拨叉课程设计说明书(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上1 绪论机械制造加工工艺与机床夹具设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及全部专业课之后进行的一次理论联系实际的综合运用，进而使对机械有了进一步的认识，为以后的工作打下基础。它是主要是对零件的加工工艺和对零件的某几个工序加工进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。在本设计中，就针对拨叉A的加工工艺进行分析，制定和比较加工工

2、艺路线，选择较好的加工工艺路线进行加工。并对拨叉叉口两侧面、孔和槽进行专用夹具的设计，在这过程中，制定多套夹具方案分别对各夹具的定位误差和精度进行分析计算，选择其一进行下一步的设计，以完成本次设计。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行的最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。2 零件的分析2.1 零件的作用车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件下方的孔与操纵机构相连，而上方的半孔则是用于与所控制齿轮所在的

3、轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。2.2 拨叉的工艺分析拨叉是机车变速箱中一个重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和侧面有精度要求，此外还有小头孔上的槽要求加工，对精度有一定的要求。拨叉的底面、大头孔上两侧面和大小头孔粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其大头孔与侧面有垂直度的公差要求，所要加工的槽，在其槽两侧面有平行度公差和对称度公差要求等。因为零件的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工必须保证精度要求。2.3 拨叉的工艺从设计拨叉的加工工艺来说，应选择能够满足孔和槽加工精度

4、要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。2.3.1 加工要求要根据生产类型选择设备，在大批量生产中可采用高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。该零件所需的加工部位为：拨叉小头孔端面、大头孔上两侧面；大小头孔以及小头孔端的槽。2.3.2 平面的加工由参考文献3表2.1-12可以确定，底面的加工方案为底平面：粗铣精铣（），粗糙度为，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。2.3.3 大头孔的加工由参考文献3表2.1-11确定，孔的表面粗糙度要求为3.2，则选择孔的加工顺序为：

5、粗、精镗。2.3.4 小头孔的加工的孔选择的加工方法是钻，但其表面粗糙度的要求为，所以选择加工的方法是钻扩铰。图1.1 拨叉零件图3 工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式零件材料为HT200，考虑到车床在加工中的变速虽然不像其它机器那么频繁。但是，零件在工作过程中，也经常要承受变载荷及冲击性载荷，且它的外型复杂，不易加工。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为5000件已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。3.2 加工工艺过程由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔和槽等面。一般来说，保证平面的加工

6、精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于拨叉A来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。由上面的一些技术条件分析得知：拨叉的尺寸精度，形位公差精度要求都很高，就给加工带来了困难，必须重视。3.3 基面的选择基面的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。否则，加工工艺过程中会问题百出，更严重的还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。3.3.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。要从保证孔

7、与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置出发，进而保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉A零件图分析可知，选择平面作为拨叉A加工粗基准。3.3.2 精基准的选择选择精基准的原则：基准重合原则。基准统一原则，互为基准的原则，自为基准原则。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。选择精基准的原则时，重点考虑的是有利于保证工件的加工精度并使装夹更为方便。3.4工艺路线的拟订对于批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉的加工的第一个工序也是加工统一的基准。具体工序是先以小头孔左端面为粗基准，粗、精加工小

8、头孔右端面，再以右端面为基准加工小头孔，在后续的工序安排中都是以小头孔为基准定位。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.4.1 确定工序的原则一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。一般采用结构简单的专用机床和专用夹具组织流水线生产。3.4.2 工序的特点制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。一般采用结构简单的专

9、用机床和专用夹具组织流水线生产。3.4.3 加工精度的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：（1）粗加工阶段一般粗加工的公差等级为。粗糙度为。（2）半精加工阶段半精加工的公差等级为。表面粗糙度为。（3）精加工阶段.精加工的加工精度一般为，表面粗糙度为。3.4.4 制定工艺路线 加工工艺路线工序号工序内容工序一铸造。工序二热处理。工序三粗、精铣孔上端面。工序四钻、扩、铰孔。工序五粗、精铣孔两侧面。工序六粗、精镗孔。工序七铣下平面。工序八粗、精铣16槽。工序九粗铣斜平面。工序十切断。工序十一检查。4 工序参数选择、计算零件材料为HT200，硬度190210HB，生产类型大批

10、量，铸造毛坯。4.1 毛坯的确定4.1.1 毛坯的工艺要求（1）由于铸造件尺寸精度和表面粗糙度值低，因此零件上有与其它机件配合的表面需要进行机械加工。（2）为了使金属容易充满膛摸和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直。（3）铸件的结构中应避免深孔或多孔结构。（4）铸件的整体结构应力求简单。4.1.2 毛坯形状、尺寸要求（1）各加工面的几何形状应尽量简单。（2）工艺基准以设计基准相一致。（3）便于装夹、加工和检查。（4）结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。4.2 拨叉的偏差计算4.2.1 拨叉平面的偏差及加工余量计算（1）侧平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各

11、工步余量如下：粗铣：其余量值规定为，现取。其粗铣为IT12。精铣：其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，铸件尺寸公差为。毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣后最大尺寸为：大头孔两侧面的偏差及加工余量计算（2）两侧面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：其余量值规定为，现取。其粗铣为IT12。精铣：其余量值规定为。铸造毛坯的基本尺寸为，铸件尺寸公差为。毛坯的名义尺寸为：毛坯最小尺寸为：毛坯最大尺寸为：粗铣后最大尺寸为：精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。4.2.2 大小头孔的偏差及加工余量计算孔：钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸

12、偏差是扩孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是铰孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，各工序余量如下：钻孔确定工序尺寸及加工余量为：加工该组孔的工艺是：钻扩铰钻孔： 扩孔： （Z为单边余量）铰孔： （Z为单边余量）镗孔加工该组孔的工艺是：粗镗精镗粗镗： 孔，其余量值为；精镗： 孔，其余量值为；铸件毛坯的基本尺寸分别为：孔毛坯基本尺寸为： ，锻件加工该孔经济精度为IT9。 孔毛坯名义尺寸为：；粗镗工序尺寸为： 精镗工序尺寸为： 4.2.3 粗、精铣槽得其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由刀具选择可得其极限偏差：粗加工为

13、，精加工为。槽的毛坯为一个整体：粗铣两边工序尺寸为：粗铣槽底工序尺寸为：6精铣两边工序尺寸为：，已达到其加工要求：。4.3 确定切削用量及基本工时4.3.1 工序1：粗、精铣孔上平面（1）粗铣孔上平面 工件材料； HT200，铸造。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：每齿进给量：取铣削速度：取机床主轴转速： 式（4.1）式中 V铣削速度； d刀具直径。代入式（4.1）得， 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 切削工时被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： 式（4.2）刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：

14、（2）精铣孔上平面加工条件工件材料； HT200，铸造。刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：， ，齿数12，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：取铣削速度：取机床主轴转速：由式（4.1）得， 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：4.3.2 工序2：加工孔到要求尺寸工件材料为HT200铁，硬度200HBS。孔的直径为25mm，公差为H7，表面粗糙度。加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔mm标准高速钢扩孔钻；铰孔mm

15、标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（1）确定钻削用量1）确定进给量 ，由于孔深度比，故。取。钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力，允许的进给量。 由于所选进给量远小于及，故所选可用。2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 ，由插入法得 ， ，由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。，故取。实际切削速度为 ，故 3）校验机床功率 切削功率为 机床有效功率故选择的钻削用量可用。即，相应地，切削工时 被切削层长度：刀具切入长度： 式（4.3) 刀具切出长度： 取机动时间：（2）确定扩孔切削用量1）确定进给量 。取=0.57mm/r。2）确定切削速度及

16、取故 实际切削速度为=21.3m/min切削工时被切削层长度：刀具切入长度，有：刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间：（3）确定铰孔切削用量1）确定进给量 ，取。2）确定切削速度及 取。故取，实际铰孔速度 机动时间=0.53min4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下：钻孔：，扩孔：，铰孔：，4.3.3 工序3 粗、精铣两侧面（1）粗铣两侧面机床：组合铣床刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：每齿进给量：取铣削速度：取机床主轴转速：由式（4.1）得， 实际铣削速度： v=2.49m/s 进给量： 工作台每分进给量：

17、被切削层长度：由毛坯尺寸可知，刀具切入长度： 式（4.4） 刀具切入长度=19mm刀具切出长度：取机动时间=0224m（2）精铣两侧面 机床：组合铣床刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数8，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm铣削深度：每齿进给量：取铣削速度机床主轴转速：由式（4.1）得， 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取机动时间=0.26min4.3.4 工序4 粗、精镗孔机床：卧式镗床 刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：（1）粗镗孔切削深度：，毛坯孔径。进给量：确定进给量。切削速度机床主

18、轴转速：由式（4.1）得，实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度=5.81mm刀具切出长度： 取机动时间=0.11min（2）精镗孔切削深度：，半精镗后孔径进给量：确定进给量切削速度机床主轴转速：，取实际切削速度，：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取机动时间：所以该工序总机动工时4.3.5 工序5：粗、精铣下平面（1）粗铣下平面工件材料: HT200，铸造。加工要求：粗铣下平面。机床：立式铣床X52K。刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm所以铣削深度：每齿进给量铣削速度：取实际铣削速

19、度：进给量：工作台每分进给量： 切削工时 被切削层长度：由毛坯尺寸可知。刀具切出长度：取机动时间=0.13min（2）精铣下平面 工件材料: HT200，铸造 加工要求：粗铣下平面。机床：立式铣床X52K。刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数8，此为细齿铣刀。精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm 铣削深度：每齿进给量铣削速度机床主轴转速：由式（4.1）得，实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取机动时间=0.2min4.3.6 工序6：粗、精铣槽（1）粗铣16槽机床：双立轴圆工作台铣床 刀具：错齿三面刃铣刀 机

20、床：X52K 切削深度刀具：整体直齿铣刀 Z=20 D=100 进给量,切削速度，机床主轴转速：由式（4.4）得，取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度=52mm刀具切出长度：取机动时间=0.82min（2）精铣16槽刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀切削深度：进给量,切削速度，机床主轴转速：由式（4.1）得，取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 本工序机动时间4.3.7 工序7 粗铣斜平面 工件材料； HT200，铸造 机床：X52K。刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。因其单边

21、余量：Z=3mm 所以铣削深度：每齿进给量 铣削速度机床主轴转速：由式（4.1）得， 实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据零件图可知 被切削层长度：由毛坯尺寸可知。刀具切入长度： =52mm 式（4.5）刀具切出长度：取机动时间=0.26min4.3.8 工序8 铣断机床： 刀具：细齿锯片铣刀D=100 L=4 d=22 Z=80 切削深度：进给量,切削速度。机床主轴转速：由式（4.1）得 取 实际切削速度=0.9m/s进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 机动时间=0.28min4.4 时间定额计算及生产安排根据设计任务要求，该拨叉A的年产量为10000件。一年

22、以365个工作日计算，每天的产量应不低于28件。设每天的产量为28件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于17.1min。机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： （大量生产时） 式（4.7） 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： 式（4.8）其中： 单件时间定额基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 k布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值4.4.1 粗、精铣孔上平面粗加工机动时间：精加工机动时间：辅助时间：取工步辅助时间为。由于在生产线上装卸工件时间

23、很短，所以取装卸工件时间为。则：根据参考文献3表2.548，单间时间定额，由式（4.8）有：因此，达到生产要求。4.4.2 钻、扩、铰孔机动时间： 工步辅助时间为取装卸工件时间为 单间时间定额：由式（4.8）得因此，达到生产要求4.4.3 粗、精铣两侧面粗加工机动时间：精加工机动时间：工步辅助时间为。取装卸工件时间为 单间时间定额，由式（4.8）有因此，达到生产要求。4.4.4 粗、精镗孔（1）粗镗孔机动时间：工步辅助时间为。取装卸工件时间为单间时间定额，由式（4.8）有：因此，达到生产要求。（2）精镗孔到要求尺机动时间：取工步辅助时间为。 单间时间定额，由式（4.7）得4.4.5 粗、精铣下

24、平面粗加工机动时间：精加工机动时间：工步辅助时间为。取装卸工件时间为。则单间时间定额，由式（4.8）有：4.4.6 粗、精铣槽加工机动时间：工步辅助时间为装卸工件时间为。则4.4.7 粗铣斜平面粗加工机动时间：工步辅助时间为装卸工件时间为。则因此，达到生产要求。4.4.8 铣断加工机动时间：工步辅助时间为。装卸工件时间为。则 5 镗孔夹具设计5.1 定位基准的选择由零件图可知：孔的轴线与底孔有位置度要求，在对孔进行加工前，小头孔进行了粗、精加工。因此，选底孔为定位精基准（设计基准）来满足位置度公差要求。 图5.1 镗孔定位5. 2夹具方案的确定方案：在加工本工序之前，工件的大头孔两端面、小头孔

25、及它的端面都均已经加工过。在小头孔用一长销定位，以小头孔的左端面作为定位面，在大头孔下方用一定位块作为档销以实现一面两销定位。在小头孔的心轴右端用一个带肩的螺母和开口垫圈作为压紧，在加工处用一辅助支撑以抵消加工时所产生的轴向力。图5.2 夹具方案5. 3切削力及夹紧力的计算镗刀材料：（硬质合金镗刀）刀具的几何参数： 由参考文献机床夹具设计手册查表可得：圆周切削分力公式： （式5.4）式中 圆周切削分力； 背吃刀量； 修正系数； f每转进给量。式中 （式5.5） 取 即：同理：径向切削分力公式 ： （式5.6） 式中参数： 即：轴向切削分力公式 ： （式5.7） 即：按静力平衡原理计算出理论夹紧

26、力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： （式5.8）安全系数K可按下式计算， （式5.9）式中：为各种因素的安全系数，粗镗：代入（式5.9）得 所以，由（式5.8）有： 精镗：代入（式5.9）得 所以，有： 镗削产生的圆周切削分力由定位块和夹紧力所产生的摩擦力平衡。查表可得：所以， （式5.10）因此，所需的夹紧力为4668N，由于螺母产生的夹紧力，所以，且还有定位块可以作为支承，因此，满足要求。镗削产生的径向切削分力为由于有定位块、心轴和由夹紧力所产生的摩擦力远远大于F。镗削产生的轴向切削分力为由于有辅助支承和定位环作为轴向分力的支承，它所产生的支承力。满足设计

27、要求。6 结论 本设计中是对拨叉零件加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对某几个工序进行专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向的确定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为达到零件能在保证精度的前提下进行加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低成本的目的。通过不懈努力和指导老师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决，并设计了铣

28、槽、铣孔两侧面和镗孔的专用夹具。而且它们都有一个共同的特点，都采用了一面两销定位，夹紧都采用了手动夹紧，由于工件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。因此手动夹紧满足夹紧要求。完成了本次毕业设计，通过做这次的设计，使对专业知识和技能有了进一步的提高，为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的基础。参 考 文 献1 陈宏钧实用金属切削手册北京：机械工业出版社，200512 强 毅设计制图实用标准手册北京：科学出版社，200013 李 洪机械加工工艺手册北京出版社，199614 陈宏钧实用机械加工工艺手册北京：机械工业出版社，200315 杨叔子机械加工工艺师手册北京：机械工业出版社，20018 6 马贤智机械加工余量与公差手册中国标准出版社，1994127 王先逵机械制造工艺学北京：机械工业出版社，1995118 莫雨松互换性与技术测量中国计量出版社，200019 王光斗，王春福机床夹具设计手册上海：上海科学技术出版社，20001110 唐云支机床夹具中国劳动社会保障，2001111 纪名刚，濮良贵机械设计北京：高等教育出版社，2001812 李旦，邵东向机床专用夹具图册哈尔滨工业大学出版社，20052专心-专注-专业