变速器换挡叉零件工艺规程及夹具设计.doc

变速器换挡叉零件工艺规程及夹具设计

课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 学 号：
学 院： 机械工程与自动化学院
专 业： 机械设计制造与其自动化
题 目： 机械制造工艺学课程设计
—变速器换挡叉零件的工艺规程与夹具设计

指导教师： 职称: 讲 师

职称: 教 授

年12月3日

课程设计任务书

学年第 1 学期

学 院： 机械工程与自动化学院
专 业： 机械设计制造与其自动化
学 生 姓 名： 学 号：
课程设计题目： 机械制造工艺学课程设计
—变速器换挡叉零件的工艺规程与夹具设计
起 迄 日 期： 年12月3日～年12月15日
课程设计地点：
指 导 教 师：
系 主 任：

下达任务书日期: 年12月 3日

课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
（1）培养学生运用机械制造工艺学与有关课程(工程材料与热处理；机械设计、互换性与技术测量、金属切削机床、金属切削原理与刀具等)的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，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）能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，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。
（3）培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。
（4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
本次设计要求编制一个中等复杂程度零件（不少于10道工序，见附图）的机械加工工艺规程，并设计其中一道工序的专用夹具，绘制相关图纸，撰写设计说明书。必须以负责的态度对待自己所作的技术决定、数据和计算结果。注意理论与实践的结合，以期使整个设计在技术上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。
具体内容如下：
（1）根据零件图，确定生产类型（一般为中批或大批生产），对零件进行工艺分析。
（2）选择毛坯种类与制造方法，绘制毛坯图。
（3）拟订零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备与工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具），确定各工序切削用量与工序尺寸，计算某一代表工序的工时定额。
（4）填写工艺文件：工艺过程卡片（或工艺卡片）、工序卡片。
（5）设计指定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图1—2张。
（6）撰写设计说明书。

3．设计工作任务与工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
1．制定零件在中批生产条件下的机械加工工艺规程，画零件图，毛坯图，填写工艺卡片、工序卡片。
2．专用夹具设计。设计某道工序的专用夹具。
3．撰写课程设计说明书一份（A4纸）。

4．主要参考文献：
[1]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京.化学工业出版社，2006.12
[2]张龙勋. 机械制造工艺学课程设计指导书与习题.北京:机械工业出版社，2006.1
[3]孟少农，机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社，1991.9
[4]艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京:机械工业出版社
[5]李益明.机械制造工艺设计简明手册.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版
[6] 赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书—2版.北京:机械工业出版社，2000.10
[7] 李云，机械制造与设备指导手册. 北京:机械工业出版社，1997.8
5．设计成果形式与要求：
提供课程设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求；
被加工零件的零件图1张；毛坯图1张；夹具装配图1套；夹具主要零件图（通常为夹具体）1张；机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片1套。
6．工作计划与进度：
2008年12月3日 ~12月4日 分析研究被加工零件，画零件图；
12月5日 ~12月7日 工艺设计：选择加工方案、确定工艺路线，画毛坯图，填写工艺卡片；
12月8日 ~12月12日 夹具设计，画夹具装配图与夹具主要零件图；
12月13日 ~ 12月14日 编写课程设计说明书
12月15日 答辩
系主任审查意见：

签字：
年 月 日

目 录
1零件的工艺分析………………………………………………………………… 2
1.1零件的功用、结构与特点…………………………………………………… 2
1.2主要加工表面与要求………………………………………………………… 2
2毛坯的选择……………………………………………………………………… 3
2.1确定毛坯的类型、制造方法和尺寸与其公差……………………………… 3
2.2确定毛坯的技术要求………………………………………………………… 4
2.3绘制毛坯图…………………………………………………………………… 4
3基准的选择……………………………………………………………………… 4
4拟订机械加工工艺路线………………………………………………………… 5
4.1确定各表面的加工方法……………………………………………………… 5
4.2拟定加工工艺路线…………………………………………………………… 6
4.3工艺路线方案的分析与比较………………………………………………… 6
5确定机械加工余量、工序尺寸与公差………………………………………… 7
6选择机床设备与工艺装备……………………………………………………… 7
7确定切削用量与基本工序……………………………………………………… 8
7.1工序10………………………………………………………………………… 8
7.2工序60………………………………………………………………………… 11
8填写工艺文件…………………………………………………………………… 11
课程设计总结……………………………………………………………………… 15
参考文献…………………………………………………………………………… 16 1零件的工艺分析
1.1零件的功用、结构与特点
该零件是以Φ15.8F8 孔套在轴上，并用销钉经Φ5H12 孔与轴定位，拨叉脚卡在双联齿轮的槽中，变速操纵机构通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联齿轮在花键轴上滑移，从而实现拖拉机的变速。
拨叉的主要工作表面为操纵槽与拨叉脚两端面。主要配合面为Φ15H8孔、Φ5H12 孔和拨叉脚内侧面 50H12 。该零件属特殊形状零件，但复杂程度一般。由于拨叉在工作时承受一定的力，因此要求有一定的强度、刚度和韧性。
1.2主要加工表面与要求
拨叉安装孔：孔径Φ15H8㎜，其形状公差遵守包容要求，表面粗糙度3.2μm；孔端面位置尺寸30㎜，表面粗糙度2 . 5μm。
拨叉脚端面：厚度为7㎜，两端面对孔Φ15H8轴线的垂直度公差为0.1㎜，外端面与操纵槽对称面的距离为 31㎜，表面粗糙度 6.3μm。
拨叉脚内侧面：宽度尺寸为 50H12㎜，其对称面与拨叉头对称面间的夹角为20011' ，表面粗糙度 l2.5μm。

图一
操纵槽：宽度为 13，深度为12㎜，对称面与拨叉安装孔端面的距离为12㎜，表面粗糙度2.5μm。
拨叉紧定孔：孔径Φ5H12㎜，孔深为23㎜，其形状公差遵守包容要求．孔轴线对孔Φ15H8轴线的位置度公差为Φ0．2㎜，并遵守最大实体要求。
2毛坯的选择
2.1确定毛坯的类型、制造方法和尺寸与其公差
因零件材料为铸钢件，要求的年产量为 5000 件，属大批生产，拨叉的轮廓尺寸不大，且有较多不需要切削加工的表面．所以毛坯制造选用金属模砂型机器造型铸造成形。
选择以通过零件最高线且平行于拨叉脚对称面的平面（拨叉脚对称面偏右17㎜）作为分型面，采用带型芯的分模造型，可多件同时浇注，钢液由两拨叉脚经横浇道流入。
拨叉属特形零件，且加工过程中利用不加工表面进行定位的工序较多，故零件毛坯选为精铸件。铸件尺寸公差等级为 9（见表5－6），加工余量等级按 9－ - H / G 级（表 5－5）。
2.2确定毛坯的技术要求
1）铸件不应有裂纹，砂眼和局部缩松、气孔与夹渣等缺陷。铸件表面应清除毛刺、结瘤和粘砂等。
2）正火处理硬度174～207，以消除内应力，改善切削加工性能。
3）未注圆角为R3～R5㎜。
4）起模斜度为30’。
2.3绘制毛坯图
根据拨叉零件图，在各加工表面上加上机械加工余量，绘制毛坯图，并标注尺寸和技术要求，如图二所示。
3基准的选择
该拨叉零件图中较多尺寸与形位公差是以Φ15H8孔与其端面为设计基准，因此，必须首先加工出Φ15H8孔与其端面，为后续工序作为基准。根据粗、精基准选择原则，确定各加工表面的基准如表一所示。

（图二）

表一
序号 加 工 部 位 基 准 选 择
1 φ15H8孔与其端面 拨叉头的外形轮廓与端面（粗基准）
2 拨叉脚两端面（粗加工） φ15H8孔与其端面
3 拨叉脚两端面（精加工） φ15H8孔与拨叉脚端面
4 拨叉脚内侧面50H12 φ15H8孔、拨叉脚端面与拨叉脚外侧面
5 操纵槽13 φ15H8孔与其端面、拨叉脚内侧面
6 φ5H12孔 φ15H8孔 、操纵槽、拨叉脚内侧面
4拟订机械加工工艺路线
4.1确定各表面的加工方法
根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，选定如下加工方法：
Φ15H8孔的端面加工方法为车削；Φ15H8孔的加工方法为钻、扩、铰和孔口倒角；拨叉脚两端面的加工方法为铣削－磨削；其内侧两端面的加工方法为铣削；操纵槽的加工方法为铣削；此Φ5H12孔的加工方法为钻削。
4.2拟定加工工艺路线
加工方案有以下两种，如表二和表三所示。
表二
工序号 内容 设备
10 车拨叉头端面、钻、扩、饺φ15H8孔，孔口倒角 回轮式转塔车床
20 孔口倒角、校正拨叉脚 钻床、校正工具
30 粗铣拨叉脚两端面 铣床
40 铣拨叉脚内侧面 铣床
50 铣操纵槽 铣床
60 钻φ5H12孔 钻床
70 去毛刺
80 拨叉脚局部淬火
90 校正拨叉脚 校正工具
100 磨拨叉脚两端面 磨床
110 清洗
120 检验
表三
工序号 内容 设备
10 车拨叉头端面 卧式车床
20 钻、扩、饺φ15H8孔 钻床
30 孔口倒角 车床
40 校正拨叉脚 校正工具
50 粗铣拨叉脚两端面 铣床
60 铣拨叉脚内侧面 铣床
70 铣操纵槽 铣床
80 钻φ5H12孔 钻床
90 去毛刺
100 拨叉脚局部淬火
110 校正拨叉脚 校正工具
120 磨拨叉脚两端面 磨床
130 清洗
140 检验
4.3工艺路线方案的分析与比较
方案一：按工序集中原则组织工序，Φ15H8孔与端面采用回轮式转塔车床和专用夹具加工，在一台机床上完成。其优点是：工艺路线短，减少了工件装夹次数，易于保证加工面的相互位置精度，需要的机床数量少，减少工件在工序间的运输，减少辅助时间和准备终结时间。
方案二：按工序分散原则组织工序，先在卧式车床上用三爪自定心卡盘装夹，加工拨叉头端面，然后在钻床上用钻模加工Φ15H8孔〖钻一扩一铰〗，孔口倒角则在另一台车床上加工。其优点是可以采用通用夹具，缺点是工艺路线长，增加了工件的装夹次数，而且工序10和工序20重复使用粗基准定位。
由于该拨叉零件形状不规则，加工面分散，要适应大批生产，可以采用自动机床或专用机床配以专用夹具，尽量使工序集中以满足生产率和保证质量的要求，综合比较，考虑选择方案一更为合理。
5确定机械加工余量、工序尺寸与公差
根据上述原始资料和加工工艺，查表5－5 ，表5－44和表5－49，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸与公差，如表四所示。
6选择机床设备与工艺装备
根据生产类型和满足被加工零件的技术要求，且结合工厂现有的生产条件，各工序所选用的机床设备和工艺装备如表五所示
机床设备与工艺装备的选择
表四
工序号 工序内容 单边余量 工序尺寸 表面粗糙度
车拨叉头端面 2.5 30 12.5
钻φ15H8孔 7 φ14 12.5
10 扩φ15H8孔 0.4 φ14.8 6.3
饺φ15H8孔 0.2 φ15H8 3.2
孔口倒角 1 C1 12.5
30 粗铣拨叉脚两端面 3.2 7.6 12.5
40 铣拨叉脚内侧面 3.5 50H12 12.5
50 铣操纵槽 6.5 13 12.5
60 钻φ5H12孔 2.5 φ5H12 12.5
100 磨拨叉脚两端面 0.3 7 6.3
7确定切削用量与基本工序
7.1工序10
车拨叉头端面，钻、扩、饺φ15H8孔，孔口倒角。
（1）车拨叉头端面 步骤如下：
1）确定被吃刀量。端面总加工余量为2.5，一次走刀加工，=2.5。
2）确定进给量f。根据表5-51，0.3～0.4；查表5-26，根据机床的横向进给量，取0.39。
3）确定切削速度。根据表5-57和表5-58查得=242，0.20.150.35，修正系数=1，=1.24，刀具寿命选60,
故103.9
4) 确定机床主轴转速n 10003.141000×103.9÷3.14÷50=661
根据表5-26，与661相近较小的机床转速为400,所以实际的切削速度为62.8。
5） 计算基本时间。
切削加工长度24,端面车刀选用主偏角为90度，被吃刀量为2.5，查表5-55，得切入量与切出量为2。
17
6) 辅助时间
按表5-70查得装夹工件为0.8，起动机床为0.02,起动调节切削液为0.05,取量具并测量尺寸为0.5，共计1.37。
（2）钻φ15H8孔至φ14 步骤如下：
1）确定进给量f。根据表5-61，取 0.020.02×14=0.28, 根据C336-1回轮式转塔车床实际纵向进给量取0.23。
2） 确定切削速度v。按表5-61，取20。
3） 确定机床主轴转速n
455
根据表5-26，按机床实际转速选取400,实际切削速度17.6。
4） 计算基本时间。被加工孔长度30，切入量
5.2～6.2
式中d为钻头直径，单位为；φ为钻头半顶角，常为60度，取6,切出量为4。
0.44
5） 确定辅助时间。
查表5-70得：变换刀架0.05，变速或变换进给量0.02,起动调节切削液0.05，共计0.12。
（3）扩φ15H8孔至φ14.8
方法同上， 查表5-62，被吃刀量0.4，进给量0.56,机床转速1000，切削速度46.5，基本时间为0.07，辅助时间为0.1。
（4）铰φ15H8孔
查表5-56，吃刀量为0.1，选进给量0.23，主轴转速198，切削速度为9.33，基本时间为0.88，辅助时间为0.22。
（5）孔口倒角C1
取760，基本时间为0.003，辅助时间为0.08。
7.2工序60钻φ5H12孔
（1）确定进给量f
按表5-61，(0.01-0.02)d，考虑钻头直径小，刚性差，进给量宜选小值，取f为0.05。台式钻床没有自动进给系统，均采用手动进给。
（2）确定切削速度
由表5-61，加工材料为铸钢，考虑到孔径小，钻削速度可选高些，故取为25。
（3）确定台钻主轴转速n
1592
按表5-24中Z515台式钻床主轴转速，取1540，实际钻削速度为24.19。
（4）计算基本时间
φ5H12孔深度为23，切入量 =2.5-3.5，取4，切出量为4。 =0.4
（5）确定辅助时间
查表5-70，取工件装夹时间为0.5，起动机床0.02，取下工件0.2，共计0.72。
8填写工艺文件
按上述所确定的工艺过程和工艺参数，填写机械加工工艺过程卡，如表5－6所示；填写第 10 道和第 60 道机械加工工序卡片，如表5－7和5－8所示。其余工序从略。

课程设计总结
经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考文献

[1]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京.化学工业出版社，2006.12

[2]张龙勋. 机械制造工艺学课程设计指导书与习题.北京:机械工业出版社，2006.1

[3]孟少农，机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社，1991.9

[4]艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京:机械工业出版社

[5]李益明.机械制造工艺设计简明手册.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版

[6] 赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书—2版.北京:机械工业出版社，2000.10

[7] 李云，机械制造与设备指导手册. 北京:机械工业出版社，1997.8
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