【課程設計】變速器換擋叉工藝及夾具設計2
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課程設計說明書
題 目 變速器換擋叉的工藝設計
目 錄
機械自造工藝及夾具課程設計任務書……………………..3
序 言 ……………………………………………………4
零件的分析…………………………………………………..4
零件的工藝分析……………………………………….4
確定生產類型……….…………………………………4
確定毛坯……………………………………………….5
工藝規(guī)程設計…….………………………………………… 5
選擇定位基準…………………………………………5
制定工藝路線…………………………………………5
機械加工余量、工序尺寸及公差的確定……………6
夾具設計…………………………………………………….16
問題提出………………………………………………16
夾具設計………………………………………………16
參考文獻…………………………………………………….17
機械制造工藝及夾具課程設計任務書
設計題目：制定變速器換擋叉的加工工藝，設計鉆φ15
及2-M6孔的鉆床夾具
設計要求：中批量生產 手動夾緊 通用工藝裝備
設計時間：2009.3~2009.4
設計內容：1、熟悉零件圖；
2、繪制零件圖（一張）；
3、繪制毛坯圖（一張）；
4、編寫工藝過程卡片和工序卡片（各一張）；
5、繪制夾具總裝圖；
6、繪制夾具零件圖；
7、說明書
2009年04月
序 言
機械制造技術基礎課程設計是我們在學完了大學的全部基礎課，專業(yè)基礎課以及專業(yè)課后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學的各科課程一次深入的綜合性總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，他在我們的大學四年生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進一步適應性的訓練，希望自己在設計中能鍛煉自己的分析問題、解決問題、查資料的能力 ，為以后的工作打下良好的基礎。
由于能力有限，設計尚有很多不足之處，希望各位老師給予指導。
零件的分析
題目所給的零件是CA6140車床的撥叉。它位于車床變速機構中，主要起換檔，使主軸回轉運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的Φ15孔與操縱機構相連，二下方的Φ50半孔則是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。
一．零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，為此以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、小頭孔Φ15以及與此孔相通的Φ8的錐孔、M6螺紋孔。
2、大頭半圓孔Φ50。
3、撥叉底面、小頭孔端面、大頭半圓孔端面，大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.07mm，小頭孔上端面與其中心線的垂直度誤差為0.05mm。
由上面分析可知，可以粗加工撥叉下端面，然后以此作為基準采用專用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
二、確定生產類型
已知此撥叉零件的生產綱領為5000件/年，零件的質量是1.0Kg/個，查《機械制造工藝設計簡明手冊》第2頁表1.1-2，可確定該撥叉生產類型為中批生產，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。
三、確定毛坯
1、確定毛坯種類：
零件材料為HT200。考慮零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結構又比較簡單，生產類型為中批生產，故選擇木摸手工砂型鑄件毛坯。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第41頁表2.2-5,選用鑄件尺寸公差等級為CT-12。
工藝規(guī)程設計
(一)選擇定位基準：
1 粗基準的選擇：以零件的小頭上端面為主要的定位粗基準，以兩個小頭孔外圓表面為輔助粗基準。
2 精基準的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以粗加工后的底面為主要的定位精基準，以兩個小頭孔外圓柱表面為輔助的定位精基準。
(二)制定工藝路線:
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，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工卡具,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。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第20頁表1.4-7、1.4-8、1.4-11，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序01 粗銑Φ15、Φ50下端面，以T2為粗基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序02 粗銑Φ15上端面，以T1為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序03 粗銑Φ50上端面，以T4為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序04 鉆、擴Φ15孔，以Φ32外圓和T2為基準，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
工序05 粗鏜Φ50孔，以D1為定位基準，采用T616臥式鏜床加專用夾具；
工序06 銑斜肩，以D1和T2為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序07 精銑Φ15下端面，以T2為基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序08 精銑Φ15上端面，以T1為基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序09 粗鉸、精鉸Φ15孔，以T2和Φ32外圓為基準，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
工序10 精銑Φ50端面，以D1為基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序11 半精鏜Φ50孔，以D1做定位基準，采用T616臥式鏜床加專用夾具；
工序12 鉆、鉸Φ8錐孔，以T1和零件中線為基準，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
工序13 鉆M6底孔，攻螺紋，以T1和零件中線為基準，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具；
工序14 銑斷，以D1為基準，采用X60臥式銑床加專用夾具；
工序15 去毛刺；
工序16 終檢。
（三）機械加工余量、工序尺寸及公差的確定:
1、圓柱表面工序尺寸：
前面根據(jù)資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：
加工
表面
加工
內容
加工余量
精度等級
工序
尺寸
表面粗
糙度
工序余量
最小
最大
φ50IT12
（D2）
鑄件
7.0
CT12
粗鏜
4.0
IT12
6.3
0.95
6.8
半精鏜
3.0
IT10
3.2
2.9
3.25
φ20IT7
（D1）
鉆
18
IT11
17.89
18
擴
1.8
IT10
6.3
1.716
1.910
粗鉸
0.14
IT8
3.2
0.107
0.224
精鉸
0.06
IT7
1.6
0.039
0.093
2、平面工序尺寸：
工序號
工序
內容
加工
余量
基本
尺寸
經濟
精度
工序尺寸偏差
工序余量
最小
最大
鑄件
5.0
CT12
01
粗銑φ20孔下端面
4.0
36.0
12
1.5
7.75
02
粗銑φ20孔上端面
4.0
32.0
12
1.5
7.75
03
粗銑φ50孔上端面
4.0
14.0
12
1.8
6.38
07
精銑φ20孔下端面
1.0
31.0
8
0.75
1.283
08
精銑φ20孔上端面
1.0
30.0
8
0.75
1.283
10
精銑φ50孔端面
1.0×2
12.0
8
0.951
1.016
3、確定切削用量及時間定額：
工序01 粗銑Φ15、Φ50下端面，以T2為粗基準。
1. 加工條件
工件材料：HT200,σb =170~240MPa，鑄造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;
加工要求：粗銑Φ15孔下端面，加工余量4mm;
機床：X51立式銑床；
刀具：YG6硬質合金端銑刀。銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表3.16，選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1）確定切削深度ap
因為余量較小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進給量fz
由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質量可不考慮，從而可采用不對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6硬質合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）時：
fz=0.09~0.18mm/z
故選擇：fz=0.18mm/z。
3）確定刀具壽命及磨鈍標準
根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表3.8）。
4）計算切削速度vc和每分鐘進給量vf
根據(jù)《切削手冊》表3.16，當d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度計算公式為：
其中 ，，，，，，，，，，，，，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
確定機床主軸轉速： 。
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實際進給量和每分鐘進給量為：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校驗機床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm.
查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：
tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。
工序02 粗銑Φ15上端面，以T1為定位基準。
切削用量和時間定額及其計算過程同工序01。
工序03 粗銑Φ50上端面，以T4為定位基準
刀具：YG6硬質合金端銑刀，
機床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，?。?，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
工序04 鉆、擴Φ15孔，以Φ32外圓和T2為基準，保證垂直度誤差不超過0.05mm,孔的精度達到IT10。
1. 選擇鉆頭
根據(jù)《切削手冊》表2.1.2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=18mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角αo＝12°，二重刃長度bε=3.5mm,橫刀長b=2mm,寬l=4mm,棱帶長度，°，°
2.選擇切削用量
（1）確定進給量
按加工要求確定進給量：查《切削手冊》，，，由《切削手冊》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強度選擇:查《切削手冊》表2.8,鉆頭允許進給量為：；
按機床進給機構強度選擇：查《切削手冊》表2.9，機床進給機構允許軸向力為8330N時，進給量為。
以上三個進給量比較得出，受限制的進給量是工藝要求，其值為：0.215~0.265mm/r。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-16,最終選擇進給量。
由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應在即將鉆穿時停止自動進給而改為手動進給。
根據(jù)《切削手冊》表2.19查出,鉆孔時軸向力Ff=2500N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=2500N。根據(jù)Z525立式鉆床使用說明書，機床進給機構允許的最大軸向力為8830N﹥Ff，故所選進給量可用。
（2）確定鉆頭磨鈍標準及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.6mm，壽命．
?。?）切削速度
查《切削手冊》表2.30，切削速度計算公式為：
（m/min）
其中，，，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，故實際的切削速度：
（4）檢驗機床扭矩及功率
查《切削手冊》表2.20，當f≤0.26, do≤19mm時，Mt=31.78N?m，修正系數(shù)均為1.0，故MC=31.78 N?m。
查機床使用說明書：Mm =144.2 N?m。
查《切削手冊》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.3kw。
查機床使用說明書，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3、計算工時
4、擴孔至Φ19.8
查《切削手冊》表2.10，擴孔進給量為：，并由機床使用說明書最終選定進給量為：。
根據(jù)資料，切削速度 ，其中為用鉆頭鉆同樣尺寸實心孔時的切削速度，故：，，根據(jù)機床使用說明書選取： 。
基本工時：
工序05 粗鏜Φ50孔，以D1為定位基準。
機床：T60臥式鏜床
單邊余量 可一次切除，則 。根據(jù)《簡明手冊》4.2-20查得，取 。根據(jù)《簡明手冊》4.2-21查得，?。?。
計算切削基本工時：
工序06 銑斜肩，以D1和T2為定位基準。
刀具：硬質合金三面刃銑刀
機床：X51立式銑床
根據(jù)《簡明手冊》查得：。根據(jù)《切削手冊》查得：因此：
現(xiàn)采用X51立式銑床，取：，故實際切削速度為：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
根據(jù)《切削手冊》表4.2-37查得,取：。
計算切削基本工時：
因此：
工序07 精銑Φ20下端面，以T2為基準。
刀具：YG6硬質合金端銑刀；
機床：X51立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進給量為：，取為0.5mm/r
參考有關手冊，確定，采用YG6硬質合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量：，取為980mm/min
本工序切削時間為：
min
工序08 精銑Φ20上端面，以T1為基準。
切削用量同工序07
精銑時
基本工時：
工序09 粗鉸、精鉸Φ15孔，以T2和Φ32外圓為基準。
（1）粗鉸至
刀具：專用鉸刀
機床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量為0.8～1.2mm/z,進給量取0.81mm/r，機床主軸轉速取為=140r/min，則其切削速度為：
。
機動時切削工時，=38mm，
(2) 精鉸至
刀具：
機床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量取0.48mm/r，機床主軸轉速取為：=140r/min，則其切削速度為：
機動時切削工時，=38mm
工序10 精銑Φ50端面，以D1為基準。
機床：X51立式銑床
刀具：硬質合金立銑刀（鑲齒螺旋形刀片），由《切削手冊》表3.6查得：，,即27m/min，因此，。現(xiàn)采用X51立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進給量應為：，
查機床使用說明書，取 。
銑削基本工時：
工序11 半精鏜Φ50孔，以D1做定位基準。
單邊余量,可一次切除，則 。
由《切削手冊》表1.6查得，進給量取為0.27mm/r。由《切削手冊》表1.1查得，，則：
查《簡明手冊》表4.2-20，取為630r/min。
加工基本工時：
工序12 鉆、鉸Φ8錐孔，以T1和零件中線為基準。
刀具：專用刀具
機床：Z525立式鉆床
確定進給量：根據(jù)《切削手冊》表2.7查得，，查Z525機床使用說明書，現(xiàn)取。查《切削手冊》表2.15，，計算機床主軸轉速：
按機床選取，所以實際切削速度為：
計算切削基本工時：
工序13 鉆M6底孔，攻螺紋，以T1和零件中線為基準
（1）鉆螺紋底孔mm
機床：Z525立式鉆床
刀具：高速鋼麻花鉆
根據(jù)《切削手冊》查得，進給量為0.18～0.22mm/z,現(xiàn)取f=0.22mm/z，v=17m/min，則：
查《簡明手冊》表4.2-15，取。所以實際切削速度為：
計算切削基本工時：
（2）攻螺紋M6
機床：Z525立式鉆床
刀具：絲錐M6，P=1mm
切削用量選為：，機床主軸轉速為：，按機床使用說明書選?。?，則 ；機動時，，計算切削基本工時：
工序14 銑斷，以D1為基準。
選擇鋸片銑刀，d=160mm，l=4mm，中齒，Z=40
采用X61臥式銑床
查《切削手冊》，選擇進給量為：,切削速度為：，則：
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-39，取，故實際切削速度為：
此時工作臺每分鐘進給量應為：
查《切削手冊》表4.2-40，剛好有。
計算切削基本工時：
五、夾具設計
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。并設計工序13——鉆M6螺紋底孔的夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床，刀具為高速鋼麻花鉆。
(一)問題的提出
本夾具主要用來鉆M6螺紋底孔，該孔為斜孔，跟撥叉的中線有一定的角度要求，在加工時應保證孔的角度要求。此外，在本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產率，降低勞動強度，而其位置尺寸為自由公差，精度不是主要問題。
(二)夾具設計
1、定位基準選擇
由零件圖可知，M6螺紋孔為斜孔，相對于撥叉中線有的要求，為使定位誤差為零，應該選擇撥叉中線為定位基準保證該角度。此外，還應以Φ20孔端面為基準，從而保證螺紋孔在撥叉體上的位置。
為了提高加工效率，現(xiàn)決定采用手動夾緊工件快換裝置，并采用快換鉆套以利于在鉆底孔后攻螺紋。
2、切削力及夾緊力計算
刀具：硬質合金麻花鉆，。
由實際加工的經驗可知,鉆削時的主要切削力為鉆頭的切削方向,即垂直于工作臺,查《切削手冊》表2.3，切削力計算公式為：
其中：，，，，，，與加工材料有關,取0.94；與刀具刃磨形狀有關,取1.33；與刀具磨鈍標準有關,取1.0，則：
在Φ20孔兩個端面只需要采用開口墊圈和六角螺母適當夾緊后本夾具即可安全工作.
3、定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為兩個定位銷，這兩個定位銷的尺寸與公差規(guī)定為與本零件在工作時與其相匹配軸的尺寸與公差相同，即。此外，這兩定位銷共同保證加工孔偏斜的角度，其中心連線與工作臺面成10°角。
（2）計算鉆套中心線與工作臺的垂直度誤差。
鉆套外徑與襯套孔的最大間隙為：
襯套外徑與鉆模板孔的最大間隙為：
則鉆套中心與工作臺平面的垂直度誤差為：0.026-0.005=0.021。
（3）計算定位銷軸與工作臺的平行度誤差。
定位銷軸與夾具體孔的最大間隙為：
夾具體孔的長度為14mm，則上述間隙引起的最大平行度誤差為：0.034/14，即0.24/100。
4、夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該考慮提高勞動生產率。為此，設計采用了快換裝置。拆卸時，松開夾緊螺母1~2扣，拔下開口墊圈，實現(xiàn)工件的快換。攻螺紋時，松開壓緊螺母即可替換可換鉆套，進行攻螺紋加工。
六．參考文獻
1、趙家奇,機械制造工藝學課程設計指導書(2版),機械工業(yè)出版社,2006年.
2、曾志新,呂明主編,機械制造技術基礎,:武漢理工大學出版社,2001年.
3、李益明主編,機械制造工藝設計簡明手冊,機械工業(yè)出版社,1993年.
4、肖詩綱主編,切削用量手冊,機械工業(yè)出版社,1993年.
5、金屬切削機床夾具設計手冊.上海柴油機廠工藝設備研究所編,機械工業(yè)出版社，1987年.
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