材料条件选择切削速度v可取为22m/min，由公式5-1得n=1000v/d得钻头转速518.99r/min参考表4-9，取转速545r/min，再将此转速代入公式5-1，可求出该工序实际钻削速度v=nd/1000=54513.5/1000=23.1m/min。2、工序（2）、（3）铣端面，ap=2mm由文件【1】表5-7得f=0.08mm/z，由表5-9按镶齿铣刀、d/z=80/10条件选择，铣削速度v=44.9m/min，由公式5-1 n=1000v/d可求得该工序铣刀转速n=100044.9/(3.1480)=178.65r/min,由表4-15选择n=160r/min。则对应实际切削速度v=nd/1000=40.2m/min。3、工序（4）、（5）倒角，ap=1.5mm，由文件【1】表5-32得f=0.050.08取f=0.05mm/r，切削速度v=4060m/min取v=50m/min。由公式5-1 n=1000v/d得n=1061r/min，由表4-15选择n=1225r/min。4、工序（6）铰14孔，由参考文件【1】表5-31得f=0.40.5，取0.4mm/r切削速度v可取为3m/min，由公式5-1得n=1000v/d=69.1r/min，参考表4-9所列Z515型立式钻床主轴转速，取转速n=97r/min。将此代入公式5-1可求出实际切削速度v=nd/1000=4.3m/min。5、工序（7）铣R15曲面，由参考文件【1】表5-19得f=0.080.1，取f=0.08mm/z，由参考文件【1】表4-18查得X62主轴转速n=301500r/min，取n=300r/mm。6、工序（8）粗铣脚右端面，ap=1.5mm可一次铣出，左端面ap=1.5mm可一次铣出。由参考文件【1】表5-19得f=0.080.1得粗铣每齿进给量f=0.1mm/z。 工序（12）精铣脚左右端面，加工余量均为0.5mm，均可一次铣出。由参考文件【1】表5-19得精铣每齿进给量f=0.080.1mm/r，取f=0.08mm/r。由参考文件【1】表4-18查得X62主轴转速n=301500r/mm取粗铣转速150r/min，精铣转速300r/min，由前面可知铣刀直径d=38mm，所以v粗=nd/1000=3.1438150/1000=17.9m/minv精=nd/1000=3.1438300/1000=35.8m/min7、工序（9）铣槽，ap=2mm，可一次，由参考文件【1】表5-19，每齿进给量f=0.080.1mm/z，取f=0.08mm/z。由参考文件【1】表4-18查得X62主轴转速n=301500r/min，取n=190r/mm190/1000=47.7m/min8、工序（10）钻8.7孔，ap=4.35mm。由参考文件【1】表5-22查得f=0.10.2mm/r，取f=0.15mm/r。又由参考文件【1】表5-22得v=1825m/min取v=18m/min。由n=1000v/d得n=658.9r/min，参考表4-9选择n=680 r/min由公式得v=nd/1000=3.146808.7/1000=18.6m/min。9、工序（11）锪12孔，由文件【1】表5-32得f=0.050.08取f=0.05mm/r,v=4060取v=50m/min。由n=1000v/d得n=1326.9r/min，参考表4-9选择n=1360 r/min，由公式5-1得：v=nd/1000=3.14136012/1000=51.2m/min。4.5.2时间定额1、工序（1）钻14H9至13.5mm孔，由文件【1】表5-4，得钻孔基础时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn。l1=D/2cotkr+(12)=13.5/2cot54+2=6.9mm，l2=14mm，取l2=2mm，l=50mm。tj=（6.9+2+50）/（5450.25）=0.4360s=25.8s2、工序（2）铣左端面，依据文件【1】表5-43，得tj=L/fMZ，L=l+l1+l2 ，l=24mm， l1=0.5（d-（d2-ae2）0.5+(13)=3.84mm，l2=13mm取l2=2mm，fMZ=fn=fzZn=0.0810160=128mm/min所以： tj=L/fMZ=（24+3.84+2）/128=0.23360s=14s，工序(3)因为加工右端面加工条件和左端面一样，所以加工时间ttj=14s3、工序（4）倒角（左边），由参考文件【1】得表5-41得tj=L/fn=(l+l1)/fn，其中l1=12取l1=1mm，l=1.5mm，已知f=0.05mm/r，n=1225r/min。所以： tj=（1+1.5）/(12250.05) 60s=2.4s。工序（5）倒角（右边）加工条件和工序（4）一样，所以此工序加工时间t右=tj=2.4s4、工序（6）铰孔14H9孔，依据文件【1】表5-41得tj=L/fn,其中L=（l+l2+l3），l1=(D-d1)/2=cotkr+(12)=0.5/2cot54+2=2.2mm,L2=24取l2=2mm，l=46mm。所以：Tj=（2.2+2+46）/(0.497)=1.2960s=77.6s5、工序（7）铣曲面R15，依据文件【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/ fMz，式中l1=0.5d-(C0（d-C0）)1/2)+(13), l2=13，C0=（0.030.05）d=0.12所以l1=15mm，l2=2mm，l=15+8=23mm。fMz =fzZn=0.0810300=240mm/min,所以： tj=（23+15+2）/240=0.16660s=10s,因为有左右两叉脚所以此工序总时间t=2tj=20s。6、工序（8）粗铣脚左右端面，依据文件【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/ fMz，式中l1=0.5d-(C0（d-C0）)+(13), l2=13，C0=（0.030.05）d=0.152所以l1=18.6mm，l2=2mm，l=19+8=27mm。fMz =fzZn=0.110150=150mm/min,所以tj=（27+18.6+2）/150=0.3260s=19s，因为有左右两叉脚所以此工序总时间t总=2tj=38s。7、工序（9）铣槽，依据文件【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/fMz，式中0.5l1=0.5(d-(d2-ae2)1/2)+(13)=0.5（80-（802-17.932）+2=4mm, l2=25取l2=3 ，1/2总右=l=18。fMZ=fn=fzZn=0.0810190=152mm/min。所以：tj=（18+4+3）/152=0.16460s=9.9s，因为要加工两面所以此工序所用时间t总=2tj=19.8s，在加工两面时候也加工了底面所以只走刀两次就行了。8、工序（10）钻孔8.7, ，由文件【1】表5-4，得钻孔基础时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn。l1=D/2cotkr+(12)=8.7/2cot54+2=5.2mm，l2=14mm，取l2=2mm，l=47mm。tj=（5.2+2+47）/（6800.15）=0.53360s=32s9、工序（11）锪12孔，由文件【1】表5-41得tj=L/fn=(l+l1)/fn，其中l1=12取l1=2mm，l=2mm，已知f=0.05mm/r，n=1360r/min。所以：tj=（2+2）/(13600.05) 60s=3.5s。10、工序（12）精铣脚端面，依据文件【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/ fMz，式中l1=0.5d-(C0（d-C0）)1/2)+(13), l2=13，C0=（0.030.05）d=0.152所以l1=18.6mm，l2=2mm，l=19+8=27mm。fMz =fzZn=0.0810300=240mm/min,所以tj=（27+18.6+2）/240=0.19860s=12s，因为有左右两叉脚所以此工序总时间t总=2tj=24s5 夹具设计（选做）为了提升生产效率，确保加工质量，降低劳动强度，通常对产量较大成批或大量生产零件设计专用夹具。（一）夹具类型确实定+0.2 依据工艺规程加工要求有：尺寸41.5+0.15-0.15mm、23+0.1mm和位置公差两端面和孔14轴线垂直度为0.25及表面粗糙度为6.3。由已知条件，工件尺寸小重量轻，加工要求不高。所以设计夹具不宜复杂，故设计成手动夹紧即可。（二）夹具具体设计1、确定要限制自由度由加工要求考虑，可知加工此工序时6个自由度均要限制方能确保加工精度要求。故加工时以14mm孔及其右端面和R15孔为定位基准。其中以长定位销定位14mm孔限制X、Z移动和X、Z转动4个自由度。以一平面定位拨叉右端面限制Y移动和X、Z转动3个自由度，此时反复限制了X、Z转动两个自由度。但因为此时孔以经经过精加工且端面也已经过粗加工，所以孔轴线和面垂直度较高，在这种情况下是许可采取过定位。此时还有一个绕Y转动自由度没有限制，所以在R15半圆孔用菱形销限制此自由度。这时六个自由度全被限制为完全定位。2、选择定位元件定位销、对刀块、菱形销，其结构和尺寸按要求确定。3、定位误差分析夹具关键定位元件为支撑板和定位销。支撑板夹具装配后技术要求统一磨，支撑板定为表面和夹具体底面平行度误差不超出0.02；此处定位销为非标准件需自行设计，夹具体上装定位销销孔轴线和夹具体底面垂直度误差不超出0.02。夹具关键定位元件为长定位销限制了四个自由度,端面定位限制三个自由度（前面已述能够许可反复定位）,菱形销限制了一个自由度。4、夹紧机构选择为了降低生产和夹具设计制造成本，本设计选择采取螺纹夹紧机构。即由螺杆、螺母、垫圈、顶块等元件组成夹紧机构。螺旋夹紧机构不仅结构简单、容易制造，而且因为缠绕在螺钉表面螺旋线很长升角又小，所以螺旋夹紧机构自锁性能好，夹紧力和夹紧行程全部很大，是手动夹紧中用得最多一个夹紧机构。5、夹具设计及操作简明说明理论上在设计夹具时，应该注意提升劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采取手动夹紧。因为这是提升劳动生产率关键路径。但因为本夹具是应用于零件尺寸较小加工中，故夹具尺寸也不能很大，假如采取机动夹紧，夹具势必过于复杂和庞大，本夹具为了提升生产率和降低生产成本，考虑简单、经济、实用, 减轻工人劳动强度，采取螺旋夹紧机构,操作很简单,先拧开夹紧螺母,然后把零件插进定位销中，再将菱形销推到位，以完全限制工件自由度。以后就旋动左右锁紧手柄（锁紧力按经验确定），最好用把手旋动带肩六角螺母。此时已经实现零件加紧，能够进行铣削加工。需说明是本工序采取是X62W万能铣床，高速钢镶齿三面刃铣刀来铣侧端面，所以不需要很大夹紧力，只需拧紧两个夹紧手柄和一个螺母即可，所以工人劳动强度不大。结 论 经过三周设计，从调查到研究，搜集资料，经过仔细缜密思索，从提出方案到各个零件确实定图纸选择，全部投入大量时间和精力。经过这次课程设计我学到了很多书本上学不到知识。 此次课程设计不仅巩固了我自己所学机械专用知识，使自己知识得到了应用，真正做到了学以致用而且我也学到了很多新知识，经过查阅资料手册，对夹含有了深入了解，经过这次设计学到知识将成为我以后工作中一笔宝贵财富。 因为能力所限，设计还有很多不足之处，恳请各位老师给批评指正。参考文件1 邹清主.机械制造技术基础课程设计指导教程M.机械工业出版社.8 2 邹清主.机械制造技术基础M. 机械工业出版社.2 3 李益民. 机械制造工艺设计简明手册M. 北京:机械工业出版社,.1.4 卢秉恒. 机械制造技术基础M. 北京:机械工业出版社,.13.5 柯建宏. 机械制造技术基础课程设计M. 河北:华中科技大学出版社,.7.