变速器换挡叉说明书样本.doc

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课程设计说明书

课程名称 机 械 制 造 技 术 基 础
题 目 设计变速器换挡叉机械加工工艺工装

专业班级 机设1094 　
学生姓名 罗 成 学号 16
指导老师 倪小丹
审 批 　　　

设计完成日期 1月8日
设计内容与设计要求
一．设计内容
　1、 设计机械加工工艺规程;
2、 对指定工序进行工序设计;
3、 设计指定工序的专用夹具。
二．设计要求
　1、 编制零件的机械加工工艺规程, 填写工艺过程卡;
　2、 按教师要求设计指定工序, 填写工序卡;
3、 设计专用夹具装配图;
4、 设计专用夹具夹具体的零件工作图;
5、 撰写设计计算说明书。
生产类型: 中批
说明书内容
1. 课程设计封面;
2. 任务书( 插入零件图) ;
3. 说明书目录;
4. 设计计算过程;
5. 参考文献;
6. 总结与体会;
7. 附录。
进度安排

第一周: 熟悉零件结构及加工要求; 设计零件机加工工艺规程, 填写工艺过程卡片; 设计指定工序, 填写工序卡片。
第二周: 设计指定工序的专用夹具, 画出夹具装配图。
第二周: 设计专用夹具夹具体的零件工作图; 整理设计说明书。

参考文献
　1、 李洪主编《机械加工工艺手册》
　2、 王绍俊主编《机械制造工艺设计手册》
3、 倪小丹主编《机械制造技术基础》
　4、 王益民主编《机械制造工艺课程设计指导书》
5、 王永康主编《机械制造技术课程设计指导书》
6、 杨黎明主编《机床夹具设计手册》

目 录
1 零件的分析 1
1.1 零件的作用 1
1.2 零件的工艺分析 1
2 工艺规程设计 3
2.1 确定毛坯的制造形式 3
2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 3
2.3 锻件形状复杂系数与锻件材质系数的确定 3
2.4 锻件分模线形状与零件表面粗糙度 3
2.5 基面的选择 4
2.6 制定工艺路线 4
2.7 机械加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸确定 6
2.8 确定切削余量 8
3 夹具设计 9
3.1问题的提出 9
3.2夹具设计 9
参 考 文 献 11
总 结 11
附录:变速器换挡叉机械加工工序卡 12

1 零件的分析
1.1 零件的作用
题目所给定的零件是变速器换档叉( 如下图所示) , 它位于传动轴的端部。主要作用是传递扭矩, 使变速器获得换档的动力。该零件是以15.81F8孔套在轴上, 并用M10×1-7H螺纹孔与轴定位, 换挡叉脚卡在双联齿轮的轴中, 变速操作机构经过换挡叉头部的操纵槽带动换挡叉与轴一起在变速箱中滑动, 换挡叉脚拨动双联齿轮在花键轴上滑动, 就可实现变速功能, 从而实现变速器变速。换挡叉的主要工作面为操纵槽换挡叉脚两端面, 主要配合面为Φ15.81F8孔, M10×1-7H螺纹孔和换挡叉脚侧面.该零件属于特殊形状零件, 但复杂程度一般。由于换挡叉在工作是表面承受一定的压力, 因此, 要求有一定的强度和韧度。

1.2 零件的工艺分析
( 1) 该变速器换档叉需要加工的表面可大致分为四类:
1) 15.81F8孔;
2) 以15.81F8为基准的9.650-0.25两侧面和叉口5.90-0.15的上下两侧面;
3) 以15.81F8为基准的其它几个平面以及槽;
4) M101-7H螺纹。
且主要是: 15.81F8 mm孔的中心线与叉口的前后两侧面的垂直度公差为0.15mm。

(2) 换挡叉技术要求
表2-1 换挡叉技术要求
加工表面
尺寸及偏差( mm)
公差及精度等级
表面粗糙度Ra
形位公差
叉脚两端面

IT12
6.3

叉口两内侧面

IT12
6.3

Φ15.81内孔
Φ15.81
IT8
3.2

M10螺纹孔
M10×1
IT7

叉头凸台两端面

IT12
6.3

16.526.5端面

IT13
12.5

叉头上端面
11
IT13
12.5

该变速器换挡叉结构简单, 属于典型的叉杆类零件。为实现换挡、 变速的功能, 其叉轴孔和变速叉轴有配合要求, 因此加工精度要求高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷, 为增强耐磨性, 采用局部淬火, 硬度为180HBS左右, 为保证换挡叉换挡时叉脚受力均匀, 要求叉脚两端面与孔Φ15.8垂直度要求为0.15mm。换挡叉用螺钉定位, 螺纹孔为M10。
综上所述, 该零件得各项技术要求制订较合理, 符合在变速箱中的功用。

( 3) 审查换挡叉的工艺性
分析零件图可知, 该换挡叉叉脚两端面厚度薄于连接的表面, 但减少了加工面积, 使用淬火处理提供局部的接触硬度。叉脚两端面面积相对较大, 可防止加工过程中钻头钻偏, 保证孔的加工精度及叉脚两端面的垂直度。其它表面加工精度较低, 经过铣削、 钻床的粗加工就可达到加工要求; 而主要工作表面虽然加工精度相对较高, 但也能够在正常得生产条件下, 采用较经济得方法保质保量地加工出来。

2 工艺规程设计
2.1 确定毛坯的制造形式
零件的材料为35钢。常见的毛坯件有铸件、 锻件、 型材、 冲压件和焊接件等。考虑到零件在加工过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷, 因此应该选用锻件, 以使金属纤维尽量不被切断, 保证零件工作可靠, 且零件的轮廓尺寸不大。
2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
公差等级:
由换挡叉的功用和技术要求, 确定该零件的的公差等级为普通级。
锻件重量:
已知机械加工后换挡叉的重量为3kg, 由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为3.5kg。
2.3 锻件形状复杂系数与锻件材质系数的确定
( 1) 锻件形状复杂系数
对换挡叉零件图分析计算, 可大概确定锻件外轮廓包容体出该换挡叉锻的长度、 宽度和高度, 即l=136mm, b=76mm, h=72mm, ρ=7.8×10-6kg/mm3由文献[2]公式2-3可计算件的形状复杂系数
S=mt/mn=3.5/( 136×76×72×7.8×10-6) =3.5/5.8=0.6
故属于S 2级。
( 2)锻件材质系数
由于该换挡叉材料为35钢, 是碳的质量分数少于0.65%的碳素钢, 故该锻件的材质系数属M1级。
2.4 锻件分模线形状与零件表面粗糙度
根据该换挡叉的形位特点, 以对称平分面为分模面, 属平直分模线。
由零件图可知, 该换挡叉各加工表面粗糙度Ra均大于等于3.2um。
2.5 基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确和合理, 能够使加工质量得到保证, 生产率得以提高。否则, 加工工艺过程会问题百出, 更有甚者, 还会造成零件大批报废, 使生产无法正常进行。
(1)粗基准的选择
选择定位粗基准是要能加工出精基准, 同时要明确哪一方面的要求是主要的。粗基准的选择应以下面的几点为原则: a.应选能加工出精基准的毛坯表面作粗基准。b.当必须保证加工表面与不加工表面的位置和尺寸时, 应选不加工的表面作为粗基准。c.要保证工件上某重要表面的余量均匀时, 则应选择该表面为定位粗基准。d.当全部表面都需要加工时, 应选余量最小的表面作为基准, 以保证该表面有足够的加工余量。
在铣床上加工变速器换档叉时, 以R10.5为半径的圆作为粗基准。满足粗基准的选择原则。
(2)精基准的选择
精基准的选择应从保证零件加工精度出发, 同时考虑装夹方便, 夹具结构简单。选择时应遵循以下原则: ①尽量选零件的设计基准作精基准, 能够避免因基准不重合引起的定位误差, 这一原则称为”基准重合”原则。②尽可能使工件各主要表面的加工, 采用统一的定位基准, 这是”基准统一”原则。③当零件主要表面的相互位置精度要求很高时, 应采用互为基准, 重复加工的原则。④选择加工表面本身作为定位基准, 即”自为基准”。⑤选择的定位精基准, 应保证工件定位准确, 夹紧可靠, 夹具结构简单, 操作方便[3]。
该零件加工时, 采用Φ15.81mm内孔作为精基准来加工换档叉叉口前后两侧面。
2.6 制定工艺路线
工艺路线的拟订是制定工艺规程的关键, 其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案, 确定各个表面的加工顺序和工序的组合内容, 它与定位基准的选择密切相关。制定工艺路线的出发点, 应当是使零件的几何形状, 尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定的条件下, 应考虑机床的夹具, 并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外, 还应当考虑经济效果, 以便使生产成本尽量降低。
工艺方案分析: 由于零件表面精度要求较高, 因此安排了粗铣和精铣。考虑到15.81mm孔的精度要求较高, 安排为钻并扩铰加工。精铣时以15.81mm孔定位能保证端面与轴心的位置精度要求。
综上分析, 确定的大致加工路线如下,
方案一:
工序Ⅰ 钻并扩铰15.81mm孔和车其下端面。
工序Ⅱ 铣拨槽的上端面。
工序Ⅲ 铣14.20+0.1的两端面
工序Ⅳ 粗铣叉口5.9两内侧面。
工序Ⅴ 粗铣两侧面。
工序Ⅵ 粗铣叉口510+0.1的两内端面。
工序Ⅶ 精铣叉口5.9两内侧面.
工序Ⅷ 精铣两侧面。
工序Ⅸ 精铣叉口510+0.1的两内端面。
工序Ⅹ 铣16.526.5端面。
工序Ⅺ 钻螺纹底孔M9 mm及攻M101-7H螺纹。
工序Ⅻ 去毛刺、 倒角并检查。
以上工艺过程详见”机械加工工艺过程卡片”。
方案二:
工序Ⅰ 粗铣叉口5.9两内侧面。
工序Ⅱ 钻并扩铰15.8mm孔和车其下端面。
工序Ⅲ 粗铣两侧面。
工序Ⅳ 粗铣叉口510+0.1的两内端面。
工序Ⅴ 精铣叉口5.9两内侧面。
工序Ⅵ 精铣叉口头两内侧面。
工序Ⅶ 精铣叉口510+0.1的两内端面。
工序Ⅷ 铣16.526.5端面。
工序Ⅸ 铣拨槽的上端面。
工序Ⅹ 铣14.20+0.1的两端面。
工序Ⅺ 钻螺纹底孔M9 mm及攻M101-7H螺纹。
工序Ⅻ 去毛刺、 倒角并检查。

工艺方案的比较与分析:
上述两个工艺方案的特点在于: 方案一是先将定位孔加工出来以便于其它面的加工; 方案二则先将叉口内侧面加工出来, 然后再加工其它平面, 而且为了节省装卸时间将一些粗精加工放在了一个工序中。两相比较能够看出, 先加工孔再加工其它平面能够更好的保证各个平面的位置及方向误差, 而且需要把粗精加工分开才能保证零件的粗糙度。因此决定用方案一进行加工。
2.7 机械加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸确定
变速器换档叉”零件为35钢, 硬度180-201HBS, 采用在锻锤上合模模煅毛坯。
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、 工序尺寸及毛坯尺寸如下:
( 1) 15.81F8内孔
毛坯为实心, 不冲出孔。内孔精度要求IT7, 查阅机械制造工艺设计简明手册表2.3-8确定孔的加工余量分配:
钻孔: Φ14
扩钻: Φ15.5㎜ 2Zb=1.5㎜
粗铰: Φ15.7㎜ 2Zb=0.2㎜
精铰: Φ15.81mm 2Zb=0.1㎜
( 2) 叉口510+0.1两内侧面.
由于两内侧面对于R28.5中心线有平行度等位置要求, 因此能够将其看作内孔来确定加工余量, 即的孔。毛坯为实心, 已经有孔, 精度要求为IT8, 参照文献[1]表2-3.9确定加工余量分配: 为简化模煅毛坯的外形, 先直接取叉口尺寸为46㎜。表面粗糙度要求, 因而需要精铣, 此时粗铣时单边余量z=2㎜, 精铣时时单边余量z=0.25㎜。
( 3) 叉头两侧面
由于是在立式铣床上两把刀组合同时铣, 因此能够把两侧面的余量用双边余量来计算。现毛坯长度方向直接取13.65㎜。表面粗糙度为, 需要精铣, 此时粗铣单边余量为z=2.0-0.2=1.8㎜, 精铣时单边余量z=0.2mm。
( 4) 叉口5.9上下两侧面
由于是在立式铣床上两把刀组合同时铣, 因此能够把两侧面的余量用双边余量来计算。现毛坯长度方向直接取9.9㎜。表面粗糙度为, 需要精铣, 此时粗铣单边余量为z=2.0-0.2=1.8㎜, 精铣时单边余量z=0.2mm。
( 5) 14.20+0.1槽、 16.526.5端面及119.65面
同理, 因为它们的粗糙度要求均为, 因此只需进行粗铣。此时粗铣单边余量Z=2㎜。
各加工表面总加工余量表:
加工表面
基本尺寸
毛坯尺寸
( 粗) 加工余量( 单侧) mm
( 精) 加工余量 mm
钻15.81内孔
Φ15.81

14

扩15.81内孔

1.5

绞15.81内孔

0.2
0.1
铣510+0.1两侧面
510+0.1
46
2
0.5
铣两侧面

13.65
1.8
0.2
铣5.9上下两侧面
5.9
5.9
1.8
0.2
14.20+0.1槽、 16.526.5端面及119.65面

2

图3-1 变速器换挡叉毛坯图
2.8 确定切削余量
铣16.526.5面
(1).机床: X51立式铣床。
(2).刀具: 硬质合金端铣刀。
(3).背吃刀量: ap =2mm。
(4).确定刀具寿命: 刀具为80, Z=4, 查文献[6]3.8, 铣刀的寿命为180min。
(5).每齿进给量: 根据切削用量简明手册表3.3得 每齿进给量fz =0.15～0.30 mm/z, 取fz =0.20 mm/z 。
(6).切削速度Vc和每分钟进给量Vf 查文献[6]表3.16, Vc=86m/min, n=275r/min, Vf =432mm/min。查修正系数Kv=1.13,Kf =0.45,因此修正后的切削速度和每分钟进给量为:
Vc =Vc x Kv=86 x 1.13=97.18 m/min
Vf =Vf x Kf =432 x 0.45=195 mm/min
则转速 =

查阅机械制造工艺设计简明手册表4.2-36,取,v f =165mm/min故实际切削速度和进给量为:

3 夹具设计

为了提高劳动生产率, 保证加工质量, 降低劳动强度, 需要设计专用夹具。
根据设计任务书, 我分配的是设计加工变速器换档叉16.526.5侧面的铣床夹具。本夹具用于X51立式铣床,刀具为80㎜硬质合金端铣刀。

3.1问题的提出
本夹具主要用来粗铣变速器换档叉16.526.5面, 这个面对1孔有一定的位置度要求。因此, 在本道工序加工时, 主要应考虑如何提高劳动生产率, 降低生产成本, 而精度不是主要问题。

3.2夹具设计
(1)定位基准的选择
由零件图可知, 叉口两端面对孔有位置度要求。为了达到夹紧定位要求, 据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合, 在同一工件的各道工序中, 应尽量采用同一定位基准进行加工, 因此应该选择1孔作为主要定位基准面, 同时以叉口两内侧面作为辅助定位基准。

(2)定位分析
工件在心轴、 端面、 阶梯销上实现完全定位。其中心轴限制了工件在X、 Y轴上的移动及转动自由度, 端面限制Z轴的移动自由度; 阶梯销限制了工件在Z转动自由度;

图4-1 总装图

图4-2 夹具体零件图

参 考 文 献
[1] 李洪主 《机械加工工艺手册》第四版 北京出版社, 1996.
[2] 王绍俊 《机械制造工艺设计手册》机械工业出版社, 1985
[3] 倪小丹 《机械制造技术基础》清华大学出版社,
[4] 王益民 《机械制造工艺课程设计指导书》
[5] 王永康 《机械制造技术课程设计指导书》
[6] 杨黎明 《机床夹具设计手册》第一版 国防工业出版社, 1966

总结
这次的课程设计的主要内容是完成汽车变速器换档叉的机械加工工艺工装过程综合卡片、 及其中一道工序的夹具设计, 画出所设计零件的毛坯图和零件图, 夹具体的CAD零件图和装配图。
经过这三周的课程设计, 明显的感觉到了自己的不足, 只学点理论知识是远远不够的, 其中经过问老师, 问同学, 学到了很多课本上没有的, 虽说很累, 但累在其中, 从到了很多东西, 经过查阅图书馆资料、 上网, 同时也学会了些word排版, CAD等软件的使用, 因此这三周并没有白费。其中更要感谢的是我的指导老师, 认真仔细的为我们指导。

附录:变速器换挡叉机械加工工序卡
湖南工程学院
机械加工工序卡片
零件名称
工序名称
工序号

变速器换档叉
铣16.526.5端面
100
材料名称
材料牌号
设备名称
设备型号
夹具名称
夹具编号
额定时间
共 1页
毛坯
35钢
立式铣床
X51
专用夹具

第1页
工序简图

工步号
工步内容
进给量
mm/z
切削速度
m/min

刀具
量具
名称
规格
名称
规格
1
铣铣16.526.5端面

硬质合金端铣刀
80
卡板

更改内容

班 级
机设1094
设计者姓名
罗成
设计日期
/1/7