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機械制造課程設計說明書
題目：設計 I-R擋撥叉的機械加工工藝規(guī)程
及 銑叉腳兩側(cè)工序的專用夾具
專 業(yè)：
學生姓名：
學 號：
班 級：
指導老師：
專業(yè)系主任：
機械工程學院
2015年 月 日
摘 要
本設計I-R檔拔叉零件加工過程的基礎(chǔ)設計的夾具設計。主要加工部位是平面和孔加工。在一般情況下，確保比保證精密加工孔很容易。因此，設計遵循的原則是先加工面后加工孔表面。在零件的夾具設計中，主要是根據(jù)零件加工工序要求，分析應限的自由度數(shù)，進而根據(jù)零件的表面特征選定定位元件，再分析所選定位元件能否限定應限自由度。確定了定位元件后還需要選擇夾緊元件，最后就是確定專用夾具的結(jié)構(gòu)形式。
關(guān)鍵詞：I-R檔拔叉零件；工藝；夾具；
19
Abstract
The design of turntable parts machining process based design of fixture design. The main processing parts processing plane and holes. In general, ensure easy to guarantee precision machining holes than. Therefore, the design principle is first machined surface after machining hole surface. In the fixture design of parts, mainly according to the requirement of machining process, the number of degrees of freedom analysis should limit, then according to the surface characteristics of components selected location element, then analyze the selected location components can be qualified shall be limited degrees of freedom. Determine the location element also need to select the clamping element, the last is to determine the structure of the special fixture.
Keywords: cutter turntable parts; technology; fixture;
目 錄
摘 要 II
Abstract III
第1章 零件的分析 1
1.1零件的作用 1
1.2零件的工藝分析 2
1.3零件的生產(chǎn)類型 2
第2章 確定毛坯的種類和制造方法 3
2.1選擇毛坯 3
2.2確定機械加工余量 3
2.3設計毛坯尺寸 3
第3章 擬定工藝路線 5
3.1基準的選擇 5
3.2零件表面加工方法選擇 5
3.3工藝路線的擬定 6
第4章工序設計 7
4.1選擇加工設備與工藝裝備 7
4.2 確定工序尺寸 8
4.3切削用量及基本時間確定 9
第5章 銑叉腳端面夾具的設計 14
5.1 問題的提出 14
5.2 夾具設計 14
5.2.1 定位基準的選擇 14
5.2.2切削力和夾緊力計算 15
5.2.3定位誤差分析 16
5.2.4夾具設計及操作的簡要說明 17
總 結(jié) 19
參考文獻 20
致 謝 21
第1章 零件的分析
1.1零件的作用
I-R檔拔叉在運輸車的變速箱中，與操縱機構(gòu)的其他零件結(jié)合，用它撥動滑動齒輪，實現(xiàn)倒車。φ14H9為配合面有較高精度。槽14H13為滑動撥動的配合表面。下?lián)懿鏋榕c滑動齒輪接觸的表面。
1.2零件的工藝分析
該零件是叉架零件，形狀不大規(guī)則，尺寸精度、形位精度要求不高，為大批量生產(chǎn)零件，其主要技術(shù)要求分析如下：
其主要加工的有14H9表面粗糙度為Ra6.3um，是一個比較重要的孔，其軸線要保證與M直線度0.03；斜腳面尺寸要求公差尺寸為-0.48到0；開擋公差尺寸為0.1到0.2，表面粗糙度為Ra6.3um并保證與14H9軸線的垂直度為0.25主要是保證叉面能正確地安裝在變速箱的倒檔軸上，撥叉利用彈簧、滾珠在軸上進行定位，；R19面粗糙度為Ra12.5um，表面要求淬火處理，硬度要求為48~53HRC；下爪總長公差尺寸為-1到0；后腳面公差尺寸為0到0.52，前面到軸線尺寸18的公差尺寸為±0.2；孔8.7公差尺寸為0到0.09，其軸線到開擋前腳面的尺寸41.5的公差尺寸為±0.15，孔深32公差尺寸為-1到0；撥叉尺寸要求較高，兩內(nèi)表面歸于孔8.7的對稱度為0.4，內(nèi)表面表面粗糙度為Ra12.5，內(nèi)表面滿足配合14H13公差尺寸為0到0.27，其槽底部分允許呈R3max圓角或2最大長為3的倒角；孔8.7還需锪平直徑為12；孔21端面、開擋內(nèi)R15面、孔8.7內(nèi)表面以及槽14H13底面表面粗糙度為Ra25一般的加工都可獲得。通過分析該零件，其布局合理，雖結(jié)構(gòu)復雜，但加工要求比較容易保證，通過專用夾具可保證其加工要求，整個圖面清晰，尺寸完整合理，能夠完整表達物體的形狀和大小，符合要求。
1.3零件的生產(chǎn)類型
依設計題目，結(jié)合生產(chǎn)實際可知該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)零件是大批量生產(chǎn)的鑄件。
第2章 確定毛坯的種類和制造方法
2.1選擇毛坯
由于零件的結(jié)構(gòu)比較復雜，大批量生產(chǎn)，又是薄壁的中小型零件，所以采用砂型鑄造，工件材料為ZG45。
2.2確定機械加工余量
鑄件的尺寸公差按GB/T6414-1999確定，機械加工余量按GB/T11351-89確定。 根據(jù)GB/T6414-1999查表得尺寸公差CT為8-12級。加工余量等級為F～H。所以，可取CT=9級。查表（GB/T6414）查出各表面的公差數(shù)值。
零件尺寸
公差CT
端面50
3
腳面圓柱面15
1.6
腳面圓柱面19
1.7
兩腳面尺寸6
1.5
12H13槽面尺寸12
1.6
槽底面14
1.6
叉腳開擋尺寸32
1.7
2.3設計毛坯尺寸
I-R檔拔叉毛坯圖尺寸（單位：mm）
零件表面
總余量
毛坯尺寸
公差CT
端面50
2
50
2
腳面圓柱面15
2
13
1.6
腳面圓柱面19
2
17
1.7
兩腳面尺寸6
2
10
1.5
12H13槽面尺寸14
2
10
1.6
槽底面14
2
12
1.6
叉腳開擋尺寸48
2
36
1.7
第3章 擬定工藝路線
3.1基準的選擇
根據(jù)零件圖紙及零件的使用情況分析，知Φ14H9孔，槽寬，叉子面厚，叉子面與腹板的距離等均應通過正確的定位才能保證，故對基準的選擇應予以分析。
（1）粗基準的選擇
按照粗基準的選擇原則，為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應選擇不加工表面為粗基準，故此處選擇5mm厚的腹板右側(cè)為第一毛坯表面基準，在加工Φ14H9孔時，為保證Φ21mm的外圓表面為第二粗基準。
（2）精基準的選擇 ，各工序則以該孔為定位精基準，從靠近叉腳的Φ21mm端面為軸向尺寸的定位基準不重合，這時需要進行尺寸鏈的換算。
3.2零件表面加工方法選擇
本零件的加工面有內(nèi)孔、倒角、槽、下底面、圓環(huán)面等，材料為ZG45。以公差等級和表面粗糙度要求，參考有關(guān)資料，其加工方法選擇如下。
（1）φ21端面:表面粗糙度為Ra25um，可選粗銑即可滿足要求。
（2）φ14H9孔：公差等級為9級，表面粗糙度為Ra6.3um，公差尺寸0到0.043，根據(jù)GB/T1800.3-1998規(guī)定其公差等級按IT9，可以先鉆后擴孔來滿足要求。
（3）開擋R15內(nèi)圓柱面：表面粗糙度為Ra25um，未標注公差等級，故粗銑即可滿足要求。
（4）腳面：表面粗糙度Ra6.3um，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（4）開擋：表面粗糙度為Ra12.5um，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（5）槽14H13：表面粗糙度為Ra12.5um，公差等級13，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（6）槽12H13底面：表面粗糙度為Ra25um，加工方法可采用粗銑即可達到要求。
（7）孔φ10：表面粗糙度Ra25um，公差尺寸為0到0.1，根據(jù)GB1800-79規(guī)定其公差等級按IT11，采用鉆孔即可達到要求。
3.3工藝路線的擬定
（1）工藝路線的擬定
為保證達到零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術(shù) 要求，必須制定合理的工藝路線。
由于生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)，所以采用通用機床配以專用的工、夾、量具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率和減少機床數(shù)量，使生產(chǎn)成本下降。按照先加工基準面及先粗后精的原則，該零件的加工可按以下工藝路線進行。
10、鑄造
15、熱處理
20、銑14H9孔端面
25、鉆擴鉸14H9孔
30、倒角14H9孔
35、銑開檔叉腳面T1，T2面
40、銑開檔40B12
45、銑槽12H13
50、鉆10
55、去毛刺
60、檢驗
根據(jù)此工序安排，編出機械加工工藝路線卡及工序卡片。
第4章工序設計
4.1選擇加工設備與工藝裝備
（1） 選擇機床
1-1工序4鉆擴鉸14H9孔、工序5倒角及工序8鉆8，工步不多，選用立式鉆床就能滿足要求，本零件外廓尺寸不大，選用Z525立式鉆床。
1-2工序3、6、7是粗銑和精銑，各工序的工步數(shù)不多，成批生產(chǎn)不要求很高的生產(chǎn)率，故選用臥式銑床就能滿足要求，選用X62臥式銑床即可。
（2） 選擇夾具
本零件除了銑槽和鉆小孔需要專用量具外，其它用通用量具即可。
（3） 選擇刀具
1-1工序3銑端面。鑲齒三面刃銑刀。
1-2工序4鉆擴鉸14H9孔。選擇莫氏錐柄麻花鉆13 GB/T1438.1-1996。其直徑為14mm，工作長度46mm
1-3工序4 14H9孔。選擇14 GB/T 1141-1984。其直徑為14mm，工作長度46mm，莫氏錐度為1號，總長189mm。
1-4工序5倒角。
1-5工序3、6、7都是銑。銑刀按表5-105選鑲齒三面刃銑刀，直徑為100，孔徑d=27，齒數(shù)z=12。
1-6工序8鉆8孔?？讖綖?.7mm無通用刀具，故可制造專用刀具，方便制造及經(jīng)濟效益，可做成直柄麻花鉆。
（4） 選擇量具
本零件為大批量生產(chǎn)，一般盡可能采用通用量具，根據(jù)表面精度、尺寸和形狀等要求，參考有關(guān)手冊資料，選擇量具如下表：
工序
工序名稱
量具
3
銑端面
游標卡尺、粗糙塊
4
鉆擴鉸14H9孔
游標卡尺、塞規(guī)
5
倒角
游標卡尺
6
銑腳面、開擋
游標卡尺、粗糙塊
7
銑槽
游標卡尺、粗糙塊
8
鉆8
游標卡尺、塞規(guī)
4.2 確定工序尺寸
1.φ21端面加工余量
加工表面
工序雙邊余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗銑
粗銑
粗銑
端面50
4
46
Ra25
2. 鉆擴鉸14H9孔
加工表面
工序雙邊余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
鉆擴孔
鉆孔
擴孔
鉆孔
擴孔
鉆孔
擴孔
13
1
Ra6.3
3. 面加工余量
加工表面
工序余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗銑
精銑
粗銑
精銑
粗銑
精銑
T1，T2面
2
15
Ra25
T1，T2面
2
Ra12.5
腳面
1.6
0.4
Ra12.5
Ra6.3
14H13槽底面
2
10
Ra25
14H13槽
1.6
0.4
14.4
Ra25
Ra12.5
4.鉆孔
加工表面
工序雙邊余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
8孔
8
8
Ra25
4.3切削用量及基本時間確定
1工序10
切削用量：本工序為粗銑端面，已知加工材料為ZG45，表面淬火處理后HRC48-53。
確定粗銑端面的切削用量。所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉(zhuǎn)速30-1500 r/min，精度要求不高，選擇n=150r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。經(jīng)計算得加工時間為57s。
2 工序15、20
切削用量：鉆，擴，鉸H9mm孔
2.1確定鉆φ14mm孔的切削用量。
所選刀具為莫氏錐柄麻花鉆
確定切削用量=13/2=6.5mm，查表得進給量f =0.28mm/r，切削速度v =21m/min。則主軸轉(zhuǎn)速n==514.19r/min,故取n=545r/min，此時v==22.26m/min。
2.2確定擴φ14H9孔的切削用量。
所選刀具為14 GB/T 1141-1984，其直徑為14mm，工作長度108mm，莫氏錐度為1號，總長189mm。
確定切削用量=1/2=0.5mm，查表得進給量f =0.45mm/r，切削速度v =60m/min。則主軸轉(zhuǎn)速n==1364.19r/min,故取n=960r/min，此時v==42.2m/min。
2.3基本時間
確定鉆孔的基本時間
=
確定擴φ14H9孔的基本時間
=
總時間為30s。
3工序6
切削用量：本工序是銑腳面、開擋，先粗銑，后半精銑。
3.1確定銑開擋底面圓柱面的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉(zhuǎn)速30-1500 r/min，精度要求不高（Ra=25um），選擇n=150r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。
3.2 確定銑開擋底面圓柱面R19的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉(zhuǎn)速30-1500 r/min，精度要求不高（Ra=12.5um），選擇n=200r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為
。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=200/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。
3.3確定開擋腳面的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=4mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉(zhuǎn)速30-1500 r/min，精度要求較高（Ra=6.3um及有垂直度要求），選擇n=250r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=250/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。 加工用時為：180s 銑腳面和開擋各90s。
4工序7
本工序為銑槽，先粗銑槽底，再銑槽。
4.1確定槽底面的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=2mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉(zhuǎn)速30-1500 r/min，精度要求不高（Ra=25um），選擇n=150r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=150/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。
4.2確定槽的切削用量 所選刀具為鑲齒三面刃銑刀。
=4mm,查表得進給量f =0.2mm/z，又X62銑床主軸轉(zhuǎn)速30-1500 r/min，精度要求較高（Ra=12.5um且對稱度為0.4），選擇n=220r/min。由前面可知刀具直徑為100mm，則切削速度為。
校核機床功率： 參考公式
其中 d=100mm z=12 n=220/60r/s kpm=1，解得kw<7.5kw ，故可用。加工時間為：120.s。
5 、工序8
本工序為鉆8，并锪平12。
確定鉆8孔的切削用量。所選刀具為直柄麻花鉆
確定切削用量=8.7/2=4.35mm，查表得進給量f =0.49mm/r，切削速度v =27m/min。則主軸轉(zhuǎn)速n==987.8r/min,故取n=960r/min，此時v==26.21m/min。加工用時99s。
第5章 銑叉腳端面夾具的設計
設計工序：銑叉腳端面夾具的設計
5.1 問題的提出
本夾具要用于銑叉腳端面夾具的設計夾具精度等級為IT12級，粗糙度為12.5。本道工序只精銑一下即達到各要求，因此，在本道工序加工時，我們應首先考慮保證銑叉腳端面的設計夾具設計的各加工精度，如何提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度。
5.2 夾具設計
5.2.1 定位基準的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求，也沒有較高的平行度和對稱度要求，所以我們應考慮如何提高勞動效率，降低勞動強度，提高加工精度。Φ14的孔和其兩端面都已加工好，為了使定位誤差減小，選擇已加工好的φ14孔和其端面作為定位精基準，來設計本道工序的夾具，以兩銷和兩已加工好的φ14孔的端面作為定位夾具。
為了提高加工效率，縮短輔助時間，決定用簡單的螺母作為夾緊機構(gòu)。
5.2.2切削力和夾緊力計算
（1）刀具： YG6銑刀
機床： 臥式銑床X62
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=21
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=20mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應力幅：
許用應力幅：
螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為
[s]=2.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠，
使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力
5.2.3定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差確定。
夾具的主要定位元件為一平面和一定位銷，孔與銷間隙配合。
（2） 工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在臥式鏜床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為： Td=Dmax-Dmin
本工序采用一定位銷，一擋銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而擋銷的偏角會使工件自重帶來一定的平行于夾具體底版的水平力，因此，工件不在在定位銷正上方，進而使加工位置有一定轉(zhuǎn)角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應當能滿足定位要求。
5.2.4夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應使夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為鏜床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為精鏜切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。
本夾具的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單緊湊。夾具的夾緊力不大，故使用手動夾緊。為了提高生產(chǎn)力，使用快速螺旋夾緊機構(gòu)。
總 結(jié)
I-R檔拔叉的加工工藝及夾具設計，主要是對I-R檔拔叉的加工工藝和夾具進行設計。I-R檔拔叉的加工工藝設計主要是確定加工工藝路線，機械加工余量和切削用量、基本工時的確定，夾具的設計主要是要設計出正確的定位夾緊機構(gòu)。在本設計中工件的加工工藝路線正確合理，夾具的定位夾緊機構(gòu)也能達到定位夾緊的目的，能保證加工工件的精度。在設計中遇到了很多問題，如出現(xiàn)工藝路線的不合理，甚至出現(xiàn)不能保證加工所要求達到的精度。在進行夾具設計時，因定位基準選擇不合理，出現(xiàn)過定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保證。在選擇夾緊機構(gòu)時由于機構(gòu)的大小，尺寸等不合理，而達不到夾緊的目的，也可能因夾緊力作用點或作用面的位置不合理而使工件產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。不過在指導老師的悉心認真的指導下，經(jīng)過兩個月自身的不斷努力，這些問題都一一解決。在這個過程中，對機械加工工藝和夾具設計有關(guān)的知識有了更深的理解，增強了對本專業(yè)綜合知識運用的能力，使我對專業(yè)知識、技能有了進一步的提高，為以后從事專業(yè)技術(shù)的工作打下基礎(chǔ)。
通過這次課程設計使我感到要設計一個夾具的不易，也感到團隊合作的重要性，在這次課程設計中遇到了不少的問題，但在老師和同學的幫助之下一一解決。在這里我要感謝老師和同學對我的幫助。課程設計中我學到了 不少，不僅把以前的知識進一步鞏固，還從中學到很多的新知識，使我受益匪淺。
畢竟是課程設計，由于自己能力有限，在此之中肯定有很多的不足之處，希望老師給予指點。
參考文獻
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21
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致 謝
本次課程設計綜合了大學里所學的專業(yè)知識，是理論與實際相結(jié)合的一次考驗。通過這次設計，我的綜合運用知識的能力有了很大的提高，尤其是看圖、繪圖、設計能力，為我今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。在此過程中，我進一步加深了對課本知識的理解，進一步了解了零件的工藝以及夾具設計過程，收獲頗豐。
本次設計是在XX老師的悉心指導和幫助下完成的。我的機械工藝知識有限，在設計中常常碰到問題，是老師不厭其煩的指導，不斷的點拔迷津，提供相關(guān)資料，才使其順利完成。耐心的講解，使我如沐春風。不僅如此，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和高尚的敬業(yè)情操深深打動了我。在此，我向表示最真誠的感謝。同時，感謝同組同學的支持和幫助，使我更好的完成課程設計。