一四档变速叉零件的工艺规程及铣内侧面夹具设计

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1、 课程设计说明书 一四档变速叉零件的工艺规程及铣内侧面夹具设计 全套图 纸加扣 3346389411或3012250582 目 录 第1章 零件分析 4 1.1 零件的作用 4 1.2 零件的工艺分析 4 1.3 确定零件的生产类型 5 第2章 确定毛坯、绘制毛坯简图 6 2.1 确定毛坯的制造形式 6 2.2 绘制拨叉锻造毛坯简图 6 第3章 工艺规程设计 7 3.1 基面的选择 7 3.2 制订工艺路线 7 3.3 确定加工余量 8 第4章 铣宽65mm的内侧面夹具设计 19 4.1研究

2、原始质料 19 4.2定位基准的选择 19 4.3 切削力及夹紧分析计算 20 4.4 误差分析与计算 21 4.5 零、部件的设计与选用 22 4.5.1定位销选用 22 4.5.2 定向键与对刀装置设计 22 4.6 夹具设计及操作的简要说明 24 总 结 26 致 谢 27 参考文献 28 第1章 零件分析 1.1 零件的作用 题目所给定的零件是一四档变速叉,它位于变速箱中,主要作用是拨动变速箱中的齿轮,使汽车达到变速的目的。拨叉是变速箱的换档机构中的一个主要零件。拨叉头以mm孔套在变速叉轴上，并用螺钉经螺纹孔与变速叉轴联结，

3、并用mm锁紧孔锁紧。拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变车辆行驶速度。 1.2 零件的工艺分析 由零件图可知，其材料为45钢。该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。 该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为42～50HRC；为保证拨叉换档

4、时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔mm的垂直度在长度40上要求为0.10mm。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位准确，拨叉采用紧固螺钉定位。螺纹孔的尺寸为x1.25-2a。 拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换档时叉脚端面的接触刚度；mm孔和孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面拨叉脚两端面、变速叉轴孔mm，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床、攻丝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相对较高，但也可以在正常的生产条件下，

5、采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。 该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔mm(H7)，在设计工艺规程时应重点予以保证。 1.3 确定零件的生产类型 拨叉在汽车上属于常用零件，且拨叉属轻型零件，该拨叉的生产类型为大量生产。 第2章 确定毛坯、绘制毛坯简图 2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为45钢,零件经常拨动齿轮承受变载荷和冲击性载荷,因此应选用锻件,以使金属纤维尽量不被切断,保证零件工作可靠。因为为大批量生产,且零件的轮廓尺寸不大,故采用模锻成型。这从提高生产率,保证加工精度上考虑,也是应该的。 2.2 绘制拨叉锻造毛坯简

6、图 绘制毛坯图如下 第3章 工艺规程设计 3.1 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一,它对零件的生产是非常重要的。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。 1．精基准的选择 叉轴孔mm的轴线是拨叉脚两端面设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸的设计基准。选用叉轴孔mm的轴线和拨叉头左端面作精基准定位加工拨叉脚两端面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，选用拨叉头左端面作精基准，夹紧力作用在拨叉凸台上，可避免在机械加工中产生

7、夹紧变形，夹紧稳定可靠。 2．粗基准的选择 选择变速叉轴下部mm的圆弧面和叉爪口内表面作粗基准。采用R37mm圆弧面定可以为后续工序准备好精基准。 3.2 制订工艺路线 工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。制订工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状,尺寸精度及位置精度的技术要求能得到合理的保证。生产纲领已确定为大批量生产的条件下,可以考虑采用万能性机床以及专用夹具,并

8、尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量降低。 因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。 经过讨论，工艺过程如下： 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容 1 铣 以上端面为基准，加工下端面 2 铣 以下端面为基准，加工上端面 3 钻 以上端面为基准钻扩铰Φ22孔 4 铣 以Φ22孔为基准，铣宽10mm的2侧面 5 铣 以Φ22孔为基准，铣宽65mm的内侧面

9、 6 铣 以Φ22孔和端面，及65mm叉口内侧面为基准，钻M12螺纹孔 7 钻 以Φ22孔和端面，及65mm叉口内侧面为基准，钻Φ3孔 8 钻 以Φ22孔和端面，及65mm叉口内侧面为基准，钻Φ14孔 9 铣 以Φ22孔和端面，及65mm叉口内侧面为基准，铣上下端R75的槽 10 检验 检验 11 入库 入库 3.3 确定加工余量 “变速叉”零件材料为45钢,生产类型为大批量生产,采用锻锤上合模锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量： (1) 粗铣、半精铣、精铣B上表面，D上表面，φ22孔上表面 考虑其加工表面粗糙度

10、要求为，可以先粗铣，半精铣再精铣，根据《机械加工工艺手册》表2.3-5，取Z=1已能满足要求 (2) 粗铣、半精铣、精铣B下表面 其表面粗糙度要求为，其加工方式可以分为粗铣、半精铣、精铣三步，根据《机械加工工艺手册》表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：Z=1 (3) 钻、扩、粗铰φ22孔内表面 考虑其表面粗糙度要求为，，其加工方式可以分为钻、扩、粗铰，根据《机械加工工艺手册》表2.3-5， 钻孔：φ20mm 扩孔：φ21.8mm 2Z=1.8 铰孔：φ22mm 2Z=0.2 (4) 粗铣、半精铣槽两端面

11、考虑其表面粗糙度要求为，其加工方式可以分为粗铣、半精铣，根据《机械加工工艺手册》表2.3-5，取Z=1已能满足要求。 (5) 钻、扩、攻丝M12螺纹孔 其表面粗糙度要求为，其加工方式可以分为钻，扩，攻丝三步，根据《机械加工工艺手册》表2.3-48，确定工序尺寸及余量为： 钻孔：φ11 扩孔：φ11.85 2Z=0.85 (6) 粗铣、半精铣小端宽度3槽 其表面粗糙度要求为，其加工方式可以分为粗铣、半精铣两步，根据《机械加工工艺手册》表2.3-48，确定工序尺寸及余量为：Z=1 (7) 钻φ3孔 考虑其表面粗糙度要求为，只要求粗加

12、工，一步钻到位。 （4） 确定切削用量及工时 工序1：以上端面为基准，加工下端面 机床：铣床X51 刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数 铣削深度： 每齿进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81，取 机床主轴转速： ， 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81, 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度：

13、 取 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： 工序2：以上端面为基准，加工下端面 机床：铣床X51 刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀）材料： 齿数 铣削深度： 每齿进给量：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-73，取铣削速度：参照参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81，取 机床主轴转速： ， 实际铣削速度： 进给量： 工作台每分进给量： ：根据参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.4-81, 被切削层长度：由毛坯

14、尺寸可知 刀具切入长度： 取 刀具切出长度：取 走刀次数为1 机动时间： 工序3：钻、扩、铰∅22H7孔 工件材料为HT200，硬度200HBS。孔的直径为22mm，公差为H7，表面粗糙度。加工机床为Z525立式钻床，加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔——Φ19mm标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔——Φ21.7mm标准高速钢扩孔钻；铰孔——Φ22mm标准高速铰刀。选择各工序切削用量。 （1）确定钻削用量 1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。

15、查Z525立式钻床说明书，取。 根据参考文献[7]表28-8，钻头强度所允许是进给量。由于机床进给机构允许的轴向力（由机床说明书查出），根据表28-9，允许的进给量。 由于所选进给量远小于及，故所选可用。 2）确定切削速度、轴向力F、转矩T及切削功率 根据表28-15，由插入法得： ， ， 由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。 由参考文献[7]表28-3，，，故 查Z525机床说明书，取。实际切削速度为： 由表28-5，，故 3）校验机床功率 切削功率为 机床有效功率 故选择的钻削用量可用。即

16、，，， 相应地 ，， （2）确定扩孔切削用量 1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-31，。根据Z525机床说明书，取=0.57mm/r。 2）确定切削速度及 根据参考文献[7]表28-33，取。修正系数： ， 故 查机床说明书，取。实际切削速度为 （3）确定铰孔切削用量 1）确定进给量 根据参考文献[7]表28-36，，按该表注4，进给量取小植。查Z525说明书，取。 2）确定切削速度及 由参考文献[7]表28-39，取。由 参考文献[7]表28-3，得修正系数， 故 查Z525说明书，

17、取，实际铰孔速度 （4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下： 钻孔：，，， 扩孔：，，， 铰孔：，，， 机动时间： 工序4：以Φ22孔为基准，铣宽10mm的2侧面 机床：X51铣床 刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。 采用高速钢圆柱铣刀,,Z=10,V=20m/min (2) 精铣R62mm孔的两端面 机床：X51铣床 刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：， ，齿数，此为粗齿铣刀。

18、 齿 采用高速钢圆柱铣刀,V=31m/min. 工序5：以Φ22孔为基准，铣宽65mm的内侧面 机床：立式铣床X51 刀具：高速刚圆柱形铣刀 粗齿数 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺师手册》表30-13，取 铣削速度：参照《机械加工工艺师手册》表30-23，取， 取=30, =63代入公式（2-1）得： 机床主轴转速：，根据《机械加工工艺师手册》表11-4，取 实际铣削速度： 取=，，=代入公式（2-2）得： 工作台每分进给量： 根据《机械加工工艺师

19、手册》 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： 刀具切出长度：取 走刀次数为1 取，，代入公式（2-3）得： 机动时间： 工序6：以Φ22孔和端面，及65mm叉口内侧面为基准，钻M12螺纹孔 (1)钻M12螺纹孔底孔Φ10 机床：钻床Z525 钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻，《机械加工工艺手册》第2卷。 根据《机械加工工艺手册》第2卷表10.4-2查得钻头直径小于10的钻孔进给量为0.20～0.35。 则取 确定切削速度，根据《机械加工工艺手册》第2卷表10.4-9 切削速度计算公式为

20、 （3-20） 查得参数为，刀具耐用度T=35 则 ==1.6 所以 ==72 选取 所以实际切削速度为=2.64 确定切削时间（一个孔） = (2)攻丝M12 刀具：钒钢机动丝锥 进给量：由于其螺距,因此进给量 切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4.105，取 机床主轴转速：，取 丝锥回转转速：取 实际切削速度： 由工序4可知： 走刀次数为1 机动时间： 工序7：以Φ22孔和端面，及

21、65mm叉口内侧面为基准，钻Φ3孔 刀具：我选择直柄麻花钻：d =3, l= 117, l1 =75 ，刀具材料W18Cr4V； 机床：Z525 计算切削用量 进给量：根据在《金属机械加工工艺人员手册》表14-34中及机床，选用f=0.10mm/ r 。 计算切削速度：按照在《金属机械加工工艺人员手册》表中14-29公式计算： 查《机械制造技术基础课程设计指南》[2]表5-134，，取，，取，主轴转速：（r/min） 根据机床选取n=1360(r/min) ，所以实际切削速度 （r/min） 计算切削工时 ,式中，，，所以 ==0.22（min） 工序

22、8：以Φ22孔和端面，及65mm叉口内侧面为基准，钻Φ14孔 （1） 切削深度 。 （2） 进给量和切削速度的确定 选硬质合金钻头直柄麻花钻，钻头参数如下：，查《机械制造技术基础课程设计指南》[2]表5-134，，取，，取，根据上面数据，计算主轴转速，查立式钻床Z525主轴转速表，取n=1360r/min，计算实际切削速度，。 （3） 基本时间的确定，首先查《机械制造技术基础课程设计指南》[2]表2-2查得钻削机动时间计算公式，，，=（1~4）， 钻孔深度，，，所以 工序9：以Φ22孔和端面，及65mm叉口内侧面为基准，铣上下端R75的槽 机床：铣床X62 刀具：高速

23、刚锯片铣刀 粗齿数 铣削深度： 每齿进给量：根据《机械加工工艺师手册》表30-13，取 铣削速度：参照《机械加工工艺师手册》表30-23，取， 取=30, =63代入公式（2-1）得： 机床主轴转速：，根据《机械加工工艺师手册》表11-5，取 实际铣削速度： 取=，，=代入公式（2-2）得： 工作台每分进给量： 根据《机械加工工艺手册》 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： 刀具切出长度：取 走刀次数为1 取，，, 代入公式（2-3）得： 机动时间： 第4章 铣宽65mm的内侧面夹具设计 4.1研究原始质料 利用本夹具主要

24、用来工序5 铣宽65mm的内侧面，要满足对称度要求以及其两边的平行度要求。在铣叉脚内侧面时，为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 4.2定位基准的选择 拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑

25、如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。Φ22的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ22孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的φ22孔的端面作为定位夹具。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。 4.3 切削力及夹紧分析计算 刀具：错齿三面刃铣刀（硬质合金） 由[3] 所列公式 得 查表 9.4—8 得其中： 修正系数 z

26、=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 安全系数 K= 其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性

27、能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 极限应力幅： 许用应力幅： 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 [s]=2.5~4 取[s]=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力 4.4 误差分析与计算 （1）定位元件尺寸及公差确定。 夹具的主要定位元件为一平面和一定位销，孔与销间隙配合。 （2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小

28、时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。 ⑵ 夹紧误差 ： 其中

29、接触变形位移值： 查[5]表1～2～15有。 ⑶ 磨损造成的加工误差：通常不超过 ⑷ 夹具相对刀具位置误差：取 误差总和： 从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 4.5 零、部件的设计与选用 4.5.1定位销选用 本夹具选用一可换定位销和固定棱形销来定位，其参数如下表： 表5.1 定位销 d H D 公称尺寸 允差 22 16 15 ～0.011 22 5 1 4 M22 4 4.5.2 定向键与对刀装置设计 定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使

30、用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。 根据GB2207—80定向键结构如图所示： 图5.1 夹具体槽形与螺钉 根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如表5.4： 表5.4 定向键 B L H h D 夹具体槽形尺寸 公称尺寸 允差d 允差 公称尺寸 允差D 18 ～0.022 ～0.035 25 22

31、4 22 4.5 18 +0.019 5 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 塞尺选用平塞尺，其结构如图5.3所示： 图5.3 平塞尺 塞尺尺寸参数如表5.5： 表5.5 塞尺 公称尺寸H 允差d C 3 ～0.006 0.25 4.6 夹具设计及操作的简要说明 如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。由于该工件体积小，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大

32、，在机床夹具中很广泛的应用。 此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。 总 结 这次设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本

33、次设计。 这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次课程设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。 回顾起此次设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到完成定稿，从理论到实践，在整整一学期的日子里，可以说学到了很多很

34、多的的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的实用，在生产过程中得到应用。在设计的过程中遇到了许多问题，当然也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，让自己把以前所学过的知识重新复习了一遍。 这次设计虽然顺利完成了，也解决了许多问题，也碰到了许多问题，老师的辛勤指导下，都迎刃而解。同时，在老师的身上我也学得到很多额外的知识，在此我表示深深的感谢！同时，对给过我帮助

35、的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感谢！ 致 谢 这次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了课程设计。 参考文献 1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年 2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年 3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年 4.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年 5.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月 6.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年 27