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拨叉
机电工程学院
毕业设计说明书
拨叉零件机械加工工艺编制
姓名周超
专业名称机械设计与制造
班级机设11-2班
学制三年
学号1150323229
学历层次大专
指导教师安淑女
评阅人
论文(设计)提交日期:
2014年6月03日
论文(设计)答辩日期:
2014年6月05日
第1章拨叉零件分析
第2章拨叉零件的生产类型
第3章拨叉零件的毛坯类型及其制造方法
第4章拨叉零件的工艺路线
第5章拨叉零件的定位基准和工艺装备
第6章拨叉零件的加工工序
第7章拨叉零件加工的专用夹具
第8章拨叉零件机械加工工序卡
第9章拨叉零件的设计总结
序言
拨叉机械加工工艺设计目的
1锻炼专业能力
(1)确定盘套类零件加工工艺路线、工艺装备、工艺参数和工时定额,编制完整的工艺规程文件及优化。
(2)掌握通过结算尺寸链确定工序尺寸方法。
(3)了解盘套类工件加工技术要求,例如零件的结构特点、尺寸精度、形位精度、材料性能、表面质量等。
(4)根据具体要求选择表面加工方法和表面加工工艺过程,以优化加工工艺路线。
(5)了解机械加工工艺各环节所存在的原始误差和对加工精度的影响,掌握误差统计学方法和确保加工精度的方法。
(6)了解影响表面粗糙度和材料性能的因素,了解提高质量的方法。
2锻炼方法能力
(1)独立使用各种资源完成任务
(2)掌握用相关资源查阅、搜集完成工作任务的方法。
(3)具备使用已有信息制定工作计划的能力
(4)对工作结果给予合适的评价及结论
3锻炼社会能力
(1)养成强烈的责任感和良好的工作习惯
(2)拥有团队合作意识,良好小组成员协作能力
(3)拥有良好沟通能力和评价自己及他人的能力
(4)养成节约和保护环境的习惯
第1章零件分析
1工作中零件的作用
在机器设备中拨叉类零件主要起到连接、波动、支撑等作用,常见的有支架、拨叉、连杆、摇杆和杠杆等,如图1-1所示。
其中支架用于做机构的连接;拨叉用于变速箱,用在改变轴上滑移齿轮和离合器的位置,以便达到变速或运动的离合的目的;而连杆则用做机器中传递摆动或回转运动。
图1-1
2了解叉类零件的结构特点
拨叉类零件属于异形类零件,其用途不同,形状也有所不同,但其共同的特点都是呈很不规则的非对称结构。
(1)工作部分:
根据用途分为圆孔、定位平面等结构。
(2)结合部分:
主要是通过内孔装在轴上。
(3)连接部分:
有筋板、锻造和拔模斜度,一般不需加工。
在加工过程中由于工作的部分与结合的部分被连接部分隔离,叉架零件呈细长杆,刚性比较差,容易产生装夹变形,其在加工面的相关尺寸也不易测量,定位相对困难
3所需拨叉类零件的主要技术要求
在工作中拨叉类零件结合部分上的主要孔装在轴上,它是零件的设计基准,内孔的尺寸精度IT7-10级,端面的要求与孔垂直,工作部分上的辅助孔以及工作平面与主要孔与孔距、位置的要求,两者要求平行或垂直,连接部分一般不需要进行机械加工。
为了提高叉架零件的使用寿命,工作面有时还需要淬硬至HRC40-50。
由于该拨叉形状特殊、结构相对比较简单,属典型的叉杆类零件。
因此为实现换档、变速的功能,其叉轴孔与变速叉轴需要有配合要求,因此加工精度要求较高。
拨叉脚两端面在工作中由于需承受冲击载荷,为增强其耐磨性,要求该表面需高频淬火处理;为了保证拨叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对叉轴孔φ15H8mm的垂直度要求为0.1mm。
拨叉头的两端面以及叉脚的两端面均要求切削加工,并在轴向方向均高于相邻表面,这样既减少了加工面积,又提高了换档时叉脚端面的接触刚度;φ15H8mm孔和螺孔的端面均为平面,可以用于防止加工过程中钻头钻偏,用以保证孔的加工精度。
在加工时拨叉类零件除主要工作表面(拨叉脚两端面、变速叉轴孔φ15H8mm),其余表面的加工精度要求均较低,不需要高精度机床加工,可以通过铣削、钻床、攻丝的粗加工就可以达到加工要求;而其主要工作表面虽然加工精度相对较高,但可以在正常的生产条件下,采用较经济的方法来保质保量地加工出来。
由此可见,该零件的工艺性较好。
4分析拨叉类零件的工艺路线
(1)拨叉类零件的结构特点
如图1所示该拨叉零件图采用了全刨主视图、以及旋转剖视的左视图来表达内外结构。
通过分析其属于典型的叉架类零件,
为主要结合部分,两个拨叉脚为工作部分,两者中间为连接部分不需加工。
(2)分析拨叉零件各部分的作用
通过查找产品装配图,可知该拨叉位于拖拉机变数箱中,用来改变滑移齿轮在传动轴的位置,使不同齿数的齿轮相互啮合,从而得到不同的传动比。
拨叉头以直径
的孔套在轴上,通过上面宽13mm的操纵槽实现滑移,槽内
孔用做周向固定;拨叉脚卡在双联齿轮的凹槽中,为提高两侧表面耐磨性要求进行局部淬火。
(3)表面的加工要求
因为拨叉各表面的作用不同加工要求有所不同。
1)零件的结合部分:
内孔
是零件的设计基准,其尺寸精度和粗糙度要求(Ra3.2um)较高,是加工的主要表面。
操控槽的宽度
和
精度一般,但是相对工作部分要有一定的角度要求,加工时定位比较困难,可以确定为加工的表面。
2)拨叉的工作部分:
拨叉脚两端面的工作表面,厚度7,公差要求为IT11,对
轴线有垂直度要求,最终也需要局部淬火所以应定为关键加工表面。
两拨叉脚内槽的距离公差50H12精
度一般,可以确定为加工的一般表面。
3)其余表面精度一般或不需要加工,可定为加工的次要表面,如图1-2所示。
图1-2
第2章确定拨叉类零件的生产类型
1.制定拨叉的生产纲领
根据要求:
产品的生产纲领为1500台/年;每台设备中叉架零件数量为1件;备品
率为a=5%,废品率b=2%。
经计算可得:
N=Qn(1+a)(1+b)=1607(件/年)
2.分析拨叉零件的生产特点
由上得出生产纲领1607(件/年)及产品类型(拖拉机属于中型机械),查表2.1“机加工各种生产类型的生产纲领及工艺特点”。
得出,拨叉的生产类型属于中批生产,并归纳其工艺特点,见表2.2
表2.1机加工工作各种生产类型的生产纲领及工艺特点
纲领及特点
生产特点
单件生产
成批生产
大量生产
小批
中批
大批
产品类型
重型机械
<5
5~100
100~300
300~1000
>1000
中型机械
<20
20~200
200~500
500~5000
>5000
轻型机械
<100
500~5000
500~5000
5000~50000
>50000
工艺特点
毛坯的制作方法及加工余量
自由锻造,木模手工手工造型;毛坯精度低、余量大
部分采用模锻,金属造型;毛坯精度及余量对中
广泛采用模锻、机器造型等高效方法、毛坯精度高、余量小
机床设备及机床布置
通用机床按机群式排列;部分采用数控机床及柔性制造单元
通用机床和部分专用机床及高效自动机床;机床按零件类别分工段排列
广泛采用自动机床、专用机床;采用自动线或专用机床流水线排列
夹具及尺寸保证
通用夹具,标准附件或组合夹具;画线试切保证尺寸
通用夹具、专用或成组夹具;定程法保证尺寸
高效专用夹具;定程及自动测量控制尺寸
刀具及量具
通用刀具,标准量具
专用或标准刀具、量具
专用刀具、量具、自动测量
零件的互换性
配对制造,互换性低,多采用钳工修配
多数互换,部分试配或修配
全部互换,高精度零件采用分组装配、配磨
工艺文件的要求
编制简单的工艺过程卡片
编制详细的工艺过程卡片及关键工序的工序卡片
编制详细的工艺过程卡片、工序卡片及调整卡片
生产率
用传统加工方法,生产率低,用数控机床可提高生产率
中等
高
成本
较高
中等
低
对工人的技术要求
需要技术熟练的工人
需要一定熟练程度的工人
对操作工人的技术要求较低,对调整工人的技术要求较高
发展趋势
采用成组工艺、数控机床、加工中心及柔性制造单元
采用成组工艺,用柔性制造系统或柔性自动生产线
用计算机控制的自动化制造系统、车间或无人工厂,实现自适应控制
表2.2拨叉生产类型和工艺特点
生产纲领
生产类型
工艺特点
1607(件/年)
中批生产
(1)毛坯采用机械造型铸造或模锻等高效方法,毛坯精度高余量小
(2)加工设备广泛使用自动机床、专用机床、可采用流水线排列
(3)工艺装备较多使用专用夹具、专用刀具、专用量具等
(4)工艺文件编制需详细的工艺过程卡和工序卡片
(5)要求生产效率高,成本低,对操作工人的技术水平要求较低,对调整工人的技术水平要求较高
第3章拨叉零件的毛坯类型及制造方法
1.选定拨叉毛坯零件
在工作中拨叉零件为受力零件,有些还需要承受冲击载荷。
根据不同的工作条件,需要选用合适的材料以及毛坯类型。
叉架零件又可选用碳素结构钢35、或45等,毛坯可选用锻件或精密的铸件。
由于拨叉类零件的外形比较复杂,自由锻还达不到所需形状,因此选用模锻件。
如果在工作中不能承受冲击载荷,生产批量也不算大,则可以选用铸钢或灰铸铁的铸件毛坯。
叉架零件上需要钻削加工的孔,尤其的直接小于50的孔,毛坯制造的时候通常将其做成实心的。
若事先在毛坯上留孔,钻头反而容易钻偏。
2.分析拨叉毛坯类型
1.分析拨叉的毛坯类型及其制造方法
由于拨叉的材料为ZG310-570,毛坯类型可确定为铸钢件。
查表3.1“常用毛坯类型”,考虑该零件是中批量生产,且轮廓尺寸不算大,特别适合中批量生产,虽然一次性投入比较大,但对工人的技术水平的要求比较低,铸件的质量稳定性也明显提高。
由于毛坯尺寸比较小,拨叉铸件采用多件同时浇注,选择过零件最高线且平行于叉脚对称面的平面作为分型面。
造型方式为带型芯的分模造型,铁水经两拨叉脚位置经横浇口流入。
毛坯类型
材料
特点
毛坯制造方法
说明
热轧件
普通碳钢、合金钢、优质钢及特殊种类和特殊质
量刚
钢坯在热轧过程中直接成形为材料(型材),供各领域各行业选用
钢坯由轧机模轧成标准型材,如圆钢、扁钢。
工字钢、槽钢、角钢、钢管、钢轨
等
热轧件一般都是在生产线上大批
量生产
另外,相对热轧件,也有冷轧件,同样由轧机冷轧
成各种型材
铸件
铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属
适用于形状复杂
的零件
刮板造型和离心造型多半为旋转
体
手工造型、机械造型、刮板造型、砂型铸造以及精
密铸造
铸造材料的零件只能采用铸造的方法制造毛坯
手工造型、精密造型多用于单件小批,其他造型用于批量生产
锻件
碳钢、合金钢和合金
适用于形状较简单的零件,形状复杂零件受模具能否制造的限制
锤锻、自由锻
模锻、挤压等
自由锻多用于单件、小批生产,其他锻造常用于大批量生产
冲压件
钢、铜、铝、铝合金和其他塑性材料、粉末金属、石墨
适用于简单零件,复杂零件受模具及能否制造的限制
冷冲压、板材冲裁、压制成型等
冲压件多用于批量生产
焊接件
碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及其合金以及铸钢、铸铁
较低的结构重量,结构设计灵活:
不同部位可采用不同材料,具有加工余量少,生产周期短等特点,应用广泛
剪切、冲裁、火焰切割、等离子切割。
手工焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊、自动埋弧焊、电渣焊等
高碳钢和合金钢焊接性不好,在工艺上有要求。
焊接易变形,应力集中,容易产生缺陷
附表3.1常用的毛坯类型
2.确定拨叉毛坯的加工余量
查表3.2“铸件机械加工余量等级”,
表3.2铸件尺寸公差等级
制造工艺方法
公差等级CT
铸钢
灰铁
球铁
可锻
铜合金
锌合金
轻合金
砂型手工造型
11~13
10~13
11~13
11~13
10~12
9~11
砂型机器造型及壳型
8~10
8~10
8~10
8~10
8~10
7~9
金属型
7~9
7~9
7~9
7~9
7~9
6~8
低压铸造
7~9
7~9
7~9
7~9
7~9
6~8
熔模铸造
5~7
5~7
5~7
4~6
4~6
根据拨叉铸造方法(砂型铸造机器造型),考虑到连接部分不加工,且利用不加工表面作为粗基准进行定位的情形比较多,确定铸件机械加工余量等级为F。
查表3.3:
“铸件的机械加工余量”
表3.3铸件的机械加工余量
铸件最大轮廓尺寸
浇注时位置
基本尺寸
1级精度2级精度3级精度
≤50
>50~120
>120~260
>260~500
>500~800
>800~1250
≤50
>50~120
>120~260
>260~500
>500~800
>800~1250
≤120
>120~260
>260~500
>500~800
>500~800
≤120
顶面底面侧面
2.52
2.52
3.02.5
4.03.0
4.53.5
>120~260
顶面底面侧面
2.52
3.02.5
2.5
4.03.0
4.53.5
5.04.0
5.04.0
5.54.5
>260~500
顶面底面侧面
3.02.5
3.53.5
4.03.5
4.53.5
4.53.5
5.04.0
6.04.5
6.55.0
6.04.5
7.05.0
7.06.0
>500~800
顶面底面侧面
4.53.5
4.53.5
5.04.0
5.54.5
5.54.5
5.04.0
6.04.5
6.54.5
7.05.0
7.05.0
7.05.0
7.05.0
8.06.0
9.07.0
结合各加工表面铸造时所处位置,将拨叉毛坯各表面加工余量及公差表列入表3.4。
表3.4
铸造最大轮廓尺寸
基本尺寸
1级精度
2级精度
3级精度
≤50
>50~120
>120~260
>260~500
>500~800
>800~1250
≤50
>50~120
>120~260
>260~500
>500~800
>800~1250
≤50
>50~120
>120~260
>260~500
>500~800
>800~1250
≤120
>120~260
>260~500
>500~800
简图
表面代号
基本尺寸
余量
公差
备注
A1~A3
-
-
-
实心
B1
30
3
B2
50
3
B3
50
3
B4
7
2
3绘制拨叉毛坯简图
拨叉毛坯简图是在零件图基础上增加毛坯余量,并根据铸造工艺要求简化后的视图,如图3.1所示。
图3.1
第4章零件的工艺路线
1.分析拨叉零件的加工工艺路线
以便确保工作部分和结合部分主要孔位置精度要求,拨叉零件加工工艺路线一般做
如下要求:
(1)拨叉零件工作部分及结合部分的端面是同一平面上,则应首先在加工出此平面,以它为定位基准,再加工主要内孔及结合部分,以保证达到其相互位置要求,最后以内孔为基准,加工其它各加工面。
(2)拨叉零件工作部分与结合部分的端面不在同一平面上时,则可以先加工出结合部分的主要内孔与一个端面,然后加工另一个端面,最后加工其余表面。
2.分析拨叉工艺路线
1.确定拨叉各表面的加工方法
对叉架各加工表面的精度及表面粗糙度要求,得出各主要表面的加工方案,见表4.1。
表4.1拨叉各表面加工方案
加工部位
加工表面
精度等级
表面粗糙度
(um)
加工方案
拨叉头
IT8
3.2
钻-扩-铰
孔端面
——
12.5
粗车
拨插槽
操纵槽
IT12
12.5
粗铣
小孔
IT14
12.5
钻
拨叉脚
内侧面
IT12
12.5
粗铣-淬火-校正
两端面
IT11
6.3
粗铣-淬火-磨
2.对拨叉的加工阶段划分
此拨叉零件除
内孔以及拨叉脚两端面需分粗、精加工外,其余表面精度一般不太高,各工序粗、精加工之间影响不大,按照工序分散的原则,每次装夹划分为一道工序,不必再划分加工阶段。
3.确定拨叉的加工工艺路线
因为拨叉工作部分和结合部分端面不在同一面上,通常首先考虑加工出主要内孔及一个端面作为定位基准,然后加工其余的表面实现基准统一,以有利于保证工作部分的位置精度,所以根据以上原则,初步拟定拨叉的加工工艺路线见表4.2。
表4.2
工序号
工序名称
工序内容
设备
简要说明
10
铸造
铸造毛坯
20
热处理
正火
热处理炉
清除内应力,为局部淬火做组织准备
30
涂漆
涂铁红环氧底漆
防止生锈
40
车
车拨叉头端面,钻,扩,铰
CA6140
先面后孔,基面先行
50
钳
校正拨叉脚
60
粗铣
铣拨叉脚两端面
X5030
先粗后精
70
铣
铣拨叉脚内侧面
X62W
需设计专用夹具
80
铣
铣操纵槽
X62W
需设计专用夹具
90
钻
钻
孔
Z525
次要表面后加工
100
钳
去毛刺
110
淬火
拨叉脚局部淬火
热处理炉
提高硬度和耐磨性
120
钳
校正拨叉脚
基准先行
130
磨
磨拨叉脚两端面
M7120A
后精加工
140
清洗
150
检验
4.选择加工设备
根据采用工序分散的原则,加工设备均需采用通用的机床,即普通车床CA6140、立式铣床X5030和卧式铣床X62W以及磨床M7120及Z525,具体安排表4.2。
第5章拨叉零件的定位基准和工艺装备
1.工作中铣削加工常用装夹方法
铣削加工是平面、键槽、齿轮和各种成形平面的常用加工方法。
铣床上加工工件时,通常采用以下几种装夹方法:
(1)首先直接装夹在铣床工作台上。
大型工件通常直接夹在工作台上,用螺柱、压板压紧,这种方法需要百分表、划针等工具进行找正加工面和铣刀的相对位置。
(2)机床平口虎钳装夹工件的方法。
对于形状简单的中、小型工件,通常装夹在机床平口虎钳中,使用中保证平口虎钳始终在机床中的正确位置。
(3)分度头装夹工件的方法。
对于需要分度的部件,一般直接装夹在分度头上。
此外,不需分度装夹加工也很方便。
(4)V形架装夹工件的方法。
这种方法一般适用轴类的零件,它除了拥有较好的对中性外,还可以承受较大的切削力以及进给力。
(5)专用夹具装夹工件的方法。
专用夹具的定位准确,夹紧方便,效率高特点,通常适用于成批或大量量生产中。
2.选择加工定位基准和工艺装备
1.确定拨叉的粗基准
在拨叉的粗基准可选择的多种方案中,有两个方案供选择。
方法一:
以不加工的表面——拨叉头的顶面以及拨叉脚后面作为粗基准,加工
孔及端面,以实现完全定位,以拨叉头左面的基准为辅助基准,增加工艺刚度。
夹紧力则压住主要的定位面,夹紧可靠,操纵也方便。
方法二:
以加工表面——拨叉头的后面和拨叉头
下半圆柱为粗基准,加工
孔及端面,这种方法只需要五点定位,这种定位也可以保证拔叉头的尺寸。
2.确定拔叉的精基准
选择精基准主要考虑:
基准重合和基准统一,以保证工件的定位准确。
夹紧可靠及操作方便。
首先以零件最后加工表面——磨拔叉脚前,后端面工序,确定精基准选择方案。
方法一:
以平面垂直度基准
孔及尺寸31的基准轴
线为精基准,方便实现完全定位,这种定位符合基准重合的原则,但是夹紧力离开加工表面远了些,装夹操作不方便。
方法二:
以重要表面——拔叉头的前端面为基准,
孔的轴线为基准,可以实现五点定位,因为设计要求不需要完全定位,所以拔叉脚附近的辅助基准,增加了工艺刚度。
而夹紧力夹住主要定位面以及辅助基准,使加紧方便可靠,夹具结构简单,以
孔的轴线为基准符合基准重合的标准,尺寸31的要求不高,而一拔叉头的前端为基准能保证加工要求。
3.确定工艺装备
(1)选择夹具。
由于中批生产的工艺特点,为了提高生产效率和加工质量的稳定性,加工中各工序都要有设计的专用夹具。
(2)选择刀具。
为进一步提高拔叉加工各工序的生产效率,可以通过采用高效率的复合刀具及其他专用刀具。
如
可采用钻扩较复合刀具,不过为了缩短生产周期,也可以采用基准刀具。
(3)选择量具。
直径
的孔的精度要求较高,必须设计专用的孔.止规进行精确测量,尺寸都采用通用量具测量。
第6章叉架零件的加工工序
1.确定各工序中的加工余量及工序尺寸
由于是中批量生产,可查表法,配合经验法和类比法来确定各工序加工余量及工序尺寸。
拔叉需要加工的表面只有两道工序的5个工序需要计算工序尺寸,其余表面都按零件图的尺寸直接加工到位,分析计算的相关数据列于表6.1中。
表6.1
工序号
加工部分
加工表面
基本尺寸
加工余量
公差等级
工序尺寸及公差
表面粗糙度(um)
40
拨叉头
孔前面
铣前端面
30+3
3
30
12.5
钻孔
IT11
12.5
扩孔
IT10
6.3
铰孔
IT8
3.2
60
拨叉脚前后两端面
粗铣
7+4
IT11
12.5
2.确定拔叉的切削量
通过确定加工余量装夹牢固情况,确定被吃刀量及走刀量次数。
查附表6.2“常用通用机床的主轴转速喝进给量”
表6.2表常见通用机床的主轴转速和进给量
类型
型号
技术参数
主轴参数(r/min)
进给量(mm/)
车床
CA6140
正转
10、12.5、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、450、500、560、720、900、1120、1400
纵向
(部分)
0.028、0.032、0,036、0.039、0.043、0.046、0.05
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