目錄緒 論 .1第一章 零件的分析 21.1 零件作用 21.2 零件的工作原理 .21.3 零件的工藝分析 .2第二章 工藝規(guī)程設計 32.1 材料選取 32.2 基面的選擇 .32.3 制定工藝路線 .42.4 機械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定 .5第三章 夾具設計 .113.1 專用鉆床夾具設計 113.2 方案設計 12致 謝 15參 考 文 獻 161緒 論課程設計是在完成了四年的專業(yè)課學習，并進行了大量生產實習的基礎上進行的最后的一個教學環(huán)節(jié)。此次設計我們綜合運用所學的機械制造與自動化專業(yè)課，尤其是機械制造工藝學及機械加工工藝學的基本理論，結合生產實習中所積累的知識和經(jīng)驗，在老師的指導下，獨立分析和解決零件加工工藝問題，初步具備了設計一個中等復雜程度零件（高低檔撥叉）的工藝規(guī)程的能力，同時也提高了自己查閱和運用有關手冊、圖表、運用 AUTOCAD 軟件等技術資料及編寫技術文件的技能，是很重要的一次實踐環(huán)節(jié)。在設計中遇到了很多技術方面的問題，在進行查閱資料和老師的幫助下，修改核對后問題都一一解決。設計過程中除了考察我們專業(yè)課的能力之外還培養(yǎng)了我們分析問題、解決問題和克服困難的能力，為我以后的工作奠定了良好的基礎，更是對我們三年專業(yè)課學習的一個良好的總結。由于能力所限，經(jīng)驗不足，設計中肯定有很多不足之處，希望老師多加指教。2第一章 零件的分析1.1 零件作用拖拉機高低檔撥叉位于拖拉機的變速機構中，主要用于高低檔之間的快速轉換，使操作者方便的從一個較高的速度降到一個較低的速度，也可以方便的從一個較高的速度升到一個較高的速度。1.2 零件的工作原理拖拉機的高低檔撥叉是在變速機構中推動滑動齒輪的，滑動齒輪上有一個環(huán)形槽，撥叉就騎在這個槽里，當駕駛員推動變速桿時，變速桿帶動撥叉軸，撥叉軸又帶動撥叉，撥叉在推動齒輪，改變齒輪的傳動比，以達到變速。1.3 零件的工藝分析根據(jù)零件圖分析可知，高低檔撥叉主要有兩處加工面，其間有一定的位置度要求。1.以 φ15 孔為中心的加工面，這一組加工面包括：φ15 孔的加工，以及孔上下端面的加工?？妆谏嫌幸粋€ φ5 的小孔，用來裝配的時候鉆鉸，這三個有一定的位置度要求，不是很高。2.撥叉腳的加工面：這一組包括撥叉腳的端面以及內側面，端面是圓弧R39.5 和以偏離中心 18 度 56 分，相距 7 為圓心的 R46 形成的圓弧臺階，內側面是 R39.5 的圓弧面，這兩組表面有一定的位置度要求，即撥叉兩端面與 φ15 孔的中心線有一定的垂直度要求，由上面分析可知，加工時候應先加工一組表面，在以這組加工過的表面為基準加工另一組。3.主要技術要求鑄件時經(jīng)時效處理；淬火區(qū)表面硬度不能低于 HRC500；未注圓角 R334.加工表面要求見指導書 P9第二章 工藝規(guī)程設計2.1 材料選取根據(jù)撥叉的作用原理及工作環(huán)境可知撥叉最容易磨損的地方是和環(huán)形槽接觸的部位，在高速旋轉下，撥叉不轉，而齒輪高速旋轉，所以要有一定的耐磨性。撥叉還要承受一定的震蕩和沖擊，所以要有一定的韌性和強度。否則撥叉容易失效，而掛不上檔。根據(jù)以上分析，查工程材料手冊可知，球墨鑄鐵，鑄鋼，45 鋼有這方面的綜合性能。零件的生產綱領為每年 8000 件，單班作業(yè)，可知屬于中小零件的大批大量生產，所以要考慮到零件毛胚的生產方便性和快捷性。上面材料前三個可以鑄造，適合大批大量生產，45 鋼鍛造也適合這樣的生產。經(jīng)濟上考慮，材料價格一次升高，但鑄造很麻煩，同時工作環(huán)境不好，工人強度大。經(jīng)以上綜合分析分析，球墨鑄鐵和 45 鋼比較適合生產的需要，又考慮到零件的強度要求和耐用性及安全性，選擇 45 鋼，鍛造生產。45 鋼：強度較高，塑性很韌性較好，用于制造受載荷較大的消截面調質件和應力較小的大型正火零件，以及對心部強度要求不高的表面淬火件：如曲軸，齒輪，蝸桿，鍵，銷等。水淬時候有形成裂紋的傾向，形狀復雜的零件應在熱水油中淬火，其焊接性較差。鍛造方法：自由鍛造適合單件小批量的生產，模鍛和精密模鍛適合大批大量的生產，但精密模鍛經(jīng)濟性不很合理，所以選用金屬模鍛。2.2 基面的選擇基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確合理可以加4工的精度和質量得到保證，生產效率得以提高，否則加工過程中問題百出，更有甚者造成大批零件的報廢，使生產無法進行。2.2.1.粗基準的選擇粗基準主要是為了可靠方便的加工出精基準來，主要考慮一下基本原則。1.為了保證不加工表面與加工表面之間的相互位置關系，應首先考慮選擇不加工的表面作為粗基準，當零件有多個不加工表面時候，應選擇與加工面相對位置關系要求較高的不加工表面。2.為了使定位穩(wěn)定，可靠，夾具結構的簡單，操作方便，作為粗基準的表面應不是分型面，應盡量平整光潔。有以上原則根據(jù)零件圖和零件毛胚的成型方法可選擇用一個 V 型塊限制起主要定位作用，同時在用兩個定位銷限制叉口的位置，這樣來加工 φ15 孔，后在用此孔定位來加工其他面和孔，具體的分析下面會詳細敘述。2.2.2.精基準的選擇：考慮的基準的重合原則，以及基準統(tǒng)一原則。選擇 φ15 孔來作為定位的精基。2.3 制定工藝路線制定工藝路線得出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證,在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產成本盡量下降。2.3.1.工藝路線方案一工序一 粗、精銑 φ15 上下端面工序二 鉆、擴、鉸、精鉸 φ15 孔工序三 粗、臺鉆倒角工序四 校正撥叉腳工序五 粗銑叉口兩端面工序六 銑 R39.5 圓弧內側面工序七 精銑叉口兩端面工序八鉆鉸 φ5 孔5工序九去毛刺工序十撥叉腳局部淬火工序十一 清洗工序十二檢驗這一工藝路線生產效率高，但對夾具的精度有有一定的要求2.3.2.藝路線方案二工序一 鉆、擴、鉸、精鉸 φ15 孔工序二 粗、精銑 φ15 上下端面工序三 粗、臺鉆倒角工序四 校正撥叉腳工序五 粗銑叉口兩端面工序六 銑 R39.5 圓弧內側面工序七 精銑叉口兩端面工序八鉆鉸 φ5 孔工序九去毛刺工序十撥叉腳局部淬火工序十一 清洗工序十二檢驗本工藝路線生產效率也不錯，但是對毛坯精度要求太高，同時沒有遵循先面后孔的加工原則結合零件的精度的要求以及加工的方便和快捷性，同時考慮到經(jīng)濟效益，選擇工藝路線一加工2.4 機械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的確定1.加工工序設計、工序尺寸計算：拖拉機高低檔撥叉，材料為 45 鋼，生產類型大批量，鍛造毛胚。據(jù)以上原始資料及加工路線，分別確定各家工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：工序 工序內容 單邊余量 工序尺寸 表面粗糙度工序 1 粗、精銑 φ15 上下端面 1.5mm 30mm 12.56工序 2 1.鉆 φ15H9 孔2.擴 φ15H9 孔3.鉸 φ15H9 孔4.精鉸 φ15H9 孔7mm0.8mm0.15mm0.05mmφ14mmφ14.8mmφ14.95mmφ15.00mm12.56.33.23.2工序 3 粗、臺鉆倒角 1mm 1mm×45° 12.5工序 5 粗銑叉口兩端面 1mm 8mm 12.5工序 6 粗銑 R39.5 圓弧內側面 1．5mm 39.5mm 12.5工序 7 精銑叉口兩端面 0.5mm 7mm 6.3工序 8 鉆鉸 φ5H11 孔 2.5 φ5H11（ +0.0750）mm12.52.選擇加工設備及工藝裝備工序一 X62W 臥式銑床，YG6，銑床夾具，卡尺工序二 Z515 鉆床，標準錐柄 φ14 麻花鉆，φ14.8 YT15 擴孔刀，φ14.95 鉸刀、φ15 精鉸刀、φ15H9 孔用塞規(guī)、專用夾具，卡尺 工序四 鉗工臺、校正工具工序五 X62W 臥式銑床，YT15 三面刃銑刀，銑床夾具，卡尺工序六 X62W 臥式銑床，YT15 三面刃銑刀，銑床夾具，卡尺工序七 X62W 臥式銑床，YT15 三面刃銑刀，銑床夾具，卡尺工序八 Z515 鉆床，標準錐柄 φ5 麻花鉆，專用夾具，卡尺工序九 鉗工臺3.選擇切削用量、確定時間定額 工序一 粗、精銑 φ15 上下端面1. 加工條件工件材料：45 鋼 HRC55~62，鍛造。機床：K62W 臥式銑床。刀具：W18Cr4V 硬質合金鋼端銑刀,牌號 YG6。銑削寬度 a＜60,深度 aPcc=2.7kw。故校驗合格。6）計算基本工時tm＝L/ V f=(72+9)/375=0.216min.結果 ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.工序二 鉆、擴、鉸、精鉸 φ15 孔見指導書 P13 ②鉆孔部分工序六 粗銑 39.5 圓弧內側面以 φ15 孔為基準，粗銑圓弧面。工件材料：45 鋼 HRC55~62，鍛造。查文獻[1]表 2.3-59 平面加工余量，得到精加工余量 ZP 精為 1mm。已知 N 面總余量 ZP 總為 2.5 mm。故粗加工余量為 ZP 粗=2.5-1=1.5mm。 查文獻[1]表 2.6-6，得粗加工公差等級為 IT11～14，取 IT11，其公差 TP 粗=0.13mm，所以，XP 粗=25 mm。0.65?校核精銑余量 ZP 精：ZP 精 min= XP 粗 min- XP 精 max=(25 -0.13)-(24+0.05)=0.82mm故余量足夠。參考文獻[1]表 2.4-73,取粗銑的每齒進給量 為 0.2 mm/z; 取精銑的每轉fz進給量 f=0.5 mm/r 粗銑走刀一次, ap=1.5mm, 精銑走刀一次, ap=1mm。參考文獻[1]表 3.1-74,取，取粗銑的主軸轉速為 150r/min 精銑的主軸轉速為 300r/min,因前面已選定銑刀直徑為 D=100mm，則相應的切削速度分別為：8V 粗 = 10Dn?= m/min3.485?=37.7m/minV 精 = 10Dn?= m/min3.48?=75.4m/min校核機床功率（只校核粗加工工序）：參考[4]表 9.4-10，得切削功率 Pm為：PM=167.9×10-5×ap0.9×fz0.74×ae×Z×n×kpm取 Z=10 個齒，n=150/60=2.5r/s,a e=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,將它們代入式中得：PM=167.9×10-5×1.50.9×0.20.74×168×10×2.5×1=3.09KW又有[4]表 3.1-73 得機床功率為 4.5KW，若取效率為 0.85，則4.5×0.85=3.825KW﹥3.09KW.故機床的功率足夠。參考文獻[1]表 3.1-74,取，取粗銑的主軸轉速為 150r/min 精銑的主軸轉速為 300r/min,因前面已選定銑刀直徑為 D=100mm，則相應的切削速度分別為：V 粗 = 10Dn?= m/min3.485?=37.7m/minV 精 = 10Dn?9= m/min3.1480?=75.4m/min校核機床功率（只校核粗加工工序）：參考[4]表 9.4-10，得切削功率 Pm為：PM=167.9×10-5×ap0。9 ×fz0.74×ae×Z×n×kpm取 Z=10 個齒，n=150/60=2.5r/s,a e=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,將它們代入式中得：PM=167.9×10-5×1.50.9×0.20.74×168×10×2.5×1=3.09KW 又有[4]表 3.1-73 得機床功率為 4.5KW，若取效率為 0.85，則4.5×0.85=3.825KW﹥3.09KW.故機床的功率足夠。查文獻[1]表 2.3-59 平面加工余量，得到精加工余量 ZP 精為 1mm。已知 N 面總余量 ZP 總為 2.5 mm。故粗加工余量為 ZP 粗=2.5-1=1.5mm。查文獻[1]表 2.6-6，得粗加工公差等級為 IT11～14，取 IT11，其公差 TP 粗=0.13mm，所以，XP 粗=25 mm。0.65?參考文獻[1]表 2.4-73,取粗銑的每齒進給量 為 0.2 mm/z; 取精銑的每轉fz進給量 f=0.5 mm/r 粗銑走刀一次, ap=1.5mm, 精銑走刀一次, ap=1mm。參考文獻[1]表 3.1-74,取，取粗銑的主軸轉速為 150r/min 精銑的主軸轉速為 300r/min,因前面已選定銑刀直徑為 D=100mm，則相應的切削速度分別為：V 粗 = 10Dn?= m/min3.485?=37.7m/minV 精 = 10Dn?10= m/min3.1480?=60.8m/min校核機床功率（只校核粗加工工序）：參考[4]表 9.4-10，得切削功率 Pm為：PM=167.9×10-5×ap0.9×fz0.74×ae×Z×n×kpm取 Z=10 個齒，n=150/60=2.5r/s,a e=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,將它們代入式中得：PM=167.9×10-5×1.50.9×0.20.74×168×10×2.5×1=3.09KW又有[4]表 3.1-73 得機床功率為 4.5KW，若取效率為 0.85，則4.5×0.85=3.825KW﹥3.09KW.故機床的功率足夠。工序七：精銑叉口兩端面1. 加工條件工件材料：45 鋼 HRC55~62，鍛造。機床：K62W 臥式銑床。刀具：牌號 YT15。銑削寬度 ae60,深度 apPcc=2.7kw。故校驗合11格。6）計算基本工時tm＝L/ V f=(72+9)/375=0.216min.結果 ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.12第三章 夾具設計3.1 專用鉆床夾具設計 1、夾具設計要求 已知工件材料為 45 鋼，毛坯為模鍛件，所用機床為 Z515 型立式鉆床，大批生產規(guī)模。 試為該工序設計一鉆床夾具。 2、夾具的設計方案 分析： ①孔 Φ5mm 為自由尺寸，可一次鉆削保證。該孔在軸線方向的設計基準距離 右端面15+0.1mm；在徑向方向的設計基準是孔 Φ15H11 的中心線， 其對稱度要求為 0.2mm，該尺寸精度可以通過鉆模保證。 ②孔：Φ15H11、鉆底孔 ③立鉆 Z515 的最大鉆孔直徑為 Φ15mm，主軸端面到工作臺面的最大距離 H 為 700mm， 工作臺面尺寸為 375mm~500mm，其空間尺寸完全能夠滿足夾具的布置和加工范圍的要求。 ④本工序為單一的孔加工，夾具可采用固定式。3.2、方案設計1、定位基準的選擇：為了保證孔 Φ5mm 對基準孔 Φ15H11 垂直并對該孔中心線的對稱度符合要求，應當限制工件 X 的平移、Y 軸旋轉、Z 軸旋轉，三個自由度；為保證孔Φ8.4 處于撥叉的對稱面內且不發(fā)生扭斜，應當限制 Y 軸旋轉自由度；為由于 Φ5mm 為通孔，深度方向的自由度 Z 的平移可以不加限制，因此，本夾具應當限制 4 個自由度?？?Φ15H11 是已經(jīng)加工好的，且又是本工序要加工的孔 Φ5mm 的設計基準，按照基準重合原則，選擇它作為主要定位基準是比較恰當?shù)?。若心軸水平放置并與鉆床主軸垂直和共面，則所鉆的孔與基準孔之間的垂直度與對稱度就可以保證，其定位精度取決于配合間隙。為限制 自由度，應以撥叉槽口 mm 為定位基準。這時有兩種定位方案。如圖所示圖（a）是在叉口的一個槽面上布置了一個防轉銷；圖（b）是利用插口的兩側面布置一個大削邊銷，其尺寸采用 Φ51g6，從定位穩(wěn)定和有利于夾緊來考慮，一方案較好。(a) (b)13為限制其自由度，定位元件的布置有以下三種方案：a.以 D 面定位，這時定位基準與設計基準b.以槽口兩側面中的任一面為定位基準，采用圓柱銷單面定位，這時，由于設計基準是槽的對稱中心線，屬于基準不重合，槽口尺寸辯護所形成的基準不重合誤差為 0.05mm。c.以槽口兩側面為定位基準，采用均有對稱機構的定位零件（可伸縮的錐形定位銷）定位，此時，定位基準與設計基準完全重合，定位間隙也可以消除。在這三個方案中，第一方案不能保證加工精度；第二方案具有結構簡單、定位誤差可以保證的優(yōu)點；第三方案定位誤差為零，但結構比前兩方案復雜些。從大批量生產的條件來看，第三方案雖結構復雜一點，卻能完成加緊的任務，因此第三方案是較合適的。2、夾緊機構的確定：當定位機構水平放置時，在 Z515 立鉆上鉆 Φ5mm 孔的鉆削力和扭矩具有定位心軸來承擔。在心軸軸向施加軸向力夾緊。這時，可在心軸端部采用螺紋夾緊裝置，夾緊力與切削力處于垂直狀態(tài)。這種結構雖然簡單，但裝卸工件卻比較麻煩。總體結構按設計步驟，先在各視圖部位用雙點畫線畫出工件的外形，然后圍繞工件布置定位、夾緊和導向元件（見圖 3）,再進一步考慮零件的裝卸、各部件結構單元的劃分、加工時操作的方便性和結構工藝性的問題，使整個夾具形成一個整體。圖 3圖 4 為該夾具的總體結構設計圖，從該圖可以看出，該夾具具有如下結構特點。① 夾具體采用整體鍛件結構，剛性較好。② 定位心軸 6 和定位防轉扁銷 1 均安裝在夾具體的立柱上，通過夾具體上的孔與底面的平行度來保證心軸與夾具底面的平行度要求。③為了便于裝卸零件和鉆孔后進行攻絲，夾具采用了鉸鏈式鉆模板結構。鉆14模板 4 用銷軸 3 采用基軸制裝在模板座 7 上，翻下時與支撐釘 5 接觸，以保證鉆套的位置精度，并用鎖緊螺釘 2 鎖緊④鉆套孔對心軸的位置，在裝配時，通過調整模板座來達到要求。在設計時，提出了鉆套孔對心軸軸線的位置度要求 Φ0.04mm。來調整達到此要求后，在模板座與夾具體上配鉆鉸定位孔、打入定位銷使之位置固定。圖 4確定夾緊機構針對小批生產，選用螺母夾緊機構。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=16015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。3、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。4、夾具操作簡要說明本夾具使用在立式鉆床上，加工撥叉 Φ5mm 孔。工件以 Φ15H11 孔、R39+01 0mm 叉口，分別在定位心軸、削邊銷。16致 謝參 考 文 獻[1] 李益民.機械制造工藝設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社 ,1993[2] 王可紹.機械制造工藝設計手冊.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版 ,1984 [3] 屬切削手冊（第三版）.上海：上?？茖W技術出版社， 2003[4] 張耀宸.機械加工工藝設計手冊.航空工業(yè)出版社,1987[5] 張龍勛.機械制造工藝學課程設計指導.北京：機械工業(yè)出版社， 1993[6] 孟少農.機械加工工藝手冊第一、二卷.北京：北京機械工業(yè)出版社 ,1991[7] 王光斗、王春福.機床夾具設計手冊（第三版）.上海：上?？茖W技術出版社 ,1990[8] 李華.機械制造技術（第二版）.北京：高等教育出版社 .2005[9] 司乃鈞、許德珠.熱加工工藝基礎.高等教育出版社.2004