1、镇 江 高 专ZHENJIANG COLLEGE 毕 业 设 计 说 明 书 全套 CAD 图纸，工艺卡等，联系153893706变速拨叉工艺工装设计系 名： 机械系 专业班级： 机械制造与自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 12008 年 8 月目 录第一章 零件的分析21.1 零件作用 31.2 零件工艺分析 3-4第二章 确定毛坯、画毛坯-零件合图（附图 2）4-52.1 确定毛坯42.2 画毛坯-零件合图5第三章 工艺规程设计53.1 定位基准的选择53.2 制定工艺路线63.3 选择加工设备及刀、夹、量具83.4 加工工序设计10第四章 夹具设计12参考文献
2、152引 言机械制造工艺学毕业设计是在学完了机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（变速拨叉）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计能力，也是实现和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。3一、零件的分析（一）零件的作用该零件是以 14H8 孔套在轴上，并用销
3、钉经 8+0.2/0 孔与轴定位，拨叉脚卡在双联齿轮槽中，变速操作机构通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联齿轮在花键轴上滑移，从而实现拖拉机的变速。（二）零件的工艺分析由附图 1 得知，其材料为 QT42-10。该材料具有中等强度和韧性，用于制作内燃机中油泵齿轮，气轮机的中温汽缸隔板，水轮机阀门体，机车车辆轴瓦、输电线路的联板。该零件的主要加工面为 N、M、O、R 面和 14H8 孔、16+0.15/0拨叉槽、拨叉脚内侧面 45.5+0.17/0、 8+0.12/0 孔4（1） 拨叉安装孔 14H8（+0.027/0）mm 表面粗糙度 Ra3.2um,孔端面位置尺
4、寸 53mm 表面粗糙度 Ra12.5um。（2） 拨叉脚端面厚度为 6-0.08/-0.16mm 外端面与操纵槽对称面的距离52mm，表明粗糙度为 Ra6.3um。（3） 拨叉脚内侧面宽度尺寸为 45.5+0.17/0mm，对称面与拨叉安装孔端面的距离为 17mm 表面粗糙度为 Ra6.3um。（4） 操纵槽宽度为 16+0.15/0mm，对称面与拨叉安装孔端面的距离为 17mm，表面粗糙度 Ra12.5um。（5） 拨叉紧定孔孔径为 8+0.2/0mm，孔深为 32mm。由参考文献5中有关面和加工孔的经济精度及机床能达到的位置精度可知上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。二
5、、确定毛坯、画毛坯-零件合图（附图 2）根据零件材料确定毛坯为铸件，又由题目已知零件的生产纲领为 6000 件/年。由参考文献1表 1-4、表 1-3 可知其生产类型为中批生产，拨叉的轮廓尺寸不大而且有较多不需要切削加工的表面，所以毛坯制造选用金属模砂型机器制造铸造成形，为消除应力铸造后应安排人工时效。拨叉属特形零件且加工过程中利用不加工表面进行定位的工序较多，故零件毛坯为精铸件。参考文献5表 2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级 CT9-10 级。加工余量等级MA 为 H/G 级。选择以通过零件最高线且平行与拨叉脚对称面的平面（拨叉脚对称面）作为分型面可多件进行浇注钢液由两拨叉脚经横浇道流人，
6、浇冒口位置分别位于 M 面左侧和 N 面右侧。5参考文献4表 2.3-5，用查表法确定各表面的总、余量如表 2-1 所示。表 2-1 各加工表面总余量加工表面 基本尺寸(mm)加工余量等级加工余量数值（mm）说明N 面、R 面 H 3.5 上下表面M 面、O 面 6 G 2.5 拨叉脚上下端面拨叉脚内侧面尺寸 45.5 H 3.0 拨叉脚内侧面14H8 孔 14 G 3.0 孔降 1 级，双侧加工8+0.2/0 孔 8 H 4.0 孔降 1 级，双侧加工16+0.15/0mm 16 H 8 拨叉槽双侧加工由参考文献1表 2.3-9 可得铸件主要尺寸的公差表 2-2 所示。表 2-2 主要毛坯尺
7、寸及公差（mm）主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 CTN 面、R 面轮廓尺寸 7 10M 面、O 面轮廓尺寸 6 5 11 9拨叉脚内侧面尺寸 45.5 6 51.5 1014mm 孔 14 6 8 98mm 孔 8 8 0 10拨叉槽 16mm 16 16 0 10三、工艺规程6（一） 定位基准的选择该拨叉零件中较多尺寸是一 14H8 及其端面为设计基准，因此必须首先加工出 14H8 孔及其端面，为后续工序作为基准，根据粗精基准选择原则，确定各加工面的基准。精基准的选择：14H8 孔及其端面既是装配基准又是设计基准，用它们作为精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，其余各面和孔的
8、加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则，此外，R 面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠、操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择拨叉零件外圆柱表面作为粗基准：第一，在加工表面和非加工表面的定位精度下选非加工面为粗基准；第二，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要面和孔的加工余量尽量均匀；第三，作为粗基准的面应平整光洁，此外，还应能保证定位基准，夹紧可靠。最先进行机械加工的表面是 8+.2/0 孔，定位夹紧方案如下：方案一 用一圆柱销插入 14H8 孔内限制 2 个自由度，再以一水平挡块，挡住 8+0.2/0 外圆端面以确定其位置，用一可调支承支撑在
9、拨叉脚下端面起支承用限制一个自由度再以一平面限制三个自由度，最后用一螺旋压板将零件夹紧，进行钻孔加工，但因该方案定位不确定性，挡块无法确定该零件的具体位置，故该方案不合适。方案二用一圆柱销插入 14H8 孔内限制 2 个自由度，用一削边销水平位置斜放插入拨叉脚内侧面以确定零件正确位置，再以一平面限制 3 个自由度支承在 R 面下，再用一螺旋压板压在肋板处以将该零件位置固定下来。该方案定位夹紧可靠，故该方案是可行的。（二）制定工艺路线根据加工表面的加工精度、表面粗糙度和各加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：N、R 面：粗车；M、O 面：粗铣精铣；14H8 孔：钻扩铰和孔口倒7角；
10、叉脚两内侧面：粗铣精铣；变速拨叉槽：粗铣精铣；8+0.2/0 孔：钻铰；根据先面后孔，先主要表面后次要表面，先粗后精，先基准后其他的的加工原则，将 N 面、R 面、M 面、O 面、拨叉脚内侧面的粗加工放在前面，精加工放在后面，每一阶段中又首先加工 M 面、O 面，后再加工拨叉脚内侧面。初步拟定加工工艺路线如下：工序号 工序内容102030405060708090100铸造时效涂底漆粗车 N、R 面，倒角 1X45粗车 M、O 面粗铣拨叉脚 45.5+0.17/0 内侧面精车 M、O 面，倒角 1X45精铣叉脚 45.5+0.17/0 内侧面钻-扩-铰 14H8 孔钻-铰 8+0.2/0 孔粗铣
11、 16+0.15/0 拨叉槽,精铣 16+0.15/0 拨叉槽检验入库上述方案遵循了工艺路线拟定的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。如粗车 M 面、O 面，因夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们的惯性力较大，平衡较困难，又由于 M 面、O 面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削，容易引起工艺系统的振动，故改用铣削加工。工序 60 应在工序 20 前完成，使 N、R 面在粗加工后有较多的时间进行自然时效，减少工件受力变形和受热变形对加工精度的影响。修改后的工艺路线如下：工序号 工序内容10铸造时效涂底漆粗车 N、R 面，倒角 1X4582030405060708090100钻-扩
12、-铰 14H8 孔粗铣 M、O 面，倒角 1X45粗铣叉脚 45.5+0.17/0 内侧面，倒角 1X45精铣 M、O 面精铣拨叉脚 45.5+0.17/0 内侧面钻-铰 8+0.2/0 孔粗铣 16+0.15/0 拨叉槽,精铣 16+0.15/0 拨叉槽检验入库（三）选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为中批生产，故加工设备宜以通用机械为主，辅以少量专用机床，其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传递均由人工完成。粗车 N 面、R 面，考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧车选用 C336-1 回轮式转塔车床（参考
13、文献2表 14-34）选用 P10 端面车刀，游标卡尺。粗铣 M、O 面考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用卧铣，选用 XA6132 卧式铣床 P10 三面铣刀，0-200mm/0.02mm 游标卡尺。精铣 M、O 面由于定位基准的转换，宜采用卧铣，选择 XA6132 卧式铣床，选择与粗铣相同型号的刀具，采用精铣专用夹具及游标卡尺、刀口形直尺。粗铣拨叉脚内侧面，选用 XA6132 卧式铣床，选用 P10 三面铣刀，0-200mm/0.02mmm 游标卡尺。精铣拨叉脚内侧面，选用与粗铣相同的夹具、机床、刀具、量具。工序 60 钻扩铰 14H8 孔，孔口倒角 1X45，钻 14H8
14、孔选用摇臂钻床Z3025 参考文献（3）选用锥柄麻花钻， （参考文献（5）表 4.3-9）锥柄扩孔复合钻，扩孔时倒角，选用锥柄机用绞刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。9工序 70 钻铰 8+0.2/0 孔，选用 Z3025 台式钻床，采用 8 直柄麻花钻，专用夹具和 0-200mm/0.02mm 游标卡尺。粗铣 16+0.15/0 拨叉槽，选用 P10 三面刃铣刀，采用专用夹具，0-200mm/0.02mm 游标卡尺。精铣变速拨叉槽 16+0.15/0 所采用的铣床夹具型号均与粗铣相同，采用专用夹具、游标卡尺。（四）加工工序设计1 工序 10 粗车 N、R 面，倒角 1X451）确定背吃
15、刀量 ap 端面总加工余量 3.5mm,一次车刀加工，a p=3.5mm。2）确定进给量 f 根据参考文献（2）表 5-51，f=0.3-0.4mm/r;查表 5-26，根据机床横向进给量，取 f=0.39mm/r。3）确定切削速度 Vc 根据表 5-57 和表 5-58 查得 Cv=242,m=0.2,Xv=0.15,yv=0.35,修正系数kMV=1,kHV=1.24,khv=0.8,kkrv=0.81,ktv=1,刀具寿命 T=60min。故Vc=(Cv/Tmaxpfyv)Kv=(242/600.2X3.50.15X0.390.35X1X1.24X0.8X0.81X1)m/min=98.
16、79m/min4)确定机床主轴转速 nn=1000Vc/ dw=（1000 98.79/ 50）r/min=629.2r/min根据表 5-26 与相似较小的机床转速为 n=400r/min，所以实际切削速度Vc=62.8m/min5)计算基本时间 Tb 切削加工长度 l=30mm,端面车刀选用主偏角 k =90，背r吃刀量 a =3.5,查表 5-55，得切入量及切出量 Y+ =2mm,Tb=(l+Y+ /nf)p =(30+2/400 0.39)x)x1min=0.2min6)计算辅助时间 Ta 按表 5-70 查得装夹工件为 0.8min,起动机床为 0.02min，起动调节切削液为 0
17、.05min，取量具并测量尺寸为 0.5min，共计 Ta=1.37min。102 工序 20 钻-扩-铰 14H8 孔，倒角 1 45。（1） 钻 14H8 孔1）确定进给量 f 根据表 5-61 取 f=0.4，由参考文献（6）知用插入法求得钻 14 孔的切削速度v=0.445m/s=26.7m/min参考文献（5）表 2.4-69 得：F =9.81X42.7Xd f K (N)f o8.0M=9.81X0.021do2f Km(Nm).求出钻 14H8 孔 F 和 M 如下：fF =9.81X42.7X14X0.4 X1=2817.6Nf 8.0M=9.81X0.021X142X0.4
18、 X1=19.4N.m.2）确定机床主轴转速 nn=1000Vc/ =(1000X26.7/ )r/min=607.4r/minod14根据表 5-26 按机床实际转速选取 n=500r/min,实际切削速度 Vc=16.3m/min。它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力矩为 196N.m 故机床刚度满足。3）计算基本时间 Tb 被加工孔长 l=53mm 切入量 y= /2cot+（1-2）mm=13/2cot60+(1-2)mm=21-22mmod（式中 为钻头直径，单位为 mm， 为钻头半顶角常为 60）取 y=21mm,切入量为 m4T =l+y+ min=0.85
19、minb )23.04/2153(/ hf4)确定辅助时间 Ta 查表 5-70 的变换刀架 0.05min,变速或变换进给量0.02min，起动调节切削液 0.05min,共计 Ta=0.12min。（2） 扩 14H8 孔 方法同上，查表 5-62 得，背吃刀量 =0.4mm,进给量paf=0.56mm/r,机床转速 n=1000r/min,切削速度 Vc=46.5m/min,基本时间Tb=0.07min,辅助时间 Ta=0.1mm。11（3） 铰 14H8 孔 查表 5-5-65，吃刀量 =0.1mm,进给量 f=0.23mm/r,主pa轴转速 n=198r/min,切削速度 Vc=9.
20、33m/min,基本时间 Tb=0.88min,辅助时间 Ta=0.22min。（4） 孔口倒角 1X45，取 n=760r/min,基本时间 Tb=0.03min,辅助时间Ta=0.08min。3 工序 30 粗铣及工序 50 精铣 MO 面参考文献（5）表 2.4-73，取粗铣的每齿进给量 =0.2mm/z;取精铣每转zf进给量 f=0.5mm/r,粗铣走刀一次 =3.5mm,精铣走刀一次 =1.5mm。papa参考文献（1）表 3.1-74，取粗铣的主轴转速为 150r/min,取精铣的主轴转速为 300r/min.又前面已选定铣刀直径为 10mm,故相应的切削速度分别为V 粗 = =3
21、.14X10X150/1000=4.71m/min0/DnV 精 = =3.14X10X300/1000=9.42m/min1校核机床功率（一般只校核粗加工工序）：参考文献（5）表 2.4-96，得切削功率 Pm 为 Pm=167.9 510pa9.0Zn7.0zfeapmk取 Z=10 个齿,n=150/60=r/s, =168mm, =3.5mm, =0.2mm/z, =1。将它们epazfpmk代人式中，得：Pm=167.9 x3.5 x0.2 x168x10x2.5x1=6.62kw5109.074.又由文献1表 3.1-73 得机床功率为 0.85，则 7.5X0.85=6.375k
22、w6.62kw故重新选择主轴转速为 118r/min，则：= =3.7m/min粗v10/Dn将其带入公式得：Pm=167.9 x3.5 x0.2 x168x10x118/60x15109.074. kw375.62.故机床功率足够。4 工序 70 钻铰孔 8+0.2/01）确定进给量 f 考虑钻头直径小，刚性差进给量宜选小值，取=0.3mm/r;台12式钻床没有自动进给系统，均采用手动进给。2）确定切削速度 由表 5-61，加工材料为铸铁，考虑到孔径小，钻削速cv度 可选高一些，故取 =m/min。cvc3）确定钻床主轴转速 nn=1000 / =1000x25/( )=995r/mincv
23、od8按表 5-24 中 Z515 台式钻床主轴转速，取 n=630r/min,实际钻削速度=15.8m/min。cv1）4）计算基本时间 Tb 8+0.2/0 孔深为 l=32mm,切入量 y= /2cot+（1-2）mm=13/2cot60+(1-2)mm=21-22mmod（式中 为钻头直径，单位为 mm， 为钻头半顶角常为 60）取 y=4mm,切入量为 m4T =l+y+ min=0.4minb )12.0835/42(/hf5)确定辅助时间 Ta 查表 5-70 查工件装夹时间为 0.5min,起动机床为 0.02min,取下工件为 0.2min,共计 Ta=0.72min。参考文
24、献5表 2.4-69F =9.81X42.7Xd f K (N)f o8.0M=9.81X0.021do2f Km(Nm).求出钻 8 孔的 F 和 M 如下：fF =9.81X42.7X8X0.3 X1=1279Nf 8.0M=9.81X0.021X82X0.3 X1=5N.m.它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力矩 196N.m，故机床刚度足够。参考文献5表 2.4-58，铰孔的饿进给量取 f=0.3mm/r(因铰的是盲孔，所以进给量取得较小)。参考文献5表 2.4-60 取铰孔切削速度为 v=0.3m/s=18m/min,由此算出转速13n=1000v/ =1000
25、x18/3.14x8=716r/mind按机床实际转速取 630r/min,则实际切削速度为 min/8.150/63814.0/nv 四、夹具设计（一）本次设计的夹具为第 70 道工序，钻-扩-铰 8+0.2/0mm孔，孔口倒角 1X45，该夹具适用于 Z3025 摇臂钻。1、确定设计方案这道工序所加工的孔在外圆柱面上且与 14H8 孔垂直且与 W 面倾斜 10，按照基准重合原则并考虑到目前 N、R 面、变速拨叉脚内侧面和14H8 孔均已加工，为避免重复使用粗基准，应以变速拨叉内侧面定位，又为避免钻头引偏，8+0.2/0 孔应从垂直方向钻孔且 8+0.2/0 孔是盲孔，也只能垂直加工，这就要
26、求孔必须垂直定位，这给装夹带来一定的困难。从对工件的结构形状分析，若工件以拨叉脚内侧面定位，再以 R 面定位，定位夹紧读都比较稳定可靠，也容易实现，满足加工要求。夹具以夹具安装面和定位孔、定位销、定位用 T 型槽、螺栓连接。工件以 R 面在夹具上定位限制了 3 个自由度，其余 3 个自由度也必须限制，用哪种方案合理？方案一 用一短圆柱销插入 14H8 孔内，限制了 2 个移动自由度，再以14H8 孔端面定位限制一个移动自由度和两个转动自由度，再以一削边销插入拨叉脚内侧面内，确定零件的正确位置，再以一可调支承支撑 8 外圆端面，这种定位方案从原理上分析是合理的，夹具结构也很简单，夹紧也很方便，用
27、一铰链压板压在工价肋板处即可。方案二 在 14H8 孔内插入一短圆柱销，限制 2 个移动自由度，再以一平面支承在 8 外圆柱端面，限制一个移动自由度和两个转动自由度，再以一水平挡块确定零件的正确位置，再以一可调支承支撑在拨叉脚端面。这种方案从定位14原理上分析是合理的，夹具结构也很简单，但由于 8 外圆端面定位不确定，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件的定位元件和定位面之间很有可能会接触不好，使定位不稳定，此方案不宜采用。本道工序的夹具选用手动夹紧，使夹具简单操作方便。2、计算夹紧力并确定螺杆直径参考文献（4）表 1.2-11 因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所须夹紧力 F 夹与切削
28、力 F 之间的关系为 F 夹=KF式中 K 为安全系数，参考文献（6）当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3。由前面的计算可知 F=1279N所以 F 夹=KF=3X1279=3837N由于采用螺旋压板，其受力图如图所示。由图中可知Fo=F 夹/2=1918.5N参考文献（6）表 1-24，从强度考虑，因一个 M10 的螺栓能承受 3924N 的许用夹紧力，所以用 M10 的螺栓完全能满足强度要求。但从夹具的刚度及整体结构的对称性考虑，这里选用 M16 的螺栓。（二） 本次设计的夹具为第 80、90 道工序粗精铣16+0.15/0 的变速拨叉槽1、确定设计方案这道工序所加工的槽均在主平面内，且水
29、平放置，以一削边销插入拨叉脚内侧面内，定位夹紧都较稳定可靠，也易实现夹紧，以夹具体安装面和定位孔、定位销定位，用 T 型槽螺栓连接。工件以 R 面在夹具体上定位限制了三个自由度，再以一削边销限制了一个自由度，其余也必须限制。方案 1 在 14H8 孔内插入一圆柱销，限制了两个移动自由度和两个转动自由度，再用一可调支承支撑在变速拨叉端面，限制一个转动自由度，再用一螺旋压板压在肋板处，对零件进行定位夹紧。这种定位方案从原15理上分析是合理的，结构也很简单。但螺旋压板位置不对，离加工表面太远，由于切削力很大，无法保证零件的可靠固定，此方案不宜采用。方案 2 见附图 4，用一长圆柱销插入 14H8 孔内，限制了 2 个移动自由度和 2 个转动自由度，再用可调支承限制一个转动自由度，在变速拨叉脚端面处，再用一削边销插入拨叉脚内侧面，以确定零件位置，然后再用一螺旋压紧机构与长圆柱销连接，再夹紧。这种方案定位可靠、夹紧方便，夹紧力适当，故此方案合适。本道工序的夹具须可靠固定，故使用气动或液压夹紧，亦可选用手动夹紧，使夹紧简单、操作方便。参考文献1 机械加工工艺手册2 机械工程与自动化简明手册3 机床夹具设计4 机械加工手册5 机械制造工艺学
