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3
第一章拨叉的工艺分析及生产类型的确定
一、拨叉的用途
该拨叉应用CA6140车床主轴箱的变速箱的换档机构中。
拨叉头以φ22mm孔套在变速叉轴上,并用锥销和螺钉与操纵手柄连接,拨叉脚则夹在双联变速齿轮的槽中。
当需要变速时,操纵变速杆,变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速叉轴一起在变速箱中滑移,拨叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动以改换档位,从而改变铣床主轴的转速。
该拨叉在改换档位时要承受冲击载荷的作用,因此该零件应具有足够的强
度、刚度,以适应拨叉的工作条件。
该零件的主要工作表面为拨叉脚部槽的两端
面、叉轴孔φ22mm(H12),在设计工艺规程时应重点予以保证。
二、拨叉的技术要求
拨叉的全部技术要求列于表1-1
中。
加工表面
尺寸及偏差
公差及精度等
表面粗糙度Ra
形位公差/mm
mm
级
μm
拨叉头后端面
80
IT13
3.2
拨叉头前端面
拨叉脚槽后端面
10
拨叉脚槽前端面
18
IT11
拨叉脚槽底面
15
6.3
拨叉头顶下台阶
22
面
拨叉左端面
20
拨叉右端面
40
φ22mm孔
IT12
R20mm外圆
φ22mm孔内花键
6
IT9
槽侧面
φ25mm花键槽底
25
IT7
1.6
圆面
该拨叉形状特殊、结构简单,属典型的叉杆类零件。
为实现换档、变速的功
能,其叉轴孔与变速叉轴有配合要求,因此加工精度要求较高。
叉脚两端面在工
作中需承受冲击载荷,为增强其耐磨性,采用铸件,其硬度为HRC;
为保证拨叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对轴孔φ22+0.21mm。
综上所述,该拨叉件的各项技术要求制订的较合理,符合该零件在变速箱中
4
的功用。
三、审查拨叉的工艺性
分析零件图可知,拨叉头前后两端面和叉脚左右两端面均要求切削加工,且拨叉头的前端由肋板连接,这样节省了材料,且提高了拨叉在换档时的刚度;
φ22mm孔和M8mm的螺纹孔的端面为平面,可以防止加工过程中钻头钻偏,以保证孔的
加工精度;
另外,该零件除主要工作表面(拨叉脚部槽的两端面、叉轴孔φ22mm
(H12))和拨叉头下台阶面外,其余表面加工精度均较低,不需要高精度机床加
工,通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求;
而主要工作表面虽然加工精度相对较高,但也可以在正常的生产条件下,采用较经济的方法保质保量地加工出来。
由此可见,该零件的工艺性较好。
四、确定拨叉的生产类型
依设计题目知:
Q=5000台/年,m=1件/台;
结合生产实际,备品率a%和废
品率b%分别取3%和0.5%。
代入公式(1-1)得:
N=5000台/年
1件/台(1+3%)(1+0.5%)=5175.75
拨叉重量为0.84kg,由附表
(1)知,拨叉属轻型零件;
由附表(
2)知,该拨
叉的生产类型为大批生产。
附表
(1)不同机械产品的零件质量型别表
机械产品类型
加工零件的质量/kg
重型零件
中型零件
轻型零件
电子工业机械
>
30
4~30
<
机床
50
15~50
重型机械
2000
100~2000
100
附表
(2)机械加工零件生产类型的划分
零件特征
年生产纲领/件
产品类型
生产类型
单件生产
5以下
20以下
100以下
成
小批
5~10
20~200
100~500
批
中批
100~300
200~500
500~5000
生
大批
300~1000
500~5000
5000~50000
产
大量生产
1000以上
5000以上
50000以上
5
第二章确定毛坯、绘制毛坯简图
一、选择毛坯
由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷,为增强拨叉的强度和抗冲击强度,毛坯选用铸件。
该拨叉的轮廓尺寸不大,且生产类型属大批生产,为提高生产率和
铸件的精度,宜采用金属型浇铸。
毛坯的起模斜度为3°
。
二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1.基本参数
(1)铸件基本尺寸机械加工前的毛坯铸件的尺寸,包括必要的机械加工余量
(图2-1)
(2)尺寸公差允许尺寸的变动量。
公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之代数差的绝对值;
也等于上偏差与下偏差的绝对值。
CT为9级。
(3)错型(错箱)由于合型时错位,铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开(图2-2)
图2-1拨叉铸造毛坯的简图
图2-2错型
(4)要求的机械加工余量(RMA)在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响,并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。
对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下,RMA应加倍。
外表面作机械加工时,RMA与铸件其他尺寸之间的关系可由公式(2-1)表示;
内腔作机械加工相对应的表达式为(2-2)。
R=F+2RMA+CT/2
(2-1)
R=F-2RMA-CT/2
(2-2)
R-铸件毛坯的基本尺寸
F-
最终机械加工的尺寸
CT-铸件公差
计算得到:
拨叉前后端面的机械加工余量为RMA1=(85-80-0.55)/2=2.225mm
拨叉脚前后端面的机械加工双边余量为RMA2=(18-13+0.39)/2=2.695mm
2.公差等级
铸件毛坯采用的是金属型铸造,且大批量生产,查表得取公差为CT7-CT9。
3.公差带的位置
公差带应相对于基本尺寸对称分布。
4.要求的机械加工余量
根据铸件的最大尺寸查《机械加工工艺手册》表JB2845-80得:
铸铁件机械加工余量等级为5-7级
7
查《机械加工工艺手册》表JB2845-80铸铁件机械加工余量:
双边余量为
4.5、
5.0、6.0,单边余量为3.0、3.5、4.0
5.在图2-1上标注
第三章拟定拨叉工艺路线
一、定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分,通常先确定精基准,然后再确定粗基准。
1.精基准的选择
根据该拨叉零件的技术要求和装配要求,选择拨叉头后端面和叉轴孔2200.21mm
作为精基准,零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工,即遵循了“基准统一”原则。
叉轴孔φ22+0.21mm的轴线是设计基准,选用其作精基准定位加工拨叉脚两端面和拨叉头下台阶面,实现了设计基准和工艺基准的重合,保证了被
加工表面的垂直度和平行度要求。
选用拨叉头后端面作为设计基准;
另外,由于拨叉件刚度较差,受力容易产生碎裂,为了使得机械加工中产生夹紧损坏,根据夹紧力应垂直于主要定位基面,并应作用在刚度较大部位的原则,夹紧力作用点不能作用在叉杆上。
选用拨叉头后端面作精基准,夹紧可作用在拨叉头的前端面上,夹紧稳定可靠。
2.粗基准的选择
作为粗基准的表面平整,没有飞边、毛刺或其他表面缺陷。
选择拨叉头前端面和拨叉脚底面作为粗基准。
采用拨叉头前端面作粗基准加工后端面,可以为后续工序准备好精基准。
二、表面加工方法的确定
根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,确定加工件各表面的加工方法,如表3-1所示。
表3-1拨叉零件各表面加工方法
加工表面尺寸精度等表面粗糙度Ra/μ加工方案备注
级m
拨叉头后端面IT133.2粗铣-半精铣-附表
8
磨削
(3)
粗铣
附表
拨叉脚内侧面
粗铣-精铣
(及底面)
(IT13)
钻削-扩
(4)
φ25mm花键孔
拉削
拨叉头下台阶
附表(3)平面加工的经济精度与表面粗糙度
序
加工方法
经济精度
表面粗糙度
选用范围
号
(IT)
粗车
10~11
12.5~6.3
未淬硬钢、铸铁、
粗车-半精车
8~9
6.3~3.2
有色金属端面加工
粗车-半精车-精车
6~7
1.6~0.8
粗车-半精车-磨削
7~9
0.8~0.2
钢、铸铁端面加工
粗刨(粗铣)
12~14
不淬硬的表面
粗刨(粗铣)-半精刨(半精
11~12
6.3~1.6
铣)
7~8
3.2~1.6
铣)-精刨(精铣)
9
粗铣-拉
6~9
大量生产未淬硬的
小平面
10粗刨(粗铣)-精刨(精铣)-
未淬硬的钢件、铸
宽刃精刨
铁件及有色金属件
11
铣)-精刨(精铣)-宽刃精刨
附表(4)内圆表面加工的经济精度与表面粗糙度
经济精
适用范围
度
Ra(μm)
钻
12~
13
12.5
加工未淬硬钢及
钻-铰
8~10
铸铁的实心毛坯,
钻-粗铰-精铰
7~
孔径<
15-20mm
钻-扩
10~
钻-扩-粗铰-精铰
同上,孔径>
钻-扩-铰
~
(15-20)mm
钻-扩-机铰-手铰
6~
0.4~0.1
钻-(扩)-拉
1.6~0.1
大批量生产,精度
视拉刀精度决定
粗镗(或扩孔)
11~13
粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)
9~10
毛坯有铸孔或锻
扩(镗)-铣
孔的未淬火钢及
12
粗镗(扩)-半精镗(精扩)-
7~8
铸件
精镗(铰)
三、加工阶段的划分
该拨叉加工质量要求较高,可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
在粗加工阶段,首先将精基准(拨叉头后端面和叉轴孔)准备好,使后续工序都
可采用精基准定位加工,保证其他加工表面的精度要求;
然后粗铣拨叉头前端面、
粗铣拨叉脚槽内侧面和底面。
在半精加工阶段,完成拨叉头后端面的精铣、拨叉脚槽内侧面和底面的精铣加工和螺钉孔M8mm的钻、扩加工;
在精加工阶段,进行拨叉头后端面的磨削加工。
四、工序的集中与分散
选用工序分散原则安排拨叉的加工工序。
该拨叉的生产类型为大批生产,可以采用普通型机床配以专用工、夹具,以降低其生产成本。
五、工序顺序的安排
1.机械加工工序
(1)遵循“先基准后其他”原则,首先加工精基准---拨叉头后端面和叉轴
2200.21mm。
(2)遵循“先粗后精”原则,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。
(3)遵循“先主后次”原则,先加工主要表面----拨叉头后端面和叉轴孔
2200.21mm,后加工次要表面----拨叉脚槽内侧面、底面和拨叉头下台阶面。
(4)遵循“先面后孔”原则,先加工拨叉头端面,在加工叉轴孔φ22mm孔;
先铣拨叉头下台阶面,再钻削螺钉孔M8mm。
2.热处理工序
铸件为了消除残余应力,需在粗加工前、后各安排一次时效处理,在半精加工前、后各安排一次时效处理。
3.辅助工序
在半精加工后,安排去毛刺和中间检验工序;
精加工后,安排去毛刺、终检工序。
综上所述,该拨叉工序的安排顺序为:
基准加工----主要表面粗加工及一些
余量大的表面粗加工----主要表面半精加工和次要表面加工----热处理----主
要表面精加工。
六、确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,表
3-2列出了拨叉的工艺路线。
表3-2拨叉工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
粗铣拨叉头前后端面
立式铣床
直柄立式铣刀
游标卡尺
X51
时效处理
精铣拨叉头的后端面
钻、粗扩、精扩、倒
Z525型立式
麻花钻、扩孔钻
卡尺、塞规
角
钻床
粗铣拨叉脚槽内侧面
槽铣刀
和底面
粗铣拨叉头台阶面
卧式双面铣
三面刃铣刀
床
精铣拨叉脚槽内侧面
精铣拨叉头台阶面
拉削φ25mm花键轴
卧式内拉床
W18Cr4v矩形花
孔
L6110
键拉刀
去毛刺
钳工台
平锉
中检
塞规、百分表、
卡尺
14
磨削拨叉头后端面
平面磨床
砂轮
M7120A
清洗
清洗机
16
终检
第四章机床设备及工艺装备的选用
一、机床设备的选用
在大批生产条件下,可以选用高效的专用设备,也可选用通用设备。
所选用的通用设备应提出机床型号,如“立式铣床X51”。
二、工艺装备的选用
工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。
在工艺卡片中应简要写出它们的名称,如“钻头”、“百分表”等。
拨叉的生产类型为大批生产,所选用的夹具均为专用夹具。
第五章加工余量、工序尺寸和公差的确定
一、工序1和3----加工拨叉头前后两端面至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和
公差的确定。
第1、3道工序的加工过程为:
1)以前端面B定位,粗铣后端面A,保证工序尺寸P1;
2)以后端面A定位,粗铣前端面B,保证工序尺寸P2;
3)以前端面B定位,精铣后端面A,保证工序尺寸P3,达到零件图设计尺寸D的要求,D=8000.46mm。
由图5-1所示加工方案,可找出全部工艺尺寸链,如图5-2所示。
求解各工序尺寸及公差的顺序如下:
图5-1第1、3道工序加工方案示意图
(
图5-2第1、3道工序工艺尺寸链图
2)从图5-2b所示知,P2=P3+Z3,其中Z3为半精加工余量,查《机械加工余量手册》得:
Z3=1.0mm,则P2=(80+1)=81mm。
由于工序尺寸P2是在粗铣加工中保证的,查附表(5)知,粗铣工序的经济精度等级可达到B面的最终加工要求----IT12,因此确定该工序尺寸公差为IT12,其公差值为0.35mm,故P2=
(810.175)mm;
3)从图5-2c所示工序尺寸链知,P1=P2+Z2,其中Z2为粗铣余量,由于B面的加工余量是经粗铣一次切除的,故Z2应等于B面的毛坯余量,即Z2=2.5mm,P1=
(81+2.5)mm=83.5mm。
由表(5)确定该粗铣工序的经济精度等级为IT13,其公差值为0.54mm,故P1=
(83.50.27)mm。
为验证确定的工序尺寸及公差是否合理,还需对加工余量进行校核。
1)余量Z3的校核
在图5-2b所示尺寸链中Z3是封闭环,故
Z
=P
-P=[81+0.175-(80-0.46)]mm=1.635mm
3max
2max3min
3min
-P=[81-0.175-(80+0)]mm=0.825mm
2min3max
2)余量Z2的校核
在图5-2c所示尺寸链中Z2是封闭环,故
-P=[83.5+0.27-(81-0.175)]mm=
2.945mm
2max
1max2min
2.055mm
2min
-P=[83.5-0.27-(81+0.175)]mm=
1min2max
余量校核表明,所确定的工序尺寸公差合理。
将工序尺寸按“入体原则”表示;
P3=800
0.46mm,P2=81.1750
0.35mm,P1=83.750
0.54mm。
附表(5)各种加工方法的加工经济精度
粗车端面
IT11~IT13
钻孔
IT12~IT13
精车端面
IT7~IT9
内
钻头扩孔
细车端面
IT6~IT8
粗扩
平
IT9~IT13
精扩
IT10~IT11
精铣
IT7~IT11
一般铰孔
细铣
IT6~IT9
表
精铰
IT7~IT9
拉
粗拉毛孔
IT10~IT11
粗磨
IT7~IT10
精拉
精磨
粗镗
IT11~IT13
研磨
IT5
精镗
二、工序5----加工拨叉脚槽内侧面至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的
确定。
第5道工序的加工过程为:
1)以后端面A定位,粗铣拨叉脚槽内侧面,保证工序尺寸P2;
2)以后端面A定位,精铣拨叉脚槽内侧面,保证工序尺寸P1,并保证零件设计
尺寸要求L,L=P1=1800.11mm。
图5-3第5道工序加工方案示意图
图5-4第5道工序工艺尺寸链图
1)从图5-4
知,P1=L=
0.11mm;
180
2)从图5-4
所示知,P2=P1-2Z2,其中Z2
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