【K021-4】变速器换挡叉工艺及钻15.8孔夹具设计.rar

1 设计说明书 题 目 变速器换挡叉的工艺设计 2 目 录 机械自造工艺及夹具毕业设计任务书……………………3 序 言 ……………………………………………………4 零件的分析…………………………………………………4 零件的工艺分析……………………………………….4 确定生产类型……….…………………………………4 确定毛坯……………………………………………….5 工艺规程设计…….………………………………………… 5 选择定位基准…………………………………………5 制定工艺路线…………………………………………5 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定……………6 夹具设计…………………………………………………….16 问题提出………………………………………………16 夹具设计………………………………………………16 参考文献…………………………………………………….17 3 机械制造工艺及夹具毕业设计任务书 设计题目：制定变速器换挡叉的加工工艺，设计钻 φ15.8 孔 的钻床夹具 设计要求：中批量生产 手动夹紧 通用工艺装备 设计时间：2009.6 设计内容：1、熟悉零件图； 2、绘制零件图（一张） ； 3、绘制毛坯图（一张） ； 4、编写工艺过程卡片和工序卡片； 5、绘制夹具总装图； 6、绘制夹具零件图； 7、说明书 2009 年 06 月 4 序 言 机械制造装备设计毕业设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专 业课后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科毕业一次深入的综合性总复 习，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的 训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的 工作打下良好的基础。 由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。 零件的分析 题目所给的零件是变速器换档叉。它位于汽车的变速机构上，主要起换档作用。 一．零件的工艺分析 零件的材料为 35 钢， ，为此以下是变速器换档叉需要加工的表面以及加工表面之间的 位置要求： 1、 孔 Φ15.8以及与此孔相通的、M10 螺纹孔。 2、 上下 U 型口及其两端面 3、换档叉底面、下 U 型口两端面与孔 Φ15.8中心线的垂直度误差为 0.15mm。 由上面分析可知，可以粗加工 Φ15的孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工， 并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，选 择以孔为基准加工的面作为孔加工的精基准。最后，以精加工的孔为基准加工其他所有 的面。此变速器换档叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加 工工艺均可保证。 二、确定生产类型 已知此换档叉零件的生产纲领为 5000 件/年，零件的质量是 2.26Kg/个，查《机械制 造工艺设计简明手册》第 2 页表 1.1-2，可确定该换档叉生产类型为中批生产，所以初步 确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量 采用专用工装。 三、确定毛坯 1、确定毛坯种类： 5 零件材料为 35 钢。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单， 生产类型为中批生产，故采用模锻件作为毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第 41 页表 2.2-5,选用锻件尺寸公差等级为 CT-12。 工艺规程设计 (一)选择定位基准： 1 粗基准的选择：以零件的圆柱面为主要的定位粗基准 2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合” 原 则和“基准统一” 原则，以 Φ15.8的孔内表面为辅助的定位精基准。 (二)制定工艺路线: 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的 经济精度，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。 查《机械制造工艺设计简明手册》第 20 页表 1.4-7、1.4-8、1.4-11 ，选择零件的加工方法 及工艺路线方案如下： 工序 01 粗铣 Φ15上、下端面，以外圆为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 02 铣 16.5*42 面，以外圆为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 03 钻 Φ15孔，以 Φ15孔的上端面为定位基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹 具； 工序 04 扩 Φ15.5孔，以 Φ15上、下端面为定位基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹 具； 工序 05 粗铰 Φ15.7孔，以 Φ15上、下端面为定位基准，采用 Z525 立式钻床加专用 夹具； 工序 06 精铰 Φ15.8孔，以 Φ15上、下端面为定位基准，采用 Z518 立式钻床加专 用夹具； 工序 07 粗铣叉口前后两侧面 ，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹 具； 工序 08 粗铣 16*56 两侧面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 09 精铣 16*56 两侧面，以 Φ15.8孔 6 为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 10 粗铣叉口 19*5.9 两内侧面 ，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专 用夹具； 工序 11 精铣叉口 19*5.9 两内侧面 ，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专 用夹具； 工序 12 粗铣 14.2*9.65 面、铣 11*9.65 面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床 加专用夹具； 工序 13 精铣 16.5*42 面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 14 钻 Φ9孔，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具； 工序 15 攻螺纹，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具； 工序 16 去毛刺； 工序 17 终检。 （三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: 1、圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序 的加工余量如下： 加工 表面 加工 内容 加工余 量 精度 等级 工序 尺寸 表面粗 糙度 钻 0.8 IT11 15 12.5 扩 0.5 IT10 15.5 6.3 粗铰 0.2 IT10 15.7 6.3Φ15.8 精铰 0.1 IT8 15.8 3.2 2、平面工序尺寸： 工序号 工序 内容 加 工 余 量 基本 尺寸 经济 精度 锻件 CT12 01 粗铣 Φ15上、下端面 12 7 02 铣 16.5*42 面 16.5 12 07 粗铣叉口前后两侧面 2.1 5.9 12 08 粗铣 16*56 两侧面 0.2 9.85 12 10 粗铣叉口 19*5.9 两内侧面 0.5 51.5 12 12 粗铣 14.2*9.65 面、铣 11*9.65 面、铣 16.5*42 面 1 12 11 精铣叉口 19*5.9 两内侧面 0 51 10 09 精铣 16*56 两侧面 0 9.65 10 13 精铣 16.5*42 面 0 11 10 3、确定切削用量及时间定额： 工序 01 粗铣 Φ15上、下端面，以外圆为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具 刀具：YG6 硬质合金端铣刀。铣削宽度 ae≤90,深度 ap≤6,齿数 z=12,故根据《机械制 造工艺设计简明手册》 （后简称《简明手册》 ）表 3.1，取刀具直径 d0=125mm。根据《切 削用量手册》 （后简称《切削手册》 ）表 3.16，选择刀具前角 γ0＝0° 后角 α0＝8°，副后角 α0’=10°，刃倾角： λs=－ 10°,主偏角 Kr=60°,过渡刃 Krε=30°,副偏角 Kr’=5°。 2. 切削用量 1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap=4mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量 fz 采用对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表 3.5，使用 YG6 硬质合金端铣刀加工，机床功率为 4.5kw（据《简明手册 》表 4.2-35，X51 立式铣床）时： fz=0.09~0.18mm/z 故选择：f z=0.18mm/z。 3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据《切削手册》表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm；由于铣刀直径 d0=125mm，故刀具使用寿命 T=180min（据《简明手册》表 3.8） 。 8 4）计算切削速度 vc 和每分钟进给量 vf 根据《切削手册》表 3.16，当 d0=125mm，Z=12，a p≤7.5，f z≤0.18mm/z时， vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：k MV= 1.0，k SV= 0.8。切削速度计 算公式为： vpevzpTcuayfxqm0 其中 ， ， ， ， ， ，ae724245C.0qv15.xv3.0yv ， ， ， ， ，8.0.1kSvMv .v 32min8T ， ，将以上数据代入公式：zfz/8.Zmin/142 8.012.735.0.3.0c  确定机床主轴转速： 。min/61rdvwcs 根据《简明手册》表 4.2-36，选择 nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和 每分钟进给量为： vc= = m/min=118m/min10nd031254. f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z 5)校验机床功率 根据《切削手册》表 3.24，近似为 Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率 Pcm=4.5×0.75kw=3.375kwPcc。故校验合格。最终确定: ap=4.0mm，n c=300r/min，v f=390mm/s，v c=118m/min，f z=0.1mm/z。 6）计算基本工时 tm＝L/ v f，L=l+ y+Δ，l=24mm. 查《切削手册》表 3. 26，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则： tm＝L/ V f=(24*2+40)/390=0.22min。 工序 02 铣 16.5*42 面，以外圆为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 刀具：YG6 硬质合金端铣刀； 9 机床：X51 立式铣床； 查《切削手册》表 3.5，进给量为： ，取为 0.5mm/rmin/0.1~5fz 参考有关手册，确定 ，采用 YG6 硬质合金端铣刀，min/124v ，则：,125zmdw i/3650rdnws 现采用 X51 立式铣床，根据 《简明手册》表 4.2-36，取 ，故实际切削速min/30rnw 度： i/75.10321nvw 当 时，工作台每分钟进给量：mi/3r ，取为 980mm/minmin/805.zfwm 本工序切削时间为： min.09842fltm 工序 03 钻 Φ15孔，以 Φ15孔的上端面为定位基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具 1. 加工条件 工件材料：35 钢,σ b =170~240MPa，锻造; 工件尺寸：a emax=72mm，l=176mm; 加工要求：钻 Φ15孔，加工余量 0.8; 机床：Z525 立式钻床； 刀具：根据《切削手册》表 2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=15mm，钻 头采用双锥后磨横刀，后角 αo＝12° ，二重刃长度 bε=3.5mm,横刀长 b=2mm,宽 l=4mm,棱 带长度 ， °， ° ml5.11023 2.选择切削用量 （1）确定进给量 按加工要求确定进给量：查《切削手册》 ， ，rmf/53.0~4. ，由《切削手册》表 2.7,系数为 0.5,则： 367.1830dl rf /)265.0~1.(5)~4.( 10 按钻头强度选择:查《切削手册 》表 2.8,钻头允许进给量为： ；rmf/0.2 按机床进给机构强度选择：查《切削手册》表 2.9，机床进给机构允许轴向力为 8330N 时，进给量为 。rmf/93.0 以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为： 0.215~0.265mm/r。根据《简明手册》表 4.2-16,最终选择进给量 。rf/2.0 由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而 改为手动进给。 根据《切削手册》表 2.19 查出,钻孔时轴向力 Ff=2500N，轴向力修正系数为 1.0，故 Ff=2500N。根据 Z525 立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为 8830N﹥Ff，故所选进给量可用。 （2）确定钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查《简明手册》 ）为 0.6mm，寿命 ．min45T （3）切削速度 查《切削手册》表 2.30，切削速度计算公式为： （m/min）vyxpmvckfaTdz0 其中， ， ， ， ， ， ，5.9Cv18025.0vz1.m9pa0vx ， ，查得修正系数： ， ， ，故实y2f vTk85.lv.1tk 际的切削速度： in/5.98.0.160.5.25.0vc  （4）检验机床扭矩及功率 查《切削手册》表 2.20，当 f≤0.26, do≤19mm时，M t=31.78N•m，修正系数均为 1.0，故 MC=31.78 N•m。 查机床使用说明书：M m =144.2 N•m。 查《切削手册》表 2.23,钻头消耗功率：P c=1.3kw。 查机床使用说明书， 。kwE26.81.02 由于 ， ，故切削用量mcC可用，即： 11 ， ，rmf/2.0min/27rncin/4.15vc 3、计算工时 i074nfLt 工序 04 扩 Φ15.5孔，以 Φ15上、下端面为定位基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具； 查《切削手册》表 2.10，扩孔进给量为： ，并由机床使用说明rmf/8.0~7 书最终选定进给量为： 。rmf/81.0 根据资料，切削速度 ，其中 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，钻v4钻 故： ， ，根据机床使用说明书in/.3594.0v in/1.6.983rs 选取： 。7rnw 基本工时： mi53.081.742.09yLt 工序 05 粗铰 Φ15.7孔，以 Φ15上、下端面为定位基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹 具； 刀具：专用铰刀 机床：Z525 立式钻床 根据有关手册的规定，铰刀的进给量为 0.8～1.2mm/z,进给量取fz 0.81mm/r，机床主轴转速取为 =140r/min，则其切削速度为：fz nw 。mi/91.6dnv 机动时切削工时， mm，42lin37.08.42ftwm 工序 06 精铰 Φ15.8孔，以 Φ15上、下端面为定位基准，采用 Z518 立式钻床加专用夹具； 刀具： mdw8.15 机床：Z525 立式钻床 12 根据有关手册的规定，铰刀的进给量取 0.48mm/r，机床主轴转速取为：f =140r/min，则其切削速度为：nw min/27.9dnv 机动时切削工时， mm42li658.0142ftwm 工序 07 粗铣叉口前后两侧面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 刀具：YG6 硬质合金端铣刀， 10,40Zmd 机床：X51 立式铣床 根据《切削手册》查得， 。根据《简明手册》表 4.2-azfpz,/13. 36 查得，取： ，故实际切削速度： in/30rnwin/7.041mdv 当 时，工作台每分钟进给量应为：mi/rn i/3913.nZfwz  查说明书，取 i/40 计算切削基本工时： myL5.41.5. 因此， in280394*2ftm 工序 08 精铣 16*56 两侧面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 刀具：YG6 硬质合金端铣刀； 机床：X51 立式铣床； 查《切削手册》表 3.5，进给量为： ，取为 0.5mm/rmin/0.1~5fz 参考有关手册，确定 ，采用 YG6 硬质合金端铣刀，in/124mv ，则：,125zdw i/3650rdnws 现采用 X51 立式铣床，根据 《简明手册》表 4.2-36，取 ，故实际切削速min/30rnw 13 度： min/75.103251ndvw 当 时，工作台每分钟进给量：mi/3r ，取为 980mm/mini/80.zfwm 本工序切削时间为： min4.912fltm 工序 09 精铣 16*56 两侧面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 刀具：YG6 硬质合金端铣刀， 10,0Zd 机床：X51 立式铣床 根据《切削手册》查得， 。根据《简明手册》表 4.2-mazfpz 4,/3. 36 查得，取： ，故实际切削速度： min/30rnwin/7.104dv 当 时，工作台每分钟进给量应为：i/rn mi/393.nZfwzm 查说明书，取 i/40 计算切削基本工时： yL29119 因此， in5.03*2ftm 工序 10 粗铣叉口 19*5.9 两内侧面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具。 刀具：YG6 硬质合金端铣刀， 10,40Zmd 机床：X51 立式铣床 根据《切削手册》查得， 。根据《简明手册》表 4.2-azfpz,/13. 36 查得，取： ，故实际切削速度： in/30rnw 14 min/7.3104ndvw 当 时，工作台每分钟进给量应为：mi/30rn i/90.Zfwz 查说明书，取 in/4 计算切削基本工时： myL291019 因此， in.382ftm 工序 11 精铣叉口 19*5.9 两内侧面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 精铣叉口 19*5.9 两内侧面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 机床：X51 立式铣床 刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片） ，由《切削手册》表 3.6 查得： ， ,即 27m/min，因此，smv/45.0min/08.,640fzdz 。现采用 X51 立式铣床，取 i/2171rnws ，工作台每分钟进给量 应为：in/20rfm ，in/8.068.zfm 查机床使用说明书，取 。i/fm 铣削基本工时： 19.tin3802m 工序 12 粗铣 14.2*9.65 面、铣 11*9.65 面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专 用夹具； 专用夹具 刀具：YG6 硬质合金端铣刀， 10,40Zmd 机床：X51 立式铣床 15 根据《切削手册》查得， 。根据《简明手册》表 4.2-mazfpz 4,/13.0 36 查得，取： ，故实际切削速度： min/3rnwin/7.410dv 当 时，工作台每分钟进给量应为：i/rn mi/39013.nZfwzm 查说明书，取 in/40 计算切削基本工时： mL892*5.73 因此， in30ftm 工序 13 精铣 16.5*42 面，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具 刀具：YG6 硬质合金端铣刀； 机床：X51 立式铣床； 查《切削手册》表 3.5，进给量为： ，取为 0.5mm/rmin/0.1~5fz 参考有关手册，确定 ，采用 YG6 硬质合金端铣刀，in/124mv ，则：,125zdw i/3650rdnws 现采用 X51 立式铣床，根据 《简明手册》表 4.2-36，取 ，故实际切削速min/30rnw 度： i/75.10321nvw 当 时，工作台每分钟进给量：mi/3r ，取为 980mm/minmin/805.zfwm 本工序切削时间为： min.09842fltm 16 工序 14 钻 Φ9孔，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具 （1）钻螺纹底孔 mm9 机床：Z525 立式钻床 刀具：高速钢麻花钻 根据《切削手册》查得，进给量为 0.18～0.22mm/z,现取f f=0.22mm/z，v=17m/min ，则： min/60291710rdvnws 查《简明手册》表 4.2-15，取 。所以实际切削速度为：wi/5.101v 计算切削基本工时： min3.2.69fyltm 工序 15 攻螺纹，以 Φ15.8孔为定位基准，采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具。 机床：Z525 立式钻床 刀具：丝锥 M10，P=1mm 切削用量选为： ，机床主轴转速为： ，in/6/1.0svmin/318rns 按机床使用说明书选取： ，则 ；机动时，m27rnw .5v ，计算切削基本工时：ml84i03.1flt 五、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。并设计 工序——钻 Φ15.8 孔的钻夹具。两夹具将分别用于 Z525 立式钻床，刀具为 Φ15.8 直柄 麻花钻。 (一)问题的提出 17 本夹具主要用来钻 Φ15.8 孔，在加工时应保证 Φ15.8孔的垂直度要求。此外，在本工 序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。精度不是主要考虑的问题。 (二)夹具设计 1、定位基准选择 由零件图可知, 钻 Φ15.8 孔,相对于 Φ15孔端面的垂直度要求，为使定位误差为零，应该 选择孔中心为定位基准保证该垂直度。 2、切削力及夹紧力计算 根据《切削手册》查得， 。根据《简明手册》表 4.2-36 查mazfpz 4,/13.0 得，取： ，故实际切削速度： min/30rnwin/.105dv 当 时，工作台每分钟进给量应为：i/r mi/3903.nZfwzm 查说明书，取 i/40 计算切削基本工时： yL5212 因此， in3.095ftm 3、夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。 拆卸时，松开夹紧螺母扣，拔下固定 V 型块，实现工件的快换。 六．设计心得： 两个周的毕业设计，让我对以后的学习生活有了个更一步的认识， ，但是夹具的设计 也许只是我们今后学习中的一个很小的插曲。在这次的设计中，可谓是举步维艰，几乎 是每做出一个东西都会有这样那样的错误，这也就折射出我学习中的漏洞。今后的学习 道路还很漫长。这次的设计，将是我工作生活中的又一把梯子，它把我送上了更高的一 层楼。在以后的学习中，我更要注意知识的积累和灵活应用。 18 七．参考文献 1、赵家奇,机械制造工艺学毕业设计指导书(2 版), 机械工业出版社 ,2006 年. 2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,: 武汉理工大学出版社,2001 年. 3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993 年. 4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993 年. 5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987 年