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1、机械制造工艺学课程设计说明书 课 题:拨叉零件设计学生姓名：专 业：机械制造及自动化学 号：班 级：指导教师：机械工程学院 课程设计任务书20112012学年第一学期机械工程 学院（系、部） 机械工程及自动化 专业 班级课程名称： 机械制造工艺学 设计题目： 拨叉零件工艺设计 完成期限：自 2011 年 12 月 21 日至 2011 年 12 月 29 日共 1 周内容及任务一、设计的主要技术参数：拨叉材料HT200；铸造圆角R5；拨叉头高40mm，外圆40mm，内孔26mm；拨叉脚内表面R25mm，外表面R35mm；凸台高25mm；凸台半径6mm凸台孔径8mm，二、设计基本内容：对零件（中
2、等复杂程度）进行工艺分析，画零件图；选择毛坯的制造方式；制订零件的机械加工工艺规程；填写工艺文件；编写设计说明书。三、每个学生应在教师指导下，独立完成以下任务：（1）机械加工工艺卡片一张；（2）机械加工工序卡片一套；（3）设计说明书一份。进度安排起止日期工作内容熟悉课题、查阅资料；零件分析，画零件图制订零件加工工艺规程填写工艺文件；编写设计说明书交课程设计并答辩主要参考资料陈立德主编,机械制造基础课程设计指导书2 版高等教育出版社,2004.7.指导教师（签字）： 2011年 12月 29 日系（教研室）主任（签字）： 2011 年12月29 日目录第一章 序 论4第二章 拨叉的工艺分析及生产
3、类型的确定4一、拨叉的用途4二、审查拨叉的工艺性5三、确定拨叉的生产类型5第三 章 确定毛坯、绘制毛坯简图6一、选择毛坯6二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量66第四 章拟定拨叉工艺路线8一 定位基准的选择81. 精基准的选择92. 粗基准的选择9二 表面加工方法的确定9三 加工阶段的划分10四 工序的集中与分散10五 工序顺序的安排10101010六 确定工艺路线11第五章 机床设备及工艺装备的选用12一 机床设备的选用12二 工艺装备的选用12第六章 加工余量、工序尺寸和公差的确定13一基本数据及加工余量的估算13二求解工序尺寸14三、 对加工余量进行校核。16第七章 切削用量的计算171
4、、工序10-粗铣拨叉头和拨叉脚上端面、工序15-粗铣拨叉头和拨叉脚下端面172、工序20孔26，孔的精度达到IT10。工序75扩孔26184工序50精铣拨叉头和拨叉脚上端面半精铣拨叉头和拨叉脚上端面196工序65绞孔20第八章 小结20第九章 附录（主要参考文献）21第一章 序 论21世纪现在是我国全面建设小康社会，实现国民经济增长模式根本转变，走新型工业化道路的关键时期。机械工程高等教育承担着培养适应和推进新型工业化发展的现代高级人才的历史重任。对于我们当代大学生来说，最根本的任务是学习。准确地把握未来科学和技术发展领域的机遇和挑战，客观掌握识我们知识技能的基本出发点。大三上学期我们学习了机
5、械制造基础，为了巩固所学知识，并且在我们进行毕业设计之前对所学各课程的进行一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,我们进行了本次课程设计。通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。第二章 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拖拉机变速箱的换档机构中。拨叉头以26mm孔套在变速叉轴上，并用螺钉与变速叉轴连接，拨叉脚则夹在双联变速齿轮的槽中。当需要变速
6、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，从而改变拖拉机的行驶速度。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26mm，在设计工艺规程时应重点予以保证。二、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；26mm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
7、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26mm）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。三、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%）=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
8、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3043050155020001002000100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/件生产类型产品类型重型零件中型零件轻型零件单件生产5以下20以下100以下成批生产小批51020200100500中批1003002005005005000大批30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上第三 章 确定毛坯、绘制毛坯简图一、选择毛坯零件材料为 HT200，零件在工作过程中，经常要承受变载荷及冲击性载荷，且它
9、的外型复杂，不易加工。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为大批生产的水平，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这样可以提高生产率，保证精度。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量（1）铸件基本形状 机械加工前的毛坯铸件的形状如三维图所示（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。据分析，公差等级为普通级。 图2-1（3）要求的机械加工
10、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：拨叉头左右端面的机械加工余量取2，拨叉角内表面加工余量取1.5，拨叉角两端面加工余量为2.0，拨叉头孔加工余量2.0.（5）加工前毛坯铸造尺寸
11、如图2-2所示加工表面零件尺寸/mm加工余量/mm毛坯尺寸/mm拨叉头左右两端面40346拨叉脚内表面R253R22拨叉脚上下两端面3拨叉头孔 图2-2.（6）零件表面粗糙度 由零件图可知，该拨叉零件各加工表面的粗糙度ra均大于等于1.6um。因此仅内拨叉头孔需要进行精加工 第四 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mm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mm的轴线是设计基准，选用其作精基准定位加
12、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。选择拨叉孔轴的外圆面和拨叉脚右端面作为粗基准。采用拨叉孔轴外圆面作粗基准加工内孔，可以使内孔加工比较均匀，精度高。采用拨叉头右端面作粗基准加工左端面，可以为后续
13、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及偏差尺寸精度等级表面粗糙度Ra/m加工方案备注拨叉脚上下端面40IT10粗铣-半精铣拨叉头孔 IT8粗镗-扩孔-精铰凸台螺纹孔IT10钻-丝锥攻内螺纹拨叉头上下端面IT10粗铣-半精铣拨叉脚内表面IT12粗铣-半精铣凸台25IT12粗铣三 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（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工
14、，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、粗铣拨叉脚内表面和凸台。在半精加工阶段，完成拨叉头两端面的半精铣加工和钻孔丝锥攻丝；在精加工阶段，进行拨叉角两端面的磨削加工。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）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准-拨叉头上下端面和叉轴孔mm。（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-拨叉头上下端面、拨叉脚上下端面和叉轴孔mm，后加工次要表面-螺纹孔。（4）遵循“先面
15、后孔”原则，先加工拨叉头端面，在加工叉轴孔26mm孔；先加工凸台，再加工螺纹孔M8mm。铸件为了消除残余应力，在切削加工之前做一次热处理进行去应力和人工实效处理。在半精加工前粗加工之后进行一次渗碳处理。精加工之后进行一次去应力退火。粗加工拨叉角两端面和热处理后，应安排矫直工序；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：热处理和时效强化基准加工-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
16、工艺路线及设备、工装的选用工序号工序内容机床设备备注00铸造、清理5热处理去应力，为切削加工做准备10粗铣拨叉头和拨叉脚上端面立式铣床X51以拨叉头下端面为基准15粗铣拨叉头和拨叉脚下端面立式铣床X51以拨叉头上端面为基准20通用镗床25粗铣拨叉脚R25内表面粗铣拨叉脚左右两端面粗铣凸台卧式双面铣床30钻孔8的内螺纹孔卧式钻床35攻M8的内螺纹钳工台40检查，去毛刺。清洗机45低温回火去应力50半精铣拨叉头和拨叉脚上端面半精铣拨叉头和拨叉脚下端面立式铣床互为基准55半精铣R25的拨叉脚内表面卧式铣床60扩的孔Z525型立式钻床65绞孔70终检、去毛刺清洗机第五章 机床设备及工艺装备的选用一 机
17、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。第六章 加工余量、工序尺寸和公差的确定一基本数据及加工余量的估算 工序10粗铣拨叉头和拨叉脚上端面；工序15粗铣拨叉头和拨叉脚下端面；工序20；铣拨叉脚R25内表面；工序35镗孔；工序75扩的孔第10、15、20、30、75道工序的加工过程为：以拨叉头下端面为定位基准，粗铣粗铣拨叉头和拨叉脚上端面，保证工序尺
18、寸L1、 L2；以拨叉头上端面为定位基准，粗铣拨叉头和拨叉脚下端面，保证工序尺寸L3、L4；以孔的中心线为定位基准，粗铣拨叉脚内表面，保证工序尺寸L5镗孔保证工序尺寸L6=10.6mm。即孔的直径加工至mm扩孔mm其中工序10，15，20需要进行工艺尺寸链的计算。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：二求解工序尺寸(图51)1）求解工序尺寸L1、L2；从图5-1所示知，则L10=mm，1L0=Z1=2mm由于工序尺寸L1=L10-L0=44mm，L1-由于是半精铣加工保证的经济精度等级可达到最终加工要求-IT10，因此确定该工序尺寸公差为
19、IT10，其公差值为0.1mm，故=（440.05）mmL21 =5mm，L22 =mm,L20=Z2=2mm.L2=L21 +L22-L20 =5+18-2=21mm由于是半精铣加工保证的经济精度等级可达到最终加工要求-IT10，因此确定该工序尺寸公差为IT10，其公差值为0.1mm，故=（210.05）mm(2) 求解工序尺寸L3,L4；查机械加工余量手册得：L30=L40，L31=39mm则L3=L31-L30=39-2=37mm，由于L3是半精铣加工保证的经济精度等级可达到最终加工要求-IT10，因此确定该工序尺寸公差为IT10，其公差值为0.1mm，故=（370.05）mm；L41=
20、44mm则L4=L41-L30=44-2=42mm，由L4于是半精铣加工保证的经济精度等级可达到最终加工要求-IT10，因此确定该工序尺寸公差为IT10，其公差值为0.1mm，故=（420.05）mm；4 求解工序尺寸L55；查机械加工余量手册得：L5o=Z5=2mm，L51=80mm， L52=22mm则L5=L51-L50-L52=56mm，因此确定该工序尺寸公差为IT10，其公差值为0.39mm，故=（560.05）mm；三、 对加工余量进行校核。1） 余量Z1的校核 图a中尺寸链Z1是封闭环，计算可得：Z1=mm。环的名称基本尺寸上偏差下偏差增环L1046减环L1440 Z12余量Z2
21、的校核 图a中尺寸链Z2是封闭环，计算可得：Z1=mm。环的名称基本尺寸上偏差下偏差增环L215增环L22180减环L221 Z222） 余量Z3的校核 图b中尺寸链Z3是封闭环，计算可得：Z3=mm。环的名称基本尺寸上偏差下偏差增环L3139减环L337 Z31余量Z4的校核 图c中尺寸链Z4是封闭环，计算可得：Z2=mm。环的名称基本尺寸上偏差下偏差增环L4143减环L442 Z413)余量Z5的校核 图c中尺寸链Z4是封闭环，计算可得：Z2=mm。环的名称基本尺寸上偏差下偏差增环L4144减环L442 Z42余量校核结果表明，所确定的工序尺寸基本正确。第七章 切削用量的计算1、工序10-
22、粗铣拨叉头和拨叉脚上端面、工序15-粗铣拨叉头和拨叉脚下端面工序10是以拨叉头下端面定位，粗铣拨叉头和拨叉脚上断面端面；工序2是以拨叉头上端面为定位基准，粗铣拨叉头和拨叉脚下端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度和进给量f是一样的，只有背吃刀量不同。（粗铣26mm孔两端面 工件材料： HT200，铸造。 刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ，材料： YT 15 ， D = 100mm ， 齿数 Z = 8 ，此为粗齿铣刀。 因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度：= 2mm 每齿进给量：取= 0.12mm / Z 铣削速度 V ：取 V = 1.3
23、3m / s 机床主轴转速 n ：式（4.1）式中 V铣削速度；d刀具直径。 代入式（4.1）得 ， n = 300r / min 实际铣削速度 v ： 进给量： = Zn = 0.12 8 300 / 60 4.8mm / s 工作台每分进给量 ： = = 4.8mm / s = 288mm / min = 40mm 切削工时 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知 l = 40mm ，刀具切入长度 ：刀具切出长度 ：取= 2mm 走刀次数为1机动时间： 式（4.2）2、工序20孔26，孔的精度达到IT10。工序75扩孔26（1）、选择镗刀的切削用量A、按加工要求决定进给量：当加工精度为IT10IT
24、12精度，时，。背吃刀量、选择镗刀的切削速度由表2.15切削用量手册，HBS=161190MPa的灰铸铁，。故(2)确定扩孔切削用量1）确定进给量f： f表（0.70.8）mm/r0.70.490.56 mm/r。 取 f =0.57mm/r。2）确定切削速度v及n，取v表 = 25m / min 故 v 表 = 25m / min 0.88 1.02 = 11.22m / min n = 1000v 表/（ d 0 ) = 1000 11.22mm / min/( 24.7 mm) = 286r / min 实际切削速度为 v = d 0 n 10-33、工序30-钻螺纹孔，（1）钻8mm孔
25、 由于工件材料为45，孔8mm，高速钢钻头，查表切削用量得，切削速度=20m/min，进给量f=0.2mm/r，则=910r/min。取转速为960r/min，故实际切削速度 4工序50精铣拨叉头和拨叉脚上端面半精铣拨叉头和拨叉脚上端面 由表面粗糙度Ra3.2查机械制造设计基础课程设计可知三面刃铣刀精铣平面进给量=0.07mm，=1mm，铣削速度 =48.4m/min,已知=80mm,齿数=10，可得： 查表机械制造设计基础课程设计可知铣床X51与之最接近的转速，因此铣削实际速度为 工作台每分钟进给量为：6工序65绞孔确定铰孔切削用量 1）确定进给量f ：f 表 = 1.3 2.6mm ，取
26、f = 1.6mm / r 。 2）确定切削速度v及n，取 v表 = 8.2m / min 。 故v 表 = 8.2m / min 0.88 0.99 = 7.14m / min n = 1000v 表 /( d 0 ) 13 = 1000 7.14(m / min) /( 25mm) = 91.5r / min 取 n = 100r / min ，实际铰孔速度 v = d 0 n 10-3= 25mm 100r / min10-3 = 7.8m / min 第八章 小结实践是检验真理的唯一标准，当然也是检验学习成果的标准。在经过一段间的学习之后，我们需要了解自己的所学应该如何应用在实践中，因
27、为任何知识都源于实践，归于实践，所以将所学的知识要在实践中来检验。课程设计期间，在老师的指导下，通过自身的不断努力，无论在思想，还是学习工作上，都取得了长足的发展和巨大的收获。通过这次的课程设计，理论加上实践，使我对机械加工设计有了更深刻的认识，也纠正了自己以前很多不对的看法。当然在设计的过程中，我们也遇到了很多困难，在查阅了大量的书籍资料之后，对这次设计有了一个整体的认识，作出了初步的原理图，然后经过反复的调试后，逐步修改，尽量使其性能达到完美。这个过程是最困难的过程，也是我收获最大的过程，使我受益匪浅，使我在以后的工作中的动手能力有了进一步的提高。总之，这次设计使我的学习有了更大的信心开始我以为一周的课程设计时间太短，学不到实质性的东西。但当我真正着手处理时，才发现整个设计过程都需要我们用心去领悟并结合所学的知识去做。通过这次设计，我感觉我所学的知识还不够 ，在以后的生活中我会不断地努力学习充实自己。第九章 附录（主要参考文献）王明珠主编,工程制图学及计算机绘图国防工业出版社,1998.3。赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书2版 机械工业出版社,2000.10. 22