车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计本科学位论文.docx

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车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计本科学位论文

车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计

序言

机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

图1-1工件零件图

目录

1、零件的分析4

1.1.零件的作用4

1.2．零件的工艺分析4

1.3.确定零件的生产类型5

2、确定毛坯、绘制毛坯简图5

2.1.选择毛坯5

2.2.确定毛坯加工余量6

2.3确定铸件毛坯尺寸6

2.4绘制毛坯图7

3、工艺规程设计9

3.1.基面的选择9

3.2.制定工艺路线9

3.3工序设计11

3.4.确定切削用量及基本工时的计算14

4、夹具设计21

4.1、问题的提出21

4.2、确定夹具的结构方案21

4.3、切削力及夹紧力计算21

4.4、定位误差分析23

5、总结24

6、参考文献25

1、零件的分析

1.1.零件的作用

题目所给的零件是车床的拨叉。

它位于车床变速机构中，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。

零件左边的Φ14孔与操纵机构相连，右边的Φ40半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴或滑移齿轮接触。

通过操纵机构，使拨叉拨动齿轮变速。

为了便于定位加工，两零件的毛坯铸为一体，加工时分开。

1.2．零件的工艺分析

零件的材料为ZG45，该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。

该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。

为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。

叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48～58HRC；为保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔14+0.110的垂直度要求为0.15mm，其自身的平面度为0.08mm。

由此可见，该零件的工艺性较好。

该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔14+0.110），在设计工艺规程时应重点予以保证。

由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

粗基准的选择：

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。

根据这个基准选择原则，现选取φ14孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ25作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。

精基准的选择：

主要应该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

1.3.确定零件的生产类型

依设计题目知：

产品的年产量为8000台/年，每台产品中该零件数量为1件／台；结合生产实际，备用率a和废品率β分别为3%和0.5%。

代入公式得零件的年生产量为

N=8000台／年×1件／台×（1+3%）×（1+0.5%）=8281.2件／年

拨叉属轻型零件，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该拨叉生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为，加工过程划分阶段，工序适当集中，加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

2、确定毛坯、绘制毛坯简图

2.1.选择毛坯

零件材料为ZG45。

考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大量生产，为提高生产率和铸件精度，毛坯的拔模斜度为5°查《机械制造工艺设计简明手册》第8页表1.3—1，选择金属模机械砂型铸件毛坯。

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-9。

2.2.确定毛坯加工余量

1.外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ14，φ40端面）。

查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5，取φ14，φ40端面长度余量均为2.5（均为双边加工）

铣削加工余量为：

粗铣2mm

精铣0mm

2.内孔（φ40已铸成孔）

查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ40已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为34mm。

工序尺寸加工余量：

钻孔2mm

扩孔:

0.125mm

铰孔:

0.035mm

精铰:

0mm

2.3确定铸件毛坯尺寸

上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙的Ra>1.6微米，而这个零件要求最高的φ14内孔面为Ra=3.2，余量不需要改动。

由于φ25外圆表面不需要加工，铸造应尽量保证其尺寸要求。

基本尺寸

加工余量等级

加工余量

说明

铸件尺寸

Φ14

H

3X2

双侧加工余量

Φ10

Φ40

H

3X2

双侧加工余量

Φ34

29

H

3X2

双侧加工余量

35

10

H

3X2

双侧加工余量

16

16

H

16

7

H

不加工

7

1.5

H

3

单侧加工余量

4.5

铸件尺寸

公差

铸件尺寸

公差

Φ7

1.5

16

1.7

Φ34

2.0

16

1.7

35

1.8

7

1.5

4.5

1.5

2.4绘制毛坯图

由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。

因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（1）确定圆角半径

查《机械制造工艺设计简明手册》第45页表2.2-9，铸造圆角半径取2mm

（2）确定拔模斜度

查《机械制造工艺设计简明手册》第37页表2.2-8，内表面拔模斜度最小为30分，外表面拔模斜度最小为1度。

（3）确定分型面

取零件的最大截面位置为模具的分型面。

（4）确定毛坯的热处理方式

拨叉毛坯加工前应安排正火处理，以消除残余应力，改善工件的切削性能。

如图2-1

图2-1车床拨叉铸件图

3、工艺规程设计

3.1.基面的选择

对零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准，根据这个基准原则，现取Ф25mm的孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短V形块支承两个Ф25mm孔的外轮廓作主要定位面，以消除3个自由度，再用一个支承板支撑在Ф52mm的上表面，以消除3个自由度。

精基准的选择：

考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.15mm；槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08m，故以φ14小头孔为精基准。

3.2.制定工艺路线

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

1.加工阶段的划分

该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。

在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、凸台。

在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的半精铣加工和螺纹孔的钻孔丝锥攻丝；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。

2.工序的集中与分散

选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。

该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，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。

3.工序顺序的安排

a机械加工工序

遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——拨叉头左端面和叉轴孔；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面---拨叉头左端面和叉轴孔和拨叉脚两端面。

b热处理工序

模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为141～285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。

喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。

叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。

c辅助工序

粗加工拨叉脚两端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。

综上所述:

该拨叉工序的安排顺序为：

基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

工序01车Φ40孔及叉爪两端面，以下板面为粗基准，采用普通车床和专用夹具；

工序02铣Φ25下端面，以Φ40上端面为定位基准，采用立式铣床X51和专用夹具；

工序03粗铣Φ25上端面，以为Φ25下端面为定位基准，采用立式铣床X51和专用夹具；

工序04钻、铰Φ14孔，以Φ40孔中心和上端面为定位基准，采用立式钻床Z525和专用夹具；

工序05两端孔口倒角，以Φ14孔的内表面为定位基准，采用台钻515床和专用夹具；

工序06切成单件，以以Φ14孔的内表面和下端面为定位基准，采用卧式铣床和专用夹具；

工序07去毛刺；

工序08终检；

3.3工序设计

1.选择机床

根据不同的工序选择机床，相关内容参考第一章第三节所列工艺手册中常用的金属切削机床技术参数部分。

（1）工序01是粗车、半精车端面和镗孔，本零件外轮廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用普通卧式车床C616。

（2）工序02和03是粗铣和精铣平面，本零件外轮廓尺寸不大，精度和表面粗糙度要求不是很高，选用立式铣床X51。

（3）工序04是钻、铰孔，精度和表面粗糙度要求不是很高，选用台钻Z515.

2.选择夹具

由于本零件是大量生产，各工序都采用专用夹具，以提高生产率。

3.选择刀具

根据不同的工序选择刀具，相关内容查阅第一章第三节所列工艺手册中金属切削刀具部分。

（1）在车床上的加工工序，由于大量生产，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。

加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精车用YT15，为了提高生产率及经济性，应选用可转位车刀（GB5343.2-1985）。

（2）在立式铣床上的加工工序，由于大量生产，一般都选用硬质合金端铣刀，因为铣削深度为3mm，铣削宽度为25mm，所以选用端铣刀的直径为80mm。

在钻床上的加工工序只是钻铰孔，选择高速钢锥柄麻花钻（GB1438-85），钻头直径为13.8mm；然后铰孔就能满足加工要求，选择锥柄机铰刀（GB11333-54），直径为14mm。

4.选择量具

由于零件是大量生产，需要制造专用的量具，使用各种通规和塞规来提高检验效率，其中中心距的测量需要用到游标卡尺。

5.确定工序尺寸

（1）圆柱表面工序尺寸

前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：

加工表面

加工内容

加工余量

精度等级

工序尺寸

表面粗糙度

内孔面

铸件

6.0

CT9

粗镗

6.6

IT12

12.5

Φ14H11

内孔面

钻孔

13.8

IT13

Ra大于12.5um

铰孔

0.2

IT9

3.2

（2）平面工序尺寸：

工序号

工序内容

加工余量

基本尺寸

经济精度

工序尺寸

表面粗糙度

01

铸件

3

CT9

粗车φ40孔上端面

2.0

9.5

12

25-6.3

半精车车φ40孔上端面

1.0

8.5

9

3.2

粗车φ40孔下端面

2.0

11

12

6.3

半精车车φ40孔下端面

1.0

10

9

3.2

02

粗铣φ25下端面

2.0

26.0

13

12.5

半精粗铣φ25下端面

1.0

25.0

11

6.3

03

粗铣φ25上端面

2.0

30.0

13

12.5

半精铣φ25上端面

1.0

29.0

11

29

6.3

3.4.确定切削用量及基本工时的计算 

  工序二：

粗、精铣孔Ф14mm、Ф40mm的下表面 

（1）加工条件 

工件材料：

ZG45。

бb=0.16GPa   HBS=190~210，铸件 

机床：

XA4032立式铣床 

刀具；W18Cr4V硬质合金端铣刀  

W18Cr4V硬质合金端铣刀，牌号为YG6，由《切削用量简明手册》〉后称《切削手册》表3.1查得铣削宽度ae<=60mm,深度ap<=4,齿数Z=10时，取刀具直径do=80mm。

又由《切削手册》表3.2选择刀具的前角ro=+5o;后角ao=8o;副后角a’o=8o,刀齿斜角λs=-10o,主刃Kr=60o,过渡刃Krε=30o,副

刃Kr’=5o,过渡刃宽bε=1mm 

（2）切削用量 

 1）粗铣Ф14mm的下表面 

 a）切削深度  

因切削用量较小，故可以选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需尺寸。

 b）每齿进给量：

由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW，查《切削手册》表3.5可得f=0.14~0.24mm/z,由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z 

c）查后刀面最大磨损及寿命 

  查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为（1.0~1.5）mm   查《切削手册》表3.8, 寿命T=180min 

d）计算切削速度   

按《切削手册》表3.27中的公式：

n=475r/min    vf =600mm/s，则实际的切削速度为：

即v==119.3m/min,

实际进给量为：

f=0.13mm/z 

e）校验机床功率   

查《切削手册》表3.24，Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW，所以Pcm> Pcc,故校验合格。

最终确定ap=1.5mm  nc=475r/min  vfc=600mm/min  vc=119.3m/min  fz=0.13mm/z 

f）计算基本工时

公式中：

 L=l+y+Δ；根据《切削手册》表3.26，可得 l+Δ=12mm,所以L=l+y+Δ=32+12=44mm   故  mt=44/600=0.073min

2）粗铣Ф40mm的下表面 

 a）铣削Ф40mm的下表面与铣削Ф14mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。

即 ap=1.5mm  nc=475r/min  vfc=600mm/s  vc=119.3m/min  fz=0.13mm/z

 b）计算基本工时

公式中：

 L=l+y+Δ；根据《切削手册》表3.26，可得 l+Δ=0所以L=l+y+Δ=72mm  故  mt=72/600=0.12min

 3）精铣孔Ф14mm的下表面

 a） 切削深度

 因切削用量较小，故可以选择ap=1.0mm, 一次走刀即可完成所需尺寸 

b）每齿进给量

由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW，查《切削手册》表3.5可得f=0.5~0.7mm/r，由于是对称铣，选较小量f=0.7mm/r  

c）查后刀面最大磨损及寿命 

  查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为（1.0~1.5）mm   查《切削手册》表3.8, 寿命T=180min 

d）计算切削速度   

按《切削手册》表3.27中的公式：

也可以由表3.16查得cv=124mm/s  vf =395mm/min   n=494r/min,根据XA4032铣床参数，选 n=475r/min vf =375mm/min , 则实际的切削速度为

V=119.3m/min,实际进给量

f=0.08mm/z

e）校验机床功率   

查《切削手册》表3.24，Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW，所以Pcm> Pcc,故校验合格。

最终确定ap=1.0mm nc=475r/min  vfc=375mm/min  vc=119.3mm/min 

f）计算基本工时

公式中：

 L=l+y+Δ；根据《切削手册》表3.26，可得 l+Δ=80mm, 所以L=l+y+Δ=32+80=112mm   故  mt=112/375=0.3min 

 2）精铣Ф40mm的下表面 

铣削Ф40mm的下表面与铣削Ф14mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。

即 ap=1.0mm nc=475r/min  vfc=375mm/min  vc=119.3mm/m 

b）计算基本工时

公式中：

 L=l+y+Δ；根据〈〈切削手册〉〉表3.26，可得 l+Δ=80mm所以L=l+y+Δ=72+80=152mm 故t=0.405min

工序三：

粗、精铣孔Ф14mm、Ф40mm的上表面 

   本工序的切削用量及基本工时与工序一中的粗、精铣孔Ф14mm、Ф40mm的下表面相同。

 工序四：

钻、扩、铰、精铰Ф14mm的孔 

（一）  钻Ф18mm的孔 

（1）加工条件 

   工艺要求：

孔径d=18mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却     

机床   ：

Z5132A型立式钻床     

刀具   ：

高速钢麻花钻头 

  选择高速钢麻花钻头，其直径do=18mm,钻头几何形状为：

由《切削手册》表2.1及表2.2  选修磨横刃，β=28o  αo=10o  2Φ=118o  2Φ1=70o  bε=3.5mm  b=2mm  l=4mm

（2） 切削用量 

 1） 决定进给量f 

、按加工要求决定进给量  根据《切削手册》表2.7，当铸铁的强度 

бb<=140HBS   do=18mm时，f=0.70~0.86mm/r  

由于L/d=30/18=1.67<3,故取修正系数K=1 所以     f=（0.70~0.86）x1=（0.70~0.86）mm/r 

b） 按钻头强度决定进给量  

根据表2.8，当бb=190MPa,do=18mm,钻头强度允许的进给量f=1.6mm/r 

c）按机床进给机构强度决定进给量   

根据表2.9，当бb<=210MPa,do<=14.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z5132A钻床允许的轴向力为15696N（见《工艺设计手册》表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。

从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.70~0.86mm/r，根据Z5132A钻床说明书，选f=0.80mm/r（见《工艺设计手册》表4.2-16），又由《切削手册》表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.80mm/r   do<=21mm时，轴向力Ff=7260N    轴向力的修正系数为1.0，故Ff=7260N   

根据Z5132A钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N，由于Ff

2）决定钻头的磨钝标准及寿命   

由《切削手册》表2.12，当do<=18 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.5~0.8）mm,寿命T=60min  

决定切削速度    

由《切削手册》表2.15可知f=0.80mm/r时，双修磨横刃的钻头，do=18 mm时，Vt=17m/min 

切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知  Ktv=1.0   Kmv=1.0  KTv=1.0   Klv=0.85 所以   V=VtxKv=17x1.0x1.0x1.0x0.85=14.4m/min 

4）检验机床扭转及功率 

根据《切削手册》表2.21，当f<=0.8mm/r，do<=19 mm时 Mc=51.99N.m, 根据Z5132A钻床说明书,当nc=275r/min，Mm> Mc  

   又根据《切削手册》表2.23，当бb=（170~213）MPa   do<=14mm  f<=0.9mm/r   vc<=17.4m/min时 Pc=1.7KW 

根据Z5132A钻床说明书,  Pc

所以有Mc< Mm      Pc

 即   f=0.80mm/r   n=nc=275r/min  vc=14.4m/min 

计算基本工时

（二） 扩Ф14mm的孔 

（1）加工条件 

   工艺要求：

孔径d=14mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却     

机床   ：

Z5132A型立式钻床     

刀具   ：

高速钢扩孔钻头 

选择高速钢扩孔钻头，其直径do=14.2mm,钻头几何形状为：

由《切削手册》表2.5  ro=18o    ao=10o   kr=60o  krε=30o  β=15o  ba1=1mm 

 切削用量  

1） 决定进给量f 

a）、按加工要求决定进给量 根据《切削手册》表2.10，当铸铁的强度    бb£140HBS   do=14.2mm时，f=（0.9~1.1）mm/r 

由于L/d=30/14.2=1.52   因扩孔之后还须铰孔 ，故取修正系数K=0.7 所以     f=（0.9~1.1）x0.7=（0.63~0.77）mm/r 

b） 按钻头强度决定进给量  根据表2.8，当бb=190MPa,do=14.2mm,钻头强度允许的进给量f=1.75mm/r 

c）按机床进给机构强度决定进给量   根据表2.9，当бb<=210MPa,do<=14.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z5132A钻床允许的轴向力为15696N

工序六：

铣断 

加工条件 工件尺寸：

长72mm   深12mm 加工要求：

将双体铣开 

刀具：

 选高速钢细齿圆锯片刀   由《工艺设计手册》表3.1-27可得，又由（《金属切削手册》第三版）表6-7 

B=4mm   do=160mm    Z=40  d=32mm  ro=10o  ao=16o 2） 

切削用量  

 决定每齿进给量fz  查《切削手册》表3.4可得     fz=（0.03~0.02）x（1+40%）=（0.042~0.028）mm/z 由于是对称铣 取f=0.028mm/z 

b） 后刀面最大磨损及寿命 

 查《切削手册》表3.7后刀面最大磨损为：

（0.15~0.14）mm 查《切削手册》表3.8  寿命T=140min

c） 计算切削速度