倒挡拨叉课程设计(共14页).doc
精选优质文档-倾情为你奉上倒挡拨叉机械制造工艺设计专业： 机械设计制造及其自动化 组别： 学号： 姓名： 完成日期： 年 月 日专心-专注-专业目 录摘 要机械制造技术项目训练，是以给定的一个中等复杂程度的中小型机械零件为对象，在确定其毛坯制造工艺的基础上，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计。是综合运用机械制造技术的基本知识、基本理论和基本技能，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节；是对学生运用所掌握的“机械制造技术”知识及相关理论的一次全面应用训练。通过训练，培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，设计机床夹具的能力，使用手册、图表及数据库资料的能力。本次课程设计对倒挡拨叉零件进行了工艺设计，拨叉是一种辅助零件，摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合和分离，达到换挡的目的，拨叉的制作需要达到一定的精度要求，而拨叉的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，从而使拨叉产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本关键词： 拨叉； 工艺； 定位； 加紧； 夹具 1 零件分析通过对该零件图的重新绘制，知原图样的试图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。 从零件图上看，该零件是典型的叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。为大批量生产的铸件。其主要加工的有14H9表面粗糙度为Ra6.3um，其轴轴要保证直线度M级0.03；斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到0；开挡公差尺寸为0.1到0.2，表面粗糙度为Ra6.3um并保证与14H9轴线的垂直度为0.25；R19面粗糙度为Ra12.5um，表面要求淬火处理，硬度要求为4853HRC；下爪总长公差尺寸为-1到0；后脚面公差尺寸为0到0.52，前面到轴线尺寸18的公差尺寸为±0.2；孔8.7公差尺寸为0到0.09，其轴线到开挡前脚面的尺寸41.5的公差尺寸为±0.15，孔深32公差尺寸为-1到0；拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔8.7的对称度为0.4，内表面表面粗糙度为Ra12.5，内表面满足配合14H13公差尺寸为0到0.27，其槽底部分允许呈R3max圆角或2最大长为3的倒角；孔8.7还需锪平直径为12；孔24端面、开挡内R15面、孔8.7内表面以及槽14H13底面表面粗糙度为Ra25一般的加工都可获得。通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，我们通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。1.1 零件作用倒档拨叉是与操纵机构零件结合，用它拨动滑动齿轮实现倒车。 14H9为配合面有较高的精度。槽14H13为滑块拨动的配合表面。该拨叉在换挡位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。图1.1.1 倒挡拨叉图纸1.2 零件图审查通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。图1.2.1 倒挡拨叉零件图1.3 零件工艺初步分析从零件图上看，该零件是典型的叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。为大批量生产的铸件。其主要加工的有14H9表面粗糙度为Ra6.3um，其轴轴要保证直线度M级0.03；斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到0；开挡公差尺寸为0.1到0.2，表面粗糙度为Ra6.3um并保证与14H9轴线的垂直度为0.25；R19面粗糙度为Ra12.5um，表面要求淬火处理，硬度要求为4853HRC；下爪总长公差尺寸为-1到0；后脚面公差尺寸为0到0.52，前面到轴线尺寸18的公差尺寸为±0.2；孔8.7公差尺寸为0到0.09，其轴线到开挡前脚面的尺寸41.5的公差尺寸为±0.15，孔深32公差尺寸为-1到0；拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔8.7的对称度为0.4，内表面表面粗糙度为Ra12.5，内表面满足配合14H13公差尺寸为0到0.27，其槽底部分允许呈R3max圆角或2最大长为3的倒角；孔8.7还需锪平直径为12；孔24端面、开挡内R15面、孔8.7内表面以及槽14H13底面表面粗糙度为Ra25一般的加工都可获得。2 确定生产类型依设计题目，结合生产实际（年产量5000件）可知该零件的生产纲领零件是大批量生产的铸件。3 确定毛坯由于该拨叉件外形复杂。又是薄壁件，年产量为5000件（大批生产）属于成批生产，故毛坯可采用砂型铸造机器造型和壳型，从而提高毛坯生产率。工件材料ZG310-570。毛坯尺寸槽度要求为IT11IT12级。毛坯尺寸可通过加工余量大小最终确定。3.1 毛坯类型铸件的机械加工余量按GB/T11351-89确定，材料为ZG310-570。由于零件形状复杂，生产纲领是成批生产，所以毛坯选用砂型铸造机器造型和壳型。3.2 确定机械加工余量及毛坯尺寸、公差铸件的机械加工余量按GB/T11351-89确定，材料为ZG310-570。由于零件形状复杂，生产纲领是成批生产，所以毛坯选用砂型铸造机器造型和壳型。根据文献【1】表2-1得，该铸件的尺寸公差CT为8-12级，由表2-5得加工余量等级MA为F，所以取CF=9级。由表2-3得各表面的公差数值：24端面尺寸46 公差CT为2mm14H13槽面尺寸14 公差CT为1.6mm右脚内端面尺寸41.5 公差CT为2mm左脚内端面尺寸23 公差CT为1.7mm内圆面R15 公差CT为1.6mm表3-1 机械加工余量及毛坯尺寸、公差零件图尺寸机械加工余量毛坯基准尺寸公差值及极限偏差毛坯尺寸标注24端面尺寸4625025014H13槽面尺寸142101.610右脚内端面尺寸41.5245245左脚内端面尺寸232191.719内圆面R152131.6133.3 绘制毛坯图图3.3.1 倒挡拨叉毛胚图4 工艺规程设计4.1 选择定位基准基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。根据零件图及其使用情况分析，知14H9孔是设计基准，也是零件工作最重要的工作面。1） 粗基准的选择对于一般件而言，按照有关粗基准的选择原则（即当零件又不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，若零件有若干个不加工表面时，应以与加工表面要求相对位置较高的不加工表面作粗基准）。先选择拨叉头左端面和24外圆表面作为加工14H9孔时的粗基准。2） 精基准的选择在14H9孔加工以后，各工序则以该孔为定位精基准，靠近叉脚的24的端面为轴向尺寸的定位精基准。从而满足定位基准重合原则，和互为基准的原则。但有些表面的加工可能会出现基准不重合，有时需进行尺寸链的换算。4.2 制定工艺路线毛坯为铸件，应经退火处理以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，然后送到机械加工车间加工，具体工序如下：1、 钻14孔至13.5mm（以24圆柱面和左端面为基准定位）2、 铣左端面（以13.5孔和右端面为基准定位）3、 铣右端面（以13.5孔和左端面为基准定位）4、 倒角（左边）（以13.5孔和右端面为基准定位）5、 倒角（右边）（以13.5孔和左端面为基准定位）6、 铰14H9孔（以13.5孔和左端面为基准定位）7、 铣内圆曲面R15（以14H9孔、左端面和R13孔为基准定位）8、 粗铣拨叉脚内端面（以14H9孔、右端面和R15孔为基准定位）9、 铣操纵槽两面和底面（以16圆柱面和24左端面为基准定位）10、钻8.7mm孔（以16圆柱面和24圆柱面的一线为基准定位）11、锪平12孔（以16圆柱面和24圆柱面的一线为基准定位）12、精铣拨叉脚内端面（以14H9孔、右端面和R15孔为基准定位）13、去毛刺14、清洗15、检验4.3 选择加工设备和工艺装备4.3.1选择机床1、工序（1）钻13.5，选择Z525型立式钻床。2、工序（2）、（3）铣24端面，选择X51立式型机床。3、工序（4）、（5）倒角和工序（6）铰14H9孔，选择Z525型立式钻床。4、工序（8）、（12）粗、精铣脚内端面，工序（7）铣曲面R15均选择X62W型机床。5、工序（6）铣槽，选用X62W型机床。6、工序（7）钻8.7孔，工序（8）锪平12孔均选Z525型机床。7、工序（13）去毛刺，选用钳工台。8、工序(14)清洗，选用清洗机。9、工序（15）检验，选用检验台。4.3.2选择夹具本零件属于大批生产因此为了满足生产率要求，各工序均采用专用夹具装夹工件。4.3.3选择刀具1、工序（1）钻14H9孔至13.5mm，由文献【1】表3-5，选择d=13.5mm、L=199，2号莫氏圆锥刀。2、工序（2）、（3）铣两端面，根据文献【1】表3-23，选择镶齿套式面铣刀，规格D=80，D1=70，d=27，L=36，L1=30，齿数为10。3、工序（4）、（5）倒角根据文献【1】表3-10选择d=16mm，L=93mm，l=20mm的锥柄锥面锪钻。4、工序（6）铰14H9孔，由文献【1】表3-33，选择d=14mm、L=189、l=47，一号莫氏锥柄刀。5、工序（7）根据文献【1】表3-28选择D=30mm、d=10mm、l=12mm、 Z=10的镶齿三面刃铣刀。6、工序（8）、（12），根据文献【1】表3-28，选用镶齿三面刃铣刀，选择D=38mm，d=12mm，l=12mm，Z=10的错齿三面铣刀。7、工序（9）根据文献【1】表3-26，选择D=80mm，d=22mm，l=12mm，Z=10的镶齿三面刃铣刀。7、工序（10）钻8.7孔，根据参考文献【3】表3.1-5选取d=8.7mm，l=125mm的硬质合金直柄麻花钻。8、工序（11）锪平12孔，根据文献【1】表3-12选取d=12mm，d1=6.6mm，d2=8mm，L=80mm，l=18mm的带导柱直柄平底锪钻。4.3.4选择量具因此零件属于成批生产，一般均采用通用量具1、工序（1）根据文献【3】表5-24，选用锥柄圆柱塞规13.5 0+0.12 ，l=99mm。2、工序（2）、（3）根据文献【1】表3-39，均选择分度值为0.02mm的游标卡尺。3、工序（6）铰孔，根据文献【3】表5.2-1选择锥柄塞规14H9。4、工序（7）、（8）、（9）、（11）、（12）根据文献【1】表3-39，选择三用游标卡尺，分度值为0.02mm的游标卡尺。5、工序（10）根据文献【1】表3-39选用专用塞规8.7 0+0.09 。4.4 加工余量、工序尺寸及公差的确定1、工序（1）、（6）该孔由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆孔铰刀铰出，由参考文献【3】表2.3-15查得，铰孔的余量0.5mm，所以钻孔的余量，Z钻=（14-0.5）/2=6.5mm。则钻孔工序尺寸及公差为13.5 0 +0.043，铰孔工序尺寸及公差为140 +0.12。2、工序（2）、（3）24mm两端面，由铣削加工来完成，工序余量为2mm。3、工序（4）（5）倒角，有由铣削加工完成，工序余量为1.5mm。4、工序（7）内圆曲面R15，又铣削加工完成，工序余量为2mm。5、工序（8）、（12）脚内表面的Ra为6.3m，需经粗铣、精铣两次加工，由参考文献【3】表2.3-21查得精加工余量为0.5mm，所以粗加工余量为1.5mm（右端面）和1.5mm（左端面）。6、工序（9）加工14H13槽面，上面以确定加工余量2mm，故可一次铣出。7、工序（10）加工8.7+0.09 孔，采用直径为8.7的高速钢钻头加工即可。 08、工序（11）锪12孔，由文献【1】表5-41得孔深l1=12取2mm。4.5 确定切削用量及时间定额4.5.1切削用量1、工序（1）钻14孔至13.5mm，ap=6.75mm，由参考文献【1】表5-22取钻a进给量f=0.25mm，又由文献【1】按工件材料的条件选取切削速度v可取为22m/min，由公式5-1得n=1000v/d得钻头转速518.99r/min参照表4-9，取转速545r/min，再将此转速代入公式5-1，可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=545××13.5/1000=23.1m/min。2、工序（2）、（3）铣端面，ap=2mm由文献【1】表5-7得f=0.08mm/z，由表5-9按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v=44.9m/min，由公式5-1 n=1000v/d可求得该工序的铣刀转速n=1000×44.9/(3.14×80)=178.65r/min,由表4-15选取n=160r/min。则相应的实际切削速度v=nd/1000=40.2m/min。3、工序（4）、（5）倒角，ap=1.5mm，由文献【1】表5-32得f=0.050.08取f=0.05mm/r，切削速度v=4060m/min取v=50m/min。由公式5-1 n=1000v/d得n=1061r/min，由表4-15选取n=1225r/min。4、工序（6）铰14孔，由参考文献【1】表5-31得f=0.40.5，取0.4mm/r切削速度v可取为3m/min，由公式5-1得n=1000v/d=69.1r/min，参照表4-9所列Z515型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min。将此代入公式5-1可求出实际切削速度v=nd/1000=4.3m/min。5、工序（7）铣R15曲面，由参考文献【1】表5-19得f=0.080.1，取f=0.08mm/z，由参考文献【1】表4-18查得X62主轴转速n=301500r/min，取n=300r/mm。6、工序（8）粗铣脚右端面，ap=1.5mm可一次铣出，左端面ap=1.5mm可一次铣出。由参考文献【1】表5-19得f=0.080.1得粗铣每齿进给量f=0.1mm/z。 工序（12）精铣脚左右端面，加工余量均为0.5mm，均可一次铣出。由参考文献【1】表5-19得精铣每齿进给量f=0.080.1mm/r，取f=0.08mm/r。由参考文献【1】表4-18查得X62主轴转速n=301500r/mm取粗铣转速150r/min，精铣转速300r/min，由前面可知铣刀直径d=38mm，所以v粗=nd/1000=3.14×38×150/1000=17.9m/minv精=nd/1000=3.14×38×300/1000=35.8m/min7、工序（9）铣槽，ap=2mm，可一次，由参考文献【1】表5-19，每齿进给量f=0.080.1mm/z，取f=0.08mm/z。由参考文献【1】表4-18查得X62主轴转速n=301500r/min，取n=190r/mm190/1000=47.7m/min8、工序（10）钻8.7孔，ap=4.35mm。由参考文献【1】表5-22查得f=0.10.2mm/r，取f=0.15mm/r。又由参考文献【1】表5-22得v=1825m/min取v=18m/min。由n=1000v/d得n=658.9r/min，参照表4-9选取n=680 r/min由公式得v=nd/1000=3.14×680×8.7/1000=18.6m/min。9、工序（11）锪12孔，由文献【1】表5-32得f=0.050.08取f=0.05mm/r,v=4060取v=50m/min。由n=1000v/d得n=1326.9r/min，参照表4-9选取n=1360 r/min，由公式5-1得：v=nd/1000=3.14×1360×12/1000=51.2m/min。4.5.2时间定额1、工序（1）钻14H9至13.5mm孔，由文献【1】表5-4，得钻孔基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn。l1=D/2cotkr+(12)=13.5/2×cot54+2=6.9mm，l2=14mm，取l2=2mm，l=50mm。tj=（6.9+2+50）/（545×0.25）=0.43×60s=25.8s2、工序（2）铣左端面，根据文献【1】表5-43，得tj=L/fMZ，L=l+l1+l2 ，l=24mm， l1=0.5（d-（d2-ae2）0.5+(13)=3.84mm，l2=13mm取l2=2mm，fMZ=f×n=fz×Z×n=0.08×10×160=128mm/min所以： tj=L/fMZ=（24+3.84+2）/128=0.233×60s=14s，工序(3)因为加工右端面的加工条件和左端面的一样，所以加工时间ttj=14s3、工序（4）倒角（左边），由参考文献【1】得表5-41得tj=L/fn=(l+l1)/fn，其中l1=12取l1=1mm，l=1.5mm，已知f=0.05mm/r，n=1225r/min。所以： tj=（1+1.5）/(1225×0.05) ×60s=2.4s。工序（5）倒角（右边）的加工的条件和工序（4）的一样，所以此工序加工时间t右=tj=2.4s4、工序（6）铰孔14H9孔，根据文献【1】表5-41得tj=L/fn,其中L=（l+l2+l3），l1=(D-d1)/2=cotkr+(12)=0.5/2×cot54+2=2.2mm,L2=24取l2=2mm，l=46mm。所以：Tj=（2.2+2+46）/(0.4×97)=1.29×60s=77.6s5、工序（7）铣曲面R15，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/ fMz，式中l1=0.5d-(C0（d-C0）)1/2)+(13), l2=13，C0=（0.030.05）d=0.12所以l1=15mm，l2=2mm，l=15+8=23mm。fMz =fz×Z×n=0.08×10×300=240mm/min,所以： tj=（23+15+2）/240=0.166×60s=10s,因为有左右两叉脚所以此工序总时间t=2tj=20s。6、工序（8）粗铣脚左右端面，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/ fMz，式中l1=0.5d-(C0（d-C0）)+(13), l2=13，C0=（0.030.05）d=0.152所以l1=18.6mm，l2=2mm，l=19+8=27mm。fMz =fz×Z×n=0.1×10×150=150mm/min,所以tj=（27+18.6+2）/150=0.32×60s=19s，因为有左右两叉脚所以此工序总时间t总=2tj=38s。7、工序（9）铣槽，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/fMz，式中0.5l1=0.5(d-(d2-ae2)1/2)+(13)=0.5×（80-（802-17.932）+2=4mm, l2=25取l2=3 ，1/2总右=l=18。fMZ=f×n=fz×Z×n=0.08×10×190=152mm/min。所以：tj=（18+4+3）/152=0.164×60s=9.9s，因为要加工两面所以此工序所用时间t总=2tj=19.8s，在加工两面的时候也加工了底面所以只走刀两次就行了。8、工序（10）钻孔8.7, ，由文献【1】表5-4，得钻孔基本时间可由公式tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn。l1=D/2cotkr+(12)=8.7/2×cot54+2=5.2mm，l2=14mm，取l2=2mm，l=47mm。tj=（5.2+2+47）/（680×0.15）=0.533×60s=32s9、工序（11）锪12孔，由文献【1】表5-41得tj=L/fn=(l+l1)/fn，其中l1=12取l1=2mm，l=2mm，已知f=0.05mm/r，n=1360r/min。所以：tj=（2+2）/(1360×0.05) ×60s=3.5s。10、工序（12）精铣脚端面，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/ fMz，式中l1=0.5d-(C0（d-C0）)1/2)+(13), l2=13，C0=（0.030.05）d=0.152所以l1=18.6mm，l2=2mm，l=19+8=27mm。fMz =fz×Z×n=0.08×10×300=240mm/min,所以tj=（27+18.6+2）/240=0.198×60s=12s，因为有左右两叉脚所以此工序总时间t总=2tj=24s5 夹具设计（选做）为了提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，通常对产量较大的成批或大量生产的零件设计专用夹具。（一）夹具类型的确定+0.2 根据工艺规程加工要求有：尺寸41.5+0.15-0.15mm、23+0.1mm和位置公差两端面与孔14轴线的垂直度为0.25及表面粗糙度为6.3。由已知条件，工件尺寸小重量轻，加工要求不高。因此设计的夹具不宜复杂，故设计成手动夹紧即可。（二）夹具具体设计1、确定要限制的自由度由加工要求考虑，可知加工此工序时6个自由度均要限制方能保证加工精度要求。故加工时以14mm孔及其右端面和R15孔为定位基准。其中以长定位销定位14mm孔限制X、Z移动和X、Z转动4个自由度。以一平面定位拨叉右端面限制Y移动和X、Z转动3个自由度，此时重复限制了X、Z转动两个自由度。但因为此时的孔以经经过精加工且端面也已经过粗加工，所以孔轴线与面的垂直度较高，在这种情况下是允许采用过定位的。此时还有一个绕Y转动的自由度没有限制，所以在R15半圆孔用菱形销限制此自由度。这时六个自由度全被限制为完全定位。2、选择定位元件定位销、对刀块、菱形销，其结构和尺寸按要求确定。3、定位误差分析夹具的主要定位元件为支撑板和定位销。支撑板夹具装配后的技术要求统一磨，支撑板的定为表面与夹具体底面平行度误差不超过0.02；此处定位销为非标准件需自行设计，夹具体上装定位销销孔的轴线与夹具体底面的垂直度误差不超过0.02。夹具的主要定位元件为长定位销限制了四个自由度,端面定位限制三个自由度（前面已述可以允许重复定位）,菱形销限制了一个自由度。4、夹紧机构的选择为了降低生产和夹具设计制造成本，本设计选择采用螺纹夹紧机构。即由螺杆、螺母、垫圈、顶块等元件组成的夹紧机构。螺旋夹紧机构不但结构简单、容易制造，而且由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都很大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。5、夹具设计及操作的简要说明理论上在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。但由于本夹具是应用于零件尺寸较小的加工中，故夹具尺寸也不能很大，如果采用机动夹紧，夹具势必过于复杂和庞大，本夹具为了提高生产率和降低生产成本，考虑简单、经济、实用, 减轻工人劳动强度，采用螺旋夹紧机构,操作非常简单,先拧开夹紧螺母,然后把零件插进定位销中，再将菱形销推到位，以完全限制工件自由度。之后就旋动左右锁紧手柄（锁紧力按经验确定），最好用把手旋动带肩六角螺母。此时已经实现零件的加紧，可以进行铣削加工。需说明的是本工序采用的是X62W万能铣床，高速钢镶齿三面刃铣刀来铣侧端面，因而不需要很大的夹紧力，只需拧紧两个夹紧手柄和一个螺母即可，因而工人的劳动强度不大。结 论 经过三周的设计，从调查到研究，收集资料，经过仔细缜密的思考，从提出方案到各个零件的确定的图纸的选择，都投入大量的时间和精力。通过这次课程设计我学到了许多书本上学不到的知识。 本次课程设计不仅巩固了我自己所学的机械专用知识，使自己的知识得到了应用，真正做到了学以致用而且我也学到了许多新知识，通过查阅资料手册，对夹具有了进一步的了解，通过这次设计学到知识将成为我以后工作中的一笔宝贵的财富。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正。参考文献1 邹清主.机械制造技术基础课程设计指导教程M.机械工业出版社.2004.8 2 邹清主.机械制造技术基础M. 机械工业出版社.2009.2 3 李益民. 机械制造工艺设计简明手册M. 北京:机械工业出版社,2016.1.4 卢秉恒. 机械制造技术基础M. 北京:机械工业出版社,2013.13.5 柯建宏. 机械制造技术基础课程设计M. 河北:华中科技大学出版社,2013.7.
