撥叉加工工藝及銑叉腳兩端面夾具設計

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全套圖紙加 153893706機械制造技術基礎課程設計說明書學 院 ：機電與能源工程學院專業(yè)班級 ： 機制 103班 姓 名 ： 學 號 ： 指導老師 ： 設計日期 ： 2013.12.20 1目錄一、撥叉的工藝分析及生產類型的確定 31.1 撥叉的用途 41.2 撥叉的技術要求 41.3 審查撥叉的工藝性 41.4 確定撥叉的生產類型 5二、確定毛坯、繪制毛坯簡圖 52.1 選擇毛坯 52.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 52.2.1 公差等級 .52.2.2 機械加工余量等級 .52.2.3 零件表面粗糙度 .62.3 繪制撥叉毛坯簡圖 6三、擬定滑叉工藝路線 73.1 定位基準的選擇 73.1.1 精基準的選擇 .73.1.2 粗基準的選擇 .73.2 各表面加工方案的確定 73.3 加工階段的劃分 83.4工序的集中與分散 .83.5工序順序安排 .93.5.1 機械加工工序 .93.5.2熱處理工序 .93.5.3 輔助工序 .93.6設備及工藝裝備的選用 .93.6.1 機床設備的選用 .93.6.2 工藝裝備的選用 .93.7確定工藝路線 .92四、工序 5、工序 7切削用量、時間定額的計算 .104.1切削用量的計算 104.1.1工序 5——粗銑撥叉腳兩端面 .104.1.2工序 7——精銑撥叉腳兩端面 .114.2額定時間的計算 114.2.1粗銑撥叉腳兩端面基本時間 的計算 11mt4.2.2粗銑撥叉腳兩端面輔助時間 的計算 12f4.2.3粗銑撥叉腳兩端面其他時間的計算 124.2.4粗銑撥叉腳兩端面單件時間額定 的計算 12djt4.2.5精銑撥叉腳兩端面基本時間 的計算 12m4.2.6精銑撥叉腳兩端面輔助時間 的計算 13ft4.2.7精銑撥叉腳兩端面其他時間的計算 134.2.8精銑撥叉腳兩端面單件時間額定 的計算 13dj五、工序 5、工序 7專用夾具的設計 .135.1銑削力計算 145.1.1粗銑銑削力計算 145.1.2精銑銑削力計算 145.2夾緊力計算 145.3工序 5、工序 7粗、精銑撥叉腳兩端面專用夾具設計 155.4定位方案的分析和定位基準的選擇 165.5定位誤差分析及計算 16六、夾具設計及操作的簡要說明 .17七、參考文獻 .173一 、 撥 叉 的 工 藝 分 析 及 生 產 類 型 的 確 定圖 1-1 撥叉零件圖圖 1-2 撥叉零件三維圖41.1 撥叉的用途撥叉零件用在變速箱的換擋機構中。撥叉通過叉軸孔 ?20mm 安裝在變速叉軸上，撥叉腳則在雙聯(lián)變速器齒輪的槽中使主軸回轉按照工作者的要求進行工作。撥叉在改換擋位時要承受彎曲應力和沖擊載荷的作用，因此該零件因具有足夠的強度、鋼度和韌性，以適應撥叉的工作條件。撥叉的主要工作表面為撥叉腳兩端面、變速叉軸孔 mm（H7 ）和槽 mm，在設計052.??5.02?工藝規(guī)程時應重點予以保證。1.2 撥叉的技術要求將該撥叉的全部技術要求列于表 1中。該撥叉屬于叉桿類零件，其叉軸孔是主要裝配基準，叉軸孔與變速叉軸有配合要求，因此加工精度要求較高。叉腳兩端面在工作中需承受沖擊載荷，為增強器耐磨性，表面要求淬火處理，硬度為 48-58HRC；為保證撥叉撥動齒輪換檔時叉腳受力均勻，要求變速叉軸孔 的垂直度要求為 0.2mm，叉腳兩端面的平行度要求052.??為 0.06mm。撥叉頭鍵槽兩側面的對稱度和平行度分別為 0.5mm和 0.15mm。綜上所述，該撥叉件的各項技術要求制訂的較合理，符合該零件在變速箱的功用。表 1 零件技術要求表1.3 審查撥叉 的工藝性分析撥叉零件圖可知，以變速叉軸孔 mm的右端面為基準平面，052.??在加工過程中可以防止鉆頭的鉆偏，以保證孔的加工精度；該零件除主要5工作表面（撥插頭右端面、撥叉腳兩端面、變速叉軸孔 mm）外，052.??其余表面加工精度要求均較低，通過銑削，鉆削的一次加工就可以達到加工要求；主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常的生產條件下，采用較經濟的方法保證質量地加工出來。由此可見，該零件的工藝很好。1.4 確定撥叉 的生產類型依設計題目知：Q=5000 臺/年，m=1 件/臺；結合生產實際，備品率a%和廢品率b%分別取為3%和0.5%。計算該撥叉的生產綱領，并確定其生產類型。代入下式，得N=Q*m(1+a%)(1+b%)=5000×1×(1+3%)×(1+0.5%)=5176 件/年根據撥叉的質量，查表1-4（課程設計指導教程）可知，該撥叉屬于輕型零件；再有表1-5（課程設計指導教程）可知，該撥叉的生產類型為大批生產。二 、 確 定 毛 坯 、 繪 制 毛 坯 簡 圖2.1 選擇毛坯由于撥叉在工作過程中要承受沖擊載荷，為增強撥叉的強度和沖擊韌性，獲得纖維組織，毛坯可選球墨鑄鐵。因為撥叉輪廓尺寸不大，且生產類型屬于大批生產，宜選用砂型鑄造進行合鑄。2.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量根據課本《機械制造技術基礎課程設計指導教程第2版》第二章第二節(jié)確定鑄件毛坯的尺寸公差及機械加工余量，查表2-1到表2-5，確定如下各參數(shù)。2.2.1 公差等級根據撥叉的材料、功用和生產要求，由表2-1確定該零件的公差等級為8-12級,取10級。2.2.2 機械加工余量等級由于該撥叉材料為QT300，鑄造方法屬于砂型鑄造機器造型，由表2-65可知該鑄件的機械加工余量等級為E-G等級。2.2.3 零件表面粗糙度由零件圖可知，該撥叉各加工表面粗糙度均大于1.6um，即Ra≥1.6um。根據上述條件查表得到表2所示的撥叉鑄造毛坯機械加工總余量及毛坯尺寸如下：表2 撥叉鑄造毛坯機械加工總余量及毛坯尺寸72.3 繪制撥叉毛坯簡圖圖 2-1 撥叉毛坯簡圖三 、 擬 定 滑 叉 工 藝 路 線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，然后確定粗基準。3.1.1 精基準的選擇根據撥叉零件的技術和裝配要求，選擇撥叉的設計基準叉頭右端面、叉軸孔 mm和叉腳內孔表面作要求為精基準，符合“基準重合”原052.??則；同時，零件上的很多表面都可以采用該組表面作為精基準，又遵循了“基準統(tǒng)一”原則。叉軸孔 mm的軸線是設計基準，選用其做精052.??基準定位加工撥叉腳兩端面和鎖銷孔 ?6mm，有利于保證被加工表面的垂直度；選用撥叉頭右端面作為精基準同樣是服從了“基準重合”的原則，8因為該撥叉在軸向方向上的尺寸多以該端面做設計基準；另外，由于撥叉剛性差，受力易產生彎曲變形，為了避免在機械加工中產生夾緊變形，選用撥叉頭右端面作精基準，夾緊力可作用在撥叉頭的右端面上，夾緊穩(wěn)定可靠。3.1.2 粗基準的選擇作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面欠缺。該零件選擇與變速叉軸孔 mm的外圓面相切的兩個面和撥叉頭左端面作052.??為粗基準，加工撥叉頭右端面。接著以右端面為基準加工變速叉軸孔，這樣可保證孔的垂直度和精度；繼而為后續(xù)工序準備好精基準。3.2 各表面加工方案的確定根據撥叉零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表1-10 和表1-11，確定各表面加工方案，如表3。表3 撥叉零件各表面加工方案3.3 加工階段的劃分撥叉各表面加工方法后，就需要進一步確定這些加工方法在工藝路線9中的順序及位置，這就涉及加工階段劃分方法的問題。對于精度要求較高的表面，總是先粗加工后精度加工，但工藝過程劃分成幾個階段是對整個而言的，不能拘泥于某一表面的加工。該撥叉加工質量要求較高，可將加工階段劃分粗加工、半精加工和精加工三個階段。首先將精基準（撥叉頭右端面和叉軸孔）準備好，使后繼工序都可以采用精基準定位加工保證其他加工表面的精度要求；另外，銷軸孔，撥叉腳內表面、撥叉角底面、撥叉腳兩端面的粗加工、槽內側加工也都放在粗加工階段進行。在精加工階段，完成撥叉腳兩端面的精銑加工即可。3.4 工序的集中與分散工序的集中與分散是確定工序內容多與少的依據，它直接影響整個工藝路線的工序數(shù)目及設備、工裝的選用等。由于該零件的生產類型為大批生產，確定選用工序集中的原因則組織工序內容，一方面可以采用萬能、通用機床配以夾具加工，以提高生存率；另一方面也可以減少工件的裝夾次數(shù)，有利于保證各加工表面之間的相互位置精度，并可以縮短輔助時間。3.5 工序順序安排3.5.1 機械加工工序工序的安排順序為：遵循“先基準后其他” 、 “先粗后精” 、 “先主后次” 、“先面后孔”的原則。首先加工精基準—撥插頭右端面。然后以撥插頭右端面為基準鉆?20mm內孔，先鉆?15mm,而后鉆擴鉸孔至?20mm，接下來再粗銑撥叉腳兩端面，銑削加工撥叉腳內表面，粗銑撥叉腳兩底面，粗銑鍵槽底面和兩側面，最后再鉆?6mm的銷孔。3.5.2熱處理工序撥叉腳兩端面在精加工之前進行局部高頻淬火，淬火硬度大于47HRC，有利于提高耐磨性。103.5.3 輔助工序粗加工撥叉腳兩端面和熱處理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺，中檢工序；精加工后安排去毛刺、清洗和終檢工序。綜上所述，該撥叉工序的安排順序為：基準加工—主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工—主要表面半精加工和次要表面加工—熱處理—主要表面精加工，其間穿插一些輔助工序（參見表3-2） 。3.6 設備及工藝裝備的選用3.6.1 機床設備的選用在大批生產條件下，可以選用通用萬能設備和數(shù)控機床設備，如表3-2。3.6.2 工藝裝備的選用工藝裝備主要包括刀具、夾具、量檢具和輔具等，如表3-2。3.7 確定工藝路線歸納以上考慮，制定了撥叉的工藝路線，如下表4所示。表4 撥叉工藝路線及設備、工裝的選用11四 、 工 序 5、 工 序 7 切 削 用 量 、 時 間 定 額 的 計 算4.1 切削用量的計算4.1.1工序 5——粗銑撥叉腳兩端面（1）確定背吃刀量 工序 5的背吃刀量 取為 ， 應等于切削寬p1a1Z度，即 。mZap4.1?（2）確定進給量 查表 5-17，按工件材料、刀具材料選取，用高速鋼三面刃圓盤銑刀銑削平面，該工序的每齒進給量 取為 0.12mm/z。zf（3）計算銑削速度 查表 5-11按 ， 的條16/0/?dzmz/2.?件選取銑削速度 。由式（5-1）： 可求得該工序min/19v?n=vd?（ ）銑刀轉速 ，查表 4-19按照該工序所??i/82.37604.0rn?X62型臥式銑床的主軸轉速系列，取轉速 。再將此轉速代入i/5.?公式，可求出該工序的實際銑削速度。min/84.10/614.35710/dnv???124.1.2工序 7——精銑撥叉腳兩端面（1）確定背吃刀量 工序 7的背吃刀量 取為 ， 應等于切削寬2pa2Z度，即 。mZap7.02?（2）確定進給量 查表 5-17，按工件材料、刀具材料選取，用高速鋼三面刃圓盤銑刀銑削平面，該工序的每齒進給量 取為 0.08mm/z。zf（3）計算銑削速度 查表 5-11按 ， 的條16/0/?dzmz/08.?件選取銑削速度 。由式（5-1）： 可求得該工序min/21v?n=vd?（ ）銑刀轉速 ，查表 4-19按照該工序所??i/8.4160.30rn?X62型臥式銑床的主軸轉速系列，取轉速 。再將此轉速代入i/5.7r?公式，可求出該工序的實際銑削速度。min/86.2310/64.35710/dnv???4.2 額定時間的計算4.2.1粗銑撥叉腳兩端面基本時間 的計算mt工序 5——粗銑撥叉腳兩端面 根據表 5-47中面銑刀銑平面（對稱銑削、主偏角 ）的基本時間計算公式 可求出該工r=90?。 j12zt=l+fM（ ） /序的基本時間。故式中的 l=32mm，取 =2mm，2l m9)3~(680-15.0)3~1((5.0 221 ????????? ）（eadl in/7.3nzffMz ?將上述結果代入公式 ,則該工序的基本時間Mzj flt/)(21sj 69??134.2.2粗銑撥叉腳兩端面輔助時間 的計算ft根據第五章第二節(jié)所述，輔助時間 與基本時間 之間的關系為fjt，該工序 ，則??f j0.152tt?～ fj=0.15t工序 5的輔助時間： sf 4.36??4.2.3粗銑撥叉腳兩端面其他時間的計算除了作業(yè)時間（基本時間與輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準備與終結時間。由于本例中拔叉的生產類型為中批生產，需要考慮各工序的準備與終結時間， 為作業(yè)時間的 3%～5%；而布置工作地時間 是作業(yè)時間的z/mt bt2%～7%，休息生理需要時間 是作業(yè)時間的 2%～4%，本例均取 3%，則各xt工序的其他時間 應按關系式 計算。bz((/m)t? jf3%+x+t（ ） （ ）工序 5的其他時間： stzxf 7.)456(9????4.2.4粗銑撥叉腳兩端面單件時間額定 的計算djt根據公式，本例中單件時間 smtttzxbfjd 1.457.36)/(?????4.2.5精銑撥叉腳兩端面基本時間 的計算t工序 7——精銑撥叉腳兩端面 根據表 5-47中面銑刀銑平面（對稱銑削、主偏角 ）的基本時間計算公式 可求出該工r=90?。 j12zt=l+fM（ ） /序的基本時間。故式中的 l=32mm，取 =2mm，2l m9)3~(680-15.0)3~1((5.0 221 ????????? ）（eadl min/86478.0nzffMz14將上述結果代入公式 ,則該工序的基本時間Mzj flt/)(21??stj 4.8.60/)293(??4.2.6精銑撥叉腳兩端面輔助時間 的計算ft根據第五章第二節(jié)所述，輔助時間 與基本時間 之間的關系為fjt，該工序 ，則??fj0.152tt?～ fj=0.15t工序 5的輔助時間： sf 4.62.??4.2.7精銑撥叉腳兩端面其他時間的計算除了作業(yè)時間（基本時間與輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準備與終結時間。由于本例中拔叉的生產類型為中批生產，需要考慮各工序的準備與終結時間， 為作業(yè)時間的 3%～5%；而布置工作地時間 是作業(yè)時間的z/mt bt2%～7%，休息生理需要時間 是作業(yè)時間的 2%～4%，本例均取 3%，則各xt工序的其他時間 應按關系式 計算。bxz(/m)t? jf3%+x+t（ ） （ ）工序 5的其他時間： stzf 4.).642(9( ????4.2.8精銑撥叉腳兩端面單件時間額定 的計算djt根據公式，本例中單件時間 smtttzxbfjdj 2.534.6.42)/( ?????五 、 工 序 5、 工 序 7 專 用 夾 具 的 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。本工序為粗、精銑撥叉腳兩端面，本夾具將用于 X62臥式銑床，采用高速鋼三面刃銑刀。155.1 銑削力計算由于本道工序主要完成撥叉腳兩端面的銑削,主要切削力是銑削力。由《切削手冊》得計算公式。5.1.1粗銑銑削力計算（式 6-1）pzpBzKdfaCF86.072.86.0??確定各參數(shù)值： 、 、 、?ma4.1zzf/12.0?、 、 、md160686z 48.0)736()736/(.8. ?bp?將各參數(shù)代入式（6-1）得 NBzKdfaCFpzp 34.112.04.10886.07.8686.072.86.0 ????? ??5.1.2精銑銑削力計算（式 6-1）pzpBzKdfaCF86.072.86.0??確定各參數(shù)值： 、 、 、?ma7.0zzf/08.?、 、 、md1606816z 48.0)736()36/( ?bp?將各參數(shù)代入式（6-1）得 NBzKdfaCFpzp 652.1108.7.0886.072.686.072.86.0 ????? ??5.2 夾緊力計算本道工序銑削撥叉腳兩端面時，采用了杠桿夾緊機構和螺旋壓板夾緊機構，故根據[1]190-191 頁表 10-1查得公式有杠桿夾緊機構的夾緊力 計算：jFrflFJ???)(116式中 r——銷軸半徑f—— 銷軸和壓板之間的摩擦因素 確定各參數(shù)：按照精銑時產生的切削力計算夾緊力。、 、 、 、 ，代入式中計算得NF652?ml41r?25.0fml16?NrflJ 4.416)(52)( ?????螺旋壓板夾緊機構的夾緊力 計算：FldDfdMFc???12321)tan( ???式中 ——考慮傳動機構轉軸摩擦損失時的傳動效率；?——螺紋升角；——螺紋中徑；2d——螺紋摩擦角；?——摩擦因素，一般取 0.1-0.15f確定各參數(shù)： 、 、 、 、 、9.0???5.2?md19.2???6.?12.0f、ml451?l8NMc?0代入式中計算，得 NldDfdFc 708231)tan(1232 ??????5.3 工序 5、工序 7 粗、精銑撥叉腳兩端面專用夾具設計本夾具主要用來銑撥叉腳兩端面。本道工序為工件加工的第 5道工序（粗銑）和第 7道（精銑）工序，加工時主要應考慮如何保證其尺寸要求，以及如何提高勞動生產率，降低勞動強度。5.4 定位方案的分析和定位基準的選擇由下圖可知，銑撥叉腳兩端面。根據基準重合、基準統(tǒng)一原則，在選擇工序 5和工序 7的加工定位基準時，應盡量選擇已定好的精基準，即撥17叉頭右端面和 mm 孔作為定位基準。因此加工工藝撥叉腳兩端面的定052.??位基準應選擇撥叉頭右端面和長銷為主要定位基準，限制工件的五個自由度，另一個轉動自由度由支承釘來限制。下圖所示定位分析圖。圖 5-1 定位分析圖5.5 定位誤差分析及計算本工序選用的工件用長定位銷定位。由[1]170 頁表 8-14得0)(??位 置 度dwmsTBdD 0365.)21.05.(21)21????0)(?Ad式中 ?s六 、 夾 具 設 計 及 操 作 的 簡 要 說 明本夾具用于銑削撥叉腳兩端面。工件以 φ20 的內孔和拔叉頭右端面為定位基準，由支承釘、杠桿夾緊架構和移動壓板實現(xiàn)完全定位。使用時應保證夾具的整潔，定期進行檢查，保證定位精準。該夾緊機構操作簡單、夾緊可靠。下圖所示為完整的夾具圖。18圖 6-1 完整夾具圖七 、 參 考 文 獻[1] 鄒青、呼詠． 《機械制造技術基礎課程設計指導教程》第 2版．機械工業(yè)出版社，2011 年[2] 陳秀寧、施高義.《機械設計課程設計》.第四版.浙江大學出版社,2010 年[3] 樓應侯. 《互換性與技術測量》 .華中科技大學出版社,2012 年[4] 曹 巖.《機床夾具手冊》.化學工業(yè)出版社,2010 年[5] 吳 拓.《現(xiàn)代機床夾具設計》第 2版.化學工業(yè)出版社,2011 年