课程设计换挡叉机械加工工艺规程及Φ16H8夹具设计.doc

课程设计说明书

题目 设计“换挡叉”的机械加工工艺规程
与φ16H8夹具设计

任务书
一、设计题目　
换挡叉机械加工工艺规程及Φ16H8夹具设计
二、原始资料
(1) 被加工零件的零件图 1张
(2) 生产类型:（中批或大批大量生产）
三、上交材料
1．绘制零件图 1张
2．毛坯图 1张
3．编制机械加工工艺过程综合卡片 1套
4．编制机械加工工艺卡片（仅编制四道工序的机械加工工艺卡片）
1套
5．绘制夹具装配图（A0或A1） 1张
6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。 1张
7．编写课程设计说明书（约5000-8000字）。 1份
四、进度安排
本课程设计要求在3周内完成。
1．第l～2天查资料，熟悉题目阶段。
2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法和机械加工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。
3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。
4．第11～13天，完成夹具总装图的绘制。
5．第14～15天，零件图的绘制。
6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。
7．第19天，完成图纸和说明书的输出打印。
8．第20～21天，答辩

五、指导教师评语

成 绩：
指导教师　　　　　　　

日　　期　　　　　　　

目 录
第1章 零件工艺性分析 5
1.1换挡叉的概述 5
1.1.1换挡叉的功用 5
1.1.2换挡叉的结构特点 5
1.2换挡叉的技术要求 5
1.3分析换挡叉的工艺性 6
1.4确定换挡叉的工艺类型 7
第2章 换挡叉机械加工工艺规程设计 7
2.1换挡叉材料及毛坯制造方法 7
2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量 7
2.2.1铸件机械加工余量等级 7
2.2.2铸件公差等级 7
2.2.3确定铸件基本尺寸 8
2.3定位基准的选择 8
2.3.1粗基准 8
2.3.2精基准 8
2.4制订工艺路线 8
2.4.1工艺路线方案一 9
2.4.2工艺路线方案二 10
2.4.3工艺方案的比较与分析 10
2.4.4工艺路线确定 10
2.5确定切削用量及基本工时 11
2.5.1切削用量的计算 12
2.5.2基本工时的计算 13
第3章 φ16H8专用机床夹具设计 15
3.1设计主旨 16
3.2夹具设计 16
3.2.1约束自由度 16
3.2.2设计夹具定位夹紧结构 16
3.2.3定位误差分析 16
3.2.4夹紧力计算 16
第4章 方案综合评价与结论 17
第5章 参考文献 17

第1章 零件工艺性分析
1.1换挡叉的概述
1.1.1换挡叉的功用
换挡叉头以孔套在变素差叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴联接，换挡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换挡叉头部的操纵槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，换挡叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动以变换档位，从而改变机器的运转速度。
1.1.2换挡叉的结构特点
换挡叉在改变档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应换挡叉的工作条件。该零件的主要工作表面为换挡叉脚两端面、叉轴孔和锁销孔，在设计工艺规程时应重点予以保证。
1.2换挡叉的技术要求
零件图

换挡叉零件技术要求如下表
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差及精度等级
表变粗糙度Ra/
形位公差/mm
换挡叉头两端面
42
IT13
12.5

换挡叉头部上端面
21
IT13
6.3

换挡叉头部方槽两侧面
14
IT13
3.2

换挡叉头部方槽底面

IT14
3.2

孔

IT8
0.2

换挡叉脚两端面

IT11
0.8

换挡叉脚内表面

IT10
3.2

该换挡叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、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。差脚两端面以及换挡叉头部方槽两侧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55-63HRC；为保证换挡叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔mm垂直度为0.1。为保证换挡叉在叉轴上有准确的位置，该换档位准确，换挡叉采用螺栓螺纹连接定位。为保证整个零件的硬度和加工性能，要求对整个零件进行热处理、调质，硬度为18-25HRC。
综上所述，该换挡叉零件的各项技术要求制定的较为合理，符合该零件在变速箱中的功用。
1.3分析换挡叉的工艺性
分析零件图可知，拨插头两端面和差脚两端面均要求切削加工，且在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少里加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度；mm孔的端面为平面，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（换挡叉脚两端面、内表面mm和差轴孔mm）外，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，采用较经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。
1.4确定换挡叉的工艺类型
设计要求该零件的生产类型为大批生产。
第2章 换挡叉机械加工工艺规程设计
2.1换挡叉材料及毛坯制造方法
由于该换挡叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强换挡叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用铸件，该换挡叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属于中批生产，为提高生产率和铸件精度，以采用砂型铸造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为5°。
2.2确定毛坯尺寸公差和加工余量
要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。
2.2.1铸件机械加工余量等级
查表2-5[1]得铸件机械加工余量等级为F~H，取G级。
2.2.2铸件公差等级
由于铸件选择机器造型，材料为ZG45Ⅱ，生产类型为大批量，查表2-1[1]得铸件公差等级CT为8~12级，取10级。
2.2.3确定铸件基本尺寸

换挡叉铸件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下：
加工表面
公差等级
加工面基本尺寸
铸造尺寸公差
机械加工余量公差等级
RMA
毛坯基本尺寸
换挡叉头部上端面
10
21
2.4
G
1.4
23.6
换挡叉头部方槽两侧面
—
—
—
—
—
0
换挡叉头部方槽底面
—
—
—
—
—
0
换挡叉头部两侧面
10
42
2.8
G
1.4
46.2
螺纹孔端面
10
14
2.2
G
1.4
16.5
孔
—
—
—
—
—
0
换挡叉脚两端面
10
8
2
G
1.4
11.8
换挡叉脚内表面
10
R43
3.2
G
1.4
R40.8
2.3定位基准的选择
2.3.1粗基准
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。
粗基准：选择换挡叉脚两端面和内表面作为粗基准。
2.3.2精基准
根据该换挡叉零件的技术要求和装配要求，选择换挡叉头右端面和叉轴孔mm做为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。
叉轴孔mm的轴线是设计基准，选用其做精基准定位加工换挡叉脚两端面，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。
选用换挡叉左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该换挡叉在轴方向的尺寸多以该端面作为设计基准；
另外，由于换挡叉刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避面在机械加工中产生加紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能做用在叉杆上。
选用换挡叉头右端面作精基准，夹紧可作用在换挡叉左端面上，加紧稳定可靠。
2.4制订工艺路线
2.4.1工艺路线方案一
工序1：粗铣换挡叉头左右两端面
工序2：钻mm孔。
工序3：拉mm孔至图样尺寸。
工序4：锪mm孔处倒角1×45º。
工序5：粗铣换挡叉头上端面。
工序6：粗铣—精铣换挡叉头部方槽。
工序7：粗铣—精铣—磨削换挡叉脚两端面。
工序8：粗铣—精铣换挡叉脚内表面。
工序9：粗铣螺纹孔端面。
工序10：钻M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 º，攻螺纹M10mm。
工序11：清洗。
工序12：终检。
2.4.2工艺路线方案二
工序1：粗铣换挡叉头左右两端面
工序2：钻扩铰mm孔至图样尺寸。
工序3：锪mm孔处倒角1×45º。
工序4：粗铣—精铣—磨削换挡叉脚两端面。
工序5：粗铣—精铣换挡叉脚内表面。
工序6：粗铣换挡叉头上端面。
工序7：粗铣—精铣换挡叉头部方槽。
工序8：粗铣螺纹孔端面。
工序9：钻M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 º，攻螺纹M10mm。
工序10：清洗。
工序11：终检。
2.4.3工艺方案的比较与分析
上述两个方案的特点在于：方案一是先加工换挡叉头部两端面及Φ16mm孔，再加工换挡叉头部方槽，再加工换挡叉脚部端面及内表面，最后加工M10mm螺纹孔。方案二是先加工换挡叉头部两端面及Φ16mm孔，再加工换挡叉脚部端面及内表面，再加工换挡叉头部方槽，最后加工M10mm螺纹孔。显然在加工换挡叉脚部端面及内表面之后在加工换挡叉头部方槽，较易保证方槽的加工精度和形位公差，所以方案二较合理。
2.4.4工艺路线确定
在综合考虑工序顺序安排原则的基础上，表4列出了换挡叉的工艺路线。
表4换挡叉工艺路线及定位基准、设备的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
定位基准
1
同时粗铣换挡叉头左右两端面
卧式双面铣床
三面刃铣刀
叉脚左侧边
2
钻扩铰Φ16mm孔
四面组合钻床
麻花钻、扩孔刀、铰刀
叉脚内表面和叉顶部侧面
3
锪Φ16mm孔处倒角1×45º
四面组合钻床

叉脚内表面和叉顶部侧面
4
粗铣—精铣换挡叉脚两端面
卧式双面铣床
三面刃铣刀
Φ16mm孔，叉头部右端面
5
粗铣—精铣叉脚内侧面
立式铣床X51
铣刀
Φ16mm孔，叉脚外曲面
6
粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽
立式铣床X51
铣刀
Φ16mm孔，叉脚内表面
7
粗铣螺纹孔端面
立式铣床X51
铣刀
Φ16mm孔，叉脚内表面
8
钻M10mm底孔Φ8.5mm倒角 ，攻M10mm螺纹
四面组合钻床
麻花钻，锪钻
Φ16mm孔，叉脚内表面，叉头右端面
9
去毛刺
钳工台
平锉

10
中检

11
热处理—换挡叉脚两侧面和方槽两侧面高频淬火
淬火机等

12
校正换挡叉脚
钳工台
手锤

13
磨削换挡叉脚两端面
平面磨床M7120A
砂轮
Φ16mm孔，叉头部右端面
14
清洗
清洗机

15
终检

2.5确定切削用量及基本工时
2.5.1切削用量的计算
工序1：同时粗铣换挡叉头左右两端面。
该工序就一个工步，即同时粗铣换挡叉头左右两个端面。
（1）背吃刀量的确定 mm
（2）进给量的确定 由表5-7，按机床功率5~10kW、工件—夹具系统刚度为中等条件选取，该工件的每齿进给量取为0.08mm/z。
（3）铣削速度计算 由表5-9，按镶齿铣刀、d/z=80/10的条件选取，铣削速度v可取为44.9m/min。由公式（5-1）n=1000v/πd可求得该工序铣刀转速，即n=1000×44.9m/min/π×80=178.65r/min，参照表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=160r/min。再取此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际铣削速度v=nπd/1000=40.2m/min。
工序2：钻扩铰Φ16mm孔。
（1） 背吃刀量的确定 由表2-28，mm。
（2） 进给量的确定 查表5-22，按钢件45刚查表得进给量取=0.25mm/r。
（3） 切削速度的确定 查表5-22得切削速度v=20m/min.
工序3：锪Φ16mm孔两端倒角1×45º
（1） 背吃刀量的确定 mm
（2） 进给量的确定 查表5-32，取进给量=0.10mm/r.
（3） 切削速度的确定 查表5-32，取切削速度v=14m/min.
工序4：粗铣—精铣换挡叉脚两端面
本工序由两个工步组成，即工步1：同时粗铣换挡叉脚两端面；工步2：同时精铣换挡叉脚两端面。
（1） 背吃刀量的确定 工步2的机械加工余量为1mm，所以工步1的背吃刀量mm；工步2的背吃刀量mm。
（2） 进给量的确定 工步1：查表5-7，取每齿进给量= 0.08mm/z；工步2：查表5-8，进给量=1.5mm/r。
（3） 铣削速度的确定 工步1：铣削速度同工序1，即:v1=40.2m/min；工步2：铣削速度同工步1，即v2=40.2m/min.
工序5：粗铣—精铣叉脚内侧面
本工序由两个工步组成，即工步1：粗铣换挡叉脚内侧面；工步2：精铣换挡叉脚内侧面。
（1）背吃刀量的确定 工步2的机械加工余量为1mm，所以工步1的背吃刀量mm；工步2的背吃刀量mm。
（2）进给量的确定 工步1：查表5-7，取每齿进给量= 0.08mm/z；工步2：查表5-8，进给量=1.5mm/r。
（3）铣削速度的确定 工步1：铣削速度同工序1，即:v1=40.2m/min；工步2：铣削速度同工步1，即v2=40.2m/min
工序6：粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽
本工序共有三道工步，即工步1：粗铣换挡叉头上端面；工步2：粗铣方槽；工步3：精铣方槽。
（1） 背吃刀量的确定 工步1：mm；工步2：由于精加工余量为1mm，所以mm；工步3：该工步进给量包括方槽纵向背吃刀量和左侧及右侧横向背吃刀量，三个背吃刀量相同，即mm。
（2） 进给量的确定 工步1和工步2的进给量相同，即mm/z；工步3的进给量为=1.5mm/r。
（3） 铣削速度的确定 三个工步的切削速度相同，即v=40.2m/min。
工序7：粗铣螺纹孔端面
（1） 背吃刀量的确定 mm。
（2） 进给量的确定 = 0.08mm/z。
（3） 铣削速度的确定 v=40.2m/min。
工序8：钻M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120，攻M10mm螺纹
本工序包括三道工步，即工步1：用Φ8.5mm的麻花钻钻削底孔；工步2：用锪钻钻削倒角；工步3：攻M10mm螺纹。
（1） 背吃刀量的确定 工步1：mm；工步2：=0.5mm；工步3：mm。
（2） 进给量的确定 工步1：查表5-22，按钢件45刚查表得进给量取=0.0.15mm/r。工步2：查表5-32，取进给量=0.10mm/r；工步3：由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，取本螺纹的螺距为1mm，所以本工步的进给量=1mm。
（3） 切削速度的确定 工步1：查表5-22得切削速度v=20m/min；工步2：查表5-32，取切削速度v=14m/min。工步3：由表5-37差得攻螺纹的切削速度v=3~8m/min，暂取v=3m/min。由公式（5-1）求该工步的主轴转速r/min，又由立式钻床主轴转速表4-9，取转速44r/min。再将此转速代入公式（5-1）可求出该工步的实际切削速度m/min。

2.5.2基本工时的计算
工序1：同时粗铣换挡叉头左右两端面
按表5-43，取
=22mm，mm，mm
工序2：钻扩铰Φ16mm孔
（1）钻Φ16mm孔
根据表5-41，取
=42mm，mm，mm
（2）扩Φ16mm孔
mm

（3）铰Φ16mm孔
mm

工序4：粗铣—精铣换挡叉脚两端面
=19mm，mm，mm
工序5：粗铣—精铣叉脚内侧面
=26mm，mm，mm
工序6：粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽
（1） 粗铣换挡叉头上端面时所用基本工时计算：
=42mm，mm，mm
（2） 粗铣方槽所用基本工时为
=12mm，mm，mm
（3） 精铣方槽两侧面所用基本工时为
=12mm，mm，mm
工序7：粗铣螺纹孔端面
=14mm，mm，mm
工序8：钻M10mm底孔Φ8.5mm，攻M10mm螺纹
（1）钻M10mm底孔Φ8.5mm所用基本工时为=8mm，mm，mm
（2）攻M10mm螺纹所用基本工时为
=8mm，mm，mm

第3章φ16H8专用机床夹具设计
3.1设计主旨
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，形成大批量生产，通常需要设计专用夹具。
经过选择课题和指导老师的帮助，决定设计16孔钻床夹具。本夹具将用于四面组合钻床，刀具麻花钻，扩孔钻，机用铰刀，对工件进行钻孔。
3.2夹具设计

3.2.1约束自由度
由于加工φ16孔，所以至少要约束Z轴的旋转、X轴和Y轴的平移。
3.2.2设计夹具定位夹紧结构
因为只需约束三个自由度，所以设计为压板、支撑板来限制自由度。
3.2.3定位误差分析
工件在竖直平面内最大转角误差
Δdw=Δdb=arctan
为压板上偏差；
为支撑板上偏差；
L为二者之间距离。
3.2.4夹紧力计算

第4章 方案综合评价与结论
此方案虽然也存在不足之处，但总体上可以满足要求，而且操作和经济性都很方便。汽车产业逐渐成为我国的支柱产业，汽车生产商不断加强在汽车研发上的物力、财力、和人力的投入。拨叉作为汽车上不可缺少的零件，它的好与坏直接影响汽车的传输动力效率，提高拨叉的技术水平和合理性是汽车在研发部门的重中之重。
在设计过程中，与同组的其他人员有异同的地方，例如换挡叉的工艺路线，工序过程，经过我们的反复讨论和分析，再根据我们在设计拨叉时所采用的车型不同，最终我们采取了比较合理的设计方案。在不断修改的过程中，使我们在设计时考虑问题更加缜密，设计出来的产品更加合理。
本设计还存在很多不足之处，一是由于本人对CAD画图软件的掌握还不够好，二是本人对换档叉结构和工作原理掌握的不够熟练，在设计过程中不能全面地考虑问题，造成走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。
第5章 参考文献
[1]赵丽娟，冷岳峰.机械几何量精度设计与检测[M]阜新:辽宁工程技术大学出版社,2010.
[2]孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导[M]北京:冶金工业出版社,2002.
[3]李凤平，张士庆.机械图学[M]沈阳:东北大学出版社,2003.
[4]黄健求.机械制造技术基础[M]北京:机械工业出版社,2010.
[5]徐萃萍，赵树国.工程材料与成型工艺[M]北京:冶金工业出版社,2010.
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[7]李育锡.机械设计课程设计[M]北京:高等教育出版社,2008.
[8]吴拓，方琼珊.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导[M] 北京:机械工业出版社,2006.