天津大学机械制造技术基础课程设计报告报告书.doc
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机械制造技术基础课程设计报告书
学院机械工程
专业机械设计制造及其自动化
年级
班级组别
小组成员
指导教师
2014年10月10日机械制造技术基础课程设计任务书
题目
拨叉的加工工艺制定及其夹具的设计
组长
年级/班级/组别
组员
课程设计的任务：
如下图所示拨叉零件，材料为QT400，毛坯为精铸件，试制定零件的机械加工工艺规程及设计加工拨叉脚内表面的夹具。
1.设计内容与要求
（1）设计参数
零件号
d1
d2
D1
R1
R2
BCH-2
Φ32
Φ12
Φ20H7
R22
R32
H1
H2
L1
L2
L3
螺纹孔
20
72
10H11
8
35
M5
（2）任务要求
1）编写一张机械加工工艺过程卡和三张工序卡
2）设计一个加工拨叉脚内表面的夹具
3）编写机械制造技术基础课程设计报告书和组内成员个人总结报告。
2.提交内容
1）机械制造技术基础课程设计报告书；
2）组内成员个人总结报告。
3.时间范围
2014年9月29日～2014年10月17日。
4.具体实施
1）组长负责制，小组成员协同工作、合作学习，共同完成设计任务；
2）分阶段集中授课；
3）每周例会，讨论与答疑；
4）最后提交报告，进行答辩。
目录
第一章零件分析
1.1零件的作用……………………………………………….1
1.2零件的工艺分析………………………………………….1
1.3确定零件生产类型…………………………………….1
第二章确定毛坯类型绘制毛坯简图
2.1选择毛坯………………………………………………….2
2.2确定毛坯尺寸公差和机加工余量……………………….2
2.3绘制拨叉毛坯简图……………………………………….3
第三章工艺规程设计
3.1定位基准的选择………………………………………….4
3.2拟定工艺路线…………………………………………….4
3.3工序尺寸及公差确定…………………………………….6
3.3切削用量的确定………………………………………….7
第四章机床夹具设计
4.1定位及加紧机构设计…………………………………….8
4.2切削力及夹紧力计算…………………………………….11
4.3夹紧元件的强度校核…………………………………….13
4.4定位误差分析…………………………………………….14
参考文献............................................................……………18
附录...................................................................…………….19
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第一章零件分析
1.1零件的作用
题目所给的零件是拨叉。
它位于变速机构中，主要起换档、使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。
零件上方的φ20H7孔与操纵机构相连，并用螺钉经M5孔与变速叉轴连接。
拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。
当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，通过连接装置改换档位，实现变速。
1.2零件的工艺分析
零件的材料为QT400，球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。
该拨叉零件叉轴孔Φ20H7mm的轴线是拨叉脚两端面和螺纹孔M5的设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸设计基准。
选用叉轴孔Φ20H7mm的轴线和拨叉头左端面作为精基准。
选用叉轴孔Φ20H7mm的轴线和拨叉头左端面作为精基准定位加工拨叉脚两端面和螺纹孔M5,实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的垂直度要求。
另外，由于拨叉件刚性较差，受力易发生弯曲变形，选用拨叉头左端面作为精基准，夹紧力作用在插头的右端面上，可以避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。
由于有5mm的尺寸要求，所以选择拨叉脚左端面作为粗基准。
采用Φ32mm的外圆面定位加工内孔尅保证孔的壁厚均匀；采用拨叉脚左端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。
该拨叉的加工质量要求较高，可将加工阶段分为粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
在粗加工阶段，首先用车床将精基准（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，因为车床可以一次性将两个精基准都加工出来，从而提高了精度，也为使后续工序都采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；由于精度要求不高，故而粗铣，半精铣拨叉脚左右端面、拨叉脚内表面、螺纹孔端面，最后完成M5螺纹孔的加工，这也体现了工序集中的原则。
1.3确定零件生产类型
由零件图示的生产批量200件可知，该零件为单件小批量生产。
第二章确定毛坯类型绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
该拨叉的尺寸不大，且生产类型为单间小批量，为提高生产效率和毛坯精度，宜采用手工砂型铸造。
毛坯的材料为QT400。
2.2确定毛坯尺寸公差和机加工余量
表2-2小批量生产毛坯铸件公差等级
造型材料
公差等级
灰铸铁
球墨铸铁
粘土砂
13-15
13-15
化学粘接剂砂
11-13
11-13
由表可知，选择11级公差
表2-3小批量生产毛坯铸件公差等级/mm
毛坯铸件基本尺寸
铸件尺寸公差等级CT
大于
至
11
10
2.8
10
16
3.0
16
25
3.2
25
40
3.6
表2-5毛坯铸件典型机械加工余量等级
方法
要求的机械加工余量等级
铸件材料
钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
手工砂型
G-K
F-H
F-H
F-H
机器造型砂型
F-H
E-G
E-G
E-G
金属型铸造
-
D-F
D-F
D-F
由表可知，选择H级机加工余量
表2-4铸件F-H级机械加工余量/mm
最大尺寸
要求的机械加工余量等级
大于
至
F
G
H
40
0.5
0.5
0.7
40
63
0.5
0.7
1
63
100
1
1.4
2
100
160
1.5
2.2
3
由于拨叉零件最大尺寸H+H=72+20=92mm，故而选择机加工余量2mm。
由零件图上的基本尺寸，以及毛坯的制造方式，查表2-2，2-3，2-4，2-5可以确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量如下表2-6所示
表2-6/mm
加工表面
零件尺寸
机械加工余量
毛坯公差
毛坯尺寸
拨叉头左右端面
35
两端面各2
2±0.65
39±1.8
拨叉脚内表面
R22
2
2±0.7
R20±1.6
拨叉脚两端面
10
两端面各2
2±0.55
14±1.5
螺纹孔端面
20
2
2±0.6
22±1.6
2.3绘制拨叉毛坯简图
第三章工艺规程设计
3.1定位基准的选择
3.11精基准的选择
拨叉轴孔Φ20mm的轴线是拨叉脚两端面和螺纹孔M5的设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸设计基准。
选用叉轴孔Φ20mm的轴线和拨叉头左端面作为精基准定位加工拨叉脚两端面和螺纹孔M5,实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的垂直度要求。
另外，由于拨叉件刚性较差，受力易发生弯曲变形，选用拨叉头左端面作为精基准，夹紧力作用在插头的右端面上，可以避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。
3.12粗基准的选择
由于精基准拨叉头左端面与拨叉脚左端面有尺寸5mm要求，故而使拨叉脚左端面为粗基准加工加工精基准，为后续加工做好准备。
3.2拟定工艺路线
3.21表面加工方法确
由各个加工表面的尺寸精度以及表面粗糙度，查表得
加工表面
尺寸及偏差
尺寸精度等级
表面粗糙度/μm
加工方案
拨叉脚两端面
10H11
IT11
3.2
粗铣-半精铣
拨叉脚内表面
R22
IT12
3.2
粗铣-半精铣
螺纹孔端面
20
-
-
粗铣
螺纹孔
M5
-
-
钻-丝锥攻内螺纹
拨叉头两端面
35
-
3.2
粗车-半精车
拨叉头孔
Φ20H7
IT7
1.6
钻-扩-铰
3.22工序的分散与集中
由于是单件小批量生产，故而工序应该尽量集中，所以可以采用机床配以不同工具、夹具，以提高生产效率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不断可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
故而在加工精基准时，采用车床一次性加工出，拨叉头左端面及拨叉孔。
再通过铣床和钻床加工其他表面。
3.23工序顺序的安排
遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准-拨叉头左端面和拨叉轴孔Φ20H7mm；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排半精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——拨叉头左端和拨叉轴孔Φ20H7mm，再铣拨叉其他表面；遵循“先面后孔”原则，先铣螺纹孔端面，再钻削M5螺纹孔；先加工拨叉头端面，再加工拨叉轴孔Φ20H7mm。
由此初拟拨叉机械加工工序安排，见下表
工序号
工序内容
简要说明
10
粗车，半精车拨叉头左端面；钻、扩、铰拨叉孔
先基准后其他，先主后次
20
粗车，半精车拨叉头右端面
先主后次
30
粗铣，半精铣拨叉脚左端面
先主后次
40
粗铣，半精铣拨叉脚左端面
先主后次
50
粗铣，半精铣拨螺纹孔凸台
先面后孔
60
粗车，半精车拨叉脚内表面
先主后次
70
钻螺纹孔，攻丝M5
先面后孔
3.24确定工艺路线
综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定拨叉机械加工工艺路线，如下表
工序号
工序内容
定位基准
手工砂型铸造
时效
消除内应力
涂底漆
防止生锈
10
粗车，半精车拨叉头左端面，并加工孔
拨叉脚左端面
20
粗车，半精车拨叉头右端面
左端面、Φ20mm孔轴线
30
校正拨叉脚
左端面、Φ20mm孔轴线
40
粗铣，半精铣拨叉脚左端面
左端面、Φ20mm孔轴线
50
粗铣，半精铣拨叉脚右端面
左端面、Φ20mm孔轴线
60
粗铣螺纹孔凸台
左端面、Φ20mm孔轴线
70
粗车，半精车拨叉脚内表面
左端面、Φ20mm孔轴线
80
钻螺纹孔
左端面、Φ20mm孔轴线
90
丝锥攻内螺纹
左端面、Φ20mm孔轴线
100
去毛刺
110
中检
120
校正拨叉脚
1
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