天津大學(xué)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書

年4月19日天津大學(xué)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化年級班級組別小組成員指導(dǎo)教師10月10日

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書題目撥叉的加工工藝制定及其夾具的設(shè)計組長年級/班級/組別組員課程設(shè)計的任務(wù)：如下圖所示撥叉零件，材料為QT400，毛坯為精鑄件，試制定零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及設(shè)計加工撥叉腳內(nèi)表面的夾具。1.設(shè)計內(nèi)容與要求(1)設(shè)計參數(shù)零件號d1d2D1R1R2BCH-2Φ32Φ12Φ20H7R22R32H1H2L1L2L3螺紋孔207210H11835M5(2)任務(wù)要求1)編寫一張機(jī)械加工工藝過程卡和三張工序卡2)設(shè)計一個加工撥叉腳內(nèi)表面的夾具3)編寫機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書和組內(nèi)成員個人總結(jié)報告。2.提交內(nèi)容1)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書；2)組內(nèi)成員個人總結(jié)報告。3.時間范圍9月29日～10月17日。4.具體實施1)組長負(fù)責(zé)制，小組成員協(xié)同工作、合作學(xué)習(xí)，共同完成設(shè)計任務(wù)；2)分階段集中授課；3)每周例會，討論與答疑；4)最后提交報告，進(jìn)行答辯。目錄第一章零件分析1.1零件的作用……………….11.2零件的工藝分析………….11.3確定零件生產(chǎn)類型…….1第二章確定毛坯類型繪制毛坯簡圖2.1選擇毛坯………………….22.2確定毛坯尺寸公差和機(jī)加工余量……….22.3繪制撥叉毛坯簡圖……….3第三章工藝規(guī)程設(shè)計3.1定位基準(zhǔn)的選擇………….43.2擬定工藝路線…………….43.3工序尺寸及公差確定…….63.3切削用量的確定………….7第四章機(jī)床夾具設(shè)計4.1定位及加緊機(jī)構(gòu)設(shè)計…….84.2切削力及夾緊力計算…….114.3夾緊元件的強(qiáng)度校核…….134.4定位誤差分析…………….14參考文獻(xiàn)……………18附錄…………….19第一章零件分析1.1零件的作用題目所給的零件是撥叉。它位于變速機(jī)構(gòu)中，主要起換檔、使主軸回轉(zhuǎn)運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ20H7孔與操縱機(jī)構(gòu)相連，并用螺釘經(jīng)M5孔與變速叉軸連接。撥叉腳則夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中。當(dāng)需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機(jī)構(gòu)就經(jīng)過撥叉頭部的操縱槽帶動撥叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，經(jīng)過連接裝置改換檔位，實現(xiàn)變速。1.2零件的工藝分析零件的材料為QT400，球墨鑄鐵是經(jīng)過球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。該撥叉零件叉軸孔Φ20H7mm的軸線是撥叉腳兩端面和螺紋孔M5的設(shè)計基準(zhǔn)，撥叉頭左端面是撥叉軸向方向上尺寸設(shè)計基準(zhǔn)。選用叉軸孔Φ20H7mm的軸線和撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)。選用叉軸孔Φ20H7mm的軸線和撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)定位加工撥叉腳兩端面和螺紋孔M5,實現(xiàn)了設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合，保證了被加工表面的垂直度要求。另外，由于撥叉件剛性較差，受力易發(fā)生彎曲變形，選用撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)，夾緊力作用在插頭的右端面上，能夠避免在機(jī)械加工中產(chǎn)生夾緊變形，夾緊穩(wěn)定可靠。由于有5mm的尺寸要求，因此選擇撥叉腳左端面作為粗基準(zhǔn)。采用Φ32mm的外圓面定位加工內(nèi)孔尅保證孔的壁厚均勻；采用撥叉腳左端面作為粗基準(zhǔn)加工左端面，能夠為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。該撥叉的加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段分為粗加工、半精加工和精加工幾個階段。在粗加工階段，首先用車床將精基準(zhǔn)（撥叉頭左端面和叉軸孔）準(zhǔn)備好，因為車床能夠一次性將兩個精基準(zhǔn)都加工出來，從而提高了精度，也為使后續(xù)工序都采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其它加工表面的精度要求；由于精度要求不高，故而粗銑，半精銑撥叉腳左右端面、撥叉腳內(nèi)表面、螺紋孔端面，最后完成M5螺紋孔的加工，這也體現(xiàn)了工序集中的原則。1.3確定零件生產(chǎn)類型由零件圖示的生產(chǎn)批量200件可知，該零件為單件小批量生產(chǎn)。第二章確定毛坯類型繪制毛坯簡圖2.1選擇毛坯該撥叉的尺寸不大，且生產(chǎn)類型為單間小批量，為提高生產(chǎn)效率和毛坯精度，宜采用手工砂型鑄造。毛坯的材料為QT400。2.2確定毛坯尺寸公差和機(jī)加工余量表2-2小批量生產(chǎn)毛坯鑄件公差等級造型材料公差等級灰鑄鐵球墨鑄鐵粘土砂13-1513-15化學(xué)粘接劑砂11-1311-13 由表可知，選擇11級公差表2-3小批量生產(chǎn)毛坯鑄件公差等級/mm毛坯鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級CT大于至11102.810163.016253.225403.6表2-5毛坯鑄件典型機(jī)械加工余量等級方法要求的機(jī)械加工余量等級鑄件材料鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵手工砂型G-KF-HF-HF-H機(jī)器造型砂型F-HE-GE-GE-G金屬型鑄造-D-FD-FD-F由表可知，選擇H級機(jī)加工余量表2-4鑄件F-H級機(jī)械加工余量/mm最大尺寸要求的機(jī)械加工余量等級大于至FGH400.50.50.740630.50.716310011.421001601.52.23由于撥叉零件最大尺寸H+H=72+20=92mm，故而選擇機(jī)加工余量2mm。由零件圖上的基本尺寸，以及毛坯的制造方式，查表2-2，2-3，2-4，2-5能夠確定該鑄件的尺寸公差和機(jī)械加工余量如下表2-6所示表2-6/mm加工表面零件尺寸機(jī)械加工余量毛坯公差毛坯尺寸撥叉頭左右端面35兩端面各22±0.6539±1.8撥叉腳內(nèi)表面R2222±0.7R20±1.6撥叉腳兩端面10兩端面各22±0.5514±1.5螺紋孔端面2022±0.622±1.62.3繪制撥叉毛坯簡圖第三章工藝規(guī)程設(shè)計3.1定位基準(zhǔn)的選擇3.11精基準(zhǔn)的選擇撥叉軸孔Φ20mm的軸線是撥叉腳兩端面和螺紋孔M5的設(shè)計基準(zhǔn)，撥叉頭左端面是撥叉軸向方向上尺寸設(shè)計基準(zhǔn)。選用叉軸孔Φ20mm的軸線和撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)定位加工撥叉腳兩端面和螺紋孔M5,實現(xiàn)了設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合，保證了被加工表面的垂直度要求。另外，由于撥叉件剛性較差，受力易發(fā)生彎曲變形，選用撥叉頭左端面作為精基準(zhǔn)，夾緊力作用在插頭的右端面上，能夠避免在機(jī)械加工中產(chǎn)生夾緊變形，夾緊穩(wěn)定可靠。3.12粗基準(zhǔn)的選擇由于精基準(zhǔn)撥叉頭左端面與撥叉腳左端面有尺寸5mm要求，故而使撥叉腳左端面為粗基準(zhǔn)加工加工精基準(zhǔn)，為后續(xù)加工做好準(zhǔn)備。3.2擬定工藝路線3.21表面加工方法確由各個加工表面的尺寸精度以及表面粗糙度，查表得加工表面尺寸及偏差尺寸精度等級表面粗糙度/μm加工方案撥叉腳兩端面10H11IT113.2粗銑-半精銑撥叉腳內(nèi)表面R22IT123.2粗銑-半精銑螺紋孔端面20--粗銑螺紋孔M5--鉆-絲錐攻內(nèi)螺紋撥叉頭兩端面35-3.2粗車-半精車撥叉頭孔Φ20H7IT71.6鉆-擴(kuò)-鉸3.22工序的分散與集中由于是單件小批量生產(chǎn)，故而工序應(yīng)該盡量集中，因此能夠采用機(jī)床配以不同工具、夾具，以提高生產(chǎn)效率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數(shù)少，不斷可縮短輔助時間，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之間的相對位置精度要求。故而在加工精基準(zhǔn)時，采用車床一次性加工出，撥叉頭左端面及撥叉孔。再經(jīng)過銑床和鉆床加工其它表面。3.23工序順序的安排遵循“先基準(zhǔn)后其它”原則，首先加工精基準(zhǔn)-撥叉頭左端面和撥叉軸孔Φ20H7mm；遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排半精加工工序；遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——撥叉頭左端和撥叉軸孔Φ20H7mm，再銑撥叉其它表面；遵循“先面后孔”原則，先銑螺紋孔端面，再鉆削M5螺紋孔；先加工撥叉頭端面，再加工撥叉軸孔Φ20H7mm。由此初擬撥叉機(jī)械加工工序安排，見下表工序號工序內(nèi)容簡要說明10粗車，半精車撥叉頭左端面；鉆、擴(kuò)、鉸撥叉孔先基準(zhǔn)后其它，先主后次20粗車，半精車撥叉頭右端面先主后次30粗銑，半精銑撥叉腳左端面先主后次40粗銑，半精銑撥叉腳左端面先主后次50粗銑，半精銑撥螺紋孔凸臺先面后孔60粗車，半精車撥叉腳內(nèi)表面先主后次70鉆螺紋孔，攻絲M5先面后孔3.24確定工藝路線綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，擬定撥叉機(jī)械加工工藝路線，如下表工序號工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)手工砂型鑄造時效消除內(nèi)應(yīng)力涂底漆防止生銹10粗車，半精車撥叉頭左端面，并加工孔撥叉腳左端面20粗車，半精車撥叉頭右端面左端面、Φ20mm孔軸線30校正撥叉腳左端面、Φ20mm孔軸線40粗銑，半精銑撥叉腳左端面左端面、Φ20mm孔軸線50粗銑，半精銑撥叉腳右端面左端面、Φ20mm孔軸線60粗銑螺紋孔凸臺左端面、Φ20mm孔軸線70粗車，半精車撥叉腳內(nèi)表面左端面、Φ20mm孔軸線80鉆螺紋孔左端面、Φ20mm孔軸線90絲錐攻內(nèi)螺紋左端面、Φ20mm孔軸線100去毛刺110中檢120校正撥叉腳130清洗140終檢3.3工序尺寸及公差確定3.31工序10粗車，半精車左端面及鉆、擴(kuò)、鉸Φ20孔（1）查表2-14得半精車加工余量為Z2=0.6mm，因此粗加工余量為Z1=2-0.6=1.4mm又由于撥叉腳端面余量為2mm，因此其工序尺寸為L2=5-2=3mmL1=3+0.6=3.6mm（2）查表2-20得基孔制7級孔的加工余量，由于空的尺寸為Φ20，因此Z1=18mm(鉆)Z2=1.8mm（擴(kuò)）Z3=0.2mm（鉸）工序尺寸為D1=Φ18mm（IT12）D2=Φ19.8mm(IT10)D3=Φ20mm(IT7)3.32工序70粗車，半精車撥叉腳內(nèi)表面（1）查表2-11得半精車外圓面加工余量為Z2=0.65mm，因此粗加工余量Z1=2-0.65=1.35mm故其工序尺寸為L1=21.35mmL2=22mm3.33工序80鉆孔，攻絲M5螺紋孔（1）查表2-29得公司前鉆孔直徑為Φ4.2mm工序尺寸為D1=Φ4.2mmD2=M5距離撥叉頭左端面L1=14±0.1mm3.4切削用量的確定3.41工序10本工序分為5個工步，分別為粗車撥叉頭左端面，半精車撥叉頭左端面，鉆撥叉孔，擴(kuò)撥叉孔，鉸撥叉孔。參見表4-2，5-1，5-22，5-25可得工步1粗車端面背吃刀量a取為Z1=1.4mm；進(jìn)給量=0.4mm/r取ν1=12m/minn==r/min=119.36r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=125r/min）因此實際==12.6m/min工步2半精車端面背吃刀量a取為Z2=0.6mm；進(jìn)給量=0.2mm/r取ν2=18m/minn==r/min=179.05r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=180r/min）因此實際==18.1m/min工步3鉆孔背吃刀量a取為Z/2=9mm；進(jìn)給量=0.17mm/r取ν3=20m/minn==r/min=353.7r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=350r/min）因此實際==19.8m/min工步4擴(kuò)孔背吃刀量a取為Z/2=0.9mm；進(jìn)給量=1mm/r取ν4=20.5m/minn==r/min=329.5r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=350r/min）因此實際==21.7m/min工步5鉸孔背吃刀量a取為Z/2=0.1mm；進(jìn)給量=0.15mm/r取ν5=8m/minn==r/min=127.3r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=125r/min）因此實際==7.85m/min3.42工序70本工序分為2個工步，分別為粗車撥叉腳內(nèi)表面，半精車撥叉腳內(nèi)表面。參見表4-2，5-1可得工步1粗車撥叉腳內(nèi)表面背吃刀量a取為Z1=1.35mm；進(jìn)給量=0.4mm/r取ν1=12m/minn==r/min=89.45r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=90r/min）因此實際==12.1m/min工步2半精車撥叉腳內(nèi)表面背吃刀量a取為Z2=0.65mm；進(jìn)給量=0.2mm/r取ν2=24m/minn==r/min=173.6r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=180r/min）因此實際==24.8m/min3.42工序70本工序分為2個工步，分別為鉆螺紋孔，絲錐攻內(nèi)螺紋參見表4-9，5-22可得工步1鉆孔背吃刀量a取為Z/2=2.1mm；進(jìn)給量=0.12mm/r取ν1=16m/minn==r/min=1212.6r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=1360r/min）因此實際==17.94m/min工步2絲錐攻內(nèi)螺紋背吃刀量a取為Z2=0.4mm；進(jìn)給量=0.8mm/r取ν2=6.8m/minn==r/min=432.9r/min（取標(biāo)準(zhǔn)n=392r/min）因此實際==6.16m/min第四章機(jī)床夾具設(shè)計4.1定位機(jī)構(gòu)設(shè)計4.11夾具要求本組任務(wù)為設(shè)計一個加工撥叉口圓弧內(nèi)表面的機(jī)床夾具。4.12自由度的限制要求分析零件，可知必須限制的自由度為5個（除了沿?fù)懿婵纵S線的移動自由度外其它所有自由度），故而最少應(yīng)五點定位，考慮到實際情況，采用6點定位為宜。4.13定位元件形式根據(jù)零件外形，易知采用長銷加一端面定位最為合適。又考慮到這種形式的定位由于端面和長銷會產(chǎn)生過定位。故而，采取在端面處加上一個球面墊圈，消除過定位。元件如下：經(jīng)過這個定位元件能夠限制5個自由度，仍需一個定位支撐釘限制其繞撥叉孔軸線轉(zhuǎn)動的自由度。元件如下：4.14夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)過定位元件上的螺栓結(jié)構(gòu)，能夠用螺母墊片產(chǎn)生的摩擦力來充當(dāng)夾緊力。4.2切削力及夾緊力4.21機(jī)床切削力計算由于選取車床作為加工機(jī)床，故根據(jù)文獻(xiàn)得下列切削力計算公式：切向力：F=Caf；（C=794）徑向力：F=Caf；（C=422）軸向力：F=Caf；（C=375）根據(jù)本報告書3.42可知粗車a=1.35mmf=0.4mm/r；故而：切向力：F=539.1N徑向力：F=278.1N軸向力：F=350.9N受力圖如下所示：（受力點簡化為粗車后尺寸R=21.35mm）4.22夾具夾緊力計算由圖可知F對工件有夾緊作用故不予考慮。那么該工件所受力既能夠簡化為①F與F平面的合力：F==606.6N；②F與F對撥叉孔軸線的轉(zhuǎn)矩：T=[L+R(1-cos)](Fcos+Fsin)+Rsin(Fcos-Fsin)；其中∈[-60°,60°]L=50.65mm經(jīng)過MATLAB求極值得當(dāng)=26.9°T=T=3.217x10N·mm；因此根據(jù)力系平衡原理得:F=F；T=T；其中F，T分別為夾具對工件的夾緊力和夾緊力矩；又因為夾緊機(jī)構(gòu)為螺母墊片,而且算上車床軸向切削力的夾緊作用因此：F=μ（2F+F）;其中μ為摩擦因數(shù)查表得鋼與鑄鐵之間取0.3，F(xiàn)為螺母對墊片產(chǎn)生的壓力；T=μF（+）；其中R1=16mm，r1=10.5mm為工件與球面墊圈接觸面大小半徑R2=12mm，r2=10mm為工件與螺母墊片接觸面大小半徑經(jīng)過代入數(shù)據(jù)計算可得：F=835.6N；F=4382.1N；因此螺母壓力取F=F=4382.1N4.3夾緊元件的強(qiáng)度校核4.31夾緊力元件受力分析由于夾緊元件選用的是普通螺栓結(jié)構(gòu)，那么所有夾緊力都由摩擦力提供，不存在手剪切力的情況。又因為車床軸向切削力方向并不作用在螺母上，故而螺栓也不受軸向載荷。因此夾緊元件螺栓的受力僅僅來自于為提供摩擦的預(yù)緊力F，又因為：F=F；4.32強(qiáng)度校核根據(jù)公式d因為螺栓材料選用Q235，因此=235Mpa[]==78.33Mpa（S取3）代入數(shù)據(jù)得：d9.6mm故而選取螺栓尺寸為M12，便符合強(qiáng)度要求。4.4定位誤差分析4.41定位尺寸分析分析零件圖可知，定位元件主要保證H=720.15mm（IT12）。而能夠引起H產(chǎn)生誤差便是兩部分：①：撥叉孔與定位元件的配合公差（）；②：撥叉口外圓弧面R=321.8mm的鑄造公差，導(dǎo)致H的變動。4.42定位誤差的計算定位誤差:=+又因為=T+T=0.021+0.013=0.034mm由于涉及到轉(zhuǎn)動，故而借助AutoCAD的繪圖功能，加上約束，便能夠輕松得到：=0.05mm因此=0.084mm=0.1mm故而定位誤差小于尺寸精度的1/3,因此此定位元件完全能夠滿足定位精度要求。參考文獻(xiàn)[1]鄒青，呼詠等．《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》[2]廖念釗，莫雨松等.《互換性與技術(shù)測量》[3]張世昌，李旦，高航等.《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》[4]徐鴻本等.《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》[5]張策等.《機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計》

附錄一：機(jī)械加工工藝過程卡和數(shù)控加工工序卡機(jī)械加工工藝過程卡機(jī)械加工工藝過程卡產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號零件材料編制審核撥叉QT400工序號工序內(nèi)容設(shè)備工藝裝備名稱及編號夾具刀具量具1粗車、半精車撥叉頭左端面，使撥叉頭左端面到撥叉腳左端面3mm，Ra為3.2μm，鉆擴(kuò)鉸?20孔C6132專用卡具高速鋼車刀高速鋼麻花鉆游標(biāo)卡尺卡尺、塞規(guī)2粗車、半精車撥叉頭右端面，使撥叉頭左右端面35mm，右端面Ra為3.2μmC6132專用卡具高速鋼車刀游標(biāo)卡尺3校正撥叉腳鉗工臺虎口鉗百分表4粗銑撥叉腳左端面，使撥叉頭左端面到撥叉腳左端面4.7mmX51專用卡具面銑刀游標(biāo)卡尺5粗銑撥叉腳右端面，使撥叉腳左右端面10.