倒擋變速叉的機械加工工藝及夾具設(shè)計

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分 類 號 密 級 寧設(shè) 計 (論 文 )倒擋變速叉的機械加工工藝及夾具設(shè)計所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 老 師I摘 要此次設(shè)計是對倒擋變速叉零件的加工工藝和夾具設(shè)計，其零件為鍛件，具有體積小，零件復(fù)雜的特點，由于面比孔易加工，在制定工藝規(guī)程時，就先加工面，再以面為基準(zhǔn)來加工其它，其中各工序夾具都采用專用夾具,并以操作簡單的手動夾緊方式夾緊，其機構(gòu)設(shè)計簡單，方便且能滿足要求。在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計中注意改進。關(guān)鍵詞 倒擋變速叉，加工工藝，專用夾具，設(shè)計IIAbstractThis design is to dials forks the components the processing craft and the jig design, its components are the forging, has the volume to be small, components complex characteristic,Because the surface is easier than the hole to process, when formulation technological process, first the machined surface, then processes other take the surface as the datum,In which various working procedures jig all uses the unit clamp, special regarding processes the big end of hole, the trough and drills the capitellum hole incline eyelet in the working procedure, Chooses locate mode which two sells at the same time, and operates the simple manual clamp way clamp, its organization design is simple, the convenience also can satisfy the request.Key words： Dials the fork, the processing craft, unit clamp, designIII目 錄摘 要 .IAbstract II目 錄 .III序 言 .4第 1 章 零件的分析 .51.1 零件的作用 .51.2 零件的工藝分析 .5第 2 章 工藝規(guī)程的設(shè)計 .72.1 確定毛坯的制造形式 .72.2 基準(zhǔn)的選擇 .72.3 制定工藝路線 82.4 倒擋變速叉的偏差計算 .92.5 切削用量以及機床的確定 .10第 3 章 銑窩 15170.2 手動夾具設(shè)計 .173.1 問 題 的 提 出 173.2 定 位 基 準(zhǔn) 的 選 擇 .173.3 切 削 力 及 夾 緊 力 的 計 算 183.4 定 位 誤 差 的 分 析 203.5 定 向 鍵 與 對 刀 裝 置 設(shè) 計 223.6 確 定 夾 具 體 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 和 總 體 結(jié) 構(gòu) 233.7 夾 具 設(shè) 計 及 操 作 的 簡 要 說 明 .24總 結(jié) .254序 言機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。倒檔倒擋變速叉工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計是在學(xué)完了機械制圖、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械設(shè)計、機械工程材料等進行畢業(yè)設(shè)計之后的下一個教學(xué)環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設(shè)計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設(shè)計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計。本次設(shè)計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。5第 1 章 零件的分析1.1 零件的作用題目所給的是變速箱中的倒擋變速叉，它的主要作用是推動倒檔齒輪向輸入軸傳動齒輪移動并與之嚙合，使汽車實現(xiàn)倒行。再換倒檔時，撥叉將受到較大的沖擊。1.2 零件的工藝分析該撥叉為精密鑄件，鑄造表面光潔，平整，無裂痕，毛刺，分層，縮孔，縮松等鑄造缺陷。從零件圖上看，該零件是典型的叉架類零件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，形位精度要求不算高。為大批量生產(chǎn)的鑄件。其主要加工的有 16 的孔表面粗糙度為 Ra1.6um，斜腳面尺寸要求公差尺寸為自由公差，表面粗糙度為 Ra3.2m 并保證與 16 軸線的垂直度為0.10；R34 面粗糙度為 Ra3.2um，表面要求淬火處理，硬度要求為 4553HRC。通過分析該零件，其布局合理，雖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但加工要求比較容易保證，我們通過專用夾具可6保證其加工要求，整個圖面清晰，尺寸完整合理，能夠完整表達物體的形狀和大小，符合要求。5 個加工表面分別是：（1）厚 42 兩端平面;（2）加工 16 的孔內(nèi)表面；（3）撥叉兩端面，保證尺寸 90.15；（4）鉆，擴，鉸螺紋孔；（5）加工 R50 圓弧槽7第 2 章 工藝規(guī)程的設(shè)計2.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為 HT200，考慮到倒擋變速叉運行時經(jīng)常需要掛檔倒車或輔助轉(zhuǎn)向，因此零件在工作過程中經(jīng)常受到?jīng)_擊性載荷，采用這種材料的零件強度也能得到保證。由于零件成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，選用砂型鑄造，采用機械翻砂造型，鑄造精度為 2 級，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產(chǎn)率和保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。有上述工藝要求與資料，對毛坯初步設(shè)計如下:1.16mm 的孔由于 16mm 難以鑄造，在毛坯設(shè)計時，不宜設(shè)計底孔，因此毛坯采用實心鑄造，以確保毛坯成功率。2.叉口側(cè)面叉口兩側(cè)面粗糙度均為 3.2，進行一次粗銑即可滿足光潔度要求。根據(jù)資料可知，毛坯的叉口厚度定為 1.5mm。3.叉口內(nèi)圓面粗糙度沒有要求，直接鑄出2.2 基準(zhǔn)的選擇基準(zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，他對零件的生產(chǎn)是非常重要的?；孢x擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高，否則，不但使加工工藝問題百出，更有甚者，造成生產(chǎn)無法進行。81 粗基準(zhǔn)的選擇對于零件而言，粗基準(zhǔn)的選擇對于后面的精加工至關(guān)重要，從零件圖上看出，倒擋變速叉較不規(guī)則，所以粗基準(zhǔn)不太容易選擇，為了保證 16 孔的精度要求，選16 孔下端面為粗基準(zhǔn)。2 精基準(zhǔn)的選擇以 16 孔下端面為粗基準(zhǔn)，加工 16 孔的上端面，然后以加工過的上端面為精基準(zhǔn)加工 16 內(nèi)孔，從而保證加工精度。2.3 制定工藝路線制定工藝路線的出發(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，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能機床以及專用夾具，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)濟效果，以便生產(chǎn)成本盡量降低。10 鑄造 鑄造20 銑 銑厚 42 兩端平面30 鉆 鉆，擴，鉸 16 孔40 熱 淬火 E 表面和 R34 端面50 銑 精銑 R34 端面60 車 車 R23 內(nèi)圓70 銑 銑寬 15mm 的槽980 鉆 鉆 M10 螺紋底孔，攻絲 M1085 鉗 去毛刺90 檢驗 檢驗入庫2.4 倒擋變速叉的偏差計算 倒擋變速叉底平面和大頭孔上平面的偏差及加工余量計算底平面加工余量的計算。根據(jù)工序要求，其加工分粗、精銑加工。各工步余量如下：粗銑：由參考文獻4表 1119。其余量值規(guī)定為 ，現(xiàn)取 。查3可2.05m2.知其粗銑時精度等級為 IT12，粗銑平面時厚度偏差取 1精銑：由參考文獻3表 2.359，其余量值規(guī)定為 。. 小頭孔的偏差及加工余量計算參照參考文獻3表 2.22，2.225,2.313 和參考文獻15表 18，可以查得：孔16：鉆孔的精度等級： ，表面粗糙度 ，尺寸偏差是 。1IT12.5Raumm2.0擴孔的精度等級： ，表面粗糙度 ，尺寸偏差是 。0384鉸孔的精度等級： ，表面粗糙度 ，尺寸偏差是 。8I .6.3粗、精銑 15 槽參照參考文獻1表 215，得其槽邊雙邊粗加工余量 2Z=2.0mm，槽深加工余量為1.0mm，再由參照參考文獻1表 215 的刀具選擇可得其極限偏差：粗加工為 ，0.1精加工為 。0.13102.5 切削用量以及機床的確定工序30：粗銑24右端面機床：立式銑床X52K刀具：硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位端銑刀（面銑刀），材料： ， ，齒數(shù) 8，15YT0Dm此為細齒銑刀。因其單邊余量：Z=2mm所以銑削深度 ：pa2m精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm銑削深度 ：p1.0每齒進給量 ：根據(jù)參考文獻3表 2.473，取 根據(jù)參考文獻3fa Zmaf/18.0表 2.481，取銑削速度 2.47/Vms每齒進給量 ：根據(jù)參考文獻3表 2.473，取 ：根據(jù)參考文獻3f .5/f表 2.481，取銑削速度 .8/s機床主軸轉(zhuǎn)速 ：n102.6053/min314Vnrd按照參考文獻3表 3.131，取 0/i實際銑削速度 ：v.1463.14/0ds進給量 ：fV.580/2ffaZnm工作臺每分進給量 ： m17/infVs走刀次數(shù)為 1機動時間 ：2jt12402.34i7jmlf機動時間 ：2jt1268.minjlf所以該工序總機動時間20.5ijjtt11工序40：粗銑24另外一側(cè)端面機床：立式銑床 X52K刀具：硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位端銑刀（面銑刀），材料： ， ，齒數(shù) 8，15YT0Dm此為細齒銑刀。因其單邊余量：Z=2mm所以銑削深度 ：pa2m精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm銑削深度 ：p1.0每齒進給量 ：根據(jù)參考文獻3表 2.473，取 根據(jù)參考文獻3fa Zmaf/18.0表 2.481，取銑削速度 2.47/Vms每齒進給量 ：根據(jù)參考文獻3表 2.473，取 ：根據(jù)參考文獻3f .5/f表 2.481，取銑削速度 .8/s機床主軸轉(zhuǎn)速 ：n102.6053/min314Vnrd按照參考文獻3表 3.131，取 0/i實際銑削速度 ：v.1463.14/0ds進給量 ：fV.580/2ffaZnm工作臺每分進給量 ： m17/infVs走刀次數(shù)為 1機動時間 ：2jt12402.34i7jmlf機動時間 ：2jt1268.minjlf所以該工序總機動時間20.5ijjtt工序 50：鉆、擴、鉸孔16。12機床：立式鉆床 Z525刀具：根據(jù)參照參考文獻3表 4.39 選高速鋼錐柄麻花鉆頭。（1）鉆孔切屑用量：取背吃刀量 ，由參考文獻2可查出，根據(jù) z525 立式鉆床，取進給量8pam，切屑速度： ， ， ，則修正后的切屑速0.4/fr17/mincv0.8vk.75lvk度 ，即17.5.2/icv 12198.4/min6swrdA查參考文獻2表 3.17，取 ，95/iwnr故實際切屑速度為 。16.02/in0cdvr切屑用時：=10mm， ， ， 1cot(12)2rDlkm9.8,45rDk21lm2l故 ， ，10.2in1485jwlt sfn10.6.41.3fjt s， 1()6(.3)0.6bxjft117.djjfbxtt（2）擴孔切屑用量：取背吃刀量 ，由參考文獻2可查出，根據(jù) z525 立式鉆床，取進給量0.9pam，切屑速度： ， ， ，則修正后的切屑速.62/fr25/incv0.8mvk.75lvk度 ，即 ，5.87.4/icv124360./min19.swrdA查參考文獻2表 3.17，取 ，7/iwnr故實際切屑速度為 。19.826./in00cdvr切屑用時：=10mm， ， ， 1cot(12)2rDlkm9.8,45rDk21lm2l故 ， ，0.13in767jwlt sfn20.67.81.5fjt s13， 22()0.6(7.8125)0.6.4bxjftt s2229.6djjfbxttts（3）鉸孔切屑用量：取背吃刀量 ，由參考文獻2可查出，根據(jù) z525 立式鉆床，取進給量0.1pam，切屑速度： ， ， ，則修正后的切屑.8/fr8.2/mincv0.8vk.9lvk速度 ，即 ，2.97.4cv17143.6/min2swrdA查參考文獻2表 3.17，取 ，/iwnr故實際切屑速度為 。20976./in1cdvr切屑用時：=10mm， ， ， ， 1cot(2)2rDlkm0Dm45rk21lm2l故 ， ，1350.193.2in17.87jwlt sfn30.67.41.8fjt s， 。3().6bxjfts3321.djjfbxtts工序60：銑叉口機床：立式銑床 X52K刀具：根據(jù)機械加工工藝手冊表 10-64 選用硬質(zhì)合金鑲齒套面銑刀 YT15.銑刀壽命 T=180min,D/Z=100/10,B=401) 削深度 2 =10mm 所以有 =5mmpapa2) 給量 查機械加工工藝師手冊 表 10-118 與表 10-119 得,進給量f=0.20.35mm/齒 按機床行選取 f=0.3mm/齒3) 切削速度 根據(jù)機械加工工藝手冊表 10-70,及 10-66,查得V=115min/s. 即 V=6.9m/min4) 定機床主軸轉(zhuǎn)速 ns= = 21.97r/minWd10cv109.6按機床說明書(見工藝手冊表 6-39),與 21.97r/min 相近的機床轉(zhuǎn)速為22.5r/min?，F(xiàn)選取 =22.5r/min。wn14所以實際切削速度 = =cv10sdnmin/1.7052當(dāng) =22.5r/min 時，工作臺的每分鐘進給量 應(yīng)為wn f=fZ =0.3 10 22.5=67.5(mm/min)， 查機床說明書有 =60(mm/min)mf mf5) 削工時，按工藝手冊表 6.2-1。 t = = =1.5(min) t = =0.75(min)1m2fl6092m6045銑兩次的總時間為 t =1.5+0.75=2.25minm工序 110：粗磨叉口兩側(cè)面及凸臺面。機床 M7130 平面磨床1)選擇砂輪。見機械加工工藝手冊第三章中磨料 A46KV6P 350 40 167其含義為：砂輪磨料為剛玉，粒度為 46#,硬度為中輪 1 級，陶瓷結(jié)合劑，6 號組織，平型砂輪，其尺寸為 350x40x1672)切削用量的選擇。查機械加工工藝手冊表 33-42 有工件速度 18m/min 切削深度 0.0157mm/st wvrf縱向進給量 0.5B20mm(雙行程) af3)切削工時 rabfvkDZt102式中 D-被加工直徑 b-加工寬度 Z -單邊加工余量bK-系數(shù) V-工作臺移動速度-工作臺往返一次砂輪軸向進給量af-工作臺往返一次砂輪徑向進給量 0.55(min)0157.218092t工序 160：精磨叉口兩側(cè)面。機床 M7130 平面磨床1)選擇砂輪。見機械加工工藝手冊第三章中磨料 A46KV6P 350 40 167其含義為：砂輪磨料為剛玉，粒度為 46#,硬度為中輪 1 級，陶瓷結(jié)合劑，6 號組織，15平型砂輪，其尺寸為 350x40x1672)切削用量的選擇。查機械加工工藝手冊表 33-42 有工件速度 18m/min 切削深度 0.0157mm/stwvrf縱向進給量 0.5B20mm(雙行程)af3)切削工時 rabfvkDZt102式中 D-被加工直徑 b-加工寬度 Z -單邊加工余量bK-系數(shù) V-工作臺移動速度-工作臺往返一次砂輪軸向進給量af-工作臺往返一次砂輪徑向進給量 0.3(min)0157.2180952t工序 130 ：鉆 M10 螺紋底孔,倒角機床：鉆床 Z525刀具：根據(jù)參照參考文獻3表 4.39，選硬質(zhì)合金錐柄麻花鉆頭切削深度 ：pa4.5m根據(jù)參考文獻3表 查得：進給量 ,切削速度 。320.2/fmrsmV/36.0機床主軸轉(zhuǎn)速 ：n，in/14764.3010rdVn按照參考文獻3表 3.131，取 。6實際切削速度 ：v.0.5/0Dnms切削工時被切削層長度 ：l3m刀具切入長度 ：1l6(12)0242rctgkctg刀具切出長度 ： 取 。24ml316加工基本時間 ： jt12304.1min.6jLlfn工序 140 ：攻絲 M10鉆孔選用機床為 Z525 搖臂機床，刀具選用絲錐，機械加工工藝手冊第 2 卷。根據(jù)機械加工工藝手冊第 2 卷表 10.4-2 查得絲錐鉆孔進給量為 0.200.35。rm則取 rmf30.確定切削速度，根據(jù)機械加工工藝手冊第 2 卷表 10.4-9切削速度計算公式為 （3-in0kfaTdcvvyxpmzv20）查得參數(shù)為 ，刀具耐用度 T=35125.0,.,0,25.,1.8myxzcvvvv min則 = =1.65.0125.02.337in所以 = =72n4.6ir選取 mi120所以實際切削速度為 =2.647.3vin確定切削時間（一個孔） =ts20.817第 3 章 銑窩 15170.2 手動夾具設(shè)計3.1 問 題 的 提 出本夾具要用于銑窩 15170.2 夾具精度等級為 IT12 級，粗糙度為 12.5。本道工序只精銑一下即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應(yīng)首先考慮保證加工對接平面的各加工精度，如何提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度。3.2 定 位 基 準(zhǔn) 的 選 擇擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞?zhǔn)選擇不當(dāng)往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應(yīng)考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。16 孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的 16 孔和其端面作為定位精基準(zhǔn)，來設(shè)計本道工序的夾具，以已加工好的二個孔的端面作為定位夾具。18為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺旋壓板夾緊機構(gòu)作為夾緊機構(gòu)。為了提高加工效率及方便加工，決定材料使用高速鋼，用于對進行加工，準(zhǔn)備采用手動夾緊。由零件圖可知：在對進行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，進行了粗、精加工。因此，定位、夾緊方案有：方案：選底平面、和側(cè)面定位夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。方案：選一面兩銷定位方式，2 面用擋銷，夾緊方式用操作簡單，通用性較強的移動壓板來夾緊。分析比較上面二種方案：方案中的定位是不正確的，擋銷的位置是固定，且定位與夾緊應(yīng)分開，因夾緊會破壞定位。通過比較分析只有方案滿足要求，孔其加工與孔的軸線間有尺寸公差，選擇小頭孔和大頭孔來定位，從而保證其尺寸公差要求。為了使定位誤差達到要求的范圍之內(nèi)，這種定位在結(jié)構(gòu)上簡單易操作。3.3 切 削 力 及 夾 緊 力 的 計 算刀具：立銑刀（硬質(zhì)合金） 刀具有關(guān)幾何參數(shù)： 015001頂 刃 0n側(cè) 刃 601530rK2.5Lm2Z.8/famzmap.2由參考文獻55 表 129 可得銑削切削力的計算公式：0.8.10.pzFafDBzn有： .9.8.1.10.135254836.2()N根據(jù)工件受力切削力、夾緊力的作用情況，找出在加工過程中對夾緊最不利的瞬間狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力。最后為保證夾緊可靠，再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力的數(shù)值，即：FKW安全系數(shù) K 可按下式計算：6543210式中： 為各種因素的安全系數(shù)，查參考文獻5121 可知其公式參數(shù)：6123456.,.0,.,3KK由此可得： 110.31.05619所以 836.241530.()KWFN由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構(gòu)。夾緊力的確定夾緊力方向的確定夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面。夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向。(1) 夾緊力作用點的選擇a. 夾緊力的作用點應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi)。b. 夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位上，這樣可以防止或減少工件變形變形對加工精度的影響。c. 夾緊力的作用點應(yīng)盡量靠近加工表面。(3)夾緊力大小的估算理論上確定夾緊力的大小，必須知道加工過程中，工件所受到的切削力、離心力、慣性力及重力等，然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構(gòu)的傳遞效率等有關(guān)。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復(fù)雜的問題，只能進行粗略的估算。估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，估算此狀態(tài)下所需的夾緊力；二是只考