机械制造工艺课程设计拖拉机变速箱拨叉零件的机械加工工艺规程.docx

1、机械制造工艺课程设计拖拉机变速箱拨叉零件的机械加工工艺规程1、机械加工工艺规程设 计1 1 零件图 , 312 毛坯图 , 313 机械加工工艺过程卡 , 314 机械加工工序卡 , 315 说明书1.5.1拨叉的工艺分析及生产类型的确定 , 31.5.2确定毛坯、绘制毛坯简图 , 41.5.3拟定拨叉工艺路线 , 51.5.4机床设备及工艺装备的选用 , 71.5.5加工余量、工序尺寸和公差的确定 , 71.5.6切削用量、时间定额的计算 , 102、专用钻床夹具设计2 1 零件图 , 1422 夹具装配图 , 1423 夹具体零件图 , 1424 说明书2.4.1夹具设计任务 ,142.4

2、.2确定夹具的结构方案 ,142.4.3画夹具装配图 ,152.4.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求 ,151机械加工工艺规程设计1.5.1拨叉的工艺分析及生产类型的确定1.5.1.1拨叉的用途该拨叉应用在某拖拉机变速箱的换挡机构中。拨叉头以 ?30mm孔套在变速叉轴上，并 用销钉经 ?8mm孔与变速叉轴联结，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，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位， 从而改变拖拉机的行驶速度。该拨叉在改换档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

3、强 度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴 孔 ?3000.021mm（H7和） 锁销孔 ?800.015 mm（H7，） 在设计工艺规程时应重点予以保证。1.5.1.2拨叉的技术要求将该拨叉的全部技术要求列于表 1-5-1 中。表 1-5-1 拨叉零件技术要求表加工表面尺寸及偏差 mm公差及精度等 级表面粗糙度 Ra um形位公差 /mm拨叉头左端面8000.3IT123.2拨叉头右端面8000.3IT1212.5拨叉脚内表面R48IT1312.5拨叉脚两端面200.026IT93.20. D 0.08?30mm孔?30 0.021IT71.6?8mm

4、孔?800.015IT71.6 0.15 D操纵槽内侧面12IT126.3操纵槽底面5IT1312.5该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、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 4858HRC；为保证拨叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔 ?3000.021 mm的垂直度要求为 0.1mm，其自身的平 面度为 0.08mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位准确，拨叉采用锁销定位。 锁销孔的尺寸为 ?800.015 mm，且锁销孔的中心线与叉轴孔中心

5、线的垂直度要求为 0.15mm。综上所述，该拨叉件的各项技术要求制订的较合理，符合该零件在变速箱中的功用。1.5.1.3审查拨叉的工艺性 分析零件图可知，拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高 于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度； ?30mm孔和 ?8mm孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该 零件除主要工作表面（拨叉脚两端面、变速叉轴孔 ?3000.021mm和锁销孔 ?800.015 mm）外，其 余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加 工要求；而主要工作表面虽然

6、加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较 经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。1.5.1.4确定拨叉的生产类型依设计题目知： Q=8000台/年，m=1件/ 台；结合生产实际，备品率 a%和废品率 b%分别 取 3%和 0.5%。代入公式（ 1-1 ）得N=8000 台/年 1件/台（ 1+3%）（ 1+0.5%）=8281.2 件/年拨叉重量为 4.5kg ，由查表 1-3 知拨叉属轻型零件；由表 1-4 知，该拨叉的生产类型为大 批生产。1.5.2确定毛坯、绘制毛坯简图1.5.2.1选择毛坯 由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧

7、度，获得纤维 组织，毛坯选用锻件。该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提高生产率和 锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为 5。1.5.2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由表 2-10 表 2-12 可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各 项因素。1.公差等级 由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。2.锻件重量已知机械加工后拨叉件的重量为 4.5kg ，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量 为 6kg 。3.锻件形状复杂系数 对拨叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高 度，即 l =158mm,b=120mm

8、,h=86m详m见（ 毛坯图 ） ；由公式（ 2-3 ）和（ 2-5 ）可计算出该拨叉 锻件的形状复杂系数S mt /mN 6 /（lbh ） 6kg /（158mm 120mm 86mm 7.8 10 6 kg / mm3） 6 / 12.7 0.47 由 于 0.47 介于 0.32 和 0.63 之间，故该拨叉的形状复杂系数属 S2 级。4.锻件材质系数由于该拨叉材料为 45 钢，是碳的质量分数小于 0.65%的碳素钢，故该锻件的 材质系数属 M 1级。5.锻件分模线形状 根据该拨叉件的形位特点，选择零件高度方向的对称平面为分模面，属平直分模线，如拨叉锻造毛坯图所示6.零件表面粗糙度由零

9、件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度 Ra均大于等于 1.6um。 根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表 1-5-2 中。表 1-5-2 拨叉锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量锻件重量 /kg包容体重量 /kg形状复杂系数材质系数公差等级612.7S2M1普通级项目 /mm机械加工余量 /mm尺寸公差 /mm备注宽度 R482.5( 01.78)表 2-1022.5 （取 2）表 2-13厚度 803.2( 20.48)表 2-1122.5（两端面分别取 2 和 2.5）表 2-13厚度 202.2( 01.75)表 2-1122.5 （取 2）表 2-13孔径

10、302.2( 01.75)表 2-102.6表 2-14中心距 115.50.5表 2-121.5.2.3 绘制拨叉锻造毛坯简图由表 1-5-2 所得结果，绘制毛坯简图（另附）1.5.3拟定拨叉工艺路线1.5.3.1定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1.精基准的选择根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择拨叉头左端面和叉轴孔 ?3000.021mm作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工， 即遵循了“基准统一” 原则。 叉轴孔 ?3000.021mm的轴线是设计基准，选用其作精基准定位加工拨叉脚两端面和锁销孔 ?800.015 m

11、m，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用拨 叉头左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为该拨叉在轴向方向上的尺寸 多以该端面作设计基准；另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避免在 机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位 的原则，夹紧力作用点不能作用在叉杆上。选用拨叉头左端面作精基准，夹紧可作用在拨 叉头的右端面上，夹紧稳定可靠。2.粗基准的选择作为粗基准的表面平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。选择变速叉轴孔 ?30mm的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。采用 ?30mm外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均

12、匀； 采用拨叉头右端面作粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。1.5.3.2表面加工方法的确定 根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定各表面的加工方法，如 表 1-5-3 所示。表 1-5-3 拨叉零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度 Ra/um加工方案备注拨叉头左端面IT113.2精铣半精铣表 1-8拨叉头右端面IT1312.5粗铣表 1-8拨叉脚内表面IT1312.5粗铣表 1-8拨叉脚两端面IT93.2粗铣精铣磨 削表 1-8?30mm孔IT71.6粗扩精扩铰表 1-7?8mm孔IT71.6钻粗铰精铰表 1-7操纵槽内侧面IT126.3粗铣表 1-8操

13、纵槽底面IT1312.5粗铣表 1-81.5.3.3 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、操纵槽内侧面和底面。在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的 精铣加工和销轴孔 ?8mm的钻、铰加工；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。1.5.3.4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，

14、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。1.5.3.5工序顺序的安排1. 机械加工工序1)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 ?3000.021mm。2)遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。3)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 ?3000.021mm和拨叉脚两端面，后加工次要表面操纵槽底面和内侧面。4)遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔 ?30 mm 孔；先铣操纵槽，再钻销轴孔 ?8 m

15、m。2. 热处理工序模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为 241285HBS，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。3.辅助工序 粗加工拨叉脚两端面和热处理后，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：基准加工主要表面加工及一些余量较大的 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。1.5.3.6确定工艺路线 在综合考虑上述工序安排原则的基础

16、上，表 1-5-4 列出了拨叉的工艺路线。表 1-5-4 拨叉工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1粗铣拨叉头两端面立式铣床 X51端铣刀游标卡尺2半精铣拨叉头左端面立式铣床 X51端铣刀游标卡尺3粗扩、精扩、倒角、铰 ?30mm孔四面组合钻床麻花钻、扩孔 钻、铰刀卡尺、塞规4校正拨叉脚钳工台手锤5粗铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀游标卡尺6铣叉爪口内侧面立式铣床 X51铰刀游标卡尺7粗铣操纵槽底面和内 侧面立式铣床 X51键槽铣刀卡规深度游标卡尺8精铣拨叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀游标卡尺9钻、倒角、粗铰、精铰 ?8mm孔四面组合钻床复合钻头、铣 刀卡尺、塞规10

17、去毛刺钳工台平锉11中检塞规、百分表、卡尺等12热处理拨叉脚两 端面局部淬火淬火机等13校正拨叉脚钳工台手锤14磨削拨叉脚两端面平面磨床 M7120A砂轮游标卡尺15清洗清洗机16终检塞规、百分表、卡尺等1.5.4 机床设备及工艺装备的选用1.5.4.1 机床设备的选用在大批生产条件下，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用的通用设备应提出机床型号，所选用的组合机床应提出机床特性，如“四面组合钻床”1.5.4.2工艺装备的选用 工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简要写出它们的名称，如“钻 头”、“百分表”、“车床夹具”等。拨叉的生产类型为大批生产，所选用的夹具

18、均为专用夹具。1.5.5 加工余量、工序尺寸和公差的确定1.5.5.1工序 1 和工序 2加工拨叉头两端面至设计尺寸的加工余量、 工序尺寸和公差的确定第 1、2 两道工序的加工过程为：1）以右端面 B 定位，粗铣左端面 A，保证工序尺寸 P12）以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸 P23）以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸 P3 ，达到零件图设计尺寸 D的要求， D=800 0.3 mm。由图 1-5-1 所示加工方案，可找出全部工艺尺寸链，如图 1-5-2 所示。求解各工序尺 寸及公差的顺序如下：图 1-5-1 图 1-5-21） 从图 1-5-2a 知， P3 =D=800 0.

19、3 mm2） 从图 1-5-2b 所示知， P2 P3 Z3 ，其中 Z3为半精铣余量，查表 2-38 确 定 Z3=1 mm，则 P2 =（80+1）mm=81m m。由于工序尺寸 P2是在粗铣加工中保证的，查表 1-20 知，粗铣工序的经济加工精度等级可达到 B面的最终加工要求 IT12 ，因此确定该工序 尺寸公差为 IT12 ，其公差值为 0.35 mm，故 P2 =（810.175）mm。3）从图 1-5-2c 所示工序尺寸链知， P1 P2 Z2，其中 Z2 为粗铣余量，由于 B面的加 工余量是经粗铣一次切除的， 故Z2 应等于 B面的毛坯余量， 即 Z2=2 mm，P2=（81+2

20、）mm=83 mm。由表 1-20 确定该粗铣工序的经济加工精度等级为 IT13 ，其公差值为 0.54 mm，故 P1= （ 83 0.27 ）mm。为验证确定的工序尺寸公差是否合理，还需对加工余量进行校核。1）余量 Z3 的校核 在图 1-5-2b 所示尺寸链中 Z3是封闭环，故Z3max P2max P3min 81+0.175-（80-0.3） mm=1.475 mmZ3min P2min P3max 81-0.175-（80+0） mm=0.825 mm2)余量 Z2 的校核 在图 1-5-2c 所示尺寸链中 Z2是封闭环，故Z2max P1max P2min 83+0.27-(81

21、-0.175) mm=2.445 mmZ2min P1min P3max 83-0.27-(81+0.175) mm=1.555 mm 余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。将工序尺寸按 “入体原则”表示：P3 8000.3 mm，P2 81.17500.35 mm，P1 83.2700.54 mm。1.5.5.2工序 3粗扩 -精扩-倒角- 铰-?30 mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的确 定由表 2-28 可查得，铰余量 Z 铰=0.1 mm；精扩余量 Z 精扩=0.07 mm；粗扩余量 Z 粗扩=1.5mm。 查表 1-20 可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，铰： IT7

22、；精扩： IT10 ；粗扩：IT12 。 根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，铰： 0.021 mm；精扩：0.084 mm；粗扩： 0.21 mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为， 铰：? mm；精扩：?29.900.084mm；粗扩：? 29.500.21mm它, 们的相互关系如图。加工方向1.5.5.4 工序 5粗铣拨叉脚两端面至设计尺寸的加工余量、 工序尺寸和公差的确定 第 1、2 两道工序的加工过程为：1)以左端面 A 定位，粗铣右端面 B，保证工序尺寸 P12)以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸 P2图 1-5-3 图 1-5-4由图 1-

23、5-3 所示加工方案，可找出全部工艺尺寸链，如图 1-5-4 所示。求解各工序尺 寸及公差的顺序如下：1)查表取 Z1=Z2=1.4mm从图 1-5-4a 可知， P0=25 10.57 mm；P 1= P0 - Z 1=23.6 mmP 2= P1 Z 2=22.2 mm因为 P1 P2 都是粗铣加工中保证的所以工序尺寸公差为 IT12，其公差值为 0.21 mm故 P1=( 23.6 0.105)mmP2=( 22.2 0.105)mm2)为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。 余量 Z2 的校核Z2max P1max P2min 23.6+0.105 22.2+0.

24、105=1.61mmZ2min P1min P3max 23.6-0.105 22.2 0.105=1.09mm余量 Z1 的校核Z1max P0max P1min 25+1.7 23.6+0.015=3.205 mmZ1min P0min P1max 250.523.60.105=0.795 mm 余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。所以 P1=23.600.21 mmP 2= 22.20 0.21 mm1.5.5.5 工序 9钻 -粗铰-精铰 ?8 mm孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定由表 2-28 可查得，精铰余量 Z 精铰 =0.04 mm；粗铰余量 Z粗铰 =0.16

25、mm；钻孔余量 Z 钻 =7.8 mm。查表 1-20 可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰： IT7 ；粗铰： IT10；钻： IT12 。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为， 精铰：0.015 mm； 粗铰： 0.058 mm；钻： 0.15 mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为， 精铰：?800.015 mm；粗铰：? 7.9600.058 mm；钻孔：? 7.800.15mm,它们的相互关系如图。加工方向1.5.6.1切削用量的计算1.工序 1粗铣拨叉头两端面该工序分两个工步，工步 1 是以 B面定位，粗铣 A面；工步 2 是以 A面定位，粗

26、 铣 B 面。由于两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速 度 v 和进给量 f 是一样的，只有背吃刀量不同。（1）背吃刀量的确定 工步 1 的背吃刀量 ap1取为 Z1（参见图 1-5-1 ）， Z1等 于 A 面的毛坯余量减去工序 1 的余量 Z2 ，即 Z1 =2.5mm-2.5 mm=0 mm；而工步 2 的背吃刀 量 ap2取为 Z2，则如前所已知 Z2=2 mm，故 a p2 =2.5 mm。（2）进给量的确定 由表 5-7 ，按机床功率为 510KW、工件- 夹具系统刚度为中等条 件选取，该工序的每齿进给量 fz 取为 0.08mm/z。（3）铣削速度的

27、计算 由表 5-9 ，按镶齿铣刀、 d / z 80 / 10的条件选取，铣削速度 v 可 取 为 44.9m/min 。 由 公 式 （ 5-1 ） n 1000v/ d 可 求 得 该 工 序 铣 刀 转 速 ， n 1000 44.9m / min/ 80mm 178.65r /min ，参照表 4-15 所列 X51 型立式铣床的主轴 转速，取转速 n 160r /min 。再将此转速代入公式（ 5-1 ），可求出该工序的实际铣削速度 v n d /1000 160r /min 80mm/1000 40.2m / min 。2.工序 2半精铣拨叉头左端面 A取 ap Z3 1mm 。（

28、1）背吃刀量的确定（2）进给量的确定 由表 5-8 ，按表面粗糙度 Ra2.5um的条件选取，该工序的每转进 给量 f 取为 0.4mm/r 。（3）铣削速度的计算 由表 5-9 ，按镶齿铣刀、 d/z 80/10、fz f /Z 0.05mm/ z 的条件选取，铣削速度 v取为 48.4m/min 。由公式（5-1）n 1000 v / d 可求得该工序铣刀 转速，n 1000 48. 4m/ min/ 80mm 1r / min ，参照表 4-15 所列 X51型立式铣床的主轴转速，取转速 n 210r /min 。再将此转速代入公式（ 5-1 ），可求出该工序的实际铣 削速度v n d

29、/1000 210r / min 80mm/1000 52.78m/ min 。3.工序 3 粗扩精扩倒角、铰 30mm孔（ 1）粗扩工步1）背吃刀量的确定 取 ap 1.5mm2） 进给量的确定 由表 5-23 ，选取该工步的每转进给量 f =0.8mm/r。3）切削速度的计算 由表 5-24 ，按工件材料为碳钢及合金钢的条件选取，切削速度 v 可取为 49m/min。由公式（ 5-1） n 1000v / d可求得该工序钻头转速， n 529r /min ，参 照表 4-9 所列 Z525型立式钻床的主轴转速，取转速 n 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 n d /1000 545r / min 29.5mm/1000 50.5m/ min 。（2）精扩工步1）背吃刀量的确定 取 ap 0.4mm