变速器换挡叉叉脚端面铣夹具设计.docx
《变速器换挡叉叉脚端面铣夹具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变速器换挡叉叉脚端面铣夹具设计.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
变速器换挡叉叉脚端面铣夹具设计
机械制造工艺
课程设计说明书
题目：
变速器换挡叉叉脚端面铣夹具设计
目录
一、零件分析··················································3
1.1零件的作用············································3
1.2零件的工艺分析········································3
1.3尺寸和粗糙度的要求····································3
1.4位置公差要求···········································4
二、毛坯的设计··············································4
2.1选择毛坯··············································4
2.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差··························4
2.3确定机械加工加工余量·································4
2.4确定毛坯·············································5
2.5确定毛坯尺寸公差·····································4
2.6设计毛坯图············································4
三、选择加工方法，拟定工艺路线································7
3.1基面的选择············································7
3.2粗基准的选择··········································8
3.3精基准的选择··········································14
3.4制定机械加工工艺路线··································15
四、加工设备及道具、夹具、量具的选择···························15
五、确定切削用量·············································18
六、基本时间的确定··········································20
七、夹具设计···············································25
八、总结·····················································29
一、零件分析
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2-1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
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，变速操作机构通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
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
由零件图可知，该零件的材料为35#钢，锻造成型，由零件的尺寸公差选择模锻加工成型，保证不加工表面达到要求的尺寸公差。
该零件需要加工的表面可大致分为以下四类：
（1）Φ15.81的孔。
（2）以Φ15.81孔的轴心线为基准的上下两平面。
（3）两插口端面。
（4）两叉口内侧面。
（5）拔槽两个侧面。
（6）拨槽的内侧面面
（7）M10*1-7H的螺纹孔。
其中Φ15.8的孔以及叉口的上下端面和叉口的中间两侧面为主要的配合面，加工的精度及粗糙度的要求较高，应作为加工的重点
1.3尺寸和粗糙度的要求
Φ15.81的孔的上偏差为+0.043，下偏差为+0.016，配合公差为F8，属于间隙配合，孔的内表面的粗糙度为3.2，要求较高，鉴于孔径为15.81，可先采用Φ15.81的麻花钻钻孔，在用Φ10的立铣刀进行扩孔，最后用无心砂轮进行精加工。
Φ15.81的孔的上下两平面距离孔中心线的尺寸分别为11mm和12.7mm，上表面的粗糙度为6.3，下表面的粗糙度为12.5，直接采用立铣刀铣削加工即可达到要求。
以Φ15.81的孔的轴心线为基准的尺寸为9.65mm的两侧面的表面粗糙度为6.3，可直接用端面立铣刀进行加工保证尺寸要求。
叉口的上下端面的尺寸分别为33.5mm和39.4mm其表面粗糙度为6.3，可直接用端面立铣刀进行加工保证尺寸要求。
以Φ15.81的孔的轴心线为基准的叉口两侧面尺寸为51mm，表面粗糙度为6.3，可直接用端面立铣刀进行加工保证尺寸要求。
拨槽的最前端面，以Φ15.81孔的下端面为基准，其尺寸为11，其表面粗糙度为12.5
M10*1-7H的螺纹孔，先采用Φ8.5的麻花钻钻孔，再采用Φ10的丝锥攻丝完成。
1.4、位置公差要求
由零件图可知，该零件主要要求保证Φ15.81的孔和叉口的上下端面之间的垂直度要求，以Φ15.81的孔作为加工叉口上下端面的定位基准便可以保证其垂直度的要求。
（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（mm）
叉脚两端面
IT12
6.3
叉口两内侧面
IT12
6.3
Φ15.8内孔
IT8
3.2
M10螺纹孔
M10×1
IT7
叉头凸台两端面
IT12
6.3
叉头平台外表面
IT13
6.3
叉头平台凸面
11
IT13
12.5
叉头下表面
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，通过铣削、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，但也可以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。
可见该零件工艺性好。
图2-2变速器换挡叉零件图
二、毛坯的设计
2.1选择毛坯
该零件的材料为35#钢，考虑到零件在工作时要求有较高的强度和抗扭性，非加工面的尺寸精度要求较高，以及批量为大批量生产，所以采用模锻毛坯成型。
2.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）确定最大轮廓尺寸
根据零件图计算零件的最大轮廓尺寸为：
长15.817.4mm，宽76mm，高56mm
（2）选择锻件公差等级
查手册模锻成型，零件材料按中碳钢，得锻件公差等级为12～15.81级取为13级。
（3）求铸件尺寸公差
公差带相对于基本尺寸对称分布。
（4）求机械加工余量等级
查手册得按模锻成型的方法，锻件材料为35#钢的机械加工余量等级E-G级选择F级。
2.3确定机械加工加工余量
根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为2㎜，孔的加工余量按相关表查找选取。
2.4确定毛坯
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≧1.6@.Ra＜1.6@的表面，余量要适当加大。
分析本零件，加工表面Ra≧1.6@,因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。
（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值）
生产类型为大批量生产，可采用模锻毛坯。
2.5确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得，本零件毛坯尺寸允许偏差为0.1-0.2mm，表面粗糙度为Ra12.5-25
2.6设计毛坯图
查机械制造工艺简明手册表1.4—27确定各表面的加工总余量：
加工表面
基本尺寸
锻件尺寸公差
机械加工余量（单侧）
锻件尺寸
拔槽两侧面
9.65
0.25
2
13.65
￠15.81下端面
12.7
0.15
2
15.81.7
叉口上端面
33.5
0.2
2
31.5
叉口下端面
39.4
0.2
2
41.4
叉口两侧面
51
0.2
2
47
拔槽内侧面
15.81.2
0.1
2
10.2
表2-1
三、选择加工方法，拟定工艺路线
3.1基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。
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，使生产无法进行。
3.2粗基准的选择
粗基准的选择影响影响各加工面的余量分配及不需加工表面与加工表面之间的位置精度。
为了保证叉口上下平面与Φ15.81孔的垂直度要求以及叉口上下面的加工余量分配均匀，所以选择叉口的上端面作为第一道工序的定位基准。
3.3精基准的选择
以第一道工序中的已加工面作为下到工序的定位平面，以Φ15.81孔的中心轴线为定位基准，确保设计基准与工艺基准的重合，以减少加工误差。
3.4制定机械加工工艺路线
工艺路线一：
工序一：
（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）精铣叉口下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
工序二：
（1）用Φ15.81的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3
工序三：
（1）粗铣叉口上端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（4）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（5）精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
工序四：
（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
工序五：
（1）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）粗铣拨槽的中间两个小侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗铣拨槽的最前端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（4）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（5）精铣拨槽的中间的两个小侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序六：
（1），用Φ8.5的麻花钻钻孔
（2），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。
工序七：
（1），用无心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序八：
（1），钳工，去毛刺
工序九：
（1），检验
工艺路线二：
工序一：
（1）用Φ15.81的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3
工序二：
（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）精铣叉口下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
工序三：
（1）粗铣叉口上端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（4）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（5）精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序四：
（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
工序五：
（1）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）粗铣拨槽的中间两个小侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗铣拨槽的最前端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（4）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（5）精铣拨槽的中间的两个小侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序六：
（1），用Φ8.5的麻花钻钻孔
（2），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。
工序七：
（1），用无心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序八：
（1），钳工，去毛刺
工序九：
（1），检验
工艺路线三：
工序一：
（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）精铣叉口下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
工序二：
（1）用Φ15.81的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3
工序三：
（1）粗铣叉口上端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗铣拨槽的最前端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（4）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（5）精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序四：
（1）粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
工序五：
（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（3）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（4）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具）
（5）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序六：
（1），用Φ8.5的麻花钻钻孔
（2），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。
工序七：
（1），用无心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序八：
（1），钳工，去毛刺
工序九：
（1），检验
工艺路线四：
工序一：
（1）用Φ15.81的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3
工序二：
（1）粗铣叉口上端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）粗铣叉口最上端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5
工序三：
（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具）
（2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
工序四：
（1）下叉口淬火处理，硬度要求为45HRC。
工序五：
（1）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
工序六：
（1）精铣叉口的下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（2）精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（3）加工0.8*45°的倒角。
工序七：
（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（2）粗铣拨槽的中间两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（3）精铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（4）精铣拨槽的中间两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3
（5）加工0.8*45°的倒角
工序八：
（1）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具）
（2）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（3）加工0.8*45°的倒角
工序九：
（1）粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5
（2），用Φ8.5的麻花钻钻孔
（3），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。
工序十：
（1），用无心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序十一：
（1），钳工，去毛刺
工序十二：
（1），检验
3.5工艺路线比较
上述四个工艺路线，路线一和路线三先加工拨叉的底平面，后加工孔，遵循先面后孔的原则，路线二和路线四是鉴于孔的加工要求较高，与底面的垂直度要求也较高，并且是很多尺寸的设计基准，为遵循基准统一的原则，同时也更能保证叉口上下两平面与孔的垂直度要求，所以路线二和路线四要优于路线一和路线三。
而由于叉口的下端面是一上端面为基准的，为遵循互为基准的原则，保证底面的加工尺寸精度，应先加工上叉口，后加工下叉口，所以路线四优于路线二，固选择路线四为最终的工艺路线。
工序号
工序内容
简要说明
00
模锻成型
05
正火处理
10
加工Φ15.81的孔
15
粗加工叉口上端面和拨槽的最上端面
20
粗加工叉口下端面及中间侧面
25
两叉口淬火处理
30
精加工叉口上端面
35
精加工叉口下端面及中间侧面
40
加工拨槽的侧面及中加面
45
加工拨槽的另一个侧面
50
加工拨槽下端面及M10的螺纹孔
55
精加工Φ15.8
60
钳工
65
检验
表3-1
四、加工设备及道具、夹具、量具的选择
由于生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
4.1根据不同的工序选择不同的机床
10工序是加工Φ15.8的孔，先用Φ15.81的麻花钻钻孔，再用选用Φ15的扩孔钻扩孔，可选用立式摇臂钻床完成。
15工序是粗铣叉口上端面，可选用立式铣床完成。
20工序是粗铣叉口下端面及中间两侧面，可以选用立式铣床完成。
30工序是精加工叉口上端面，选用立式铣床完成。
35工序是粗铣叉口上端面及中间两侧面，可以选用立式铣床完成。
40工序是铣削加工拨槽的侧面以及拨槽的中间两个小侧面，可选用卧式铣床来完成。
45工序是加工拨槽的另一个侧面，在上道工序的基础将夹具旋转180°，同样的采用卧式铣床。
50工序是铣削拨槽的下端面和钻孔加工M10*1的螺纹孔，可以选用卧式铣床完成
55为精加工Φ15.8的孔，采用万能无心磨床来保证精度。
4.2刀具选择
选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，硬质合金扩孔钻、加工中碳钢零件采用YG硬质合金，粗加工用YG8，半精加工为YG6
工序号
工序内容
所选刀具
00
模锻成型
05
正火处理
10
加工Φ15.8的孔
Φ15.81的麻花钻和Φ15的扩孔钻
15
粗加工叉口上端面和拨槽的最前端面
Φ20的端面铣刀
20
粗加工叉口下端面及中间侧面
Φ20的端面铣刀和Φ10的立铣刀
25
两叉口淬火处理
30
精加工叉口上端面并倒角
Φ20的端面铣刀
35
精加工叉口下端面及中间侧面并倒角
Φ20的端面铣刀和Φ10的立铣刀
40
加工拨槽的侧面及中间侧面
Φ20的端面铣刀和Φ10的立铣刀
45
加工拨槽的另一个侧面
Φ20的端面铣刀
50
加工拨槽下端面及M10的螺纹孔
Φ20的端面铣刀和Φ8.5的麻花钻及Φ10的丝锥
55
精加工Φ15.8
砂轮
60
钳工
65
检验
表4-1
4.3选择量具
本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用夹具。
根据零件的表面的精度要求，尺寸和形状特点，参考相关资料，选择如下：
10工序采用游标卡尺和塞规。
15、20、30、35、40、45工序采用游标卡尺和标准粗糙度块。
倒0.8*450角度，采用万能角度卡尺。
50工序采用塞规检验。
五、确定切削用量
工序一：
工步一：
用Φ15.81的麻花钻钻孔
ap=5.5mm,Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min
n=（1000×50）/（3.15.81×15.81）=1137.4r/min
主轴最大转速15.8100r/min，所以取n=1135r/min,Vc=（1135×3.15.81×15.81）/1000=49.89m/min
工步二：
用Φ15的扩孔钻扩孔
ap=5.5mm,Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min
n=（1000×50）/（3.15.81×15）=1061.6r/min
主轴最大转速15.8100r/min，所以取n=1060r/min,Vc=（1060×3.15.81×15）/1000=49.92m/min
工序二：
工步一：
粗铣叉口上端面
已知工件材料为35#钢，选择镶齿套式面铣刀，齿数z=10，材料YG8，fz=0.2~0.29/齿。
确定每齿进给量和背吃刀量。
查表取每齿进给量，查表取af=1.2mm/z
背吃刀量取4mm
查表得：
V=64m/minPm=1.33kw
计算实际主轴转速
主轴转速n=1000×64/（3.15.81×20）=1019.1r/min
查表得n=1000r/min，
计算Vc=1000×3.15.81×20/1000=62.8m/min
功率校核PM=1.33kw经检查所有要求符合要求
工步二：
精铣叉口上端面
选择镶齿套式面铣刀，齿数z=10，材料YG6，fz=0.1mm/齿V=124m/min。
计算实际主轴转速
主轴转速n=1000×124/（3.15.81×20）=493.6r/min
计算Vc=600×3.15.81×80/1000=150.7m/min
计算得n=494r/min，实际转速V=150m/min，
经检查所有参数符合要求。
工步三：
粗铣叉口中间的侧面
选择普通的Φ10立铣刀，齿数为Z=20，材料YG6，fz=0.1mm/齿V=20m/min。
计算实际主轴转速
主轴转速n=1000×20/（3.15.81×10）=636.9r/min
取n=630r/min
计算Vc=630×3.15.81×10/1000=19.7m/min
计算得n=630r/min，实际转速V=19.7m/min，
经检查所有参数符合要求。
工步四：
精铣叉口中间的侧
升级会员 