机械制造技术课程设计CA10B解放牌汽车第四速及第五速变速叉加工工艺及钻φ19孔夹具设计【全套图纸】

机械制造技术课程设计CA10B 解放牌汽车第四速及第五速变速叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计学生姓名所在专业机械设计制造及其自动化所在班级机电1091学号指导教师职称教授副指导教师职称答辩时间2012年 7 月 6 日XXX大学2009届课程设计目录1零件的分析21.1零件的作用21.2零件技术要求21.3零件的工艺分析22确定毛坯32.1确定毛坯的制造形式32.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量33拟定工艺路线53.1定位基准的选择53.1.1精基准的选择53.1.2粗基准的选择63.2表面加工方法确定63.3制订工艺路线73.4加工余量、工序尺寸和公差的确定93.5切削用量、时间定额的计算103.5.1切削用量的计算103.5.2时间定额的计算114夹具设计134.1提出问题134.2定位基准的选择134.3切削力和夹紧力计算134.3.1切削力的计算134.3.2夹紧力的计算144.3.3定位误差分析154.3.4夹具设计及操作的简要说明155设计小结156参考文献16设计总说明本设计的是CA10B解放牌汽车第四速及第五速变速叉零件的机械加工工艺规程及钻工序的夹具设计。首先由加工零件的分析到确定加工零件的毛坯，再到拟定加工工艺路线，最后设计钻床专用夹具，该夹具是用于加工19孔。其中对加工19孔的工序的做出了具体的分析和计算，首先是采用高速钢麻花钻钻18.5孔，其次是用专用特制19的铰刀进行铰孔，直到达到精度要求19为止，最后是锪孔19mm两端面和倒角，同时也对19的加工余量、工序尺寸和公差做出了准确地计算，同时也对该孔做了详细的切削用量、时间定额的计算。因而，加工19是加工该零件的重要工序，该孔的精度要求很高，对后面的工序息息相关，因此必须对该孔的加工工序做详细的分析。关键字：精度高；夹具设计；工序全套图纸，加1538937061 零件的分析1.1 零件的作用题目所给定的零件是CA10B解放牌汽车第四速及第五速变速叉，它位于变速箱中，主要作用是拨动变速箱中的齿轮，使汽车达到变速的目的。1.2 零件技术要求变速叉的形状特殊、结构简单，是属于典型的叉杆类零件。为实现换档、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5863HRC；为保证变速叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔19的垂直度要求为0.1mm。1.3 零件的工艺分析此变速叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下:1.以19mm孔为中心的加工表面.这组加工表面包括:19mm孔及其倒角，孔上端尺寸为16mm的槽，槽的外侧厚度为10.8mm的两个侧面， 19mm孔的上端距其中心14mm的两个端面，还有孔下端M10的螺纹孔。2.以82.2mm孔为中心的加工表面.这组加工表面包括: 82.2mm的孔及其倒角，82.2mm的孔的侧面，距M10螺纹孔中心线63.7mm.这两组加工表面有着一定的位置要求，主要是:82.2mm孔与其外端面垂直度公差为0.1mm。由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助专用夹具加工另一组表面，并保证他们之间的位置精度要求。下图为加工工件零件图如图1-1：图1-12 确定毛坯2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为20钢，零件经常拨动齿轮承受变载荷和冲击性载荷，因此应选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。因为为大批量生产，且零件的轮廓尺寸不大，故采用模锻成型。这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由表2-10表2-12可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。1. 公差等级由变速叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。2. 锻件重量已知机械加工后变速叉的件的重量为1.5kg，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2.5kg。3.锻件形状复杂系数对变速叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度、高度，即l=160mm，b=105mm，h=60mm（见毛坯图）；由公式（2-3）和（2-5）可计算出该变速叉锻件的形状复杂系数:S = mt/mN =2.5/(lbh) =2.5kg/(160mm x105mm x60mm x7.8 x10-6kg/mm3)2.50.32故该变速叉的形状复杂系数属S2级。零件毛坯如图2-1：图2-14. 锻件材质系数由于该叉材料为20钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级。5. 锻件分模线形状根据该零件的形位特点，选择零件高度方向的对称平面为分模面，属于不对称弯曲分模线。6. 零件表面粗糙度由零件图可知，该零件的各加工表面的粗糙度Ra均大于等于3.2m。根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于下表格2-1：表格2-1锻件的重量包容体的重量形状复杂系数材质系数公差等级2.5kg7.8kgS2M1普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm毛坯尺寸/mm备注宽度R41.1表2-61.72.2（取2.0）表2-9厚度45表2-71.72.2（两端面都取2.0）表2-9厚度8表2-71.72.2（两端面都取2.0）表2-9孔径1915±1.0表2-62.0(单边)表2-10中心距128±0.5128±0.5表2-8 根据表2-7的表注，将公差按照±1/2的比例分配，故取公差值为±1.0mm。3 拟定工艺路线3.1 定位基准的选择基准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，生产效率得以提高。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。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，它对零件的生产是非常重要的。3.1.1 精基准的选择主要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，根据该零件的技术要求和装配要求，选择叉轴孔19mm和孔左端面作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，叉轴孔19mm的轴线是设计基准，选用其作精基准定位加工叉脚两端面和M10螺孔，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证被加工表面的垂直度要求。另外，由于变速叉刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应该作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能作用在叉杆上。选用叉头左端面作为精基准，夹紧可以作用在叉头的右端即孔19mm的右端面上，夹紧稳定可靠。3.1.2 粗基准的选择作为粗基准表面应该平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。现选取19mm孔的外轮廓不加工表面作为粗基准，用V形块、支承板和挡销来实现完全定位，以消除自由度。3.2 表面加工方法确定1.根据变速叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗造度，确定加工工件的各表面的加工方法，如表格3-1所示。表格3-1加工表面尺寸精度表面粗糙度Ra/m加工方案备注16mm槽及槽的两侧面IT136.3粗铣表1-1119mm孔上端面IT136.3粗铣表1-1119mm孔上端两侧面IT136.3粗铣表1-1119mm孔IT86.3钻-铰-锪表1-10M10螺纹孔IT1212.5钻-锪-攻丝表1-1082.2mm孔端面IT83.2粗铣-精铣表1-1182.2mm孔IT93.2粗镗-半精镗表1-102.加工阶段的划分该变速叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分粗加工半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准19mm孔准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他的加工表面的精度要求；然后粗铣16mm槽及槽两侧面，粗铣上端面及两侧面，叉脚的两端面。在半精加工阶段，完成了叉脚的两内端面的半粗铣，钻M10螺栓孔；在精加工阶段，进行19mm孔，19mm孔的全部加工工序。 3.工序的集中与分散本题选用工序集中原则安排变速叉的加工工序。该零件的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工，夹具，以提高生产率；而且运用工序集中的原则使工件的装夹次数少，不但缩短辅助时间，而且由于在一次装夹加工多个工步，有利于保证各加工表面之间的相对位置度精度要求。4.工序的安排一) 机械加工工序(1) 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准叉轴19mm孔。(2) 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。(3) 遵循 “先主后次”的原则，先加工主要表面叉轴孔径19mm的上端面和19mm孔，后加工次要表面叉脚的两外端面。(4) 遵循“先面后孔”的原则，先加工叉轴19mm孔的两端面，后加工37mm孔和30mm孔。 二)热处理工序模锻成型后切边,进行调质,调质硬度为241285HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。 三)辅助工序粗加工叉脚两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检查工序；精加工后安排去毛刺，清洗和终检工序。综上所述，该变速叉工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精加工。3.3 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的技术要求能得到合理的保证.按生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床以及专用夹具，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降低。工艺路线工序一 粗铣16mm槽，以19mm孔定位。工序二 粗铣16mm槽的两侧面，以19mm孔定位。工序三 粗铣距19mm中心12mm的两个端面，以19mm孔及16mm槽底为基准。工序四 粗铣距19mm中心12mm的两个端面的侧面，以19mm孔及16mm槽底为基准。工序五 16mm槽两端1.5*450倒角。工序六 钻铰19mm孔并倒角。工序七 钻攻距槽(16mm)12mm底面M10螺纹孔并倒角。工序八 粗铣82.2mm孔的两端面.工序九 粗镗81.7mm孔。工序十 精镗82.2mm孔工序十一 钻82.2mm孔并1*450倒角工序十二 精铣82.2mm孔的两端面。工序十三 去毛刺工序十四 中检工序十五 热处理工序十六 清洗工序十七 终检。上述方案主要是以19mm孔位基准，来加工16mm槽，M10螺纹，槽的两侧面，这样可以修正由于基准不重合造成的加工误差，同时也照顾了加工路线方便的特点，因此最终确定如下:工序一 粗铣16mm槽，以19mm孔的外轮廓为粗基准定位，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具。工序二 粗铣16mm槽的两侧面，以19mm孔的外轮廓以及距槽底32mm的面为基准，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具。工序三 粗铣19mm孔上端两端面，以19mm孔定位，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具。工序四 粗铣19mm孔上端两端面的侧面，以19mm孔定位，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具。工序五 16mm槽1.5*450倒角，选用C620-1车床及专用夹具。工序六 钻铰19mm孔并倒角，以19mm孔及端面定位，选用Z525立式钻床及专用夹具。工序七 钻距槽(16mm)12mm底面M10螺纹孔并倒角，然后攻丝。以19 mm孔及16mm槽底定位，选用Z525立式钻床及专用夹具。工序八 粗铣82.2mm孔的两端面，以19mm孔定位，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具。工序九 粗镗81.7mm孔，以19mm孔及距中心线63.7mm的面为基准，选用T740双面卧式金刚镗床及专用夹具。工序十 精镗82.2mm孔，以19mm孔及距中心线63.7mm的面为基准，选用T740双面卧式金刚镗床及专用夹具。工序十一 82.2mm孔1*450倒角。选用C620-1型车床及专用夹具。工序十二 精铣82.2mm孔的两端面。以19mm孔定位，选用XA6132型万能升降台铣床及专用夹具。工序十三 去毛刺工序十四 中检工序十五 热处理工序十六 清洗工序十七 终检3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定在此只确定工序的加工余量和工序尺寸公差，其他的类同。如附表机械加工工序卡片所示。工序6钻铰19mm孔并倒角。由表2-20可查得，铰孔余量Z铰=0.25mm；钻孔余量Z钻=18.75mm。查表1-10可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，铰：IT8；钻：IT12 。再查标准公差数值表2-30可确定各工步的公差值分别为，铰：0.033mm；钻：0.21mm。综上所述可知道，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，铰: 19mm，钻：19mm。3.5 切削用量、时间定额的计算第6道工序钻铰19mm孔的切削用量和时间的确定方法。3.5.1 切削用量的计算3.5.1.1 钻孔工步 钻孔为18.5mm，采用高速钢直柄麻花钻头（GB/T 1438.12008）。1）背吃刀量的确定 取。2）进给量的确定 由表5-22以及表4-10所列Z525型立式钻床的进给量，可选取该工步的每转进给量为f=0.22mm/r。3）切削速度的计算 由表5-22，按工件材料为20钢的条件选取，切削速度v可取为20m/min。由公式（5-1）n=1000v/d可得该工序钻头转速n=344.29r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=392r/min。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为：3.5.1.2 铰孔工步铰孔为19mm，采用高速钢铰刀铰孔。1）背吃刀量的确定 取。2）进给量的确定 由表5-31以及表4-10所列Z525型立式钻床的进给量，可选取该工步的每转进给量f=0.17mm/r。3） 切削速度的计算 由表5-31，切削速度v可取为8m/min。由公式（5-1） n =1000v/d可求得该工序铰刀转速n =134.09r/min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=195r/min。再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际切削速度为:3.5.1.3 锪倒角工步19mm孔倒角1*450两端，由表3-10，采用900莫氏锥柄号为2的锥柄锥面钻,其中，1）背吃刀量的确定 取ap=0.15mm。2）进给量的确定 由表5-33和表4-10，可选取该工步的每转进给量为f=0.10mm/r。3）切削速度的计算 由表5-33，按工件材料为20钢的条件选取，切削速度v可取为23m/min。由公式n=1000v/ 可求得钻头转速为：n=1000×23m/min/×31.5mm=232.54r/min,参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=272r/min。再将此转速代入公式n=1000v/d，可求出该工序的实际钻削速度为： 3.5.2 时间定额的计算3.5.2.1 基本时间tm 计算工序6钻铰19mm孔1）钻孔工步 根据表5-45，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn = (l+l1+l2)/fn求得, （式中加工长度，1为刀具切入长度，2为刀具切出长度）式中,取，（取=），f=0.22mm/r，n=392r/min,将上述结果带入公式，则该工序的基本时间tj0.62min=37.4s。2）铰孔工步 根据表5-45，铰圆柱孔的基本时间可由公式tj=L/fn = (l+l1+l2)/fn求得,（式中加工长度，1为刀具切入长度，2为刀具切出长度）。查表5-46，按=、的条件查得，已知，f=0.17mm/r，n=195r/min，将上述结果带入公式，则该工序的基本时间tj=153.7s=2.56min。3) 锪孔19mm两端面和倒角, 根据表5-45，锪倒角的基本时间可由公式tj=L/fn = (l+l1)/fn求得，其中为倒角深度=0.5，取=1，f=0.10mm/r，n=272r/mm，那么该工序的基本时间为tj3.3s，有两个端面，则t=2tj=6.6s。3.5.2.2 辅助时间ta的计算根据第五章第二节所述，辅助时间和基本时间tj之间的关系为：tf（0.150.2）tj，取tf0.17tj，则：工序5钻孔工步的辅助时间为：tf0.17×37.4=6.4s=0.11min；工序5铰孔工步的辅助时间为：tf0.17×153.7=26.2s=0.44min；工序5锪孔工步的辅助时间为：tf0.17×6.6=1.2s=0.02min。3.5.2.3 其他时间计算除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于本题目中变速叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工地时间tb是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%4%，本题均取3%，则工序5的其他时间（tbtx）可按关系式（3%+3%）×（tj + tf）计算，它们分别为： 工序5钻孔工步的其他时间为：tbtx6%×(37.4s6.4s)2.63s；工序5铰孔工步的其他时间为：tbtx6%×(153.7s26.2s)10.8s；工序5锪孔工步的其他时间为：tbtx6%×(6.6s1.2s)0.47s。3.5.2.4 单件时间的tdj计算根据公式，单件时间为：tdj= tj+tf +tbtx ，则本工序的单件时间分别为：tdj应按三个工步分别计算之后再求和，则：钻孔工步 tdj（37.4+6.4+2.63）s=46.39s=0.77min；铰孔工步 tdj（153.7+26.2+10.8）s190.7s=3.17min；锪孔工步 tdj（6.6+1.2+0.47）s=8.3s=0.14min。因此，工序5的单件计算时间为：tdj =tj+tf +tbtx =（46.39+190.7+8.3）s=245.4s=4.1min.将确定的上述各项内容填入工艺卡片中，可得到该变速叉工件的机械加工工艺过程卡以及第5工序的工序卡片，可见于机械加工工序卡中。4 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。4.1 提出问题本夹具要用于粗钻，铰孔19，对孔的要求有：粗糙度等级为6.3级，有很高的垂直度要求，此孔将作为加工其他各工作面的基准。因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证孔的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。4.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。在本设计中，加工19的孔是比较重要的一步，因为该孔是后续加工过程中所要用到的重要基准。所以，加工这个孔一定要保证精度，由于其他基准都不存在，此孔只能运用毛坯的外轮廓定位来设计夹具，工件是以Æ28外圆及端面和叉口外侧为定位基准，用V形块、支承板和挡销来实现完全定位。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺旋压板来作为夹紧机构。4.3 切削力和夹紧力计算4.3.1 切削力的计算刀具：根据表3-4可得，采用高速钢直柄麻花钻头（GB/T 1438.12008）其中：d=18.5mm，l=233，l1=135, Z=1机床：采用Z525型立式钻床由金属切削机床夹具手设计册所列公式可得： 查表 3-56 得其中： 修正系数 代入上式，可得 F=1509N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5； 为加工性质系数1.1； 为刀具钝化系数1.1； 为断续切削系数1.1； 所以可得切削力为： 4.3.2 夹紧力的计算选用钩形压板夹紧机构 查课程设计指导教程表10-2得取f=1，则 夹紧螺母： 公称直径d=12mm，材料Q235 性能级数为8级 螺母疲劳极限： 极限应力幅：许用应力幅：螺母的强度校核：螺母的许用切应力为 s=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，该夹具安全可靠。使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。4.3.3 定位误差分析本工序的定位误差基本有毛坯而产生，加工孔的时候工件还只是毛坯，没有任何的基准，只有依靠毛坯轮廓来定位，但由于毛坯留有较大的加工余量，在保证此工序加工精度后，以此孔作为基准然后加工轮廓或其他工作部位，仍然能保证整个工件的精度。4.3.4 夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择了螺旋型压板夹紧方式。本工序为粗钻削余量大，钻削力大，所以需要一定的夹紧才能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。5 设计小结为期二个星期的课程设计已经结束了，在这段时间里，通过本次设计，使我了解了从事设计的基本过程，进一步巩固了我的专业知识和锻炼了我独立思考问题的能力。在这次课程设计进行过程中，我有很深的体会和学习到很多东西。首先，我学会了查阅资料和独立思考。我设计的题目是CA10B 解放牌汽车的第四速及第五速变速叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计，其中主要涉及夹具设计，由于平时所学知识有限，所以设计过程中必须查阅其他相关的书籍或资料。其次，我体会到了做任何事都要有耐心。二个星期时间说长也不长，但每天都要重复查资料、计算、画图这些工作，久之也觉得非常枯燥无味。特别是画图的时候，有时候一天就画了那么一小部分，一条条的线让人眼花缭乱。因此，要顺利完成任务，必须要有耐心和韧性，还要细心。我想这些在以后工作中也是必不可少的。由于本人缺少经验，知识水平所限，在处理实际问题时考虑不够全面，在查阅有关资料时往往花很多的时间也找不到需要的资料，这在一定程度上也约束了设计的进度和质量。设计中存在的不足之处，希望老师给予批评指正!6 参考文献1.机械制造技术基础课程设计指导教程邹青主编，机械工业出版社；2.机械工艺手册，孟少农主编，机械工业出版社；3机械加工工艺设计手册，杨耀宸主编，航空工业出版社；4机械制造技术基础，华楚生主编，重庆大学出版社；5机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社；6.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、第一汽车制造厂职工大学编，上海科学技术出版社。16