倒档拨叉加工工艺规程制订及卡具设计.docx
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倒档拨叉加工工艺规程制订及卡具设计
引言：
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。
长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，发展。
中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，是紧迫而又艰巨的任务。
本期开辟数控技术及数控机床专题，旨在系统为广大读者提供近年来数控领域的最新发展态势，探讨中国数控行业的改革发展出路。
摘要：
工艺规程是工装设计、制造和确定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工作。
夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响着机械加工的质量，生产效率和成本，因此，夹具设计是机械工艺准备和施工中的一项重要工作。
一、零件的分析
（一）零件的作用
倒档拨叉在运输车的变速箱中，与操纵机构的其他零件结合，用它拨动滑动齿轮，实现倒车。
φ14H9为配合面有较高精度。
槽14H13为滑动拨动的配合表面。
T1，T2为与滑动齿轮接触的表面。
（二）零件的工艺分析
该零件是叉架零件，形状不规则，尺寸精度、型位精度要求较高，零件的主要技术要求分析如下：
（零件图1）
（1）T1、T2两表面对Φ14H9孔轴线垂直度摆差不大于0.1mm，主要是保证叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上，拨差利用弹簧、滚珠在轴上进行定位，因此必须保证Φ8.7+0.10mm。
孔及拨叉槽的尺寸精度。
T1、T2面与不加工腹板5mm的平均尺寸为0.5mm，应注意保持有一定的台面。
拨叉在操纵时轴向移动灵活，T1、T2表面受力均匀。
（2）铸件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及刚度，在外力的作用下，不致于发生意外事故。
（3）由于零件的壁薄而且悬伸长，因此刚性较差，在设计夹具时应充分注意这一点。
（4）Φ14H9孔是一个比较重要的孔，也是以后机械加工各工序中的主要定位基准。
因此加工此孔的工序是比较重要的。
要在夹具设计中考虑保证达到此孔的精度及粗糙度的要求。
二、工艺规程的设计
（一）确定毛坯的制造形式
由于零件的结构比较复杂，又是薄壁件，所以采用金属型铸造。
工件材料为KTH350-10毛坯的尺寸精度要求为IT11～12级。
（二）基准的选择
根据零件图纸及零件的使用情况分析，知Φ14H9孔，槽宽，叉子面厚，叉子面与腹板的距离等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。
（1）粗基准的选择
按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择5mm厚的腹板右侧为第一毛坯表面基准，在加工Φ14H9孔时，为保证Φ24mm的外圆表面为第二毛基准。
（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，从靠近叉脚的Φ24mm端面为轴向尺寸的定位基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。
（三）工艺路线的拟定
（1）工艺路线的拟定
为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。
由于生产纲领为成批生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。
工艺路线方案一：
精铸、退火
工序：
1.钻孔，刮端面。
2.车孔。
3.车端面。
4.粗铣脚面。
5.铣开挡。
6.铣槽。
7.钻孔。
8.精铣脚面。
工艺路线二：
精铸，退火。
工序：
1.铣两端面。
2.钻、扩、倒角、铰Φ14H9孔。
3.倒角。
4.粗铣脚面。
5.铣开挡。
6.铣槽。
7.钻孔。
8.精洗脚面。
两个工艺方案的比较和分析：
两个工艺方案中除前3道工序不同外，其余的工序都相同，所以只要比较前三道工艺的优劣性就可以。
而前3道工序是为了获取精基准。
方案一是用车削的方法：
在车端面的同时将孔一并完成，这样能很好的保证孔与端面的垂直度；
方案二是铣削的方法：
先铣两个面，然后在钻床上加工出孔，应为两个端面一次铣出，可以有较好的平行度，然后用端面定位，用滑柱钻模的钻套定中心，用钻模板直接压紧，也能得到较好的孔与端面的垂直度。
后面的工序均以孔和端面定位，故基准是重合的，两个方案在这点上是相同的。
另外，选择方案时还要考虑工厂的具体条件因素，如设备，能否借用工、夹、量具等。
由于方案二是两次装夹，制造是其夹具精度等级也相应的要求提高，另外在效率上也没有方案一高，故选择方案一。
根据方案一制定出相信的工序划分如下所示：
毛坯为精铸件，清理后，退火处理，以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，在毛坯车间调整拨叉爪变形，铣去浇冒口，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。
工序：
（1）钻φ13.5孔刮φ24mm端面。
（2）车φ14H9孔。
（3）车端面，倒角。
（4）车端面，倒角。
（5）整形。
（6）粗铣脚面。
（7）铣开档。
（8）铣槽。
（9）铣面。
（10）钻孔。
（11）钻φ8.7孔。
（12）去毛刺。
（13）精铣脚面。
（14）倒角，去毛刺。
（15）检验。
根据此工序安排，编出机械加工过程卡及工序卡片，另外编出车削部分工艺卡片。
见附表1：
机械加工工艺过程卡；附表2～15：
机械加工工序卡；附表16：
φ车14H9孔及端面和倒角的工艺卡片。
产品型号及规格
10运输车
零件生产批量
3000
第1页
零件名称
I拨叉
零件图号
2008.10.10
共2页
毛坯种类
铸造
材料名称及型号
KTH300-10
每件毛坯制坯数
1
成形尺寸
103×60×46
毛坯尺寸
110×70×50
零件重量
毛坯重量
每台产品件数
1
车间名称
工序号
工种
工序名称
单件工时
机床型号及名称
夹具名称及型号
刀具名称及编号
辅助名称及编号
量具名称及编号
10
钳
整形
1.25
20
车
钻φ13.5孔刮φ24面，保证尺寸36.5
2.25
CL15全功能数控车
拨叉车φ14孔夹具
内孔刀
塞规φ13.5
30
车
φ14H9
1.25
CL15全功能数控车
同上
内孔刀
塞规
40
车
平端面，保证尺寸40.5倒角1×45°
1.5
CL15全功能数控车
同上
外圆刀
游标卡尺
50
车
平端面，保证尺寸46和5.5倒角1
1.5
同上
同上
外圆刀
同上
×45°
60
钳
整形
2
70
铣
粗铣脚面，保证尺寸6.7±0.12
4.65±0.12
1.5
XD40数控铣
粗铣脚面夹具
三面刃铣刀φ120×12
同上
80
铣
铣开档40B12
1.5
XD40
拨叉开档夹具
同上
同上
90
铣
铣14H13槽，保证尺寸16.5
2
XD40
铣槽14DJ夹具
三面刃铣刀
同上
±0.16，12
φ125×14H13
100
铣
铣面，保证尺寸14
1.25
同上
铣夹具
三面刃铣刀φ120×13.5
游标卡尺
110
钻
钻φ8.7孔，保证尺寸16.5
1.65
Z5140
钻φ8.7孔钻孔
钻头φ8.7
同上
±0.06尺寸
120
钳
去毛刺
0.5
手用铰刀
130
铣
精铣脚面保证尺寸
2.5
140
钳
倒角1×45°去毛刺
附表2机械加工工序卡
附表3机械加工工序卡
附表4机械加工工序卡
附表5机械加工工序卡
附表6机械加工工序卡
附表7机械加工工序卡
附表8机械加工工序卡
附表9机械加工工序卡
附表10机械加工工序卡
附表11机械加工工序卡
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
1.毛坯尺寸的确定，画毛坯图。
拨叉是运输车变速箱中的一个零件，其材料为KTH300-10,由于产品的形状复杂，生产纲领是成批生产，所以毛坯选用金属型铸造。
毛坯铸出后应进行退火处理，以消除铸件在铸造过程中产生的内应力。
由文献[1]表2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级CT为7～9级，加工余量等级MA为F级。
故取CT为9级，MA为F级。
由文献[1]2.3-5可用查表法确定各表面的总余量，但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。
由文献[1]2.3-9可查出铸件主要尺寸的公差，现将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如表1-8所示。
表1-8主要毛坯尺寸及公差
主要面寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
φ24mm两端面
46
3+3
52
2
两脚面
6
2+2
10
1.5
14H13槽面
14
2+2
10
1.6
叉脚开档
40
3+3
34
2
由此，即可绘制出零件的毛坯图
2.1钻，车φ14mm孔
该孔先由高速钢钻头钻出底孔后，再由内孔刀车出。
由文献[1]表2.3-52得拉孔时的余量为0.5mm，故钻孔的余量为
钻孔：
工序尺寸及公差为
拉孔：
工序尺寸及公差：
由文献[1]表2.4-38，取钻孔的进给量f＝；又由文献[1]表2.4-41，用插入法求得钻孔时的切削速度v＝
。
由此算出转速为：
按车床的实际转速取n＝
，则实际切削速度为：
v＝
＝
由文献[1]表2.4-69得
F=9.81×43.3×d0×f0.8×KF
M=9.81×0.021d
×f0.8×KM
因为加工可锻铸铁时KF＝KM，且由文献[1]表2.4-47，可查得KF
＝0.92，故
F=9.81×43.3×13.5×0.20.8×0.92N=1267.5N
M=9.81×0.021×13.52×0.40.8×0.92N=7N
它们均小于机床所能提供得进给力和扭转力矩，故机床刚性足够。
2.2切削用量
切削用量是指机床在切削加工时的状态参数。
不同类型的机床对切削用量的参数的表述也略有不同，但基本的含义都是一致的。
见上图
（1）切削速度（Vc）
切削刃上的切削点相对于工件运动的瞬时速度称为切削速度。
切削速度的单位为m/min。
在各种金属切削机床中，大多数切削加工的主运动都是机床主轴的运动，即都是回转运动。
切削速度与机床主轴转速之间进行转换的关系为：
式中：
----切削速度，m/min
d-----工件直径，mm
n-----主轴转速r/min
（2）进给量（f）
不同种类的机床，进给量的单位是不同的。
对于普通车床，进给量为工件（主轴）每转过一转，刀具沿进给方向上相对于工件的移动量，单位为mm/r，对于数控车床，由于其控制原理与普通车床不同，进给量还可以用进给速度
来表示，即刀具在单位时间内沿着进给方向上相对于工件的位移量。
在车削加工时，进给速度
是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。
它与进给量之间的关系为：
（3）背吃刀量（
）
背吃刀量的计算公式为：
式中：
---待加工表面直径，mm
---已加工表面直径，mm
切削加工中，切削速度（
）、进给量（f）和背吃刀量（
）这三个参数是相互关联的，在粗加工中，为了提高效率，一般采用较大的背吃刀量。
此时切削速度和进给量相对较小，而在半精加工和精加工阶段，一般采用较大的切削速度、较小的进给量和背吃刀量，以获得较好的加工质量（包括表面粗糙度、尺寸精度和形状精度）。
（4）切削时间
式中：
l----刀具行程长度
A----半径方向加工余量
（5）金属切除率（
）
金属切除率是指每分钟切下工件材料的体积，单位为
。
它是衡量切削效率高低的另一个指标，金属切除率
由下式计算：
3.加工脚面
脚面由粗铣，精铣两次加工完成，采用三面刃圆盘铣刀（高速钢），铣刀规格为φ120×12。
由文献[1]表2.3-59，查得精加工余量为1mm，由于两脚面较小，根据实际情况将其调整为0.35mm，故其加工余量为（2.75-0.35）mm＝2.4mm。
由文献[1]表2.4-73，取粗铣的每齿进给量0.2mm/z，取精铣的每转
进给量为0.5mm/r，粗铣走刀一次ap＝2.4mm，精铣走刀一次ap＝0.35mm。
由文献[1]表3.1-74，取粗、精铣得主轴转速分别为150r/min和300r/min，又由前面选定得刀具直径φ120mm，故相应得切削速度分别为：
v粗＝
v精＝
校核机床功率（只须校核粗加工即可）
由文献[1]表2.4-96，得切削功率Pm为：
Pm=92.4
取Z=16,n＝
ap＝2.4mm，而Kpm＝
由文献[1]表2.4-94
可知
故
，
所以Pm＝
其所耗功率小于机床功率，故可用。
4.加工14H13得槽面可用变速钢三面刃铣刀加工，由前定余量为
2mm故可一次铣出，铣刀规格为φ125×14H13。
由文献[1]表2.4-73，取每齿进给量为0.15mm/z，ap＝2mm，由文献[1]表3.1-74，取主轴转速为190r/min，则相应得切削速度为：
v＝
5.加工开档
开档余量为3mm，也可用高速钢三面刃铣刀一次铣出，铣刀规格为φ120
12。
由文献[1]表2.4-73，取每齿进给量为0.15mm/z，ap＝3mm，由文献[1]表3.1-74，取主轴转速为190r/min，则相应得切削速度为：
v＝
6.加工
孔
采用直径为
mm的高速钢钻头加工，尺寸16.5
0.06mm由钻模保证。
由文献[1]表2.4-38，取进给量f＝0.3mm/r，
由文献[1]表2.4-41，用插入法求得钻
mm孔的切削速度为v＝0.457m/s＝27.42m/min
由此算出转速为
按机床实际转速取n＝1000r/min，则实际切削速度为：
7.
mm两端面的加工
两端面的加工由车削来完成，工序余量为3mm。
由文献[1]表2.4-3可得：
ap＝3mm，f＝0.4mm/r，由文献[1]表3.1-18可得：
n＝750r/min，则相应的切削速度为:
9.时间额定计算：
下面计算110工序钻
mm孔的时间定额。
（1）机动时间由文献[1]表2.5-7得钻孔的计算公式为：
t＝
式中
所以
（2）辅助时间由文献[1]表2.5-41确定
开停车0.015mm
升降钻杆0.015mm
主轴运转0.02min
清楚铁屑0.04min
卡尺测量0.10min
装卸工件时间由由文献[1]表2.5-42取1min
所以辅助时间：
（3）作业时间
（4）常量工作场地时间Ts
由文献[5]表，取
，则
Ts＝TB
=1.545
3％＝0.04635min
（5）休息与生理需要时间Tr
由文献[5]表，取
则
Tr＝TB
＝1.545
＝0.04635min
（6）准备与终结时间Te
由文献[5]表2.5-44，取部分时间为：
简单件26min
深度定位0.3min
使用钻模6min
由设计给定3000件，则
Te/n＝（26+0.3+6）/3000＝0.0213min
（7）单件时间
（8）单件时间计算
三、工装设计分析及设计任务书
从前所述的基准选择的分析及制定的工艺规程的工序卡。
选择几个工序的工艺装备提出
“专用工艺装备设计任务书”以便交给工装设计人员进行设计。
现经分析提出下列二个工序的工装设计任务书。
1）工序02平端面、倒角的涨套夹具。
工序设计任务书见附表12。
附表12机械加工工序卡
四、小结
通过这次毕业设计，使我进一步了解所学过的理论知识及具体运用了这些知识。
通过这次毕业设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料、手册等工具书。
通过实例对工艺规程的编制和切削用量的选择计算等做了一次练习。
总之，通过这次毕业设计使我受益匪浅，为我今后的学习与工作打下了一个坚实而良好的基础。
在此，衷心感谢各位老师的帮助和指导。
五、主要参考文件
1李洪主编.机械加工工艺手册.北京：
北京出版社，1990
2艾兴，肖诗纲主编.切削用量简明手册.北京：
机械工业出版社，1994
3东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册（第2版）.上海：
上海科学技术出版社，1990
4赵如福主编.金属机械加工工艺人员手册（第3版）.上海：
上海科学技术出版社，1990
5郑修本，冯冠大主编.机械制造工艺学.北京：
机械工业出版社，1992
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