1、目录绪 论 .1第一章 零件的分析 21.1 零件作用 21.2 零件的工作原理 .21.3 零件的工艺分析 .2第二章 工艺规程设计 32.1 材料选取 32.2 基面的选择 .32.3 制定工艺路线 .42.4 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 .5第三章 夹具设计 .113.1 专用钻床夹具设计 113.2 方案设计 错误！未定义书签。致 谢 15参 考 文 献 161绪 论课程设计是在完成了四年的专业课学习，并进行了大量生产实习的基础上进行的最后的一个教学环节。此次设计我们综合运用所学的机械制造与自动化专业课，尤其是机械制造工艺学及机械加工工艺学的基本理论，结合生产实习中所积累的
2、知识和经验，在老师的指导下，独立分析和解决零件加工工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（高低档拨叉）的工艺规程的能力，同时也提高了自己查阅和运用有关手册、图表、运用 AUTOCAD 软件等技术资料及编写技术文件的技能，是很重要的一次实践环节。在设计中遇到了很多技术方面的问题，在进行查阅资料和老师的帮助下，修改核对后问题都一一解决。设计过程中除了考察我们专业课的能力之外还培养了我们分析问题、解决问题和克服困难的能力，为我以后的工作奠定了良好的基础，更是对我们三年专业课学习的一个良好的总结。由于能力所限，经验不足，设计中肯定有很多不足之处，希望老师多加指教。2第一章 零件的分析1.1 零件
3、作用拖拉机高低档拨叉位于拖拉机的变速机构中，主要用于高低档之间的快速转换，使操作者方便的从一个较高的速度降到一个较低的速度，也可以方便的从一个较高的速度升到一个较高的速度。1.2 零件的工作原理拖拉机的高低档拨叉是在变速机构中推动滑动齿轮的，滑动齿轮上有一个环形槽，拨叉就骑在这个槽里，当驾驶员推动变速杆时，变速杆带动拨叉轴，拨叉轴又带动拨叉，拨叉在推动齿轮，改变齿轮的传动比，以达到变速。1.3 零件的工艺分析根据零件图分析可知，高低档拨叉主要有两处加工面，其间有一定的位置度要求。1.以 15 孔为中心的加工面，这一组加工面包括：15 孔的加工，以及孔上下端面的加工。孔壁上有一个 5 的小孔，用
4、来装配的时候钻铰，这三个有一3定的位置度要求，不是很高。2.拨叉脚的加工面：这一组包括拨叉脚的端面以及内侧面，端面是圆弧R39.5 和以偏离中心 18 度 56 分，相距 7 为圆心的 R46 形成的圆弧台阶，内侧面是 R39.5 的圆弧面，这两组表面有一定的位置度要求，即拨叉两端面与 15 孔的中心线有一定的垂直度要求，由上面分析可知，加工时候应先加工一组表面，在以这组加工过的表面为基准加工另一组。3.主要技术要求铸件时经时效处理；淬火区表面硬度不能低于 HRC500；未注圆角 R34.加工表面要求见指导书 P9第二章 工艺规程设计2.1 材料选取根据拨叉的作用原理及工作环境可知拨叉最容易磨
5、损的地方是和环形槽接触的部位，在高速旋转下，拨叉不转，而齿轮高速旋转，所以要有一定的耐磨性。拨叉还要承受一定的震荡和冲击，所以要有一定的韧性和强度。否则拨叉容易失效，而挂不上档。根据以上分析，查工程材料手册可知，球墨铸铁，铸钢，45 钢有这方面的综合性能。零件的生产纲领为每年 8000 件，单班作业，可知属于中小零件的大批大量生产，所以要考虑到零件毛胚的生产方便性和快捷性。上面材料前三个可以铸造，适合大批大量生产，45 钢锻造也适合这样的生产。经济上考虑，材料价格一次升高，但铸造很麻烦，同时工作环境不好，工人强度大。经以上综合分析分析，球墨铸铁和 45 钢比较适合生产的需要，又考虑到零件的强度
6、要求和耐用性及安全性，选择 45 钢，锻造生产。45 钢：强度较高，塑性很韧性较好，用于制造受载荷较大的消截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火件：如曲轴，齿4轮，蜗杆，键，销等。水淬时候有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水油中淬火，其焊接性较差。锻造方法：自由锻造适合单件小批量的生产，模锻和精密模锻适合大批大量的生产，但精密模锻经济性不很合理，所以选用金属模锻。2.2 基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确合理可以加工的精度和质量得到保证，生产效率得以提高，否则加工过程中问题百出，更有甚者造成大批零件的报废，使生产无法进行。2.2
7、.1.粗基准的选择粗基准主要是为了可靠方便的加工出精基准来，主要考虑一下基本原则。1.为了保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系，应首先考虑选择不加工的表面作为粗基准，当零件有多个不加工表面时候，应选择与加工面相对位置关系要求较高的不加工表面。2.为了使定位稳定，可靠，夹具结构的简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽量平整光洁。有以上原则根据零件图和零件毛胚的成型方法可选择用一个 V 型块限制起主要定位作用，同时在用两个定位销限制叉口的位置，这样来加工 15 孔，后在用此孔定位来加工其他面和孔，具体的分析下面会详细叙述。2.2.2.精基准的选择：考虑的基准的重合原则，以及基准统
8、一原则。选择 15 孔来作为定位的精基。2.3 制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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。2.3.1.工艺路线方案一5工序一 粗、精铣 15 上下端面工序二 钻、扩、铰、精铰 15 孔工序三 粗、台钻倒角工序四 校正拨叉脚工序五 粗铣叉口两端面工序六 铣 R39.5 圆弧内侧面工序七 精铣叉口两端面工序八钻铰 5 孔工序九去毛刺工序十拨叉脚局部淬火工序十一 清洗工序十二检验这一工艺路线生
9、产效率高，但对夹具的精度有有一定的要求2.3.2.艺路线方案二工序一 钻、扩、铰、精铰 15 孔工序二 粗、精铣 15 上下端面工序三 粗、台钻倒角工序四 校正拨叉脚工序五 粗铣叉口两端面工序六 铣 R39.5 圆弧内侧面工序七 精铣叉口两端面工序八钻铰 5 孔工序九去毛刺工序十拨叉脚局部淬火工序十一 清洗工序十二检验本工艺路线生产效率也不错，但是对毛坯精度要求太高，同时没有遵循先面后孔的加工原则结合零件的精度的要求以及加工的方便和快捷性，同时考虑到经济效益，选择工艺路线一加工62.4 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定1.加工工序设计、工序尺寸计算：拖拉机高低档拨叉，材料为 45 钢，生
10、产类型大批量，锻造毛胚。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：工序 工序内容 单边余量 工序尺寸 表面粗糙度工序 1 粗、精铣 15 上下端面 1.5mm 30mm 12.5工序 2 1.钻 15H9 孔2.扩 15H9 孔3.铰 15H9 孔4.精铰 15H9 孔7mm0.8mm0.15mm0.05mm14mm14.8mm14.95mm15.00mm12.56.33.23.2工序 3 粗、台钻倒角 1mm 1mm45 12.5工序 5 粗铣叉口两端面 1mm 8mm 12.5工序 6 粗铣 R39.5 圆弧内侧面 15mm 39.5mm 12.5
11、工序 7 精铣叉口两端面 0.5mm 7mm 6.3工序 8 钻铰 5H11 孔 2.5 5H11（ +0.0750）mm12.52.选择加工设备及工艺装备工序一 X62W 卧式铣床，YG6，铣床夹具，卡尺工序二 Z515 钻床，标准锥柄 14 麻花钻，14.8 YT15 扩孔刀，14.95 铰刀、15 精铰刀、15H9 孔用塞规、专用夹具，卡尺 工序四 钳工台、校正工具工序五 X62W 卧式铣床，YT15 三面刃铣刀，铣床夹具，卡尺工序六 X62W 卧式铣床，YT15 三面刃铣刀，铣床夹具，卡尺工序七 X62W 卧式铣床，YT15 三面刃铣刀，铣床夹具，卡尺工序八 Z515 钻床，标准锥柄
12、5 麻花钻，专用夹具，卡尺工序九 钳工台3.选择切削用量、确定时间定额 工序一 粗、精铣 15 上下端面1. 加工条件7工件材料：45 钢 HRC5562，锻造。机床：K62W 卧式铣床。刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。铣削宽度 a60,深度 aPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/ V f=(72+9)/375=0.216min.结果 ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.工序二 钻、扩、铰、精铰 15 孔见指导书 P13 钻孔部分工序六 粗铣 39.5 圆弧内侧面以 15 孔为基准，粗铣圆弧
13、面。工件材料：45 钢 HRC5562，锻造。查文献1表 2.3-59 平面加工余量，得到精加工余量 ZP 精为 1mm。已知 N 面总余量 ZP 总为 2.5 mm。故粗加工余量为 ZP 粗=2.5-1=1.5mm。 查文献1表 2.6-6，得粗加工公差等级为 IT1114，取 IT11，其公差 TP 粗=0.13mm，所以，XP 粗=25 mm。0.658校核精铣余量 ZP 精：ZP 精 min= XP 粗 min- XP 精 max=(25 -0.13)-(24+0.05)=0.82mm故余量足够。参考文献1表 2.4-73,取粗铣的每齿进给量 为 0.2 mm/z; 取精铣的每转fz进
14、给量 f=0.5 mm/r 粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1mm。参考文献1表 3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为 150r/min 精铣的主轴转速为 300r/min,因前面已选定铣刀直径为 D=100mm，则相应的切削速度分别为：V 粗 = 10Dn= m/min3.485=37.7m/minV 精 = 10Dn= m/min3.48=75.4m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表 9.4-10，得切削功率 Pm为：PM=167.910-5ap0.9fz0.74aeZnkpm取 Z=10 个齿，n=150/60=2.5r/s,a e=168mm,
15、ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51=3.09KW又有4表 3.1-73 得机床功率为 4.5KW，若取效率为 0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。参考文献1表 3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为 150r/min 精铣的主轴转速为 300r/min,因前面已选定铣刀直径为 D=100mm，则相应的切削速度分别9为：V 粗 = 10Dn= m/min3.485=37.7m/minV 精 = 10Dn= m/min3.48=75.4m/min校核机床功率（
16、只校核粗加工工序）：参考4表 9.4-10，得切削功率 Pm为：PM=167.910-5ap0。9 fz0.74aeZnkpm取 Z=10 个齿，n=150/60=2.5r/s,a e=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51=3.09KW 又有4表 3.1-73 得机床功率为 4.5KW，若取效率为 0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。查文献1表 2.3-59 平面加工余量，得到精加工余量 ZP 精为 1mm。已知 N 面总余量 ZP 总为 2.
17、5 mm。故粗加工余量为 ZP 粗=2.5-1=1.5mm。查文献1表 2.6-6，得粗加工公差等级为 IT1114，取 IT11，其公差 TP 粗=0.13mm，所以，XP 粗=25 mm。0.65参考文献1表 2.4-73,取粗铣的每齿进给量 为 0.2 mm/z; 取精铣的每转fz进给量 f=0.5 mm/r 粗铣走刀一次, ap=1.5mm, 精铣走刀一次, ap=1mm。参考文献1表 3.1-74,取，取粗铣的主轴转速为 150r/min 精铣的主轴转速为 300r/min,因前面已选定铣刀直径为 D=100mm，则相应的切削速度分别为：10V 粗 = 10Dn= m/min3.48
18、5=37.7m/minV 精 = 10Dn= m/min3.48=60.8m/min校核机床功率（只校核粗加工工序）：参考4表 9.4-10，得切削功率 Pm为：PM=167.910-5ap0.9fz0.74aeZnkpm取 Z=10 个齿，n=150/60=2.5r/s,a e=168mm,ap=1.5mm,fz=0.2mm/z,kpm=1,将它们代入式中得：PM=167.910-51.50.90.20.74168102.51=3.09KW又有4表 3.1-73 得机床功率为 4.5KW，若取效率为 0.85，则4.50.85=3.825KW3.09KW.故机床的功率足够。工序七：精铣叉口两
19、端面1. 加工条件工件材料：45 钢 HRC5562，锻造。机床：K62W 卧式铣床。刀具：牌号 YT15。铣削宽度 ae60,深度 apPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/ V f=(72+9)/375=0.216min.结果 ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm/s.12第三章 夹具设计3.1 专用钻床夹具设计 1、夹具设计要求 已知工件材料为 45 钢，毛坯为模锻件，所用机床为 Z515 型立式钻床，大批生产规模。 试为该工序设计一钻床夹具。 2、夹具的设计方案 分析： 孔 5mm 为自由尺寸，可一次钻削保证。该
20、孔在轴线方向的设计基准距离 右端面15+0.1mm；在径向方向的设计基准是孔 15H11 的中心线， 其对称度要求为 0.2mm，该尺寸精度可以通过钻模保证。 孔：15H11、钻底孔 立钻 Z515 的最大钻孔直径为 15mm，主轴端面到工作台面的最大距离 H 为 700mm， 工作台面尺寸为 375mm500mm，其空间尺寸完全能够满足夹具的布置和加工范围的要求。 本工序为单一的孔加工，夹具可采用固定式。3.2、方案设计1、定位基准的选择：为了保证孔 5mm 对基准孔 15H11 垂直并对该孔中心线的对称度符合要求，应当限制工件 X 的平移、Y 轴旋转、Z 轴旋转，三个自由度；为保证孔8.4
21、 处于拨叉的对称面内且不发生扭斜，应当限制 Y 轴旋转自由度；为由于 5mm 为通孔，深度方向的自由度 Z 的平移可以不加限制，因此，本夹具应当限制 4 个自由度。孔 15H11 是已经加工好的，且又是本工序要加工的孔 5mm 的设计基准，按照基准重合原则，选择它作为主要定位基准是比较恰当的。若心轴水平放置并与钻床主轴垂直和共面，则所钻的孔与基准孔之间的垂直度与对称度就可以保证，其定位精度取决于配合间隙。为限制 自由度，应以拨叉槽口 mm 为定位基准。这时有两种定位方案。如图所示图（a）是在叉口的一个槽面上布置了一个防转销；图（b）是利用插口的两侧面布置一个大削边销，其尺寸采用 51g6，从定
22、位稳定和有利于夹紧来考虑，一方案较好。(a) (b)13为限制其自由度，定位元件的布置有以下三种方案：a.以 D 面定位，这时定位基准与设计基准b.以槽口两侧面中的任一面为定位基准，采用圆柱销单面定位，这时，由于设计基准是槽的对称中心线，属于基准不重合，槽口尺寸辩护所形成的基准不重合误差为 0.05mm。c.以槽口两侧面为定位基准，采用均有对称机构的定位零件（可伸缩的锥形定位销）定位，此时，定位基准与设计基准完全重合，定位间隙也可以消除。在这三个方案中，第一方案不能保证加工精度；第二方案具有结构简单、定位误差可以保证的优点；第三方案定位误差为零，但结构比前两方案复杂些。从大批量生产的条件来看，
23、第三方案虽结构复杂一点，却能完成加紧的任务，因此第三方案是较合适的。2、夹紧机构的确定：当定位机构水平放置时，在 Z515 立钻上钻 5mm 孔的钻削力和扭矩具有定位心轴来承担。在心轴轴向施加轴向力夹紧。这时，可在心轴端部采用螺纹夹紧装置，夹紧力与切削力处于垂直状态。这种结构虽然简单，但装卸工件却比较麻烦。总体结构按设计步骤，先在各视图部位用双点画线画出工件的外形，然后围绕工件布置定位、夹紧和导向元件（见图 3）,再进一步考虑零件的装卸、各部件结构单元的划分、加工时操作的方便性和结构工艺性的问题，使整个夹具形成一个整体。图 3图 4 为该夹具的总体结构设计图，从该图可以看出，该夹具具有如下结构
24、特点。 夹具体采用整体锻件结构，刚性较好。 定位心轴 6 和定位防转扁销 1 均安装在夹具体的立柱上，通过夹具体上的孔与底面的平行度来保证心轴与夹具底面的平行度要求。为了便于装卸零件和钻孔后进行攻丝，夹具采用了铰链式钻模板结构。钻14模板 4 用销轴 3 采用基轴制装在模板座 7 上，翻下时与支撑钉 5 接触，以保证钻套的位置精度，并用锁紧螺钉 2 锁紧钻套孔对心轴的位置，在装配时，通过调整模板座来达到要求。在设计时，提出了钻套孔对心轴轴线的位置度要求 0.04mm。来调整达到此要求后，在模板座与夹具体上配钻铰定位孔、打入定位销使之位置固定。图 4确定夹紧机构针对小批生产，选用螺母夹紧机构。夹
25、紧力计算(1) 由表 10-1 得 夹紧力 F j=FL/tan(+ 1)+tan 2，=(R+esin)/cos，=arctanecos/(R+esin)ecos= 3， e= 5， R=33， L=16015取偏心轮与夹紧面的摩擦系数和偏心轮与铰链轴的摩擦系数 f 一样，根据表 10-2 得，f=0.2，则摩擦角 1= 2=arctanf=所以得： 夹紧力 F j=5.3F（2）求切削力和切削扭矩：由表 3-54 和 3-55 得切削力 P x=68Ds0.7 K p，切削扭矩：M=34.5D2 s0.8 K p。D=8.4, s=0.2, K p=（ b/75)0.75 ， b=580
26、。切削力 P x=264N，切削扭矩：M=1444Nmm理论夹紧力 F jo= P x=264N，取安全系数 K=2.7，夹紧力 F j =K F jo=712.8N，原始作用力 F= F j/5.3=134.5N切削扭矩 M=1444Nmm，对工件定位的影响很少，可以忽略。3、夹具装配图标注尺寸、配合及技术要求（1）确定定位元件间的尺寸，心轴与削边销中心距尺寸为 96.8（2）根据加工孔的加工要求，确定钻套中心线与定位偏心轮中心线的尺寸为 3.10.03，为零件相应尺寸 3.10.1 的公差值的 1/3。位置度公差为零件相应尺寸 0.1 的公差值的1/3。（3）心轴中心线与夹具底面的平行度公
27、差为 0.02mm。（4）标注关键件的配合尺寸如图，20H7k6,19H7k6, 12H7f9。4、夹具操作简要说明本夹具使用在立式钻床上，加工拨叉 5mm 孔。工件以 15H11 孔、R39+01 0mm 叉口，分别在定位心轴、削边销。16致 谢参 考 文 献1 李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社 ,19932 王可绍.机械制造工艺设计手册.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版 ,1984 3 属切削手册（第三版）.上海：上海科学技术出版社， 20034 张耀宸.机械加工工艺设计手册.航空工业出版社,19875 张龙勋.机械制造工艺学课程设计指导.北京：机械工业出版社， 19936 孟少农.机械加工工艺手册第一、二卷.北京：北京机械工业出版社 ,19917 王光斗、王春福.机床夹具设计手册（第三版）.上海：上海科学技术出版社 ,19908 李华.机械制造技术（第二版）.北京：高等教育出版社 .20059 司乃钧、许德珠.热加工工艺基础.高等教育出版社.2004
