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專業(yè)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
設(shè) 計(jì) 者
指導(dǎo)教師
臺(tái)州學(xué)院機(jī)電與建筑工程學(xué)院
2008年9月21日
專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
題目: 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
原始圖紙（見(jiàn)附頁(yè)）
生產(chǎn)類型：中批或大批生產(chǎn)
設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1、零件圖 1張
2、毛坯圖 1張
3、機(jī)械加工工藝過(guò)程卡 1份
4、機(jī)械加工工序卡 1份
5、夾具裝配圖 1套
6、夾具零件圖 若干
7、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1份
班 級(jí) 05機(jī)械自動(dòng)化（2）
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
目錄
前言………………………………………………………………………………（4）
一、零件的分析………………………………………………………………（4）
（一）零件的作用……………………………………………………………（4）
（二）零件的工藝分析………………………………………………………（4）
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)…………………………………………………………（4）
（一）確定毛坯的制造形式 ……………………………………………（4）
（二）基準(zhǔn)的選擇……………………………………………………………（4）
（三）工藝路線的擬定及工藝方案的分析……………………………（4）
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定………………（5）
（五）各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇…………………（7）
（六）各工序基本工時(shí)……………………………………………………（10）
三、專用夾具的設(shè)計(jì)………………………………………………………（10）
（一）設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較；…………………………………（10）
（二）定位分析與定位誤差的計(jì)算；…………………………………（10）
（三）對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)；……………………………………………（10）
（四）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算；…………………………………（11）
（五）夾具操作動(dòng)作說(shuō)明?！?1）
四、總結(jié)…………………………………………………………………………（13）
五、主要參考文獻(xiàn)……………………………………………………………（14）
前言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)使我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
本課題是變速叉的機(jī)械加工工藝規(guī)程的編制及工藝裝備的設(shè)計(jì)，需進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)與裝配。生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批及大批量生產(chǎn)。
就我個(gè)人而言，我希望能通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指導(dǎo)。
一、零件的分析
（一）零件的作用
變速叉主要用于調(diào)節(jié)各種機(jī)器的速度檔位。
（二）零件的工藝分析
變速叉共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
（1）第一個(gè)加工表面為軸外圓，此主要加工孔12。
（2）第二個(gè)加工表面為孔12，以孔12定位來(lái)加工個(gè)端面及銑槽和鉆小孔8。
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
（一）確定毛坯的制造形式
零件的材料為ZG45?？紤]零件在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，故選擇鑄件毛坯。
（二）基準(zhǔn)的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)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(guò)程中回問(wèn)題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢，是生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。
（1）粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)選擇原則，現(xiàn)選取φ12孔的不加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)，利用V形塊限制4個(gè)自由度，再以支承塊限制1個(gè)自由度，擋銷限制最后1個(gè)自由度，達(dá)到完全定位,進(jìn)行鉆孔。
（2）精基準(zhǔn)的選擇。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不再重復(fù)。
（三）工藝路線的擬訂及工藝方案的分析
制定工藝路線得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
1.工藝路線方案一：
工序1：鑄造毛胚并清洗。
工序2：退火。
工序3：油漆。
工序4：鉆絞φ12孔。
工序5：銑兩端面，保證總長(zhǎng)；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面。
工序6：精銑7的兩端面及側(cè)面；精銑床19的兩側(cè)面；
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽。
工序8：劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9：鉆絞φ8及φ3孔。
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面。
工序11：去毛刺，倒角，清理。
工序12：檢驗(yàn)入庫(kù)。
2.工藝路線方案二：
工序1：鑄造毛胚并清洗。
工序2：退火。
工序3：油漆。
工序4：銑兩端面，保證總長(zhǎng)；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面。
工序5：鉆絞φ12孔。
工序6：精銑7的兩端面及側(cè)面；精銑床19的兩側(cè)面；
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽。
工序8：劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9：鉆絞φ8及φ3孔。
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面。
工序11：去毛刺，倒角，清理。
工序12：檢驗(yàn)入庫(kù)。
3.工藝方案的比較與分析。兩個(gè)方案的工序雖都為十二道，但是考慮到方案一中4、5、6工序都是在銑床上加工，集中在一起，可以使效率更快。而且先加工孔12在以孔12定位加工7的兩側(cè)面，這時(shí)的位置精度較易保證，因此選用方案一。以上工藝過(guò)程詳見(jiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程卡和機(jī)械加工工序卡片。
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
變速叉零件材料為ZG45，硬度207～241HBS，毛皮重量約為1.5kg，生產(chǎn)類型大批量，鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.內(nèi)孔φ12。毛坯為實(shí)心，不沖孔。工序尺寸加工余量:
鉆孔：2Z=0.3mm。
鉸孔：2Z=0.1mm。
精鉸：2Z=0mm。
2.各端面的工序加工余量
1）外圓表面延軸線方向長(zhǎng)度方向的加工余量及公差（φ23端面）。
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》（以下稱《工藝手冊(cè)》）表2.2～2.5，取φ23端面長(zhǎng)度余量均為2（均為雙邊加工）。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
2）19的頂端。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
3)19的兩側(cè)5.5mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
4)7的兩端76.4mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=1.2 mm。
精銑：2Z=0mm。
5)7的兩側(cè)7mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=1.6 mm。
精銑：2Z=0.6mm。
磨削加工余量：
粗磨：2Z=0.1mm。
精磨：2Z=0mm。
6）孔8：
鉆孔：2Z=0.2mm。
絞孔：2Z=0mm。
7）孔3：
鉆孔：2Z=0.1mm。
絞孔：2Z=0mm。
3.其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計(jì)算最大最小加工余量時(shí)應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。
最后的毛坯圖如下：
(五）各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇
1.各工序的定位夾緊方案：各工序的定位夾緊方式見(jiàn)各工序圖。
工序4：鉆絞φ12孔。
工序5：銑兩端面，保證總長(zhǎng)；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面
2.切削用量的選擇：切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先確定切削深度、進(jìn)給量，再確定切削速度。由于各工序?qū)η邢饔昧康倪x擇都大致相同，所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序，其他工序不再贅述。
2.1 工序4：鉆絞φ12孔。
本工序采用計(jì)算法確定切削用量。
加工條件：
1.工件材料：ZG45，鑄造
2.加工要求：鉆絞Φ12（0.045~0.105），表面粗糙度值Ra 為5。
3.機(jī)床：Z525立式鉆床。
4.刀具：直柄麻花鉆和直柄機(jī)用絞刀 。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，由于Z525機(jī)床的中心高為250㎜（《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-14），根據(jù)表3.1-5，鉆刀幾何形狀為L(zhǎng)=142，l=94,d=11.8。根據(jù)表3.1-16,絞刀幾何形狀為d=11.8，L=142，l=41。
（1）確定切削深度ap ap=12/2=6mm
（2）確定進(jìn)給量f 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》及Z525機(jī)床進(jìn)給量（《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》4.2-16），選擇f=0.17㎜/r。
（3）選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，選擇車刀后刀面最大磨損量為0.8㎜，耐用度T=15min。
（4）確定切削速度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.13 v=17m/min ,n=1082r/min。選擇主軸實(shí)際完成轉(zhuǎn)速。
（六）各工序基本工時(shí)
基本時(shí)間Tj是指直接用于改變工件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量等所消耗的時(shí)間。它包括刀具的趨近、切入、切削和切出等時(shí)間?；緯r(shí)間又稱機(jī)動(dòng)時(shí)間。由于各工序?qū)竟r(shí)的選擇都大致相同，所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序，此工序即為（五）中的工序4，其他工序不再贅述。
確定鉆絞Φ12的基本時(shí)間 根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，鉆孔基本時(shí)間為
Tj=L/(f?n)=(l+l?+l?)/(f?n)
式中 l=83.5mm l?=(D-d)/2xctgKr+(1～2)
D=12mm,d=11.8mm,
Kr=90 l1=2mm,l2=l3=0
f=0.17mm/r n=18r/s i=1
則 Tj=27.9s
三、專用夾具的設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。經(jīng)過(guò)與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第4道工序——鉆Φ12孔的鉆床專用夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床。刀具為麻花鉆。
（一）設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較；
1.本夾具主要用來(lái)鉆Φ12孔。因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何用較簡(jiǎn)單的夾具體來(lái)滿足這較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。使用的方案：用一個(gè)支承塊和V形塊及擋銷來(lái)定位和夾緊外圓柱面。
（二）定位分析與定位誤差的計(jì)算；
1.定位元件尺寸及公差的確定。根據(jù)零件外圓尺寸Φ23以及《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表2-2-27得:V形塊的規(guī)格及主要尺寸為N=24mm，D=23mm，B=37mm,L=45mm,T=48mm，T公差為0.045～0.105。
2.定位誤差的計(jì)算。由于所設(shè)計(jì)的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合，此時(shí)?B=0，只有基準(zhǔn)位移誤差，故影響工序尺寸的定位誤差為：
?D=?Y=δd/(2 x sin) 其中δd＝0.105-0.045=0.06mm。
?D=0.085mm。
（三）對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)；
根據(jù)Φ12中心線到V形塊底端距離T=48mm，公差為0.045～0.105，以及鉆套中心到V形塊底端距離T′=48mm，公差為0.015～0.035，在通過(guò)夾具上的定位銷及其端面即可確定了工件在夾具中的正確位置。
（四）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算；
刀具：直柄麻花頭，尺寸為11.8。
則軸向力：見(jiàn)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表1-2-7
式中： 根據(jù)零件材料的硬度HB207-233及鉆孔直徑D為Φ12，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7 得f=0.32
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表1-2-8 得
切削力
Ff=2200N，
切削扭矩 M=26.4J由于扭矩很小，計(jì)算時(shí)可忽略。
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
式中：根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表1-2-1 ，查得
—基本安全系數(shù)，1.5;—加工性質(zhì)系數(shù)，1.2;
—刀具鈍化系數(shù), 1.0;—斷續(xù)切削系數(shù), 1.2;
—夾緊力的穩(wěn)定性，1.3；
則 F=Ff ? K=6185N ,因此采用楔槽式快速夾緊裝置來(lái)夾緊。
（五）夾具操作動(dòng)作說(shuō)明；
夾具上裝有可換鉆套，可使夾具在一批零件的加工之前很好地保證其規(guī)定的尺寸和相互位置精度關(guān)系，有利于鉆孔。螺桿1上開(kāi)有直槽，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄松開(kāi)工件，再將直槽轉(zhuǎn)至螺釘2處，即可迅速拉出螺桿，以便裝卸工件。
楔槽式快速夾緊裝置圖如下：
鉆床夾具零件圖：
四、總結(jié)
足足三個(gè)星期的夾具設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多知識(shí)，對(duì)以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一次預(yù)備訓(xùn)練。在這次設(shè)計(jì)中，學(xué)到了以下幾點(diǎn)：
（1）加強(qiáng)了御用機(jī)械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程的知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中學(xué)到的知識(shí)，能獨(dú)立地分析并解決工藝問(wèn)題，使自己初步具備水機(jī)一個(gè)中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程能力。
（2）使自己能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，學(xué)會(huì)了擬訂夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
（3）加強(qiáng)了熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、圖表等技術(shù)資料的能力。
（4）進(jìn)一步加強(qiáng)識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫(xiě)技術(shù)文件等基本技能。
在這次設(shè)計(jì)中，雖有老師的鼎立協(xié)助，但是由于時(shí)間倉(cāng)促，我的設(shè)計(jì)仍有很多的不足，不過(guò)，我不會(huì)放棄再思考，因?yàn)閷W(xué)習(xí)是無(wú)止境的。最主要的是，通過(guò)這次專業(yè)課程設(shè)計(jì)，讓我找到了一種作為工程設(shè)計(jì)師的感覺(jué)，讓我的思維得到了大步地提升，讓我初步具備了這方面設(shè)計(jì)的技能。
在此，對(duì)指導(dǎo)教師的辛勤指導(dǎo)，表示衷心的感謝。
五、主要參考文獻(xiàn)
1.孫麗媛等編著《機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》北京：冶金工業(yè)出版社，2002.12
2.陳明等編著 《機(jī)械制造工藝學(xué)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.8
3.李旦 邵東向 王杰等著《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)機(jī)床專用夾具圖冊(cè)》（第二版）黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.2
4.朱家誠(chéng)編著《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》安徽：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005.8
5.王光斗 王春福主編《機(jī)械夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.11
6.李昌年主編《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.12
7.李益民主編《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社
1993.6
8.浦林祥主編《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.12
9.廖念釗 主編《互換性與技術(shù)測(cè)量》（第四版）北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000.1
10.艾興 肖詩(shī)綱編《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》（第3版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999
11.許毓潮等編《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》北京：中國(guó)電力出版社，1998.5
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