T12拖拉机副变速摇臂及夹具设计说明书之欧阳化创编.docx

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T12拖拉机副变速摇臂及夹具设计说明书之欧阳化创编

一前言

时间：

2021.02.06

创作：

欧阳化

机械制造技术设计课程设计是我们学完了机械制造装备设计学及基础课程技术基础课完成大部分课程后进行的。

它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，另外，也是为以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。

对于提高学生动手实践和解决具体问题的能力有很大的帮助，在我们大学学习生活中占有重要意义作用。

二课程设计内容包括：

1、毛坯设计画出毛坯功艺简图；

2、机械加工工艺设计指定出零件的机械加工工艺规程；

3、夹具设计完成指定工序的家具结构设计

4、整理说明书对于工艺设计夹具设计的详细说明；

就我而言，希望能通过这次课程设计对未来即将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，并学会将所学到的理论知识应用到具体的实际生产问题中来，为以后走向工作打下坚实的基础。

由于能力有限，设计上有诸多不足之处，恳请老师批评指正。

三零件的分析

（一）零件作用分析：

我选择设计的零件是T12拖拉机副变速摇臂，主要作用是通过键与操作感项链来传递力，拨动滑移齿轮的位置，从而实现不同速度之间的变换。

下端的孔则是与轴相连接，是整个工件能够实现传动。

直径为8mm的螺纹孔则是需要与螺栓相连接以防止键滑出键槽。

零件的主要加工面是空的外端面，孔，轴外圆，螺纹孔，台阶和键槽等位置。

（二）零件的工艺分析：

T12拖拉机副变摇臂共有两组加工表面，它们之间有一定的平等度要求，现分析如下：

1.φ34mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括：

一个外援表面φ18+0.0110.022mm、长度40+0.3+0.5及倒角，切槽φ13.6、2.5，键槽150.120、50.015+0.037还有端面上的M8和φ34的端面。

键槽有同轴度的要求。

2.φ10mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括φ100+0.033孔、端面和倒角。

孔有平行度要求。

四毛坯设计

（一）选择毛坯类型由所给的图纸我们可知零件的材料QT40015，材料为球墨铸铁，σb≥400mpa，σ0.2≥250mpa，δ≥15％HBS=130180HBS

经过分析发现其性能可以与45刚类比，故在查取相关的手册时，可以参考45钢，零件尺寸轮廓较小，76×54mm形状也较为简单，且成批生产，所以毛坯可以采用金属模机械砂型铸造成型，拔模斜度2°，收缩率k=1％，此铸件精度等级为810，毛坯尺寸公差13，加工余量等级为G.

1.φ18mm圆柱宽的基本零件尺寸是12mm其加工余量为2.5mm[8]p39，故计算出其毛坯名义尺寸是12＋2×2.5=17mm，其尺寸偏差为±0.0215mm[8]p257

2.φ34mm圆柱宽的基本零件尺寸是14mm,其加工余量为2.5mm[8]p39，故计算出其毛坯名义尺寸是14＋2×2.5=19mm，其尺寸偏差为±0.026mm[8]p257 

3.轴长的基本零件尺寸是37.5mm[8]p39，其加工余量为20mm[8]p39[8]p257

4.轴外圆表面的基本零件尺寸是φ18mm，其加工余量为2.5mm[8]p39，故计算出其毛坯名义尺寸是18＋2×2.5=23mm，其尺寸偏差为±0.0215mm[8]p257 

5.倒角1×45°

（二）选择分型面

可以采用整模造型和分模造型，整模造型可以选择以φ34mm左端面所在平面为分型面，分模造型可以两圆盘的中心线所在平面为分型面。

考虑到整模造型时形状比较复杂，且铸件力学性能较差，所以采用分模造型，以两圆盘的中心线所在平面为分型面。

（三）确定拔模角2°

（四）确定铸件的收缩率根据铸造类型，查表得收缩率为0.8％~1.2％,选收缩率为1.0％

（五）毛坯工艺简图

五工艺设计

（一）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择准确可以使加工表面质量得到保证，生产效率提高，降低工人的工作强度，否则，加工工艺过程中会问题百出达不到加工要求，以致使零件报废，导致生产无法进行。

1.基准的选择

按照粗基准的选择要求（即当零件有不加工表面时应以不加工表面为粗基准，若零件有若干不加工表面时则应与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准）。

由于主加工面为φ18圆柱面且孔φ10有平行度要求，键槽有对称度要求，因此选圆柱面外毛坯表面和φ34右侧凸台表面为粗基准，φ18mm轴的中心轴线和φ34圆柱右端作为粗基准

（二）工艺路线的拟定

制定工艺路线的出发点，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。

在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用万能型机床,配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

在此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

方案选择：

（1）.方案一

1.铣φ34mm圆柱和φ18mm圆柱所在的左端面；以φ18圆柱面外毛坯表面和φ34右侧凸台表面为基准，打中心孔。

2.粗车φ18mm轴右端面和外圆表面，φ34mm圆柱右端面，粗车φ10mm右端面，粗车φ18外圆柱面。

3.精车φ18mm轴外圆表面，精车φ34mm右侧凸台，倒角，切槽。

4.钻，铰φ10H8mm孔并倒角。

5.铣键槽5×16。

6.钻螺纹孔并倒角，然后攻丝。

（2）.方案二

1.对铣φ34mm圆柱和φ18mm圆柱两端面，打中心孔；

2.粗车φ18轴外圆表面，粗车φ34mm圆柱右端面，最后粗车φ10mm圆柱右端面倒角，切槽；

3.铣键槽5×16；

4.钻φ9.8mm孔，铰φ10mm孔，倒角；

5.钻φ6.8mm螺纹孔，倒角，攻丝。

（3）.工艺方案比较

两方案大致工艺路线相同，方案二装夹定位次数多于方案一，由于基准不重合所引起的的误差较大，且φ10mm孔右端面是铣削加工，φ34mm孔右侧面是车削，增加工序使两平面有平行度误差，加工φ10mm孔会与φ18、φ34mm轴线有较大平行度误差。

所以最终确定方案一为本设计加工方案。

1．铣φ34mm圆柱和φ18mm圆柱所在的左端面；以φ18圆柱面外毛坯表面和φ34右侧凸台表面为基准，打中心孔。

2．粗车φ18mm轴右端面和外圆表面，φ34mm圆柱右端面，粗车φ10mm右端面，粗车φ18外圆柱面。

3.精车φ18mm轴外圆表面，精车φ34mm右侧凸台，倒角，切槽。

4.钻，铰φ10H8mm孔并倒角。

5.铣键槽5×16。

6.钻螺纹孔并倒角，然后攻丝。

六工序工艺设计（确定工序尺寸、余量、基本工时）

工序1.铣φ34mm圆柱左端面和φ18mm圆柱左端面；

A．加工条件

工件材料：

QT40015.金属模机械砂型铸造成型，σb≥400mpa，σ0.2≥250mpa，δ≥15％HBS=130~180HBS.

加工要求：

铣φ34mm圆柱左端面和φ18mm圆柱所在的左端面，公差T=0.19mm（[8]p257）（IT11）所以保证工序尺寸56±0.095mm。

机床：

选用铣端面打中心孔专用机床x5030A型序号，其工作台台面尺寸（宽×长）350mm×1150mm，主轴端面至工作台台面距离40410mm，主轴转速范围351600r/min，级数12，表面粗糙度R,52.5um，电动机功率：

主电动机4km

刀具：

刀片材料：

选用硬质合金铣刀               [9]p257选用圆柱铣 

刀，D=50mm，d=22mm细齿Z=8                    [10]p104量距：

游标卡尺

B．切削用量

粗铣IT1113，Ra520um，一次走刀即可达到零件要求。

其加工余量Z=2.5±0.095mm，背吃刀量ap=2.5mm

根据机床功率4km＜5km选用进给量fz=0.250.4mm/z，取fz=0.25mm/z（[2]p416）.

根据硬质合金钢铣刀选用切削速度vc=25m/min[1]p1135

主轴转速nw=1000vc/πd=159.2r/min,故选取nw=200r/min

所以实际切削速度VC=31.4m/min

切削公式：

i=76mmTm=0.19min。

工序2工序图如下：

2.钻两端中心孔中心孔型号GB/14585钻轴转速n=380r/minf==0.05mm/rT=0.26min

3.A粗车φ18mm右端面量具：

游标卡尺，150mm专用夹具

b粗车φ18mm下面右端面

c粗车φ34mm右端面

d粗车φ18mm外圆

A粗车φ18mm右端面

加工条件：

机床选取c6132型号车床

刀具选取硬质合金钢05r2525l=140i=20

切削用量：

1）查表得T=0.21，[8]p257,所以粗车加工余量z=2±0.105，[8]p257,z=1mm（[4]p130）。

最大1.5~2mm，分两次走刀背吃刀量ap1=1mmap2=1mm

2）进给量f=0.40.5mm/r取f=0.5mm/r[1]p1082

3）切削速度v=114m/min[1]p1085

4）N=1600r/min取1600r/min所以实际切削速度VC=116m/min

Tm=0.0143,因为走两次刀，所以t=2tm=0.028.

B粗车下面φ18mm右端面

加工条件：

机床选取c6132型号车床[1]p456.

刀具选取硬质合金钢05r2525L=140Ι=20γ0=15°α0=12°kr=90°[10]p133

切削用量：

1）T=0.21，[8]p257,所以车削加工余量z=2±0.105，分两次走刀z1=1.5mm，z2=1mm[4]p130背吃刀量ap1=1.5mm,ap2=1.5mm

2）进给量f=0.4~0.5mm/r取f=0.5mm/r[1]1082

3）切削速度v=114m/min[1]1085

4）n=320r/min取360r/min所以实际切削速度vc119m/min

Tm=0.1125min因为走两次刀所以t=0.225min

C粗车φ34右端面凸台确定尺寸Ι=5.5mm

加工条件：

机床选取c6132型号车床[1]p456.

刀具刀具选取硬质合金钢05r2525L=140Ι=20γ0=15°α0=12°kr=90°[10]p133

切削用量：

1）T=0.21，[8]p257,所以车削加工余量z=2±0.105，经过分析一次走刀即可z=2mm[2]p130背吃刀量ap=2mm

2）进给量f=0.4~0.5mm/r取f=0.5mm/r[1]1082

3）切削速度v=114m/min[1]1085

4）N=1140m/min取1140m/min所以实际切削速度vc=121m/minT=0.0096min

D粗车φ18外圆

加工条件：

机床选取c6132型号车床[1]p456.

刀具刀具选取硬质合金钢05r2525L=140Ι=20γ0=15°α0=12°kr=90°[10]p133

切削用量:

1）半精车外圆加工余量z=1.0mm~3.0mm，粗车加工余量z=1.52.0mm，取z=1.5mm[4]p130

Es=0.020ts=0.21ei=ests=0.23[8]p257258

背吃刀量ap=1.5mm

2）N=1600m/min所以实际切削速度vc=116m/mintm=0.05min

确定尺寸Ι=39.5

工序图如下：

4半精加工φ34mm右端面，φ18mm外圆

A半精车φ34mm右端面

加工条件：

机床选取c6132型号车床[1]p456.

刀具刀具选取硬质合金钢05r2525L=140Ι=20γ0=15°α0=12°kr=90°[10]p133

切削用量：

1）加工余量z=0.5mm

选IT10[4]p22

T=0.10切削余量z=0.5±0.05[8]p257

背吃刀量ap=0.5mm

2）进给量f=0.4~0.5mm/r取f=0.5mm/r[1]1082

3）切削速度v=165m/min[1]1082

4）N=1600m/min所以实际切削速度vc=171m/minTm=0.0172min

B半精车φ18mm外圆

加工条件：

机床选取c6132型号车床[1]p456.

刀具刀具选取硬质合金钢05r2525L=140Ι=20γ0=15°α0=12°kr=90°[10]p133

切削用量：

1）经分析半精车一次走刀粗糙度即可达到3.2要求z=1mm

Es=0.020ts=0.033ei=ests=0.053[（8）p257258].所以切削加工余量z=1背吃刀量ap=1mm

2）进给量f=0.150.25mm/r取f=0.25mm/r[1]1082

3）切削速度v=115m/min[1]1085

4）N=1900r/min所以实际切削速度vc=119m/min

Tm=0.084min

C倒角1×45°

仍用b中刀具，将倒角旋转45°。

D切槽（深2.2mm宽2.5mm）

加工条件：

机床选取c6132型号车床[1]p456.

刀具a型切断车刀l=90mmh=10mmb=10mmi=12mmb=2.5mm

切削用量：

1）背吃刀量ap=2.5mm

2）进给量f=0.110.14mm/r取f=0.14mm/r[9]p880

3）切削速度v=100m/min

4）N=1800r/min所以实际切削速度vc=102m/min

Tm=0.0087min

工序图

工序35、钻φ9.8mm孔倒角铰φ10mm

钻床：

轻型圆柱立式钻床M135（ZQ5035）最大钻孔直径35mm主轴转速12级范围552390r/min主轴行程160mm，专用夹具，主电动机功率p=0.65/2/2.4（取2kw）[1]p495

刀具:

1）直柄阶梯麻花钻D1=9.8mmd2=11mml2=16.5mm顶角118°±3°[10]p716718

2）选用直柄用铰刀（GB/T11321984）10AH8d1=10mml=133mmi=38mm

L1=2.5mml2=46mmα=αp=10°f=0.100.15mm/r齿数为f=6[1]p924

3）90°锥面忽钻d=16mml=93mmi=38mm齿数f=6

切削用量：

vc=18m/min[1]p1264

主轴转速nw=600r/min所以实际切削速度vc=18.5m/min

切削工时：

l=12mmTm=0.17min

工序图1

工序46、铣键槽5×16mm

铣床：

机床:

选用X5030A型号，其工作台台面尺寸（宽×长）350mm×1150mm主轴端面至工作台台面距离40410mm,主轴转速范围351600r/min,级数12，表面粗糙度Ra2.5，电动机功率：

主电动机4KW[9]p214

刀具：

刀片材料：

根据GB111281,选用高速钢直柄键槽铣刀[9]p676

前角γ0=5°，α0=20°，kr=1°2°,螺旋角β=15°25°，d=5mm,d1=5,l=8mmL=40mm,齿数为Z=2

切削用量：

加工余量Z=3mm,分为粗铣和半精铣，第一次走刀背吃刀量ap=2.5mm,第二次走刀背吃刀量ap=0.5mm

1,粗铣键槽

第一次走刀背吃刀量p=2.5

根据机床功率4kw<5kw

1）选用进给量fz=0.120.2mm/z,取fz=0.2mm/z

2）切削速度Vc=1520m/min,取Vc=15m/min

3）主轴转速nw=1000Vc/πd=1000r/min

所以实际切削速度Vc=15.7m/min

切削工时：

l=182.5=15.5mm

Tm1=15.5／（0.2×2×1000）=0.04min

2.半精铣键槽（刀具等加工条件同上）

1）第一次走刀背吃刀量ap=0.5,其他条件同粗铣键槽，根据机床功率4KW<5KW

2）选用进给量fz=0.120.2mm/z,取fz=0.1mm/min[2]p416

3）切削速度Vc=1520m/min,取Vc=20m/min主轴转速nw=1000Vc/πd=1300r/min[1]p1135

切削工时：

l=183=15mm

Tm2=15÷（0.1×2×1000）=0.06min

综上所述，总加工时Tm=Tm+Tm2=0.1min

工序图

工序57、钻Φ6.8mm孔，锪1×45°倒角，攻M8螺纹孔

钻床：

选用台式钻床Z4012，其最大钻孔直径12mm，主轴端面至工作台台面距离455mm，主轴转速4级，范围450～4000r／min，主轴行程100mm，主电动机功率P＝0.37KW，专用夹具。

刀具：

（1）选用直柄阶梯麻花钻6.8×21.0mm，d1＝6.8mm，d2＝9mm，l＝125mm，l1＝81mm,l2＝21mm（GB/T1391997）

（2）选用细柄机用丝锥，粗牙M81.25（GB/T3464.11994），丝锥前角γ0＝5°，f=1.25mm／r,z＝20，L＝40mm

（3）切削用量

切削速度Vc＝18m／minf＝0.2mm／r

主轴转速nw＝1000Vc／πD＝1000×18／3.14×6.8＝843r／min，选取nw＝900r／min

所以实际切削速度Vc＝19m／min

切削工时：

l＝20mm

Tm＝20÷（0.2×900）＝0.11min

工序图如下：

（四）量具选择

即FN＝

夹紧机构采用螺旋夹紧

FW＝FQL／[d0／2tan（α+Φ1）+r′tanΦ1]

FQ＝80NL＝200mm

螺纹中径d0＝15mm

螺纹升角α＝2.48°

螺母处摩擦角Φ1＝8.83°

螺纹杆端部与工件处摩擦角Φ2＝2.48°

W＝1600/1.96＝8163N

因为FN＝2686.8＜8163N，所以符合要求。

（三）夹具精度验算

1、验算中心距50±0.2mm

影响因素：

U1=0.029选择测量范围0～125，分度值为0.02的游标卡尺

七夹具设计

（一）正确设计和使用定位元件、夹紧装置

本夹具主要用来钻直径为10mm的孔，这个孔轴线与轴中心线有一定的平行度公差，所以要提高一定的精度要求。

可以以Φ18mm的轴为第一定位基准，采用套筒进行定位，限制X轴和Y轴的移动及转动自由度。

套筒与端面限制Z轴移动，由于我们还要限制Z轴的转动，所以我们在下端Φ18mm圆柱外圆加一个可动V型块来限制其沿Z轴的转动以实现六点定位。

夹紧机构采用螺旋夹紧机构装置，夹紧动力装置采用气液混合夹紧，钻孔处外加一个辅助支撑使受力均匀，提高工件刚度。

（二）正确计算夹紧力，合理布置夹紧力位置及方向

夹紧力作用在Φ34外圆上端面，由平面压板压紧，下面圆环套筒支撑。

刀具：

直柄阶梯麻花钻d1＝9.8mmd2＝11mml2＝16.5mm，顶角118°±3,查表Kf＝0.93

切削力：

1、轴向力

已知f＝0.2

Fz＝419d1.2f0.75Kf＝419×9.81.2×0.20.75×0.93＝1802N

安全系数k＝k1k2k3k4

取k1＝1.7k2＝1.2k3＝1.2k4＝1；

则k＝1.7×1.2×1.2×1＝2.448

则最小轴向钻削力为F1＝kF＝2.448×1802＝4411N,该力由套筒和辅助支撑产生的约束力抵消。

2、钻Φ9.8孔时产生的转矩

（1）定位误差：

主要是定位轴Φ18f8与套筒Φ18G8的间隙产生最大间隙为Φ18f8（es＝－0.016ei＝－0.043）Φ18G8（es＝0.033ei＝0.006）△max＝0.033+0.043＝0.076mm

（2）钻模板衬套中心与定位销中心距之差，装配图标注尺寸为54±0.04mm,误差为0.08mm

（3）钻套与衬套配合间隙，钻套（Φ15es＝0.018ei＝0.007）衬套（Φ15es＝0.034ei＝0.016）最大间隙为0.034－0.007＝0.027mm

（4）钻套内孔与外圆的同轴度误差（对于标准钻套精度较高，可忽略）

（5）钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e＝（H／2+h+B）×△max÷H（H＝H′+h″＝16+10＝26h＝10mmB＝12mm）

钻套Φ9.8mm（es＝0.028ei＝0.013）＝直柄阶梯麻花钻钻孔部分直径公差h9

Φ9.8mmes＝0ei＝－0.036

所以△max＝0.028+0.036＝0.064mm

e＝（26／2+10+12）×0.064÷26＝0.086mm

由于上述各项都按最大误差计算，实际上各项误差也不可能同时出现最大值，各项误差方向也不可能一致，因此，其综合误差可按概率法求出

△ε＝

＝0.142mm

△ε＜

×0.4＝0.27符合条件

2、验算孔与Φ18外圆柱面轴线平行度精度

工作要求孔Φ18H8全长允差0.04mm，导致两轴线产生平行度误差因素为：

（1）设计基准与定位基准重合，没有基准转换，但Φ18

配合间隙及轴与端面的垂直度误差会产生基准位置误差，轴中心与套筒中心的偏斜角为α，α1＝△max/H1＝0.076/40＝0.0019（rad）

（2）定位套筒中心对夹具体平面垂直度，图中未标明。

（3）钻套孔中心与钻套的平行度α3，图中标注为0.08mm，α3＝0.08/22=0.0036（rad）

（4）刀具引偏量e产生的偏斜角α4＝△max/H＝0.064／26＝0.0025（rad）

（5）因此平行度误差α∑＝

＝0.005（rad）

sinα·

=0.03略大于0.04×

=0.027，仍可以用。

八总结

两周的制造技术课程设计过去了，机械制造技术课程设计是我们在学完大学的全部基础课程、技术基础课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，将所学的理论知识应用到实践中去做到学以致用。

通过分组同学相互探讨、帮助，依据所已有的资料翻阅查询，在交流中得出合理的设计思路，这也提高了我们团队配合的意识，并提高了我的学习效率，我从中受益颇深。

对个人而言，我能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行适应性地训练，从中锻炼自己的分析能力、解决问题的能力，为今后的发展打下一个良好的基础。

通过以上几个阶段的分析设计，毛坯设计比较简单，用了大约一天的时间就完成了；工序工艺设计的工作比较繁琐，用的时间最长，也是对我们以前学过的大部分课程的综合运用，收获很大，我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算方面的知识；到夹具设计时运用了工件定位、加紧机构及零件结构设计等方面的知识。

这次课程设计对我是一次很好的锻炼机会，学习到了很多东西也发现了自己的不足，我会认真总结尽力弥补。

在自己和组内成员的努力下以及请教老师和同学探讨，最终还是顺利完成了设计。

参考文献

1、《实用机械加工工艺手册》第2版陈宏均机械工业出版社.9

2、《实用金属切削加工工艺手册》第2版陈象芸上海科学技术出版社

3、《机械制造工艺设计简明手册》李益明机械工业出版社.6

4、《机械制造制造技术基础课程设计》柯建红华中科技大学出版社.8

5、《机械制造工艺学课程设计指导书》第2版赵家齐.10

6、《机械制造技术基础》曾志新武汉理工大学出版社.5

7、《机械制造装备设计》第3版关慧贞机械工业出版社1.1

8、《几何量公差与检测》第八版甘永立上海科学技术出版社.1

9、《机械加工