变速器换挡叉的机械加工工艺规程及槽142铣夹具设计.docx

XXXX大学
课 程 设 计 说 明 书

设计Q扣1：1459919609 扣扣2：1969043202
学 院： 机械工程与自动化学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
题 目： 机械制造工艺学课程设计
变速器换挡叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计

指导教师： XXXXXX 职称: XXXXXXXX
XXXXXX 职称: XXXXXX

20**年**月**日

任务书
一、设计题目
　　变速器换挡叉14.2mm槽铣床专用夹具设计
二、原始资料
(1) 被加工零件的零件图（草图） 1张
(2) 生产类型: 5000件/年
三、上交材料
(1) 被加工工件的零件图 1张
(2) 毛坯图 1张
(3) 机械加工工艺过程综合卡片 1张
(4) 与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 1张
(4) 夹具装配图 1张
(5) 夹具体零件图 1张
(6) 课程设计说明书(5000字左右) 1份
四、进度安排(参考)
(1) 熟悉零件,画零件图 2天
(2) 选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片 5天
(3) 工艺装备设计(画夹具装配图及夹具体图) 9天
(4) 编写说明书 3天
(5) 准备及答辩 2天
五、指导教师评语

成 绩：
指导教师　　　　　　　

日　　期　　　　　　　　

摘　要

本次课程设计的题目是变速器换挡叉14.2mm槽专用铣床夹具设计，通过此次设计，使课本上学到的理论知识在这次课程设计中得到实践，机械制造基础课本上学到的知识，诸如，定位误差的计算，机床类型的选择，加工方式的选择，夹具体设计应注意的问题等，在这次课程设计中都得到了应用，增加了自己理论联系实际的能力:
1．运用所学基本理论知识，正确解决了工件在加工时的定位和夹紧问题，选择合理的方案，进行必要的计算，根据题意设计出符合要求的低成本夹具。
2．收集有关资料，掌握正确的夹具设计思想、方法和手段，学会了正确使用有关手册及其它技术资料。
3．分析研究结构工艺性问题，提高结构设计能力。
4．进一步了解了有关机床、刀具和量具等的工装知识。

Abstract
of The topic curriculum design is 14.2mm Transmission
shiftfork slot machine dedicated fixture design, through the design,so that school textbooks to the theory of knowledge in the curriculum design has been the practice, machine-building based on the knowledge learned from textbooks, such as positioning error of calculation, the choice of machine tool types, processing methods of selection, specific folder design should be noted, in the course design has been applied both to increase their ability to integrate theory with practice:
1. Learned to use the basic theory of knowledge, the correct solution in the processing of the workpiece positioning and clamping at the time of the issue, select a reasonable proposal, to carry out the necessary calculations, based on questions intended to design a fixture to meet the requirements of the low-cost.
2. To gather relevant information, to master the correct fixture design ideas, ways and means to learn the correct use of the manuals and other technical information.
3. Analysis of the structure of the issue of technology to enhance the capacity of the structural design.
4. A better understanding of the machine tools, cutting tools and measuring tools such as knowledge

目录
1零件的工艺分析及生产类型的确定 1
1.1零件的用途 1
1.2换挡叉的技术要求 1
2变速器换挡叉毛坯的选择 1
2.1. 确定换挡叉的生产类型 1
2.2确定毛坯，绘制毛坯简图 2
2.2.1选择毛坯 2
2.2.2.确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差的前提条件 2
2.2.3 确定机械加工余量 3
2.2.4 确定毛坯尺寸公差 3
2.3绘制换挡叉铸造毛坯简图 4
3变速器换挡叉机械加工工艺过程制定 5
3.1 工艺基准的选择 5
3.2 表面加工方法的确定 6
3.3 加工阶段的划分 7
3.4 工序的集中与分散 8
3.5 工序顺序的安排 8
3.6 确定工艺路线 9
3.7 加工余量，工序尺寸和公差的确定 10
3.8 切削用量的计算 11
3.9 时间定额的计算 12
3.9.1辅助时间tf的计算 13
3.9.2其他时间的计算 13
4铣床夹具设计 13
5课程设计体会 14
6参考文献 16

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1零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1零件的用途
该零件用M10×1螺钉通过φ15.81F8孔连接于换挡轴上，操纵杆下端球头插入φ14.2mm的半圆槽内，通过拨动使它套在轴上左右滑动。此时，卡入双联齿轮退刀槽中的51mm叉口利用两端面拨动齿轮改变位置，达到变速的目的。换挡叉通过上方的φ14.2mm的半圆槽与操纵杆相连，下方的φ51mm叉口用于与所控制齿轮所在的轴接触，通过上方的力拨动下方的齿轮变速达到变速的目的。。
1.2换挡叉的技术要求
加工表面

公差及精度等级

叉脚两侧面

IT12
6.3
┴
0.15
A

拔叉脚两端面
96.8
IT12
6.3

拔叉脚内表面

IT12
6.3

拔叉头孔
φ20.5
IT12
6.3

拔叉下方端面
10.3
IT13
6.3

槽内侧面

IT12
12.5

2变速器换挡叉毛坯的选择
2.1. 确定换挡叉的生产类型
零件的机械加工工艺规程与采用的生产类型密切相关。生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。不同的生产类型，零件的加工工艺是不同的。生产类型主要与零件的年生产量有关。
N=Qn(1+a)(1+b) (2.1)
式中N----零件年生产量（件/年） Q----产品年生产量（台/年）
n----每台产品所含零件数（件/年） a----该零件的备品百分率（%）
b----该零件的废品百分率（%）
已知该零件的年生产量为8000台/年；n=1件/台；结合生产实际，备品率a和废品率b分别为3%和0.5%。
N=8000×1×（1+3%）×(1+0.5%)件
换挡叉重量2千克，由《机械制造技术基础课程设计指南》（以下简称《设计指南》）表2-1查得，变速器换挡叉属轻型零件，该换挡叉生产类型为大批量生产。
2.2确定毛坯，绘制毛坯简图
2.2.1选择毛坯
该零件材料为35号钢，考虑该工件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证工件可靠。由于工件年产量8281件，属大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用模锻成形。从而也提高了生产效率，保证了加工精度。
2.2.2.确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差的前提条件
要确定毛坯尺寸和机械加工余量，应先确定如下各项因素
⑴ 锻件的公差等级 由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。
⑵ 锻件质量 根据零件的成品质量2kg，估算为=2.5kg。
⑶ 锻件形状复杂系数S
S== （2.2）
式中l----零件的长度 b----零件的宽度
h----零件的高度 ----零件材料的密度 ----零件包络体质量
由已知条件得形状复杂系数为S=2.5/136×76×68×7.8×10-60.46 由于0.46介于0.32和0.63之间，故该换挡叉的形状复杂系数属S2级。
⑷ 锻件材质系数M 由于该零件材料为35号钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级。
⑸ 零件的表面粗糙度
该零件的加工表面的粗糙度Ra均大于1.6μm。
⑹ 锻件分模线形状
选择零件长度方向对称平面为分模面，属平直分模线。
2.2.3 确定机械加工余量
根据锻件的质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查《设计指南》表5-9，由此查得单边余量在厚度方向为1.7~2.2mm，长度方向为1.7~2.2mm，宽度方向也为1.7~2.2mm，换挡叉头中心孔的单面余量查《设计指南》表5-10查得为2.0mm。
2.2.4 确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件质量，材质系数，形状复杂系数从《设计指南》表5-6、表5-7中查得。本零件的毛坯尺寸允许偏差及机械加工余量见表2-1。
表2-1变速器换挡叉毛坯尺寸公差及加工余量
零件尺寸
（mm）
毛坯尺寸公差
（mm）
机械加工余量
（mm）
实际取值
（mm）
宽度51

1.7~2.2
2
长度10.3

1.7~2.2
2
宽度9.65

1.7~2.2
2
厚度5.9

1.7~2.2
2
厚度14.2

1.7~2.2
2
厚度56

1.7~2.2
2
高度12.7

1.7~2.2
2
孔径15.8

2
2
宽度R10.5

1.7~2.2
2
长度R105

1.7~2.2
2
宽度25.5

1.7~2.2
2
2.3绘制换挡叉铸造毛坯简图
由表2-1所得结果，绘制毛坯简图如图2-1所示。

图2-1
3变速器换挡叉机械加工工艺过程制定
3.1 工艺基准的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，再确定粗基准。
⑴ 精基准的选择
选择精基准时应遵循下列原则：①基准重合原则；②基准统一原则；③自为基准原则；④互为基准原则；⑤便于装夹原则。
选择操纵槽和叉轴孔Φ15.8孔作为精基准，零件上的很多表面都可以以它们作为基准，即遵循了“基准统一”原则。
操纵槽作为精基准，并且该换挡叉轴向方向上的尺寸多以该端面作为设计基准，遵循了“基准重合”原则。
叉轴孔Φ15.8的轴线是设计基准，作为精基准可以加工换挡叉脚两内侧面和外圆面，遵循了“基准重合”原则。
⑵ 粗基准的选择
选择粗基准时应遵循下列原则：①余量均匀原则；②保证加工表面位置正确的原则；③粗基准只能有效使用一次的原则；④粗基准平整光洁定位可靠的原则。
选择换挡叉脚内圆面和操纵头左端面为粗基准，可以为后续工序准备好精基准。

3.2 表面加工方法的确定
见表3-1
表3-1 变速器换挡叉零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/mm
加工方案
备注
叉轴孔mm
IT8
3.2
钻-粗铰-精铰
《孔加工方案的经济精度和表面粗糙度》
换挡叉头外圆面
IT11
12.5
粗车
《外圆面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
操纵头两侧面
IT13
6.3
粗铣
《平面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
换挡叉头下端凸台面
IT16
12.5
粗铣
《平面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
外圆面R10.5
IT15
6.3
粗车
《外圆面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
内圆面R105
IT13
6.3
粗铣
《孔加工方案的经济精度和表面粗糙度》
换挡叉脚内侧面
IT10
6.3
粗铣-半精铣
《平面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
换挡叉脚前后端面
IT12
6.3
粗铣-半精铣-磨削
《平面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
操纵槽
IT10
12.5
粗铣-半精铣
《平面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
内螺纹孔
IT13
12.5
钻孔-攻螺纹
《螺纹加工方案的经济精度和表面粗糙度》
操纵头右端面
IT13
12.5
粗铣
《平面加工方案的经济精度和表面粗糙度》
3.3 加工阶段的划分
该换挡叉可将加工阶段划分为粗加工，半精加工和精加工3个阶段。
⑴ 粗加工阶段：① 将精基准（操纵槽和叉轴孔）准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。② 粗铣操纵头右端面，换挡叉脚内表面，换挡叉脚两端面，操纵头侧面和换挡叉凸台面。③ 粗车外圆面。
⑵ 半精加工阶段：完成换挡叉脚两端面，换挡叉脚内侧面的精铣加工和螺纹孔Φ9mm的钻，攻螺纹的加工。
⑶ 精加工阶段：进行换挡叉脚两端面的磨削加工。
3.4 工序的集中与分散
该换挡叉的生产类型为大批生产，因此选用工序集中原则安排换挡叉的加工工序。采用高效专用设备及工艺装备，以提高生产率，工序装夹的次数少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。
3.5 工序顺序的安排
⑴ 机械加工工序的安排
① 遵循“基面先行”原则，先加工精基准-操纵槽和叉轴孔。
② 遵循“先粗后精”原则，先进行粗加工工序，后安排精加工工序。
③ 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面-操纵槽，叉轴孔和换挡叉脚
两端面，后加工次要表面-操纵头两侧面和外圆面等。
④ 遵循“先面后孔”原则，先加工各平面，最后进行螺纹孔的加工。
⑵ 热处理工序的安排
模锻成型后切边，进行调质，可使零件的综合力学性能好，换挡叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。
⑶ 辅助工序的安排
粗加工换挡叉脚两端面和热处理后，安排校直工序。
半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序。
精加工后，安排去毛刺，清洗和终检工序。
综上所述，该换挡叉工序的安排顺序为：基准加工-主要表面粗加工及一些余量大的表面加工-主要表面半精加工及次要表面加工-热处理-主要表面精加工
3.6 确定工艺路线
换挡叉的工艺路线，机床设备及工艺装备见表3-2。
表3-2 换挡叉工艺路线及设备，工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣换挡叉头前后两端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
2
粗铣换挡叉左端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
3
半精铣换挡叉后端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀
游标卡尺
4
粗铣、半精铣操纵槽、去槽口尖角
立式铣床X51
三面刃铣刀、平锉
游标卡尺
5
粗扩.精扩铰φ20.5孔.倒角
四面组合转床
扩孔钻、铰刀、
卡尺、塞规
6
半精铣叉下端面，钻M10螺纹孔
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀麻花钻，丝锥
内径千分尺尺
7
校正叉脚
钳工台
手锤

8
粗铣叉脚两端面
卧式双面铣床1
三面刃铣刀
游标卡尺
9
铣叉爪口内侧面
立式铣床X51
铣刀
游标卡尺
10
半精铣叉脚两端面
卧式双面铣床
三面刃铣刀
游标卡尺
11
去毛刺
钳工台
平锉
内径千分尺
12
中检

塞规、百分表、卡尺
13
热处理
淬火机等

14
校正叉脚
钳工台
手锤

15
清洗
清洗机

塞规，百分表，卡尺等
16
终检

塞规，百分表，卡尺等

3.7 加工余量，工序尺寸和公差的确定
工序尺寸及公差的确定有两种情况：一种是工序尺寸及其公差与零件上某设计尺寸或其他工序尺寸相关，需要通过解算尺寸链的方法来确定。另一种是工序尺寸及其公差仅与工序余量有关，如加工过程中不存在基准转换的情况。此时，可按如下方法确定个工序尺寸和公差：
⑴ 确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工余量是否合理。
⑵ 自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）个工序的基本余量，便可得到各工序的基本工序尺寸。
⑶ 除终加工工序外，根据各工序的加工方法及其经济加工精度，确定其工序公差和表面粗糙度。
⑷ 按“入体原则”以单向偏差方式标注工序尺寸，并可作适当调整。
加工余量，工序尺寸和公差的计算：
根据课程设计要求，这里只作工序4加工余量和工序尺寸公差的确定。
⑵ 工序4—粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角
查《简明手册》表1-22半精铣工步工序余量为1mm，已知工序公差IT10（+0.1），工序尺寸为14.2mm，根据入体原则，则半精铣工步的工序尺寸和偏差为 14.2。
已知毛坯总余量3.6mm，所以粗铣工步的工序余量为3.6-1=2.6mm。由《设计指南》表5-29得粗铣工步的工序公差为IT11（+0.11），则粗铣工步的工序基本尺寸为14.2-1=13.2mm，工序尺寸和公差为13.2。
毛坯槽总余量为3.6mm，公差为，基本尺寸为13.2-2.6=10.6mm，尺寸和偏差为10.6。
工序2的加工余量，工序尺寸和公差见表3-4
表3-3 工序2加工余量，工序尺寸和公差表
工序名称
工序余量
工序公差
工序基本尺寸
工序尺寸和公差
半精铣操纵槽
1
IT10（+0.1）
14.2
14.2
粗铣操纵槽
2.6
IT11（+0.11）
13.2
13.2
毛坯槽
3.6

10.6
10.6

3.8 切削用量的计算
根据课程设计要求，只作第4工序的切削用量确定方法
工序4—粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角
① 背吃刀量的确定
半精铣工步的背吃刀量ap=0.5mm
粗铣工步的背吃刀量ap=1.3mm
② 进给量的确定
粗铣工步的进给量，由《机械制造技术基础课程设计指导课程》表5-19，按背吃刀量30mm，机床动力510kw，零件夹具刚度中等的条件，fz=0.08~0.1mm/z,选取fz=0.1mm/z。
③ 切削速度的计算
由《机械制造技术基础课程设计指导课程》表5-20,按照d/z=200/12,查得v=268m/min，由公式（3-1）可求得该工步铣刀转速n=426.75r/min，由《机械制造技术基础课程设计指导课程 》表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=490r/min。再将此转速代入公式（3-1），可求的该工步的实际切削速度：

半精铣工步的进给量，由《机械制造技术基础课程设计指导课程》表5-19，按背吃刀量30mm，机床动力5~10kw，零件夹具刚度中等的条件，fz=0.08~0.1mm/z,选取fz=0.1mm/z，由《机械制造技术基础课程设计指导课程》表5-20,按照d/z=200/12,查得v=268m/min，由公式（3-1）可求得该工步铣刀转速n=426.75r/min，由《机械制造技术基础课程设计指导课程》表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=490r/min。再将此转速代入公式（3-1），可求的该工步的实际切削速度：

3.9 时间定额的计算
工序4—粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角
粗铣工步，由《机械制造技术基础课程设计指导课程》表5-43公式tj=式中=2×14=28mm;=2～5mm,取=2mm;= +(1~3) =+2=53mm;fMz=f×n=fZ×Z×n=0.1×12×490=588mm/min;。
将上述结果代入公式tj==×1=0.14min=8
3.9.1辅助时间tf的计算
工序4—粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角
粗铣工步，tf=0.15×8.4s=1.26s；
半精铣工步，tf=0.15×8.4s=1.26s；
3.9.2其他时间的计算
除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外每道工序的单件时间还包括布置工作地时间，休息和生理需要时间和准备和终结时间。由于本零件中拨插的生产类型为大型生产，分摊到每个工件上的时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间tb是作业时间的2%～7%，生理需要时间与休息时间tx是作业时间的2%～4%。本例均取为3%，则各个工序的其他时间(tb+tx)可按关系式(3%×3%)(tf+tj)计算，
工序2—粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角
粗铣工步，tb+tx=6%×(1.26s+8.4s)=0.58s；
半精铣工步，tb+tx=6%×(1.26s+8.4s)=0.58s；
4铣床夹具设计
采用调整法加工这批换挡叉工件，针对槽加工工序，进行专用铣床夹具结构方案设计。
确定夹具的结构方案
（1）确定定位元件
根据零件图槽所要求的尺寸，选用支撑钉定位方案，定位短心轴与工件定位孔配合，限制二个自由度，支撑钉与工件叉口接触限制一个自由度，定位平面与工件接触限制三个自由度，实现工件正确定位。分析定位误差
===-=(15.8+0.043)mm-(15.8-0.018)mm=0.061mm
此值小于工件相应尺寸公差0.2mm的1/3。因此定位方案合理
（2）确定夹紧机构 采用压板夹紧机构进行压紧工件，实现压紧。
根据生产率要求并针对定位方案的特点，采用压板夹紧机构，使压紧力指向定位平面中心，压紧平稳并可以保证工件在加工过程中的占有的正确位置不被破坏。
由于本夹紧方案的夹紧力方向和作用点较为理想，且钻削时产生的水平方向合力不大，所以这里不予计算夹紧力的大小，夹紧力大小可根据经验或类比的方法确定。
（3）对刀装置 采用直角对刀块及平塞尺对刀。确定对刀块的对刀面与定位元件定位表面之间的尺寸，由于换挡叉的定位元件为面和心轴故定为基准为心轴轴线和换挡叉叉尾端面。

5课程设计体会
机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它是我全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。培养了自己编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计做了一些必要的准备。通过本课程设计自己的收获如下：
1 培养了自己综合运用机械制造工艺学及相关专业课程（工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、金属切削加工及装备等）的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力
2 根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会了拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计。
3 使自己提高了应用有关手册、标准、图表等技术资料的能力，掌握了从事工艺设计的方法和步骤。
4 进一步培养了自己机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等的基本技能。。
5 培养了自己解决工艺问题的能力，为今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下了良好的基础。

6参考文献
[1] 苏翼林.材料力学[M].北京:人民教育出版社,1979
[2] 赵 俊,楮乃雄.AG材料床身的结构设计[J],1996,26(03):27-29
[3] 机床夹具设计手册.王光斗.王春富.上海科学技术出版社
[4] 机械制造技术基础.黄健求.机械工业出版社
[5] 互换性与测量技术基础.王伯平. 机械工业出版社
[6] 机械图形学.李凤平.张士庆.苏猛.屈振生.东北大学出版社

附件图纸

毛坯图

夹具体

夹具装配图

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