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機械制造技術基礎課程設計
序言
機械制造工藝課程設計是在我們完成了全部基礎課、技術基礎課、大部分專業(yè)課以及參加了生產(chǎn)實習之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學生活中占有重要的地位。
通過本次課程設計，應該得到下述各方面的鍛煉：
1 能熟練運用機械制造工藝設計中的基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，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，保證零件的加工質(zhì)量。
2 提高結構設計的能力。通過設計夾具的訓練，應當獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、經(jīng)濟合理而且能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
3 學會使用手冊及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱、出處、能夠做到熟練運用。
目 錄
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一、設計任務………………………………………………………………3
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二、計算生產(chǎn)綱領、確定生產(chǎn)類型………………………………………3
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三、零件的分析……………………………………………………………3
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四、確定毛坯的制造方法、初步確定毛坯形狀…………………………4
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五、工藝規(guī)程設計………………………………………………………….5
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1、定位基準的選擇………………………………………………………...5
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2、工件表面加工方法的選擇………………………………………………5
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3、制定工藝路線…………………………………………………………...6
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4、確定加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸,設計、繪制毛坯圖…………..6
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5、確定切削用量、基本工時(機動時間) ………………………………...7
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六、夾具設計……………………………………………………………… 8
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1、設計要求………………………………………………………..……….8
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2、夾具設計的有關計算……………………………………………………8
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3、夾具結構設計及操作簡要說明………………………………. ……….8
4、夾具操作簡要說明………………………………. …………………….9
七、總結…………………………………………………………………….10
八、參考文獻……………………………………………………………….11
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《一》零件作用及設計任務：
該換擋叉應用在汽車變速箱的換擋機構中。叉頭以Φ15.8孔套在變速叉軸上，并以螺釘經(jīng)M10孔與叉聯(lián)結，叉腳夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中。當需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機構就通過叉頭的槽帶動換擋叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，叉腳撥動雙聯(lián)變速齒輪在花鍵軸上滑動改變檔位，從而改變汽車的行駛速度。
《二》計算生產(chǎn)綱領、確定生產(chǎn)類型：
變速換擋叉年產(chǎn)量5000，設其備品率為3%，機械加工廢品率為0.5%，則該零件的年生產(chǎn)綱領為：N=Qn(1+3% )×（1+0.5% )=5000×1(1+3%)×（1+0.5%)=5176(件/年)。
換擋叉重量3kg，查1-3屬于輕型零件，由表1-4知，該換擋叉生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。
《三》換擋叉技術要求
加工表面
尺寸及偏差（mm）
公差及精度等級
表面粗糙度Ra
形位公差（mm）
叉腳兩端面
5.90 -0.15
IT12
6.3
叉口兩內(nèi)側面
5.1+0.1 0
IT12
6.3
Φ15.8內(nèi)孔
15.8+0.043 +0.016
IT8
3.2
M10螺紋孔
M10×1
IT7
叉頭凸臺兩端面
9.650 -0.25
IT12
6.3
叉頭平臺外表面
IT13
6.3
叉頭平臺凸面
11
IT13
12.5
叉頭下表面
IT13
12.5
該變速器換擋叉結構簡單，屬于典型得叉桿類零件。為實現(xiàn)換擋、變速得功能，其叉軸孔和變速叉軸有配合要求，因此加工精度要求高。叉腳兩端面在工作中需承受沖擊載荷，為增強耐磨性，采用局部淬火，硬度為180HBS左右，為保證換擋叉換擋時叉腳受力均勻，要求叉腳兩端面與孔Φ15.8垂直度要求為0.15mm。換擋叉用螺釘定位，螺紋孔為M10。
綜上所述，該零件得各項技術要求制訂較合理，符合在變速箱中得功用。
《四》審查換擋叉得工藝性
分析零件圖可知，該換擋叉叉腳兩端面厚度薄于連接的表面，但減少了加工面積，使用淬火處理提供局部的接觸硬度。叉腳兩端面面積相對較大，可防止加工過程中鉆頭鉆偏，保證孔的加工精度及孔叉腳兩端面的垂直度。其它表面加工精度較低，，通過銑削、鉆床的粗加工就可達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常得生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟得方法保質(zhì)保量地加工出來?？梢娫摿慵に囆院谩?
《五》確定毛坯：
1.選擇毛坯
由于該換擋叉在工作過程中承受沖擊載荷，為增強強度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛坯選用鍛模制作毛坯。拔模斜度為5°。
2.確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量
公差等級
由換擋叉的功用和技術要求，確定該零件的的公差等級為普通級。
鍛件重量
已知機械加工后換擋叉的重量為3kg，由此可初步估計機械加工前鍛件毛坯的重量為3.5kg。
3.鍛件形狀復雜系數(shù)
對換擋叉零件圖分析計算，可大概確定鍛件外輪廓包容體的長度、寬度和高度，即l= 136mm，b= 76mm，h= 72mm，由公式2-3、2-5可計算出該換擋叉鍛件的形狀復雜系數(shù)
S=mt/mN=3.5/（136×76×72×7.8×10-6 kg/mm3 ）=3.5/5.8=0.6
故屬于S 2級。
4.鍛件材質(zhì)系數(shù)
由于該換擋叉材料為35鋼，是碳的質(zhì)量分數(shù)少于0.65%的碳素鋼，故該鍛件的材質(zhì)系數(shù)屬M 1級。
5.鍛件分模線形狀
根據(jù)該換擋叉的形位特點，以對稱平分面為分模面，屬平直分模線。
6.零件表面粗糙度
由零件圖可知，該換擋叉各加工表面粗糙度Ra均大于等于3.2um。
由上查表可知鍛件毛坯的尺寸公差及機械加工余量：
鍛件重量/kg
包容體重量/kg
形狀復雜系數(shù)
材質(zhì)系數(shù)
公差等級
6
3.5
S 2
M 1
普通級
項目/mm
機械加工余量/mm
尺寸公差/mm
備注
厚度5.9
1.8+1.4 -0.4
表2-11
2.0~2.5
表2-13
寬度51
2.5+1.7 -0.8
表2-10
2.0~2.5
表2-13
寬度14.2
2.2+1.5 -0.8
表2-10
2.0~2.5
表2-13
孔徑Φ15.8
2.2+1.5 -0.7
表2-10
2.0
表2-14
中心距
±0.5
表2-12
《六》擬定工藝路線
1. 定位基準選擇
精基準選擇：
根據(jù)該零件的技術要求和裝配要求，選擇叉頭軸孔和叉腳右端面作為精基準，零件上很多表面可用它們作基準。軸孔Φ15.8是設計基準，與用作精基準保證被加工表面的垂直度要求。該零件剛性差，夾緊力作用在叉腳右端面上。
粗基準選擇：
作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。選擇軸孔Φ15.8的外圓和叉腳左端面作粗基準保證孔的壁厚均勻。采用叉腳左端面作粗基準加工左端面，可為后續(xù)工序準備好精基準。
2. 表面加工方法確定
根據(jù)換擋叉零件圖各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法：
加工表面
尺寸精度等級
表面粗糙度Ra
加工方案
備注
叉腳兩端面
IT12
6.3
粗銑-半粗銑
表1-8
叉口內(nèi)側面
IT12
6.3
同上
表1-8
Φ15.8孔
IT8
3.2
鉆-擴-鉸
表1-8
M10
鉆-攻螺紋
表1-10
叉頭凸臺兩端面
IT12
6.3
粗銑
表1-8
叉頭凸臺外表面
IT13
12.5
粗銑
表1-8
叉頭凸臺槽
IT12
12.5
粗銑
表1-7
3．加工階段的劃分
該零件加工質(zhì)量要求一般，可將加工分為粗加工，半精加工和精加工。
粗加工時，先將精基準準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證精度要求，然后粗銑叉腳左端面，叉口內(nèi)側面，叉頭凸臺兩端面，叉頭凸臺外表面，凸臺槽和M10螺紋底孔。半精加工，完成叉腳兩端面，叉口內(nèi)側面，攻螺紋，擴Φ15.8孔。精加工時，鉸孔Φ158。
4.工序的集中與分散
該零件生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率，而且運用工序集中原則使工序的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面間相對位置精度要求。
5. 工藝路線
（1）機械加工工序
先加工精基準——叉頭軸孔和叉腳右端面。
先粗加工，后精加工。
先加工主要表面——叉腳右端面，叉頭軸孔Φ15.8，叉頭凸臺槽。后加工叉口內(nèi)側面，叉頭凸臺兩端面，攻螺紋。
先加工叉腳右端面，再加工叉頭軸孔Φ15.8。
（2）熱處理工序
鍛模成形后，切邊，進行調(diào)質(zhì)，硬度185HBS。叉腳兩端面在粗加工完后進行局部高頻淬火，提高其耐磨性和在工作中承受沖擊載荷的能力。
（3）輔助工序
粗加工叉腳兩端面和熱處理后，安排教直工序：半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。
綜上所述，該換擋叉工序安排順序：正火——基準加工——主要表面粗加工、一些余量大的表面粗加工及次要表面粗加工——熱處理——主要表面半精加工——主要表面精加工。
《七》加工余量、工序尺寸和公差的確定
本工序為鉆M10的螺紋底孔Φ8.4，孔深少于5mm，位置精度一般，可采用一次走刀加工。鉆孔：Φ8.4±15mm。
《八》切削用量、時間定額的計算
工序：鉆螺紋底孔
（1）背吃刀量確定 a p=4.2mm。
（2）進給量確定 由表5-1得 f=0.20mm/r.
（3）鉆削速度的計算 由表5-21 得 v=24m/min。由公式n=1000v/πd得鉆頭轉速n=909.9r/min。由表4-9得，選用立式鉆床Z525，主軸轉速n=960r/min。
則切削速度v=nπd/1000=25.3m/min。
時間定額計算：
由表5-41得鉆孔的基本時間公式：t j=L/fn=(l+l 1+l 2)/fn.。
l=5.2；l 1=Φcotκ r/2+(1~2)=8.4cot(118/2)/2+(1~2)=3.5~4.5；l 2=1~4。
所以 t j=0.06min=3.6s。
輔助時間： t f=（0.15~0.2）t j=0.65s。
其它時間： t b+t x=6%×(t j+ t f)=0.26s。
單件時間計算：t=3.6+0.65+0.26=4.51s。
專用鉆床夾具設計
《一》夾具設計任務
已知工件材料為35鋼，毛坯為模鍛件，所用機床為Z525型立式鉆床，大批生產(chǎn)規(guī)模。試為該工序設計一鉆床夾具。
《二》確定夾具的結構方案
（1）確定定位元件
選用一面兩銷，心軸和工件孔配合，限制四個自由度。削邊銷與叉腳內(nèi)側面接觸，限制一個自由度。偏向輪與工件槽夾緊定位，限制一個自由度，實現(xiàn)工件正確定位。對于工序尺寸3.1±0.1，定位誤差△ dw=0.1。該定位方案可行。
（2）確定導向裝置
本工序要求對加工孔進行鉆一個工步的加工，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，選用可換鉆套作為刀具的導向元件。
（3）確定夾緊機構
針對大批生產(chǎn)，選用偏向輪夾緊機構。
(4) 夾緊力計算
(1) 由表10-1得 夾緊力 F j=FL/ρ[tan(α+φ 1)+tanφ 2]，ρ=(R+esinβ)/cosα，
α=arctan[ecosβ/(R+esinβ)]
ecosβ= 3， e= 5， R=33， L=160
取偏心輪與夾緊面的摩擦系數(shù)和偏心輪與鉸鏈軸的摩擦系數(shù)f一樣，根據(jù)表10-2得，f=0.2，則摩擦角φ 1=φ 2=arctanf=
所以得： 夾緊力 F j=5.3F
（2）求切削力和切削扭矩：
由表3-54和3-55得
切削力 P x=68Ds0.7 K p，切削扭矩：M=34.5D2 s0.8 K p。
D=8.4, s=0.2, K p=（σ b/75)0.75 ，σ b=580 。
切削力 P x=264N，切削扭矩：M=1444N·mm
理論夾緊力F jo= P x=264N，取安全系數(shù)K=2.7，
夾緊力 F j =K F jo=712.8N，原始作用力F= F j/5.3=134.5N
切削扭矩M=1444N·mm，對工件定位的影響很少，可以忽略。
《三》夾具裝配圖標注尺寸、配合及技術要求
（1）確定定位元件間的尺寸，心軸與削邊銷中心距尺寸為96.8
（2）根據(jù)加工孔的加工要求，確定鉆套中心線與定位偏心輪中心線的尺寸為3.1±0.03，為零件相應尺寸3.1±0.1的公差值的1/3。位置度公差為零件相應尺寸0.1的公差值的1/3。
（3）心軸中心線與夾具底面的平行度公差為0.02mm。
（4）標注關鍵件的配合尺寸如圖，Φ20H7k6,Φ19H7k6, Φ12H7f9。
《四》夾具操作簡要說明
本夾具使用在立式鉆床上，加工換擋叉上M10螺紋底孔Φ8.4mm。工件以Φ15.8F8孔、51+01 0mm叉口及14.2+0.1 0mm槽，分別在定位心軸、削邊銷及偏心輪上定位。轉動手柄，使偏心輪順時針轉動，偏心輪上的對稱弧面楔入工件14.2+0.1 0mm槽內(nèi)，定位并夾緊工件。
總結
就我個人而言，通過這次設計，基本上掌握了零件機械加工工藝規(guī)程的設計，機床專用夾具等工藝裝備的設計等。并學會了使用和查閱各種設計資料、手冊、和國家標準等。最重要的是綜合運用所學理論知識，解決現(xiàn)代實際工藝設計問題，鞏固和加深了所學到的東西。并在設計過程中，學到了很多課堂上沒有學到的東西。
能夠順利的完成這次課程設計，首先得助于任曉智老師的悉心指導，還有就是我們小組成員間合理的分工和小組成員們的努力。在設計過程中，由于對零件加工所用到的設備的基本性能和加工范圍缺乏全面的了解，缺乏實際的生產(chǎn)經(jīng)驗，導致在設計中碰到了許多的問題。但在我們小組成員的共同努力下，我們通過請教老師和咨詢同學，翻閱資料、查工具書，解決設計過程中的一個又一個的問題。在這個過程中，使我對所學的知識有了進一步的了解，也了解了一些設計工具書的用途，同時，也鍛煉了相互之間的協(xié)同工作能力。在此，十分感謝任曉智老師的細心指導，感謝同學們的互相幫助。在以后的學習生活中，我將繼續(xù)刻苦努力，不段提高自己。
本說明書主要是汽車變速箱的換擋機構中變速換擋叉的有關工藝規(guī)程的設計說明,由于本身及小組成員能力水平有限，設計存在許多錯誤和不足之處，懇請老師給予指正，謝謝~！
參考文獻
1、《機械制造技術基礎課程設計指導教程》。鄒青主編 2007年1月。
機械工業(yè)出版社
2、《工程材料及成形技術基礎》。呂廣庶 張遠明主編 2001年9月。
高等教育出版社
3、《機床夾具設計手冊第二版》。東北重型機械學院 洛陽工學院 一汽職工大學編
1984年12月 上?？茖W技術出版社
4、《機械設計機械設計基礎課程設計》。王昆 何小柏 汪信遠主編1995年12月
高等教育出版社
5、《機械制造技術基礎》。于駿一主編 2007年2月
機械工業(yè)出版社
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