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中北大學課程設計說明書 目 錄 1零件的工藝分析及生產類型的確定…………………………………… 1 1.1零件的作用………………………………………………………………… 1 1.2零件的工藝分析…………………………………………………………… 1 1.3確定零件的生產類型……………………………………………………… 1 2確定毛胚類型繪制毛胚簡圖……………………………………………… 1 2.1選擇毛胚…………………………………………………………………… 1 2.2確定毛胚尺寸和機加工余量……………………………………………… 1 2.3鑄件毛胚圖………………………………………………………………… 2 3工藝規(guī)程設計………………………………………………………………… 2 3.1定位基準的選擇…………………………………………………………… 2 3.2擬定工藝路線……………………………………………………………… 4 3.3加工設備及工藝裝備的選用……………………………………………… 6 3.4加工余量、工序尺寸和公差的確定……………………………………… 7 3.5確立切削用量及基本工時………………………………………………… 8 4專用鉆床夾具設計………………………………………………………… 13 4.1 夾具設計任務…………………………………………………………… 13 4.2 擬定鉆床夾具結構方案與繪制夾具草圖……………………………… 14 4.3 繪制夾具裝配總圖……………………………………………………… 14 4.4 夾具裝配圖上標注尺寸，定位誤差分析……………………………… 15 課程設計總結………………………………………………………………… 17 參考文獻……………………………………………………………………… 17 1零件的工藝分析及生產類型的確定 1.1零件的作用 副變速撥叉是變速箱換擋機構中的一個重要零件。撥叉頭以孔套在變速叉軸上，并用銷釘經孔與變速叉軸連接，撥叉腳則夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中。當需要變速時，操作變速桿，變速操作機構就通過撥叉頭部的操作槽帶動撥叉與變速撥叉軸一起在變速箱中滑移，撥叉腳撥動雙聯(lián)變換齒輪在花鍵軸上滑動以改換檔位。 1.2零件的工藝分析 由零件圖可知，其材料為KTH350-10該材料具有一定的強度、剛度和韌性，易于鍛造、鑄造加工。 該零件形狀特殊，結構一般復雜，屬叉桿類零件。撥叉腳兩端面、變速叉軸孔和兩耳內表面是重要工作表面，其他表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求，而主要加工表面雖然加工精度相對較高，但也可以再正常的生產條件下，采用較經濟的方法保質保量地加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。 該零件的主要加工表面為撥叉腳兩端面、變速叉軸孔和鎖銷孔，在設計工藝規(guī)程時應重點予以保證。 1.3確定零件的生產類型 按照教學要求，該副變速撥叉的生產類型為大批量生產。 2確定毛胚類型繪制毛胚簡圖 2.1選擇毛胚 根據零件材料為KTH350-10，零件結構一般復雜，生產類型為大批量生產，確定毛胚為鑄件。毛胚的鑄造方法選用砂型機器造型，由于孔需鑄出，故還應安放型芯，此外，為消除殘余應力，鑄造后應安排人工時效。 2.2確定毛胚尺寸和機加工余量 1. 鑄件尺寸公差等級 根據鑄件采用砂型機器造型，材料為可鍛黑鑄鐵，其加工表面的鑄造尺寸精度等級由《機械制造技術基礎課程設計（高等教育版）》（以下簡稱參考一）表2.8查得加工余量等級為G，鑄件尺寸公差等級為CT8-CT10，取CT8。 2. 鑄件機械加工余量 由參考一表2.7，2.8，2.11確定零件各面加工余量及毛胚尺寸如下表： 主要毛胚尺寸 加工表面 兩件尺寸 加工余量 毛胚尺寸 公差CT 撥叉頭孔 14mm 雙側余量一半 2.0mm 10mm 1.0mm 兩耳內表面 14mm 雙側余量一半 2.0mm 10mm 1.0mm 撥叉腳兩端面 6mm 雙側余量一半 2.0mm 10mm 1.0mm 撥叉腳內表面 40mm 雙側余量一半 2.0mm 36mm 1.0mm 撥叉頭左右端面 70mm 雙側余量一半 2.0mm 74mm 1.0mm 2.3鑄件毛胚圖 零件毛胚圖一般包括鑄造毛胚形狀、尺寸及公差、加工余量與工藝余量、鑄造斜度及圓角、分型面、澆冒口殘根位置、工藝基準及其他有關技術要求等。根據主要毛胚尺寸，該鑄件毛胚圖如下圖（一）圖（二）所示 3工藝規(guī)程設計 3.1定位基準的選擇 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。 1. 精基準的選擇 叉軸孔的軸線是撥叉腳兩端面和兩耳內表面的設計基準，撥叉頭左端面是撥叉軸方向上的設計基準。選用叉軸孔的軸線和撥叉頭左端面做精基準定位加工撥叉腳兩端面和兩耳內表面，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的垂直度要求。另外，由于撥叉 圖（一） 圖（二） 件剛性較差，受力易產生變形，選用撥叉頭左端面做精基準，夾緊力作用在撥叉頭的右端面上，可避免在機械加工中產生夾緊變形，加緊穩(wěn)定可靠。 2. 粗基準的選擇 選擇變速叉軸孔的外圓面和撥叉頭右端面做粗基準。采用的外圓面定位內孔可保證孔的壁厚均勻；采用撥叉頭右端面做粗基準加工左端面，可以為后續(xù)準備好精基準。 3.2擬定工藝路線 工藝路線的擬定是制定工藝規(guī)程的總體布局，包括確定加工方法劃分加工階段決定工序的集中與分散、加工順序的安排以及安排熱處理、檢驗及其他輔助工序（去毛刺、倒角等）。他不但影響加工的質量和效率，而且影響工人的勞動強度、設備投資、車間面積、生產成本等。 因此擬定工藝路線是制定工藝規(guī)程的關鍵性一步，必須在充分調查研究的基礎上提出工藝方案，并加以分析比較，最終確定一個最經濟合理的方案。 1. 表面加工方法的確定 根據零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度要求，查參考一表2.25平面加工方案的經濟精度和表面粗糙度；查參考一表2.24孔加工方案的經濟精度和表面粗糙度，確定變速副撥叉零件各表面的加工方法，如下表所示： 各表面加工方案 加工表面 尺寸及偏差/mm 尺寸精度等級 表面粗糙度/ 加工方案 撥叉頭孔 IT9 3.2 粗鏜-半精鏜 兩耳內表面 IT13 12.5 粗銑 撥叉腳兩端面 IT12 6.3 粗銑 撥叉腳內表面 IT12 12.5 粗銑 撥叉頭左端面 70 IT12 25 粗銑 撥叉頭右端面 70 IT12 25 粗銑 鎖銷孔 IT12 25 鉆 2.加工階段的劃分 該副變速撥叉加工質量較高，可將加工階段劃分為粗加工、半精加工幾個階段。在粗加工階段，首先將精基準（撥叉頭左端面和叉軸孔）準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑撥叉頭右端面、兩耳內表面、撥叉腳兩端面、撥叉腳內表面。在半精加工階段，完成撥叉頭孔的鏜和軸銷孔的鉆加工。 3. 工序的集中與分散 選用工序集中原則安排撥叉的加工工序。該撥叉的生產類型為大批生產，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求。 4. 工序順序的安排 （1）機械加工工序 遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準——撥叉頭左端面和叉軸孔；遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——叉軸孔和撥叉腳兩端面，后加工次要表面——兩耳內表面、撥叉腳兩內表面；遵循“先面后孔”原則，先加工撥叉頭端面再加工叉軸孔，先加工兩耳內表面再鉆銷軸孔。由此初擬定副變速撥叉機械加工工序安排，如下： 副變速撥叉機械加工工序安排（初擬） 工序號 工序內容 簡要說明 10 粗銑撥叉頭兩端面 “先基準后其他” 20 粗鏜、半粗鏜孔（主要表面） “先面后孔”“先主后次” 30 銑撥叉腳兩端面（主要表面） “先主后次” 40 銑撥叉腳內表面（次要表面） “先主后次” 工序號 工序內容 簡要說明 50 銑兩耳內表面（次要表面） “先主后次” 60 鉆孔（次要表面） “先面后孔” （2）輔助工序 在鏜孔后應安排倒角，在鉆孔完成后應安排去毛刺、清洗和終檢工序。 綜上所述，該變速副撥叉工序的安排順序為：基準加工——主要表面加工——次要表面加工。 5. 確定工藝路線圖 在綜合考慮工藝順序安排原則的基礎上，擬定撥叉的機械加工工藝路線，見下圖： 變速副撥叉機械加工工藝路線（修改后） 工序號 工序內容 定位基準 10 粗銑撥叉頭兩端面 端面、mm孔、撥叉腳內表面 20 粗鏜、半粗鏜、倒角孔 右端面、mm、撥叉腳內表面 30 銑撥叉腳兩端面 左端面、mm 40 銑撥叉腳內表面 左端面、mm、撥叉腳內表面 50 銑兩耳內表面 左端面、mm、撥叉腳內表面 60 鉆孔 左端面、mm、撥叉腳內表面 70 去毛刺 80 校正撥叉腳 90 清洗 100 終檢 3.3加工設備及工藝裝備的選用 機床和工藝裝備的選擇應在滿足零件加工工藝的需要和可靠地保證零件加工質量的前提下，與生產批量和生產節(jié)拍相適應，并應優(yōu)先考慮采用標準化的工藝裝備和充分利用現(xiàn)有條件，以降低生產準備費用。 副變速撥叉的生產類型為大批生產，可以選用高效的專用設備和組合機床，也可選用通用設備，所選用的夾具均為專用夾具。根據參考一表3.6立式銑床各種型號及主要參數(shù)、表4.16銑刀的種類用途、表4.2孔加工刀具的類型及應用、表4.38游標卡尺，各工序加工設備及工藝裝備的選用見下表： 加工設備及工藝裝備 工序號 工序內容 加工設備 工藝裝備 10 粗銑撥叉頭兩端面 立式銑床X51 高速鋼套式銑刀、游標卡尺 20 粗鏜、半粗鏜、倒角孔 立式銑床X51 鏜刀、卡尺、錐柄圓柱塞規(guī) 30 銑撥叉腳兩端面 立式銑床X51 高速鋼套式銑刀、游標卡尺 40 銑撥叉腳內表面 立式銑床X51 高速直齒三面刃銑刀、游標卡尺 50 銑兩耳內表面 立式銑床X51 高速直齒三面刃銑刀、游標卡尺 60 鉆孔 立式鉆床Z525 麻花鉆、游標卡尺、錐柄圓柱塞規(guī) 70 去毛刺 鉗工臺 80 校正撥叉腳 鉗工臺 手錘 90 清洗 清洗機 100 終檢 塞規(guī)、百分尺、卡尺等 3.4加工余量、工序尺寸和公差的確定 1.工序10——粗銑撥叉頭兩端面 以右端面定位，粗銑左端面，銑削量2mm，以左端面定位，粗銑右端面，銑削量為2mm。 2. 工序20——粗鏜、半粗鏜孔 鑄造后雙側余量一半為2mm，粗鏜雙側余量3mm，半精鏜雙側余量1mm。 3. 工序30——銑撥叉腳兩端面 鑄造后雙側余量一半為2mm粗銑雙側余量4mm。 4.工序40——銑撥叉腳內表面 鑄造后雙側余量一半為2mm粗銑雙側余量4mm。 5.工序50——銑兩耳內表面 鑄造后雙側余量一半為2mm粗銑雙側余量4mm。 6. 工序60——鉆孔 一次鉆孔。 3.5確立切削用量及基本工時 1.工序10——粗銑撥叉頭兩端面 該工序分兩個公步，公步1是以右端面定位，粗銑左端面；工步2是以左端面定位，粗銑右端面，它們所選用的背吃刀量、切削速度和進給量是一樣的。 （1）背吃刀量 由于切削量較小，故選擇 ==2mm。一次走刀即可完成。 （2）進給量 X51型立式銑床功率為4.5KW，查參考一表5.8高速鋼套式面銑刀粗銑平面進給量，按機床、工件、夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工序的每齒進給量取為0.08mm/z。 （3）銑削速度 由本工序采用高速鋼整體銑刀、=40mm，齒數(shù)=12。查參考一表5.8高速鋼整體銑刀銑削速度，確定銑削速度=44.9m/min，則 ==357.3r/min 由本工序采用X51型立式銑床，查參考一表3.6，取轉速=380r/min，故實際切削速度 ==47.7m/min 當=380r/min時，工作臺的每分鐘進給量==364.8mm/min 也可根據參考一表3.7查得機床的進給量為300mm/min。 （4）基本工時 由于該工序包括兩個工步，每個工步的基本加工時間計算查參考一表5.41銑削基本時間計算，。確定=14mm,=2mm，=24mm；則該工序的基本時間為 ， 則該工序基本工時為16s。 2.工序20——粗鏜、半粗鏜、倒角孔 該工序分為三個工步： （1）粗鏜孔工步 取背吃刀量=1.5mm，查參考一表5.57高速鋼鏜刀鏜孔的切削用量得，切削速度取=35m/min,進給量取=0.8mm/r,則 = =1114r/min 由本工序采用X51立式銑床，取轉速 =1225r/min,故實際切削速度為 =m/min=38.46m/min （2）半鏜孔工步 取背吃刀量=0.5，查參考一表5.57高速鋼鏜刀鏜孔的切削用量得，切削速度去=20m/min，進給量取0.2mm/r,則 ==490r/min 又本工序采用X51立式銑床，取轉速=490r/min,故實際切削速度為=20m/min。 （4）基本工時 由參考一表5.37鏜孔基本時間的計算，因此粗鏜工步基本工時為11s，半精鏜工步基本工時為46s。 3. 工序30——銑撥叉腳兩端面 該工序分兩個公步，公步1是粗銑撥叉腳左端面；工步2是粗銑撥叉腳右端面。它們所選用的背吃刀量、切削速度和進給量是一樣的。 （1）背吃刀量 由于切削量較小，故選擇 ==2mm。一次走刀即可完成。 （2）進給量 X51型立式銑床功率為4.5KW，查參考一表5.8高速鋼套式面銑刀粗銑平面進給量，按機床、工件、夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工序的每齒進給量取為0.08mm/z。 （3）銑削速度 由本工序采用高速鋼整體銑刀、=40mm，齒數(shù)=12。查參考一表5.8高速鋼整體銑刀銑削速度，確定銑削速度=44.9m/min，則 ==357.3r/min 由本工序采用X51型立式銑床，查參考一表3.6，取轉速=380r/min，故實際切削速度 ==47.7m/min 當=380r/min時，工作臺的每分鐘進給量==364.8mm/min 也可根據參考一表3.7查得機床的進給量為300mm/min。 （4）基本工時 由于該工序包括兩個工步，每個工步的基本加工時間計算查參考一表5.41銑削基本時間計算，，確定=14mm,=2mm，=62mm；則該工步的基本時間為，該工序基本工時為32s。 4. 工序40——銑撥叉腳內表面 該工序分兩個公步，公步1是粗銑撥叉腳左內表面；工步2是粗銑撥叉腳右內表面，它們所選用的背吃刀量、切削速度和進給量是一樣的。 （1）背吃刀量 由于切削量較小，故選擇 ==2mm。一次走刀即可完成。 （2）進給量、銑削速度 X51型立式銑床功率為4.5KW，查《機械加工工藝人員手冊（第三版）》下文簡稱參考二表14-77高速鋼整體三面刃銑刀銑平面及凸臺的切屑速度采用直齒三面刃銑刀、=68mm，齒數(shù)=16，每齒進給量=0.08mm,銑削速度=49m/min，則 ==229.5r/min 由本工序采用X51型立式銑床，查參考一表3.6，取轉速=210r/min，故實際切削速度 ==44.8m/min 當=210r/min時，工作臺的每分鐘進給量==268.8mm/min 也可根據參考一表3.7查得機床的進給量為250mm/min。 （3）基本工時 由于該工序包括兩個工步，它們所選用的背吃刀量、切削速度和進給量是一樣的，所以兩工步基本工時也相同。偏角，查參考一表5.41銑削基本時間計算，，，確定=14mm,=2mm，=6mm；則每個工步工序的基本時間為 ，該工序基本工時為10s。 5. 工序40——銑兩耳內表面 該工序分兩個公步，工步一是粗銑左耳內表面，工步二是粗銑右耳內表面，由于它們的機械加工余量，粗糙度要氣相同，因此它們所選用的背吃刀量、切削速度和進給量是一樣的。 （1）背吃刀量 由于切削量較小，故選擇 ==2mm。一次走刀即可完成。 （2）進給量、銑削速度 X51型立式銑床功率為4.5KW，查《機械加工工藝人員手冊（第三版）》下文簡稱參考二表14-77高速鋼整體三面刃銑刀銑平面及凸臺的切屑速度采用直齒三面刃銑刀、=68mm，齒數(shù)=16，每齒進給量=0.08mm,銑削速度=49m/min，則 ==229.5r/min 由本工序采用X51型立式銑床，查參考一表3.6，取轉速=210r/min，故實際切削速度 ==44.8m/min 當=210r/min時，工作臺的每分鐘進給量==268.8mm/min 也可根據參考一表3.7查得機床的進給量為250mm/min。 （3）基本工時 由于該工序包括兩個工步，它們所選用的背吃刀量、切削速度和進給量是一樣的，所以兩工步基本工時也相同。偏角，查參考一表5.41銑削基本時間計算，，，確定=14mm,=2mm，=15mm；則每個工步工序的基本時間為 ，該工序基本工時為16s。 6.鉆孔 （1）切削用量 由工件材料為KTH350-10、孔mm、查參考二表10-22麻花鉆，選定直徑的麻花鉆，查參考一表5.19高速鋼麻花鉆鉆削碳鋼的切削用量得，切削速度=20m/min，進給量=0.20mm/r，取=8.7mm，則 =r/min=732.1r/min 由本工序采用Z525型立式鉆床，由表3.17得，轉速=680r/min，故實際切削速度為 ==18.58m/min （2）基本工時 由參考一表5.39，工步，則該工序的基本時間為 4專用鉆床夾具設計 設計工序：副變速撥叉銑叉口內側面夾具設計 4.1 問題的提出 本夾具要用于副變速撥叉銑叉口內側面夾具設計夾具精度等級為IT12級，粗糙度為6.3。本道工序只精銑一下即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應首先考慮保證副變速撥叉銑叉口內側面夾具設計的各加工精度，如何提高生產效率，降低勞動強度。 4.2 夾具設計 4.2.1 定位基準的選擇 擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質量。基準選擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據零件圖的技術要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。Φ25的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ25孔和其端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ25孔的端面作為定位夾具。 為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺母作為夾緊機構。 4.2.2切削力和夾緊力計算 （1）刀具： YG6立式銑刀 機床： 萬能銑床 由[3] 所列公式 得 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內。 安全系數(shù) K= 其中：為基本安全系數(shù)1.5 為加工性質系數(shù)1.1 為刀具鈍化系數(shù)1.1 為斷續(xù)切削系數(shù)1.1 所以 （2）夾緊力的計算 選用夾緊螺釘夾緊機 由 其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取 F=+G G為工件自重 夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級 螺釘疲勞極限： 極限應力幅： 許用應力幅： 螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為 [s]=2.5~4 取[s]=4 得 滿足要求 經校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠， 使用快速螺旋定位機構快速人工夾緊，調節(jié)夾緊力調節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力 4.2.3定位誤差分析 （1）定位元件尺寸及公差確定。 夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷，孔與銷間隙配合。 （2） 工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一定位銷，一擋銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而擋銷的偏角會使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進而使加工位置有一定轉角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。 4.2.4夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產率避免干涉。應使夾具結構簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為鏜床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為精鏜切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。 本夾具的最大優(yōu)點就是結構簡單緊湊。夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產力，使用快速螺旋夾緊機構。 課程設計總結 本次課程設計使我感受到了要做一名優(yōu)秀的工藝設計師不是一件容易的事，這需要我們把學到的各門知識有機的聯(lián)系起來。經歷了此次課程設計，我明白了首先要從全局著手，否則會弄得顧此失彼，辛辛苦苦做得方案到最后一步時才發(fā)現(xiàn)不合理于是又得從頭開始。這次設計課也鍛煉了我的查表的能力，因為整個設計過程幾乎是一個查表的過程，總之不查表就無設計可言，因此每天就得翻閱各種設計手冊，這為我將來的工作打下了基礎。天氣變得寒冷起來為了能趕的上進度所以每天要堅持工作，這在無形中鍛煉了我的吃苦精神?？傊@次課程設計使我受益匪淺。 參考文獻 （1） 尹成湖.機械制造技術基礎課程設計.北京.高等教育出版社， 2009.3 （2）艾興，肖詩綱.切削用量簡明手冊.北京:機械工業(yè)出版社 （3）李益明.機械制造工藝設計簡明手冊.哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學出版 （4）機械加工工藝人員手冊（第三版） １９