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鎮(zhèn) 江 高 專 ZHENJIANG COLLEGE 畢 業(yè) 設 計 （論 文） 變速器換擋叉工藝工裝設計 Transmission shift Forks tooling design 題 目∶ 變速器換擋叉工藝工裝設計 系 名： 機械工程系 專業(yè)班級： 機電W072 學生姓名： 李 婷 學 號： 070108218 指導教師姓名： 張 晶 指導教師職稱： 副教授 二○一二年六 月 十五 日 目錄 摘要 3 引 言 4 第一章 零件的分析 5 第二章 工藝規(guī)程的設計 6 2.1確定毛坯的的制造形式 6 2.2基準的選擇 6 2.3制訂工藝路線 6 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 8 2.5確定切削用量及基本工時 9 第三章 專用夾具的設計 19 3.1鉆、攻M10螺紋的夾具設計 19 3.1.1問題提出 19 3.1.2 定位基準的選擇 19 3.1.3定位元件的設計 19 3.1.4切削力及夾緊力計算 19 3.1.5 夾具設計及操作簡要說明 19 3.2銑撥叉寬51面的夾具設計 21 3.2.1 問題的提出 21 3.2.2 定位基準的選擇 21 3.2.3定位元件的設計 21 3.2.4 切削力及夾緊力計算 21 3.2.5 定向鍵與對刀裝置設計 23 3.2.6 夾具設計及操作簡要說明 25 總 結 26 致 謝 27 參 考 文 獻 28 2 變速器換擋叉 專業(yè)班級：機電W072 學生姓名：李婷 指導教師：張晶 職稱：副教授 摘 要：本次設計內容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。 撥叉的加工工藝規(guī)程及其銑叉口面與鉆M10螺紋的夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。銑叉口面以Φ15.81F8孔及其端面作為來定位基準，以工件的另外一個端面作為輔助基準，實現工件的完全定位，夾緊則是通過調節(jié)螺母來實現；鉆M10螺紋以Φ15.81F8孔及其端面作為定位基準，以一削邊銷作為輔助基準，實現工件的完全定位，夾緊則是由快換墊圈、螺母、心軸等組成。 關鍵詞： 夾緊 定位 基準 ABSTRCT：The design of the content relates to the machinery manufacturing technology and machine tool fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measuring and other aspects of knowledge. Fork processing procedures and milling fork and drill M10 threads of fixture design is including machining process design, process design and fixture design in three parts. Milling fork with diameter 15.81F8hole and end as to the locating datum to the workpiece, another end as auxiliary reference, realize the workpiece positioning, clamping is realized through adjusting nut; screw thread hole drilling M10than 15.81F8and its face as a positioning reference, to an edge cutting pin as auxiliary reference, to achieve workpiece positioning, clamping is fast changing washer, nut, the mandrel. Key words: clamping positioning datum 引 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品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經濟發(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濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 撥叉的加工工藝規(guī)程及其銑叉口面與鉆M10螺紋的夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行設計之后的下一個教學環(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，并設計出專用夾具，保證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產實踐的需要，只有將各種理論與生產實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 第一章 零件的分析 從變速器換擋叉的零件圖上可以看出，它有兩組加工表面，這兩組加工面之間也有一定的位置要求，現將這兩組加工面分述如下： 1. 以?15.81mm孔為中心的加工面 這一組加工面包括：?20.5圓的左右端面， ?15.81mm孔以及對其倒角。 2. 叉口處的加工面 這一組加工面包括：銑叉口的2端面面，銑叉口內側面，其中外端面和Φ15.81孔有垂直度要求，這就要求我們要以Φ15.81內孔定位加工這2端面，以保證端面和Φ15.81孔的垂直度。 第二章 工藝規(guī)程的設計 2.1 、確定毛坯的的制造形式 零件材料為35，零件在工作過程中經常受到沖擊性載荷，采用這種材料零件的強度也能保證。由于零件成批生產，而且零件的輪廓尺寸不大，選用鍛造，鍛造精度為2級，能保證鍛件的尺寸要求，這從提高生產率和保證加工精度上考慮也是應該的。 2.2 、基準的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。 粗基準的選擇：對于零件的加工而言，粗基準的選擇對后面的精加工至關重要。從零件圖上可以看出，變速器換擋叉較不規(guī)則，所以粗基準不太容易選擇。為了保證?15.8mm孔的位置精度的要求，選擇叉口內圓面和Ф20.5的右端面作為粗基準，以保證孔的軸心線與叉口的X、Y方向的位置要求以及?15.8mm孔軸心線的垂直度，依照粗基準的選擇原則 （即當零件有不加工表面時，應該以這些不加工表面作為粗基準，若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面做為粗基準）來選取。 工件被放在支撐板上，限制三個自由度；工件的大叉口內表面緊靠在兩個支承釘的外圓柱面上，限制兩個自由度；小頭?15mm 孔的端面緊靠在支承釘上，限制一個自由度，實現完全定位。 對于精基準而言，主要應該考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。 2.3 、制訂工藝路線 制訂工藝路線的出發(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。在生產綱領已確定為成批生產的條件下，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量降下來。 方案一 工序10：鍛造。 工序20：調質處理 工序30：銑Φ20.5左端面 工序40：銑Φ20.5右端面及寬11的面 工序50：鉆，擴，鉸Φ15.81F8孔 工序60：銑寬16.5的面 工序70：鉆寬16.5的面上M10的螺紋底孔Φ8.5，攻絲M10 工序80：銑叉口的左右端面 工序90：銑叉口寬51的面 工序100：銑寬9.65的左右端面 工序110：銑寬14的槽 工序120：清洗去毛刺 工序130：驗收 工序140：入庫 方案二 工序10：鍛造 工序20：調質處理 工序30：銑Φ20.5左端面 工序40：銑Φ20.5右端面及寬11的面 工序50：銑寬16.5的面鉆， 工序60：銑叉口的左右端面 工序70：銑叉口寬51的面 工序80：擴，鉸Φ15.81F8孔 工序90：鉆寬16.5的面上M10的螺紋底孔Φ8.5，攻絲M10 工序100：銑寬9.65的左右端面 工序110：銑寬14的槽 工序120：清洗去毛刺 工序130：驗收 工序140：入庫 對方案一和方案二進行比較，可知方案二將Φ15.8孔的加工放在銑叉口的左右端面后，由零件圖我們知道，Φ15.8孔和銑叉口的左右端面有垂直度要求，為了保證他們之間的垂直度要求，應將Φ15.8孔的加工放到前面，這樣不但可以保證他們之間的垂直度要求，而且為后面工序的加工，提供了定位基準，節(jié)省了時間，進而提高了效率，所以我們選擇方案一。 具體的加工路線如下 工序10：鍛造。 工序20：調質處理 工序30：銑Φ20.5左端面 工序40：銑Φ20.5右端面及寬11的面 工序50：鉆，擴，鉸Φ15.81F8孔 工序60：銑寬16.5的面 工序70：鉆寬16.5的面上M10的螺紋底孔Φ8.5，攻絲M10 工序80：銑叉口的左右端面 工序90：銑叉口寬51的面 工序100：銑寬9.65的左右端面 工序110：銑寬14的槽 工序120：清洗去毛刺 工序130：驗收 工序140：入庫 2.4 、機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 撥叉零件材料為 35，硬度選用180HBS，毛坯重約1Kg。生產類型為成批生產，采用鍛造， 2級精度組。 根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量，對毛坯初步設計如下： 1. ?20.5圓的左右端面 ?20.5圓的左右端面的粗糙度為12.5,進行一次粗銑即可滿足要求，查《機械工藝學及夾具設計指導》表2-12，知Z=2.0mm 2. ?15.8mm的孔 M10 因為孔最大只有15.8mm，因此在鑄造時不容易鑄造出，因此在毛坯的設計時，不宜設計底孔。因此毛坯采用實心鑄造。以確保毛坯的成功率。 2. 叉口側面 該叉口兩側面粗糙度都是6.3，進行一次粗銑即可滿足光潔度要求。根據資料可知，選取加工余量等級為G，選取尺寸公差等級為9級。 所以根據相關資料和經驗可知，毛坯的叉口厚度定為2.0mm，符合要求。 3. 叉口內圓面 叉口內圓面的圓弧半徑為R28.5mm，光潔度要求沒有，直接鑄造出來，查資料知，砂型鑄造機械翻砂造型的尺寸公差等級為8~10級， 4.寬9.65和16.5的面 寬9.65和16.5的兩側面，粗造度為6.3,12.5，進行一次粗銑即可滿足要求，查《機械工藝學及夾具設計指導》表3-3知Z=2.0mm 5.寬14.2的槽 因其寬度只有14.2，粗糙度為12.5，所以直接鑄造成實心 其它表面均為不加工表面，而且鍛造出的毛坯表面就能滿足它們的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。 2.5、 確定切削用量及基本工時 工序10：鍛造 工序20：調質處理 工序30：銑Φ20.5左端面 1. 選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質合金套式端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1） 決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 2） 決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?450 當＝1450r/min時 按機床標準選取 3） 計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工序40：銑Φ20.5右端面及寬11的面 1. 選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質合金套式端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選取＝1450 當＝1450r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工序50：鉆，擴，鉸Φ15.81F8孔 工步一鉆孔至φ14 確定進給量：根據參考文獻Ⅳ表2-7，當鋼的，時，。由于本零件在加工Φ14孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘以系數0.75，則 根據Z525機床說明書，現取 切削速度：根據參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根據機床說明書，取，故實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 工步二：擴孔 利用鉆頭將孔擴大至，根據有關手冊規(guī)定，擴鉆的切削用量可根據鉆孔的切削用量選取 根據機床說明書，選取 則主軸轉速為，并按車床說明書取，實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 工步3：鉸孔 根據參考文獻Ⅳ表2-25，，，得 查參考文獻Ⅴ表4.2-2，按機床實際進給量和實際轉速，取，，實際切削速度。 切削工時：，，，則機動工時為 工序60：銑寬16.5的面 1. 選擇刀具 刀具選取不重磨損硬質合金套式端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?450 當＝1450r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工序70：鉆寬16.5的面上M10的螺紋底孔Φ8.5，攻絲M10 工步一：鉆寬16.5的面上M10的螺紋底孔Φ8.5 選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6） 由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得 （《切削》表2.15） 按機床選取 基本工時： 工步二：攻螺紋M10mm 選擇M10mm高速鋼機用絲錐 等于工件螺紋的螺距，即 按機床選取 基本工時： 工序80：銑叉口的左右端面 1. 選擇刀具 刀具選取三面刃銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選取＝225 當＝225r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時： ，，則機動工時為 工序90：銑叉口寬51的面 臥式銑床X62 選擇刀具 刀具選取高速鋼三面刃銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據X62型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?450 當＝1450r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時： ，，則機動工時為 工序100：銑寬9.65的左右端面 立式銑床X51 選擇刀具 刀具選取立銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據X62型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?450 當＝1450r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時： ，，則機動工時為 總的工時：T=2t=1.242min 工序110：銑寬14.2的槽 立式銑床X51 選擇刀具 刀具選取立銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據表查出 ，則 按機床標準選?。?450 當＝1450r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時： ，，則機動工時為 工序120：清洗去毛刺 工序130：驗收 工序140：入庫 第三章 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。有老師分配的任務，我被要求設計工序70:鉆、攻M10螺紋 工序90：銑叉口寬51的面，選用機床：Z525鉆床，X51銑床 3.1、鉆、攻M10螺紋的夾具設計 3.1.1問題提出 本夾具主要用來鉆、攻M10螺紋 3.1.2 定位基準的選擇 以Φ15.81F8孔及其端面作為定位基準，工件的另一端面作為輔助基準 3.1.3定位元件的設計 本工序選用的定位基準為Φ15.81F8孔及其端面，工件被完全定位，所選的定位元件為：心軸、削邊銷、夾具體的表面 3.1.4切削力和夾緊力的計算 由于本道工序主要完成工藝孔的鉆孔加工，鉆削力。由《切削手冊》得： 鉆削力 式（5-2） 鉆削力矩 式（5-3） 式中： 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工藝孔時，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進行夾緊立計算無太大意義。 3.1.5夾具設計及簡要操作說明 本工件采用一面、一心軸、一削邊銷定位，通過螺母、心軸、快換墊圈夾緊工件，這樣操作更加簡單，迅速，特別適合大批量生產，總體來說這套夾具是非常不錯的。能滿足批量生產要求 裝配圖附圖如下： 3.2、銑撥叉寬51面的夾具設計 3.2.1 問題的提出 本夾具主要用于銑撥叉寬51面，屬于工序90 3.2.2 定位基準的選擇 以Φ15.81F8孔及其端面作為定位基準，工件的另外一端面作為輔助基準，來實現工件的完全定位。 3.2.3 定位元件的設計 定位基準為Φ15.81F8孔及其端面、工件另外一端面，對應該的定位元件分別為：心軸、夾具體表面、削邊銷 3.2.4 切削力及夾緊力計算 （1）刀具： 采用三面刃銑刀 φ80mm 機床： X62臥式銑床 由[3] 所列公式 得 查表 9.4—8 得其中： 修正系數 z=24 代入上式，可得 F=986.1N 因在計算切削力時，須把安全系數考慮在內。 安全系數 K= 其中：為基本安全系數1.5 為加工性質系數1.1 為刀具鈍化系數1.1 為斷續(xù)切削系數1.1 所以 （2）夾緊力的計算 選用夾緊螺釘夾緊機 由 其中f為夾緊面上的摩擦系數，取 F=+G G為工件自重 夾緊螺釘： 公稱直徑d=6，材料45鋼 性能級數為6.8級 螺釘疲勞極限： 極限應力幅： 許用應力幅： 螺釘的強度校核：螺釘的許用切應力為 [s]=3.5~4 取[s]=4 得 滿足要求 經校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠， 3.2.5定向鍵與對刀裝置設計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。 根據GB2207—80定向鍵結構如圖所示： 圖 3.3 夾具體槽形與螺釘圖 根據T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結構尺寸如下： 表 3.1 定向鍵數據表 B L H h D 夾具體槽形尺寸 公稱尺寸 允差d 允差 公稱尺寸 允差D 18 -0.011 -0.027 25 12 5 12 6.8 17 +0.023 6 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 塞尺選用平塞尺，其結構如下圖所示： 圖 3.5 平塞尺圖 塞尺尺寸為： 表 3.2 平塞尺尺寸表 公稱尺寸H 允差d C 1 -0.006 0.25 3.2.6 夾具設計及操作簡要說明 本工件采用夾具體表面、心軸、削邊銷來實現工件的定位， 夾緊則是通過調節(jié)螺母來實現，這樣操作簡單，迅速，特別適合大批量生產，總體來說這套夾具是非常不錯的。能滿足批量生產要求 夾具裝配圖如下： 總 結 設計是大學學習中最重要的一門科目，它要求我們把大學里學到的所有知識系統(tǒng)的組織起來，進行理論聯系實際的總體考慮，需把金屬切削原理及刀具、機床概論、公差與配合、機械加工質量、機床夾具設計、機械制造工藝學等專業(yè)知識有機的結合起來。同時也培養(yǎng)了自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既了解了基本概念、基本理論，又注意了生產實踐的需要，將各種理論與生產實踐相結合，來完成本次設計。 設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),更是在學完大學所學的所有專業(yè)課及生產實習的一次理論與實踐相結合的綜合訓練。這次設計雖然只有三個月時間，但在這三個月時間中使我對這次設計有了很深的體會。 這次設計使我以前所掌握的關于零件加工方面有了更加系統(tǒng)化和深入合理化的掌握。比如參數的確定、計算、材料的選取、加工方式的選取、刀具選擇、量具選擇等； 也培養(yǎng)了自己綜合運用設計與工藝等方面的知識； 以及自己獨立思考能力和創(chuàng)新能力得到更進一步的鍛煉與提高；再次體會到理論與實踐相結合時，理論與實踐也存在差異。 回顧起此次設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到完成定稿，從理論到實踐，在整整一學期的日子里，可以說學到了很多很多的的東西，同時鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正的實用，在生產過程中得到應用。在設計的過程中遇到了許多問題，當然也發(fā)現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次設計，讓自己把以前所學過的知識重新復習了一遍。 這次設計雖然順利完成了，也解決了許多問題，也碰到了許多問題，老師的辛勤指導下，都迎刃而解。同時，在老師的身上我也學得到很多額外的知識，在此我表示深深的感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位教研室指導老師再次表示忠心的感謝！ 致 謝 這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數據存在大量的重復和重疊，由于經驗不足，在選取數據上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設計。 這次設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下她的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，她都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參 考 文 獻 1、機械制造工藝學（有電子版） 2、機床夾具設計（有電子版） 3、金屬機械加工工藝人員手冊 4、機床夾具設計設計手冊 5、機床夾具設計設計圖冊 6、實用機械加工手冊（有電子版） 7、機械加工余量手冊（有電子版） 8、機械加工工藝師手冊（有電子版） 29