设计变速箱拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备文档格式.doc
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拨叉属轻型零件,该拨叉的生产类型为中批生产。
第2章确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1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冲击韧度,获得纤维组织,毛坯选用锻件。
该拨叉的轮廓尺寸不大,且生产类型属大批生产,为提高生产率和锻件精度,宜采用模锻方法制造毛坯。
毛坯的拔模斜度为5°
,模锻成型后切边,进行调质,调质硬度为241~285HBS,并进行酸洗、喷丸处理。
喷丸可以提高表面硬度,增加耐磨性,消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1.公差等级由拨叉的功用和技术要求,确定该零件的公差等级为普通级。
2.锻件重量
已知该拨叉经机械加工后的质量为4.5kg,机械加工前锻件毛坯的质量为6kg。
3.锻件形状复杂系数对拨叉零件图进行分析计算,可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度,即=158mm,=120mm,=86mm;
该拨叉锻件的形状复杂系数为
=6kg/(158mm×
120mm×
86mm×
7.8×
10-6kg/mm3)≈6/12.7≈0.47
由于0.47介于0.32和0.63之间,故该拨叉的形状复杂系数属S2级,即该锻件的复杂程度为一般。
4.锻件材质系数由于该拨叉材料为35钢,是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢,故该锻件的材质系数属M1级。
5.锻件分模线形状根据该拨叉件的形位特点,选择零件高度方向通过螺纹孔轴心的平面为分模面,属平直分模线。
6.零件表面粗糙度由零件图可知,该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm。
根据上述诸因素,可查《机械制造设计基础课程设计》表2.13确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量,所得结果列于表2.1中。
2.3绘制拨叉锻造毛坯简图
由表2.1所得结果,绘制毛坯简图2.3所示
图2.3拨叉锻造毛坯简图
第3节拟定拨叉工艺路线
3.1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
根据拨叉零件的技术要求和装配要求,选择拨叉的设计基准叉头左端面、叉轴孔mm和叉脚内孔表面作为精基准,符合“基准重合”原则;
同时,零件上的很多表面都可以采用该组表面作为精基准,又遵循了“基准统一”原则。
叉轴孔mm的轴线是设计基准,选用其做精基准定位加工拨叉脚两端面和锁销孔mm,有利于保证被加工表面的垂直度要求。
选用拨叉头左端面做为精基准同样是服从了“基准重合”的原则,因为该拨叉在轴向方向上的尺寸多以该断面做设计基准另外,由于拨叉件刚性较差,受力易产生弯曲变形,为了避免在机械加工中产生夹紧变形,选用拨叉头左端面作精基准,夹紧力可作用在拨叉头的右端面上,夹紧稳定可靠。
2.粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整,没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。
本例选择变束叉轴孔mm的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。
采用mm外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀;
采用拨叉头右端面作粗基准加工左端面,接着以左端面为基准加工右端面,可以为后续工序准备好精基准。
3.2各表面加工方案的确定
工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局,包括:
确定加工方法,划分加工阶段,决定工序的集中与分散,加工顺序的安排,以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。
它不但影响加工的质量和效率,而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。
因此,拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步,必须在充分调查研究的基础上,提出工艺方案,并加以分析比较,最终确定一个最经济合理的方案。
根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,查找《机械制造设计基础课程设计指导教程》表1—10孔加工法案的经济精度和表面粗糙度;
查找《机械制造设计基础课程设计指导教程》表1—11平面加工法案的经济精度和表面粗糙度,确定拨叉零件各表面的加工方案。
3.3加工阶段的划分
在选定拨叉各表面加工方法后,就需进一步确定这些加工方法在工艺路线中的位置及顺序。
该拨叉加工质量、精度要求较高,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,保证其他加工表面的精度要求;
然后对拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、槽内侧面和底面的加工也都放在粗加工阶段进行。
在半精加工阶段,完成拨叉脚两端面的精铣加工和销轴孔的的钻、铰加工;
在精加工阶段,进行拨叉脚两端面的磨削加工。
3.4工序的集中与分散
选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。
该拨叉的生产类型为中批生产,可以采用万能、通用机床配以专用夹具加工,以提高生产率;
另一方面,运用工序集中原则使工件的装夹次数少,不但可缩短辅助时间,而且由于在一次装夹中加工了许多表面,有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
3.5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——拨叉头左端面和变速叉轴孔mm;
2)遵循“先粗后精”原则,对于各表面,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——拨叉头左端面和叉轴孔mm和拨叉脚两端面,后加工次要表面——槽底面和内侧面;
4)遵循“先面后孔”原则,先加工拨叉头端面,再加工叉轴孔mm孔;
先铣槽,再加工钻销轴孔。
由此初拟拨叉机械加工工序安排如表所示。
拨叉机械加工工序安排
工序号
工序内容
简要说明
10
粗铣拨叉头两端面
“先基准后其他”
20
半精铣拨叉头左端面(主要表面)
“先基准后其他”、“先面后孔”、“先主后次”
30
扩、铰φ30孔(主要表面)
“先面后孔”、“先主后次”
40
粗铣拨叉脚两端面(主要表面)
“先粗后精”
50
铣槽(次要表面)
“先面后孔”
60
钻销轴孔φ8孔(次要表面)
“先面后孔”(精加工开始)
70
半精铣拔叉头右端面
80
半精铣拨叉脚两端面
90
磨削拨叉脚两端面
2.热处理工序
叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火,淬火硬度大于47HRC,有利于提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。
在上表中工序80和工序90之间增加热处理工序,即:
拨叉脚两端面局部淬火。
3.辅助工序
粗加工拨叉脚两端面和热处理后,应安排校直工序;
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、清洗和终检工序。
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。
3.6机床设备及工艺装备的选用
1.机床设备的选用
在中批生产条件下,可以选用通用万能设备和数控机床设备。
本例各工序所选机床设备详见下表。
2.工艺装备的选用
工艺装备主要包括刀具、夹具、量检具和辅具等。
本例个工序选用刀具、量具详见下表。
夹具均采用专用机床夹具。
3.7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,拟定拨叉的工艺路线如下表所示。
拨叉工艺路线及设备、工装的选用
工序内容
机床设备
刀具
量具
1
立式铣床X51
面铣刀φ100
游标卡尺
2
半精铣拨叉头左端面
面铣刀φ100
3
粗铣拨叉脚两端面
卧式铣床X62
三面刃铣刀φ200
4
精铣拨叉脚两端面
5
钻、倒角、粗铰、精铰φ8mm孔
立式铣床Z525
复合钻头、铰刀
卡尺、塞规
6
清洗
清洗机
7
终检
塞规、百分表、卡尺等
第四节确定加工余量和工序尺寸
作为示例,下面介绍第1、2、3、4、5五道工序的加工余量和工序尺寸的确定方法。
一、工序1和工序2———加工拨叉头两端面至设计尺寸
(一)工序加工过程
第1道工序的加工过程为:
1)以右端面B定位,粗铣左端面A,保证工序尺寸P1。
2)以左端面定位,粗铣右端面,保证工序尺寸P2。
第2道工序的加工过程为:
以右端面定位,半精铣左端面,保证工序尺寸P3,达到零件设计尺寸T的要求,。
(二)查找工序尺寸链,画出加工过程示意图
查找出全部工艺尺寸链,如图所示。
加工过程示意图如图所示。
(三)求解各工序尺寸及公差
(1)确定工序尺寸P3从图a知,P3=D=
图1-4第1、2道工序加工过程示意图
(2)确定工序尺寸P2从图bP2=P3+Z3,其中Z3为半精铣余量,按表2—25确定Z3=1mm,则P2=(80+1)=81mm。
由于工序尺寸T2是在粗铣加工中保证的,故查表1—8知,粗铣工序的经济加工精度为IT9~13,因此确定该工序尺寸公差为IT12,其公差值为0.35mm,工序尺寸按入体原则标注,由此可初定工序尺寸P2=。
图1-5第1、2道工序工艺尺寸链图
(3)确定工序尺寸P1从图c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面的毛坯机械加工总余量,即Z2=2mm,则P1=(81+2)mm=83mm。
查表1—8确定该粗铣工序的经济加工精度为IT13,其公差值为0.54mm,工序尺寸按入体原则标注,由此可初定工序尺寸P1=
(4)加工余量的校核。
为验证工序尺寸及公差确定的是否合理,还需对加工余量进行校核。
1)余量Z3的校核。
在图b所示尺寸链中Z3是封闭环,故
==[81+0-(80-0.3)]mm=1.3mm
==[81-0.35-(80+0)]mm=0.65mm
校核结果表明,余量的大小是合适的。
2)余量的校核。
在图b所示尺寸链中是封闭环,故
==[83+0-(8-0.35)]mm=2.35mm
==[83-0.54-(81+0)]mm=1.46mm
余量校核结果表明,所确定的工序尺寸公差是合理的。
经上述分析计算,可确定各工序尺寸分别为=,=,=。
二、工序3——粗铣拨叉脚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、2两道工序的加工过程为:
1)以左端面A定位,粗铣右端面B,保证工序尺寸
2)以右端面定位,粗铣左端面,保证工序尺寸
A
B
P2
P1
P0
Z1
Z2
图1-5-3图1-5-4
由图1-5-3所示加工方案,可找出全部工艺尺寸链,如图1-5-4所示。
求解各工序尺寸及公差的顺序如下:
1)查表取Z1=Z2=1.4mm
从图1-5-4可知,P0=mm;
P1=P0-Z1=23.6mm
P2=P1–Z2=22.2mm
因为P1P2都是粗铣加工中保证的
所以工序尺寸公差为IT12,其公差值为0.21mm
故P1=(23.60.105)mm
P2=(22.20.105)mm
2)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。
余量的校核
23.6+0.105—22.2+0.105=1.61mm
23.6-0.105—22.2—0.105=1.09mm
余量Z1的校核
25+1.7—23.6+0.015=3.205mm
25—0.5—23.6—0.105=0.795mm
所以P1=mm
P2=mm
三、工序4——精铣拨叉脚两端面至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的确定
1)以左端面A定位,精铣右端面B,保证工序尺寸
2)以右端面定位,精铣左端面,保证工序尺寸
求解各工序尺寸及公差的顺序如下:
1)查表取Z3=Z4=1mm
从图1-5-2可知,P2=mm;
P3=P2–Z3=21.2mm
P4=P3–Z4=20.2mm
因为P1P2都是精铣加工中保证的
所以工序尺寸公差为IT8,其公差值为0.039mm
21.2+0—20.2+0.039=1.039mm
21.2-0.039—22.2—0=0.961mm
22.2+0—21.2+0.039=1.039mm
22.2-0.21—21.2—0=0.790mm
P2=mm
四、工序5——钻、粗铰、精铰φ8mm孔
由表2-20查得,精铰余量=0.04mm;
粗铰余量=0.16mm;
钻孔余量=7.8,mm。
各工序尺寸按加工经济精度查表1-10可依次确定为,精铰孔为IT7;
粗铰孔为IT10;
钻孔为IT12。
查标准公差数值表2-30可确定各公布的公差值分别为:
精铰孔为0.015mm;
粗铰孔为0.058mm;
钻孔为0.15mm。
综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为:
精铰孔工序尺寸d==;
粗铰孔工序尺寸=;
钻孔工序尺寸=,它们的相互关系如下图所示:
图1-6钻-粗铰-精铰φ8mm孔加工示意图
第五节确定切削用量及时间定额
作为示例,下面分别确定第1、2、3、4、5工序的切削用量及时间定额。
一、确定切削用量
1.工序1——粗铣拨叉头两端面
工序1分两个工步,工步1是以B面定位,粗铣A面;
工步2是以A面定位,粗铣B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是一样的,只有背吃刀量不同。
(1)确定背吃刀量工步1的背吃刀量取为Zl,Z1等于A面的毛坯机械加工总余量(见表6-2)减去工序2的余量Z3,即=Z1=2.5mm-1mm=1.5mm;
而工步2的背吃刀量取为Z2,故=Z2=2mm。
(2)确定进给量查表5-7,,按机床功率为5~10kW及工件材料、刀具材料选取,该工序的每齿进给量取为0.13mm/z.
(3)计算铣削速度查表5-12,按、的条件选取,铣削速度v=135m/min。
由式(5-1):
n=1000v/()可求得该工序铣刀转速n=,参照表4-16立式铣床X51的主轴转速,取转速=490r/min。
再将此转速代入式(5-1),可求出该工序的实际铣削速度
(m/min)
2.工序2——半精铣拨叉头左端面A
(1)确定背吃刀量取=1mm。
(2)确定进给量查表5-7,,半精铣取小值,取=0.09mm/z。
(3)计算铣削速度查表5-12,按、的条件选取,铣削速度v=150m/min。
由n=1000v/()可求得铣刀转速n=,参照表4-16立式铣床X51的主轴转速,取转速/=490r/min。
3.工序3——粗铣拨叉脚两端面
该工序分两个工步,工步1是以B面定位,粗铣A面;
由于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、进给量、背吃刀量都是相同的。
(1)背吃刀量的确定=1.4mm
(2)进给量的确定由表5-19,按机床功率为5~10KW、工件-夹具系统刚度为中等条件选取,该工序的每齿进给量取为0.09mm/z。
(3)计算铣削速度由表5-20,按三面刃铣刀的条件选取,铣削速度可取为268m/min。
由公式(5-1)可求得该工序铣刀转速,,参照表4-18所列卧式X61铣床的主轴转速,取转速。
再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际铣削速度。
4.工序4——精铣拨叉脚两端面
(1)背吃刀量的确定=1mm
(2)进给量的确定由表5-7,按机床功率为5~10KW、工件-夹具系统刚度为中等条件选取,该工序的每齿进给量取为0.09mm/z。
(3)铣削速度的计算由表5-12,按三面刃铣刀,=0.09mm/z的条件选取,铣削速度可取为141m/min。
由公式(5-1)可求得该工序铣刀转速,,参照表4-16所列卧式X51铣床的主轴转速,取转速。
再将此转速代入公式(5-1),可求出该工序的实际铣削速度
5.工序5——钻、粗铰、精mm孔
(1)钻孔工步
1)确定背吃刀量:
=7.8/2mm=3.9mm
2)确定进给量:
查表5-22和表4-10,取该工步的每转进给量f=0.17mm/r。
3)计算切削速度:
查表5-22,取切削速度V=20m/min。
由式(5-1)可求得该工序钻头转速(r/min),参照表4-9立式钻床Z525的主轴转速,取转速=490r/min。
再将此转速代入式(5-1),可求出该工序的实际钻削速度(m/min)
(2)粗铰工步
=0.16/2mm=0.08mm
查表5-32和表4-10,取该工步的每转进给量f=0.22mm/r。
查表5-32,取切削速度V=10m/min。
由式(5-1)可求得该工序铰刀转速(r/min),参照表4-9立式钻床Z525的主轴转速,取转速=392r/min。
再将此转速代入式(5-1),可求出该工序的实际切削速度(m/min)
(3)精铰工步
=0.04/2mm=0.02mm
查表5-32和表4-10,取该工步的每转进给量f=0.17mm/r。
查表5-32,取切削速度V=7m/min。
由式(5-1)可求得该工序铰刀转速(r/min),参照表4-9立式钻床Z525的主轴转速,取转速=272r/min。
二、时间定额的计算
作为示例,下面给出工序1、2和9的时间定额的计算方法。
1.基本时间的计算
(1)工序1——粗铣拨叉头两端面根据表5-47中面铣刀铣平面(对称铣削、主偏角=90)的基本时间计算公式可求出该工序的基本时间。
由于该工序包括两个工步,即两个工件同时加工(详见表6-6中工序简图),故式中mm,取=1mm,mm,
则
=n=zn=0.135380mm/min=247mm/min。
则该工序的基本时间min=29.4s。
(2)工序2——精铣拨叉头左端面A根据表5-47中面铣刀铣平面(对称铣削、主偏角=90)的基本时间计算公式可求出该工序的基本时间。
式中55mm,9.25mm,取=1mm,
=n=zn=0.095490mm/min=220.5mm/min。
将上述结果代入公式,
则该工序的基本时间min=18s。
(3)工序3——粗铣拨叉脚两端面根据表5-47中面铣刀铣平面(对称铣削、主偏角)的基本时间计算公式可求出该工序的基本时间。
由于该工序包括两个工步,即两个工件同时加工,故式中l=2×
120mm=240mm;
;
将上述结果代入公式,则该工序的基本时间
(4)工序4——精铣拨叉脚两端面根据表5-47中面铣刀铣平面(对称铣削、主偏角)的基本时间计算公式可求出该工序的基本时间。
由于该工序包括两个工步,即两个工件同时加工,故式中;
(5)工序5——粗铣拨叉脚两端面根据表5-47中面铣刀铣平面(对称铣削、主偏角)的基本时间计算公式可求出该工序的基本时间。
2.辅助时间的计算
根据第五章第二节所述,辅助时间与基本时间之间的关系为=(0.15~0.2),取=0.15则各工序的辅助时间分别为:
工序1的辅助时间:
=0.15×
29.4s=4.41s;
工序2的辅助时间:
18s=2.70s;
工序5钻孔工步的辅助时间:
9.6s=1.44s;
工序5粗铰工步的辅助时间:
24.6s=3.69s;
工序5精铰工
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