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課程設計（論文） 題 目 變速叉零件的機械加工工藝及工裝設計 所屬部 所屬專業(yè) 機械設計與制造 所屬班級 學 號 學生姓名 指導教師 起訖日期 摘 要 此次設計是對變速叉零件的加工工藝和夾具設計，其零件為鍛件，具有體積小，零件復雜的特點，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，其機構設計簡單，方便且能滿足要求。 關鍵詞 變速叉，加工工藝，專用夾具，設計 III Abstract This 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, design 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 機械加工工藝概述 1 1.2機械加工工藝流程 1 1.3夾具概述 2 1.4機床夾具的功能 2 1.5機床夾具的發(fā)展趨勢 3 1.5.1機床夾具的現(xiàn)狀 3 1.5.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 3 第2章 變速叉的分析 6 2.1變速叉的工藝分析 6 2.2變速叉的工藝要求 6 第3章 工藝規(guī)程設計 7 3.1 加工工藝過程 7 3.2確定各表面加工方案 7 3.2.1影響加工方法的因素 8 3.2.2加工方案的選擇 8 3.3 確定定位基準 9 3.3.1粗基準的選擇 9 3.3.1精基準選擇的原則 9 3.4工藝路線的擬訂 10 3.4.1工序的合理組合 10 3.4.2工序的集中與分散 11 3.4.3加工階段的劃分 11 3.4.4加工工藝路線方案的比較 12 3.5變速叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 15 3.5.1毛坯的結構工藝要求 15 3.5.2變速叉的偏差計算 16 3.6確定切削用量及基本工時（機動時間） 17 3.7時間定額計算及生產安排 24 第4章 加工軸孔￠45mm夾具設計 27 4.1 研究原始質料 27 4.2 定位、夾緊方案的選擇 27 4.3切削力及夾緊力的計算 27 4.4 誤差分析與計算 28 4.6 夾具設計及操作的簡要說明 29 總結與展望 30 參考文獻 31 致 謝 32 第1章 緒論 1.1 機械加工工藝概述 機械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質量等，使其成為零件的過程稱為機械加工工藝過程。比如一個普通零件的加工工藝流程是粗加工-精加工-裝配-檢驗-包裝，就是個加工的籠統(tǒng)的流程。 機械加工工藝是指用機械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質使其成為合格零件的全過程，加工工藝是工人進行加工的一個依據。 機械加工工藝就是在流程的基礎上，改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質等，使其成為成品 或半成品，是每個步驟，每個流程的詳細說明，比如，上面說的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車，鉗工，銑床，等等，每個步驟就要有詳 細的數(shù)據了，比如粗糙度要達到多少，公差要達到多少。 1.2機械加工工藝流程 機械加工工藝規(guī)程一般包括以上內容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內容及所用的設備和工藝裝備、工件的檢驗項目及 檢驗方法、切削用量、時間定額等。 機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產條件上，把較為合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的形式書寫 成工藝文件，經審批后用來指導生產。制訂工藝規(guī)程的步驟 1) 計算年生產綱領，確定生產類型。 2) 分析零件圖及產品裝配圖，對零件進行工藝分析。 3) 選擇毛坯。 4) 擬訂工藝路線。 5) 確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差。 6) 確定各工序所用的設備及刀具、夾具、量具和輔助工具。 7) 確定切削用量及工時定額。 8) 確定各主要工序的技術要求及檢驗方法。 9) 填寫工藝文件。 在制訂工藝規(guī)程的過程中，往往要對前面已初步確定的內容進行調整，以提高經濟效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過程中，可能會出現(xiàn)前所未料的情況，如生產條件的變化，新技術、新工藝的引進，新材料、先進設備的應用等，都要求及時對工藝規(guī)程進行修訂和完善。 1.3夾具概述 夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。 工具是人類文明進步的標志。自20世紀末期以來，現(xiàn)代制造技術與機械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機床夾具對零件加工的質量、生產率和產品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。 1.4機床夾具的功能 在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。 1．機床夾具的主要功能 機床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。 （1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。 （2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。 2．機床夾具的特殊功能 機床夾具的特殊功能主要是對刀和導向。 （1）對刀 調整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。 （2）導向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導其進行鉆削。導向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導向功能。 1.5機床夾具的發(fā)展趨勢 隨著科學技術的巨大進步及社會生產力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 1.5.1機床夾具的現(xiàn)狀 現(xiàn)代生產要求企業(yè)所制造的產品品種經常更新?lián)Q代，以適應市場激烈的競爭。然而，一般企業(yè)仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產的企業(yè)中，約4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為15%左右。特別是近年來，數(shù)控機床（NC）、加工中心（MC）、成組技術（GT）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術的應用，對機床夾具提出了如上新的要求： 1）能迅速而方便地裝備新產品的投產，以縮短生產準備周期，降低生產成本。 2）能裝夾一組具有相似性特征的工件。 3）適用于精密加工的高精度機床夾具。 4）適用于各種現(xiàn)代化制造技術的新型機床夾具。 5）采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進一步提高勞動生產率。 6）提高機床夾具的標準化程度。 1.5.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標準化四個方面。 精密化 隨著機械產品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1；用于精密車削的高精度三爪卡盤，其定心精度為5μm；精密心軸的同軸度公差可控制在1μm內；又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓度公差可達0.2～0.5μm。 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有：自動化夾具、高速化夾具、具有夾緊動力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用的高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在（試驗）轉速為2600r/min的條件上仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。 柔性化 機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調整、拼裝、組合等方式，以適應可變因素的能力?？勺円蛩刂饕校汗ば蛱卣鳌⑸a批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、拼裝夾具、數(shù)控機床夾具等。在較長時間內，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。 標準化 機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。在制訂典型夾具結構的基礎上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立類型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的結構。通用化方法包括夾具、部件、元件、毛壞和材料的通用化。夾具的標準化階段是通用化的深入，主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列，為夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259—91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產，有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。 計算機輔助機床夾具設計是利用計算機輔助設計CAD技術來完成夾具設計的先進方法。由于夾具種類繁多，結構復雜，其設計過程涉及控制條件多，因此，用于夾具設計的專業(yè)軟件甚少，目前還沒有一種軟件系統(tǒng)能夠將夾具設計完全數(shù)字化。目前，計算機輔助夾具設計一般是采用二維CAD軟件進行。采用二維CAD軟件進行夾具設計，可以提高設計效率和質量，但是其缺點是設計人員首先要閱讀工件二維零件圖，了解零件的加工要求，并將二維零件圖在頭腦中三維實體化；再選擇或設計合適的定位、夾緊等元件和裝置；接上來將上述結構在頭腦中形成夾具三維實體，用二維圖表示，完成夾具的設計。在設計過程中，思維要在三維和二維模型中反復轉換，最終繪制二維的總裝圖。由于繪制三維實體效果的裝配圖難度大，效率低，一般不繪制三維裝配圖。這對夾具設計質量和效率，以及加工和裝配均有不利的影響。3D軟件是一個基于特征的參數(shù)化實體建模設計工具，該軟件完全采用Windows圖形用戶界面，易學易用。借助3D軟件平臺，可以創(chuàng)建三維實體模型；編輯零件裝配體并進行簡單的運動仿真；利用它的動畫功能不僅可以檢查夾具工作的可行性，還能得到夾具零部件裝配和運動過程的動畫文件。 計算機輔助設計（CAD）的功能在于能協(xié)助設計者完成產品設計各階段的工作。本文針對機床夾具進行計算機輔助設計，借助3D軟件平臺，將設計時所用標準零件建立實體模型庫；對于非標準零件，采用交互方式建模方法直接在設計平臺建模并建立非標準模型庫。 采用二維CAD軟件進行設計，它使我們甩掉了圖板，解決r使用繪圖板帶來的諸多弊端?，F(xiàn)在，大量三維實體造型軟件崛起，如PR0／E、UG、3D、SoIidedge等，推動了設計領域的新革命．由于這些三維軟件．不僅僅可創(chuàng)建三維實體模型，還可利用設計出三維模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機構分析、動態(tài)干涉檢查、動力學分析、強度分析等，并且與其它軟件配合可進行零件的數(shù)控加工演示和數(shù)控代碼的生成。這些功能是以往的二維CAD無法比擬的。結合夾具設計的復雜性、高精度性等特點．采用了易學易懂的3D三維實體造型軟件來實現(xiàn)設計過程。 31 第2章 變速叉的分析 2.1變速叉的工藝分析 其小頭孔與底平面有垂直度的公差要求，變速叉底面與大頭孔上平面有平行度公差要求，所要加工的槽，在其槽邊有平行度公差和對稱度公差要求等。因為其尺寸精度、幾何形狀精度和相互位置精度，以及各表面的表面質量均影響機器或部件的裝配質量，進而影響其性能與工作壽命，因此它們的加工是非常關鍵和重要的。 變速叉是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結構形狀較復雜，但其加工孔和底面的精度要求較高，此外還有小頭孔端要求加工，對精度要求也很高。變速叉的底面，所以都要求精加工。 2.2變速叉的工藝要求 設計和工藝是密切相關的，又是相輔相成的。設計者要考慮加工工藝問題。工藝師要考慮如何從工藝上保證設計的要求。一個好的結構不但要應該達到設計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能夠保證加工質量，同時使加工的勞動量最小。 圖2.1 變速叉零件圖 該加工有七個加工表面：平面加工包括變速叉底面、大頭孔上平面；孔系加工包括大、小頭孔、小孔；小頭孔端15的槽加工。 ⑴ 以平面為主有：① 變速叉底面的粗、精銑加工，其粗糙度要求是； ② 叉口端面的粗、精銑加工，其粗糙度要求是。 ⑵ 孔系加工有： ②￠16的小頭孔鉆、擴和鉸加工，其表面粗糙度要求 ； ⑶ 小頭孔端15槽的加工，該槽的表面粗糙度要求是兩槽邊，而槽底的表面粗糙度要求是。 變速叉毛坯的選擇鑄造，因為生產率很高，所以可以免去每次造型。單邊余量一般在，結構細密，能承受較大的壓力，占用生產的面積較小。因其年產量是5000件，由[3]表2.1～3可知是中批量生產。 上面主要是對變速叉零件的結構、加工精度和主要加工表面進行了分析，選擇了其毛坯的的制造方法為鑄造和中批的批量生產方式，從而為工藝規(guī)程設計提供了必要的準備。 第3章 工藝規(guī)程設計 3.1 加工工藝過程 由以上分析可知，該變速叉零件的主要加工表面是平面、孔系和槽系。一般來說，保證平面的加工精度要比保證孔系的加工精度容易。因此，對于變速叉來說，加工過程中的主要問題是保證孔的尺寸精度及位置精度，處理好孔和平面之間的相互關系以及槽的各尺寸精度。 由上面的一些技術條件分析得知：變速叉的尺寸精度，形狀精度以及位置關系精度要求都不是很高，這樣對加工要求也就不是很高。 3.2確定各表面加工方案 一個好的結構不但應該達到設計要求，而且要有好的機械加工工藝性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保證加工的質量，同時使加工的勞動量最小。設計和工藝是密切相關的，又是相輔相成的。對于我們設計變速叉的加工工藝來說，應選擇能夠滿足平面孔系和槽加工精度要求的加工方法及設備。除了從加工精度和加工效率兩方面考慮以外，也要適當考慮經濟因素。在滿足精度要求及生產率的條件下，應選擇價格較底的機床。 3.2.1影響加工方法的因素 ⑴ 要考慮加工表面的精度和表面質量要求，根據各加工表面的技術要求，選擇加工方法及分幾次加工。 ⑵ 根據生產類型選擇，在大批量生產中可專用的高效率的設備。在單件小批量生產中則常用通用設備和一般的加工方法。如、柴油機連桿小頭孔的加工，在小批量生產時，采用鉆、擴、鉸加工方法；而在大批量生產時采用拉削加工。 ⑶ 要考慮被加工材料的性質，例如：淬火鋼必須采用磨削或電加工；而有色金屬由于磨削時容易堵塞砂輪，一般都采用精細車削，高速精銑等。 ⑷ 要考慮工廠或車間的實際情況，同時也應考慮不斷改進現(xiàn)有加工方法和設備，推廣新技術，提高工藝水平。 ⑸ 此外，還要考慮一些其它因素，如加工表面物理機械性能的特殊要求，工件形狀和重量等。 選擇加工方法一般先按這個零件主要表面的技術要求來選定最終加工方法。再選擇前面各工序的加工方法，如加工某一軸的主要外圓面，要求公差為IT6，表面粗糙度為Ra0.63μm，并要求淬硬時，其最終工序選用精度，前面準備工序可為粗車——半精車——淬火——粗磨。 3.2.2加工方案的選擇 ⑴ 由參考文獻[3]表2.1～12可以確定，平面的加工方案為：粗銑——精銑（），粗糙度為6.3～0.8，一般不淬硬的平面，精銑的粗糙度可以較小。 ⑶ 小頭孔￠16加工方法： 加零件毛坯不能直接鍛出孔，只能鍛出一個小坑，以便在以后加工時找正其中心，但其表面粗糙度的要求為，所以選擇加工的方法是鉆——擴——鉸。 ⑷M10孔加工方法： 因為孔的表面粗糙度的要求都不高，是，所以我們采用一次鉆孔的加工方法。 ⑸ 小頭端面槽15的加工方法是： 因槽兩側面表面粗糙度的要求較高，為，所以我們采用粗銑——半精銑。 3.3 確定定位基準 3.3.1粗基準的選擇 粗基準選擇應當滿足以下要求： ⑴ 粗基準的選擇應以加工表面為粗基準。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。 ⑵ 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。例如：機床床身導軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導軌面作為粗基準，加工床身的底面，再以底面作為精基準加工導軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細致的組織，以增加耐磨性。 ⑶ 應選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。 ⑷ 應盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經初加工。 要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證變速叉在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從變速叉零件圖分析可知，主要是選擇加工變速叉底面的裝夾定位面為其加工粗基準。 3.3.1精基準選擇的原則 ⑴ 基準重合原則。即盡可能選擇設計基準作為定位基準。這樣可以避免定位基準與設計基準不重合而引起的基準不重合誤差。 ⑵ 基準統(tǒng)一原則，應盡可能選用統(tǒng)一的定位基準?；鶞实慕y(tǒng)一有利于保證各表面間的位置精度，避免基準轉換所帶來的誤差，并且各工序所采用的夾具比較統(tǒng)一，從而可減少夾具設計和制造工作。例如：軸類零件常用頂針孔作為定位基準。車削、磨削都以頂針孔定位，這樣不但在一次裝夾中能加工大多書表面，而且保證了各外圓表面的同軸度及端面與軸心線的垂直度。 ⑶ 互為基準的原則。選擇精基準時，有時兩個被加工面，可以互為基準反復加工。例如：對淬火后的齒輪磨齒，是以齒面為基準磨內孔，再以孔為基準磨齒面，這樣能保證齒面余量均勻。 自為基準原則，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，可以選擇加工表面本身為基準。例如：磨削機床導軌面時，是以導軌面找正定位的。此外，像拉孔在無心磨床上磨外圓等，都是自為基準的例子。 此外，還應選擇工件上精度高。尺寸較大的表面為精基準，以保證定位穩(wěn)固可靠。并考慮工件裝夾和加工方便、夾具設計簡單等。 要從保證孔與孔、孔與平面、平面與平面之間的位置，能保證變速叉在整個加工過程中基本上都能用統(tǒng)一的基準定位。從變速叉零件圖分析可知，它的底平面與小頭孔，適于作精基準使用。但用一個平面和一個孔定位限制工件自由度不夠，如果使用典型的一面兩孔定位方法，則可以滿足整個加工過程中基本上都采用統(tǒng)一的基準定位的要求。至于兩側面，因為是非加工表面，所以也可以用的孔為加工基準。 選擇精基準的原則時，考慮的重點是有利于保證工件的加工精度并使裝夾準。 3.4工藝路線的擬訂 對于中批量生產的零件，一般總是首先加工出統(tǒng)一的基準。變速叉的加工的第一個工序也就是加工統(tǒng)一的基準。具體安排是先以孔和面定位粗、精加工變速叉底面大頭孔上平面。 后續(xù)工序安排應當遵循粗精分開和先面后孔的原則。 3.4.1工序的合理組合 確定加工方法以后，就按生產類型、零件的結構特點、技術要求和機床設備等具體生產條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則： ⑴ 工序分散原則 工序內容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設備。簡單的機床工藝裝備。生產準備工作量少，產品更換容易。對工人的技術要求水平不高。但需要設備和工人數(shù)量多，生產面積大，工藝路線長，生產管理復雜。 ⑵ 工序集中原則 工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應減少了操作工人數(shù)和生產面積，也簡化了生產管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設備少，大量生產可采用高效率的專用機床，以提高生產率。但采用復雜的專用設備和工藝裝備，使成本增高，調整維修費事，生產準備工作量大。 一般情況下，單件小批生產中，為簡化生產管理，多將工序適當集中。但由于不采用專用設備，工序集中程序受到限制。結構簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產。 加工工序完成以后，將工件清洗干凈。清洗是在的含0.4%～1.1%蘇打及0.25%～0.5%亞硝酸鈉溶液中進行的。清洗后用壓縮空氣吹干凈。保證零件內部雜質、鐵屑、毛刺、砂粒等的殘留量不大于。 3.4.2工序的集中與分散 制訂工藝路線時，應考慮工序的數(shù)目，采用工序集中或工序分散是其兩個不同的原則。所謂工序集中，就是以較少的工序完成零件的加工，反之為工序分散。 ⑵ 工序分散的特點 工序內容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設備，簡單的機床工藝裝備。生產準備工作量少，產品更換容易。對工人的技術水平要求不高。但需要設備和工人數(shù)量多，生產面積大，工藝路線長，生產管理復雜。 ⑴ 工序集中的特點 工序數(shù)目少，工件裝夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應減少了操作工人數(shù)和生產面積，也簡化了生產管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設備少，大量生產可采用高效率的專用機床，以提高生產率。但采用復雜的專用設備和工藝裝備，使成本增高，調整維修費事，生產準備工作量大。 工序集中與工序分散各有特點，必須根據生產類型。加工要求和工廠的具體情況進行綜合分析決定采用那一種原則。 一般情況下，單件小批生產中，為簡化生產管理，多將工序適當集中。但由于不采用專用設備，工序集中程序受到限制。結構簡單的專用機床和工夾具組織流水線生產。 由于近代計算機控制機床及加工中心的出現(xiàn)，使得工序集中的優(yōu)點更為突出，即使在單件小批生產中仍可將工序集中而不致花費過多的生產準備工作量，從而可取的良好的經濟效果。 3.4.3加工階段的劃分 零件的加工質量要求較高時，常把整個加工過程劃分為幾個階段： ⑴ 粗加工階段 粗加工的目的是切去絕大部分多雨的金屬，為以后的精加工創(chuàng)造較好的條件，并為半精加工，精加工提供定位基準，粗加工時能及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，予以報廢或修補，以免浪費工時。 粗加工可采用功率大，剛性好，精度低的機床，選用大的切前用量，以提高生產率、粗加工時，切削力大，切削熱量多，所需夾緊力大，使得工件產生的內應力和變形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等級為IT11～IT12。粗糙度為Ra80～100μm。 ⑵ 半精加工階段 半精加工階段是完成一些次要面的加工并為主要表面的精加工做好準備，保證合適的加工余量。半精加工的公差等級為IT9～IT10。表面粗糙度為Ra10～1.25μm。 ⑶ 精加工階段 精加工階段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保證零件的形狀位置幾精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面達到圖紙要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或減少工件精加工表面損傷。 精加工應采用高精度的機床小的切前用量，工序變形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般為IT6～IT7，表面粗糙度為 Ra10～1.25μm。 此外，加工階段劃分后，還便于合理的安排熱處理工序。由于熱處理性質的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之間。 但須指出加工階段的劃分并不是絕對的。在實際生活中，對于剛性好，精度要求不高或批量小的工件，以及運輸裝夾費事的重型零件往往不嚴格劃分階段，在滿足加工質量要求的前提下，通常只分為粗、精加工兩個階段，甚至不把粗精加工分開。必須明確劃分階段是指整個加工過程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性質區(qū)分。例如工序的定位精基準面，在粗加工階段就要加工的很準確，而在精加工階段可以安排鉆小空之類的粗加工。 3.4.4加工工藝路線方案的比較 在保證零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技術條件下，成批量生產可以考慮采用專用機床，以便提高生產率。但同時考慮到經濟效果，降低生產成本，擬訂兩個加工工藝路線方案。 方案一: １0 鑄 鑄 ２0 時效 ３0 銑 粗、半精銑?24一側端面 ４0 銑 粗、半精銑?24另外一側端面 ５0 鉆擴 鉆擴?12孔 ６0 銑 銑叉口 ７0 鉗 去叉口毛刺 ８0 檢 中檢 ９0 熱 熱處理(叉口淬火) 100 校 校正 110 磨 粗磨叉口兩側面及凸臺面 120 磨 精磨叉口兩側面 130 擴、鉸 擴、鉸?16孔 140 銑 銑15槽 150 擴 擴?9孔 160 倒 ?9孔倒角 170 攻 攻絲 180 倒 ?16孔倒角 190 洗 清洗 200 淬 E面高頻淬火 210 校 校正 220 檢 終檢 方案二: １0 鑄 鑄 ２0 時效 30 鉆擴 鉆擴?12孔 40 銑 銑叉口 50 銑 粗、半精銑?24一側端面 60 銑 粗、半精銑?24另外一側端面 ７0 鉗 去叉口毛刺 ８0 檢 中檢 ９0 熱 熱處理(叉口淬火) 100 校 校正 110 磨 粗磨叉口兩側面及凸臺面 120 磨 精磨叉口兩側面 130 擴、鉸 擴、鉸?16孔 140 銑 銑15槽 150 擴 擴?9孔 160 倒 ?9孔倒角 170 攻 攻絲 180 倒 ?16孔倒角 190 洗 清洗 200 淬 E面高頻淬火 210 校 校正 220 檢 終檢 表3.1加工工藝路線方案比較表 加工工藝路線方案的論證： ⑴ 從前兩步工序可以看出：方案Ⅱ把粗、精加工都安排在一個工序中， 以便裝夾、安裝工件。 ⑵ 再看后面的、銑槽工序，方案Ⅰ把粗、精加工分在兩個不同的工序中，而方案Ⅱ都在一個工序中，這樣不但有利于工件的安裝，且在設計專用夾具時也可以減少工件的安裝次數(shù)。 方案2中其工序較為集中，如粗、精加工都安排在一個工序中，以便裝夾、安裝工件。 由以上分析：方案Ⅱ為合理、經濟的加工工藝路線方案。具體的工藝過程如下表： 表3.2加工工藝過程表 １0 鑄 鑄 ２0 時效 ３0 銑 粗、半精銑?24一側端面 ４0 銑 粗、半精銑?24另外一側端面 ５0 鉆擴 鉆擴?12孔 ６0 銑 銑叉口 ７0 鉗 去叉口毛刺 ８0 檢 中檢 ９0 熱 熱處理(叉口淬火) 100 校 校正 110 磨 粗磨叉口兩側面及凸臺面 120 磨 精磨叉口兩側面 130 擴、鉸 擴、鉸?16孔 140 銑 銑15槽 150 擴 擴?9孔 160 倒 ?9孔倒角 170 攻 攻絲 180 倒 ?16孔倒角 190 洗 清洗 200 淬 E面高頻淬火 210 校 校正 220 檢 終檢 3.5變速叉的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 變速叉的鍛造采用的是ZG45鋼鑄造制造，其材料是ZG45，生產類型為中批量生產，采用鑄造毛坯。 3.5.1毛坯的結構工藝要求 變速叉為鍛造件，對毛坯的結構工藝性有一定要求： ⑴ 由于鑄造件尺寸精度較高和表面粗糙度值低，因此零件上只有與其它機件配合的表面才需要進行機械加工，其表面均應設計為非加工表面。 ⑵ 為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，鑄造件外形應力求簡單、平直的對稱，盡量避免鑄造件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、高臺等結構。 ⑶ 鑄造件的結構中應避免深孔或多孔結構。 ⑷ 鑄造件的整體結構應力求簡單。 ⑸ 工藝基準以設計基準相一致。 ⑹ 便于裝夾、加工和檢查。 ⑺ 結構要素統(tǒng)一，盡量使用普通設備和標準刀具進行加工。 在確定毛坯時，要考慮經濟性。雖然毛坯的形狀尺寸與零件接近，可以減少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但這樣可能導致毛坯制造困難，需要采用昂貴的毛坯制造設備，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的種類形狀及尺寸的確定一定要考慮零件成本的問題但要保證零件的使用性能。在毛坯的種類 形狀及尺寸確定后，必要時可據此繪出毛坯圖。 3.5.2變速叉的偏差計算 ⑴ 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11～19。其余量值規(guī)定為，現(xiàn)取。查[3]可知其粗銑時精度等級為IT12，粗銑平面時厚度偏差取 精銑：由參考文獻[3]表2.3～59，其余量值規(guī)定為。 ⑵ 小頭孔的偏差及加工余量計算 參照參考文獻[3]表2.2～2，2.2～25,2.3～13和參考文獻[15]表1～8，可以查得： 孔￠16： 鉆孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。 擴孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。 鉸孔的精度等級：，表面粗糙度，尺寸偏差是。 ⑶．粗、精銑15槽 參照參考文獻[1]表21～5，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21～5的刀具選擇可得其極限偏差：粗加工為，精加工為。 3.6確定切削用量及基本工時（機動時間） 工序30：粗、半精銑?24一側端面 機床：立式銑床X52K 刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。 因其單邊余量：Z=2.2mm 所以銑削深度： 精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm 銑削深度： 每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕⒖嘉墨I[3]表2.4～81，取銑削速度 每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，取根據參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度 機床主軸轉速： 按照參考文獻[3]表3.1～74，取 實際銑削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： ：根據參考文獻[3]表2.4～81,取 切削工時 被切削層長度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入長度： 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 機動時間： 所以該工序總機動時間 工序40：粗、半精銑?24另外一側端面 機床：立式銑床X52K 刀具：硬質合金可轉位端銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)8，此為細齒銑刀。 因其單邊余量：Z=2.2mm 所以銑削深度： 精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm 銑削深度： 每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，取根據參考文獻[3]表2.4～81，取銑削速度 每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4～73，?。焊鶕⒖嘉墨I[3]表2.4～81，取銑削速度 機床主軸轉速： 按照參考文獻[3]表3.1～31，取 實際銑削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： 被切削層長度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入長度：精銑時 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 機動時間： 所以該工序總機動時間 工序3：鉆、擴￠12、鉸孔￠16。 機床：立式鉆床Z525 刀具：根據參照參考文獻[3]表4.3～9選高速鋼錐柄麻花鉆頭。 ⑴ 鉆孔 切削深度： 進給量：根據參考文獻[3]表2.4～38，取。 切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～41，取。 機床主軸轉速： ， 按照參考文獻[3]表3.1～31，取 所以實際切削速度： 切削工時 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間： ⑵ 擴孔 刀具：根據參照參考文獻[3]表4.3～31選擇硬質合金錐柄麻花擴孔鉆頭。 片型號：E403 切削深度： 進給量：根據參考文獻[3]表2.4～52，取。 切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～53，取。 機床主軸轉速： 按照參考文獻[3]表3.1～31，取 所以實際切削速度： 切削工時 被切削層長度： 刀具切入長度有： 刀具切出長度： ，取 走刀次數(shù)為1 機動時間： ⑶ 鉸孔 刀具：根據參照參考文獻[3]表4.3～54，選擇硬質合金錐柄機用鉸刀。 切削深度：，且。 進給量：根據參考文獻[3]表2.4～58，取。 切削速度：參照參考文獻[3]表2.4～60，取。 機床主軸轉速： 按照參考文獻[3]表3.1～31取 實際切削速度： 切削工時 被切削層長度： 刀具切入長度， 刀具切出長度： 取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 該工序的加工機動時間的總和是： 工序140：粗、精銑15槽。 機床：雙立軸圓工作臺銑床 刀具：錯齒三面刃銑刀 ⑴ 粗銑槽 切削深度： 根據參考文獻[3]表查得：進給量,根據參考文獻[1]表查得切削速度。 機床主軸轉速： ， 按照參考文獻[3]表3.1～74，取 實際切削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： 被切削層長度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入長度： =63mm 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： ⑵ 精銑15槽 切削深度： 根據參考文獻[3]表查得：進給量,根據參考文獻[1]表查得切削速度， 機床主軸轉速： ， 按照參考文獻[3]表3.1～74，取。 實際切削速度： 進給量： 工作臺每分進給量： 被切削層長度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入長度： =81mm 刀具切出長度：取 走刀次數(shù)為1 機動時間： 本工序機動時間： 工序160、180 ：鉆?9孔,倒角、?16孔倒角 機床：鉆床Z525 刀具：根據參照參考文獻[3]表4.3～9，選硬質合金錐柄麻花鉆頭 切削深度： 根據參考文獻[3]表查得：進給量,切削速度。 機床主軸轉速： ， 按照參考文獻[3]表3.1～31，取。 實際切削速度： 切削工時 被切削層長度： 刀具切入長度： 刀具切出長度： 取。 加工基本時間： 3.7時間定額計算及生產安排 根據設計任務要求，該變速叉的年產量為5000件。一年以240個工作日計算，每天的產量應不低于21件。設每天的產量為21件。再以每天8小時工作時間計算，則每個工件的生產時間應不大于22.8min。 參照參考文獻[3]表2.5～2，機械加工單件（生產類型：中批以上）時間定額的計算公式為： （大量生產時） 因此在大批量生產時單件時間定額計算公式為： 其中： —單件時間定額 —基本時間（機動時間） —輔助時間，用于某工序加工每個工件時都要進行的各種輔助動作所消耗的時間，包括裝卸工件時間和有關工步輔助時間 —布置工作地、休息和生理需要時間占操作時間的百分比值 ⑴ 粗、精銑E、F面 粗加工機動時間： 精加工機動時間： 輔助時間：參照參考文獻[3]表2.5～ZG45，取工步輔助時間為。由于在生產線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為， 則 ：根據參考文獻[3]表2.5～48， 單間時間定額有： 因此應布置二臺粗、精機床即可以完成此二道工序的加工，達到生產要求。 ⑵ 鉆、擴、鉸孔 機動時間： 輔助時間：參照參考文獻[3]表2.5～41，取工步輔助時間為。由于在生產線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為， 則 ：根據參考文獻[3]表2.5～43， 單間時間定額： 因此應布置一臺機床即可完成本工序的加工，達到生產要求 ⑶ 粗、精鏜孔 粗鏜孔：機動時間： 輔助時間：參照參考文獻[3]表2.5～37，取工步輔助時間為。由于在生產線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為， 則 ：根據參考文獻[3]表2.5～39，。 單間時間定額有： 因此應布置一臺機床即可以完成本工序的加工，達到生產要求。 ⑷ 粗、精銑槽 加工機動時間： 輔助時間：參照參考文獻[3]表2.5～ZG45，取工步輔助時間為。由于在生產線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為， 則 ：根據參考文獻[3]表2.5～48，。 單間時間定額有： 因此應布置一臺機床即可以完成此道工序的加工，達到生產要求。 ⑸ 鉆孔 機動時間： 輔助時間：參照參考文獻[3]表2.5～41，取工步輔助時間為。由于在生產線上裝卸工件時間很短，所以取裝卸工件時間為， 則 ：根據參考文獻[3]表2.5～43，。 單間時間定額，由式（1.11）有： 因此應布置一臺機床即可完成本工序的加工，達到生產要求 第4章 鉆孔夾具設計 4.1 研究原始質料 利用本夾具主要用來加工修正（擴）直徑12（上偏差+0.24，下偏差0）到16（上偏差+0.55，下偏差0）。，加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。 4.2 定位、夾緊方案的選擇 由零件圖可知：在對孔進行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，采用一個固定V型塊和一個活動V型塊定位夾緊。 4.3切削力及夾緊力的計算 鉆該孔時選用：鉆床Z525，刀具用高速鋼刀具。 由參考文獻[5]查表可得： 切削力公式： 式中 查表得： 其中： 即： 實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得： 有： 安全系數(shù)K可按下式計算有： 式中：為各種因素的安全系數(shù)，見參考文獻[5]表 可得： 所以 由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。 取，， 查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算： 式中參數(shù)由參考文獻[5]可查得： 其中： 螺旋夾緊力： 由上述計算易得： 因此采用該夾緊機構工作是可靠的。 4.4 誤差分析與計算 該夾具以一個平面和和2個V型塊定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。 由[5]和[6]可得： 1 定位誤差： 當以任意邊接觸時 當短以固定邊接觸時 通過分析可得： 因此：當以任意邊接觸時 2 夾緊誤差 ： 其中接觸變形位移值： ⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過 ⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取 誤差總和： 從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。 4.6 夾具設計及操作的簡要說明 如前所述，該工件不但可以采用V型塊夾緊經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。 此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現(xiàn)磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現(xiàn)象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調整換取。 總結與展望 總結與展望 在本次設計中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問題，所選用的零、部件都是操作簡單，通用性較強的標準件，從現(xiàn)時以最低的成本實現(xiàn)最先進的加工。但也有不足之處：特別是對于鏜孔夾具，在刀具加工完退出工件孔時，有可能會劃傷工件內孔表面，本可以在夾具體內部設置液壓升降系統(tǒng)，使工件孔與定位立臺可升可降，這樣，在刀具退出時，使定位立臺連同工件孔一起升起，從而避免劃傷。但考慮到成本問題，未采用這種方法。為此，鏜孔的專用夾具還有待改進。無論怎樣，這次的課程設計使我獲益良多，是我在學校的最后一次答卷，也是我成功邁向社會的第一步。 參考文獻 參考文獻 [1] 黃如林，切削加工簡明實用手冊[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2004。 [2] 余光國，馬俊，張興發(fā)，機床夾具設計[M]，重慶：重慶大學出版社，1995。 [3] 李洪，機械加工工藝手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1990。 [4] 方昆凡，公差與配合手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1999。 [5] 王光斗，王春福，機床夾具設計手冊[M]，上?？茖W技術出版社，2000。 [6] 東北重型機械學院等，機床夾具設計手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，1979。 [7] 吳宗澤，機械設計實用手冊[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2000。 [8] 劉文劍，曹天河，趙維，夾具工程師手冊[M]，哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1987。 [9] 上海金屬切削技術協(xié)會，金屬切削手冊[M]，上海：上?？茖W技術出版社，1984。 [10] 周永強，高等學校課程設計指導[M]，北京：中國建材工業(yè)出版社，2002。 [11] 楊叔子，機械加工工藝師手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2004。 [12] 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