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1 概述
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計，是在學(xué)完機(jī)械制造工藝學(xué)及夾具設(shè)計原理課程，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)習(xí)所獲得的感性知識后進(jìn)行的一項(xiàng)教學(xué)環(huán)節(jié)；在老師的指導(dǎo)下，要求在設(shè)計中能初步學(xué)會綜合運(yùn)用以前學(xué)過的全部課程，并且獨(dú)立完成一項(xiàng)工程基本訓(xùn)練。同時，也為以后搞好畢業(yè)設(shè)計打下了良好基礎(chǔ)。通過課程設(shè)計達(dá)到以下目的：
（1）、能熟練地運(yùn)用機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論和夾具設(shè)計原理的知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及合理制定工藝規(guī)程等問題方法，培養(yǎng)自我學(xué)習(xí)能力和解決問題能力。
（2）、通過對零件某道工序的夾具設(shè)計，學(xué)會工藝裝備設(shè)計的一般方法。通過學(xué)生親手設(shè)計夾具的訓(xùn)練，提高結(jié)構(gòu)能力設(shè)計。
（3）、課程設(shè)計過程也是理論聯(lián)系實(shí)際的過程，并學(xué)會使用手冊，查詢相關(guān)資料等，增強(qiáng)解決實(shí)際工程問題的獨(dú)立能力。
2 審查零件圖的工藝性
撥叉副變速撥叉圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全。零件各表面的加工并不困難。只是φ14H9的要求精度較高，且對應(yīng)軸線的直線度要求也較高，需進(jìn)行半精加工。槽14H13兩壁關(guān)于孔φ8.7軸線的對稱度有要求，需在數(shù)控機(jī)床上完成加工。
圖1 副變速零件圖
3 選擇毛坯
零件材料為KTH350-10,考慮到零件在加工過程中所受沖擊力不大，并且為大批量生產(chǎn)，所以，選擇金屬模機(jī)械砂型鑄造毛坯。查《機(jī)械設(shè)計工藝制造設(shè)計簡明手冊》表1.3-1。選用鑄件尺寸公差等級為CT10。保證的尺寸公差在1-3mm。
4 工藝規(guī)程設(shè)計
4.1 選擇定位基準(zhǔn)：
1：粗基準(zhǔn)選擇：以鑄件左邊的端面為主要粗基準(zhǔn)，以鑄件的φ24mm外圓為輔助粗基準(zhǔn)。
2：精基準(zhǔn)選擇：本零件是帶孔的零件。其中φ14H9和右端面為設(shè)計基準(zhǔn)，根據(jù)精基準(zhǔn)的選擇原則“基準(zhǔn)重合原則”，以及考慮到工件的裝夾與加工方便。在孔φ14H9未加工出來前可選用右端面為主要精基準(zhǔn)，以鑄件的φ24mm外圓為輔助精基準(zhǔn)。在孔φ14H9mm未加工出來后，以φ14H9mm的內(nèi)孔面為定位精基準(zhǔn)，右端面為輔助精基準(zhǔn)。
4.2零件各部分加工方法的選擇
本零件的加工面有：內(nèi)孔、平面以及槽，其材料為KTH350-10，參考《機(jī)械制造工藝學(xué)》其各部分加工方法如下：
（1）圓柱左/右端面:由于表面粗糙度Ra為25μm,只需進(jìn)行粗銑。
（2）兩叉頭左/右側(cè)面：由于表面粗糙度Ra為6.3μm,需進(jìn)行粗銑、半精銑。
（3）φ14H9內(nèi)孔：由于公差等級為9級，且表面粗糙度為Ra3.2μm,需進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸。
（4）兩叉頭內(nèi)側(cè)：由于表面粗糙度Ra為12.5μm，只需進(jìn)行粗銑。
（5）槽14H13：由于公差等級為13級，且表面粗糙度為Ra12.5μm,只需進(jìn)行粗銑。
（6）孔：由于表面粗糙度Ra為25μm,只需進(jìn)行鉆孔即可。
4.3制定工藝路線
按照先粗后精的原則同時考慮到零件的幾何形狀，尺寸精度以及位置精度等技術(shù)要求，以及加工時的經(jīng)濟(jì)性，盡量使工序能夠集中起來。選擇零件的加工方法及工藝路線如下：
工序1：以mm外圓柱面及其左端面定位，粗銑mm右端面。
工序2: 以mm外圓柱面及其右端面定位，粗銑mm左端面。
工序3：以mm圓柱右端面以及mm外圓柱面為定位，鉆，擴(kuò)，鉸H9mm孔。
工序4：以H9mm內(nèi)孔面及mm外圓柱右端面定位，粗銑兩叉頭內(nèi)側(cè)。
工序5：以H9mm內(nèi)孔面及mm外圓柱左端面定位，粗銑14H13mm槽。
工序6：以H9mm內(nèi)孔面及mm外圓柱右端面定位，鉆φ8.7mm的孔。
工序7：以H9mm內(nèi)孔面及mm外圓柱右端面定位，粗銑兩叉頭至8mm。
工序8：以H9mm內(nèi)孔面及mm外圓柱右端面定位，半精銑兩叉頭至mm。
工序9：鉗工去毛刺，并到0.5×45°角。
工序10：終檢。
5確定機(jī)械加工余量及毛坯尺寸、設(shè)計毛坯圖
5.1確定加工余量
由于該撥叉才有啥新機(jī)器造型，材料為可鍛鑄鐵，且為大批量生產(chǎn)，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》可選鑄件的尺寸公差等級為10級，又鑄件基本尺寸在63-100范圍內(nèi)，故取鑄件尺寸公差數(shù)值為3.2，鑄件機(jī)械加工余量單側(cè)為4mm,雙側(cè)為3mm。
5.2 確定毛坯尺寸
本零件的外表面均屬于雙側(cè)切削，主要以粗加工為主，故取粗加工余量為3mm,但撥叉兩側(cè)面需進(jìn)行半精加工，取半精加工余量為1mm?？傻妹鞒叽绫砣缦?。其余尺寸可以直接鑄造出來。其毛坯圖如下。
表1 副變速撥叉毛坯尺寸
零件尺寸
雙側(cè)余量
機(jī)加工余量
鑄件尺寸
70
3
0
76
3
1
14
3
0
34
3
0
8
5.3 確定圓角半徑
由于采用砂型鑄造，所以圓角計算公式，取，所以本鑄件內(nèi)外圓角取R=5mm。對于特殊位置φ24mm圓柱與撥叉連接處的圓角要求為R=2mm，故可直接取其為2mm。
5.4 確定拔模角
根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》可查得，砂型鑄造外表面拔模斜度為0°30′，內(nèi)表面拔模斜度為1°。
5.5 確定分模位置
本零件較復(fù)雜，分型面為不同平面組合而成。
5.6 確定毛坯的熱處理
鑄造完毛坯后應(yīng)安排正火處理，以消除殘留的鑄造應(yīng)力，以減少加工中的變形，同時改善加工性。
圖2 副變速撥叉毛坯圖
6 工序設(shè)計
6.1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備
6.1.1 選擇機(jī)床
（1） 工序1、2是粗銑。各工序的步數(shù)不多，成批生產(chǎn)不要求很高的生產(chǎn)率，故選擇立式銑床就能滿足要求，本零件外輪廓尺寸不大，精度要求不高，選用最常用的X51。
（2） 工序3為孔加工，且一次定位需完成三個工步，可選用Z525的四聯(lián)鉆床，并采用隨行夾具。
（3） 工序4為粗銑，且工步數(shù)較少，精度要求不高，選用最常用的X51。
（4） 工序5、6為半精銑，工步數(shù)較少，精度要求不高，選用最常用的X51。
（5） 工序7粗銑，精度要求不高，選用最常用的X51。
（6） 工序8為鉆孔，精度要求不高，選用最常用的Z525。
6.1.2 選擇夾具
在各工序中由于是大批量生產(chǎn)，所以都采用專用夾具。
6.1.3 選擇量具
本零件屬于大批生產(chǎn)，一般采用通用量具，對于精度要求高，不易測量的可采用專用夾具。
6.1.3.1 選擇各軸向測量量具
工序2中要保證φ24圓柱兩端面的距離為70mm，且未標(biāo)注公差，取IT14級，T=0.74mm,按計量器具的不確定度選擇該表面加工時所用的量具，由于它所對應(yīng)的不確定允許值為0.054mm，所以可選分度值為0.05mm的游標(biāo)卡尺。即取測量范圍為0-150mm，分度值為0.05mm的游標(biāo)卡尺。在此工序中，還要保證撥叉兩叉頭的厚度為8mm，未標(biāo)注公差，取IT14級，T=0.36mm，不確定允許值為0.029mm，所用的量具為分度值為0.02mm的游標(biāo)卡尺。即取測量范圍為0-150mm，分度值為0.02mm的游標(biāo)卡尺。兩個外部軸向測量在同一工序中，故可采用其中一個精度較高的游標(biāo)卡尺即可，故選用范圍為0-150mm，分度值為0.02mm的游標(biāo)卡尺。
工序6中，加工撥叉的右側(cè)，且保證與φ24mm圓柱右端面的距離為5mm，由于未標(biāo)注公差，取IT14級，T=0.30mm,其不確定允許值為0.016mm,故選用的量具為分度值為0.01mm的游標(biāo)卡尺，測量范圍為0-100mm。
工序7中加工撥叉的左側(cè)，且保證撥叉厚度為mm，此時可采用專用量具，通規(guī)、止規(guī)的具體參數(shù)如下：
6.1.3.2 選擇加工孔用量具
工序3中經(jīng)過鉆、擴(kuò)、鉸三次孔加工，鉆孔至12mm，擴(kuò)孔至13.8mm，鉸孔至mm。
（1） 鉆孔時采用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，且其精度要求低，可不需要量具；
（2） 擴(kuò)孔時，按計量器具的測量方法極限誤差選擇量具，由于公差等級為IT9，則K=20%.=KT=0.20.09=0.018mm?？蛇x擇測量范圍為50-100mm的游標(biāo)卡尺，分度值為0.01mm；
（3） 鉸孔時，由于精度要求較高，加工每個工件都要進(jìn)行測量，故宜選擇極限量規(guī)，其具體尺寸如下:通規(guī)、止規(guī)
工序8中，鉆φ8.7mm的內(nèi)孔時由于采用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，且其精度要求低，可不需要量具。
6.1.3.3 選擇加工所用的量具
銑槽時，由于采用了標(biāo)準(zhǔn)刀具，平時無需測量，但刀具磨損到一定時候時，應(yīng)進(jìn)行測量以便及時更換刀具，此時可以選擇通用量具。槽的精度為13級，T=0.27mm, 其不確定允許值為0.016mm,故選用的量具為分度值為0.01mm的游標(biāo)卡尺，測量范圍為0-100mm。
6.2 確定工序尺寸
確定工序尺寸的一般方法，由表面加工的最后工序往前推，最后工序的工序尺寸按零件圖的要求標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)無基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時，統(tǒng)一表面多車加工的工序尺寸（或工步）的加工余量有關(guān)。當(dāng)基準(zhǔn)不重合時，工序尺寸應(yīng)用尺寸鏈計算。
6.2.1 確定內(nèi)孔的工序尺寸
內(nèi)孔表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關(guān)。前面已確定零件各工序的加工余量，現(xiàn)由后往前計算工序尺寸。中間工序尺寸的公差按加工方法的經(jīng)濟(jì)精度確定。
本零件各內(nèi)孔的各工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如下表所示。
表2 內(nèi)孔的各工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度
加工表面
工序雙邊余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
鉆
擴(kuò)
鉸
鉆
擴(kuò)
鉸
鉆
擴(kuò)
鉸
φ14H9
6
0.9
0.1
φ12
Ra25μm
Ra6.3μm
Ra3.2μm
φ8.7
4.35
——
——
φ8.7
——
——
Ra25μm
—
—
6.2.2 確定軸向工序尺寸
圖3 工序軸向尺寸
6.2.2.1確定各加工面的工序尺寸
表3 各加工面的工序尺寸
工序
加工表面
總加工余量
工序加工余量
1
1、
3
0
2
3
1
2
3
3
0
4
3
1
6
5
1
0
7
6
1
0
6.2.2.2 確定工序尺寸、、
該尺寸在工序6和工序2中應(yīng)達(dá)到零件的圖樣要求，則，=mm，=70mm，=5mm。
6.2.2.3 確定工序尺寸、、、
該尺寸只與加工余量有關(guān)，所以=+1=7mm，=+1=8mm，=+3=73mm、=-1=4mm。
6.2.2.4 確定工序尺寸
尺寸徐階工藝尺寸鏈來確定。工藝尺寸鏈如圖4所示。
圖4 含尺寸L4的工藝尺寸鏈
尺寸L4的基本尺寸：L4（基）=70-5-3-50.5mm=11.5mm
尺寸L4的上偏差：EI（L4）=-（-0.12）-（-0.15）=0.27mm
尺寸L4的下偏差：ES（L4）=-0.06-0.15=-0.21mm
所以L4的尺寸為：L4=mm，此尺寸為槽14H13mm的中心線距外圓柱左端面的距離。
7 確定切削用量及時間定額
7.1 銑mm外圓柱兩端面以及兩叉頭左右兩側(cè)
加工條件：被加工材料KTH350-10 其最小抗拉強(qiáng)度為330MPa，最低延伸率為10的黑心可鍛鑄鐵。零件大小為x=70mm，y=85mm。加工要求：粗銑右端面，加工余量為3mm。
1、刀具選擇：選擇硬質(zhì)合金端銑刀YG8，銑刀直徑80mm。背吃刀量，，齒數(shù)12。
2、切屑深度:因?yàn)榧庸び嗔枯^小，一次走刀即可完成。
即。
3、選用銑床：查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》，選用X51立式銑床，同時查得主軸轉(zhuǎn)速：100電動機(jī)功率：4.5kw。
4、確定切削速度和工作臺每分鐘進(jìn)給量。查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》表2-17中公式計算查表
74.8m/min
5、工時定額的確定
完成零件加工的一個工序的時間定額公式：其中-單件時間定額；-基本時間 ；-輔助時間；-布置工作時間；-休息及生理需要時間；-準(zhǔn)備與終結(jié)時間；N-一批零件的數(shù)量。
基本時間： 計算可得.
輔助時間：=0.2=0.08min.
布置工作時間：=0.05*0.48=0.024min.
休息及生理需要時間=0.03*0.480.02min
準(zhǔn)備與終結(jié)時間在中批量生產(chǎn)中可以忽視。
工時定額T=0.53min
7.2 加工H9內(nèi)孔
加工條件：被加工材料KTH350-10 其最小抗拉強(qiáng)度為330MPa，最低延伸率為10的黑心可鍛鑄鐵，孔直徑為14mm。鉆孔至12mm，擴(kuò)孔至13.8mm，鉸至14mm。
1，選擇刀具：鉆孔時，高速鋼，鉆頭直徑12mm，擴(kuò)孔時，高速鋼，擴(kuò)孔刀直徑13.8mm，鉸孔時，YG8，鉸刀直徑為14mm。進(jìn)給量，切削速度 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)》表， 算得擴(kuò)孔時，硬質(zhì)合金，擴(kuò)孔刀直徑13.8mm。
2，選用鉆床：查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)》表，選用立式鉆床Z525。主軸最大行程175mm，主軸轉(zhuǎn)速97r/min，主軸最大轉(zhuǎn)矩245.25N，功率2.8kw。
3，時間定額的確定
完成零件加工的一個工序的時間定額公式：其中-單件時間定額；-基本時間 ；-輔助時間；-布置工作時間；-休息及生理需要時間；-準(zhǔn)備與終結(jié)時間；N-一批零件的數(shù)量。
鉆孔的基本時間：；計算可得：
輔助時間：=0.2=0.76min.
布置工作時間：=0.05*3.8=0.19min.
休息及生理需要時間=0.03*3.80.11min
準(zhǔn)備與終結(jié)時間在中批量生產(chǎn)中可以忽視。
工時定額4.86min
擴(kuò)孔的基本時間：；計算可得：
輔助時間：=0.2=1.02min.
布置工作時間：=0.05*5.1=0.26min.
休息及生理需要時間=0.03*5.10.15min
準(zhǔn)備與終結(jié)時間在中批量生產(chǎn)中可以忽視。
工時定額6.53min
鉸孔的基本時間：：；計算可得：
輔助時間：=0.2=0.98min.
布置工作時間：=0.05*4.9=0.25min.
休息及生理需要時間=0.03*4.90.15min
準(zhǔn)備與終結(jié)時間在中批量生產(chǎn)中可以忽視。
工時定額6.28min
加工H9mm孔所用的額定工時為：T=17.6min
7.3 加工mm孔
加工條件：被加工材料KTH350-10 其最小抗拉強(qiáng)度為330MPa，最低延伸率為10的黑心可鍛鑄鐵，孔直徑為8.7mm。直接鉆孔至8.7mm。
1，選擇刀具：鉆孔時，高速鋼，鉆頭直徑8.7mm。進(jìn)給量，切削速度 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)》表2-13 算得。
2，選用鉆床：查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)》表5-64，選用立式鉆床Z525。主軸最大行程175mm，主軸轉(zhuǎn)速97r/min，主軸最大轉(zhuǎn)矩245.25N，功率2.8kw。
3，時間定額的確定
完成零件加工的一個工序的時間定額公式：其中-單件時間定額；-基本時間 ；-輔助時間；-布置工作時間；-休息及生理需要時間；-準(zhǔn)備與終結(jié)時間；N-一批零件的數(shù)量。
鉆孔的基本時間：；計算可得：
輔助時間：=0.2=0.46min.
布置工作時間：=0.05*2.3=0.12min.
休息及生理需要時間=0.03*2.3=0.07min
準(zhǔn)備與終結(jié)時間在中批量生產(chǎn)中可以忽視。
工時定額2.95min
加工H13mm孔所用的額定工時為:2.95min
7.4 銑槽
1、加工情況：銑槽寬：14mm，槽長度：19mm，槽深度16mm。被加工材料KTH350-10 其最小抗拉強(qiáng)度為350MPa，最低延伸率為10的黑心可鍛鑄鐵。
2、選用刀具：YG8硬質(zhì)合金盤銑刀。銑刀直徑為80mm，寬度14mm，齒數(shù)20。
3、選機(jī)床：查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》表5-74，選用X62型臥式銑床。機(jī)床功率為7.5kw。每齒進(jìn)給量為0.06-0.1mm/z。取f=0.08mm/z。確定切屑速度和工作臺每分鐘進(jìn)給量。查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南》表2-17中公式計算 式中，
計算得25.4m/min
根據(jù)X62型臥式銑床工作臺進(jìn)給表，選擇n=60r/min=1r/s，則實(shí)際的切削速度v=0.36m/s，工作臺每分鐘進(jìn)給量為：
根據(jù)X62型臥式銑床工作臺進(jìn)給表，選擇。則實(shí)際的每齒進(jìn)給量為
5，工時定額的確定
完成零件加工的一個工序的時間定額公式：其中-單件時間定額；-基本時間 ；-輔助時間；-布置工作時間；-休息及生理需要時間；-準(zhǔn)備與終結(jié)時間；N-一批零件的數(shù)量。
基本時間： 計算可得.
輔助時間：=0.2=0.16min.
布置工作時間：=0.05*0.8=0.04min.
休息及生理需要時間=0.03*0.80.024min
準(zhǔn)備與終結(jié)時間在中批量生產(chǎn)中可以忽視。
工時定額T=1.02min=62s
8 夾具設(shè)計
這個夾具主要的功能是，實(shí)現(xiàn)在銑床上，銑出14H13mm的槽。它的主要原理是：通過長圓柱銷與平面結(jié)合，消除工件的5個自由度，由于槽具有較高的位置要求，所以還需通過R23的圓弧凸臺限制工件繞著圓柱銷軸線的旋轉(zhuǎn)自由。夾具的鎖緊是靠壓板和旋轉(zhuǎn)螺桿來固定的。其具體緊固方式如下圖所示。
小 結(jié)
為期兩周的夾具課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，課程設(shè)計作為《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》、《機(jī)床夾具設(shè)計》課程的重要環(huán)節(jié)，使理論與實(shí)踐更加接近，加深了理論知識的理解，強(qiáng)化了生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的感性認(rèn)識。
本次課程設(shè)計主要經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計，第二階段是專用夾具設(shè)計。第一階段我們運(yùn)用了基準(zhǔn)選擇、切削用量選擇計算、機(jī)床選用、時間定額計算等方面的知識；夾具設(shè)計的階段運(yùn)用了工件定位、夾緊機(jī)構(gòu)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的知識。
通過此次設(shè)計，使我們基本掌握了零件的加工過程分析、工藝文件的編制、專用夾具設(shè)計的方法和步驟等。學(xué)會了查相關(guān)手冊、選擇使用工藝裝備等等。
總的來說，這次設(shè)計，使我們在基本理論的綜合運(yùn)用及正確解決實(shí)際問題等方面得到了一次較好的訓(xùn)練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設(shè)計的能力，為以后的設(shè)計工作打下了較好的基礎(chǔ)。
由于能力所限，設(shè)計中還有許多不足之處，懇請老師指正
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[7] 李云，機(jī)械制造及設(shè)備指導(dǎo)手冊. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997.8
1 概述
2 審查零件圖的工藝性
3 選擇毛坯
4 工藝規(guī)程設(shè)計
4.1 選擇定位基準(zhǔn)：
4.2零件各部分加工方法的選擇
4.3制定工藝路線
5確定機(jī)械加工余量及毛坯尺寸、設(shè)計毛坯圖
5.1確定加工余量
5.2 確定毛坯尺寸
5.3 確定圓角半徑
5.4 確定拔模角
5.5 確定分模位置
5.6 確定毛坯的熱處理
6 工序設(shè)計
6.1 選擇加工設(shè)備與工藝裝備
6.1.1 選擇機(jī)床
6.1.2 選擇夾具
6.1.3 選擇量具
6.2 確定工序尺寸
6.2.1 確定內(nèi)孔的工序尺寸
6.2.2 確定軸向工序尺寸
7 確定切削用量及時間定額
7.1 銑 mm外圓柱兩端面以及兩叉頭左右兩側(cè)
7.2 加工φ14H9內(nèi)孔
7.3 加工φ8.7mm孔
7.4 銑槽
8 夾具設(shè)計
小 結(jié)