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課程設計說明書
設計類型 課程設計
設計題目 五檔變速叉工藝規(guī)程
與夾具設計
姓 名
院 系
完成日期
指導教師
1
目 錄
目 錄 1
第1章 零件的分析 1
1.1 零件的作用 1
1.2 零件的工藝分析 1
1.3生產類型 2
第2章 工藝規(guī)程設計 2
2.1 確定毛坯的制造形式 2
2.2基準的選擇 2
2.3制定工藝路線 3
2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 4
2.5確立切削用量及基本工時 5
第3章 銑叉頭平面銑床夾具 11
3.1 研究原始質料 11
3.2 定位、夾緊方案的選擇 12
3.3 切削力及夾緊力的計算 12
3.4 誤差分析與計算 14
3.5 定向鍵與對刀裝置設計 16
3.6 確定夾具體結構和總體結構 17
3.7夾具設計及操作的簡要說明 19
總結 20
參考文獻 21
0
第1章 零件的分析
1.1 零件的作用
本次課程設計題目所給的是五檔變速叉，它位于發(fā)動機變速機構上，起到換擋作用。
1.2 零件的工藝分析
依據(jù)零件加工面與非加工面分述如下：
1 φ22mm孔。
2 φ8mm孔。
3 叉頭φ22mm成形面
4 叉頭平面
5 叉口內平面
6 φ8mm孔和φ22mm孔軸線在水平方向上23±0.25mm，φ8mm孔和φ 22mm孔軸線在豎直方向上78±0.25mm。
7 φ8mm孔兩軸線同軸度不大于0.2mm，φ8mm孔兩軸線對尺寸23mm的平面內φ22mm的表面的平行度在長度100mm上不大于0.2mm。
8 φ8mm孔兩軸線對尺寸78mm的平面的平行度在長度100mm上不大于0.4mm。
9 φ8mm孔與φ15mm兩表面壁厚應為2.5—4.0mm，其余應不小于2.5mm。
1.3生產類型
大批量，通用機床，專用夾具。
第2章 工藝規(guī)程設計
2.1 確定毛坯的制造形式
考慮零件在工作過程中所常受到交變及沖擊載荷，材料應選45#鋼精密模鍛毛坯以使金屬纖維盡量不被剪斷，保證零件工作可靠，也可提高生產率。毛坯公差參考GB/T12362-2003鋼制模鍛件公差及加工余量。
2.2基準的選擇
基準選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，是生產無法正常進行。
（1）粗基準的選擇
對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準。而對有若干個不加工表面的工件，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準。根據(jù)這個基準選擇原則，現(xiàn)選取φ35的不加工外輪廓表面作為粗基準，利用一組共兩塊V形塊支承這兩個φ35作主要定位面，限制4個自由度，達到完全定位，再以一個平面作為支撐，,然后進行鉆削。
（2）精基準的選擇
主要應該考慮基準重合的原則。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，依據(jù)基準重合原則，基準統(tǒng)一原則和定位可靠原則，減少尺寸換算，加工φ8mm孔時以φ22mm孔為主要定位精基準，加工叉頭φ22mm成形面時以φ22mm孔為主要定位精基準，銑叉頭平面時孔端面及φ22mm孔為基準。
2.3制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證,在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。
工藝路線方案：
工序零 模鍛毛坯（正火處理）
工序一 鉆、擴、鉸、φ22mm孔并倒角-----------以φ35圓柱下端面及外圓 輪廓為定位基準，采用立式鉆床Z525和專用夾具。
工序二 銑叉口---------以孔端面及φ22mm孔為基準，采用臥式銑床X62和 專用夾具。
工序三 鉆、鉸、φ8mm孔---------以φ22mm孔為主要定位精基準及φ15mm 外圓輪廓為基準，采用立式鉆床Z525和專用夾具。
工序四 銑叉頭成形面--------------以φ22mm孔為主要定位精基準及側面（支 撐釘）為基準，采用立式銑床X52和專用夾具。
工序五 銑叉頭平面--------以孔端面及φ22mm孔及側面為基準，采用立式銑 床X52和專用夾具。
工序六 去毛刺-------------鉗工去所有銳邊毛刺。
工序七 中間檢驗。
工序八 熱處理-------------φ22mm叉角表面淬火。
工序九 修正φ22mm、φ8mm孔。
工序十 校正23mm、78mm及25mm。
工序十一 清洗。
工序十二 終檢。
2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
零件材料為45鋼，硬度156～217HBS，生產類型為大批量，精密模鍛毛坯。
據(jù)以上原始資料及加工路線，分別確定各家工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下（加工余量采用經驗估算法或按照技術手冊等資料推薦的數(shù)據(jù)基礎為基礎，結合生產實際情況和經驗來確定：工序尺寸采用“逆推法”）：
加工表面
加工內容
加工余量
精度等級
基本尺寸
表面粗糙度
φ22mm孔
鉆
IT11
Φ20mm
Ra12.5
擴
IT9
Φ21.7mm
Ra6.3
鉸
IT7
φ22mm
Ra3.2
φ8mm孔
鉆
IT11
Φ7.8mm
Ra12.5
鉸
IT9
Φ8mm
Ra3.2
銑叉頭φ22mm成形面
銑
IT9
φ22mm
Ra3.2
銑叉口平面
銑
IT9
76mm
Ra6.3
銑叉頭平面
銑
IT11
25mm
Ra12.5
2.5確立切削用量及基本工時
正確的選用切削用量，對保證加工精度、提高生產率、降低刀具的損耗和合理使用機床都能起到很大的作用。由于工件材料、毛坯狀況、刀具材料及其幾何角度、機床的剛度等許多因素影響，切削用量應結合相關資料，根據(jù)實際情況和經驗確定。
1) 工序0：模鍛毛坯
2) 工序5：鉆、擴、鉸、φ22mm孔并倒角-----------以φ35圓柱下端面及外圓輪廓為定位基準。
刀具：錐柄麻花鉆φ20mm、錐柄擴孔鉆φ21.7mm、硬質合金錐柄機用鉸刀φ 22mm
機床：立式鉆床Z235
夾具：專用夾具
鉆孔：
查《切削手冊》：f=0.20~0.24mm/r 工件材料狀態(tài)系數(shù)Kw=0.9
則f=（0.20~0.24）X0.9=0.18~0.216mm/r，取f=0.20mm/r。
查《切削手冊》：取V=18m/min所以n=318r/min,根據(jù)機床規(guī)格取實際 n=335r/min
故實際V=18.94m/min。
鉆孔切削用時：
刀具行程L+L1+L2=44+2+6=52mm，則鉆孔用時Tz=0.78min
擴孔：
查《切削手冊》：取f=0.40mm，v=17m/min,
所以n=249r/min
則實際切削速度v=18.54m/min
擴孔切削工時：
刀具工作行程：L+L1+L2=44+2+2=48mm,則擴孔工時為：Ta=0.44min
鉸孔：
查《切削手冊》：取取f=0.35mm，v=5m/min
所以 Ns=72.4 r/min 查機床說明書取 n=85 r/min
則實際切削速度 v=3.87m/min
鉸孔切削工時:
刀具工作行程：L+L1+L2=44+4+28=76 mm，則鉸孔切削工時為：Tm=2.55 min
工序總切削工時：T總=0.78+0.44+2.55+3.77 min
3) 工序10
銑叉口‐‐‐‐‐‐以φ22mm孔及φ35圓柱下端面為定位基準，采用臥式銑床X62和專用夾具；
刀具：直齒三面刃銑刀 外徑 D=φ100mm 厚度 L=10mm
機床：臥式銑床 X62
夾具：專用銑夾具
查《機械工人切削手冊》（以下簡稱《切削手冊》）得： 取 fz=0.02 mm/r
ν=24m/min，
則 ns=121 r/min，根據(jù)機床說明書取 n=150r/min，
故實際切削速度為： v=29.7 m/min
當 nw=150 r/min 時，
工作臺每分鐘進給量應為： fm= fzznw=0.02×10×150=30mm/min
切削工時：
刀具工作行程：L+L1+L2=30 mm，
則切削工時為： Tm=1 min
4) 工序 15：
孔口倒角‐‐‐‐‐‐以外形輪廓面為定位基準
刀具：錐柄錐面锪鉆 40×90°
機床：立式鉆床 Z525
夾具：通用夾緊裝置
根據(jù)《切削手冊》及機床說明書取 n=97r/min，手動進給
切削工時：兩邊倒角Tm=0.1 min
5) 工序 20：
鉆、鉸φ8mm 孔‐‐‐‐‐‐以φ22mm 內孔、叉口角內側面及外圓輪廓為定位基準
刀具：錐柄長麻花鉆φ7.8mm、硬質合金錐柄機用鉸刀φ8H9
機床：立式鉆床 Z525
夾具：專用鉆床夾具
鉆孔：
查《切削手冊》得：f=0.15mm 得 v=16m/min
所以 ns=653 r/min ，根據(jù)機床說明書取 n=680r/min，
故實際切削速度為: v=16.66 m/min
鉆孔切削工時：
刀具工作行程：上部位孔刀具行程L+L1+L2=9+2.5+1.5=13 mm，則叉口中間空檔部位 采用手動進給，下部位孔刀具行程L+L1+L2=13 mm，則鉆孔切削工時為：Tm=0.25 min
鉸孔：查《切削手冊》取 f=0.3mm/r，v=3m/min 所以 ns=119 r/min ，
查機床說明書取 n=140 r/min 則實際切削速度 v=3.52m/min
鉸孔切削工時：
刀具工作行程：上部位孔刀具行程L+L1+L2=9+2+15=36 mm，則叉口中間空檔部位采用手動，下部位孔刀具行程L+L1+L2=9+2+15=36 mm，則鉸孔切削工時為： Tm=1.71 min
工序總切削工時：T 總=0.25+1.71=1.96 min
6) 工序 25：
銑叉頭成形面‐‐‐‐‐‐以φ22mm 內孔、叉口內側端面為定位基準
刀具：直柄立銑刀φ8mm
機床：立式銑床 X52
夾具：專用銑夾具
查《切削手冊》得：fz=0.08 mm/z 根據(jù)機床說明書取 n=190r/min，
查《切削手冊》得：v=20m/min 則 ns=795 r/min，
查機床說明書取 n=750r/min 利用專用銑夾具加工，采用手動進給。
切削工時：
刀具工作行程：L+L1+L2=25 mm
則切削工時為：Tm=0.32 min
7 ) 工序 30：
銑叉頭平面‐‐‐‐‐‐以φ22mm 內孔、叉口內側端面為定位基準
刀具：錐柄立銑刀φ40 Z6
機床：立式銑慶 X52
夾具：專用銑床夾具
查《切削手冊》得：fz=0.08 mm/z 根據(jù)機床說明書取 n=190r/min，
故實際切削速度為: v=23.8 m/min
當 n=190r/min 時，工作臺每分鐘進給量為： fm=fzn=0.08×6×190=91.2mm/min 根據(jù)機床說明書工作臺縱向進給量取 fm=95 mm/min
切削工時：
刀具工作行程：L+L1+L2=22+13+2=37 mm
則切削工時為：Tm=0.39 min
8) 工序 35：
去毛刺‐‐‐‐‐‐去所有加工面的銳邊毛刺
工具：平銼（中粗齒）10 寸
第3章 銑叉頭平面銑床夾具
3.1 研究原始質料
利用本夾具主要用來加工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。決定設計銑叉頭平面。加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。
一、機床夾具定位元件
工件定位方式不同，夾具定位元件的結構形式也不同，這里只介紹幾種常用的基本定位元件。實際生產中使用的定位元件都是這些基本定位元件的組合。
（一）工件以平面定位常用定位元件
1．支承釘
常用支承釘?shù)慕Y構形式如圖6-1所示。平頭支承釘（圖a）用于支承精基準面；球頭支承釘（圖b）用于支承粗基準面；網紋頂面支承釘（圖c）能產生較大的摩擦力，但網槽中的切屑不易清除，常用在工件以粗基準定位且要求產生較大摩擦力的側面定位場合。一個支承釘相當于一個支承點，限制一個自由度；在一個平面內，兩個支承釘限制二個自由度；不在同一直線上的三個支承釘限制三個自由度。
圖6-1 常用支承釘?shù)慕Y構形式
2．支承板
常用的支承板結構形式如圖6-2所示。平面型支承板（圖a）結構簡單，但沉頭螺釘處清理切屑比較困難，適于作側面和頂面定位；帶斜槽型支承板（圖b），在帶有螺釘孔的斜槽中允許容納少許切屑，適于作底面定位。當工件定位平面較大時，常用幾塊支承板組合成一個平面。一個支承板相當于兩個支承點，限制兩個自由度；兩個（或多個）支承板組合，相當于一個平面，可以限制三個自由度。
圖6-2 常用支承板的結構形式
3．可調支承
常用可調支承結構形式如圖6-3所示。可調支承多用于支承工件的粗基準面，支承高度可以根據(jù)需要進行調整，調整到位后用螺母鎖緊。一個可調支承限制一個自由度。
圖6-3 常用可調支承的結構形式
(二) 工件以孔定位常用定位元件
1．定位銷
圖6-6是幾種常用固定式定位銷的結構形式。當工件的孔徑尺寸較小時，可選用圖 a 所示的結構；當孔徑尺寸較大時，選用圖 b 所示的結構；當工件同時以圓孔和端面組合定位時，則應選用圖c所示的帶有支承端面的結構。用定位銷定位時，短圓柱銷限制二個自由度；長圓柱銷可以限制四個自由度；短圓錐銷（圖d）限制三個自由度。
圖6-6 固定式定位銷的結構形式
3.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對加工前，平面進行了粗、精銑加工，底面Φ22孔進行了鉆、擴加工。因此，定位、夾緊方案有：
為了使定位誤差達到要求的范圍之內，采用一面二銷再定位方式，這種定位在結構上簡單易操作。一面即底平面。
3.3 切削力及夾緊力的計算
刀具：立銑刀（硬質合金）
刀具有關幾何參數(shù)：
由參考文獻[5]5表1～2～9 可得銑削切削力的計算公式：
有：
根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：
安全系數(shù)K可按下式計算：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]1～2～1可知其公式參數(shù)：
由此可得：
所以 根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值。即：
安全系數(shù)K可按下式計算有：：
式中：為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻[5]表可得：
所以有：
參考文獻，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力Ｆ之間的關系F夾＝KF軸向力：F夾＝KF （N）
扭距：
Nm
3.4 誤差分析與計算
該夾具以采用一面二銷的定位方式，為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
與機床夾具有關的加工誤差，一般可用下式表示：
由參考文獻[5]可得：
⑴銷的定位誤差 ：
由加工工藝孔工序簡圖可知兩工藝孔中心距。
由于兩工藝孔有位置度公差，所以其尺寸公差為
所以兩工藝孔的中心距為78，而兩工藝孔尺寸為Φ22孔和Φ8孔。
根據(jù)《機床夾具設計手冊》削邊銷與圓柱銷的設計計算過程如下：
其中：
，
，
，
⑵ 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
查[5]表1～2～15有。
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
3.5 定向鍵與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。定向鍵可承受銑削時產生的扭轉力矩，可減輕夾緊夾具的螺栓的負荷，加強夾具在加工中的穩(wěn)固性。
根據(jù)GB2207—80定向鍵結構如圖所示：
圖5.1 夾具體槽形與螺釘
根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結構尺寸如表5.4：
表5.4 定向鍵
B
L
H
h
D
夾具體槽形尺寸
公稱尺寸
允差d
允差
公稱尺寸
允差D
18
～0.012
～0.035
25
12
4
12
4.5
18
+0.019
5
對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。
塞尺選用平塞尺，其結構如圖5.3所示：
圖5.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表5.5：
表5.5 塞尺
公稱尺寸H
允差d
C
3
～0.006
0.25
上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.6 確定夾具體結構和總體結構
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結構的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或實現(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。
3.7夾具設計及操作的簡要說明
為提高生產率，經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋機構）。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據(jù)情況進行調整換取。
總結
作為一名機械系，機械設計制造及自動化大三的學生，我覺得能做類似的課程設計是十分有意義，而且是十分必要的。
?在已度過的大三的時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次大作業(yè)的過程中，我感觸最深的當數(shù)查閱大量的設計手冊了。為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱機械設計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在作設計，但我們不是藝術家。他們可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升級為設計。
?作為一名專業(yè)學生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，我就簡單的學歷學CAD，剛開始時覺得好難，就是因為沒有把自己放在使用者的角度，單單是為了學而學，效率不是很高。邊學邊用這樣才會提高效率，這是我作本次課程設計的第二大收獲。但是由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。
參考文獻
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10《機械制造工藝與機床夾具課程設計指導》主編：吳拓，方瓊珊 ，出版社：機械工業(yè)出版社，出版日期：2006-1-1
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