设计变速器换挡叉的机械加工工艺规程与相关程序的专用夹具讲解.docx
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设计变速器换挡叉的机械加工工艺规程与相关程序的专用夹具讲解
XX大学
课程设计说明书
题目设计“变速器换挡叉”的机械加工工艺规程与相关程序的专用夹具
内容:
1、零件图…………………………………1张
2、毛坯图………………………………....1张
3、机械加工工艺过程综合卡片…………1套
5、夹具装配图……………………………1张
6、夹具零件图……………………………1张
7、课程设计说明书………………………1张
设计资料:
该零件图样中批量生产手动夹紧通用工艺装备
班级:
学号:
学生:
指导老师:
20XX年XX月XX
一序言…………………………………….………2
二零件的工艺分析及生产类型的确定…………………..2
1零件的作用……………………………………..….…4
2零件的工艺分析……….………………………………4
三、确定毛坯,确定毛坯尺寸,设计毛坯图…………….4
1确定毛坯……….………………………………………4
2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差………..……5
3、确定机械加工余量……….……………………….…5
4、确定毛坯尺寸……….…………………………….…5
5设计毛坯图……….……………………………………5
四选择加工方法,确定毛坯路线………………………….6
1定位基准的选择……………………………………..…6
2制定工艺路线以及选择加工设备和工艺装………..…6
五工序设计………………………………………….…….…7
1选择夹具…………………………………………………7
2选择刀具………………………………………………7
3工序加工余量,工序尺寸及公差的确定………………..7
六:
夹具设计…………………………………………………19
1问题提出……………………………………………19
2夹具设计……………………………………………20
七:
参考文献…………………………………………………21
八:
设计心得…………………………………………………21
序言
机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课,专业基础课以及专业课后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习,也是一次理论联系实际的训练。
因此,他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。
就我个人而言,我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练,希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力,为以后的工作打下良好的基础。
由于能力有限,设计尚有很多不足之处,希望各位老师给予指导。
一零件的工艺分析及生产类型的确定
1.零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的变速器拨叉。
它位于车床变速机构中,主要起换档,使主轴回转运动按照工作者的要求工作,获得所需的速度和扭矩的作用。
零件上方的Φ15孔与操纵机构相连,二下方的Φ51半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。
通过上方的力拨动下方的齿轮变速。
两件零件铸为一体,加工时分开。
2.零件的工艺分析
零件的材料为35钢,35钢用于生产工艺简单,锻造性能优良,有较好的塑性和适当的强度,可切削性好,为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求:
1、小头孔Φ15.8以及与此孔相通的M10螺纹孔。
2、叉口51x19的端面。
3、拨叉底面、小头孔端面、叉口端面。
由上面分析可知,可以粗加工拨叉下端面,然后以此作为基准采用专用夹具进行加工,并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度,并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面,所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年,零件的质量是1.0Kg/个,该拨叉生产类型为中批生产,所以初步确定工艺安排为:
加工过程划分阶段;工序适当集中;加工设备以通用设备为主,大量采用专用工装。
二、确定毛坯,确定毛坯尺寸,设计毛坯图
1、确定毛坯:
零件材料为35钢。
考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,生产类型为中批生产,而且零件的轮廓尺寸不大。
故选择模锻毛坯。
2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
根据《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第一节,钢制模锻件的公差及机械加工余量按GB/T12362——2003确定。
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)锻件公差等级又该零件的功用和技术要求,选用铸件尺寸公差等级为普通级。
(2)锻件质量M根据零件成品质量1千克,估算M=1.8千克
(3)零件表面粗糙度由零件图知,叉口的端面为Ra=6.3um,Φ15.8内孔的粗糙度为Ra=3.2um,
上下端面粗糙度为12.5um
3、确定机械加工余量
查表5-9,得:
单边余量在厚度方向为1.5~2.0mm,水平方向亦为1.5~2.0mm,即锻件各外径的单边余量为1.5~2.0mm,轴向尺寸的单边余量为1.5~2.0mm,锻件中心空的单边余量为2.0mm
4、确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra>=1.6um。
Ra<1.6的表面,余量要适当增大。
分析本零件,Ra全都大于1.6um,因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可(由于有的表面只需粗加工,这时可取所查数据中的小值)。
综上所述
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
10.3
1.7
12
9.650-0.25
1.5
13
12.7
1.8
14.5
510+0.1
2
47
56
2
58
5.9-0.150
1.5
9
5设计毛坯图,确定毛坯尺寸见下表:
三选择加工方法,制定工艺路线
1定位基准的选择
1粗基准的选择:
以零件的小头上端面为主要的定位粗基准,以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
2精基准的选择:
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则,以粗加工后的底面为主要的定位精基准,以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。
2制定工艺路线以及选择加工设备和工艺装备
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求,以及加工方法所能达到的经济精度,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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下降。
按照先加工基准面及先粗后精的原则,该零件加工可按下述工艺路线进行。
工序01粗铣Φ15.8上端面,以R10外圆为粗基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序02粗铣Φ15.8下端面,以上端面和以R10外圆为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序03精铣Φ15.8上端面,以R10外圆为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序04精铣Φ15.8下端面,以上端面为基准,采用X51立式铣床加专用夹具
工序05钻、扩、粗绞、精绞Φ15.8孔,以上端面和叉口内端面为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;
工序06粗铣16×56,16.5×42.9以及切槽的左右端面采用X51立式铣床加专用夹具
工序07粗铣叉口
上下端面;
工序08切宽14.5×9.65的槽切槽刀,以R10和Φ15.8为定位基准,采用,高速钢
镶齿三面刃铣刀和卧铣X61铣床以及专用夹具。
工序09粗铣9.65×11槽的内恻表面,以叉口内恻和槽的上端面为定位基准,采用卧铣X61车床以及专用夹具;
工序10粗铣叉口上下端面,采用X51立式铣床加专用夹具
工序11精铣16x56两侧面,采用X51立式铣床加专用夹具
工序12精铣16.5x42.9面,叉口
两内侧面及上下端面,用X51立式铣床加专用夹具
工序13钻10孔,攻螺纹,以零件中线为基准,采用Z525立式钻床并采用专用夹具工序14去毛刺
工序15终检
四,工序设计
1选择夹具本零件除粗铣及半精铣槽,钻孔等需要专用夹具外,其他程序使用通用夹具即可。
2选择刀具根据不同的工序选择刀具
(1)在车床上的加工工序,一般都选用硬质合金车刀和膛刀。
加工钢质零件采用YT5类硬质合金,粗加工采用YT5,半精加工采用YT15,精加工采用YT30,为提高生产率及经济性,应选用可转位车刀,切槽刀宜选用高速钢。
(1)铣刀按表5-105选镶齿三面刃铣刀
3工序加工余量,工序尺寸及公差的确定:
确定工序尺寸
加工过程中,多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。
前面已经确定了毛坯余量,应将毛坯余量分为各工序加工余量,然后由后往前计算工序尺寸。
由此确定工序加工余量为下表
①、圆柱孔工序尺寸:
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量,现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下:
加工
表面
加工
内容
加工余量
精度等级
表面粗
糙度
Φ15.8
钻
2
IT10
扩
0.8
IT10
12.5
粗铰
0.3
IT8
6.3
精铰
0
IT7
3.2
②、平面工序尺寸:
零件尺寸
加工
余量
经济
精度
工序余量
粗
精
10.3
1.7
粗加工10
精加工8
1.5
0
9.650-0.25
1.5×2
粗加工10
精加工8
2.5
0
12.7
1.8
粗加工10
精加工8
1.5
0
510+0.1
2×2
粗加工10
精加工8
3.5
0
56
2
粗加工10
精加工8
1.5
0
5.9-0.150
1.5×2
粗加工10
精加工8
2.5
0
③、确定切削用量及时间定额:
切削用量包括背吃刀量ap,进给量f,切削速度v,确定顺序是先确定apf,再确定v。
1工序1的切削用量及基本时间的确定
工序01粗铣Φ15.8上端面,以R10外圆为粗基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;有外皮
加工要求:
粗铣Φ15.8孔上端面,加工余量2mm;
机床:
X51立式铣床;
刀具:
YG5硬质合金端铣刀
铣削宽度ae≤90,铣削背吃刀量ap≤6齿数=12,查表5-98,取刀具直径d0=60mm。
根据表5-143,选择刀具前角γ0=5°后角α0=6°,副后角α0’=8°,刃倾角:
λs=-10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=5°,副偏角Kr’=5°。
2.切削用量
1)确定切削深度ap
因为余量较小,故选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,从而可采用不对称端铣,以提高进给量提高加工效率。
查表5-114,刀杆尺寸16×25,工件直径20mm,选择fz=0.3mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm;由于铣刀直径d0=60mm,故刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度vc和每分钟进给量vf
根据表5-120,当d0=60mm,Z=12,ap=1.5,fz=0.3mm/r时切削速度为v=208mm/min,表2-9各修正系数为:
kMV=Kkv=1.0,kSV=0.8Ktv=0.65KTv=1.15Kktv=0.81。
切削速度计算公式为:
V=208×0.8×0.65×0.81×1.15=100.7
确定机床主轴转速:
。
5)校验机床功率
根据表5-565-59,主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。
故校验合格。
最终确定:
ap=1.5mm,nc=534r/min,vf=390mm/s,vc=100.7m/min,fz=0.3mm/r。
6)计算基本工时
tm=d+l1+l2+l3/fn=(21+3+2+0)/0.3×9=9.63s
工序02粗铣Φ15.8下端面,以上端面和以R10外圆为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
切削用量和时间定额及其计算过程同工序01。
工序03精铣Φ15.8上端面,以R10外圆为基准,采用X51立式铣床加专用夹具
刀具:
YG30硬质合金端铣刀,
机床:
X51立式铣床
查表,
,取:
,故实际切削速度:
当
时,工作台每分钟进给量应为:
A
查说明书,取
工序04精铣Φ15.8下端面,以上端面为基准,采用X51立式铣床加专用夹具
计算切削基本工时
工序05钻、扩、粗绞、精绞Φ15.8孔,以上端面和叉口内端面为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;(参照孔加工5-127~5-142)※
(1)钻孔
13.8:
A选择高速钢麻花钻钻头,粗钻时do=13.8mm,查表5-127,高速钢钻头钻孔时的进给量
钻孔后要用绞刀精确加工,所以乘系数0.50,由此可得进给量f=0.18mm/r
B未避免钻头损坏,当刚要钻通时应停止自动走刀而改为手动走刀。
C确定钻头磨钝标准及寿命
查表5-130,高速钢的刀具寿命为T=45min,磨钝标准为0.4~0.8,这里取0.5
D切削速度
查表2-14,5-132,5-131,切削速度计算公式为:
Vc=19m/min,查表2-14,修正系数为1,所以Vc=19m/min
综上可得,f=0.18mm/r,Vc=19m/min,n=216r/min
3、计算工时
查表2-26,钻削机动时间的计算公式,
Tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn=(43+2)/0.18×216/60=69.23
(2)扩孔至Φ15.0
查表5-128,扩孔进给量为:
f=0.6~0.7mm/r,精度等级系数为0.7,所以f=0.5mm/r
切削速度
,v=19×0.4=7.6,
基本工时:
(3)粗铰Φ15孔,
(1)粗铰至15.5
刀具:
专用铰刀
机床:
Z525立式钻床
查表5-129,铰刀的进给量为
0.65~1.4mm/z,进给量取
0.9mm/r,由表5-136切削速度为:
。
转速为v=1000×9/3.14×15.5=185r/min
机动时切削工时
(2)精铰至
刀具:
机床:
Z525立式钻床
查表,铰刀的进给量取
0.9mm/r,
=185r/min,切削速度为:
机动时切削工时
工序06粗铣16×56,16.5×42.9以及切槽的左右端面采用X51立式铣床加专用夹具
这里只介绍16.5×42.9的外端面得粗铣,其他的加工方法相似
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;有外皮
加工要求:
,粗铣16.5×42.9加工余量2mm;
机床:
X51立式铣床;
刀具:
YG5硬质合金端铣刀
铣削宽度ae≤90,铣削背吃刀量ap≤6齿数=12,查表5-98,取刀具直径d0=60mm。
根据表5-143,选择刀具前角γ0=5°后角α0=6°,副后角α0’=8°,刃倾角:
λs=-10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=5°,副偏角Kr’=5°。
2.切削用量
1)确定切削深度ap
因为余量较小,故选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,从而可采用不对称端铣,以提高进给量提高加工效率。
查表5-114,刀杆尺寸16×25,工件直径20mm,选择fz=0.3mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm;由于铣刀直径d0=60mm,故刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度vc和每分钟进给量vf
根据表5-120,当d0=60mm,Z=12,ap=1.5,fz=0.3mm/r时切削速度为v=208mm/min,表2-9各修正系数为:
kMV=Kkv=1.0,kSV=0.8Ktv=0.65KTv=1.15Kktv=0.81。
切削速度计算公式为:
V=208×0.8×0.65×0.81×1.15=100.7
确定机床主轴转速:
。
5)校验机床功率
根据表5-565-59,主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。
故校验合格。
最终确定:
ap=1.5.0mm,nc=534r/min,vf=390mm/s,vc=100.7m/min,fz=0.3mm/z。
6)计算基本工时
tm=d+l1+l2+l3/fn=(43+3+2+0)/0.3×9=17.8s
工序07粗铣叉口
上下端面
加工方法同工序06,只是夹具的设计不同,这里不再叙述
工序08切宽14.5×9.65的槽切槽刀
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;
机床:
X51立式铣床;
刀具:
查表5-117,选高速钢车槽刀,刀杆截面10×16,刀宽6,长16
2.切削用量
1)确定切削深度ap
故选择ap=8,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,查表5-117,选择fz=0.2mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4~0.6mm;刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度v
根据表5-118,切削速度为v=8.35m/min,不加切削液
5)计算基本工时tm=0.38min
工序09粗铣9.65×11槽的内恻表面,以叉口内恻和槽的上端面为定位基准,采用卧铣X61车床以及专用夹具;
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;
机床:
X51立式铣床;
刀具:
高速钢镶齿三面刃铣刀
1)确定切削深度ap
故选择ap=2,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,选择fz=0.08mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4~0.6mm;刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度v=14.4m/min
5)计算基本工时tm=0.34min
工序10粗铣叉口上下端面,采用X51立式铣床加专用夹具
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;
机床:
卧式铣床:
;
刀具:
高速钢镶齿三面刃铣刀
1)确定切削深度ap
故选择ap=2,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,选择fz=0.08mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4~0.6mm;刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度v=20.8m/min,主轴转速38r/min
5)计算基本工时tm=0.93min
工序11精铣16x56两侧面,采用X51立式铣床加专用夹具
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;
机床:
卧式铣床:
;
刀具:
高速钢镶齿三面刃铣刀
1)确定切削深度ap
故选择ap=2,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,选择fz=0.08mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4~0.6mm;刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度v=14.4m/min,主轴转速115r/min
5)计算基本工时tm=0.43min
工序12精铣16.5x42.9面,叉口
两内侧面及上下端面,用X51立式铣床加专用夹具
A:
精铣16.5x42.9面
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;
机床:
卧式铣床:
;
刀具:
高速钢镶齿三面刃铣刀
1)确定切削深度ap
故选择ap=2,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz=0.08mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4~0.6mm;刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度v=20.7m/min,主轴转速165r/min
5)计算基本工时tm=0.25min
B:
精铣叉口
两内侧面
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;
机床:
卧式铣床:
;
刀具:
高速钢镶齿三面刃铣刀
1)确定切削深度ap
故选择ap=2,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz=0.08mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度v=14.4m/min,主轴转速115r/min
5)计算基本工时tm=0.31min
C:
叉口
上下端面精铣
1.加工条件
工件材料:
35钢,σb=540MPa,锻件;
机床:
卧式铣床:
;
刀具:
高速钢镶齿三面刃铣刀
1)确定切削深度ap
故选择ap=2,一次走刀即可完成。
2)确定每齿进给量fz=0.08mm/r
3)确定刀具寿命及磨钝标准
根据表5-119,刀具使用寿命T=60min。
4)计算切削速度v=26.5m/min,主轴转速37.5r/min
5)计算基本工时tm=0.93min
工序13钻M10底孔,攻螺纹
(1)钻螺纹底孔7.5mm
机床:
Z525立式钻床
刀具:
高速钢麻花钻
查表5-127,进给量为
0.18~0.22mm/z,现取f=0.20mm/z查表5-132,5-131,2-14,v=18m/min,则:
计算切削基本工时:
(2)攻螺纹M10
机床:
Z525立式钻床
刀具:
丝锥M10,P=1mm
切削用量选为:
25m/min,机床主轴转速为:
,机动时,
,计算切削基本工时:
五、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。
并设计工序13——钻M10螺纹底孔的夹具。
本夹具将用于Z525立式钻床,刀具为高速钢麻花钻。
(一)问题的提出
本夹具主要用来钻M10螺纹底孔,该孔为垂直于中心线的孔,在加工时应保证孔的角度要求(相互垂直)。
此外,在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而其位置尺寸为自由公差,精度不是主要问题。
(二)夹具设计
1、定位方案
由零件图可知,M10螺纹孔为竖直孔,平行于换档叉的中心线,垂直于¢15.8的孔的中心线,为使定位误差为零,应该选择拨叉中线为定位基准保证该角度。
此外,还应以Φ15.8孔端面为基准,从而保证螺纹孔在换档叉体上的位置。
为了提高加工效率,现决定采用手动夹紧工件快换装置,并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。
2、切削力及夹紧力计算
刀具:
高速钢麻花钻,d=7.5
由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,查《机床夹具设计手册》表1-2-7,钻削切削力计算公式为:
其中:
,
则:
在Φ15.8孔两个端面只需要采用开口垫圈和六角螺母适当夹紧后本夹具即可安全工作.
3、夹紧机构
根据生产率要求,运用手动加紧可以满足。
采用长销加螺母定位,在叉口处运用一个支撑钉,实现加紧定位,有效提高了工作效率。
4、夹具设计及操作的简要说明
如前所述,在设计夹
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