机械制造课程设计

1第1章零件分析1.1零件作用分析由图可知，该零件为叉杆，它位于车床的变速机构中，主要起换档，使主轴运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的Ф20+0.0450的孔操纵机构相连接，尺寸为R23+0.250的孔则是用于和所控制齿轮的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两零件铸为一体，加工时分开。图1叉杆的零件图1.2零件工艺分析零件的材料为QT45-5的球墨铸铁，从《工程材料与成型技术基础》与《机2械零件手册》可查得：该类型的球墨铸铁最低抗拉强度σb为450kgf/mm²,最低屈服强度σ0.2为310kgf/mm²，伸长率δ为5%，布氏硬度160~210HBS。球墨铸铁在铸铁中力学性能最好，兼有灰铸铁的工业优点，抗拉强度可以和刚相当，塑性和韧性也有了很大的提高。球墨铸铁的焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁，但消震能力比灰铸铁低。可以制成承受很大冲击的零件。但审查叉杆的工艺性分析零件图可知，该叉杆形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。除了孔以外，其余表面能加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床等车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较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。为此以下是叉杆需要加工的表面以及加工表面之间的位置。表1-1技术要求加工面尺寸及偏差公差表面粗糙度形位公差Φ20mm孔20+0.0450mm0.0453.2µm叉口上下表面12-0.20-0.35mm0.153.2µm⊥0.15A叉口内圆面8mm12.5µmΦ10mm10+0.030mm0.031.6µm⊥0.1AΦ20孔上端面36mm6.3µm⊥0.05A由上面的分析可知：加工时应该先加工一组表面，然后以已加工表面为基准，再加工另外一组表面。1.3零件的生产类型有要求可知，该零件为小批生产。生产纲领为8000件/年。3第2章确定毛坯、画毛坯-零件合图2.1确定毛坯的种类机械加工中毛坯的种类很多，如铸件，锻件，型材，挤压件，冲压件和焊件等，同一种毛坯又有可能有不同的制造方法。最常用的是铸件和锻件。此次选用的毛坯材料是QT45-5球墨铸铁。已知该零件的生产类型为小批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段，工序适当集中，加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。考虑零件在机床运行过程中所受的冲击不大，零件结构又比较简单，故可采用机械造型中的金属模铸造，保证加工精度，也能满足毛坯的质量要求。2.2确定铸件的加工余量及形状铸件的公差等级为CT8~10级，加工余量MA等级为G。确定各加工表面的总余量和毛坯的主要尺寸（表2-1）表2-1根据机械制造工艺设计简明手册相关内容可查的加工余量如下表：加工代号基本尺寸加工余量等级加工余量说明D120H6孔降一级双侧加工D246H6孔降一级双侧加工T140H2.5单侧加工4T240H2.5单侧加工T312H2.5单侧加工T412H2.5单侧加工2.3绘制毛坯零件合图5第3章工艺规程设计3.1定位基准的选择基准面的选择包括精基准的选择和粗基准的选择，是零件工艺规程设计中重要的环节之一。基准面的选择如果正确合理，可以使零件的加工质量得到保证，生产效率得到很大的提高。如果不合理，加工工艺过程中就会出现这样那样的问题，甚至还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。1、粗基准的选择根据所学知识可知：对于一个零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面为粗基准。根据这个基准选择原则，现选择Φ20孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承Φ36的外轮廓表面，可以限制5个自由度，再以一个销钉限制最后一个自由度，达到完全定位后，即可进行铣削。2、精基准的选择考虑到要保证零件的加工精度和装夹的准确方便，应依据“基准重合”原则和“基准统一”原则。3.2制定工艺路线查《机械制造技术基础课程设计指导书》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序Ⅰ：粗铣Φ20孔的两个端面，以Φ36外圆表面为粗基准，选用X51立式铣床和专用夹具。工序Ⅱ：钻、扩、铰Φ20孔，使孔的精度达到8级，保证其垂直度误差，以Φ20孔的下端面为精基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。工序Ⅲ：半精铣Φ20孔的下端面，选用X51立式铣床和专用夹具。工序Ⅳ：粗铣-半精铣-精铣R23的孔的上、下端面。利用Φ20的孔定位，以内圆孔为基准，选用X51立式铣床和专用夹具。工序Ⅴ：粗铣-半精铣R23孔的内圆面。利用Φ20的孔定位，以两个面作为基准，选用X51立式铣床和专用夹具。工序Ⅵ：钻、粗铰、精铰Φ10孔，以Φ36外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。6工序Ⅶ：锪Φ10孔的上下端面，以Φ20内圆孔为精基准，选用X51立式铣床和专用夹具。工序Ⅷ：钻一个Φ6的孔，攻M8×1.25内螺纹，以Φ20内圆孔为精基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。工序Ⅸ：去毛刺。工序Ⅹ：终检。表3-1叉杆零件的加工方法加工面尺寸及偏差精度粗糙度加工方案Φ20+0.0450上端面Φ36无Ra12.5粗铣Φ20+0.0450下端面Φ36无Ra6.3粗铣-半精铣Φ20+0.0450内圆面Φ20+0.04508级Ra3.2钻-扩-铰R23+0.250上端面R35无Ra3.2粗铣-半精铣-精铣R23+0.250下端面R35无Ra3.2粗铣-半精铣-精铣R23+0.250内圆面R23+0.25012级Ra6.3粗铣-半精铣Φ10+0.030上端面Φ20无Ra12.5粗铣Φ10+0.030下端面Φ20无Ra12.5粗铣Φ10+0.030内圆孔Φ10+0.0308级Ra1.6钻-粗铰-精铰M8螺纹孔无无无钻-攻丝3.3选择加工设备及刀、夹、量具1、选择机床选择机床和工艺装备的总原则是根据生产类型与加工要求使所选择的机床及工艺装配既能保证加工质量，又经济合理。基于此原则该叉杆设计所选的机床如下：铣床、钻床（具体铣床类型及型号请看工艺卡片）。72、选择夹具：专用夹具3、选择量具本零件属于小批量生产一般采用通用量具。具体根据查表选择如下：Ⅰ、大端面工序尺寸中无高公差，查表知计量器具不确定度允许值为0.009mm，故选择分度值为0.01mm的游标卡尺，其不确定度值为0.006mm，可满足要求。Ⅱ、Φ20其上偏差为+0.045，下偏差为0，查表并根据有关公式计算得，计量器具不确定度允许值为0.0027mm，查表选择分度值为0.02mm的游标卡尺，其不确定度值可满足要求。Ⅲ、精加工工序为零件完工尺寸，精度要求高，若用通用量具，需选用比较仪、指示表，使用不便。故宜选用专用量具。Ⅳ、内圆测量宜采用卡规，测量时要注意从相互垂直的两个方向测量。3.4加工工序设计3.4.1确定各工序加工余量，工序尺寸及公差1、外圆表面（Φ36）考虑到零件外圆表面并非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。2、外圆表面沿轴线方向长度的加工余量及公差（Φ20+0.0450、R23+0.250孔的上、下端面）查《机械制造工艺设计简明手册》表，取Φ20+0.0450孔的上、下端面长度余量均为2.5mm（均为双边加工），铣削加工余量为：上端面粗铣2.5mm，下端面粗铣2mm，半精铣0.5mm。R23+0.250孔的上、下端面长度余量均为3mm，铣削加工余量为：粗铣1.5mm，半精铣1mm，精铣0.5mm。3、内孔Φ20+0.0450mm的加工查《机械制造工艺设计简明手册》表，Φ20+0.0450圆孔已经铸造成孔的加工余量为3mm，即铸造成孔的直径为Φ14，工序尺寸加工余量：钻孔至Φ18，粗铰孔1.8mm，精铰孔0.2mm。4、内孔Φ10+0.030内圆表面沿轴线方向的加工余量及公差（Φ10+0.030孔的上、下端面）查《机械制造工艺设计简明手册》表，锪孔至深度1mm。85、其他尺寸直接铸造得到由于该零件为小批生产，应采用调整加工，因此在计算最大、最小加工余量时应按照调整法加工方式予以确认。通过查《机械加工手册》得到相关数据可计算得到工序尺寸如表3-2表3-2加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定加工面最终尺寸公差/粗糙度单边余量工序尺寸毛坯尺寸Φ20+0.0450上端面无/Ra12.52.5粗铣40+2.5=42.542.5Φ20+0.0450下端面无/Ra6.32.5粗铣40+2=42半精铣42+0.5=42.542.5Φ20+0.0450孔+0.0450/Ra3.220.90.1钻14+4=18扩18+1.8=19.8铰19.8+0.2=20Φ14R23+0.250孔上下端面无/Ra3.21.510.5粗铣12+3=15半精铣15+2=17精铣17+1=1816R23+0.250内圆面+0.250/Ra6.321粗铣20+2=22半精铣22+1=2320Φ10+0.030孔+0.030/Ra1.64.90.040.02钻0+9.8=9.8粗铰9.8+0.08=9.96精铰9.96+0.04=100Φ10+0.030孔上下端面无/Ra12.510，深1锪Φ10→Φ20Φ10M8×1.25内螺纹无/无62钻0+6=6攻6+2=803.4.2切削用量计算1）钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔1、钻孔工步：钻床：Z525立式钻床钻头：选用直柄麻花钻，钻头直径18.00mm，l=123mm，L1=62mm。(1)背吃刀量的确定取ap=0.25mm.(2)进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表5-21f=0.26mm/r。9(3)切削速度的计算由表5-21切削速度选取为20m/min，由公式dvn1000，求得该工序钻头转速min/86.35318201000rn，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=392r/min,再将此转速代入公式1000ndv,可求出该工序的实际钻削速度为min/16.22100018392mv2、扩孔工步：钻床：Z525立式钻床扩孔钻：直柄扩孔钻，钻头直径d=19.8，l=205mm，l1=140mm.（1）背吃刀量确定取ap=0.9mm.(2)进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表5-23f=1.0mm/r.(3)切削速度的计算由表5-24切削速度选取为v=83.7m/min。公式dvn1000，求得该工序转速min/13538.197.831000rn，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=1360r/min.再将此转速代入公式1000ndv,可求出该工序的钻削速度为min/12.8410008.191360mv。3、粗铰孔工步：钻床：Z525立式钻床铰刀：直柄机用铰刀d=19.94，l=195mml1=60mm(1)背吃刀量确定取ap=0.07mm.(2)进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》f=0.8mm/r.(3)切削速度的计算由表5-27切削速度选取为v=13.1m/min,由公式dvn1000，求得该工序转速min/59.20894.191.131000rn,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=195r/min。再将此转速代入公式1000ndv,可求出该工序的钻削速度为min/25.12100094.19195mv。4、精铰孔工步：钻床：Z525立式钻床10铰刀：直柄机用铰刀d=20，l=195mmll=60mm（1）背吃刀量确定取ap=0.03mm.（2）进给量的确定查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.3mm/r.（3）切削速度的计算由表5-26切削速度选取为v=8m/min,由公式dvn1000，求得该工序转速min/39.1272081000rn,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/min.再将此转速代入公式1000ndv,可求出该工序的实际钻削速度为min/79.810002