拖拉机倒档拨叉的机械加工工艺规程及专用夹具设计.docx

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拖拉机倒档拨叉的机械加工工艺规程及专用夹具设计

任务书

设计题目：

“倒档拨叉”零件机械加工工艺规程及工艺装备设计

设计要求：

1.制订零件机械加工工艺，填写机械加工工艺过程卡一张，

设计夹具工序的工序卡一张

2.设计指定工序的专用夹具一套，绘制夹具装配图及零件图

3.编写机械制造工艺课程设计说明书一份，不少于2万字

设计内容：

1.对零件进行工艺分析，绘制零件图

2.选择毛坯制造方式

3.制订零件机械加工工艺路线

4.指定工艺装备设计

5.编写设计说明书

班级：

学生：

指导教师：

系主任：

20**年9月6日

序言……………………………………………………………………………1

一.零件的分析………………………………………………………………2

1.1零件的作用…………………………………………………………2

1.2零件的工艺分析……………………………………………………2

二、工艺规程设计……………………………………………………………3

2.1确定毛坯的制造形式………………………………………………3

2.2毛坯设计……………………………………………………………4

2.3基面的选择…………………………………………………………5

2.4制订工艺路线………………………………………………………6

2.5机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定……………………9

2.5确定切削用量及基本工时…………………………………………10

三、夹具设计…………………………………………………………………18

3.1问题的提出…………………………………………………………18

3.2定位基准的选择……………………………………………………19

3.3切削力及加紧力的计算……………………………………………20

3.4定位误差的分析……………………………………………………21

3.5加紧元件的强度校核………………………………………………21

3.6夹具设计及操作的简要说明………………………………………23

参考文献………………………………………………………………………25

序言

机械制造工艺学课程设计是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。

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位置。

就我自己而言，我想通过本次的课程设计能使我的专业知识有进一步的提升。

通过本次课程设计：

1、通过课程设计，使我加深对所学理论的理解。

2、培养从事实际工作的方法和步骤（如优选设计方案、编制设计说明书、列出计算过程和结果，并进行讨论和分析等）。

3、进一步提高利用技术资料、运算和绘图的能力;增强学生运用计算机的能力及外语的能力。

4、培养实事求是、认真、严谨的科学态度和刻苦钻研不断创新的精神。

5、巩固所学到的理论知识，提高解决工程实际问题的能力。

对于我们即将毕业的工科学生来说，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为振兴我国的机械行业，为了中华民族的伟大复兴打下一个良好的基础。

由于能力所限，在设计中尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目所给定的零件是拖拉机变速箱中的倒档拨叉，它位于倒档拨叉杆上，主要作用一是通过倒档拨叉杆将扭矩传递给倒档拨叉，拨动倒档同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机的倒行；二是在倒档拨叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在拨叉转动时带动其运动。

零件上Ø19.1mm的孔，装配在倒档拨叉杆上，用螺钉固定保证拨叉和拨叉杆的相对位置。

宽19.3mm深17mm的槽与其他零件相配合，半圆形叉口拨动同步器。

（二）零件的工艺分析

从倒档拨叉的零件图上可以看出，它有两组加工表面，这两组加工面之间也有一定的位置要求，现将这两组加工面分述如下：

1.以Ø19.1mm孔为中心的加工面

这一组加工面包括：

一个的Ø19.1mm孔以及对其倒角，宽19.3mm深17mm的槽口，在Ø19.1mm孔所在的轮毂上钻两个孔并攻丝，规格为M12，用来做为固定倒档拨叉和拨叉杆之用。

2.叉口处的加工面

这一组加工面包括：

铣叉口的侧面，铣叉口内圆面，内圆面所在的圆弧半径为R48mm。

这两组加工面之间有一定的位置要求：

（1）R48mm叉口对Ø19.1mm孔的轴心线及19.3mm槽口中心线位置公差Ø0.5mm。

（2）叉口侧面和螺纹孔中心线的位置要求是46.4±0.25。

由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工，并保证他们之间的位置精度要求。

图.1“拖拉机倒挡拨叉”零件工艺分析示意图

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

零件材料为QT500-5，考虑到拖拉机运行时经常需要挂倒档以倒行或辅助转向，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。

由于零件年产量为4000件，已达到成批生产水平，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2

级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。

（二）毛坯设计

拖拉机的倒档拨叉零件材料为QT500-5，硬度选用260HBS，毛坯重约1Kg。

生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初步设计如下：

1.Ø19.1mm的孔为了便于加工，在毛坯的设计时，可以设计底孔。

根据常用刀具的规格和合理的切削用量，可以铸出Ø10mm的底孔。

这样加工这个孔到规定的尺寸，可以分为以下步骤：

2.叉口侧面

该两侧面分别进行一次粗、精铣。

根据资料可知，选取加工余量等级为G，选取尺寸公差等级为9级。

所以根据相关资料和经验可知，毛坯的叉口厚度定为10mm，符合要求。

3.叉口内圆面

叉口内圆面的圆弧半径为R48mm，叉口精度要求不是很高，可以进行一次精加工。

所以其加工余量不宜取得过大，但为了能保证其加工精度，而进行一次精铣，所以在毛坯铸造时给出2mm的加工余量。

4.铣槽

槽宽为19.3mm,深为17mm,查资料知，砂型铸造机械翻砂造型的尺寸公差等级为8~10级，加工余量等级为G。

取尺寸公差等级为9级，在铸造时留出2mm的加工余量，均满足加工要求。

5.钻孔、攻丝

在Ø19.1mm的孔处钻孔，攻丝，锪孔。

在此处，因为加工的螺纹孔不是很大，所以可以不必留铸造底孔。

因其它表面均为不加工表面，而且砂型机器造型铸造铸造出的毛坯表面就能满足它们的精度要求，所以，不需要在其它表面上留有加工余量。

根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体形状和尺寸见图.2“拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图。

图.2“拖拉机倒挡拨叉”零件毛坯简图

（三）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

粗基准的选择：

对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。

从零件图上可以看出，拖拉机倒档拨叉较不规则，所以粗基准不太容易选择。

为了保证Ø19.1mm孔的位置精度的要求，选择叉口内圆面和叉口侧面作为粗基准，以保证孔的轴心线与叉口的X、Y方向的位置要求以及Ø19.1mm孔轴心线的垂直度，依照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。

工件被放在两个支承钉和支撑板上，限制三个自由度；工件的大叉口内表面紧靠在两个支承钉的外圆柱面上，限制两个自由度；小头Ø19.1mm孔的端面紧靠在支承钉上，限制一个自由度，实现完全定位。

对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

（四）制订工艺路线

制订工艺路线的出发点，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。

在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。

1.工艺路线方案一

工序Ⅰ摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格M12。

工序Ⅱ立式钻床上扩、铰孔Ø19.1mm并倒角。

工序Ⅲ卧式铣床上粗铣叉口侧面。

工序Ⅳ卧式铣床上铣叉口。

工序Ⅴ手工去锐边。

工序Ⅵ卧式铣床上铣槽。

工序Ⅶ卧式铣床上精铣叉口侧面。

工序Ⅷ去毛刺。

工序Ⅸ清洗。

工序Ⅹ终检。

2.工艺路线方案二

工序Ⅰ立式钻床上扩、铰孔Ø19.1mm并倒角。

工序Ⅱ卧式铣床上粗铣叉口侧面。

工序Ⅲ卧式铣床上铣叉口。

工序Ⅳ手工去锐边。

工序Ⅴ卧式铣床上铣槽。

工序Ⅵ摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格M12。

工序Ⅶ手工去毛刺。

工序Ⅷ卧式铣床上精铣叉口侧面。

工序Ⅸ去毛刺。

工序Ⅹ清洗。

工序Ⅺ终检。

3.工艺方案的比较与分析

上述两种方案看起来大体合理，不过仔细一看都有不足之处。

第1个方案先是“摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格M12。

”，先把这一步工序放在前面是想，后面还有“钻Ø19.1mm孔”这一步工序，如果先钻孔攻丝那么就可以省略一步“手工去毛刺”的工序。

能这样想，出发点是好的，考虑到可以减少一步工序，似乎能减少劳动工时，提高生产率，可是没有考虑到，把这一步工序放前，定位比较难，不易保证必要的位置精度，夹具设计困难，实际可行性比较低。

再看第2个方案，第2个方案把“钻Ø19.1mm孔”这一步工序放在了前面，这样为以后的各个工序提供了加工基准，工序安排比较科学合理。

不过它和第1个方案一样，都把“扩、铰孔Ø19.1mm”和“倒角”放在了一步工序中。

在这一步中通过换钻套可以倒一边的角，不过要倒另一边的角，就要把工件卸下翻面倒角，这样增加了夹具的设计难度。

不过主要的是立式钻床体积比较大，操作起来不方便，并且倒角也没有高的精度要求，从经济效益上来考虑是不合算的。

通过分析后，把这一步工序一分为二，把“倒角”独立出来，单独作为一步工序，因为倒角的精度要求不高，我们可以把这一步工序放在台钻上来完成。

台钻体积比较小，操作简单，夹具结构也简单，这样零件的加工工时降下来了，生产效率上来了，降低了零件的成本。

估算每一步工序所用夹具的大体尺寸，根据《金属切削机床夹具设计手册》（第二版）上给出的各种切削机床的规格尺寸，选择每一道工序所用的合适的机床。

因此，最后的加工路线确定如下：

工序Ⅰ立式钻床上扩、铰孔Ø19.1mm。

以拨叉叉口内圆非加工面、槽口和Ø19.1mm孔的端面为粗基准定位。

选用Z535立式钻床加工，采用专用夹具。

工序Ⅱ台钻上对Ø19.1mm倒角。

以Ø19.1mm和端面为基准定位。

选用ZQ4015台式钻床加工，采用专用夹具。

工序Ⅲ卧式铣床上粗铣叉口侧面。

以Ø19.1mm和端面为基准定位。

选用X62卧式铣床加工，采用专用夹具。

工序Ⅳ卧式铣床上铣叉口。

以Ø19.1mm和毛坯上的槽口为基准定位。

选用X62卧式铣床加工，采用专用夹具。

工序Ⅴ手工去锐边。

用扁平挫刀手工去锐边，可设计简易的支承台。

工序Ⅵ卧式铣床上铣槽。

以Ø19.1mm孔、叉口内圆侧面为基准定位。

选用X62卧式铣床加工，采用专用夹具。

工序Ⅶ摇臂钻床上钻孔、攻丝，规格M12。

以Ø19.1mm孔及其端面、叉口内圆侧面为基准定位。

选用Z3025摇臂钻床加工，采用专用夹具。

工序Ⅷ手工去毛刺。

用圆形小挫刀手工去毛刺，可以设计简易的支承台，注意要划伤内圆面。

工序Ⅸ卧式铣床上精铣叉口侧面。

以Ø19.1mm孔和螺钉对准长销上的槽为基准定位。

选用X62卧式铣床加工，采用专用夹具。

工序Ⅹ去毛刺。

用扁平挫刀手工去毛刺，可设计简易的支承台。

工序Ⅺ清洗。

用专用清洗机清洗。

工序Ⅻ终检。

以上工艺过程相见“拖拉机倒档拨叉机械加工工序卡片”。

（五）机械加工余量及工步的初步确定

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量和工步如下：

1.Ø19.1mm的孔

扩孔：

Ø16mm2Z=6mm

二次扩孔：

Ø18.9mm2Z=2.9mm

粗铰：

Ø19.04mm2Z=0.14mm

精铰：

Ø19.1mm2Z=0.06mm

2.叉口侧面

粗铣：

2Z=2.05mm

精铣：

2Z=0.4mm

3．叉口内圆面

一次精铣：

Z=2mm

4.铣槽

一次精铣：

Z=2mm

5.钻孔、攻丝

在Ø19.1mm的孔处钻孔，攻丝，锪孔。

先在加工面上钻出Ø4mm小孔，再扩孔至Ø10.4mm，这是攻丝前的底孔，然后用M12的机用丝锥攻丝，最后锪孔Ø13.5mm。

（六）确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ钻孔Ø16mm、扩孔Ø18.9mm、铰孔Ø19.1mm

1.钻孔Ø16mm

根据文献[4]表2.18可知

f=0.1mm/r

v=50m/min

根据资料1.表4.2-15按照机床型号选取nw=1100r/min所以，该钻床的实际切削速度为

切削工时：

其中：

切入深度

，切出深度

l

2.扩孔Ø18.9mm

根据文献[3]表4.2-16，查得扩孔钻扩Ø18.9mm孔时的进给量，并根据机床的型号规格选取f=0.72mm/r

扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其它有关资料确定为

其中，v钻为用钻头钻同样材料、同样尺寸实心孔时的切削速度。

故：

根据文献[3].表4.2-15并由机床型号选取

所以，该床的实际切削速度为

切削工时：

其中：

切入时间

，切出时间

3.粗铰Ø19.04mm

根据文献[4]表2.25规定查得铰Ø19.04mm孔时的进给量，并由机床及零件材料的硬度可以选取

f=0.48mm/r

v=12m/min

根据文献[3]表4.2-15按照机床型号选取nw=275r/min

所以，该钻床的实际切削速度为

切削工时：

其中：

切入深度

，切出

4.精铰Ø19.1mm

根据文献[4]表2.25规定查得铰Ø19.1mm孔时的进给量，并由机床及零件材料的硬度可以选取

f=0.48mm/r

v=2m/min

根据文献[3]表4.2-15按照机床型号选取nw=275r/min

所以，该钻床的实际切削速度为

切削工时：

其中：

切入深度

，切出

工序ⅡØ19.1mm孔倒角

为缩短辅助工作时间，提高工作效率，取倒角主轴转速与扩孔时转速相同。

N=460r/min

采用手动进给。

工序Ⅲ粗铣叉口侧面

叉口两侧面在铸造毛坯时两个面的加工余量是相同的，故可以算一个面就行。

现在以其中一面为粗基准，对另一面进行粗加工，切削用量和切削工时如下：

根据文献[3]表4.2-38，可得知X62卧式铣床的电动机功率为7.5kw。

因此，再根据资料文献[4]表3.5可查得

fz=0.20mm/z

（采用不对称端铣，以提高进给量）

切削速度：

参照有关手册资料，确定v=0.45m/s即27m/min

选用YG8硬质合金刀片直径dw=125mm齿数为z=12

则：

根据文献[3]表4.2-39按照机床型号选取nw=75r/min

故实际切削速度为：

m/min

当n=75r/min时，工作台每分钟进给量fm应为：

mm/min

根据文献[3]表4.2-40按照机床型号选取fm=190mmmin

铣削加工时间：

由于是粗铣，故整个刀盘不必过整个工件，利用作图法，可知总行程为

=160mm

则：

工序Ⅳ精铣叉口R48±0.5mm

根据文献[3]表4.2-38可得知X62卧式铣床的电动机功率为7.5kw。

因此，再根据文献[4]表3.5可查得

fz=0.09mm/z

（采用对称铣削，以提高进给量）

切削速度：

参照有关手册资料，确定v=0.45m/s即27m/min

根据资料1.表3.1-39选取硬质合金镶齿三面刃铣刀直径dw=50mm齿数为z=2齿宽l=mm

则：

根据文献[3]表4.2-39按照机床型号选取nw=190r/min

故实际切削速度为：

当n=190r/min时，工作台每分钟进给量fm应为：

根据文献[3]表4.2-40按照机床型号选取fm=235mmmin

铣削加工时间：

由于是精铣，故整个刀盘应该过整个工件，利用作图法，可知总行程

为

=154.9+21=175.9mm

其中：

根据文献[4]表3.25可得知入切量+超切量为21mm

则：

工序Ⅵ铣槽

根据文献[3]表4.2-38可得知X62卧式铣床的电动机功率为7.5kw。

因此，再根据资料2.表3.5可查得

fz=0.09mm/z

切削速度：

参照有关手册资料，确定v=0.45m/s即27m/min

-14-

根据文献[3]表3.1-39选取硬质合金立铣刀直径dw=19.3=mm齿数为z=8

则：

根据文献[3]表4.2-39按照机床型号选取nw=475r/min

故实际切削速度为：

当n=475r/min时，工作台每分钟进给量fm应为：

mm/min

根据文献[3]表4.2-40按照机床型号选取fm=375mm/min

铣削加工时间：

工序Ⅶ钻孔、锪孔Ø13.5mm、攻丝2-M12×1.75

1.钻孔Ø10.4mm

根据文献[4]表2.18可知

f=0.08mm/r

v=48m/min

根据文献[3]表4.2-12按照机床型号选取ns=1600r/min

所以，该钻床的实际切削速度为

切削工时：

2.锪孔Ø13.5mm

根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度约为钻孔时的1/2~1/3

根据文献[4]表2.18可得

根据文献[3]表4.2-13取

F=0.05mm/r

取v=18m/min

根据资料1.表4.2-12按照机床型号选取

Nw=500r/min

所以，实际切削速度为

m/min

切削工时：

3.攻丝2-M12×1.75

攻丝M12×1.75时，v=0.1m/s=6m/min

所以，

根据文献[3]表4.2-12按照机床型号选取nw=125r/min

所以，实际切削速度为

m/min

切削工时：

工序Ⅸ精铣叉口侧面

在工序Ⅲ粗铣叉口侧面时两个面剩余的加工余量是相同的，所以计算一个面即可。

现在以其中一个面为精基准，对另一个面进行精加工，切削用量和切削工时如下：

根据文献[3]表4.2-38，可得知X62卧式铣床的电动机功率为7.5kw。

因此，再根据资料文献[4]表3.5可查得

fz=0.18mm/z

（采用不对称端铣，以提高进给量）

切削速度：

参照有关手册资料，确定v=0.45m/s即27m/min

选用YG8硬质合金刀片直径dw=125mm齿数为z=12

则：

根据文献[3]表4.2-39按照机床型号选取

nw=75r/min

故实际切削速度为：

m/min

当n=75r/min时，工作台每分钟进给量fm应为：

mm/min

根据文献[3]表4.2-40按照机床型号选取

fm=190mm/min

铣削加工时间：

由于是精铣，故整个刀盘必须过整个工件，利用作图法，可知总行程为

=165mm

其中：

入切量为10mm超切量为5mm

则：

三、夹具设计

为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

经过指导老师的指定，决定设计第Ⅶ道工序—钻孔、锪孔Ø13.5mm、攻丝2-M12×1.75，本夹具将用于Z3025摇臂钻床上，刀具为：

锥柄长麻花钻一把（Ø10.4mm）、圆柱柄锥形锪钻一把（Ø13.5mm）、机用丝锥一把（M12）。

（一）问题的提出

利用本夹具辅助钻孔、攻丝，从零件图上可以看出在Ø19.1mm孔的轮毂上钻两个孔并攻丝至M12，关键问题在于两个孔排列在34mm的工件长度上，并且两个空间隔13.5mm，所以很难在一个钻套上设计出两个孔，也就是说装卡一次工件只能完成一个孔的加工。

经过老师的指导决定定出如下方案：

在设计钻套时，可设计为偏心钻套，加工方案为先成批加工一批工件，然后拆卸钻套，转向180度，同时换定位销（定位销上有盲孔，便于钻孔攻丝的加工），然后反过来将这批零件的另一个螺纹孔加工好。

这样夹具设计相对简单，并且可以保证劳动生产率。

由零件图纸上可以看出这道工序没有特别的精度要求，所以在进行夹具设计时，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

（二）定位基准的选择

经过分析可知，这两个螺纹孔只要保证与Ø19.1mm孔的轴心线有垂直精度的要求即可。

定位基准选Ø19.1mm孔及其端面，工件以Ø19.1mm孔在定位销上定位，限制四个自由度；以销上的环面台阶靠在Ø19.1mm孔的端面上，限制一个自由度；以叉口靠在半圆形定位销上，限制一个自由度,实现完全定