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課程設計說明書
設計類型 課程設計
設計題目 編制五檔變速叉工藝規(guī)程
與機床夾具設計
姓 名
院 系
完成日期
指導教師
1
目 錄
目 錄 1
1零件的分析 1
1.1 零件的作用 1
1.2 零件的工藝分析 1
1.3生產(chǎn)類型 1
2 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 銑叉頭成形面-夾具設計 10
3.1研究原始質(zhì)料 10
3.2定位基準的選擇 10
3.3 切削力及夾緊分析計算 10
3.4 誤差分析與計算 12
3.5 定向鍵與對刀裝置設計 14
3.6 夾具體的設計 16
3.7 夾具設計及操作的簡要說明 16
總 結(jié) 17
參 考 文 獻 18
致 謝 1
17
1零件的分析
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(nèi)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(nèi)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(chǎn)類型
大批量，通用機床，專用夾具。
2 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(chǎn)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(zhì)量得到保證，生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)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(cè)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(cè)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(chǎn)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(jīng)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(jié)合生產(chǎn)實際情況和經(jīng)驗來確定：工序尺寸采用“逆推法”）：
加工表面
加工內(nèi)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(chǎn)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(jié)合相關資料，根據(jù)實際情況和經(jīng)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(zhì)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(nèi)孔、叉口角內(nèi)側(cè)面及外圓輪廓為定位基準
刀具：錐柄長麻花鉆φ7.8mm、硬質(zhì)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(nèi)孔、叉口內(nèi)側(cè)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：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。
7 ) 工序 30：
銑叉頭平面‐‐‐‐‐‐以φ22mm 內(nèi)孔、叉口內(nèi)側(cè)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 銑叉頭成形面-夾具設計
3.1研究原始質(zhì)料
利用本夾具主要用來銑叉頭成形面，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(chǎn)率和降低勞動強度。
3.2定位基準的選擇
由零件圖可知：在對銑叉頭成形面-進行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，孔進行了鉆、擴、鉸加工，孔進行了鉆、鉸加工,定位、夾緊方案有：
選底平面、孔工藝孔和孔定位，即一面、一個圓柱銷和一個菱形銷組成”一面二銷”定位，夾緊方式選用螺旋壓板機構夾緊。
3.3 切削力及夾緊分析計算
刀具：錯齒三面刃銑刀（硬質(zhì)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
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算有：
式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得：
其中：
螺旋夾緊力：
該夾具采用螺旋夾緊機構，用螺栓通過弧形壓塊壓緊工件，受力簡圖如2.1.
圖4.1 移動壓板受力簡圖
由表得：原動力計算公式
即：
由上述計算易得：
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
3.4 誤差分析與計算
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：
該夾具以一個平面和和2個定位銷定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。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。
由[5]和[6]可得：
1 定位誤差：
當短圓柱銷以任意邊接觸時
當短圓柱銷以固定邊接觸時
式中為定位孔與定位銷間的最小間隙
通過分析可得：
因此：當短圓柱銷以任意邊接觸時
2 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
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：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
3.5 定向鍵與對刀裝置設計
定向鍵安裝在夾具底面的縱向面中，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形臺面的配合，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(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)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(jié)構如圖所示：
圖3.1 夾具體臺面形與螺釘
根據(jù)T形的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構尺寸如表3.4：
表3.4 定向鍵
B
L
H
h
Φ16凸臺
夾具體Φ16凸臺面形尺寸
公稱尺寸
允差Φ16凸臺
允差
公稱尺寸
允差Φ16凸臺
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。
由于本道工序是完成精銑加工，所以選用對刀塊。根據(jù)對刀塊的結(jié)構和尺寸如圖3.2所示：
塞尺選用平塞尺，其結(jié)構如圖3.3所示：
圖3.3 平塞尺
塞尺尺寸參數(shù)如表3.5：
表3.5 塞尺
公稱尺寸H
20
C
3
～0.006
0.25
3.6 夾具體的設計
夾具體是夾具的基礎件，夾具體上所有組成部分都必須最終通過這一基礎件連接成一個有機整體。為了滿足加工要求，夾具體應有足夠的剛度和強度，同時結(jié)構工藝性要好。
由于鑄造工藝性好，幾乎不受零件大小、形狀、重量和結(jié)構復雜程度的限制，同時吸振性良好、抗壓能力好，故此選用鑄造夾具體，材料選取HT200，鑄造成型后時效處理，以消除內(nèi)應力。
3.7 夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，應該注意提高生產(chǎn)率，但該夾具設計采用了手動夾緊方式，在夾緊和松開工件時比較費時費力。由于該工件體積小，經(jīng)過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式（螺旋夾緊機構）。這類夾緊機構結(jié)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(diào)整換取。
總 結(jié)
課程設計即將結(jié)束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎。
課程設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此我們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了很多，也非常珍惜大學給我們的這次設計的機會，它將是我們課程設計完成的更出色的關鍵一步。
參 考 文 獻
[1] 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學，機床夾具設計手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，19100。
[2] 張進生。機械制造工藝與夾具設計指導［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1995。
[3] 李慶壽。機床夾具設計［Ｍ］。機械工業(yè)出版社，1991。
[4] 李洪。機械加工工藝手冊［Ｍ］。北京出版社，1996。
[5] 上海市金屬切削技術協(xié)會。金屬切削手冊［Ｍ］。上?？茖W技術出版社，2544。
[6] 黃如林，劉新佳，汪群。切削加工簡明實用手冊［Ｍ］?；瘜W工業(yè)出版社，2544。
[7] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計[M]，重慶：重慶大學出版社，1995。
[8] [周永強，高等學校課程設計指導[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，2542。
[9]?劉文劍，曹天河，趙維，夾具工程師手冊[M]，哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1987。
[10] 王光斗，王春福。機床夾具設計手冊［Ｍ］。上海科學技術出版社，2542。
[11] 東北重型機械學院，洛陽農(nóng)業(yè)機械學院，長春汽車廠工人大學。機床夾具設計手冊［Ｍ］.上?？茖W技術出版社，1984。
[12] 李慶壽，機械制造工藝裝備設計適用手冊[M]，銀州：寧夏人民出版社，1991。
[13] 廖念釗，莫雨松，李碩根，互換性與技術測量[M]，中國計量出版社，2540：9-19。
[14] [王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術出版社，2540。
[15] 樂兌謙，金屬切削刀具，機械工業(yè)出版社，25HT200：4-17
致 謝
這次課程設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了課程設計。
這次課程設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
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