叉桿課程設(shè)計

1、目錄一 叉桿零件工藝分析1. 零件材料的性能2. 叉桿的作用3. 零件的工藝性4. 零件的生產(chǎn)類型二 毛坯的確定1. 確定毛坯制造形式及毛坯精度等級2. 確定毛坯尺寸及機械加工余量三 擬定工藝路線1. 正確選擇定位基準(zhǔn)2. 確定各加工面和加工方法3. 確定工序集中與分散4. 加工順序的安排四 選擇各工序所采用的設(shè)備五 確定加工余量、工序尺寸及公差六 切削用量和時間定額的計算1. 確定一個工序的切削用量2. 計算一個工序的單位工時七 指定工序?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計1.零件在本工序的加工要求下分析2.確定工件定位方案，設(shè)計定位裝置3.確定工件的夾緊方案，設(shè)計夾緊裝置4.確定導(dǎo)向方案，設(shè)計導(dǎo)向裝置5.切削力

2、及夾緊力的計算致謝參考書目一 叉桿零件工藝分析1. 叉桿的作用叉桿是變速箱換擋機構(gòu)中的一個主要零件。叉桿頭以孔套在變速叉軸上，并通過孔與變速叉軸連接，M8螺紋孔則起到緊固叉桿和變速叉軸連接的作用。叉桿腳是以R23、夾角為130度的對稱圓弧內(nèi)壁卡在齒輪軸上，而位于叉桿頭對稱的兩凸臺，則夾在兩齒輪之間。當(dāng)需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機構(gòu)就通過叉桿頭部的操縱桿帶動叉桿與變速叉軸一起在變速箱中滑移，叉桿腳的凸臺拔動雙聯(lián)變化齒輪在齒輪軸上滑動以該換檔位，從而實現(xiàn)不同級別的減速。零件圖如下：2. 零件材料的性能零件的材料為QT45-5，為球墨鑄鐵，從工程材料與成型技術(shù)基礎(chǔ)與機械零件手冊可查得：該類型的

3、球墨鑄鐵最低抗拉強度為450，最低屈服強度為310，伸長率為5%，布氏硬度160210HBS。球墨鑄鐵在鑄鐵中力學(xué)性能最好，兼有灰鑄鐵的工業(yè)優(yōu)點，抗拉強度可以和剛相當(dāng)，塑性和韌性也有了很大的提高。球墨鑄鐵的焊接性能和熱處理性能都優(yōu)于灰鑄鐵，但消震能力比灰鑄鐵低?？梢灾瞥沙惺芎艽鬀_擊的零件。3. 零件的工藝性該叉桿形狀特殊、結(jié)構(gòu)簡單，屬于典型的叉桿類零件。為實現(xiàn)換擋、變速的功能，叉軸孔與變速叉軸連接的定位孔有配合要求，因此加工精度要求較高。為保證叉尾兩凸臺面對叉軸孔的垂直度要求為0.15。為保證叉桿在叉軸上有準(zhǔn)確的位置，改檔換位正確，叉桿采用圓柱銷定位。鎖銷孔的尺寸為。叉桿頭底端面和叉桿腳兩凸臺

4、面均要求切削加工，叉桿頭的孔的端面為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，能確保擴孔時軸心線對其，以保證孔的加工精度。叉桿腳兩凸臺面均高于其他相鄰的表面，這樣減少了加工面積?？锥嗣鏋樾泵妫瑸榱朔乐广@頭鉆偏，在一個端面處開了一個的工藝孔，來保證孔的精度要求。M8螺紋孔位于圓柱側(cè)壁上，且偏離夾角，這個需要做一個專用夾具來進行加工方能達到要求。另外，該零件除主要表面外，其余表面的加工精度均較低，不需要高精度的機床進行加工，通過銑床的粗加工便可以達到加工要求，而主要工作表面雖然加工精度要求較高，但可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較為經(jīng)濟的方法，保質(zhì)保量的加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。該零件的主要工作

5、表面為叉桿腳兩凸臺表面、叉桿腳的圓弧表面、叉軸孔、鎖銷孔以及螺紋孔M8，在設(shè)計過程中時應(yīng)重點給予保證。4. 零件的生產(chǎn)類型依設(shè)計題目可知：叉桿質(zhì)量為0.48，查本指導(dǎo)書表2.2的“機械加工零件生產(chǎn)分類”知，叉桿屬于輕型零件。根據(jù)設(shè)計要求可知，此零件為批量生產(chǎn)，并采用鑄造的方法獲得毛坯。鑄造的方法通過查閱課程設(shè)計指導(dǎo)書得，大批量，精度較高且要求有較高的表面質(zhì)量和力學(xué)性能的鑄件采用金屬型鑄造。二 毛坯的確定1. 確定毛坯制造形式及毛坯精度等級已知此叉桿類零件的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段，工序適當(dāng)集中加工設(shè)備以通用設(shè)備為主大量采用專用工裝。零件的材料為QT450-

6、5，根據(jù)該種零件所生產(chǎn)的批量，該種零件的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，零件在機床運動時所受的沖擊和震動大小，可以選擇鑄件毛坯，選擇金屬型鑄造。毛坯的尺寸精度等級取為普通級。2. 確定毛坯尺寸及機械加工余量 因為的孔較小，不用直接鑄造出來，所以鑄成實心的。求最大輪廓尺寸中心距103mm，寬度R23、R35，高度40mm，厚度12mm。選取公差等級CT查設(shè)計手冊的CT等級810，取CT=9求鑄件尺寸公差中心距公差：2.5， 寬度公差：1.8 高度公差：1.8， 厚度公差：1.6求機械加工余量等級選用的是金屬型鑄造，球墨鑄鐵，查表余量等級為DF，取E級求RMA（機械加工余量）中心距：RMA=1.1寬度、高度、厚

7、度：RMA=0.4求毛坯基本尺寸 R=F+RMA+CT/2 中心距：105.5mm, 寬度：24.7mm,36.7mm， 高度：41.7mm， 厚度：13.6mm三 擬定工藝路線1. 正確選擇定位基準(zhǔn)選定精基準(zhǔn)： 據(jù)零件要要求，選取叉軸孔和叉桿軸孔下端面作為精基準(zhǔn)，很多表面都可以采用它們作基準(zhǔn)進行加工，即遵循了“基準(zhǔn)不變”的原則。叉軸孔的孔軸線是設(shè)計基準(zhǔn)，選用其作精基準(zhǔn)定位加工叉桿腳兩端面和孔，實現(xiàn)了設(shè)計基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)的重合，即遵循了“基準(zhǔn)重合”原則選定粗基準(zhǔn)： 據(jù)粗基準(zhǔn)的選用原則，應(yīng)該選擇和加工表面有位置精度要求的不加工表面作為粗基準(zhǔn)，所以，現(xiàn)選擇孔的不加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)，這樣用外圓面

8、定位加工內(nèi)孔可保證孔的壁厚均勻。2. 確定各加工面和加工方法加工表面尺寸及偏差/mm 尺寸精度等級粗糙度Ra/m加工方案上下端面36IT1312.5粗銑內(nèi)圓面IT106.3鉆-擴叉桿腳上下端面R35IT96.3粗銑-精銑叉桿腳內(nèi)圓面IT1312.5粗鏜上下端面IT1312.5粗銑內(nèi)圓孔IT83.2鉆-擴-鉸M8螺紋孔無無無鉆-攻絲3. 確定工序集中與分散選用工序集中原則安排叉桿的加工工序。該叉桿的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，可以采用萬能型機床配以專用夾具，以提高效率；而運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，但不可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面的相對位置精度。4.

9、 加工順序的安排遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，首先加工精基準(zhǔn)-叉桿頭下端面和叉軸孔 mm；遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原則，先加工主要表面-叉軸孔 mm和叉桿頭下端面，后加工次要表面-叉桿腳兩端面和內(nèi)圓面；遵循“先面后孔”原則，先加工叉桿頭端面后加工叉軸孔mm；先銑操縱槽，再銑螺紋孔M8。則工序安排如下：工序10粗銑上下端面，以36外圓表面為粗基準(zhǔn)，采用X53立式銑床；工序20鉆-擴內(nèi)圓孔，保證其垂直度誤差，以孔下端面為精基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床；工序30 粗銑-半精銑以為半徑的孔的上下端面，保證其垂直度誤差，以內(nèi)圓孔為精基準(zhǔn)，采用X53立式銑床；工

10、序40 粗鏜以為半徑的孔，以內(nèi)圓孔為精基準(zhǔn)，采用Z525立式鏜床；工序50 擴孔的下端面，得工藝孔，以內(nèi)圓孔為精基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床；工序60 鉆-擴-鉸內(nèi)圓孔，使孔的精度達到8級，并保證其垂直度誤差，以內(nèi)圓孔為精基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床；工序70 鉆一個M6的孔，攻M8x1.25內(nèi)螺紋，以內(nèi)圓孔為精基準(zhǔn)，采用Z525立式鉆床；工序80 車各倒角和圓角；工序90去毛刺；工序100清洗及終檢。四 選擇各工序所采用的設(shè)備叉桿生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，可以選用高效的專用設(shè)備和組合機床，也可選用通用設(shè)備，所選夾具均為專用夾具。各工序加工設(shè)備及工藝裝備的選用如下表： 加工設(shè)備及工藝裝備工序號工序內(nèi)容加工

11、設(shè)備工藝裝備10粗銑上下端面X53立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標(biāo)卡尺20鉆-擴內(nèi)圓孔Z525立式鉆床麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī)30粗銑-精銑以為半徑的孔的上下端面X53立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標(biāo)卡尺40粗鏜以為半徑的孔Z525立式鏜床卡尺、塞規(guī)50粗銑孔的下端面， X53立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標(biāo)卡尺60鉆-擴-鉸內(nèi)圓孔Z525立式鉆床麻花鉆，高速鋼絞刀，專用夾具和的標(biāo)準(zhǔn)芯棒70鉆、攻M8螺紋孔Z525立式鉆床麻花鉆，絲錐，專用夾具、萬能量角器、M8螺釘。80去毛刺鉗工臺平挫90清洗、涂防銹漆清洗機100終檢塞規(guī)、百分表、卡尺等五 確定加工余量、工序尺寸及公差工序:0粗銑上下端面

12、，查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計表2.63得：每邊留下2.5mm的余量。工序202鉆-擴內(nèi)圓孔，使孔的精度達到8級，查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計表2.54得:先在鑄好的孔1218，1819.8，19.820工序30粗銑-精銑以為半徑的孔的上下端面，查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計表2.64得：粗銑余量為2mm，精銑余量為0.5mm。工序40 粗鏜以為半徑的孔，查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計表2.55得：由鑄好的R20的孔鏜至R23。工序50 粗銑孔的下端面的工藝孔20，查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計得：1020深度為2mm。工序60 鉆-擴-鉸內(nèi)圓孔，查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計表2.53得：08，89.8，9.810。工序70 鉆一個M

13、6的孔，攻M8x1.25內(nèi)螺紋，查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計表2.66得： 06。工序80 車各倒角和圓角；工序90去毛刺；工序100清洗及終檢最終計算得到工序尺寸：加工面最終尺寸公差/粗糙度單邊余量工序尺寸毛坯尺寸孔上下端面無，Ra12.52.5404545孔無，Ra6.30.21.862019.819.81818120孔上下端面無，Ra6.30.521213131717孔，Ra12.53464040孔，Ra3.20.21.88109.89.88800孔上下端面無，Ra12.510，深2201010M8x1.25（螺紋）無，無26M86600六 切削用量和時間定額的計算1. 確定一個工序的切削用量

14、工序60：鉆、擴、鉸10孔1鉆孔工步：鉆床：Z525立式鉆床鉆頭：選用直柄麻花鉆，鉆頭直徑9.8mm，l=89mm，l1=40mm。( 1 )背吃刀量的確定 取 ap=4.9mm.(2)進給量的確定 查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書表5-21 f=0.20mm/r。(3)切削速度的計算 由表5-21 切削速度選取為20m/min，由公式，求得該工序鉆頭轉(zhuǎn)速，參照Z252型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=680r/min, 再將此轉(zhuǎn)速代入公式,可求出該工序的實際鉆削速度為2.擴孔工步：鉆床：Z525立式鉆床鉸刀：直柄機用鉸刀 d=9.96，L=133mm l=38mm（1）背吃刀量確定 取ap=0.0

15、8mm.（2）進給量的確定 查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書表f=0.8mm/r.（3）切削速度的計算 由課程設(shè)計指導(dǎo)教程表5-27切削速度選取為v=14.1m/min, 由公式，求得該工序轉(zhuǎn)速,參照Z252型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=545r/min. 再將此轉(zhuǎn)速代入公式,可求出該工序的實際鉆削速度為。3.鉸孔工步：鉆床：Z525立式鉆床鉸刀：直柄機用鉸刀 d=10，L=133mm l=38mm（1）背吃刀量確定 取ap=0.02mm.（2）進給量的確定 查機械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書表f=0.3mm/r.（3）切削速度的計算 由課程設(shè)計指導(dǎo)教程表5-26切削速度選取為v=8m/min, 由公

16、式，求得該工序轉(zhuǎn)速,參照Z252型立式鉆床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=272r/min. 再將此轉(zhuǎn)速代入公式,可求出該工序的實際鉆削速度為。2. 計算一個工序的單位工時工序60：鉆、擴、鉸10孔1鉆孔工步：根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)教程表5-41，鉆孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得： l=36mm; l2=0mm; l1=D/2*cot kr+(12)=3.904mm; f=0.20mm/r;n=680mm/r.。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間：tj=(36mm+3.904mm) /(0.20mm/min * 680r/min)= 0.29min=17.4s。2粗

17、鉸工步根據(jù)表5-41，鉸圓柱孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l2、l1由課程設(shè)計指導(dǎo)教程表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.8mm/r; n=545r/min.。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間：tj=(36mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*545r/min)=0.34min=0.11min=6.6s。3.精鉸工步同上，根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)教程表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l2、l

18、1由課程設(shè)計指導(dǎo)教程表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02查得l1=0.37mm; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.3 mm/r; n=272 r/min.。將上述結(jié)果代入公式，則該工序的基本時間：tj=(36mm+0.37mm+13mm)/(0.3mm/min*272r/min)=0.605min=36.3s。則此工序的單件時間為 七 指定工序?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計根據(jù)變速箱叉桿加工工序70的加工質(zhì)量和生產(chǎn)類型的要求，鉆、攻M8螺紋孔需要設(shè)計專用夾具。加工機床為立式鉆床Z525和M8的粗牙普通螺紋絲錐。零件在本工序的加工要求下分析叉桿加工工序70為

19、鉆M8螺紋孔和攻M8螺紋孔，零件在本工序的加工要求分析如下： M8螺紋孔中心線與圓和兩圓心構(gòu)成連心線成夾角。 M8螺紋孔中心線距定位基準(zhǔn)面叉桿頭下表面20。本工序前，與兩圓心相距103.2。本工序可以在Z525立式式鉆床上加工。確定工件定位方案，設(shè)計定位裝置本工序加工M8螺紋孔，M8螺紋孔中心線與圓和兩圓心構(gòu)成連心線成夾角，中心線距定位基準(zhǔn)面叉桿頭下表面20，且位于與構(gòu)成的圓柱筒上，因為孔與圓弧的兩圓心相距103.2，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求，確定如下定位方案：采用一面兩孔定位方式，定位基準(zhǔn)面為叉桿頭下表面，兩定位基準(zhǔn)孔分別為和。 定位元件采用帶肩長定位銷和削邊銷定位，長定位銷與工件定位孔

20、配合，限制其四個自由度，其軸肩小環(huán)面與工件定位端面接觸，削邊銷與工件叉口接觸限制起一個自由度，實現(xiàn)工件完全定位。對于M8螺紋孔與兩定位孔連心線的夾角，由定位元件在夾具中的位置上保證。由上序分析可知，該定位方案合理、可行。確定工件的夾緊方案，設(shè)計夾緊裝置軸套的軸向剛度比徑向剛度好，因此夾緊力應(yīng)指向限位臺階面，即基準(zhǔn)面叉桿頭下表面。針對批量生產(chǎn)的工藝特征，此夾具選用偏心螺旋壓板夾緊機構(gòu)，為了夾緊的穩(wěn)定性，設(shè)置軸承套于凸臺下表面。確定導(dǎo)向方案，設(shè)計導(dǎo)向裝置為了能迅速、準(zhǔn)確的確定刀具與夾具的相對位置，鉆夾具上都應(yīng)設(shè)置引導(dǎo)刀具的元件鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，鉆模板與夾具連接，鉆套與工件之間留有排屑空

21、間。本工序要求對被加工孔依次進行鉆、攻等2個工步的加工，最終達到工序圖上規(guī)定的加工要求，故選用快換鉆套作為刀具的導(dǎo)向元件。鉆套高度H=（2.53.5）d,排屑空間h=（0.71.5）d，取H=3d=3x8=24，排屑空間h=d=8.切削力及夾緊力的計算夾緊機構(gòu)應(yīng)保證工件夾緊可靠安全不破壞工件的定位及夾壓表面的精度和粗糙度。在設(shè)計夾緊裝置時必須合理選擇夾緊力的方向和作用點，必要時還應(yīng)進行夾緊力的估算。刀具：6的麻花鉆，7.95鉸刀。在這里切削力和夾緊力的計算通過機床夾具設(shè)計手冊軟件版進行分析計算鉆孔切削力：查機床夾具設(shè)計手冊，得鉆削力計算公式： 式中 F鉆削力f每轉(zhuǎn)進給量D麻花鉆直徑修正系數(shù)所以設(shè)計任務(wù)名稱：切削力計算設(shè)計任務(wù)編號：Rw1-1設(shè)計者：劉洋鉆削切削力計算類別：切削力Ff工件材料：灰鑄球墨刀具材料：硬質(zhì)合金加工方式：鉆公式：Ff=412*D(1.2)*f(0.75)*(Kp)