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1、 《機械制造基礎》課程設計 題目：撥叉零件的機械加工工藝規(guī)程設計 班級： 姓名： 學號： 指導老師： 2013年6月 第1章 零件分析 1.1 零件的工藝分析 由圖1.1可知，該材料具有足夠的強度、剛度和韌性，適用于承受彎曲應力和沖擊載荷作用的工作條件。 該撥叉形狀特殊、結構簡單，屬典型的叉桿類零件。加工精度要求較高。叉腳兩端面在工作中需承受沖擊

2、載荷，為增強其耐磨性，該表面要求高頻淬火處理，硬度為48～58HRC；為保證撥叉腳受力均勻，要求叉腳兩端面對叉軸孔mm的垂直度要求為0.05mm。為保證撥叉在叉軸上有準確的位置，撥叉采用緊固螺釘定位，螺紋孔的尺寸為。 撥叉頭兩端面和叉腳兩端面均要求切削加工，并在軸向方向上均高于相鄰表面，這樣既減少了加工面積，又提高了叉腳端面的接觸剛度；mm孔和孔的端面均為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度；另外，該零件除主要工作表面，撥叉腳兩端面、叉軸孔mm，其余表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床、攻絲的粗加工就可以達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但

3、也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質(zhì)保量地加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。 該零件的主要工作表面為撥叉腳兩端面和叉軸孔mm，在設計工藝規(guī)程時應重點予以保證。 1.2 確定零件的生產(chǎn)類型 由題目可知生產(chǎn)批量30件。 1.3 選擇毛坯 毛坯為精鑄件。 1.4繪制撥叉毛坯簡圖 如下圖1.1 第2章 工藝規(guī)程設計 2.1 定位基準的選擇 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。 2.1.1．精基準的選擇 叉軸孔mm的軸線是撥叉腳兩端面

4、設計基準，撥叉頭左端面是撥叉軸向方向上尺寸的設計基準。選用叉軸孔mm的軸線和撥叉頭左端面作精基準定位加工撥叉腳兩端面，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的垂直度要求。另外，由于撥叉件剛性較差，受力易產(chǎn)生彎曲變形，選用撥叉頭左端面作精基準，夾緊力作用在撥叉頭的右端面上，可避免在機械加工中產(chǎn)生夾緊變形，夾緊穩(wěn)定可靠。 2.1.2．粗基準的選擇 選擇變速叉軸孔mm的外圓面和撥叉頭右端面作粗基準。采用mm外圓面定位加工內(nèi)孔可保證孔的壁厚均勻；采用撥叉頭右端面作粗基準加工左端面，可以為后續(xù)工序準備好精基準。 2.2 擬訂工藝路線 工藝路線的擬訂是制訂工藝規(guī)程的總體布局，包括：確定

5、加工方法，劃分加工階段，決定工序的集中與分散，加工順序的安排，以及安排熱處理、檢驗及其他輔助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影響加工的質(zhì)量和效率，而且影響到工人的勞動強度、設備投資、車間面積、生產(chǎn)成本等。 因此，擬訂工藝路線是制訂工藝規(guī)程的關鍵性一步，必須在充分調(diào)查研究的基礎上，提出工藝方案，并加以分析比較，最終確定一個最經(jīng)濟合理的方案。 2.2.1．表面加工方法的確定 根據(jù)零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《機械制造設計基礎課程設計》表2.25平面加工法案的經(jīng)濟精度和表面粗糙度；查《機械制造設計基礎課程設計》表2.24孔加工法案的經(jīng)濟精度和表面粗糙度，確定撥叉零件各表面的加工方

6、法，如表2.1所示。 表2.1 撥叉零件各表面加工方案 加工表面 尺寸及偏差 尺寸精度等級 表面粗糙度 加工方案 備注 撥叉角兩端面 mm IT10 Ra3.2 μm 粗銑—半精銑—磨削 撥叉頭孔 mm IT7 Ra1.6 μm 鉆—擴—粗—精鉸 螺紋孔 M8 IT6 Ra6.3 μm 鉆—絲錐攻內(nèi)螺紋 撥叉頭左端面 mm IT10 Ra3.2 μm 粗銑—半精銑 撥叉頭右端面 mm IT10 Ra3.2 μm 粗銑—半精銑 撥叉角內(nèi)表面 R25 mm IT12 Ra1.6 μm 精銑

7、凸臺 12 mm IT13 Ra12.5μm 粗銑 2.2.2．加工階段的劃分 該撥叉加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工、半精加工和精加工幾個階段。在粗加工階段，首先將精基準(撥叉頭左端面和叉軸孔)準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑撥叉頭右端面、撥叉腳內(nèi)表面、撥叉腳兩端面的粗銑、凸臺。在半精加工階段，完成撥叉腳兩端面的半精銑加工和螺紋孔的鉆孔絲錐攻絲；在精加工階段，進行撥叉腳兩端面的磨削加工。 2.2.3．工序的集中與分散 選用工序集中原則安排撥叉的加工工序。該撥叉的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用工、夾具，

8、以提高生產(chǎn)率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(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之間的相對位置精度要求。 2.2.4．工序順序的安排 (1) 機械加工工序 遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準——撥叉頭左端面和叉軸孔mm；遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——撥叉頭左端面和叉軸孔mm和撥叉腳兩端面，后加工次要表面——螺紋孔；遵循“先面后孔”原則，先加工撥叉頭端面，再加工叉軸孔mm孔；先銑凸臺，加工螺紋孔M8。由此初擬撥叉機械加工工序安排如表2.2所示。 表2.2 撥叉機械

9、加工工序安排（初擬） 工序號 工 序 內(nèi) 容 簡 要 說 明 10 粗銑撥叉頭兩端面 “先基準后其他” 20 半精銑撥叉頭左端面（主要表面） “先基準后其他”、“先面后孔”、“先主后次” 30 擴、鉸φ25孔（主要表面） “先面后孔” 、“先主后次” 40 粗銑撥叉腳兩端面（主要表面） “先粗后精” 50 銑凸臺（次要表面） “先面后孔”、“先主后次” 60 鉆、攻絲M8孔（次要表面） “先面后孔” （精加工開始） 70 半精銑拔叉頭右端面 “先粗后精” 80 半精銑撥叉腳兩端面 “先粗后精” 90 磨削撥叉腳兩端面

10、“先粗后精” (2) 熱處理工序 模鍛成型后切邊，進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)硬度為241～285HBS，并進行酸洗、噴丸處理。噴丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脫碳而對機械加工帶來的不利影響。叉腳兩端面在精加工之前進行局部高頻淬火，提高其耐磨性和在工作中承受沖擊載荷的能力。在表2.2中工序80和工序90之間增加熱處理工序即撥叉腳兩端面局部淬火。 (3) 輔助工序 粗加工撥叉腳兩端面和熱處理后，應安排校直工序；在半精加工后，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，該撥叉工序的安排順序為：基準加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面

11、半精加工和次要表面加工——熱處理——主要表面精加工。 2.2.5．確定工藝路線 在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎上，擬定撥叉的工藝路線如表2.3所示。 表2.3 撥叉機械加工工藝路線（修改后） 工序號 工 序 內(nèi) 容 定 位 基 準 10 粗銑撥叉頭兩端面 端面、φ25孔外圓 20 半精銑撥叉頭左端面 右端面、φ25孔外圓 30 鉆、擴、粗絞、精絞φ25孔 右端面、φ25孔外圓、叉爪口內(nèi)側面 40 粗銑撥叉腳兩端面 50 校正撥叉腳 左端面、φ25孔 60 銑叉爪口內(nèi)表面 左端面、φ25孔、叉爪口外側面 70 半精銑撥叉

12、腳兩端面 左端面、φ25孔 80 半精銑撥叉頭右端面 左端面、φ25孔外圓 90 粗銑凸臺 左端面、φ25孔、叉爪口內(nèi)側面 100 鉆、攻絲M8螺紋孔 左端面、φ25孔、叉爪口內(nèi)側面 110 去毛刺 120 中檢 130 熱處理——撥叉腳兩端面局部淬火 140 校正撥叉腳 150 磨削撥叉腳兩端面 左端面、φ25孔 160 清洗 170 終檢 2.3 加工設備及工藝裝備的選用 機床和工藝裝備的選擇應在滿足零件加工工藝的需要和可靠地保證零件加工質(zhì)量的前提下，與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)節(jié)拍相適應，并應優(yōu)先考慮采用標準化的工藝裝備

13、和充分利用現(xiàn)有條件，以降低生產(chǎn)準備費用。 撥叉的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以選用高效的專用設備和組合機床，也可選用通用設備，所選用的夾具均為專用夾具。各工序加工設備及工藝裝備的選用如表2.4所示。 表2.4 加工設備及工藝裝備 工序號 工 序 內(nèi) 容 加工設備 工藝裝備 1 粗銑撥叉頭兩端面 立式銑床X51 高速鋼套式面銑刀、游標卡尺 2 半精銑撥叉頭左端面 立式銑床X51 高速鋼套式面銑刀、游標卡尺 3 鉆、擴、粗絞、精絞φ24孔 立式鉆床525 麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī) 4 粗銑撥叉腳兩端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀、游標卡尺

14、 5 校正撥叉腳 鉗工臺 手錘、 6 銑叉爪口內(nèi)側面 立式銑床X51 銑刀、游標卡尺 7 半精銑撥叉腳兩端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀、游標卡尺 8 半精銑撥叉頭右端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀、游標卡尺 9 粗銑凸臺 臥式雙面銑床 三面刃銑刀、游標卡尺 10 鉆、攻絲M8螺紋孔 立式鉆床525 復合鉆頭、絲錐、卡尺、塞規(guī) 11 去毛刺 鉗工臺 平銼、 12 中檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 13 熱處理——撥叉腳兩端面局部淬火 淬火機等 14 校正撥叉腳 鉗工臺 手錘 15 磨削撥叉腳兩端面 平面磨床M7120

15、A 砂輪、游標卡尺 16 清洗 清洗機 17 終檢 塞規(guī)、百分表、卡尺等 第3章 加工余量、工序尺寸和公差的確定 3.1加工余量、工序尺寸和公差的確定 1、工序10 粗銑撥叉頭兩端面、工序20半精銑撥叉頭左端面和工序80半精銑撥叉頭右端面 工序10、工序20和工序80的加工過程如圖3.1所示。 工序10：以右端面定位，粗銑左端面，保證工序尺寸L1；以左端面定位，粗銑右端面，保證工序尺寸L２； 工序20： 以右端面定位，半精銑左端面，保證工序尺寸L3。 工序80： 以左端面定位，半精銑右端面，保證工序

16、尺寸L4，達到零件圖設計尺寸L的要求，。 由圖3.1所示加工過程示意圖，建立分別以Z2、Z3和Z4為封閉環(huán)工藝尺寸鏈。 圖1 加工過程示意圖 圖3.2 工藝尺寸鏈圖 1)求解工序尺寸L3：查《機械制造設計基礎課程設計》表2.64平面精加工余量，得半精銑余量Z4=1mm，由圖3.1知mm，從圖3.2c知，，則mm = 41 mm。由于工序尺寸L3是在半精銑加工中保證的，查《機械制造設計基礎課程設計》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精銑工序的經(jīng)濟加工精度等即可達到左端面的最終加工要求IT10，因此確定該工序尺寸公差為ITl0，

17、其公差值為0.1mm，故mm 2)求解工序尺寸L2：查《機械制造設計基礎課程設計》表2.64平面精加工余量，得半精銑余量Z4=1mm，由圖3.2（b）知， = (41+1)mm=42mm。由于工序尺寸L2是在半精銑加工中保證的，查《機械制造設計基礎課程設計》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精銑工序的經(jīng)濟加工精度等即可達到左端面的最終加工要求IT10，因此確定該工序尺寸公差為ITl0，其公差值為0.1mm，故mm。 3)求解工序尺寸L1：右端加工余量，即Z2=2- Z4=2-1=1，由圖3.2（a）知，， 則= (42+1)mm=43mm。由《機械制造設計基礎課程設計》表2.25平面

18、加工方案的經(jīng)濟度和表面粗糙度，確定該粗銑工序的經(jīng)濟加工等級為IT13，其公差為0.39，故mm。 為驗證確定的工序尺寸及公差是否合理，還需對加工余量進行校核。 1)余量Z4的校核 在圖3.2c)所示尺寸鏈中Z4是封閉環(huán)，由豎式法(如表3.1)計算可得：mm 表3.1 余量Z3的校核計算表 環(huán)的名稱 基本尺寸 上偏差 下偏差 L3(增環(huán)) 41 +0.05 -0.05 L4(減環(huán)) -40 +0.1 0 Z4 1 +0.15 -0.05 2)余量Z3的校核 在圖3.2b)所示尺寸鏈中Z3是封閉環(huán)，由豎式法(如表3.1)計算可得：mm。 表3.1

19、 余量Z3的校核計算表 環(huán)的名稱 基本尺寸 上偏差 下偏差 L2(增環(huán)) 42 +0.05 -0.05 L3(減環(huán)) -41 +0.05 -0.05 Z3 1 +0.1 -0.1 3)余量Z2的校核 在圖3.2c)所示尺寸鏈中Z2是封閉環(huán)，由豎式法(如表3.1)計算可得：mm 表3.2 余量Z2的校核計算表 環(huán)的名稱 基本尺寸 上偏差 下偏差 L1(增環(huán)) 43 +0.185 -0.185 L2(減環(huán)) -42 +0.05 -0.05 Z2 1 +0.235 -0.235 余量校核結果表明，所確定的工序尺寸公差是合理的

20、。 將工序尺寸按“入體原則”表示： mm，mm，mm， mm。 2、工序100鉆、攻絲M8螺紋孔 由于M8螺距為1mm，則先鉆孔余量為Z鉆=7mm。由《機械制造設計基礎課程設計》表2.67攻螺紋前鉆孔用麻花鉆直徑為7mm。 3.2 切削用量的計算 1、工序10 粗銑撥叉頭兩端面 該工序分兩個工步，工步1是以右端面定位，粗銑左端面；工步2是以左端面定位，粗銑右端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經(jīng)一次走刀加工完成的，因此它們所選用的切削速度和進給量是一樣的。 (1) 背吃刀量 工步1的背吃刀量取為Zl，Z1等于左端面的毛坯總余量減去工序2的余量Z3，即Z1=2mm - 1mm =

21、 1mm；而工步2的背吃刀量取為Z2，故= Z2=1mm。 (2) 進給量 由立式銑床X51功率為4.5kW，查《機械制造設計基礎課程設計》表5.8高速鋼套式面銑刀粗銑平面進給量，按機床、工件、夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工序的每齒進給量取為0.08mm/z (3) 銑削速度 由本工序采用高速鋼鑲齒銑刀、 mm、齒數(shù)。查《機械制造設計基礎課程設計》表5.8高速鋼套式面銑刀銑削速度，確定銑削速度 m/min。 則 （r/min） 由本工序采用X51-型立式銑床，查《機械制造設計基礎課程設計》表3.6，取轉速=160r／min，故實際銑削速度 （m／m

22、in） 當=160r／min時，工作臺的每分鐘進給量應為 （mm／min） 可查《機械制造設計基礎課程設計》表3.7得機床進給量為125（mm／min） 第4章 專用鉆床夾具設計 4.1 夾具設計任務 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需設計專用夾具。為工序90鉆撥叉鎖銷孔設計鉆床夾具，所用機床為Z525型立式鉆床，成批生產(chǎn)規(guī)模。 1．工序尺寸和技術要求 加工撥叉鎖銷孔mm，孔的軸線對孔mm的軸線垂直度公差為0.15mm，B面的尺寸為mm，表面粗糙度Ra1.6μm。 2．生產(chǎn)類型及時間定額 生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)。 3．設計任務書。 附表5所示

23、為工序90加工撥叉鎖銷孔mm工藝裝備設計任務書。任務書按工藝規(guī)程提出定位基面、工藝公差、加工部位，工藝要求等設計要求，以作為夾具設計的依據(jù)。 4.2 擬定鉆床夾具結構方案與繪制夾具草圖 1、確定工件定位方案，設計定位裝置 分析工序簡圖可知，加工撥叉鎖銷孔mm，孔的軸線對孔mm的軸線垂直度公差為0.15mm，距離B面的尺寸為mm。從基準的重合原則和定位的穩(wěn)定性、可靠性出發(fā)，選擇B面為主要定位基準面，并選擇mm孔軸線和工件叉口面為另兩個定位基準面。 定位裝置選用一面兩銷 (圖4.1)，長定位銷與工件定位孔配合，限制四個自由度，定位銷軸肩小環(huán)面與工件定位端面接觸，限制一個自由度，削邊銷

24、與工件叉口接觸限制一個自由度，實現(xiàn)工件正確定位。定位孔與定位銷的配合尺寸取為(在夾具上標出定位銷配合尺寸)。對于工序尺寸mm而言，定位基準與工序基準重合，定位誤差 (40) = 0；對于加工孔的垂直度公差要求，基準重合 (┴)=0；加工孔徑尺寸mm由刀具直接保證， ()=0。由上述分析可知，該定位方案合理、可行。 圖4.1 一面兩銷定位方案圖 4.3 偏心螺旋壓板夾緊機構 2、確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置 鋼套的軸向剛度比徑向剛度好，因此夾緊力應指向限位臺階面。針對大批生產(chǎn)的工藝特征，此夾具選用偏心螺旋壓板夾緊機構，如圖4.2所示。偏

25、心螺旋壓板夾緊機構中的各零件均采用標準夾具元件。 3、確定導向方案，設計導向裝置 為能迅速、準確地確定刀具與夾具的相對位置，鉆夾具上都應設置引導刀具的元件—鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，鉆模板與夾具體連接，鉆套與工件之間留有排屑空間。本工序要求對被加工孔依次進行鉆、擴、鉸等3個工步的加工，最終達到工序簡圖上規(guī)定的加工要求，故選用快換鉆套作為刀具的導向元件，如圖4.3所示 圖4.3 導向裝置簡圖 鉆套高度，排屑空間，取mm=24mm，排屑空間=8mm。 4、確定夾具體結構型式及夾具在機床上的安裝方式 考慮夾具的剛度、強度和工藝性要求，采用鑄造夾具體結構。 4.3

26、 繪制夾具裝配總圖 鉆模的裝配總圖上應將定位心軸、鉆模板與夾具體的連接結構表達清楚。夾具裝配總圖如附圖3所示。其中定位心軸與夾具體采用過渡配合，用鎖緊螺母固定。鉆模板與夾具體用兩個銷釘、兩個螺釘連接。夾具裝配時，待鉆模板的位置調(diào)整準確后再擰緊螺釘，然后配鉆、鉸銷釘孔，打入銷釘。 4.4 夾具裝配圖上標注尺寸、配合及技術要求。 1、最大輪廓尺寸 170mm、205mm、203mm。 2、確定定位元件之間的尺寸與公差 定位銷與削邊銷中心距尺寸公差取工件相應尺寸公差的1/3，偏差對稱標注，即標注尺寸為115.5土0.03。 3、確定導向元件與定位元件之間的尺寸與公差 根據(jù)工序簡圖上規(guī)定的被加工孔的加工要求，確定鉆套中心線與定位銷定位環(huán)面(軸肩)之間的尺寸取為(40.09土0.03)mm(其基本尺寸取為零件相應尺寸mm的平均尺寸；其公差值取為零件相應尺寸mm的公差值的1/3，偏差對稱標注)。鉆套中心線對定位銷中心線的位置度公差取工件相應位置度公差值的1/3，即取為0.03mm。 4、確定定位元件與夾具體的尺寸與公差 定位銷中心線與夾具底面的平行度公差取為0.02mm。 5、 標注關鍵件的配合尺寸如附圖所示，、、、、、和。 參考文獻： 張世昌,李旦,高航.機械制造技術基礎.北京：高等教育出版社,2007.