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機電及自動化學院
《機械制造工藝學》課程設(shè)計說明書
設(shè)計題目：倒檔撥叉工藝規(guī)程設(shè)計
姓 名：許彬彬
學 號：0811111045
班 級：機電（1）班
屆 別：2008
指導教師：蹇崇軍
2011 年 7月
前 言
《機械制造工藝學》課程設(shè)計綜合了機械制圖、機械制造工藝學、工程材料、機械設(shè)計、CAD/CAM等專業(yè)基礎(chǔ)課和主要專業(yè)課，并且經(jīng)過了為期兩周的機械設(shè)計課程設(shè)計之后，進行的又一次實踐性環(huán)節(jié)，本次課程設(shè)計主要針對機械制造工藝學和工程材料這兩門課程的運用，同時也有對刀具和切屑的部分知識的綜合，因此這是我們對以前所學各門課程的一次較為深入的綜合總復習，同時還要對相關(guān)課外知識進行查閱和學習，是一次對我們實際運用知識解決問題能力的練習。這次課程設(shè)計同樣也會用到以前的金工實習和認知實習的相關(guān)知識，也可以說這是對兩次實習效果的一次檢驗。通過這次課程設(shè)計，將會鞏固對機械加工工藝規(guī)程設(shè)計的理論知識，并初步學會自己完成制定簡單零件加工工藝規(guī)程。
這次的工藝規(guī)程課程設(shè)計，我的題目是倒檔撥叉的工藝規(guī)程設(shè)計。它是一種汽車零部件。顧名思義，倒檔撥叉又叫撥叉，作用是撥動同步器齒環(huán)，已實現(xiàn)各前進檔齒輪的結(jié)合與分離，倒檔齒輪無同步器，撥叉直接撥動倒檔齒輪，已達到切換倒檔。
希望通過對倒檔撥叉的加工工藝規(guī)程的設(shè)計，可以進一步學習《機械制造工藝學》并掌握簡單零件的加工工藝設(shè)計。這是我第一次接觸制造工藝設(shè)計，前期也由于對制造工藝學的知識遺忘的比較多,對知識掌握、熟悉程度以及綜合運用還會存在問題，因此在設(shè)計中難免會有考慮不周全或錯誤的地方，希望老師多多批評和指正。
目錄
1、任務(wù)介紹………………………………4
2、倒檔撥叉工藝分析……………………4
3、倒檔撥叉工藝規(guī)程設(shè)計………………5
3.1）確定倒檔撥叉毛坯的制造形式……5
3.2）基準選擇……………………………5
3.3）工藝路線的比較以及制定工藝路線
……………………………………………6
3.4）加工余量，工序尺寸和毛坯尺寸的
確定………………………………………10
3.5）各種機床與刀具選擇………………12
3.6）確定切削用量………………………13
3.7）基本工時的確定……………………15
3.8）計算時間定額和提高生產(chǎn)率的工藝途徑簡介……………………………………16
3.9）工藝方案的比較與技術(shù)經(jīng)濟分析…16
4、小結(jié)……………………………………17
5、參考文獻………………………………18
6、附件……………………………………18
1、任務(wù)介紹
本次《機械制造工藝學》課程設(shè)計我設(shè)計的是“倒檔撥叉工藝規(guī)程設(shè)計”。工件材料為QT450-10，生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)，其他要求及零件參數(shù)見倒檔撥叉二維零件圖，要求設(shè)計該倒檔撥叉的機械加工工藝規(guī)程，具體內(nèi)容要求為：
1）根據(jù)生產(chǎn)類型，對零件進行工藝分析。
2）選擇毛坯種類及制造方法，繪制毛坯圖。
3) 制定零件的機械加工工藝過程，選擇工序加工設(shè)備及工藝設(shè)備，確定各工序切削用量及工序尺寸，并計算工序的工時定額。
4) 填寫工藝文件。
5) 撰寫設(shè)計說明書。
2、倒檔撥叉工藝分析
倒檔撥叉材料為QT450-10，即球墨鑄鐵，最小抗拉強度為450MPa，最低延伸率為10。根據(jù)機械加工材料等相關(guān)資料可以知道：球墨鑄鐵既有灰鑄鐵的優(yōu)點，即具有高的抗壓強度、優(yōu)良的耐磨性和消震性，低的缺口敏感性。同時具有與中碳鋼媲美的抗拉強度、彎曲疲勞強度及良好的塑性與韌性，此外，還可以通過合金化及熱處理來改善與提高它的性能，所以生產(chǎn)上已用球墨鑄鐵代替中碳鋼及中碳合金鋼制造發(fā)動機的曲軸、連桿、凸輪軸和機床的主軸等。QT450-10主要用于汽車、拖拉機底盤零件等。
由于該倒檔撥叉外形復雜，又是薄壁零件，屬于大批量生產(chǎn)，故毛坯采用金屬型鑄造。加工機床部分采用通用機床，部分采用專用機床；按零件分類，部分布置成流水線，部分布置成機群式；廣泛采用專用夾具，可調(diào)夾具；按零件產(chǎn)量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用專用刀具和量具；部分采用劃線找正裝夾，廣泛采用通用或?qū)Ｓ脢A具裝夾；有較詳細的工藝規(guī)程，用工藝卡管理生產(chǎn)。
根據(jù)零件圖可知，零件整體要求精度較高。其中Φ18孔中心線和叉腳開檔腳面有垂直度要求，并且Φ18孔中心線自身有直線度要求， 被測槽面與Φ8.7孔中心線有對稱度要求。Φ26圓柱的上下端面粗糙度要求為Ra2.5，槽內(nèi)面兩側(cè)的粗糙度要求為Ra12.5，槽面粗糙度要求為Ra2.5，叉腳開檔腳面的粗糙度要求為Ra6.3，腳面內(nèi)側(cè)的粗糙度要求為Ra12.5，操縱槽端面的粗糙度要求為Ra2.5。
3、倒檔撥叉工藝規(guī)程設(shè)計
3.1）確定倒檔撥叉毛坯的制造形式
根據(jù)倒檔撥叉材料為（QT450-10），其強度、塑性及韌性均比灰鑄鐵高，可與鑄鋼媲美，由于該倒檔撥叉外形復雜，又是薄壁零件，屬于大批量生產(chǎn)，為提高加工效率，盡量使毛坯和零件圖接近，選擇毛坯的制造形式為金屬型鑄造。
3.2）基準選擇
基準的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基準選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高，否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
1）粗基準的選擇
對于零件的加工而言，粗基準的選擇對后面的精加工至關(guān)重要。從零件圖上可以看出，倒檔撥叉較不規(guī)則，所以粗基準不太容易選擇，為了保證Φ18H9孔及撥叉口的位置精度要求，選擇尺寸46mm的端面作為粗基準，以保證孔的軸心線與叉口的兩個方向的位置要求以及Φ18H9孔軸心線的垂直度，依照粗基準的選擇原則,即對零件而言，盡可能選擇不加工面為粗基準，而對有若干不加工表面的工件，選用要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準。工件被放在支撐板上，限制三個自由度；工件的大叉口內(nèi)表面緊靠在兩個支承釘?shù)耐鈭A柱面上，限制兩個自由度；Φ18H9孔的端面緊靠在支承釘上，限制一個自由度，實現(xiàn)完全定位。
2）精基準的選擇
精基準的選擇根據(jù)互為基準原則、基準重合原則和自為基準原則，在Φ18H9孔加工完以后，各工序則以該孔為定位精基準，靠近叉腳的Φ26圓柱端面為軸向尺寸的定位精基準，從而滿足定位基準重合原則和互為基準原則。
3.3）工藝路線的比較以及制定工藝路線
為保證零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術(shù)要求，必須制定合理的工藝路線，由于生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，所以采用通用機床配與專用加工夾具，并考慮工序集中以提高生產(chǎn)率和減少機床數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，特擬定如下兩條工藝路線。
工藝路線一 工藝路線二
精鑄退火 精鑄退火
鉆孔、刮端面 銑兩端面
拉孔 鉆、擴、倒角，鉸Φ18H9孔
車端面 倒角
粗銑腳面 粗銑腳面
銑開檔 銑開檔
銑槽 銑槽
鉆孔 鉆孔
精銑腳面 精銑腳面
兩工藝方案的比較分析
這兩工藝方案除前三道工序不同之外，其余各工序均相同。前端三道工序是為了獲得精基準。方案一是用車削在車端面的同時將孔一并完成，這樣能很好地保證孔與端面的垂直度；方案二是先銑兩個端面，然后在鉆床上加工出孔，因為兩個端面一次銑出可以有較好的平行度，并且用端面定位也能得到較好的孔與端面垂直度。但是由于后面的工序均以孔及端面定位，所以基準是重合的，因此綜合比較選擇方案一。
毛坯為精鑄件，需退火處理以消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力以及誤差，在毛坯車間調(diào)整達到技術(shù)要求，然后送到機械加工車間加工。具體工序如下：
1、鉆Φ17孔并刮端面
2、拉Φ18H9孔
3、車端面、倒角
4、粗銑腳面
5、銑開檔
6、銑槽
7、銑面
8、鉆Φ8.7孔
9、去毛刺
10、精銑腳面
11、倒角、去毛刺
12、檢驗
根據(jù)零件的具體要求和各種加工方法所能夠達到的精度和粗糙度能力，以及各種機床的加工特點，查閱和參考《機械制造工藝學》等資料，可得到各加工面的加工方法（表1）和加工工藝工序安排（表2）：
表1 倒檔撥叉各加工面的加工方法
加工面
尺寸及偏差
精度
粗糙度
加工方案
Φ18孔
18（+0.043 0）
H9
Ra6.3
鉆-拉
Φ26端面及倒角
46
無
Ra2.5
半精車-精車
腳面
6（+0.12 -0.24）
無
Ra6.3
粗銑-半精銑
開檔
40（+0.42 +0.17）
無
Ra12.5
粗銑
槽14H13
14（+0.42 +0.1）
H13
Ra12.5
粗銑
操縱槽面尺寸
無
Ra2.5
粗銑-半精銑-精銑
Φ8.7孔
8.7（+0.1 0）
無
Ra100
鉆
操縱槽外圓
Φ19
無
Ra100
粗銑
操縱槽底圓
SR10（+0.5 0）
無
Ra100
粗磨
表2 倒檔撥叉加工工藝工序安排
工序號
工序內(nèi)容
定位基準
01
鉆Φ17.5孔并刮端面
以5mm厚的腹板為第一毛坯基準；在加工18H9孔時保證孔壁均勻，以Φ26外圓表面為第二毛坯基準，鉆孔至Φ17，以后以孔為精基準。
02
拉Φ18H9孔
以工序一中的孔Φ17及Φ26外圓表面為基準。
03
車46端面、倒角
采用長銷小平面組合定位
04
粗銑腳面
采用長銷小平面組合定位
05
銑叉腳開檔
采用長銷小平面組合定位，限制5個自由度。再用兩個支承釘限制工件旋轉(zhuǎn)自由度
06
銑槽
采用長銷小平面組合定位限制5個自由度，再用兩個支承釘限制定位孔的旋轉(zhuǎn)自由度
07
鉆Φ8.7孔
采用固定錐銷與浮動錐銷，定位5個自由度，再用兩個支承釘，限制旋轉(zhuǎn)自由度
08
去毛刺
09
半精銑腳面
采用長銷小平面組合定位
10
倒角、去毛刺
11
清洗及終檢
3.4、加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的確定
結(jié)合倒檔撥叉尺寸及查閱相關(guān)數(shù)據(jù)可計算得到加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸如表3：
表3 倒檔撥叉加工余量、毛坯尺寸等參數(shù)表
加工面最終尺寸
公差/粗糙度
總余量
工序
毛坯尺寸
46（Φ26端面）
無/ Ra100
2*2
粗車→
50
6（叉腳腳面）
無/ Ra6.3
2*2
粗銑→
半精銑→
10
14H13（槽面）
H13/ Ra12.5
2*2
粗銑→
10
叉腳開檔40
B12/ Ra12.5
2*2
粗銑→
36
面14
無/Ra2.5
2.5
粗銑→
半精銑→
精銑→
16.5
加工時需要保證留有加工余量,最終尺寸加上各道工序加工余量即得到工序尺寸。
撥叉毛坯鑄造后應(yīng)安排退火，以消除殘留的鑄造應(yīng)力，降低硬度以便切削加工，消除鑄件的不良組織，毛坯不得有砂眼疏松等缺陷。
3.5）各種機床與刀具、夾具選擇
綜合考慮所要加工零件的尺寸及要加工表面所要達到的粗糙度要求，選擇機床與刀具如下：
（1）選擇機床
鉆Φ18H9孔并刮Φ26面，選擇Z525型立式鉆床。
拉Φ18H9孔選用閉制拉床。
車端面、倒角選用C6132型臥式車床。
銑工序均采用X62W型臥式銑床。
銑槽選用X6232型銑床。
鉆Φ8.7孔選用Z535型立式鉆床機床。
（2）選擇刀具
鉆Φ18H9孔選擇d=13.5，l=189mm，1號莫氏錐度的錐柄麻花鉆，高速鋼。
拉Φ18H9孔選擇d=14mm的圓孔拉刀，垃削長度30mm，總長L=445mm。
車端面、倒角選用端面車刀，B=16mm，H=25mm,L=126mm.
粗銑腳面、銑開檔選用三面刃銑刀，選擇銑刀d=100mm,孔徑D=12mm的錯齒三面刃銑刀，Z=16.
鉆Φ8.7孔選取d=8.7mm,l=125的有柄麻花鉆，硬質(zhì)合金。
3）選擇夾具
本零件各工序均采用專用夾具裝夾工件。
4）選擇量具
本零件屬于大批量生產(chǎn)，因此均采用通用量具。
3.6）確定切削用量
切削用量一般包括切削深度、進給量及切削速度三項。確定方法是先確定切削深度、進給量，再確定切削速度。根據(jù)工件尺寸和相關(guān)要求，并參考《實用機械加工工藝手冊》等資料，可得工件尺寸和切屑深度的選擇為：
1）工序鉆Φ18孔。由手冊查得鉆Φ18孔切削量ap=6.75mm，進給量f=0.61-0.75mm/r,取f=0.65mm/r
由附表查得v=0.45m/s
由此計算轉(zhuǎn)速n=1000υπD×60
即n=(1000*0.45*60)/(3.14*13.5)=636.9r/min
2）工序拉Φ18孔。
由于拉削運動沒有進給運動，所以用齒升量代替進給量，由表查得
f取0.06mm，
由表查得V拉=4-6m/min
奇效深度=齒升量=0.06mm
3）車端面ap=2mm
由附表查得f=0.4mm/r,車床實際轉(zhuǎn)速n=750r/min,則相應(yīng)的切削速度=56.5m/min
4）粗銑腳面
粗銑走刀一次ap=2.4mm，精銑走刀一次ap=0.35mm
由相關(guān)文獻查得粗銑每齒進給量ap=0.13-0.25mm/z,精銑每轉(zhuǎn)進給量f=0.5-1.2mm/r，取0.5mm/r
由手冊查得X62主軸轉(zhuǎn)速n=30-1500r/min
取粗銑轉(zhuǎn)速150r/min,精銑轉(zhuǎn)速300r/min,銑刀直徑d=100mm,所以相應(yīng)的切削速度分別為V粗=（3.14*100*150）/1000=47.1m/min
V精=（3.14*300*150）/1000=94.2m/min
5）銑開檔
ap=2mm.可一次銑出，由相應(yīng)文獻查出每齒進給量f=0.13-0.25mm/z,X62主軸轉(zhuǎn)速n=30-1500r/min，取190r/min
d=100mm,所以相應(yīng)的銑削速度V=（3.14*100*190）/1000=59.7m/min
6)銑槽
ap=2mm,可一次銑出
由相關(guān)文獻查得每齒進給量f=0.13-0.25mm/z,取0.15mm/z；X62主軸轉(zhuǎn)速n=30-1500r/min,取190r/min,
則相應(yīng)的切削速度V=（3.14*100*190）/1000=59.7m/min
7)銑面
ap=2.5mm,可一次銑出
由相關(guān)文獻附表查得每齒進給量f=0.13-0.25mm/z,取0.15mm/z；X62主軸轉(zhuǎn)速n=30-1500r/min,取190r/min,
則相應(yīng)的切削速度V=（3.14*100*190）/1000=59.7m/min
8）鉆Φ8.7孔
ap=4.35mm
由相關(guān)文獻附表查得f=0.47-0.57mm/r,取0.49mm/r；V=0.45m/s=27m/min
由此計算轉(zhuǎn)速n=（1000*27）/（3.14*8.7）=988.4r/min
按機床實際轉(zhuǎn)速取n=1100r/min,則V=（3.14*8.7*1100）/1000=30m/min
3.7）基本工時的確定
1）鉆Φ13.5孔并刮端面的基本時間；
根據(jù)參考文獻知T基=l/(fn)=(l+l1+l2) /(f*n)
l1=(D-d1)/2+(1-2) l2=2-4
f=0.65mm/r n=720r/min l=46mm l2=2mm
l1=13.5*0.85/2+2=7.7mm代入得
T基=（46+2+7.7）/（0.65*720）=7.14s
2)拉Φ14H9孔工序時間
根據(jù)參考文獻知T=(lp+l+l1)/1000v
l1=(5-10)lp=(z+z2)p z1=2b/(fz) z2=l/p+2 p=(1.5-2.5)
l1=6mm l=46mm lp=30mm v=(4-6)m/min
T=(30+46+6)/(1000*5)=18s
3)車端面工序時間
根據(jù)參考文獻知T=L*i/(f*n) L=(d-d1)/2+l1+l2+l3
d1=0 l2=4mm l1=2mm l3=0 i=1
L=26/2+2+4+0=19mm
f=0.4mm/r n=750r/min
T=19*60/(0.4*750)=3.8s
4)粗銑腳面工序
根據(jù)參考文獻知T=（l+l1+l2）/(fmz)
l2=(2-5)，l=18mm，e=2.4m
d=100mm，fmz取100mm/min
得T=（17.6+3+18）*60/100=23s
5)銑開檔
根據(jù)參考文獻知T=（l+l1+l2）/(fmz)
l1=16mm l=6mm l2=3mm fmz=100mm/min d=100mm
得T=(6+16+3)*60/100=15s
6)銑14H13槽
T=（l+l1+l2）/(fmz)
l1=16mm l=14mm l2=3mm fmz=100mm/min d=100mm
T=(16+14+3)*60/100=19.8s
7)銑面
根據(jù)參考文獻知T=（l+l1+l2）/(fmz)
l1=16mm l=14mm l2=3mm fmz=100mm/min d=100mm
T=(16+14+3)*60/100=19.8s
8)鉆Φ8.7孔
根據(jù)參考文獻知T=l/(f*n)=(l+l1+l2)/(f*n)
l2=(1-4) 鉆孔時l2=0 l=46mm l2=0 f=0.49mm/r
n=1100r/min
得T=（46+0+6.7）*60/(1100*0.49)=5.9s
9)精銑腳面
根據(jù)參考文獻知T=（l+l1+l2）/(fmz)
l=6mm l1=7.9mm l3=3mm fmz=23.5mm/r
得T=（6+7.9+3）*60/23.5=43.1s
3.8）計算時間定額和提高生產(chǎn)率的工藝途徑簡介
單件時間的計算公式為：
T單件=tj+t輔+t布置+t休
由于生產(chǎn)批量為成批生產(chǎn)，所以時間定額為：
T定額≈T單件
本次設(shè)計沒有具體計算輔助時間t輔、布置工作地點時間t布置和休息和生理需要時間t休，在成批生產(chǎn)中，輔助時間t輔可按基本時間的百分比進行估算，并在實際中修改，使之趨于合理?；緯r間tj和輔助時間t輔總和稱為操作時間，布置工作地點時間t布置一般按操作時間的2%~7%來計算，休息和生理需要時間t休一般按操作時間的2%來計算。另外，由于生產(chǎn)批量為中批量，故忽略了準備與終結(jié)時間t準結(jié)。
為了提高生產(chǎn)率，必須盡量減少時間定額，由于此處加工工藝已確定，故不能再減少基本時間，應(yīng)從以下三方面著手來減少時間定額以提高生產(chǎn)效率：
（1）減少輔助時間和輔助時間與基本時間重疊；
（2）減少布置工作地點時間；
（3）減少準備于終結(jié)時間。
3.9）工藝方案的比較與技術(shù)經(jīng)濟分析
在工藝規(guī)程設(shè)計最后一般還應(yīng)該對所設(shè)計工藝方案進行比較與技術(shù)經(jīng)濟分析，主要評價指標為零件（或工序）的全年工藝成本Sn和單個零件（或單個工序）的工藝成本Sd，其計算公式分別如下：
Sn=VN+Cn
Sd=V+CnN
式中V為每件零件的可變費用（元/件），N為零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)（件），Cn為全年不變費用（元）。
4、小結(jié)
本次《機械制造工藝學》課程設(shè)計的設(shè)計題目是倒檔撥叉的工藝規(guī)程設(shè)計，由于之前沒有學好制造工藝學，導致在開始做課程設(shè)計的時候毫無頭緒，經(jīng)過心態(tài)的調(diào)整，自己開始把工藝學里的重點內(nèi)容重新的學習了一遍，隨后并開始了自己的倒檔撥叉設(shè)計，按照老師布置的工作任務(wù)，我有條不紊地進行，并且自認為學到了較多的內(nèi)容。
通過本次課程設(shè)計，對倒檔撥叉有了一定的了解，同時對CAD軟件、《機械制造工藝學》和《機械工程材料》等相關(guān)知識有所復習。這也是對結(jié)合課本知識解決實際問題能力的一次鍛煉，同時也鍛煉了自學能力和查閱資料的能力。感覺頗深的是機械加工工藝的嚴謹性，每一個數(shù)據(jù)都比較嚴格和有相應(yīng)的規(guī)范與出處，以及每一個步驟都不是孤立的，要有全局意識才能做好設(shè)計。經(jīng)過這次設(shè)計，讓自己大概知道了機械零件是怎樣生產(chǎn)出來的，對機械行業(yè)也有了更深的認識。
但是由于自己相關(guān)專業(yè)知識知貧乏以及是第一次做工藝設(shè)計，當中出現(xiàn)問題當屬正常，希望老師諒解，并多多批評和指正。
5、參考文獻
[1] 王先逵.機械制造工藝學（第2版）.北京：機械工業(yè)出版社，2006.1
[2] 李軍.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).武漢：華中科技大學出版社，2007.5
[3] 沈蓮.機械工程材料（第2版）.北京：機械工業(yè)出版社，2007.8
[4] 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1996.12
6、附件
附件1：倒檔撥叉毛坯圖
附件2：倒檔撥叉加工工藝卡