变速拨叉零件的机械加工工艺及工艺装备设计论文.docx
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变速拨叉零件的机械加工工艺及工艺装备设计论文
变速拨叉零件的机械加工工艺及工艺装备设计
目录
摘要3
序言：
4
一、零件的分析4
1.1零件的作用4
1.2零件的工艺分析4
二、工艺规程设计4
2.1确定毛坯的制造形式4
2.2基面的选择4
2.3制定工艺路线5
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定6
2.5确立切削用量及基本工时7
三、夹具设计14
3.1提出问题14
3.2设计思想14
3.3夹具设计14
四、总结16
致谢17
参考文献17
摘要
汽车制造工艺学课程设计,是在学完汽车制造工艺学后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。
通过课程设计达到以下目的：
1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。
通过学生亲手设计夹具的训练，提高结构设计的能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。
关键词：
拔叉；工艺分析；工艺规格设计；夹具设计
序言：
拨叉是用来推动变速器齿轮,改变齿轮位置的工具，通过将齿轮改变位置来改变齿比,以达到变速的目的，变速器的齿轮都是装载主轴和副轴上,通过拨叉来推动它们前进或者后退,就可以改变齿比，所以它对汽车领域的作用是非常重要的。
一、零件的分析
1.1零件的作用
题目所给的零件是汽车变速器的拨叉。
它位于汽车变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。
零件的φ25孔与操纵机构相连，φ55半孔则是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。
两件零件铸为一体，加工时分开。
1.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1．小头孔φ25
；
2.小头孔轴线侧面端面的距离
3．大头半圆孔Ф
及其端面；
4.两孔中心距Ф
5．16×8槽；
6．φ40外圆斜面；
7.工件尺寸为40的外侧面
8．大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm；槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08m。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二、工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：
加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
零件材料为HT200。
考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。
查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用铸件尺寸公差等级为CT-12。
2.2基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至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。
因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择Φ40mm圆一个端面作为粗基准加工另一个端面。
再加一个钩形压板和一个V形块限制自由度，达到完全定位。
（2）精基准的选择。
主要因该考虑基准重合的问题。
当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。
2.3制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并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下降。
1．工艺路线方案一
工序1粗镗，半精镗φ55孔
工序2粗铣，精铣φ55孔两端面
工序3铣断，使之为两个零件
工序4粗铣，精铣尺寸为40的外侧面
工序5铣φ40外圆斜面
工序6铣16×8槽
工序7钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔
工序8去毛刺；
工序9终检。
2．工艺路线方案二
工序1铣断，使之为两个零件
工序2钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔
工序3粗铣，精铣尺寸为40的外侧面
工序4铣16×8槽
工序5粗镗，半精镗φ55孔
工序6粗铣，精铣φ55孔两端面
工序7铣φ40外圆斜面
工序8去毛刺；
工序9终检。
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φ55孔，以便于后续加工，并利用了两件合铸的优势，提高了工作效率，然后在铣床上把所有铣的工序全部弄完，省去了在各机床间切换的麻烦，最后加工孔；方案二是先铣断，使之为两个工件，分别加工。
先加工小头孔，然后以小头孔为基准，进行其他工序的加工。
显然，方案二不如方案一效率高。
但由于大头孔端面和槽都与小头孔有垂直度要求，可以先加工小头孔，后加工槽；大头孔应该利用两件合铸的优势，所以还是先加工φ55大头孔。
可以将工序定为：
工序1粗镗，半精镗φ55孔，以φ40外圆面为粗基准，选用T740型卧式金刚镗床和专用夹具
工序2铣断，使之为两个零件，选用X60卧式铣床和专用夹具。
工序3钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔，以Φ40外圆为定位基准，选用Z5125A立式钻床和专用夹具。
工序4粗、精铣φ55孔两端面，以φ25孔定位，选用XA6132卧式铣床和专用夹具。
工序5铣φ40外圆斜面，以φ25孔定位，选用XA6132卧式铣床和专用夹具。
工序6粗铣、精铣尺寸为40的外侧面，以φ25孔定位，选用XA6132卧式铣床和专用夹具。
工序7铣16×8槽，以φ25孔定位，选用x61W型万能铣床和专用夹具。
工序8去毛刺；
工序9终检。
这样，看起来工序简洁且保证了垂直度的要求，还能充分利用两件合铸的优势。
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1.5kg，生产类型中批量，铸造毛坯。
1.毛坯图
2、圆柱表面工序尺寸：
加工表面
加工内容
加工余量
精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
φ55IT12
铸件
6.0
CT12
粗镗
4.0
IT12
6.3
半精镗
2.0
IT10
3.2
φ25IT7
钻孔
23
IT11
扩孔
1.8
IT10
6.3
粗铰孔
0.14
IT8
3.2
精铰孔
0.06
IT7
1.6
3、平面工序尺寸：
加工表面
加工内容
加工余量
精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
φ55孔的上下端面
铸件
5.0
CT12
粗铣
4.0
IT12
6.3
精铣
1.0
IT10
3.2
尺寸为40的外侧面
铸件
2.0
CT12
粗铣
1.5
IT12
23.5
6.3
精铣
0.5
IT10
23
3.2
2.5确立切削用量及基本工时
2.5.1工序1：
粗镗，半精镗φ55孔
机床：
T740型卧式金刚镗床，加专用夹具
刀具：
选用90°硬质合金YT5镗刀，
1.粗镗孔至φ53mm
（1）背吃刀量ap
单边余量Z＝2mm,可一次切除，则ap＝2mm。
（2）进给量f
查得f=0.21mm/r
（3）切削速度vc
查得vc=1.28m/s
则，ns＝
＝
=7.69r/s（461.5r/min）
按机床选取nw=7.16r/s（430r/min）
所以实际切削速度vc=
=
=1.19m/s
（4）切削工时t
t=
=
=0.22min
2.半精镗孔至φ55mm
选用一个刀杆，T60卧式镗床同时对工件进行粗，半精镗孔，故进给量，切削速度及工时均与前相同
即：
f=0.21mm/r
nw=7.16r/s（430r/min）
t=0.22min
2.5.2工序2：
铣断
机床：
选用X60卧式铣床，专用夹具
刀具：
中齿锯片铣刀d=160mm L=4mmz=40
刀具寿命：
查表高速钢切断铣刀d≤40T=45min
（1）.切削用量ap
ap=17mm一次走刀切断
（2）.进给量fz
查得fz=0.1mm/z
（3）.切削速度vc
查表 ：
vc=54.9m/min
查得vc=1.28m/s
ns＝
＝1000×54.9/（3.14×160）=109r/min
根据x60卧式铣床说明书《设计手册》表
按机床选取nw==100r/min
所以实际切削速度vc=
=160×100×3.14/1000=50.24m/min
（4）.计算基本工时
此时工作台每分钟进给量
应为：
查《切削手册》表4.2-40，刚好有
。
计算切削基本工时：
tm=
=
=0.5min
2.5.3工序3：
钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。
1.加工条件
工件材料：
灰铸铁HT200
加工要求：
钻Φ25的孔，其表面粗糙度值为Rz=1.6μm；先钻Φ23的孔在扩Φ24.8的孔，再粗铰Φ24.94孔，再精铰Φ25孔。
机床：
Z5125A立式钻床，专用夹具。
刀具：
Φ23麻花钻，Φ24.8的扩刀，铰刀。
2.计算切削用量
（1）钻Φ23的孔。
①进给量
查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》P47表2-23钻孔进给量f为0.39~0.47mm/r，由于零件在加工
23mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，现取f=0.25mm/r。
此工序采用Φ23的麻花钻。
所以进给量f=0.25mm/z
2钻削速度
切削速度：
根据手册表2.13及表2.14，查得切削速度V=18m/min。
ns＝
根据手册ns=300r/min,故切削速度为
vc=
3切削工时
l=23mm，l1=13.2mm.
查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
（2）扩Φ24.8的孔
1扩孔的进给量
查《切削用量手册》表2.10规定,查得扩孔钻扩Φ24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取
F=0.3mm/z
②切削速度
扩孔钻扩孔的切削速度,根据《工艺手册》表28-2确定为
V=0.4V钻
其中V钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故
V=0.4×21.67=8.668m/min
按机床选取nw=195r/min.
③切削工时
切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm
（3）粗铰Φ24.94的孔
1粗铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故
F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r
V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min
②切削速度
按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度
③切削工时
切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1=1.5mm.
（4）精铰Φ25的孔
1精铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故
F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r
V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min
②切削速度
按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度
③切削工时
切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.
2.5.4工序4：
粗铣，精铣φ55孔上、下端面
1.粗铣φ55孔上下端面。
机床：
XA6132卧式铣床，专用夹具。
刀具：
W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。
铣削宽度ae>60,深度ap<=4,齿数z=1２,故据《切削手册》取刀具直径do=125mm。
选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
（1）.铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。
（2）每齿进给量机床功率为7.5kw。
查得f=0.14~0.24mm/z。
由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z。
（3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
（4）计算切削速度
查得Vc＝110mm/s，n=281r/min,Vf=378mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=300r/min,Vfc=375mm/s,则实际切削速度Vc=3.14*80*475/1000=117.8m/min,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=0.10mm/z。
（5）校验机床功率查《切削手册》,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。
故校验合格。
（6）计算基本工时
tm＝L/Vf=（125+30）/375=0.41min.
2.精铣φ55孔上下端面。
（1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
（2）每齿进给量机床功率为7.5kw。
查《切削手册》选f=0.5mm/z。
（3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
（4）计算切削速度
按《切削手册》，将f降一级为f=0.5mm/z。
查得Vc＝110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=235r/min,Vfc=600mm/s,则实际切削速度Vc=600.4,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=0.21mm/z。
（5）校验机床功率查《切削手册》,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。
故校验合格。
（6）计算基本工时
tm＝L/Vf=（125+30）/375=0.41min.
2.5.5工序5：
铣φ40外圆斜面
机床：
XA6132卧式铣床，专用夹具。
刀具：
高速钢镶齿三面刃铣刀
（1）进给量f
查表af=0.15mm/z
（2）切削速度vc
查得v=27m/min
d=175mm齿数z=16
则ns＝
＝
=49r/min
按机床选取nw=47.5r/min
所以实际切削速度vc=
=
=26.1m/min
（3）基本工时t
t=
=2min
2.5.6工序6：
粗铣、精铣尺寸为40的外侧面
机床：
XA6132卧式铣床，专用夹具。
刀具：
W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。
铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=80mm。
选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
1.粗铣
（1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
（2）每齿进给量机床功率为7.5kw。
查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。
由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z。
（3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
（4）计算切削速度
查得Vc＝98mm/s，
则n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
则实际切削速度Vc=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=475/（300*10）=0.16mm/z。
（5）校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。
故校验合格。
最终确定ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z。
（6）计算基本工时
tm＝L/Vf=（32+80）/475=0.09min。
2.精铣
（1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
（2）每齿进给量机床功率为7.5kw。
查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。
由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z。
（3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
（4）计算切削速度
查得Vc＝98mm/s，
则n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
则实际切削速度Vc=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=475/（300*10）=0.16mm/z。
（5）校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。
故校验合格。
最终确定ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z。
（6）计算基本工时
tm＝L/Vf=（32+80）/475=0.09min。
2.5.7工序7：
铣16×8槽
机床：
x61W型万能铣床，专用夹具
刀具：
高速钢直齿三面刃铣刀do=16mm，国家标准GB1118D=160mmd=40mmL=16mm齿数z=24
（1）.走刀量f由表查得f=0.67mm/r
（2）.铣刀磨钝标准和耐用度
由表查得磨钝标准为0.2~0.3
耐用度为T=150min
（3）.切削速度v
由式
查表得其中：
修正系数
m=0.5
代入上式，可得v=49.5m/min=0.82m/s
则
按机床选取主轴转速为6.33r/s
所以，实际切削速度为
（4）.计算切削工时
=0.55min
三、夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。
正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。
同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
3.1提出问题
（1）怎样限制零件的自由度；V形块限制4个自由度，定位块限制1个自由度，限位销限制1个自由度。
（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合V形块夹紧工件，定位块起支撑工件的作用。
（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和扩刀、铰刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。
（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。
3.2设计思想
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。
本夹具主要用来对φ25H7孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为H7，表面粗糙度Ra1.6，钻、扩、粗铰、精铰以可满足其精度。
所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。
3.3夹具设计
1、定位基准的选择
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。
故加工φ25H7孔时，采用φ40的外圆面和其的下端面作为定位基准。
2、切削力及夹紧力的计算
刀具：
Φ23的麻花钻，Φ24.8的扩孔钻，铰刀。
①钻孔切削力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，得钻削力计算公式：
式中P───钻削力
t───钻削深度,80mm
S───每转进给量,0.25mm
D───麻花钻直径,Φ23mm
HB───布氏硬度，140HBS
所以
=800（N）
钻孔的扭矩：
式中S───每转进给量,0.25mm
D───麻花钻直径,Φ23mm
HB───布氏硬度，140HBS
=
×0.014×
×
=1580（N·M）
②扩孔时的切削力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，得钻削力计算公式：
式中P───切削力
t───钻削深度,80mm
S───每转进给量,0.3mm
D───扩孔钻直径,Φ24.8mm
HB───布氏硬度，140HBS
所以
=873（N）
扩孔的扭矩：
式中t───钻削深度,80mm
S───每转进给量,0.3mm
D───麻花钻直径,Φ24.8mm
HB───布氏硬度，140HBS
=1263（N·M）
②钻孔夹紧力：
查《机床夹具设计手册》P70表3-6，查得工件以V形块和定位块定位时所需夹紧力计算公式：
式中φ───螺纹摩擦角
───平头螺杆端的直径
───工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16
───螺杆直径
───螺纹升角
Q───手柄作用力
L───手柄长度
则所需夹紧力
=399（N）
根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。
3、定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。
夹具的主要定位元件为V形块与定位块，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△B=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。
△Y=0.707δd=0.707×0.025mm=0.0177mm
4、夹具操作说明
此次设计的夹具夹紧原理为：
通过φ40外圆、平面和侧面为定位基准，在V形块、支承板和挡销上实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。
采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。
四、总结
课程设计作为《汽车制造工艺学》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了两个阶段：
第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。
第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
通过此次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。
学会了查相关手册、选择使用工
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