副变速拨叉工艺及专用夹具设计说明书.doc
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北华航天工业学院
《机械制造专业方向课程综合设计》
课程设计报告
报告题目：
机械制造专业方向课程综合设计
作者所在系部：
机械工程系
作者所在专业：
机械设计制造及其自动化
作者所在班级：
作者姓名：
指导教师姓名：
完成时间：
目录
一、前言………………………………………………………………………………
二、零件图的分析……………………………………………………………………
1、生产类型…………………………………………………………………………
2、零件的作用………………………………………………………………………
3、零件的结构特点及工艺分析……………………………………………………
三、工艺规程设计……………………………………………………………………
1、确定毛坯的制造形式……………………………………………………………
2、基面的选择………………………………………………………………………
3、制定工艺路线……………………………………………………………………
4、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定…………………………………………
4.1、Φ24mm右端面………………………………………………………………
4.2、Φ14mm的孔…………………………………………………………………
4.3、14H13的槽……………………………………………………………………
5、确定切削用量……………………………………………………………………
5.1、确定工序1：
铣削右端面的切削用量…………………………………
5.2、确定工序2：
钻、扩、铰、及精铰孔的切削用量……………………
5.3、确定工序6：
铣削14H13的槽的切削用量…………………………………
四、夹具设计……………………………………………………………………………
1、问题的提出………………………………………………………………………
2、夹具设计…………………………………………………………………………
2.1、定位基准的选择……………………………………………………………
2.2、切削力及夹紧力计算………………………………………………………
2.3、定位误差分析………………………………………………………………
2.4、夹具设计及操作的简要说明………………………………………………
五、设计总结…………………………………………………………………………
六、参考文献…………………………………………………………………………
课程设计任务书
课题名称
副变速拨叉的工艺和专用工装设计
完成时间
指导教师
职称
教授
学生姓名
班级
总体设计要求和技术要点
设计要求：
1、学会设计给定零件的工艺规程，并根据要求完成机械加工工艺过程卡片相应的内容，最终掌握中等复杂零件的机械加工工艺过程的设计能力；
2、学会专用机床夹具的设计方法，并完成装配图的绘制。
3、学会运用各种设计资料、手册、国家标准等。
技术要点：
1、正确分析零件的结构和技术要求；
2、确定合理的机械加工工艺过程和各工序内容，包括定位基准的确定、加工方案的确定、加工顺序的确定、加工阶段的划分、加工余量以及工序尺寸、工时定额、切削用量的确定等；
3、根据某工序要求，确定专用夹具的定位方案、夹紧方案、对刀导引方案等等；
4、制定合理的机床夹具的总体方案，并画出装配图；
5、标注夹具的技术要求。
工作内容及时间进度安排
本设计时间为3周，其进度和时间安排如下（供参考）：
1.熟悉零件及各种资料，对零件图进行结构和工艺分析约8%
2.机械加工工艺过程设计（毛坯尺寸确定，拟定工艺路线，选择加工设备与工艺装备等） 约8%
3.工序内容的设计（加工余量，切削用量，工序尺寸，工序简图，填写工艺过程卡片）约25%
4.夹具设计（草图、总装图）约40%
5.撰写说明书约15%
6.质疑或答辩约4%
课程设计成果
1．零件图1张（1:
1）
2.机械加工工艺过程卡片：
1套（按规定格式）
3．机床夹具总装图：
1张（1：
1）
4.夹具体零件图1张（1:
1）
5.课程设计报告：
1份（按规定格式）
前言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
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，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
由于能力有限，经验不足，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指正！
二、零件图的分析
1、生产类型
该零件的生产类型为中批量生产。
2、零件的作用
副变速拨叉零件应用在副变速箱的换挡机构中，拨叉头孔套在变速叉轴上，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，变换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上滑动以改变档位，从而改变速度。
3、零件的结构特点及工艺分析
该拨叉变速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强度、刚度以及韧性，以适应拨叉的工作条件。
该拨叉形状特殊，结构简单，为实现变速的功能，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要承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48-58HRC。
拨叉头两端面与叉脚两端面在轴方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工表面，又提高了变速时叉脚端面的接触刚度。
通过对该零件的重新绘制，知道图样的视图正确，完整尺寸，公差及技术要求齐全。
但基准孔14要求R3.2精度较高，要进行精绞以达到粗糙度要求，其余的加工表面精度均较低，不需要高精度的机床加工，通过铣削、钻削的粗加工就可以达到加工要求。
该零件结构对基准的选择要求高，零件选用材料KTH350-10。
三、工艺规程设计
1、确定毛坯的制造形式
零件材料为KTH350-10,考虑到零件在加工过程中所受冲击力不大，并且为中批量生产，所以，选择金属模机械砂型铸造毛坯。
铸件要求不能有砂眼、疏孔等缺陷，以保证零件的强度、刚度及硬度，使其在外力作用下不至于发生意外事故。
查《机械制造工艺设计简明手册》表1.3-1，选用铸件尺寸公差等级为CT10，保证的尺寸公差在1-3mm。
2、基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择的正确合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则加工工艺过程中会问题百出，更有甚者还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择：
以零件的Φ24mm外圆为主要粗基准，以零件左端面为辅助粗基准。
（2）精基准的选择：
根据精基准的选择原则“基准统一原则”以及考虑到工件的装夹与加工方便，选用孔中心为主要精基准，以加工后的零件右端面为辅助精基准。
3、制定工艺路线
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。
还应当考虑加工时的经济性，尽量使工序能够集中起来提高生产率。
工序1：
铣削右端面，以左端面为粗基准，采用X51型立式铣床、YG8硬质合金端铣刀以及专用夹具；
工序2:
钻、扩、铰、及精铰孔，以右端面以及外圆为基准，采用Z525型立式钻床、锥柄麻花钻、锥柄扩孔钻、锥柄机用铰刀以及专用夹具；
工序3：
铣削左端面，以右端面为定位基准，采用X51型立式铣床、端铣刀及专用夹具；
工序4：
粗铣大叉头外表面，以右端面为定位基准，采用X51型立式铣床、镶齿套式面铣刀及专用夹具；
工序5：
精铣大叉头外表面，以右端面为定位基准，采用X51型立式铣床、三面刃铣刀及专用夹具；
工序6：
铣两叉头内侧，以孔中心为定位基准，采用X61W型卧式铣床、细齿锯片铣刀及专用夹具；
工序7：
铣14H13的槽，以孔中心为定位基准，采用X62型卧式铣床、直齿三面刃铣刀及专用夹具；
工序8：
钻mm孔，以孔中心为定位基准，采用Z32K型摇臂钻床、直柄麻花钻及专用夹具；
工序9：
铣大叉头右端外端面，以孔中心为定位基准，采用X61W型卧式铣床、细齿圆柱形铣刀及专用夹具；
工序10：
去毛刺；
工序11：
终检。
4、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
副变速拨叉零件材料为KTH350-10，硬度为198HBS，生产类型为中批量生产，采用金属模机械砂型铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及公差。
4.1、Φ24mm右端面
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5，可得该零件尺寸公差为CT7-CT9，加工余量等级为F。
参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-21确定工序尺寸及加工余量为：
铣削73.2mmZ=1.2mm
4.2、Φ14mm的孔
查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5，可得该零件尺寸公差为CT7-CT9，加工余量等级为F。
参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4及表2.3-8确定工序尺寸及加工余量为：
钻孔Φ13mm
扩孔Φ13.85mm2Z=0.85mm
粗铰Φ13.95mm2Z=0.10mm
精铰Φ14mm2Z=0.05mm
4.3、14H13的槽
从零件图上可知尺寸公差为IT13，加工余量等级为F。
参照《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-22确定工序尺寸及加工余量为：
铣削14mm2Z=3.0mm
5、确定切削用量
5.1、确定工序1：
铣削右端面的切削用量
（1）加工条件
工件材料：
被加工材料KTH350-10其最小抗拉强度为330MPa，最低延伸率为10。
加工要求：
铣削至长度为73.2mm。
选择车床：
采用X51型立式铣床，电动机功率：
4.5kw。
选择刀具：
由于采用YG8硬质合金端铣刀。
根据《切削用量简明手册》表3.1，铣削宽度≤60mm，≤4mm，直径为=40mm，齿数Z=12。
（2）计算切削用量
确定切削深度：
由于单边余量仅为1.2mm，可在一次走刀内切完，故=74.4-73.2=1.2mm。
确定进给量f：
查《切削用量简明手册》表3.5，得每齿进给量=0.15-0.24mm/z，查表3.16取=0.18mm/z，则f=0.18×12=2.16mm/r。
确定切削速度：
查《切削用量简明手册》表3.27，,查表
计算得=211.72m/min，。
根据X51型立式铣床主轴转速表（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-36），选择n=490r/min，则实际的切削速度v==192.42m/min。
工作台每分钟进给量为：
。
根据X51型立式铣床工作台进给量表（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-37），选择，则实际的每齿进给量。
5.2、确定工序2:
钻、扩、铰、及精铰孔的切削用量
（1）加工条件
工件材料：
被加工材料KTH350-10其最小抗拉强度为330MPa，最低延伸率为10。
加工要求：
钻孔至13mm，扩孔至13.85mm，精铰至14mm，通孔。
选择钻床：
选用立式钻床Z525。
选择刀具：
钻孔时，采用锥柄麻花钻刀片材料为高速钢，钻头直径13mm；扩孔时，采用锥柄扩孔钻刀片材料为高速钢，钻头直径13.85mm；铰孔时，采用锥柄机用铰刀刀片材料为YG8，钻头直径为14mm。
（2）计算切削用量
<1>钻孔Φ13mm
确定切削深度：
由于单边余量仅为0.5mm，可在一次走刀内切完，故==0.5mm。
确定进给量f：
查《切削用量简明手册》表2.7，当可锻铸铁硬度≤200HBS，钻头直径为13mm时，f=0.52-0.64mm\r，因为之后还要进行铰孔，故进给量应乘系数0.50，则f=（0.52-0.64）×0.50=0.26-0.32mm\r，根据Z525机床说明书，现取f=0.28mm\r。
确定切削速度：
查《切削用量简明手册》表2.15，可得=16.66m\min，所以==407.93r\min，根据机床说明书，取=392r\min，故实际切削速度为v==14.78m\min。
<2>扩孔Φ13.85mm
确定切削深度：
由于单边余量仅为0.425mm，可在一次走刀内切完，故==0.425mm。
确定进给量f：
查《切削用量简明手册》表2.10，当可锻铸铁硬度≤200HBS，钻头直径为13.85mm时，f=0.7-0.9mm\r，因为之后还要进行铰孔，故进给量应乘系数0.7，则f=（0.7-0.9）×0.7=0.49-0.63mm\r，根据Z525机床说明书，现取f=0.62mm\r。
确定切削速度：
根据有关手册的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取，v=（）v=5.55-8.33m\min，所以==128.02-192.14r\min，根据机床说明书，取=140r\min，故实际切削速度为v==6.07m\min。
<3>铰、及精铰mm
确定切削深度：
由于单边余量为0.075，故=0.075mm。
确定进给量f：
查《切削用量简明手册》表2.25，当可锻铸铁硬度≤200HBS，铰刀直径为14mm时，f=0.2-0.45mm\r，根据Z525机床说明书，现取f=0.28mm\r。
确定切削速度：
查《切削用量简明手册》表2.25，当可锻铸铁硬度≤200HBS，铰刀直径为14mm时，查《切削用量简明手册》表2.25，当可锻铸铁硬度≤200HBS，铰刀直径为14mm时，=8-12m\min，所以==181.89-272.84r\min，根据机床说明书，取=195r\min，故实际切削速度为v==8.58m\min。
5.3确定工序6：
铣14H13的槽的切削用量
（1）加工条件：
工件材料：
被加工材料KTH350-10，其最小抗拉强度为330MPa，最低延伸率为10。
加工要求：
铣槽宽：
14mm，槽长度：
19mm，槽深度16mm。
选择机床：
X62型卧式铣床，机床功率为7.5kw。
选择刀具：
高速钢三面刃铣刀。
铣刀直径为125mm，宽度14mm，齿数20。
（查《机械制造工艺设计简明手册》表1.4.8.1）
（2）计算切削用量
确定切削深度：
由于单边余量为16mm，所以=16mm。
确定每齿进给量：
查《切削用量简明手册》表3.3，得每齿进给量=0.08-0.12mm/z，取=0.08mm/z。
确定切削速度：
查《切削用量简明手册》表3.27，,式中，
计算得=25.4m/min，。
根据X62型卧式铣床主轴转速表（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-39），选择n=60r/min，则实际的切削速度v==23.56m/min。
工作台每分钟进给量为：
。
根据X62型卧式铣床工作台进给量表（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-40），选择。
则实际的每齿进给量。
最后，将以上各工序的切削用量的计算结果，连同其他加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片。
四、夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
我决定设计第6道工序—铣两叉头内侧。
本夹具将用于X61W型卧式铣床，刀具为细齿锯片铣刀，对工件两个面同时进行加工。
1、问题的提出
本夹具主要用来粗铣两叉头内侧面，主要是要保证两端面间距40B12mm，因其要求表面粗糙度为12.5，精度要求不高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。
2、夹具设计
2.1、定位基准的选择
由零件图可知，工件以已加工的孔轴及其端面定位。
用定位销进行定位，其限制了零件的两个转动自由度和两个移动自由度，由孔的右端面及一个垫块限制了其一个移动自由度，由叉杆幅板右侧面与夹紧装置限制了其1个转动自由度，通过以上定位装置来限制其6个自由度，实现完全定位。
根据生产要求，通过手动夹紧就可以满足要求，采用螺旋夹紧机构对工件进行夹紧。
2.2、切削力及夹紧力计算
刀具：
细齿锯片铣刀，Φ40mm，Z=40，
切削力F=（见《切削用量简明手册》表3.28）
其中：
所以F==65.13（N）
水平分力：
F=1.1F=71.64（N），垂直分力：
F=0.3F=19.54（N）
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。
安全系数K=KKKK。
其中：
为基本安全系数1.5；为加工性质系数1.1；
为刀具顿化系数1.1；为断续切削系数1.1。
所以F=KF=1.5×1.1×1.1×1.1×71.64＝143.03（N）
为克服水平切削力，实际夹紧力N为N（）=KF，故N=。
其中及为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，，则N=286.06（N）。
2.3、定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差的确定。
夹具的主要定位元件为一水平放置的定位销，查《机床夹具设计手册》可得，该定位销尺寸及上下偏差为Φ14。
（2）定位误差计算。
Δ===0.025mm。
从零件图可知，Φ14孔的轴线的直线度误差为Φ0.025mm，所以上述定位误差可以允许。
2.4、夹具设计及操作的简要说明
因为插头内侧端面精度要求不高，所以粗铣完就能满足其精度要求，根据生产要求，通过手动夹紧就可以满足要求，采用螺旋夹紧机构对工件进行夹紧。
夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；采用直角对刀块（GB2242-80）及平塞尺（GB2244-80）对刀。
对刀块可以沿着导向槽移动或更换，手动螺旋夹紧机构可以在夹具体上作左右调整。
安装工件时，把工件从夹具前方放入夹具，并使各定位表面靠紧各自的定位元件。
然后拧紧夹紧螺母，用手柄锁紧辅助支承，即可进行加工。
该夹具的总装图及夹具体的零件图见图纸。
五、设计总结
为期三周的专业方向综合课程设计已经结束，课程设计作为学完专业课程之后的重要实践环节，使理论与实践更加接近，加深了对理论知识的理解，强化了对生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了两个阶段：
第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。
第一阶段我们运用了毛坯选择、基准选择、制定工艺路线、加工余量及工序尺寸计算、切削用量选择计算、机床选用、刀具选用等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
通过此次课程设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。
学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。
总的来说，这次课程设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练，提高了我们思考、解决问题、创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限、经验不足，设计中还有许多不足之处，恳请老师指正。
六、参考文献
《机械制造工艺学课程设计指导书》………………………赵家齐主编
《机械制造工艺设计简明手册》……………………………李益民主编
《切削用量简明手册》………………………………………艾兴、肖诗纲主编
《机床夹具设计手册》………………………………………东北重型机械学院、洛阳农业机械学院、长春汽车厂工人大学主编
《机械制造技术基础》………………………………………卢秉恒主编
指导教师评语及设计成绩
评语
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指导教师：
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