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機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計
序言
機械制造工藝課程設(shè)計是在我們完成了全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、大部分專業(yè)課以及參加了生產(chǎn)實習(xí)之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
通過本次課程設(shè)計，應(yīng)該得到下述各方面的鍛煉：
1 能熟練運用機械制造工藝設(shè)計中的基本理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。
2 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。通過設(shè)計夾具的訓(xùn)練，應(yīng)當獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟合理而且能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
3 學(xué)會使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱、出處、能夠做到熟練運用。
目 錄
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一、設(shè)計任務(wù)………………………………………………………………3
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二、計算生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型………………………………………3
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三、零件的分析……………………………………………………………3
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四、確定毛坯的制造方法、初步確定毛坯形狀…………………………4
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五、工藝規(guī)程設(shè)計………………………………………………………….5
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1、定位基準的選擇………………………………………………………...5
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2、工件表面加工方法的選擇………………………………………………5
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3、制定工藝路線…………………………………………………………...6
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4、確定加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸,設(shè)計、繪制毛坯圖…………..6
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5、確定切削用量、基本工時(機動時間) ………………………………...7
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六、夾具設(shè)計……………………………………………………………… 8
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1、設(shè)計要求………………………………………………………..……….8
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2、夾具設(shè)計的有關(guān)計算……………………………………………………8
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3、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計及操作簡要說明………………………………. ……….8
4、夾具操作簡要說明………………………………. …………………….9
七、總結(jié)…………………………………………………………………….10
八、參考文獻……………………………………………………………….11
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《一》零件作用及設(shè)計任務(wù)：
該換擋叉應(yīng)用在汽車變速箱的換擋機構(gòu)中。叉頭以Φ15.8孔套在變速叉軸上，并以螺釘經(jīng)M10孔與叉聯(lián)結(jié)，叉腳夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中。當需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機構(gòu)就通過叉頭的槽帶動換擋叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，叉腳撥動雙聯(lián)變速齒輪在花鍵軸上滑動改變檔位，從而改變汽車的行駛速度。
《二》計算生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型：
變速換擋叉年產(chǎn)量5000，設(shè)其備品率為3%，機械加工廢品率為0.5%，則該零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為：N=Qn(1+3% )×（1+0.5% )=5000×1(1+3%)×（1+0.5%)=5176(件/年)。
換擋叉重量3kg，查1-3屬于輕型零件，由表1-4知，該換擋叉生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。
《三》換擋叉技術(shù)要求
加工表面
尺寸及偏差（mm）
公差及精度等級
表面粗糙度Ra
形位公差（mm）
叉腳兩端面
5.90 -0.15
IT12
6.3
叉口兩內(nèi)側(cè)面
5.1+0.1 0
IT12
6.3
Φ15.8內(nèi)孔
15.8+0.043 +0.016
IT8
3.2
M10螺紋孔
M10×1
IT7
叉頭凸臺兩端面
9.650 -0.25
IT12
6.3
叉頭平臺外表面
IT13
6.3
叉頭平臺凸面
11
IT13
12.5
叉頭下表面
IT13
12.5
該變速器換擋叉結(jié)構(gòu)簡單，屬于典型得叉桿類零件。為實現(xiàn)換擋、變速得功能，其叉軸孔和變速叉軸有配合要求，因此加工精度要求高。叉腳兩端面在工作中需承受沖擊載荷，為增強耐磨性，采用局部淬火，硬度為180HBS左右，為保證換擋叉換擋時叉腳受力均勻，要求叉腳兩端面與孔Φ15.8垂直度要求為0.15mm。換擋叉用螺釘定位，螺紋孔為M10。
綜上所述，該零件得各項技術(shù)要求制訂較合理，符合在變速箱中得功用。
《四》審查換擋叉得工藝性
分析零件圖可知，該換擋叉叉腳兩端面厚度薄于連接的表面，但減少了加工面積，使用淬火處理提供局部的接觸硬度。叉腳兩端面面積相對較大，可防止加工過程中鉆頭鉆偏，保證孔的加工精度及孔叉腳兩端面的垂直度。其它表面加工精度較低，，通過銑削、鉆床的粗加工就可達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常得生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟得方法保質(zhì)保量地加工出來?？梢娫摿慵に囆院?。
《五》確定毛坯：
1.選擇毛坯
由于該換擋叉在工作過程中承受沖擊載荷，為增強強度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛坯選用鍛模制作毛坯。拔模斜度為5°。
2.確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量
公差等級
由換擋叉的功用和技術(shù)要求，確定該零件的的公差等級為普通級。
鍛件重量
已知機械加工后換擋叉的重量為3kg，由此可初步估計機械加工前鍛件毛坯的重量為3.5kg。
3.鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)
對換擋叉零件圖分析計算，可大概確定鍛件外輪廓包容體的長度、寬度和高度，即l= 136mm，b= 76mm，h= 72mm，由公式2-3、2-5可計算出該換擋叉鍛件的形狀復(fù)雜系數(shù)
S=mt/mN=3.5/（136×76×72×7.8×10-6 kg/mm3 ）=3.5/5.8=0.6
故屬于S 2級。
4.鍛件材質(zhì)系數(shù)
由于該換擋叉材料為35鋼，是碳的質(zhì)量分數(shù)少于0.65%的碳素鋼，故該鍛件的材質(zhì)系數(shù)屬M 1級。
5.鍛件分模線形狀
根據(jù)該換擋叉的形位特點，以對稱平分面為分模面，屬平直分模線。
6.零件表面粗糙度
由零件圖可知，該換擋叉各加工表面粗糙度Ra均大于等于3.2um。
由上查表可知鍛件毛坯的尺寸公差及機械加工余量：
鍛件重量/kg
包容體重量/kg
形狀復(fù)雜系數(shù)
材質(zhì)系數(shù)
公差等級
6
3.5
S 2
M 1
普通級
項目/mm
機械加工余量/mm
尺寸公差/mm
備注
厚度5.9
1.8+1.4 -0.4
表2-11
2.0~2.5
表2-13
寬度51
2.5+1.7 -0.8
表2-10
2.0~2.5
表2-13
寬度14.2
2.2+1.5 -0.8
表2-10
2.0~2.5
表2-13
孔徑Φ15.8
2.2+1.5 -0.7
表2-10
2.0
表2-14
中心距
±0.5
表2-12
《六》擬定工藝路線
1. 定位基準選擇
精基準選擇：
根據(jù)該零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇叉頭軸孔和叉腳右端面作為精基準，零件上很多表面可用它們作基準。軸孔Φ15.8是設(shè)計基準，與用作精基準保證被加工表面的垂直度要求。該零件剛性差，夾緊力作用在叉腳右端面上。
粗基準選擇：
作為粗基準的表面應(yīng)平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。選擇軸孔Φ15.8的外圓和叉腳左端面作粗基準保證孔的壁厚均勻。采用叉腳左端面作粗基準加工左端面，可為后續(xù)工序準備好精基準。
2. 表面加工方法確定
根據(jù)換擋叉零件圖各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法：
加工表面
尺寸精度等級
表面粗糙度Ra
加工方案
備注
叉腳兩端面
IT12
6.3
粗銑-半粗銑
表1-8
叉口內(nèi)側(cè)面
IT12
6.3
同上
表1-8
Φ15.8孔
IT8
3.2
鉆-擴-鉸
表1-8
M10
鉆-攻螺紋
表1-10
叉頭凸臺兩端面
IT12
6.3
粗銑
表1-8
叉頭凸臺外表面
IT13
12.5
粗銑
表1-8
叉頭凸臺槽
IT12
12.5
粗銑
表1-7
3．加工階段的劃分
該零件加工質(zhì)量要求一般，可將加工分為粗加工，半精加工和精加工。
粗加工時，先將精基準準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證精度要求，然后粗銑叉腳左端面，叉口內(nèi)側(cè)面，叉頭凸臺兩端面，叉頭凸臺外表面，凸臺槽和M10螺紋底孔。半精加工，完成叉腳兩端面，叉口內(nèi)側(cè)面，攻螺紋，擴Φ15.8孔。精加工時，鉸孔Φ158。
4.工序的集中與分散
該零件生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可采用萬能型機床配以專用工、夾具，以提高生產(chǎn)率，而且運用工序集中原則使工序的裝夾次數(shù)少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面間相對位置精度要求。
5. 工藝路線
（1）機械加工工序
先加工精基準——叉頭軸孔和叉腳右端面。
先粗加工，后精加工。
先加工主要表面——叉腳右端面，叉頭軸孔Φ15.8，叉頭凸臺槽。后加工叉口內(nèi)側(cè)面，叉頭凸臺兩端面，攻螺紋。
先加工叉腳右端面，再加工叉頭軸孔Φ15.8。
（2）熱處理工序
鍛模成形后，切邊，進行調(diào)質(zhì)，硬度185HBS。叉腳兩端面在粗加工完后進行局部高頻淬火，提高其耐磨性和在工作中承受沖擊載荷的能力。
（3）輔助工序
粗加工叉腳兩端面和熱處理后，安排教直工序：半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。
綜上所述，該換擋叉工序安排順序：正火——基準加工——主要表面粗加工、一些余量大的表面粗加工及次要表面粗加工——熱處理——主要表面半精加工——主要表面精加工。
《七》加工余量、工序尺寸和公差的確定
本工序為鉆M10的螺紋底孔Φ8.4，孔深少于5mm，位置精度一般，可采用一次走刀加工。鉆孔：Φ8.4±15mm。
《八》切削用量、時間定額的計算
工序：鉆螺紋底孔
（1）背吃刀量確定 a p=4.2mm。
（2）進給量確定 由表5-1得 f=0.20mm/r.
（3）鉆削速度的計算 由表5-21 得 v=24m/min。由公式n=1000v/πd得鉆頭轉(zhuǎn)速n=909.9r/min。由表4-9得，選用立式鉆床Z525，主軸轉(zhuǎn)速n=960r/min。
則切削速度v=nπd/1000=25.3m/min。
時間定額計算：
由表5-41得鉆孔的基本時間公式：t j=L/fn=(l+l 1+l 2)/fn.。
l=5.2；l 1=Φcotκ r/2+(1~2)=8.4cot(118/2)/2+(1~2)=3.5~4.5；l 2=1~4。
所以 t j=0.06min=3.6s。
輔助時間： t f=（0.15~0.2）t j=0.65s。
其它時間： t b+t x=6%×(t j+ t f)=0.26s。
單件時間計算：t=3.6+0.65+0.26=4.51s。
專用鉆床夾具設(shè)計
《一》夾具設(shè)計任務(wù)
已知工件材料為35鋼，毛坯為模鍛件，所用機床為Z525型立式鉆床，大批生產(chǎn)規(guī)模。試為該工序設(shè)計一鉆床夾具。
《二》確定夾具的結(jié)構(gòu)方案
（1）確定定位元件
選用一面兩銷，心軸和工件孔配合，限制四個自由度。削邊銷與叉腳內(nèi)側(cè)面接觸，限制一個自由度。偏向輪與工件槽夾緊定位，限制一個自由度，實現(xiàn)工件正確定位。對于工序尺寸3.1±0.1，定位誤差△ dw=0.1。該定位方案可行。
（2）確定導(dǎo)向裝置
本工序要求對加工孔進行鉆一個工步的加工，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，選用可換鉆套作為刀具的導(dǎo)向元件。
（3）確定夾緊機構(gòu)
針對大批生產(chǎn)，選用偏向輪夾緊機構(gòu)。
(4) 夾緊力計算
(1) 由表10-1得 夾緊力 F j=FL/ρ[tan(α+φ 1)+tanφ 2]，ρ=(R+esinβ)/cosα，
α=arctan[ecosβ/(R+esinβ)]
ecosβ= 3， e= 5， R=33， L=160
取偏心輪與夾緊面的摩擦系數(shù)和偏心輪與鉸鏈軸的摩擦系數(shù)f一樣，根據(jù)表10-2得，f=0.2，則摩擦角φ 1=φ 2=arctanf=
所以得： 夾緊力 F j=5.3F
（2）求切削力和切削扭矩：
由表3-54和3-55得
切削力 P x=68Ds0.7 K p，切削扭矩：M=34.5D2 s0.8 K p。
D=8.4, s=0.2, K p=（σ b/75)0.75 ，σ b=580 。
切削力 P x=264N，切削扭矩：M=1444N·mm
理論夾緊力F jo= P x=264N，取安全系數(shù)K=2.7，
夾緊力 F j =K F jo=712.8N，原始作用力F= F j/5.3=134.5N
切削扭矩M=1444N·mm，對工件定位的影響很少，可以忽略。
《三》夾具裝配圖標注尺寸、配合及技術(shù)要求
（1）確定定位元件間的尺寸，心軸與削邊銷中心距尺寸為96.8
（2）根據(jù)加工孔的加工要求，確定鉆套中心線與定位偏心輪中心線的尺寸為3.1±0.03，為零件相應(yīng)尺寸3.1±0.1的公差值的1/3。位置度公差為零件相應(yīng)尺寸0.1的公差值的1/3。
（3）心軸中心線與夾具底面的平行度公差為0.02mm。
（4）標注關(guān)鍵件的配合尺寸如圖，Φ20H7k6,Φ19H7k6, Φ12H7f9。
《四》夾具操作簡要說明
本夾具使用在立式鉆床上，加工換擋叉上M10螺紋底孔Φ8.4mm。工件以Φ15.8F8孔、51+01 0mm叉口及14.2+0.1 0mm槽，分別在定位心軸、削邊銷及偏心輪上定位。轉(zhuǎn)動手柄，使偏心輪順時針轉(zhuǎn)動，偏心輪上的對稱弧面楔入工件14.2+0.1 0mm槽內(nèi)，定位并夾緊工件。
總結(jié)
就我個人而言，通過這次設(shè)計，基本上掌握了零件機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計，機床專用夾具等工藝裝備的設(shè)計等。并學(xué)會了使用和查閱各種設(shè)計資料、手冊、和國家標準等。最重要的是綜合運用所學(xué)理論知識，解決現(xiàn)代實際工藝設(shè)計問題，鞏固和加深了所學(xué)到的東西。并在設(shè)計過程中，學(xué)到了很多課堂上沒有學(xué)到的東西。
能夠順利的完成這次課程設(shè)計，首先得助于任曉智老師的悉心指導(dǎo)，還有就是我們小組成員間合理的分工和小組成員們的努力。在設(shè)計過程中，由于對零件加工所用到的設(shè)備的基本性能和加工范圍缺乏全面的了解，缺乏實際的生產(chǎn)經(jīng)驗，導(dǎo)致在設(shè)計中碰到了許多的問題。但在我們小組成員的共同努力下，我們通過請教老師和咨詢同學(xué)，翻閱資料、查工具書，解決設(shè)計過程中的一個又一個的問題。在這個過程中，使我對所學(xué)的知識有了進一步的了解，也了解了一些設(shè)計工具書的用途，同時，也鍛煉了相互之間的協(xié)同工作能力。在此，十分感謝任曉智老師的細心指導(dǎo)，感謝同學(xué)們的互相幫助。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我將繼續(xù)刻苦努力，不段提高自己。
本說明書主要是汽車變速箱的換擋機構(gòu)中變速換擋叉的有關(guān)工藝規(guī)程的設(shè)計說明,由于本身及小組成員能力水平有限，設(shè)計存在許多錯誤和不足之處，懇請老師給予指正，謝謝~！
參考文獻
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機械工業(yè)出版社
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