机械制造技术课程设计倒挡拨叉机械制造工艺设计大学论文Word格式文档下载.docx

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4.4加工余量、工序尺寸及公差的确定-8-

4.5确定切削用量及时间定额-9-

4.5.1切削用量-9-

4.5.2时间定额-10-

5夹具设计（选做）-11-

结论-12-

参考文献-12-

摘要

机械制造技术项目训练，是以给定的一个中等复杂程度的中小型机械零件为对象，在确定其毛坯制造工艺的基础上，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计。

是综合运用机械制造技术的基本知识、基本理论和基本技能，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节；

是对学生运用所掌握的“机械制造技术”知识及相关理论的一次全面应用训练。

通过训练，培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，设计机床夹具的能力，使用手册、图表及数据库资料的能力。

本次课程设计对倒挡拨叉零件进行了工艺设计，拨叉是一种辅助零件，摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合和分离，达到换挡的目的，拨叉的制作需要达到一定的精度要求，而拨叉的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，从而使拨叉产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本

关键词：

拨叉；

工艺；

定位；

加紧；

夹具

1零件分析

通过对该零件图的重新绘制，知原图样的试图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。

从零件图上看，该零件是典型的叉架类零件，结构比较复杂，形位精度要求不算高。

为大批量生产的铸件。

其主要加工的有Φ14H9表面粗糙度为Ra6.3um，其轴轴要保证直线度M级Φ0.03；

斜脚面尺寸要求公差尺寸为-0.48到0；

开挡公差尺寸为0.1到0.2，表面粗糙度为Ra6.3um并保证与Φ14H9轴线的垂直度为0.25；

R19面粗糙度为Ra12.5um，表面要求淬火处理，硬度要求为48~53HRC；

下爪总长公差尺寸为-1到0；

后脚面公差尺寸为0到0.52，前面到轴线尺寸18的公差尺寸为±

0.2；

孔Φ8.7公差尺寸为0到0.09，其轴线到开挡前脚面的尺寸41.5的公差尺寸为±

0.15，孔深32公差尺寸为-1到0；

拨叉尺寸要求较高，两内表面归于孔Φ8.7的对称度为0.4，内表面表面粗糙度为Ra12.5，内表面满足配合14H13公差尺寸为0到0.27，其槽底部分允许呈R3max圆角或2最大长为3的倒角；

孔Φ8.7还需锪平直径为Φ12；

孔Φ24端面、开挡内R15面、孔Φ8.7内表面以及槽14H13底面表面粗糙度为Ra25一般的加工都可获得。

通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，我们通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。

1.1零件作用

倒档拨叉是与操纵机构零件结合，用它拨动滑动齿轮实现倒车。

Φ14H9为配合面有较高的精度。

槽14H13为滑块拨动的配合表面。

该拨叉在换挡位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。

图1.1.1倒挡拨叉图纸

1.2零件图审查

通过分析该零件，其布局合理，虽结构复杂，但加工要求比较容易保证，通过专用夹具可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。

图1.2.1倒挡拨叉零件图

1.3零件工艺初步分析

2确定生产类型

依设计题目，结合生产实际（年产量5000件）可知该零件的生产纲领零件是大批量生产的铸件。

3确定毛坯

由于该拨叉件外形复杂。

又是薄壁件，年产量为5000件（大批生产）属于成批生产，故毛坯可采用砂型铸造机器造型和壳型，从而提高毛坯生产率。

工件材料ZG310-570。

毛坯尺寸槽度要求为IT11~IT12级。

毛坯尺寸可通过加工余量大小最终确定。

3.1毛坯类型

铸件的机械加工余量按GB/T11351-89确定，材料为ZG310-570。

由于零件形状复杂，生产纲领是成批生产，所以毛坯选用砂型铸造机器造型和壳型。

3.2确定机械加工余量及毛坯尺寸、公差

根据文献【1】表2-1得，该铸件的尺寸公差CT为8-12级，由表2-5得加工

余量等级MA为F，所以取CF=9级。

由表2-3得各表面的公差数值：

Φ24端面尺寸46公差CT为2mm

14H13槽面尺寸14公差CT为1.6mm

右脚内端面尺寸41.5公差CT为2mm

左脚内端面尺寸23公差CT为1.7mm

内圆面R15公差CT为1.6mm

表3-1机械加工余量及毛坯尺寸、公差

零件图尺寸

机械加工余量

毛坯基准尺寸

公差值及极限偏差

毛坯尺寸标注

Φ24端面尺寸46

2

50

14H13槽面尺寸14

10

1.6

右脚内端面尺寸41.5

45

左脚内端面尺寸23

19

1.7

内圆面R15

13

3.3绘制毛坯图

图3.3.1倒挡拨叉毛胚图

4工艺规程设计

4.1选择定位基准

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

根据零件图及其使用情况分析，知Φ14H9孔是设计基准，也是零件工作最重要的工作面。

1）粗基准的选择

对于一般件而言，按照有关粗基准的选择原则（即当零件又不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，若零件有若干个不加工表面时，应以与加工表面要求相对位置较高的不加工表面作粗基准）。

先选择拨叉头左端面和Φ24外圆表面作为加工Φ14H9孔时的粗基准。

2）精基准的选择

在Φ14H9孔加工以后，各工序则以该孔为定位精基准，靠近叉脚的Φ24的端面为轴向尺寸的定位精基准。

从而满足定位基准重合原则，和互为基准的原则。

但有些表面的加工可能会出现基准不重合，有时需进行尺寸链的换算。

4.2制定工艺路线

毛坯为铸件，应经退火处理以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，然后送到机械加工车间加工，具体工序如下：

1、钻Φ14孔至13.5mm（以Φ24圆柱面和左端面为基准定位）

2、铣左端面（以Φ13.5孔和右端面为基准定位）

3、铣右端面（以Φ13.5孔和左端面为基准定位）

4、倒角（左边）（以Φ13.5孔和右端面为基准定位）

5、倒角（右边）（以Φ13.5孔和左端面为基准定位）

6、铰Φ14H9孔（以Φ13.5孔和左端面为基准定位）

7、铣内圆曲面R15（以Φ14H9孔、左端面和R13孔为基准定位）

8、粗铣拨叉脚内端面（以Φ14H9孔、右端面和R15孔为基准定位）

9、铣操纵槽两面和底面（以Φ16圆柱面和Φ24左端面为基准定位）

10、钻Φ8.7mm孔（以Φ16圆柱面和Φ24圆柱面的一线为基准定位）

11、锪平Φ12孔（以Φ16圆柱面和Φ24圆柱面的一线为基准定位）

12、精铣拨叉脚内端面（以Φ14H9孔、右端面和R15孔为基准定位）

13、去毛刺

14、清洗

15、检验

4.3选择加工设备和工艺装备

4.3.1选择机床

1、工序

（1）钻Φ13.5，选择Z525型立式钻床。

2、工序

（2）、（3）铣Φ24端面，选择X51立式型机床。

3、工序（4）、（5）倒角和工序（6）铰Φ14H9孔，选择Z525型立式钻床。

4、工序（8）、（12）粗、精铣脚内端面，工序（7）铣曲面R15均选择X62W型机床。

5、工序（6）铣槽，选用X62W型机床。

6、工序（7）钻Φ8.7孔，工序（8）锪平Φ12孔均选Z525型机床。

7、工序（13）去毛刺，选用钳工台。

8、工序（14）清洗，选用清洗机。

9、工序（15）检验，选用检验台。

4.3.2选择夹具

本零件属于大批生产因此为了满足生产率要求，各工序均采用专用夹具装夹工件。

4.3.3选择刀具

1、工序

（1）钻Φ14H9孔至13.5mm，由文献【1】表3-5，选择d=13.5mm、L=199，2号莫氏圆锥刀。

2、工序

（2）、（3）铣两端面，根据文献【1】表3-23，选择镶齿套式面铣刀，规格D=80，D1=70，d=27，L=36，L1=30，齿数为10。

3、工序（4）、（5）倒角根据文献【1】表3-10选择d=16mm，L=93mm，l=20mm的锥柄锥面锪钻。

4、工序（6）铰Φ14H9孔，由文献【1】表3-33，选择d=14mm、L=189、l=47，一号莫氏锥柄刀。

5、工序（7）根据文献【1】表3-28选择D=30mm、d=10mm、l=12mm、Z=10的镶齿三面刃铣刀。

6、工序（8）、（12），根据文献【1】表3-28，选用镶齿三面刃铣刀，选择D=38mm，d=12mm，l=12mm，Z=10的错齿三面铣刀。

7、工序（9）根据文献【1】表3-26，选择D=80mm，d=22mm，l=12mm，Z=10的镶齿三面刃铣刀。

7、工序（10）钻Φ8.7孔，根据参考文献【3】表3.1-5选取d=8.7mm，l=125mm的硬质合金直柄麻花钻。

8、工序（11）锪平Φ12孔，根据文献【1】表3-12选取d=12mm，d1=6.6mm，d2=8mm，L=80mm，l=18mm的带导柱直柄平底锪钻。

4.3.4选择量具

因此零件属于成批生产，一般均采用通用量具

1、工序

（1）根据文献【3】表5-24，选用锥柄圆柱塞规13.50+0.12，l=99mm。

2、工序

（2）、（3）根据文献【1】表3-39，均选择分度值为0.02mm的游标卡尺。

3、工序（6）铰孔，根据文献【3】表5.2-1选择锥柄塞规Φ14H9。

4、工序（7）、（8）、（9）、（11）、（12）根据文献【1】表3-39，选择三用游标卡

尺，分度值为0.02mm的游标卡尺。

5、工序（10）根据文献【1】表3-39选用专用塞规Φ8.70+0.09。

4.4加工余量、工序尺寸及公差的确定

1、工序

（1）、（6）该孔由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆孔铰刀铰出，由参考文献【3】表2.3-15查得，铰孔的余量0.5mm，所以钻孔的余量，Z钻=（14-0.5）/2=6.5mm。

则钻孔工序尺寸及公差为Φ13.50+0.043，铰孔工序尺寸及公差为Φ140+0.12。

2、工序

（2）、（3）Φ24mm两端面，由铣削加工来完成，工序余量为2mm。

3、工序（4）（5）倒角，有由铣削加工完成，工序余量为1.5mm。

4、工序（7）内圆曲面R15，又铣削加工完成，工序余量为2mm。

5、工序（8）、（12）脚内表面的Ra为6.3μm，需经粗铣、精铣两次加工，由参考文献【3】表2.3-21查得精加工余量为0.5mm，所以粗加工余量为1.5mm（右端面）和1.5mm（左端面）。

6、工序（9）加工14H13槽面，上面以确定加工余量2mm，故可一次铣出。

7、工序（10）加工Φ8.7+0.09孔，采用直径为Φ8.7的高速钢钻头加工即可。

0

8、工序（11）锪Φ12孔，由文献【1】表5-41得孔深l1=1~2取2mm。

4.5确定切削用量及时间定额

4.5.1切削用量

1、工序

（1）钻Φ14孔至13.5mm，ap=6.75mm，由参考文献【1】表5-22取钻a进给量f=0.25mm，又由文献【1】按工件材料的条件选取切削速度v可取为22m/min，由公式5-1得n=1000v/πd得钻头转速518.99r/min参照表4-9，取转速545r/min，再将此转速代入公式5-1，可求出该工序的实际钻削速度v=πnd/1000=545×

π×

13.5/1000=23.1m/min。

2、工序

（2）、（3）铣端面，ap=2mm由文献【1】表5-7得f=0.08mm/z，由表5-9按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v=44.9m/min，由公式5-1n=1000v/dπ可求得该工序的铣刀转速n=1000×

44.9/（3.14×

80）=178.65r/min,由表4-15选取n=160r/min。

则相应的实际切削速度v=πnd/1000=40.2m/min。

3、工序（4）、（5）倒角，ap=1.5mm，由文献【1】表5-32得f=0.05~0.08取f=0.05mm/r，切削速度v=40~60m/min取v=50m/min。

由公式5-1n=1000v/dπ得n=1061r/min，由表4-15选取n=1225r/min。

4、工序（6）铰Φ14孔，由参考文献【1】表5-31得f=0.4~0.5，取0.4mm/r切削速度v可取为3m/min，由公式5-1得n=1000v/πd=69.1r/min，参照表4-9所列Z515型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min。

将此代入公式5-1可求出实际切削速度v=nπd/1000=4.3m/min。

5、工序（7）铣R15曲面，由参考文献【1】表5-19得f=0.08~0.1，取f=0.08mm/z，由参考文献【1】表4-18查得X62主轴转速n=30~1500r/min，取n=300r/mm。

6、工序（8）粗铣脚右端面，ap=1.5mm可一次铣出，左端面ap=1.5mm可一次铣出。

由参考文献【1】表5-19得f=0.08~0.1得粗铣每齿进给量f=0.1mm/z。

工序（12）精铣脚左右端面，加工余量均为0.5mm，均可一次铣出。

由参考文献

【1】表5-19得精铣每齿进给量f=0.08~0.1mm/r，取f=0.08mm/r。

【1】表4-18查得X62主轴转速n=30~1500r/mm取粗铣转速150r/min，精铣转速300r/min，由前面可知铣刀直径d=38mm，所以

v粗=πnd/1000=3.14×

38×

150/1000=17.9m/min

v精=πnd/1000=3.14×

300/1000=35.8m/min

7、工序（9）铣槽，ap=2mm，可一次，由参考文献【1】表5-19，每齿进给量f=0.08~0.1mm/z，取f=0.08mm/z。

由参考文献【1】表4-18查得X62主轴转速n=30~1500r/min，取n=190r/mm

190/1000=47.7m/min

8、工序（10）钻Φ8.7孔，ap=4.35mm。

由参考文献【1】表5-22查得f=0.1~0.2mm/r，取f=0.15mm/r。

又由参考文献【1】表5-22得v=18~25m/min取v=18m/min。

由n=1000v/πd得n=658.9r/min，参照表4-9选取n=680r/min由公式得v=πnd/1000=3.14×

680×

8.7/1000=18.6m/min。

9、工序（11）锪Φ12孔，由文献【1】表5-32得f=0.05~0.08取f=0.05mm/r,v=40~60取v=50m/min。

由n=1000v/πd得n=1326.9r/min，参照表4-9选取n=1360r/min，由公式5-1得：

v=πnd/1000=3.14×

1360×

12/1000=51.2m/min。

4.5.2时间定额

1、工序

（1）钻Φ14H9至13.5mm孔，由文献【1】表5-4，得钻孔基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn。

l1=D/2cotkr+（1~2）=13.5/2×

cot54゜+2=6.9mm，

l2=1~4mm，取l2=2mm，l=50mm。

tj=（6.9+2+50）/（545×

0.25）=0.43×

60s=25.8s

2、工序

（2）铣左端面，根据文献【1】表5-43，得tj=L/fMZ，L=l+l1+l2，l=24mm，l1=0.5（d-（d2-ae2）0.5+（1~3）=3.84mm，l2=1~3mm取l2=2mm，

fMZ=f×

n=fz×

Z×

n=0.08×

10×

160=128mm/min

所以：

tj=L/fMZ=（24+3.84+2）/128=0.233×

60s=14s，

工序（3）因为加工右端面的加工条件和左端面的一样，所以加工时间ttj=14s

3、工序（4）倒角（左边），由参考文献【1】得表5-41得tj=L/fn=（l+l1）/fn，其中l1=1~2取l1=1mm，l=1.5mm，已知f=0.05mm/r，n=1225r/min。

tj=（1+1.5）/（1225×

0.05）×

60s=2.4s。

工序（5）倒角（右边）的加工的条件和工序（4）的一样，所以此工序加工时间t右=tj=2.4s

4、工序（6）铰孔Φ14H9孔，根据文献【1】表5-41得tj=L/fn,其中L=（l+l2+l3），l1=（D-d1）/2=cotkr+（1~2）=0.5/2×

cot54゜+2=2.2mm,L2=2~4取l2=2mm，l=46mm。

Tj=（2.2+2+46）/（0.4×

97）=1.29×

60s=77.6s

5、工序（7）铣曲面R15，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/fMz，式中l1=0.5d-（C0（d-C0））1/2）+（1~3）,l2=1~3，C0=（0.03~0.05）d=0.12所以l1=15mm，l2=2mm，l=15+8=23mm。

fMz=fz×

300=240mm/min,所以：

tj=（23+15+2）/240=0.166×

60s=10s,因为有左右两叉脚所以此工序总时间t=2tj=20s。

6、工序（8）粗铣脚左右端面，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/fMz，式中l1=0.5d-（C0（d-C0）））+（1~3）,l2=1~3，C0=（0.03~0.05）d=0.152所以l1=18.6mm，l2=2mm，l=19+8=27mm。

n=0.1×

150=150mm/min,所以tj=（27+18.6+2）/150=0.32×

60s=19s，因为有左右两叉脚所以此工序总时间t总=2tj=38s。

7、工序（9）铣槽，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/fMz，式中

0.5l1=0.5（d-（d2-ae2）1/2）+（1~3）=0.5×

（80-（802-17.932）+2=4mm,l2=2~5取l2=3，1/2总右=

l=18。

190=152mm/min。

tj=（18+4+3）/152=0.164×

60s=9.9s，因为要加工两面所以此工序所用时间t总=2tj=19.8s，在加工两面的时候也加工了底面所以只走刀两次就行了。

8、工序（10）钻孔8.7,，由文献【1】表5-4，得钻孔基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn。

l1=D/2cotkr+（1~2）=8.7/2×

cot54゜+2=5.2mm，l2=1~4mm，取l2=2mm，l=47mm。

tj=（5.2+2+47）/（680×

0.15）=0.533×

60s=32s

9、工序（11）锪Φ12孔，由文献【1】表5-41得tj=L/fn=（l+l1）/fn，其中l1=1~2取l1=2mm，l=2mm，已知f=0.05mm/r，n=1360r/min。

tj=（2+2）/（1360×

60s=3.5s。

10、工序（12）精铣脚端面，根据文献【1】表5-43得tj=（l+l1+l2）/fMz，式中l1=0.5d-（C0（d-C0））1/2）+（1~3）,l2=1~3，C0=（0.03~0.05）d=0.152所以l1=18.6mm，l2=2mm，l=19+8=27mm。

300=240mm/min,所以tj=（27+18.6+2）/240=0.198×

60s=12s，因为有左右两叉脚所以此工序总时间t总=2tj=24s

5夹具设计（选做）

为了提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，通常对产量较大的成批或大量生产的零件设计专用夹具。

（一）夹具类型的确定

+0.2根据工艺规程加工要求有：

尺寸41.5+0.15

-0.15mm、23+0.1mm和位置公差两端面与孔

14轴线的垂直度为0.25及表面粗糙度为6.3。

由已知条件，工件尺寸小重量轻，加工要求不高。

因此设计的夹具不宜复杂，故设计成手动夹紧即可。

（二）夹具具体设计

1、确定要限制的自由度

由加工要求考虑，可知加工此工序时6个自由度均要限制方能保证加工精度要求。

故加工时以14mm孔及其右端面和R15孔为定位基准。

其中以长定位销定位14mm孔限制X、Z移动和X、Z转动4个自由度。

以一平面定位拨叉右端面限制Y移动和X、Z转动3个自由度，此时重复限制了X、Z转动两个自由度。

但因为此时的孔以经经过精加工且端面也已经过粗加工，所以孔轴线与面的垂直度较高，在这种情况下是允许采用过定位的。

此时还有一个绕Y转动的自由度没有限制，所以在R15半圆孔用菱形销限制此自由度。

这时六个自由度全被限制为完全定位。

2、选择定位元件

定位销、对刀块、菱形销，其结构和尺寸按要求确定。

3、定位误差分析

夹具的主要定位元件为支撑板和定位销。

支撑板夹具装配后的技术要求统一磨，支撑板的定为表面与夹具体底面平行度误差不超过0.02；

此处定位销为非标准件需自行设计，夹具体上装定位销销孔的轴线与夹具体底面的垂直度误差不超过0.02。

夹具的主要定位元件为长定位销限制了四个自由度,端面定位限制三个自由度（前面已述可以允许重复定位）,菱形销限制了一个自由度。

4、