1、 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 1 1.绪论 加工工艺及夹具毕业设计是对所学专业知识的一次巩固，是在进行社会实践之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是理论联系实际的训练。 夹具是机械加工不可缺少的部件 ,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下 ,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。现行的传统生产管理系统中 ,生产决策层与车间执行层 ,计划层、调度层与控制层是独立分开的 ,信息采集大多只能通过人工录入的方式进行 ,车间生产信息的反馈周期较长。造成在生产调度与控制过中缺乏必要的现场信息 ,不能及时根据实际 生产情况的变
2、化进行重新调度 ,更谈不上实时修订生产计划了。并且当实际生产情况无法实现原有生产计划时 ,传统的生产管理系统也往往不能及时发现这些问题并加以解决 ,最终导致企业产品的交货期延误。现代制造企业中 , ERP 已经成为必备的业务和数据平台 ,无论是 APS ,还是 MES ,都需要与 ERP 系统进行数据交互和信息共享 ,获得系统自身运行必需的相关数据。当将 APS 和 MES 集成时 ,也必须将 ERP 系统考虑在内 ,也就是将 ERP、 APS、 MES 三个系统进行集成 ,这其中不可避免地出现交叉和重叠的现象。因此基于 ERP 的 APS 与 MES 集成系统的框架确定 ,主要考虑企业的产品
3、、生产模式、计划模式、已有系统与新构建系统的差异等因素。目前 ,国内外已经有学者提出了 APS、 MES 与 ERP 集成的框架 ,但是现有的集成框架结构仍以供应链管理平台为界面 ,其中 APS 的应用偏重于供应链计划的管理 ,主要面向物料复杂、外协外购较多的企业生产环境。针对原材料供应相对简单、稳定的企业 ,可以把精力放在以车间生产计划与调度管理为重点的系统集成框架。该框架以APS 和 ERP 的闭环系统集成为核心 ,通过 MES 系统控制车间生产活动 ,达到企业内部车间生产 计划和调度的优化。 成组技术从 20 世纪 50 年代提出到如今已经历了近 50年的发展和应用。成组技术作为一门综合
4、性的生产技术科学是计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造 (CAM) 和柔性制造系统等方面的技术基础。我国早在 20 世纪 60 年代初就在纺织机械、飞机、机床及工程机械等机械制造业中推广应用成组技术 ,并初见成效。因此 ,成 组技术受到国家有关部、局和工厂企业 ,研究所及高等院校的重视。目前 ,正积极开展这一方面的科学研究、人材培训和推广应用等工作。原机械部设计研究院负责组织研制的全国机械零件分类 编码系统 JLBMI ,它将对我国推广应用成组技术起到积极推进作用。我国不少高等工业院校结合教学和科研工作 ,在成组技术基本理论及其应用方面 ,如零件分类编码系统、零件分类成组方法
5、和计算机辅助编码、分类、工艺设计、零件设计、生产管理的软件系统等方面都开 展了许多研究工作 ,并取得了不少成果。可以相信 ,随着应用推广和科研工作的持续开展 ,成组技术对提高我国机械工业的制造技术和生产管理水平将日益发挥其重要的作用。 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 2 1.1、课题背景及意义 材料、结构、工艺是产品设计的物质技术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技 术也推动着设计。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。 材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起整个机体的变化
6、。随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度对夹具的制造精度要求更高精度夹具的定位孔距精度也随着提高，机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。 工业的模块、组合夹具元件模 块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用 CAD 技术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化
7、设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站， 为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商务化。迅速发展对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，对中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。 经济夹具的通用性直接影响其经济性。夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强 ,应用范围广 ,通用性好 ,
8、夹具利用率高。德国 demmeler 公司的孔系列组合焊接夹具 ,仅用品种、规格很少的配套元件即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强 ,使得夹 具的通用性好 ,元件少而精 ,配套的费用低 ,经济实用才有推广应用的价值。随着我国经济的高速发展 ,社会对机械产品需求多样化的趋势也越来越明显。为此 ,制造技术的研究者提出了成组技术的科学理论及实践方法 ,它能从根本上解决生产 由于品种多 ,产量小带来的矛盾。成组技术 GT ( Group T2echnology) 是一门生产技术科学 ,它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性 ,并对其进行充分利用。即把相似的问题归类成组 ,寻求解决这一组问
9、题相对统一的最优方案 ,以取得所期望的经济效益。成组技术应用与机械加工方面 ,乃是将多种零件按其工艺的相似性分类成组以形成零件族 ,把同一零件族中东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 3 零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量 ,从而使小批量生产能获得接近于大批 1.2、基本设计内容及解决的关键问题 倒档拨叉在运输车的变速箱中，与操纵机构的其他零件结合，用它拨动滑动齿轮，实现倒车。他是汽车的典型零件，在制定加工工艺时，须考虑到毛坯的选择、定位基准的选择以及典型表面的加工。 1.3、本课题调研情况综述 该 零件是叉架类零件，形状不规则，尺寸精度，形位精度要求均较高，零件的主要技
10、术要求分析如下：（参阅附图 -1） T1,T2 两表面对 14H9 孔轴线垂直度摆差不大于 0.1mm，主要是保证拨叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上，拨叉利用弹簧，滚珠在轴上进行定位，因此必须保证 8.7+0.70mm。孔及拨叉槽的尺寸精度。 T1,T2 面与不加工腹板 5mm 的平均尺寸为 0.5mm，应注意保持有一定的台面。 拨叉在操作时轴向移动灵活， T1,T2 表面受力均匀。铸件要求不能有砂眼，疏松等缺陷 ，以保证零件的强度，硬度及刚度，在外力的作用下，不至于发生意外事故。由于零件的壁薄而且刚性较差，在设计夹具时应充分注意到这一点。 14H9 孔是一个比较重要的孔，也是以后机械加工各
11、工序中的主要定位基准。因此加工此孔的工序是比较重要的。要在夹具设计中考虑保证达到此孔精度及粗糙度的要求。 2.杠杆加工工艺规程设计 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 I 倒档叉子东风 -12运输车的变速箱中，与操作机构的其它零件结合，用它拨动滑动齿轮，实现倒车。 14H9 为配合面有较高精度 ,槽 14H13 为滑动拨动的配 合表面。 T1， T2 为与滑动齿轮接触之表面。 2.1.2 零件的工艺分析 该零件是叉架类零件，形状不规则，尺寸精度，形位精度要求均较高，零件的主要技术要求分析如下：（参阅附图 -1） (1)T1,T2 两表面对 14H9 孔轴线垂直度摆差不大于 0.1mm，
12、主要是保证拨叉面能正确地安装在变速箱的倒档轴上，拨叉利用弹簧，滚珠在轴上进行定位，因此必须保证 8.7+0.70mm。孔及拨叉槽的尺寸精度。 T1,T2 面与不加工腹板 5mm 的平均尺寸为 0.5mm，应注意保持有一定的台面。 拨叉在操作时轴向移动灵活， T1,T2 表面受 力均匀。 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 4 (2)铸件要求不能有砂眼，疏松等缺陷，以保证零件的强度，硬度及刚度， 在外力的作用下，不至于发生意外事故。 (3)由于零件的壁薄而且刚性较差，在设计夹具时应充分注意到这一点。 (4) 14H9 孔是一个比较重要的孔，也是以后机械加工各工序中的主要定位基准
13、。因此加工此孔的工序是比较重要的。要在夹具设计中考虑保证达到此孔精度及粗糙度的要求。 2.2 工艺规程的设计 2.2.1 确定毛坯的制造形式 由于零件的结构比较复杂，又是薄壁件，所以采用金属铸造。工件材料为 KTH350-10，毛坯尺寸精度要求为 IT11 12 级。 2.2.2 基准的选择 根据零件图纸及零件的使用情况分析，知 14H9 孔，槽宽，叉子面厚，叉子面与腹板的距离等均应正确定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。 (1)粗基准的选择 按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不价格表面为粗基准，故此处选择 5mm 厚的腹板右侧为 第一毛基准；在加工 14H
14、9孔时，为保证孔壁均匀，选择 24 的外圆表面为第二毛基准。 （ 2）精基准的选择 在 14H9 孔加工以后，各工序则以该孔为定位精基准，从靠近叉脚的 24mm端面 为轴向尺寸的定位精基准，这样就满足了基准重合的原则和互为基准的原则。在加工某些表面时，可能会出现基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。 2.2.3 拟定工艺路线 （ 1）拟定工艺路线 为保证达到零件的几何形状，尺寸精度，位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。 由于生产纲领为成批生产，所以采用通过机床配以专用的工，夹，量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本降低。 工艺路线方案一： 工艺路线方案二： 精
15、铸，退火 精铸，退火 工序： 工序： 1. 钻孔，刮端面。 1.铣两端面 2. 拉孔。 2.钻，扩，倒角，铰 14H9 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 5 3. 车端面。 3.倒角。 4. 粗铣脚面。 4,粗铣脚面。 5. 铣开挡。 5.铣开档。 6. 铣槽。 6.铣槽。 7. 钻孔。 7.钻孔。 8.精铣脚面。 8.精铣脚面。 （ 2）两个工艺方案的比较和分析： 两个工艺方案中除去前三道工序不同外，后面的工序都相同，而前 3 道工序是为了获得精基准。方案一是用车削的方法，在车端面的同时将孔一并完成，这样能很好地保证孔一并完 成，这样你能很好地保证孔与端面的垂直度；方案二
16、是先铣两个端面，然后再钻床上加工出孔，因为两个端面一次铣出，可以有较好的平行度，然后用端面定位，用滑柱钻模板直接压紧，也能得到较好的孔与端面的垂直度。 后面的工序均以孔及端面定位，故基准是重合的，两方案中这点是相同的。 另外，选择方案时还应考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工，夹，量具等。本次手机选择工艺路线方案已。根据工序方案一制定出详细的工序划分如下所示： 毛坯为精铸件，清洁后，退火处理，以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，在毛坯车间调整拨叉爪变 形，铣去浇冒口，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。 工序： （ 1） 铣两侧端面。 （ 2） 钻扩绞 14H9 的孔、
17、（ 3） 车端面，倒角。 （ 4） 车端面，倒角。 （ 5） 整形。 （ 6） 粗铣脚面。 （ 7） 铣开档。 （ 8） 铣槽。 （ 9） 铣面。 （ 10） 钻 8.7mm 孔。 （ 11） 去毛刺。 （ 12） 精铣脚面。 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 6 （ 13） 倒角，去毛刺。 （ 14） 检验。 根据此工序卡的安排，编出机械加工工艺卡及工序卡。 2.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1.毛坯尺寸的确定，画毛坯图。 I 倒档拨叉是东风 12 农用运输车变速箱中的一个零件，其材料为 KTH350 10.由于产品的形状复杂，生产纲 领是成批生产，所以
18、毛坯选用金属型铸造。毛坯铸出后应进行退货处理，以消除铸件在铸造过程中的内应力。 由文献【 1】表 2.3-6，该种铸件的尺寸公差等级 CT 为 7 9 级，加工余量等级 MA为 F级。故取 CT为 9 级， MA 为 F 级。 由文献【 1】表 2.3-5 可用查表法确定各表面的总余量，但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。 由文献【 1】表 2.3-9 可查出铸件主要尺寸的公差，现将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示。 主 要毛 坯尺 寸及公差 由此，即可绘制出零件的毛坯图。 2.2.5.编制工艺过程卡 2.2.6 编制工序卡 2.2.
19、7 分析工艺过程 主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差CT 主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差CT 24mm两端面 46 3+3 52 2 14H13槽面 14 2+2 10 1.6 两脚面 6 2+2 10 1.5 叉脚开挡 40 3+3 34 2 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 7 工序 1：铣端面 （ 1）粗铣 、 精铣 25 孔 下平面 加工条件： 工件材料： KTH350-10， b 200MPa 机床： 62W 卧式机床 刀具：高速钢镶齿套式面铣刀 刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）： 15YT ， 100D mm ，齿数 12。 精铣该平
20、面的单边余量： Z=0.1mm 铣削深度 pa ： 0.1pa mm 每齿进给量 fa ：取 0.08 /fa mm Z 铣削速度 V ：取 0.32 /V m s 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 0 . 3 2 6 0 6 1 / m i n3 . 1 4 1 0 0Vnrd 取 75 /minnr 实际铣削速度 v ： 3 . 1 4 1 0 0 7 5 0 . 4 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0dnv m s 进给量 fV ，由（式 1.3）有： 0 . 1 5 1 2 7 5 / 6 0 2 . 2 5 /ffV a Z n m m s 工作台每分进给量
21、 mf ： 2 . 2 5 / 1 3 5 / m i nmff V m m s m m 工序 2 钻孔 加工条件： 工件材料： KTH350-10， b 200MPa 机床： Z535 立式钻床 刀具：钻孔 标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔 标准高速钢扩孔钻；铰孔 标准高速铰刀 该孔先由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆孔拉刀拉出。 由 文 献 【 1 】表 2.3-52 得 拉 孔 时 的 余 量 为 0.5mm ， 故 钻 孔 余 量 为 Z 钻 =14-0.5/2mm=6.75mm。 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 8 钻孔：工序尺寸及公差为 13.5+0.1
22、2/0 铰孔：工序尺寸及公差为 14H9（ +0.043/0） 由文献【 1】表 2.4-38，取钻孔的进给量为 f=0.4mm/r；又由文献【 1】表 2.4-41， 用插入法求得钻孔时的切削速度 v=0.4675m/s=28.05m/min。由此算出转速为： n=1000v/ D=1000 28.05/ 13.5=661.4r/min 按车床的实际转速取 n=720r/min，则实际切削速度为： V= Dn/1000= 13.5 720/1000=30.5m/min 由文献【 1】表 2.4-69得 F=9.81 43.3 d0 f0.8 Kf M=9.81 0.021d2/0 f0.8
23、Km 因为加工可锻铸铁时 Kf=Km，由文献【 1】表 2.4-47，可查得 Kf=0.92，故 F=9.81 43.3 13.5 0.40.8 0.92N=2535N M=9.81 0.021 13.52 0.40.8 0.92N.M=16.6N.M 它们均小于机床所能提供 的进给力和扭转力矩，故机床刚度足够。 工序 6粗铣脚面 工件材料： KTH350-10，金属模铸造 加工要求：粗铣脚面。 机床： 62W 卧式铣床 刀具：高速钢镶齿式面铣刀 计算切削工时 脚面由粗铣、精铣两次加工完成，采用三面刃圆盘铣刀（高速钢），铣刀规 格为 1208 12. 由文献【 1】表 2.3-59,查得精加工
24、余量为 1mm，由于两脚面较小，根据实际 情况将其调整为 0.35mm，故其粗加工余量为（ 2.75-0.35） mm=2.4mm。 由文献【 1】表 2.4-73，取粗铣的每齿进给量为 0.2mm/z，取 精铣的每转进 给量为0.5mm/r,粗铣走刀一次 ap=2.4mm，精铣走刀一次 Ap=0.35mm。 由文献【 1】表 3.1-74，取粗、精铣的主轴转速分别为 150r/min 和 300r/min。 又由东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 9 前面选定的刀具直接 120mm,故相应的切削速度分别为： V 粗 = Dn/1000= 120 150/1000m/min=
25、56.5m/min V 精 = Dn/1000= 120 300/1000m/min=113m/min 校核机床功率（只须校核粗加工即可） 由文献【 1】表 2.4-96，得切削 功率 Pm 为： Pm=92.4 10-5d0.014/0A0.86/eA0.76/fApZnKpm 取 Z=16,N=150/60=2.5r/s,Ae=18mm,Af=0.2mm/z, Ap=2.4mm,而 Kpm=Kv*Kfz 由文献【 1】表 2.4-94 可知 Kv=1， Kfz=1,故 Kpm=1, 所以 Pm=92.4 10（ -5） 120(0.14) 18（ 0.86） 0.2（ 0.72） 2.4
26、16 2.5 1KW=0.65KW。 其所消耗功率远小于机床效率，所以可用。 工序 8 铣槽 工件材料： KTH350-10，金属模铸造 加工要求：铣槽 机床： 62W 卧式铣床 刀具：高速钢镶齿式面铣刀 14H13 的槽面可用变速刚三面刃铣刀加工，由前定余量 2mm 故可一次铣出， 铣刀规格为 125 14H13。 由文献【 1】表 2.4-73，取每齿进给量为 0.15mm/z， Ap=2mm；由文献【 1】 表 3.1-74，取主轴转速为 190r/mm，则相应的切削速度为： V= Dn/1000= 125 190/1000m/min=74.6m/min 铣削的辅助时间 2 0.41ft
27、 工序 7 铣开挡 工件材料： KTH350-10，金属模铸造 加工要求：铣开挡 东风 -12 运输车变速箱齿轮拨叉加工工艺及夹具设计 10 刀具：高速钢镶齿式面铣刀 开挡面余量为 3mm，也可以用高速钢三面刃铣刀一次铣出，铣刀规格为 120 12.由文献表【 1】 2.4-73，取每齿进给量为 0.15mm/z， Ap=3mm； 由文献【 1】表 3.1-74，取主轴转速为 190r/mm，则相应的切削速度为： V= Dn/1000= 120 190/1000m/min=71.6m/min 工序 11 精铣脚面 工件 材料： KTH350-10，金属模铸造 加工要求：精铣脚面 机床： 62W
28、 卧式铣床 刀具：高速钢镶齿式面铣刀由文献【 1】表 2.4-38，取进给量 f=0.3mm/r, 由文献【 1 】表 2.4-41, 用 插 入 法 求 得 钻 8.7mm 孔 的 切 削 速 度 为 V=0.457m/s=27.42m/min 由此计算出转速为： N=1000v/ D=1000 27.42/ 8.7r/min=1003r/m 按机床实际转速取 n=1000r/min，则实际切削速度为： V= Dn/1000= 8.7 1000/1000m/min=27.33m/min 24mm 两端面的加工 两端面的加工由车削来完成，工序余量为 3mm。 由文献【 1】表 2.4-3 可得： Ap=3mm,f=0.4mm/r,由文献【 1】表 31-18 可得： n=750r/min.则相应的切削速度为 : V= Dn/1000= 24 750/1000m/min=56.5m/min 2.2.8 时间定额计算 工序 1：铣端面 （ 1）粗铣 、 精铣 25 孔 下平面 加工条件： 工件材料： KTH350-10， b 200MPa 机床： 62W 卧式机床
