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機械制造工藝學
課程設計說明書
題目：換檔叉零件的機械加工工藝規(guī)程制訂及其中一道工序專用夾具的設計
設 計 人：
指導教師：
2008年 05 月 19 日
機械制造工藝學課程設計任務書
題目：換檔叉零件的機械加工工藝規(guī)程制訂及第一道工序專用夾具的設計
內容：
（1） 零件圖 1張
（2） 毛坯圖 1張
（3） 機械加工工藝卡片 1套
（4） 夾具總裝圖 1張
（5） 夾具零件圖 1張
（6） 課程設計說明書 1份
班 級：
學 號：
姓 名：
指導教師：
2008年 05月 19 日
序言
機械制造工藝學課程設計使我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的.這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯系實際的訓練,因此,它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設計能鞏固、擴大和強化自己所學到的理論知識與技能，對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。
一、零件的分析
（一） 零件的作用
課題所給的零件是變速器的換檔叉。換檔叉頭上方的孔Φ15.81F8與操縱機構相連，而下方的換檔叉腳夾在雙聯交換齒輪的槽中，用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。
（二） 零件的工藝分析
零件圖上的主要技術要求為：兩叉腳口表面淬火至全厚硬度為45HRC。零件正火硬度 180HBS。去毛刺。
1、加工表面及其要求
1）Φ15.81F8孔：孔徑Φ15.81mm，兩端倒腳0.4mm×45°，表面粗糙度R3.2。
2）換檔叉腳端面：保證尺寸56，表面粗糙度R12.5。
3）操縱槽：寬度為14.2mm ,深度為18mm,對稱面與換檔叉頭端面的距離為20.5mm，兩側面幾底面的表面粗糙度為R12.5。
4）換檔叉腳端面：厚度尺寸為5.9mm，表面粗糙度R6.3，對孔Φ15.81F8的垂直度為0.15mm，外端面與操縱槽的距離為33.5mm。
5）換檔叉腳內側面：寬度尺寸為51mm，表面粗糙度為R6.3。兩端倒角0.8mm×45°。
二、工藝規(guī)程設計
（一）零件材料
零件為35鋼，是中碳鋼，其強度和球鐵接近，其鑄造工藝性介于低碳鋼和高碳鋼之間，可進行熱處理，以獲得所需要的機械性能。
（二）毛坯選擇
1、確定毛坯的類型及制造方法
由于零件的材料為35鋼,零件形狀不規(guī)則,因此應選用鑄造毛坯。零件的輪廓尺寸不大,而且工件上有許多表面不切削加工,所以選用砂型機器造型。
2、毛坯的形狀,尺寸及公差
毛坯的形狀及尺寸如圖1所示。選擇過零件最高線且平行與換檔叉腳對稱面的平面作分型面，鑄件采用帶型芯的分模造型,多件同時澆注,鋼水經兩拔叉腳位置經橫澆口流入.
由于該零件屬特形零件,且利用不加工表面進行定位的情形較多, 所以確定鑄件尺寸公差等級為GB6414-86的CT9,機械加工余量等級為AM-H.
3、確定毛坯的技術要求
1）鑄件無明顯的鑄造缺陷
2）未注圓角為R3~5
3）拔摸斜度為7°
4）機加工前正火,消除內應力
4、繪毛坯圖
根據零件圖所示的零件結構形狀,在各加工表面加上加工余量,繪制毛坯圖
（三）基準選擇
由于附圖1所示的換檔叉零件圖多數尺寸及形位公差以φ15.81F8孔及其端面為設計基準,因此必須首先將φ15.81F8孔及其端面加工好,為后續(xù)工序準備基準.根據粗,精基準選擇的原則,確定各加工表面的基準如下:
1) φ15.81F8孔及其端面:拔叉頭的外輪廓及端面(粗基準)
2) 換檔叉腳端面(粗加工): φ15.81F8孔及其端面
3) 換檔叉腳端面(精加工): φ15.81F8孔及換檔叉腳端面
4) 換檔叉腳內側面: φ15.81F8孔, 換檔叉腳端面及換檔叉腳外側面
5) 操縱槽: φ15.81F8孔,操縱槽, 換檔叉腳內側面
（四）擬訂機械加工工藝路線
1、確定各加工表面的加工方法及加工路線
該換檔叉的加工表面為: φ15.81F8孔及端面, 換檔叉腳的兩側面及內側面,操縱槽, φ15.81F8孔.根據各加工表面的精度要求和表面粗糙度要求, 孔的加工路線為鉆—樘—餃,端面的加工方法為車, 換檔叉腳端面的加工路線為粗銑—磨, 換檔叉腳內側面的加工方法為銑削,操縱槽的加工方法銑削, φ15.81F8孔的加工方法為鉆削.
2、擬訂加工工藝路線
1）工藝路線方案一
工序一 車換檔叉頭端面,鉆,鏜,鉸φ15.81F8孔,孔口倒角.
工序二 校正換檔叉腳
工序三 粗銑換檔叉腳兩端面
工序四 銑換檔叉腳內側面
工序五 銑操縱槽
工序六 鉆φ15.81F8孔
工序七 去毛刺
工序八 換檔叉腳局部淬火
工序九 校正換檔叉腳
工序十 磨換檔叉腳兩端面
工序十一 清洗
工序十二 清洗檢驗
2）工藝路線方案二
工序一 車換檔叉頭端面
工序二 鉆,鏜,鉸φ15.81F8孔
工序三 φ15.81F8孔口倒角.
工序四 校正換檔叉腳
工序五 粗銑換檔叉腳兩端面
工序六 銑換檔叉腳內側面
工序七 銑操縱槽
工序八 φ15.81F8孔
工序九 去毛刺
工序十 換檔叉腳局部淬火
工序十一 校正換檔叉腳
工序十二 磨換檔叉腳兩端面
工序十三 清洗
工序十四 清洗
工藝路線方案一是按工序集中原則組織工序, φ15.81F8孔及端面需要用采用六角車床和專用夾具加工,優(yōu)點是工藝路線短, φ15H8孔及其端面的加工在一臺機床上完成,減少工件裝夾次數,易于保證加工面相互位置精度,需要的機床數量少,減少工件在工序間的運輸,減少輔助時間和準備終結時間.工藝路線方案二是按序分散原則組織工序，換檔叉頭端面可在普通車床上用通用卡盤裝夾加工, φ15.81F8孔可在普通鉆床上用鉆模加工,孔口倒角在另一臺車床上加工.優(yōu)點是可以采用通用機床和通用夾具,缺點是工藝路線太長,增加了工件的裝夾次數,而且工序一和工序二重復使用粗基準.由于本零件形狀不規(guī)則,加工面分散,可以采用萬能性機床配以專用夾具,并盡量使工序集中，提高生產率.綜合上述兩個工藝路線方案的優(yōu)缺點,選擇第一個方案.
（五） 確定機械加工余量,工序尺寸及公差
根據上述原始資料及加工工藝, 《查機械制造工藝設計簡明手冊》(以下簡稱《工藝手冊》),分別確定各加工表面的加工余量,工序尺寸及公差如下:
工序 工序內容 單位余量 工序尺寸 表面粗糙度Ra
工序一 1.車換檔叉頭端面 2.5mm 30mm 12.5
2.鉆φ15.81F8孔 7mm φ14mm 12.5
3.鏜φ15.81F8 孔 0.8mm φ14.8mm 6.3
4.鉸φ15.81F8 孔 0.2mm φ15.81mm 3.2
5.倒孔口角 0.4mm 0.4mm×45° 12.5
工序三 粗銑換檔叉腳兩端面 3.2mm 6.3 mm 12.5
工序四 銑換檔叉腳內側面 3.5mm 51mm 6.3
工序五 銑操縱槽 6.5mm 14.2mm 12.5
工序六 鉆φ10H7孔 2.5mm φ10H7mm 12.5
工序七 磨換檔叉腳端面 0.3mm 5.9mm 6.3
（六） 選擇機床設備及工藝裝備
根據一般工廠先有的生產條件,為了滿足生產需要,現選用各工序所用的設備為:
工序一 C336-1回轉式六角車床,YT15外圓車刀, φ14mm標準錐柄麻花鉆, φ14.8YT15擴孔刀及φ15H8YT15錐柄機用絞刀,0~200/0.02mm游標卡尺,鋼直尺, φ15H8孔用塞規(guī).
工序二 鉗工臺,校正工具
工序三 X62W臥式銑床,YT15三面刃銑刀,專用夾具,0~200/0.02mm游標卡尺
工序四 X62W臥式銑床,YT15三面刃銑刀,專用夾具,0~200/0.02mm游標卡尺
工序五 X62W臥式銑床,YT15三面刃銑刀,專用夾具,0~200/0.02mm游標卡尺
工序六 Z515鉆床, φ5錐柄麻花鉆,專用夾具,0~200/0.02mm游標卡尺
工序七 鉗工臺,校正工具,0~200/0.02mm游標卡尺
工序八 M7120A平面磨床,砂輪,專用夾具,0~200/0.02mm游標卡尺
（七） 確定切削用量及基本工時
1、工序一 車換檔叉頭端面，鉆、鏜、鉸孔，孔口倒角
加工條件：C336-1回轉式六角車床,YT15外圓車刀， mm標準錐柄麻花鉆, φ14.8YT15擴孔刀及φ15H8YT15錐柄機用絞刀，專用夾具，柴油冷卻。
（1） 車換檔叉頭端面
a． 確定背吃刀量 端面的總加工余量為2.5mm，一次走刀加工，a =2.5mm。
b. 確定進給量 根據《切削用量簡明手冊》（以下簡稱《切削手冊》）表1.4，刀桿尺寸為20mm×20mm, a≤30mm以及工件直徑為20~50mm時，f=0.3~0.4mm／r，查《工藝手冊》表4.2-3，根據機床的橫向進給量取f=0.39mm/r。
c. 計算切削速度 根據《切削手冊》表1.27、表1.28，C=242，m=0.2,x=0.15,y=0.35,修正系數k=1.44,k=0.8,k=1.04,k=0.81,刀具壽命選T=60min
v==
=126.8(r/min)
d. 確定機床主軸轉速
n=(r/min)
根據《工藝手冊》表4.2-2,與807。3r/min相近的機床轉速為760r/min及1000r/min.現選n=760 r/min，所以實際切削速度 m/min
e. 計算基本時間 按《工藝手冊》表6.2-1，L=24mm,L=2mm,L=0,L=0。
（min）
(2) 鉆φ15.81F8孔至φ14mm
a. 確定進給量 根據《切削手冊》表2.7,f=0.31~0.37mm/r，查《工藝手冊》表4.2-3，根據機床實際進給量取f=0.35mm/r。
b. 選擇鉆頭磨鈍標準及耐用度 根據《切削手冊》表2.12，取鉆頭后面上午最大磨損量為0.8mm；耐用度T=45min。
c. 計算切削速度 根據《切削手冊》表2.30及表2.31，C=6.6,z
=0.4,x=0,y=0.5,m=0.2,k=1,k=1,k=0.95。
==14.22(m/min)
n=(r/min)
根據《工藝手冊》表4.2-2，按機床實際轉速取n=285r/min,實際切削速度
V=dn/1000=12.686(m/min)
d. 計算基本時間 根據《工藝手冊》表6.2-5，l =30mm, l=D/2ctgk+(1～2)=5.2～6.2mm,取l=6mm,l=4mm
t=(l+ l+ l)/nf=0.401min
(3) 擴φ15.81F8孔至φ14.8
a. 確定進給量 根據《切削手冊》表2.10，f=0.5～0.6mm/r,查《工藝手冊》表4.2-3，根據機床實際縱進給量取f=0.35mm/r.
b. 確定切削速度 為減少輔助時間，參照鉆孔取n=285r/min,v=13.25m/min.
c. 計算基本時間 根據《工藝手冊》表6.2-5，l =30mm，l=（D-d）/2 ctgk+(1～2)=1.23～2.33mm, 取l=3mm, l=4mm
t=(l+ l+ l)/nf=0.37min
(4) 鉸φ15.81F8孔
a. 確定進給量和切削速度 根據《切削手冊》表2.25，f=0.2～0.4 mm/r，v=8～12m/min,計算得n=169.8～254.65r/min, 查《工藝手冊》表4.2-2，按機床實際進給量和實際轉速，取f=0.35mm/r, n=198r/min,實際切削速度v=9.33m/min.
b. 計算基本時間 根據《工藝手冊》表6.2-5, l =30mm, l=2mm,
t=(l+ l+ l)/nf=0.49min
(5) 倒φ15.81F8孔口角
參照車端面，取n=760，實際切削速度v=40.59 m/min.
2. 工序三 粗銑拔叉角兩端面
加工條件：X62W臥式銑床，兩把三面刃直齒銑刀，YT15刀片，刀盤直徑125mm，寬12mm，齒數20，專用夾具，柴油冷卻。
(1) 確定背吃刀量 由毛坯圖已知銑削寬度a=20mm，銑削深度a=32.mm.
(2) 確定每齒進給量 根據《切削手冊》表3.5，每齒進給量f=0.09～0.18mm/z.因工件剛性差，取f=0.09mm/z.
(3) 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度 根據《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后面最大磨損量為1.2mm；耐用度為T=150min.
(4) 確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 根據《切削手冊》表3.27，C=600,q=0.21,=0.4,x=0,y=0.12,u=0.4,P=0,m=0.35,k=1.1.
=126.86m/min
n=(1000×126.86)/(×125)=323r/min
根據《工藝手冊》表4.2-39,與323r/min相近的主軸轉速為300r/min和375r/min，取n=300r/min,實際切削速度v=117.8m/min
工作臺每分鐘進給量為f=0.09×20×60=108mm/min, 根據《工藝手冊》表4.2-40, X62W銑床與108mm/min相近的進作臺進給量為 95mm/min和118mm/min。選擇f=95mm/min，則實際的每齒進給量為f=95/（20×60）=0.079mm/z
(5) 計算基本時間
根據《工藝手冊》表6.2-7, l =2×≈71mm, l=+（1～3）,a=20mm,d=125mm,l=48mm,l=4mm, f=95mm/min,i=1
t=(l+ l+ l)i/ f=1.3mm
3. 工序四 銑拔叉腳內側面
加工條件: X62W臥式銑床,兩把三面刃直齒銑刀，YT15刀片，刀盤直徑125mm，寬12mm，齒數20，專用夾具，柴油冷卻。
(1) 確定被吃刀量 由毛坯圖已知銑削寬度a=20mm，銑削深度a=3.5mm.
(2) 確定切削速度和工作臺每分鐘進給量 取n=300r/min,實際切削速度v=117.8m/min, 工作臺每分鐘進給量f=118mm/min,實際每齒進給量f=118/（20×60）=0.099mm/z.
(3) 計算基本時間 l=7.6mm, l=48mm,l=4mm, f=118mm/min,i=1
t=(7.6+48+4)/95=0.63min
4.工序五 銑操縱槽
加工條件：X62W臥式銑床,三面刃直齒銑刀，YT15刀片，刀盤直徑125mm，寬12mm，齒數20，專用夾具，柴油冷卻。
(1) 確定背吃刀量 由毛坯圖已知銑削寬度a=12mm，銑削深度a=13mm.
(2) 確定每齒進給量 取f=0.06mm/z.
(3) 確定切削速度和工作臺每分鐘進給量根據表3.27，C=270,q=0.21,x=0.1,y=0.4,u=0.3,P=0,m=0.35,k=1.1.
V c==201.51 m/min
n=(1000×201.51)/(×125)=513r/min
根據《工藝手冊》表4.2-39，取與513r/min相近的主軸轉速n=475 r/min實際切削速度v=186.5m/min
工作臺每分鐘進給量為f=0.06×20×60=72 mm/min, 根據《工藝手冊》表4.2-40,取X62W銑床與72 mm/min相近的進作臺進給量f=75 mm/min
則實際的每齒進給量為f=75/（20×60）=0.0625 mm/z.
(4) 計算基本時間 l=22mm, l=48mm,l=4mm, f=72mm/min,
t=（22+48+4）/72=1.03 min
5、工序六，鉆10H7孔
加工條件：Z515鉆床，10mm ，標準麻花鉆，專用夾具。
(1) 確定進給量 由于孔徑很小，宜采用手動進給。
(2) 選擇鉆頭磨鈍標準及耐用度 根據《切削手冊》表2.12，取鉆頭后面的最大磨損量為0.8mm;耐用度T=15mim
(3) 確定切削速度 根據根據《切削手冊》表2.14,表2.7及表2.13,按5類加工性暫定f=0.16mm/r,查得=17m/min,n=1082,查《工藝手冊》表4.2-18,按機床實際轉速選取n=1100r/min.實際切削速度 =17.3m/min.
(4) 計算基本時間《切削手冊》表6.2-5 , L=23mm,L=2.5ctg59+(1~2)=1.5~3.5mm,取L=4mm,L=4mm
t===0.18min
4、工序十 磨換檔叉腳端面
加工條件:M7130平面磨床,砂輪,專用夾具.
(1) 選擇砂輪 根據《工藝手冊》第三章中磨料選擇各表,選擇WA46KVP35040127砂輪,即砂輪磨料為白剛玉,粒度為46,硬度為中軟1級,陶瓷結合濟,6號組織,平型砂輪,其尺寸為35040127(DBd).
(2) 選擇切削用量 砂輪轉速n=1500r/min,=27.5m/s,工件速度=10m/min,徑向進給量f=０.０１５ｍｍ/雙行程.
(3) 計算基本時間 根據《工藝手冊》表6.2-8,加工長度L=71mm,10件一起加工,單面加工余量Z=0.3mm,系數K=1.1,磨削一面的機動時間為
t==3.12min
基本時間為t=min
（八） 填寫工藝文件
按上述確定的工藝過程填寫機械加工工藝卡片和機械加工工序卡片
二、夾具設計
（一）問題的提出
為了提高勞動生產率,保證加工質量,降低勞動強度,需要設計專用夾具.經過與指導老師協(xié)商,決定設計第六道工序---鉆5H14孔的鉆床夾具.
10H7孔為螺紋孔,用于圓錐銷連接拔叉頭和軸.本工序的加工要求為:孔徑10×1H7mm,表面粗糙度為R12.5m。
本工序的加工條件為Z515鉆床, 10標準麻花鉆.工件上拔叉頭端面, 10H7,操縱槽,拔叉頭內側面均已加工,達設計圖樣要求,拔叉腳端面已粗加工.
為淬硬鋼實心毛坯上鉆孔的經濟精度為IT11~12,表面粗糙度為R12.5m,在鉆夾具上加工時適當控制切削用量,可以保證孔的尺寸精度要求和表面粗糙度要求.因此在本序加工時,主要應考慮要如何保證孔軸線與15.81F8孔軸線的位置度要求.
（二） 夾具設計
1、定位方案及定位元件選擇,設計
（1）定位方案的選擇 根據工序加工要求,工件在夾具中的定位有兩種方案可供選擇.
方案一:以15.81F8孔為只要定位基準,限制4個自由度,以操縱槽為止推基準,限制一個自由度,以拔叉腳內側面為防轉基準,限制一個自由度.夾緊操縱槽.
方案二:以 15.81F8孔為只要定位基準,限制4個自由度, 15H8孔端面為止推基準,限制一個自由度,以拔叉腳內側面為防轉基準,限制一個自由度,夾緊15.81F8的另一端面.
方案一是按照基準重合原則確定的,不存在基準不重合誤差,有利于保證加工精度,而且夾緊點靠近加工面,夾緊力方向與切削力方向相反,可以抵消部切切削力,有利于提高夾緊剛性.確定是,夾緊力過大容易引起定位元件變形.
方案二是按照基準統(tǒng)一原則確定的，有利于夾具的設計制造,夾緊力方向指向定位元件剛性較大的方向.缺點是不容易保證孔的軸線與操縱槽對稱面重合,鉆頭進給的軸向力完全有定位元件承受,會引起定位元件變形.
本工序加工的10H7孔是穿過15.81F8孔的通孔,在定位銷上必須開一個直徑大于10mm的徑向孔,以便加工時鉆頭通過定位銷,而定位銷的直徑僅為15mm,開孔后定位銷軸向的強度較小,定位銷不宜承受夾緊力.另外鉆孔加工的切削力主要是鉆頭進給的軸向力和鉆削扭矩,沿工件軸向幾乎沒有切削力,所需要的夾緊力不大.綜合考慮兩個方案的優(yōu)缺點,及本工序加工的具體情況,采用選用方案一.
2、定位元件設計
根據定位方案一,設計定位元件的結構如圖, 15H8孔采用圓柱心軸定位,操縱槽才用圓偏心輪式的定心夾緊裝置,拔叉腳內側面采用圓柱擋銷定位.圓柱心軸的直徑及公差為15.81mm。
3、定位誤差計算
圓柱心軸與工件15H8孔的配合為15,影響位置度的定位誤差為:
=D-d=(15+0.027)-(15-0.034)=0.061mm
此件小于工件相應位置度公差的三分之一,即 =0.061
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