第四速及第五速變速叉的機(jī)械加工工藝規(guī)程及加工19孔夾具設(shè)計

1、機(jī)械制造工藝學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué) 號： 201225040318 姓 名： 李濤 學(xué) 院： 工程機(jī)械 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 題 目：CA10B解放牌汽車第四速及第五速變速叉 的機(jī)械工藝規(guī)程及加工19孔夾具設(shè)計 指導(dǎo)教師： 朱彬 2016年1月13日目錄序言1一.零件的分析5 （一）零件的作用6 （二）零件的工藝分析7二.工藝規(guī)程設(shè)計9 （一）確定毛坯的制造形式9 （二）基面的選擇9 （三）制定工藝路線10 （四）機(jī)械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸確定.10 （五）確定切削用量及基本工時10三、鉆床夾具設(shè)計11 （一）設(shè)計思想11 （二）夾具設(shè)計13（三）定位誤差分析23（四

2、）夾具設(shè)計及操作的簡要說明23結(jié)論30參考文獻(xiàn)32致謝33序言課程設(shè)計是在大學(xué)全部基礎(chǔ)課,技術(shù)基礎(chǔ)課以及所有專業(yè)課完成以后進(jìn)行的。這是我們在進(jìn)行課程之前對所學(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)系實際的訓(xùn)練?，F(xiàn)代機(jī)械制造工藝設(shè)計是寬口徑機(jī)械類專業(yè)學(xué)生在學(xué)完了機(jī)械設(shè)計制造基礎(chǔ)等技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課理論之后進(jìn)行的一個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。本次對于CA10B解放牌汽車變速叉加工工藝及工藝規(guī)程的設(shè)計的主要任務(wù)是：(1) 完成變速叉零件加工工藝規(guī)程的制定；(2) 完成專用夾具的設(shè)計。通過對變速叉零件的初步分析，了解其零件的主要特點，加工難易程度，主要加工面和加工粗、精基準(zhǔn)，從而制定出變速叉加工工藝規(guī)程；

3、對于專用夾具的設(shè)計，首先分析零件的加工工藝，選取定位基準(zhǔn)，然后再根據(jù)切銷力的大小、批量生產(chǎn)情況來選取夾緊方式，從而設(shè)計專用夾具。就我個人而言,希望能通過課程設(shè)計對自己即將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練,從中鍛煉自己分析問題,解決問題的能力。由于能力有限,設(shè)計尚有諸多不足之處,懇請各位老師多多指教。一.零件的分析（一）零件的作用題目所給定的零件是解放汽車第四速及第五速變速叉,此零件是重要零件且位于變速箱中,主要重用是撥動變速箱中的齒輪,使汽車達(dá)到變速的目的。也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質(zhì)量，同事使加工的勞動量最小。而設(shè)計和工藝是密切相關(guān)的，又是相輔相成的。設(shè)計者要考慮加工工藝

4、問題。工藝師要考慮如何從工藝上保證設(shè)計的要求。（二）零件的工藝分析此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.以mm孔為中心的加工表面.這組加工表面包括: mm孔及其倒角,孔上端尺寸為mm的槽,槽的外側(cè)厚度為10.8mm的兩個側(cè)面, mm孔的上端距其中心12mm的兩個端面,還有孔下端M10的螺紋孔.2.以mm孔為中心的加工表面.這組加工表面包括: mm的孔及其倒角, mm的孔的側(cè)面,距M10螺紋孔中心線63.7mm.這兩組加工表面有著一定的位置要求,主要是: mm孔與其外端面垂直度公差為0.1mm.由以上分析可知,對于這兩組加工表面而言,可以先加工其中一組表面,然后借助

5、專用夾具加工另一組表面,并保證他們之間的位置精度要求.二.工藝規(guī)程設(shè)計(一) 確定毛坯的制造形式零件材料為20鋼,零件經(jīng)常撥動齒輪承受變載荷和沖擊性載荷,因此應(yīng)選用鍛件,以使金屬纖維盡量不被切斷,保證零件工作可靠.因為為中批量生產(chǎn),且零件的輪廓尺寸不大,故采用模鍛成型。這從提高生產(chǎn)率,保證加工精度上考慮,也是應(yīng)該的。（二）基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一,它對零件的生產(chǎn)是非常重要的。 1.粗基準(zhǔn)的選擇選擇粗基準(zhǔn)時，考慮的重點是如何保證各加工表面有足夠的余量，使不加工表面與加工表面間的尺寸、位子符合圖紙要求。粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：(1) 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目

6、的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。(2) 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。(3) 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。(4) 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆

7、口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時需經(jīng)初加工。該零件屬于一般軸類零件，以外圓為粗基準(zhǔn)就已經(jīng)合理了（夾持長四點定位），為保證A面與花鍵孔軸線垂直，以便于保證以該兩面為定位精基準(zhǔn)時其它表面的尺寸精度加工要求，可以把A面與花鍵底孔放在一個工序中加工，因而該工序總共要消除X，Y，Z，X，Y五個自由度用三爪卡盤卡夾持外圓柱面。消除X，Y，X，Y 四個自由度，再用一個浮動支承頂住B面，消除Z 自由度，達(dá)到定位要求?，F(xiàn)選取mm孔的外輪廓不加工面作為粗基準(zhǔn),利用一組共兩個V形塊夾持外輪廓做為主要定位面,以消除自由度。 2.精基準(zhǔn)的選擇精基準(zhǔn)的選擇原則是：(1) 基準(zhǔn)重合原則。即盡可能選擇設(shè)計基準(zhǔn)

8、作為定位基準(zhǔn)。這樣可以避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合而引起的基準(zhǔn)不重合誤差。(2) 基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，應(yīng)盡可能選用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。基準(zhǔn)的統(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設(shè)計和制造工作。例如：軸類零件常用頂針孔作為定位基準(zhǔn)。車削、磨削都以頂針孔定位，這樣不但在一次裝夾中能加工大多書表面，而且保證了各外圓表面的同軸度及端面與軸心線的垂直度。(3)互為基準(zhǔn)的原則。選擇精基準(zhǔn)時，有時兩個被加工面，可以互為基準(zhǔn)反復(fù)加工。例如：對淬火后的齒輪磨齒，是以齒面為基準(zhǔn)磨內(nèi)孔，再以孔為基準(zhǔn)磨齒面，這樣能保證齒面余量均勻。自為基準(zhǔn)原則，有些精加工或

9、光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準(zhǔn)。例如：磨削機(jī)床導(dǎo)軌面時，是以導(dǎo)軌面找正定位的。此外，像拉孔在無心磨床上磨外圓等，都是自為基準(zhǔn)的例子。此外，還應(yīng)選擇工件上精度高。尺寸較大的表面為精基準(zhǔn)，以保證定位穩(wěn)固可靠。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設(shè)計簡單等。要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證變速叉在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。主要考慮基準(zhǔn)重合的問題,當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時,應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算,這在以后還要專門計算,此處不再重復(fù)。（三）工藝路線的擬定制訂工藝路線的出發(fā)點,應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀,尺寸精度及位置精度的技術(shù)要求能得到合理的保證。生產(chǎn)

10、綱領(lǐng)已確定為中批量生產(chǎn)的條件下,可以考慮采用萬能性機(jī)床以及專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率.除此之外,還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果,以便使生產(chǎn)成本盡量降低。 對于中批量生產(chǎn)的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準(zhǔn)。同時也照顧了加工路線方便的特點,因此最終確定如下: 工序 鉆、擴(kuò)、鉸19 mm孔并锪倒角145。 以28mm孔的外輪廓及端面為粗基準(zhǔn)定位,選用Z550型立式鉆床及專用夾具。 工序 粗銑槽的兩側(cè)厚度為10mm的兩個側(cè)面。以19mm孔以及距槽底32mm的面為基準(zhǔn),選用X63W型臥式萬能銑床及專用夾具。 工序 粗銑mm槽,以mm孔定位。選用X63W型臥式萬能銑床及專用夾具。 工序 粗銑距孔（19m

11、m）的中心12mm的兩個端平面。以mm孔定位，選用X63W型臥式萬能銑床及專用夾具。 工序 鉆距槽(16mm)12mm底面M10螺紋孔8.4mm并倒角。以19mm孔及16mm槽底定位,選用Z550立式鉆床及專用夾具。 工序 攻螺紋M10，用M10絲錐。 工序 攻螺紋M10。 工序 粗、精銑82.2mm孔的兩端面。以19mm孔定位,選用XA63W型萬能升降臺銑床及專用夾具。 工序 粗、精鏜82.2 mm孔以及倒角145 。以19mm孔及距中心線63.7mm的面為基準(zhǔn),選用T68臥式銑鏜床及專用夾具。 工序 去毛刺。 工序 熱處理。 工序 清洗。 工序 終檢。（四）機(jī)械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸

12、確定. 1毛坯的結(jié)構(gòu)工藝要求變速叉為鍛造件，對毛坯的結(jié)構(gòu)工藝性有一定要求：(1) 由于模鍛件尺寸精度較高和表面粗糙度值低，因此零件上只有與其它機(jī)件配合的表面才需要進(jìn)行機(jī)械加工，其表面均應(yīng)設(shè)計為非加工表面。(2) 為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，模鍛件外形應(yīng)力求簡單、平直的對稱，盡量避免模鍛件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、高臺等結(jié)構(gòu)。(3) 模鍛件的結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免深孔或多孔結(jié)構(gòu)。(4) 模鍛件的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單。(5) 工藝基準(zhǔn)以設(shè)計基準(zhǔn)相一致。(6) 便于裝夾、加工和檢查。(7) 結(jié)構(gòu)要素統(tǒng)一，盡量使用普通設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行加工。在確定毛坯時，要考慮經(jīng)濟(jì)性。雖然毛坯的形狀尺寸與零件接近，

13、可以減少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但這樣可能導(dǎo)致毛坯制造困難，需要采用昂貴的毛坯制造設(shè)備，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的種類形狀及尺寸的確定一定要考慮零件成本的問題但要保證零件的使用性能。在毛坯的種類形狀及尺寸確定后，必要時可據(jù)此繪出毛坯圖。“變速叉”零件材料為20鋼,毛坯重量約1.5Kg,生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn),采用鍛錘上合模鍛毛坯. 2確定各加工表面的機(jī)加工余量,工序尺寸根據(jù)上述資料及加工工藝,分別確定各加工表面的機(jī)加工余量,工序尺寸如下:(1) 16mm槽參照,因為其公差等級太低,可直接銑。(2) 16mm槽的側(cè)面參照表3.1-56,其加工余量Z=2mm.(3) 19mm

14、孔的兩個上端面參照表3.1-56, 其加工余量Z=2mm.(4) 82.2mm孔的兩側(cè)面,銑削公差-0.22mm. 參照表3.1-56, 其加工余量Z=2mm.精銑余量:單邊0.7mm(見表8-31),銑削余量:Z=2.0-0.7=1.3mm,鍛件偏差mm。由于設(shè)計規(guī)定的零件為中批量生產(chǎn),應(yīng)該采用調(diào)整法加工。因此在計算最大,最小加工余量時,應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確定。(5) 19mm孔參照, 其加工余量Z=2mm。鉆孔18.5mm,鉸孔19mm。(6) 82.2mm孔參照, 其加工余量Z=2.5mm。粗鏜82.2mm,精鏜82.2mm。（五）確定切削用量及基本工時工序：鉆、擴(kuò)、鉸19mm孔并倒

15、角。選用機(jī)床：Z550立式鉆床。（1）.鉆孔18mm (查切削手冊 表2-7）?。ú榍邢魇謨?表2.13及表2.14，按5類加工性考慮，插值計算）采用高速鋼麻花鉆， 按機(jī)床選?。ú楣に囋O(shè)計手冊 表4.2-15） 所以實際切削速度 切削工時：其中 l=45mm，（查工藝設(shè)計手冊 表6.2-5） 則 （2）. 擴(kuò)孔18.8mm 采用刀具：18.8專用擴(kuò)孔鉆。 進(jìn)給量： （查切削手冊 表2.10） 取 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速取，則其切削速度為 機(jī)動工時：， （3）. 半精鉸孔19mm 采用刀具：19硬質(zhì)合金專用鉸刀。 進(jìn)給量：（查切削手冊 表2.11）取機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：取其切削速度為機(jī)動工時：， （4）.倒角1

16、45采用刀具：90 锪鉆。為縮短輔助時間，取倒角的主軸轉(zhuǎn)速與鉆孔時相同，手動進(jìn)給。工序 粗銑槽的兩側(cè)厚度為的兩個側(cè)面。選用機(jī)床：X63W臥式萬能銑床。（查切削手冊 表3.3）切削速度：參考有關(guān)手冊，確定，即。采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，齒數(shù)。則查工藝設(shè)計手冊 表4.2-39，選擇故實際切削速度為：當(dāng)時，工作臺的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為查工藝設(shè)計手冊，剛好有，故直接選用該值。切削工時：由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件。利 用作圖法，可得出銑刀的行程為則機(jī)動工時為： 工序 粗銑槽。 選用機(jī)床：X63W臥式萬能銑床。（查切削手冊 表3.4）取切削速度：參考有關(guān)手冊，確定，即。采用錯齒三面刃銑刀，齒數(shù)

17、。則查工藝設(shè)計手冊 表4.2-39，選擇故實際切削速度為：當(dāng)時，工作臺的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為查工藝設(shè)計手冊，剛好有，故直接選用該值。切削工時：查工藝設(shè)計手冊 表3.1-27, 錯齒三面刃銑刀銑槽時，。該工序分兩次走刀，每次走刀。對應(yīng)于表6.2-7，則該工序總的機(jī)動工時為 工序 粗銑距19孔中心12mm的兩個端平面。選用機(jī)床：X63W臥式萬能銑床。（查切削手冊 表3.3）取切削速度：參考有關(guān)手冊，確定，即。采用高速鋼圓柱銑刀，齒數(shù)。則查工藝設(shè)計手冊 表4.2-39，選擇故實際切削速度為：當(dāng)時，工作臺的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為查工藝設(shè)計手冊 表4.2-40，剛好有，故直接選用該值。切削工時：由于是粗銑，故整個

18、銑刀刀盤不必銑過整個工件。利用作圖法，可得出銑刀的行程為故機(jī)動工時為：該工序總的機(jī)動工時為 工序 鉆距槽(16mm)12mm底面M10螺紋孔8.4mm并倒角。以19mm孔及16mm槽底定位,選用Z550立式鉆床及專用夾具。 工序 攻螺紋M10，用M10絲錐。 工序 攻螺紋M10。工序 粗、半精銑82.2mm孔的兩側(cè)面，保證尺寸。選用機(jī)床：X63W臥式萬能銑床。（1）. 粗銑到尺寸9.4mm。（查切削手冊 表3.3）取切削速度：參考有關(guān)手冊，確定，即。采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，齒數(shù)。則查工藝設(shè)計手冊 表4.2-39，選擇故實際切削速度為：當(dāng)時，工作臺的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為查工藝設(shè)計手冊 表4.2-4

19、0，剛好有，故直接選用該值。切削工時：由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件。利用作圖法，可得出銑刀的行程為故機(jī)動工時為：（2）. 半精銑到尺寸。（查切削手冊 表3.3）取切削速度：參考有關(guān)手冊，確定，即。采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，齒數(shù)。則查工藝設(shè)計手冊 表4.2-39，選擇故實際切削速度為：當(dāng)時，工作臺的每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為查工藝設(shè)計手冊 表4.2-40，剛好有，故直接選用該值。切削工時：由于是粗銑，故整個銑刀刀盤不必銑過整個工件。利用作圖法，可得出銑刀的行程為故機(jī)動工時為： 粗、精銑82.2mm孔的兩端面。以19mm孔定位,選用XA63W型萬能升降臺銑床及專用夾具。 工序 粗、精鏜孔及倒角

20、145。選用機(jī)床：T68臥式銑鏜床。（1）. 粗鏜至81.7mm單邊余量，一次鏜去全部余量，。進(jìn)給量：切削速度：參考有關(guān)手冊，確定銑鏜床的切削速度為，則查工藝設(shè)計手冊 表4.2-20，剛好有的轉(zhuǎn)速。切削工時：， 。（2）. 精鏜至82.2mm單邊余量，一次鏜去全部余量，。精鏜與粗鏜共用一個鏜桿，采用相同的切削速度和主軸轉(zhuǎn)速，即，。則切削工為： 三 鉆床夾具設(shè)計（一） 設(shè)計思想設(shè)計必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，有合理的裝卸空間，還要注意機(jī)構(gòu)密封和防塵作用，使設(shè)計的夾具完全符合要求。本夾具主要用來對孔進(jìn)行加工，這個孔尺寸精度要求為H7，表面粗糙度Ra1.6，鉆、擴(kuò)

21、、粗鉸、精鉸以可滿足其精度。所以設(shè)計時要在滿足精度的前提下提高勞動生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度。（二） 夾具設(shè)計 1.定位基準(zhǔn)的選擇據(jù)參考文獻(xiàn)4知定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與工序基準(zhǔn)重合，在同一工件的各道工序中，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。故加工H7孔時，采用孔及端面作為定位基準(zhǔn)。2切削力及夾緊力的計算鉆孔切削力：查參考文獻(xiàn)7P70表3-6，得鉆削力計算公式： 式中 P鉆削力t鉆削深度, 59mmS每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 0.40mmD麻花鉆直徑, mmHB布氏硬度，140HBS 所以 =800（N）鉆孔的扭矩：式中 S每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 0.4mmD麻花鉆直徑, mmHB布氏硬度，140HBS=1580(NM)鉸孔時的

22、切削力：查參考文獻(xiàn)7P70表3-6，得鉆削力計算公式：式中 P切削力t鉆削深度, 40mmS每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 0.7mmD擴(kuò)孔鉆直徑, mmHB布氏硬度，140HBS 所以 = 873（N）擴(kuò)孔的扭矩：式中 t鉆削深度, 40mmS每轉(zhuǎn)進(jìn)給量, 0.7mmD麻花鉆直徑, mmHB布氏硬度，140HBS =1263（NM）鉆孔夾緊力：查參考文獻(xiàn)7 P70表3-6，查得工件以V形塊和定位塊定位時所需夾緊力計算公式：式中 螺紋摩擦角平頭螺桿端的直徑工件與夾緊元件之間的摩擦系數(shù),0.16螺桿直徑 螺紋升角Q 手柄作用力L 手柄長度則所需夾緊力 =399（N）根據(jù)手冊查得該夾緊力滿足要求，故此夾具可以安全工作。 3定位誤差的分析定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為V形塊與定位塊，因為該定位元件的定位基準(zhǔn)為孔的軸線，所以基準(zhǔn)重合B=0，由于存在間隙，定位基準(zhǔn)會發(fā)生相對位置的變化即存在基準(zhǔn)位移誤差。Y=0.707d=0.7070.025mm=0.0177mm4.夾具操作說明此次設(shè)計的夾具夾緊原理為：通過采用孔及端面作為定位基準(zhǔn)，在V形塊、支承板和擋銷上實現(xiàn)完全定位，以鉆模板引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工。采用手動螺旋快速夾緊機(jī)構(gòu)夾緊工件。結(jié)論課程設(shè)計就是我和老師合作的過程,使我們的設(shè)計成果短短的時間就漸漸呈現(xiàn)在我們的眼前。看著眼前的手工圖紙、CAD圖和設(shè)計計算的手稿，