機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)--撥叉的加工工藝制定及其夾具的設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</p><p>　　學(xué) 院 機(jī)械工程 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　年 級(jí) </p><p>　　班級(jí)組別 &l

2、t;/p><p>　　小組成員 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2014年 10 月 10 日機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&l

3、t;b>　　第一章 零件分析</b></p><p>　　1.1 零件的作用……………………………………………….1</p><p>　　1.2 零件的工藝分析………………………………………….1</p><p>　　1.3 確定零件生產(chǎn)類(lèi)型…… ……………………………….1</p><p>　　第二章 確定毛坯類(lèi)型繪

4、制毛坯簡(jiǎn)圖</p><p>　　2.1選擇毛坯………………………………………………….2</p><p>　　2.2確定毛坯尺寸公差和機(jī)加工余量……………………….2</p><p>　　2.3繪制撥叉毛坯簡(jiǎn)圖……………………………………….3</p><p>　　第三章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1定位

5、基準(zhǔn)的選擇………………………………………….4</p><p>　　3.2擬定工藝路線…………………………………………….4</p><p>　　3.3工序尺寸及公差確定…………………………………….6</p><p>　　3.3切削用量的確定………………………………………….7</p><p>　　第四章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)</p>

6、<p>　　4.1定位及加緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………….8</p><p>　　4.2切削力及夾緊力計(jì)算…………………………………….11</p><p>　　4.3夾緊元件的強(qiáng)度校核…………………………………….13</p><p>　　4.4定位誤差分析…………………………………………….14</p><p>　　

7、參考文獻(xiàn) ............................................................……………18</p><p>　　附錄 ...................................................................…………….19</p><p><b>　　第一章 零件分析</b

8、></p><p><b>　　1.1 零件的作用</b></p><p>　　題目所給的零件是撥叉。它位于變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔、使主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ20H7孔與操縱機(jī)構(gòu)相連，并用螺釘經(jīng)M5孔與變速叉軸連接。撥叉腳則夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中。當(dāng)需要變速時(shí)，操縱變速桿，變速操縱機(jī)構(gòu)就通過(guò)撥叉頭部的操縱槽帶動(dòng)撥

9、叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，通過(guò)連接裝置改換檔位，實(shí)現(xiàn)變速。</p><p>　　1.2 零件的工藝分析</p><p>　　零件的材料為QT400，球墨鑄鐵是通過(guò)球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。</p><p>　　該撥叉零件叉軸孔Φ20H7 mm的軸線是撥叉腳兩端面和螺紋孔M5的設(shè)計(jì)基

10、準(zhǔn)，撥叉頭左端面是撥叉軸向方向上尺寸設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。選用叉軸孔Φ20H7 mm的軸線和撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)。選用叉軸孔Φ20H7 mm的軸線和撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)定位加工撥叉腳兩端面和螺紋孔M5,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合，保證了被加工表面的垂直度要求。另外，由于撥叉件剛性較差，受力易發(fā)生彎曲變形，選用撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)，夾緊力作用在插頭的右端面上，可以避免在機(jī)械加工中產(chǎn)生夾緊變形，夾緊穩(wěn)定可靠。由于有5mm的尺寸要求，所以選擇撥叉

11、腳左端面作為粗基準(zhǔn)。采用Φ32 mm的外圓面定位加工內(nèi)孔尅保證孔的壁厚均勻；采用撥叉腳左端面作為粗基準(zhǔn)加工左端面，可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。</p><p>　　該撥叉的加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段分為粗加工、半精加工和精加工幾個(gè)階段。在粗加工階段，首先用車(chē)床將精基準(zhǔn)（撥叉頭左端面和叉軸孔）準(zhǔn)備好，因?yàn)檐?chē)床可以一次性將兩個(gè)精基準(zhǔn)都加工出來(lái)，從而提高了精度，也為使后續(xù)工序都采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的

12、精度要求；由于精度要求不高，故而粗銑，半精銑撥叉腳左右端面、撥叉腳內(nèi)表面、螺紋孔端面，最后完成M5螺紋孔的加工，這也體現(xiàn)了工序集中的原則。 </p><p>　　1.3 確定零件生產(chǎn)類(lèi)型</p><p>　　由零件圖示的生產(chǎn)批量200件可知，該零件為單件小批量生產(chǎn)。</p><p>　　第二章 確定毛坯類(lèi)型繪制毛坯簡(jiǎn)圖</p><p>&l

13、t;b>　　2.1 選擇毛坯 </b></p><p>　　該撥叉的尺寸不大，且生產(chǎn)類(lèi)型為單間小批量，為提高生產(chǎn)效率和毛坯精度，宜采用手工砂型鑄造。毛坯的材料為QT400。</p><p>　　2.2 確定毛坯尺寸公差和機(jī)加工余量</p><p>　　表2-2 小批量生產(chǎn)毛坯鑄件公差等級(jí) </p><p>　　

14、由表可知，選擇11級(jí)公差</p><p>　　表2-3 小批量生產(chǎn)毛坯鑄件公差等級(jí) /mm</p><p>　　表2-5 毛坯鑄件典型機(jī)械加工余量等級(jí)</p><p>　　由表可知，選擇H級(jí)機(jī)加工余量</p><p>　　表2-4 鑄件F-H級(jí)機(jī)械加工余量 /mm</p>

15、;<p>　　由于撥叉零件最大尺寸H+H=72+20=92mm，故而選擇機(jī)加工余量2mm。</p><p>　　由零件圖上的基本尺寸，以及毛坯的制造方式，查表2-2 ，2-3，2-4，2-5可以確定該鑄件的尺寸公差和機(jī)械加工余量如下表2-6所示</p><p>　　表2-6 /mm</p>&

16、lt;p>　　2.3 繪制撥叉毛坯簡(jiǎn)圖</p><p>　　第三章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1定位基準(zhǔn)的選擇</p><p>　　3.11精基準(zhǔn)的選擇</p><p>　　撥叉軸孔Φ20 mm的軸線是撥叉腳兩端面和螺紋孔M5的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，撥叉頭左端面是撥叉軸向方向上尺寸設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。選用叉軸孔Φ20mm的軸線和撥叉頭左端面作為

17、精基準(zhǔn)定位加工撥叉腳兩端面和螺紋孔M5,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合，保證了被加工表面的垂直度要求。另外，由于撥叉件剛性較差，受力易發(fā)生彎曲變形，選用撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)，夾緊力作用在插頭的右端面上，可以避免在機(jī)械加工中產(chǎn)生夾緊變形，夾緊穩(wěn)定可靠。</p><p>　　3.12粗基準(zhǔn)的選擇</p><p>　　由于精基準(zhǔn)撥叉頭左端面與撥叉腳左端面有尺寸5mm要求，故而使撥叉腳左端面為粗基

18、準(zhǔn)加工加工精基準(zhǔn)，為后續(xù)加工做好準(zhǔn)備。</p><p><b>　　3.2擬定工藝路線</b></p><p>　　3.21表面加工方法確</p><p>　　由各個(gè)加工表面的尺寸精度以及表面粗糙度，查表得</p><p>　　3.22工序的分散與集中</p><p>　　由于是單件小批量生產(chǎn)，故

19、而工序應(yīng)該盡量集中，所以可以采用機(jī)床配以不同工具、夾具，以提高生產(chǎn)效率；而且運(yùn)用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不斷可縮短輔助時(shí)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之間的相對(duì)位置精度要求。故而在加工精基準(zhǔn)時(shí)，采用車(chē)床一次性加工出，撥叉頭左端面及撥叉孔。再通過(guò)銑床和鉆床加工其他表面。</p><p>　　3.23 工序順序的安排</p><p>　　遵循“先基準(zhǔn)后其他

20、”原則，首先加工精基準(zhǔn)-撥叉頭左端面和撥叉軸孔Φ20H7 mm；遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排半精加工工序；遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——撥叉頭左端和撥叉軸孔Φ20H7mm，再銑撥叉其他表面；遵循“先面后孔”原則，先銑螺紋孔端面，再鉆削M5螺紋孔；先加工撥叉頭端面，再加工撥叉軸孔Φ20H7mm。</p><p>　　由此初擬撥叉機(jī)械加工工序安排，見(jiàn)下表</p><p&

21、gt;　　3.24 確定工藝路線</p><p>　　綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，擬定撥叉機(jī)械加工工藝路線，如下表</p><p>　　3.3工序尺寸及公差確定</p><p>　　3.31工序10粗車(chē)，半精車(chē)左端面及鉆、擴(kuò)、鉸Φ20孔</p><p>　?。?）查表2-14得半精車(chē)加工余量為Z2=0.6mm，所以粗加工余量為Z1=

22、2-0.6=1.4mm</p><p>　　又由于撥叉腳端面余量為2mm，所以其工序尺寸為</p><p>　　L2=5-2=3mm</p><p>　　L1=3+0.6=3.6mm</p><p>　　（2）查表2-20得基孔制7級(jí)孔的加工余量，由于空的尺寸為Φ20，所以</p><p>　　Z1=18mm(鉆)&l

23、t;/p><p>　　Z2=1.8mm（擴(kuò)）</p><p>　　Z3=0.2mm（鉸）</p><p><b>　　工序尺寸為</b></p><p>　　D1=Φ18mm （IT12）</p><p>　　D2=Φ19.8mm (IT10)</p><p>　　D3=Φ

24、20mm (IT7)</p><p>　　3.32工序70粗車(chē)，半精車(chē)撥叉腳內(nèi)表面</p><p>　?。?）查表2-11得半精車(chē)外圓面加工余量為Z2=0.65mm，所以粗加工余量Z1=2-0.65=1.35mm</p><p><b>　　故其工序尺寸為</b></p><p>　　L1=21.35mm</p&

25、gt;<p><b>　　L2=22mm</b></p><p>　　3.33工序80鉆孔，攻絲M5螺紋孔</p><p>　　（1）查表2-29得公司前鉆孔直徑為Φ4.2mm</p><p><b>　　工序尺寸為</b></p><p><b>　　D1=Φ4.2mm&l

26、t;/b></p><p><b>　　D2=M5</b></p><p>　　距離撥叉頭左端面L1=14±0.1mm</p><p>　　3.4切削用量的確定</p><p><b>　　3.41工序10</b></p><p>　　本工序分為5個(gè)工步，分別

27、為粗車(chē)撥叉頭左端面，半精車(chē)撥叉頭左端面，鉆撥叉孔，擴(kuò)撥叉孔，鉸撥叉孔。</p><p>　　參見(jiàn)表4-2，5-1，5-22，5-25可得</p><p><b>　　工步1粗車(chē)端面</b></p><p>　　背吃刀量a取為Z1=1.4mm；進(jìn)給量=0.4 mm/r</p><p>　　取 ν1=12m/min &l

28、t;/p><p>　　n= = r/min =119.36 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=125r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==12.6 m/min</p><p><b>　　工步2半精車(chē)端面</b></p><p>　　背吃刀量a取為Z2=0.6mm；進(jìn)給量=0.2 mm/r</p><p&

29、gt;　　取 ν2=18m/min </p><p>　　n= = r/min =179.05 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=180r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==18.1 m/min</p><p><b>　　工步3鉆孔</b></p><p>　　背吃刀量a取為Z/2=9mm；進(jìn)給量=0.17 mm/

30、r</p><p>　　取 ν3=20m/min </p><p>　　n= = r/min =353.7 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=350r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==19.8 m/min</p><p><b>　　工步4擴(kuò)孔</b></p><p>　　背吃刀量a取為Z/

31、2=0.9mm；進(jìn)給量=1 mm/r</p><p>　　取 ν4=20.5 m/min </p><p>　　n= = r/min =329.5 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=350r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==21.7 m/min</p><p><b>　　工步5鉸孔</b></p>

32、<p>　　背吃刀量a取為Z/2=0.1mm；進(jìn)給量=0.15 mm/r</p><p>　　取 ν5=8 m/min </p><p>　　n= = r/min =127.3 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=125r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==7.85 m/min</p><p><b>　　3.42工

33、序70</b></p><p>　　本工序分為2個(gè)工步，分別為粗車(chē)撥叉腳內(nèi)表面，半精車(chē)撥叉腳內(nèi)表面。</p><p>　　參見(jiàn)表4-2，5-1可得</p><p>　　工步1粗車(chē)撥叉腳內(nèi)表面</p><p>　　背吃刀量a取為Z1=1.35mm；進(jìn)給量=0.4 mm/r</p><p>　　取 ν1=12m

34、/min </p><p>　　n= = r/min =89.45 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=90r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==12.1 m/min</p><p>　　工步2半精車(chē)撥叉腳內(nèi)表面</p><p>　　背吃刀量a取為Z2=0.65mm；進(jìn)給量=0.2 mm/r</p><p>　　取

35、ν2=24m/min </p><p>　　n= = r/min =173.6 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=180r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==24.8 m/min</p><p><b>　　3.42工序70</b></p><p>　　本工序分為2個(gè)工步，分別為鉆螺紋孔，絲錐攻內(nèi)螺紋</p&g

36、t;<p>　　參見(jiàn)表4-9，5-22可得</p><p><b>　　工步1鉆孔</b></p><p>　　背吃刀量a取為Z/2=2.1mm；進(jìn)給量=0.12 mm/r</p><p>　　取 ν1=16m/min </p><p>　　n= = r/min =1212.6 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n

37、=1360r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==17.94 m/min</p><p><b>　　工步2絲錐攻內(nèi)螺紋</b></p><p>　　背吃刀量a取為Z2=0.4mm；進(jìn)給量=0.8 mm/r</p><p>　　取 ν2=6.8m/min </p><p>　　n= =

38、 r/min =432.9 r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=392r/min）</p><p>　　所以實(shí)際==6.16 m/min</p><p>　　第四章 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.11夾具要求</b></p>

39、<p>　　本組任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)加工撥叉口圓弧內(nèi)表面的機(jī)床夾具。</p><p>　　4.12自由度的限制要求</p><p>　　分析零件，可知必須限制的自由度為5個(gè)（除了沿?fù)懿婵纵S線的移動(dòng)自由度外其他所有自由度），故而最少應(yīng)五點(diǎn)定位，考慮到實(shí)際情況，采用6點(diǎn)定位為宜。</p><p>　　4.13定位元件形式</p><p>　

40、　根據(jù)零件外形，易知采用長(zhǎng)銷(xiāo)加一端面定位最為合適。又考慮到這種形式的定位由于端面和長(zhǎng)銷(xiāo)會(huì)產(chǎn)生過(guò)定位。故而，采取在端面處加上一個(gè)球面墊圈，消除過(guò)定位。元件如下：</p><p>　　通過(guò)這個(gè)定位元件可以限制5個(gè)自由度，仍需一個(gè)定位支撐釘限制其繞撥叉孔軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。元件如下：</p><p>　　4.14夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)定位元件上的螺栓結(jié)構(gòu)，

41、可以用螺母墊片產(chǎn)生的摩擦力來(lái)充當(dāng)夾緊力。</p><p>　　4.2切削力及夾緊力</p><p>　　4.21機(jī)床切削力計(jì)算</p><p>　　由于選取車(chē)床作為加工機(jī)床，故根據(jù)文獻(xiàn)得下列切削力計(jì)算公式：</p><p>　　切向力：F=Caf ；（ C=794）</p><p>　　徑向力：F=Caf ；（C

42、=422）</p><p>　　軸向力：F=Caf ；（C=375）</p><p>　　根據(jù)本報(bào)告書(shū)3.42可知粗車(chē)a=1.35mm f=0.4mm/r；</p><p><b>　　故而：</b></p><p>　　切向力：F=539.1 N</p><p>　　徑向力：F=278.

43、1 N</p><p>　　軸向力：F=350.9 N</p><p>　　受力圖如下所示：（受力點(diǎn)簡(jiǎn)化為粗車(chē)后尺寸R=21.35 mm）</p><p>　　4.22夾具夾緊力計(jì)算</p><p><b>　　由圖可知</b></p><p>　　F對(duì)工件有夾緊作用故不予考慮。</p>

44、;<p>　　那么該工件所受力既可以簡(jiǎn)化為</p><p>　?、貴與F平面的合力：</p><p>　　F==606.6 N；</p><p>　　②F與F對(duì)撥叉孔軸線的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　T=[L+R(1-cos)](Fcos+ Fsin)+Rsin(Fcos- Fsin)；</p><p>

45、　　其中 ∈[-60°,60°] L=50.65 mm</p><p>　　通過(guò)MATLAB求極值得當(dāng)=26.9°</p><p>　　T=T=3.217x10 N·mm ；</p><p>　　所以根據(jù)力系平衡原理得:</p><p><b>　　F= F；</b></p

46、><p><b>　　T=T；</b></p><p>　　其中F，T分別為夾具對(duì)工件的夾緊力和夾緊力矩；</p><p>　　又因?yàn)閵A緊機(jī)構(gòu)為螺母墊片,并且算上車(chē)床軸向切削力的夾緊作用所以：</p><p>　　F=μ（2F+ F）;</p><p>　　其中μ為摩擦因數(shù)查表得鋼與鑄鐵之間取0.3，

47、F為螺母對(duì)墊片產(chǎn)生的壓力；</p><p><b>　　T=μF（+）；</b></p><p>　　其中R1=16 mm，r1=10.5 mm為工件與球面墊圈接觸面大小半徑</p><p>　　R2=12 mm，r2=10 mm為工件與螺母墊片接觸面大小半徑</p><p>　　通過(guò)代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得：</p>

48、;<p>　　F=835.6 N；</p><p>　　F=4382.1 N；</p><p>　　所以螺母壓力取F= F=4382.1 N</p><p>　　4.3夾緊元件的強(qiáng)度校核</p><p>　　4.31夾緊力元件受力分析</p><p>　　由于夾緊元件選用的是普通螺栓結(jié)構(gòu)，那么所有夾緊力都

49、由摩擦力提供，不存在手剪切力的情況。又因?yàn)檐?chē)床軸向切削力方向并不作用在螺母上，故而螺栓也不受軸向載荷。所以?shī)A緊元件螺栓的受力僅僅來(lái)自于為提供摩擦的預(yù)緊力F，又因?yàn)椋?lt;/p><p><b>　　F= F；</b></p><p><b>　　4.32強(qiáng)度校核</b></p><p><b>　　根據(jù)公式</

50、b></p><p><b>　　d</b></p><p>　　因?yàn)槁菟ú牧线x用Q235，所以=235Mpa []==78.33Mpa （S取3）</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　d9.6 mm</b></p&g

51、t;<p>　　故而選取螺栓尺寸為M12，便符合強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　4.4定位誤差分析</b></p><p>　　4.41定位尺寸分析</p><p>　　分析零件圖可知，定位元件主要保證H=720.15 mm（IT12）。而能夠引起H產(chǎn)生誤差便是兩部分：</p><p>　　①：撥叉

52、孔與定位元件的配合公差（）；</p><p>　?、冢簱懿婵谕鈭A弧面R=321.8 mm的鑄造公差，導(dǎo)致H的變動(dòng)。</p><p>　　4.42定位誤差的計(jì)算</p><p><b>　　定位誤差:</b></p><p><b>　　=+</b></p><p><b

53、>　　又因?yàn)?lt;/b></p><p>　　=T+ T=0.021+0.013=0.034 mm</p><p>　　由于涉及到轉(zhuǎn)動(dòng)，故而借助AutoCAD的繪圖功能，加上約束，便可以輕松得到：</p><p><b>　　=0.05 mm</b></p><p><b>　　所以</b&

54、gt;</p><p>　　=0.084 mm=0.1 mm</p><p>　　故而定位誤差小于尺寸精度的1/3,因此此定位元件完全能夠滿足定位精度要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]鄒青，呼詠等．《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教程》 </p><p>

55、;　　[2]廖念釗，莫雨松等.《互換性與技術(shù)測(cè)量》</p><p>　　[3]張世昌，李旦，高航等.《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》</p><p>　　[4]徐鴻本等.《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》</p><p>　　[5]張策等.《機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)》</p><p>　　附錄一：機(jī)械加工工藝過(guò)程卡和數(shù)控加工工序卡</p><p>&