機械制造工程學課程設計說明書設計題目：“叉桿”零件的機械加工工藝規程及夾具設計院（系）：機械工程學院專業：工業工程班級：姓名：學號：大學號（小學號）指導教師：設計時間：2022年11月28日~2022年12月09日機械制造工藝學課程設計任務書全套圖紙加V信153893706或扣3346389411學生姓名：叉桿設計開始日期：2022年11月28日設計完成日期：2022年12月09日一、設計題目：“叉桿”零件的機械加工工藝規程及夾具設計（年產量5000件）二、設計的主要內容：設計“叉桿”零件的機械加工工藝規程及專用夾具。繪制零件圖1張、機械加工工藝過程卡片1張、機械加工工序卡片1張、專用夾具結構裝配圖1張、編寫課程設計說明書1份。：教研室主任：2022年11月28日

目錄TOC\o"1-4"\h\z\t"a章節0,1"30861序言 序言本次設計內容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。叉桿零件的工藝規程及其鉆2-Ф12孔的工裝夾具設計是包括零件加工的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。

1零件分析1.1叉桿零件作用題目所給定的零件是叉桿，支架是起支撐作用的構架。1.2叉桿零件的工藝分析圖1-1叉桿零件圖該叉桿形狀特殊、結構簡單，屬于典型的又桿類零件。為實現換擋，變速的功能，又軸孔與變速義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又軸孔Φ20孔的垂直度要求為0.05mm.

為保證叉桿在叉軸上有準確的位置，改檔換位正確，叉桿采用圓柱銷定位。鎖銷孔的尺小為Φ10孔。

叉桿頭底瑞面和叉桿腳兩凸臺面均要求切削加工，叉桿頭的Φ20mm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1面積。Φ10孔端面為斜面，為了防止鉆頭鉆偏，在“個端而處開了一個Φ20mm的工藝孔，來保證孔的精度要求。M8螺紋孔位于圓柱側璧上，且偏離40°火角，這個需要做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，通過鐵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條件下，采用較為經濟的方法，保質保量的加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。

該零件的上要工作表面為叉桿腳兩凸臺表面、叉桿腳的圓弧表面、叉抽孔Φ20mm，鎖銷孔Φ10mm以及螺紋孔M8，在設計過程中時應重點給予保證。

2工藝規程設計2.1確定毛坯的制造形式零件材料為QT45-5，由于零件成批生產，而且零件的輪廓尺寸不大，選用金屬型鑄造，鑄造精度為CT8級，加工余量等級MA-F，能保證鑄件的尺寸要求，這從提高生產率和保證加工精度上考慮也是應該的。2.2基面的選擇基面的選擇是工藝規程設計中的重要工作之一。基面選擇的正確、合理，可以保證質量，提高生產效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。1.粗基準選擇原則①如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，應以不加工表面作為粗基準。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應以其中與加工面位置精度要求較高的表面作粗基準。②如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應選擇該表面作精基準。③如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應選加工余量較小的表面作粗基準。④選作粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。⑤粗基準一般只能使用一次，特別是主要定位基準，以免產生較大的位置誤差。由以上及零件知，選用叉桿Φ36端面、Φ36外圓作為定位粗基準。2精基準選擇的原則①用設計基準作為定位基準，實現“基準重合”，以免產生基準不重合誤差。②當工件以某一組精基準定位可以較方便地加工很多表面時，應盡可能采用此組精基準定位，實現“基準統一”，以免生產基準轉換誤差。③當精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準，即遵循“自為基準”原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。④為獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循“互為基準”、反復加工的原則。⑤有多種方案可供選擇時應選擇定位準確、穩定、夾緊可靠，可使夾具結構簡單的表面作為精基準。由上及零件圖知，選用Φ36端面、Φ20孔及R23圓弧作為定位精基準。2.3制訂工藝路線制訂工藝路線的出發點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為成批生產的條件下，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量降下來。最終工藝路線方案：工序01：金屬型澆注工序02：時效處理以消除內應力工序03：銑Φ36后端面工序04：銑Φ36前端面工序05：鉆、擴、鉸Φ20孔工序06：粗銑、精銑R35端面工序07：銑R23圓弧工序08：锪Φ20深2沉孔、鉆、鉸Φ10孔工序09：鉆、攻M81.25-6H螺紋工序10：去毛刺工序11：檢驗至圖紙要求工序12：包裝、入庫2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定根據零件材料確定毛坯為鑄件，根據其結構形狀、尺寸大小和材料性能毛坯的鑄造方法選用金屬型澆注，毛坯精度等級CT8級，加工余量等級MA-F，各加工余量如下：1.叉桿Φ36端面的加工余量叉桿Φ36端面，查《機械制造工藝設計簡明手冊》2.2-4知，單邊加工余量Z=2.0mm,Φ36前端面粗糙度Ra6.3,后端面粗糙度Ra12.5，由《機械制造工藝設計簡明手冊》1.4-8知，一步銑削即可滿足其精度要求。2.叉桿R35端面，由《機械制造工藝設計簡明手冊》2.2-4知，單邊加工余量Z=2.0mm,R35前端面粗糙度Ra6.3,后端面粗糙度Ra3.2，由《機械制造工藝設計簡明手冊》1.4-8知，兩步銑削即粗銑——精銑方可滿足其精度要求。2.5確定切削用量及基本工時工序03：銑Φ36后端面1.選擇刀具刀具選取端面銑刀，，Z=12.決定銑削用量1）決定銑削深度2）決定每次進給量及切削速度按《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-36，立式銑床X52K標準選取＝600按《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-37，立式銑床X52K標準選取3）計算工時——工作臺直徑工序04：銑Φ36前端面1.選擇刀具刀具選取端面銑刀，，Z=12.決定銑削用量1）決定銑削深度2）決定每次進給量及切削速度按《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-36，立式銑床X52K標準選取＝600按《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-37，立式銑床X52K標準選取3）計算工時——工作臺直徑工序05：鉆、擴、鉸Φ20孔工步一：鉆孔至Φ18確定進給量：根據參考文獻Ⅳ表2-7根據Z525立式鉆床說明書，主軸進給量，根據參考文獻Ⅳ表4.2-13，取主軸速度：主軸轉速，根據參考文獻Ⅳ表4.2-12，取 故實際切削速度為 切削工時：，，，走刀次數i=1則機動工時為 工步二：擴Φ18孔至Φ19.8利用擴孔鉆將Φ18孔至Φ19.8，根據有關手冊規定，擴鉆的切削用量可根據鉆孔的切削用量選取 ，根據參考文獻Ⅳ表4.2-13，取則主軸轉速為，根據參考文獻Ⅳ表4.2-12，取 故實際切削速度為 切削工時：，，，走刀次數i=1則機動工時為 工步三：鉸Φ19.8孔至Φ20H7確定進給量：根據參考文獻Ⅳ表2-7根據Z525立式鉆床說明書，主軸進給量，根據參考文獻Ⅳ表4.2-13，取主軸速度：主軸轉速，根據參考文獻Ⅳ表4.2-12，取 故實際切削速度為切削工時：，，，走刀次數i=1則機動工時為 工序06：粗銑、精銑R35端面工步一：粗銑R35端面切削用量①本工序為粗銑R35端面，所選刀具為高速鋼錯齒三面刃銑刀。銑刀直徑d=125mm，寬度L=60.7mm，齒數Z=20。根據《切削用量簡明手冊》第三部分表3.2選擇銑刀的幾何形狀。由于加工鋼料的大于等于785MPa，故選前角=15°，后角=12°（周齒），=6°（端齒）。已知銑削寬度=60.7mm，銑削深度=1.5mm。機床選用X62型臥式銑床。②確定每齒進給根據表3.3，X62型臥式銑床的功率為7.5KW（表4.2-35），工藝系統剛性為中等，高速鋼端面銑刀加工鋼料，查得每齒進給量=0.06～0.1mm/z，現取=0.07mm/z。選擇銑刀磨鈍標準及耐用度根據表3.7，用高速鋼三面刃銑刀粗加工鋼料，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm；銑刀直徑d=125mm，耐用度T=120min(表3.8）。確定切削速度和工作臺每分鐘進給量根據表3.27中公式計算：式中=48，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2,T=120min,=2.5mm,=0.07mm/z,=28mm,Z=20,d=125,=1.0。m/min≈27.86m/min=70.9r/min根據X62型臥式銑床主軸轉速表（表4.2-39），選擇實際切削速度工作臺每分鐘進給理為根據X62型銑床工作臺進給量表（表4.2-40），選擇則實際每齒進給量為校驗機床功率根據表3.28的計算公式，銑削時的功率（單位KW）為式中=650，=1.0，=0.72，=0.86，=0，=0.86，=2.5，=0.063mm/min，=28.5mm，Z=20，d=50mm，n=475r/min,=0.63mm=2076.8NX62銑床主動電機的功率為7.5KW，故所選切削用量可以采用。所確定的切削用量為=0.063mm/min，，，5、基本工時三面刃銑刀銑端面的基本時間為：工步二：精銑R35端面1、切削用量①本工序為粗銑R35端面，所選刀具為高速鋼錯齒三面刃銑刀。銑刀直徑d=125mm，寬度L=60.7mm，齒數Z=20。根據《切削用量簡明手冊》第三部分表3.2選擇銑刀的幾何形狀。由于加工鋼料的大于等于785MPa，故選前角=15°，后角=12°（周齒），=6°（端齒）。已知銑削寬度=60.7mm，銑削深度=0.5mm。機床選用X62型臥式銑床。②確定每齒進給根據表3.3，X62型臥式銑床的功率為7.5KW（表4.2-35），工藝系統剛性為中等，高速鋼端面銑刀加工鋼料，查得每齒進給量=0.06～0.1mm/z，現取=0.07mm/z。2、選擇銑刀磨鈍標準及耐用度根據表3.7，用高速鋼三面刃銑刀粗加工鋼料，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為0.6mm；銑刀直徑d=125mm，耐用度T=120min(表3.8）。3、確定切削速度和工作臺每分鐘進給量根據表3.27中公式計算：式中=100，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2,T=120min,=2.5mm,=0.07mm/z,=28mm,Z=20,d=125,=1.0。m/min≈58.04m/min≈148r/min根據X62型臥式銑床主軸轉速表（表4.2-39），選擇實際切削速度工作臺每分鐘進給理為根據X62型銑床工作臺進給量表（表4.2-40），選擇則實際每齒進給量為校驗機床功率根據表3.28的計算公式，銑削時的功率（單位KW）為式中=650，=1.0，=0.72，=0.86，=0，=0.86，=2.5，=0.063mm/min，=28.5mm，Z=20，d=50mm，n=475r/min,=0.63mm=2076.8NX62銑床主動電機的功率為7.5KW，故所選切削用量可以采用。所確定的切削用量為=0.078mm/min，，，5、基本工時三面刃銑刀銑端面的基本時間為：工序07：銑R23圓弧1.選擇刀具刀具選取立銑刀，，Z=12.決定銑削用量1）決定銑削深度2）決定每次進給量及切削速度按《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-36，數控銑床XK7132標準選取＝600當＝600r/min時按《機械制造工藝設計簡明手冊》表4.2-37，數控銑床XK7132標準選取3）計算工時，，工序08：锪Φ20深2沉孔、鉆、鉸Φ10孔工步一：锪Φ20深2沉孔1.選擇鉆頭選擇高速鋼锪刀，其直徑d=20mm2．選擇切削用量（1）選擇進給量按加工要求決定進給量：根據《切削用量手冊》表2.7，當鑄鐵硬度>200H有。（2）計算切削速度根據《切削用量手冊》表2.15，當鑄鐵硬度=200～220HBS時，,切削速度的修正系數為：，，，，故根據Z525型鉆床技術資料（見《簡明手冊》表4.2-12）可選擇n=680r/mm，。3．計算基本工時工步二：鉆孔至Φ9.8確定進給量：根據參考文獻Ⅳ表2-7根據Z525立式鉆床說明書，主軸進給量，根據參考文獻Ⅳ表4.2-13，取主軸速度：主軸轉速，根據參考文獻Ⅳ表4.2-12，取 故實際切削速度為 切削工時：，，，走刀次數i=1則機動工時為 工步三：鉸Φ9.8孔至Φ10確定進給量：根據參考文獻Ⅳ表2-7根據Z525立式鉆床說明書，主軸進給量，根據參考文獻Ⅳ表4.2-13，取主軸速度：主軸轉速，根據參考文獻Ⅳ表4.2-12，取 故實際切削速度為切削工時：，，，走刀次數i=1則機動工時為 工序09：鉆、攻M81.25-6H螺紋工步一：鉆M81.25-6H螺紋底孔Φ6.75選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得（《切削》表2.15）472r/min按機床選取n=545r/min切削工時：，，則機動工時為工步二：攻M81.25-6H螺紋選擇M8mm高速鋼機用絲錐等于工件螺紋的螺距，即f=0.625mm/r,597r/min按機床選取n=545r/min切削工時：，，則機動工時為

3夾具設計為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。設計第6道工序08锪Φ20深2沉孔、鉆、鉸Φ10孔夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床。刀具為Φ20锪孔鉆、Φ9.8麻花鉆、Φ10鉸刀。3.1問題的提出本夾具主要用于锪Φ20深2沉孔、鉆、鉸Φ10孔，粗糙度分為Ra12.5、Ra1.6精度要求較高，故設計夾具時既要考慮如何提高生產效率，也要考慮Φ10孔質量。3.2夾具設計3.2.1定位元件及夾緊元件的選擇以Φ36后端面、Φ20孔及R23圓弧定位，定位分析如下：1.叉桿Φ36后端面作為第一定位基準，與心軸端面相配合，限制三個自由度，即X軸移動、Y軸轉動和Z軸轉動。2.叉桿Φ20孔作為第二定位基準，與心軸相配合，限制兩個自由度，即Y軸移動和Z軸移動3.叉桿R23圓弧作為第三定位基準，與B型固定式定位銷相配合，限制一個自由度，即X軸轉動，工件六個自由度，被完全限制，屬于完全定位。3.2.2切削力和夾緊力的計算查表4得切削力計算公式：式中，f=1mm/r,查表得=736MPa,即==1547N所需夾緊力，查表5得，，安全系數K=式中為各種因素的安全系數，查表得：2.462K==1.872，當計算K<2.5時，取K=2.5孔軸部分由M8螺母鎖緊，查表得夾緊力為2550N==6375N由上計算得》，因此采用該夾緊機構工作是可靠的3.2.3定位誤差分析1、移動時基準位移誤差（式3-1）式中：——心軸孔的最大偏差——心軸孔的最小偏差——心軸孔與心軸最小配合間隙代入（式3-1）得：=0.021+0+0.02=0.041（mm)2、轉角誤差（式3-2）式中：——心軸孔的最大偏差