车床变速用拨叉加工工艺及关键工序工装设计

1绪论1.1毕业设计的目的车床变速用拨叉是某企业产品的主要零件之一。本课题要求根据企业生产需要和车床变速用拨叉零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。通过这样一个典型环节综合训练，达到综合训练学生运用所学知识，解决工程实际问题的能力。1.2拨叉工艺设计的基本情况本课题要求根据企业生产需要和拨叉零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。生产纲领：50000件/年。这属于大批量生产。大批量生产中生产准备时间和终结时间较短，机动时间较长，靠提高切削速度来提高生产率效果比较明显。于是需要设计关键工序的专用夹具及加工用组合机床，而且夹具采用液压驱动，组合机床采用液压滑台。工艺设计以保证质量稳定、生产可靠为原则。对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动[1]。为此，在进行机械加工前，首先要将工件装夹好。用夹具装夹工件有下列优点：能稳定地保证工件的加工精度；能提高劳动生产率；能扩大机床的使用范围；能降低成本。1.3零件的作用分析拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:贰二壹伍八玖壹壹五一滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间的冲击，延长零件的使用寿命[1]。2零件说明2.1零件的作用题目给定的零件是CA6140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进行工作。宽度为18mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为18mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。2.2零件的工艺分析CA6140拔叉（型号：831003）共有3组加工表面：零件两端面，左端面加工精度高，可以先以左端面为粗基准加工右端面，再以右端面为精基准加工左端面；以花键中心线为基准的加工面：这一组面包括Φ25H7的三齿方花键孔、Φ22H12的花键底孔、两端的2X150倒角和距花键中心线为22mm的上顶面；以工件右端面为基准的18H11mm的槽、上顶面的2-M8通孔和Φ5锥孔。经上述分析可知，对于后两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。2.3零件的结构特点拔叉831003的毛坯为铸造件，在零件图上只有2处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差≤0.10，18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差≤0.08。零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如图1.1：图1.1零件结构图2.3.1生产纲领、生产类型的确定根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。2.3.2毛坯的确定CA6140车床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB～210HB，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按JZ67-62规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用2级精度铸件，毛坯重量由《金属机械加工工艺人员手册》表5-2有零件≤80kg，偏差为7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表5-4左右端面的加工余量为3±0.8，其余部分均为实心部分。故毛坯图如下：图1.2毛坯图3工艺规程设计3.1定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高[2]。3.1.1粗基准的选择在选择粗基准时，一般遵循下列原则：(1)保证相互位置要求原则；(2)保证加工表面加工余量合理分配的原则；(3)便于工件装夹原则；(4)粗基准一般不得重复使用的原则[3]。为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准,不要用同一尺寸方向上。两端面，后端面为精加工面，故在铣两端面时，先以后端面为粗基准，粗铣前端面。加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。3.1.2精基准的选择在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则：(1)准重合原则；(2)统一基准原则；(3)为基准原则；(4)自为基准原则；(5)便于装夹原则。[3]为保证定位基准和工序基准重合，加工2-M8螺纹孔、Φ5锥孔，18H11槽以零件的坐端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。3.2重点工序的说明CA6140拔叉零件的重要加工面有花键底孔、两端面，花键，槽，顶面，材料为HT200，参考《机械制造工艺设计简明手册》，其加工方法选择如下：3.2.1加工前后两端面根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5μm，要达到后端面Ra3.2μm的技术要求，需要经过粗铣→精铣。3.2.2加工Φ22花键底孔此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。零件技术要求底孔的表面粗糙度达到Ra6.3μm，毛坯为实心，故采用钻孔→扩孔，可以达到要求。3.2.3加工外径为Φ25的花键内孔零件要求花键底面粗糙度Ra1.6μm，侧面Ra3.2μm，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。3.2.4加工上顶面零件上顶面为精加工，粗糙度要求为Ra3.2μm，与花键中心线的平行度误差≤0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣→精铣。3.2.5加工18H11槽零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为Ra6.3μm，侧面粗糙度为Ra3.2μm，而且两侧面和花键中心线的垂直度≤0.08，本身有精度要求，18H11，故以花键中心线和左端面为精基准，用花键心轴定位，采用铣→磨。顶面的钻2-M8通孔和Φ5锥孔工序不是很重要，在此不做详细说明，2-M8通孔先钻孔，再攻丝，Φ5锥孔采用锥刀进行加工。3.3制订工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序分散来提高生产率[4]，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。3.3.1工艺路线方案一的制订工序Ⅰ：粗铣前端面工序Ⅱ：粗、精铣后端面工序Ⅲ：钻、扩花键底孔工序Ⅳ：粗、精铣上顶面工序Ⅴ：钻2-M8通孔工序Ⅵ：钻Φ5锥孔工序Ⅶ：铣削18H11槽工序Ⅷ：磨削18H11槽工序Ⅸ：拉花键工序Ⅹ：锉圆角工序Ⅺ：去毛刺工序Ⅻ：终检3.3.2工艺路线方案二的制订工序Ⅰ：粗铣前端面工序Ⅱ：粗、精铣后端面工序Ⅲ：钻、扩花键底孔工序Ⅳ：拉花键工序Ⅴ：粗、精铣上顶面工序Ⅵ：钻2-M8通孔工序Ⅶ：钻Φ5锥孔工序Ⅷ：铣削18H11槽工序Ⅸ：磨削18H11槽工序Ⅹ：锉圆角工序Ⅺ：去毛刺工序Ⅻ：终检3.3.3两种工艺路线的比较与分析上述两种方案，工艺路线一把拉花键放在磨削18H11槽之后，在此，工序4、工序5、工序6、工序7、工序8中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。工艺路线二，一把花键底孔钻削出来后紧接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键心轴进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。通过以上的两种工艺路线的优、缺点的分析，最后确定工艺路线二为该零件的加工路线。工艺过程详见机械加工工序卡片。3.4机械加工余量的确定确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已经根据有关资料查出了零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸[5]。CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量约为1.0kg，生产类型为由大批量生产，毛坯为铸件，精度为2级铸件，大体尺寸确定，外表面加工面少，根据以上原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下：3.4.1前后端面的加工余量前后端面有3±0.8mm的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。前端面粗铣一次即可，加工余量3mm，工序基本尺寸为83mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，表面粗糙度Ra5μm，上下偏差按“入体原则”确定（以后按照此原则确定）[6]。后端面粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，精铣加工余量0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm，工序基本尺寸为80mm。3.4.2矩形花键底孔要求以矩形花键的外径定心，故先钻中心孔，再扩，最后拉削，内孔尺寸为Φ22H12，见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》表3-59确定孔加工余量的分配。钻孔Φ20mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.13mm。扩孔Φ21mm，工序经济精度等级为IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3μm。花键孔要求以外径定心：拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取2Z=1mm。3.4.3顶面的加工余量此工序分为两个工步：(1)粗铣顶面；(2)精铣顶面。粗铣加工余量为2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm。精铣加工余量为0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm。3.4.418H11槽的加工余量铣削的加工余量：槽底面的铣削余量为50mm，槽侧面的铣削余量为17.9mm，工序经济精度等级为IT12，公差值0.25mm，槽底面表面粗糙度Ra6.3μm。磨削的加工余量：槽侧面的磨削余量为0.5mm，工序经济精度等级为IT9，公差值为0.043mm，侧面粗糙度为Ra3.2μm。3.5切削用量的选择和时间定额的确定3.5.1铣左端面切削用量和基本工时的计算工步1：粗铣背吃刀量为5.10.15.21pamm。进给量的确定：机床的功率5Kw～10Kw,工件夹具系统的刚度为中等条件，按《切削手册》中表3.3选取该工序的每齿进给量为cf=0.2mm/z。铣削速度：选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式：drn/1000(3.1)可以得到：15.15980/401000nr/min。由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：19.401000/8014.31601000/dnVm/min。基本时间t：根据面铣刀平面（对称铣削、主偏角rk=90°）的基本时间计算公式：mcflllt/21(3.2)其中，l=75mm，2l=1mm～3mm，取2l=2mm，ea=40mm。则有：36.724080805.03~15.022221eaddlmm(3.3)nzfnffmc=0.2×10×160=320mm/min(3.4)t=(21lll)/mzf=(75+7.36+2)/320=0.264min≈15.82s。工步2：精铣背吃刀量的确定：1pa=1mm。进给量的确定：由《切削手册》中表3.3，按表面粗糙度为aR=3.2μm的条件选取，该工序的每