拨叉零件加工工艺标准规范标准.docx
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拨叉零件加工工艺标准规范标准
机械制造专业
课程设计说明书
设计题目：
拨叉零件的机械加工
设计者
指导教师
大学
200年月日
机械制造专业课程设计任务书
题目：
设计变速箱拨叉零件的机械加工工艺规程及钻锁销孔钻床夹具
张张套套份
^1
内容：
（1）零件图I
（2）毛坯图I
3）机械加工工艺规程卡片1
（4）钻锁销孔钻床夹具装配图及零件图
（5）课程设计说明书1
原始资料：
拨叉零件图1张（见附图1）；
生产纲领为8000台/年（每台一件）;每日I班。
指导教师—
系、部、室主任
教学院长—
00年月日
第1章零件分析
1.1零件的作用
拨叉是拖拉机变速箱的换档机构中的一个主要零件。
拨叉头以24mm孔套在变速叉轴上，并用
螺钉经M86H螺纹孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。
当需要变速时，操纵
变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨
动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变拖拉机的行驶速度。
1.2零件的工艺分析
由零件图1.1可知，其材料为45钢。
该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力
和冲击载荷作用的工作条件。
该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。
为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速
叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。
叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，
该表面要求高频淬火处理，硬度为48〜58HRC;为保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对
叉轴孔24o0.021mm的垂直度要求为0.05mm，其自身的平面度为0.08mm。
为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位准确，拨叉采用紧固螺钉定位。
螺纹孔的尺寸为M86H。
拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加
工面积，又提高了换档时叉脚端面的接触刚度；2400.021mm孔和M86H孔的端面均为平面，可以
防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（拨叉脚两端面、变速
叉轴孔2400.021mm，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铳削、钻床、攻丝的
粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，
采用较经济的方法保质保量地加工出来。
由此可见，该零件的工艺性较好。
该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔2400.021mm（H7）,在设计工艺规程时应重点予以
保证。
舲一CH
图1.1（零件图）
1.3确定零件的生产类型
依设计题目知：
产品的年产量为8000台/年，每台产品中该零件数量为1件/台；结合生产实际,
备品率%和废品率%分别取3%和0.5%，零件年产量为
N=8000台/年X1件/台X（1+3%）X（1+0.5%）=8281.2件/年
拨叉属轻型零件，该拨叉的生产类型为大量生产。
第2章确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。
该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。
毛坯的拔模斜度为5°。
2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1•公差等级由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2•锻件重量
由于无法得到加工后巴叉的质量，所以先根据图纸画出三维图经过分析（如下截图）
另摧I特征
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得出质量为（密度取7.8X10-6kg/mm3）
m=0.32783841kg〜0.33kg
可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为0.44kg。
3.锻件形状复杂系数对拨叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和
高度，即l=95mm,b=65mm,h=45mm;该拨叉锻件的形状复杂系数为
5mt/mN0.44/（lbh）=0.44kg/（95mmX65mmX45mmX7.8X10-6kg/mm3）~0.44/2.17〜0.203
由于0.203介于0.16和0.32之间，故该拨叉的形状复杂系数属S3级。
4•锻件材质系数由于该拨叉材料为45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Mi级。
5•锻件分模线形状根据该拨叉件的形位特点，选择零件高度方向通过螺纹孔轴心的平面为分模
面，属平直分模线。
6.零件表面粗糙度由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6卩m。
根据上述诸因素，可查《机械制造设计基础课程设计》表2.13确定该锻件的尺寸公差和机械加工
余量，所得结果列于表2.1中。
表2.1拨叉机械加工余量及锻造毛坯尺寸公差
加工表面
零件尺寸/mm
机械加工余量/mm
毛坯公差/mm
毛坯尺寸/mm
拨叉头左右端面
0
400.1
1.5〜2（取2）
1.1
1.6（0.5）
1.1
44（0.5）
拨叉角内表面
R25
1.5〜2（取1.5）
.“1.0
1.4（0.4）
1.0
R23.5（04）
拨叉角两端面
12。
0.08
1.5〜2（取2）
1.4（
1.0
0.4）
1.0
16（0.4）
拨叉头孔
2400021
2.0
1.4（
1.0
0.4）
20（0.4）
2.3绘制拨叉锻造毛坯简图
由表2.1所得结果，绘制毛坯简图2.3所示。
图2.3（毛坯简图）
第3章工艺规程设计
3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
1•精基准的选择
0021
叉轴孔24。
.mm的轴线是拨叉脚两端面设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸的设
0021
计基准。
选用叉轴孔24o.mm的轴线和拨叉头左端面作精基准定位加工拨叉脚两端面，实现了设
计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。
另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，选用拨叉头左端面作精基准，夹紧力作用在拨叉头的右端面上，可避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。
2.粗基准的选择
选择变速叉轴孔24mm的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。
采用24mm外圆面定位加工内孔
可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面作粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。
3.2拟订工艺路线
工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：
确定加工方法，戈U分加工阶段，决定工序的
集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。
它不但影
响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。
因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方
案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。
1•表面加工方法的确定
根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平
面加工法案的经济精度和表面粗糙度；查《机械制造设计基础课程设计》表2.24孔加工法案的经济精
度和表面粗糙度，确定拨叉零件各表面的加工方法，如表3.1所示。
表3.1拨叉零件各表面加工方案
加工表面
尺寸及偏差
尺寸精度等级
表面粗糙度
加工方案
备注
拨叉角两端面
1200.08mm
IT10
Ra3.2呵
粗铣一半精铣一磨削
拨叉头孔
24o°°21mm
IT7
Ra1.6呵
钻一扩一粗一精铰
螺纹孔
M8-6H
IT6
Ra3.2呵
钻一丝锥攻内螺纹
拨叉头左端面
40°。
」mm
IT10
Ra6.3呵
粗铣一半精铣
拨叉头右端面
4000,mm
IT10
Ra3.2呵
粗铣一半精铣
拨叉角内表面
R25mm
IT12
Ra6.3呵
粗铳
凸台
12mm
IT13
Ra12.5呵
粗铳
2•加工阶段的划分
该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铳拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铳、凸台。
在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的半精铳加工和螺纹孔的钻孔丝锥攻丝；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。
3•工序的集中与分散
选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。
该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配
以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，
而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
4.工序顺序的安排
（1）机械加工工序
遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准一一拨叉头左端面和叉轴孔24o0.021mm;遵循“先
粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面一
—拨叉头左端面和叉轴孔24o0.021mm和拨叉脚两端面，后加工次要表面一一螺纹孔；遵循“先面后
0021
孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔24°.mm孔；先铳凸台，加工螺纹孔M8。
由此初拟
拨叉机械加工工序安排如表3.2所示。
表3.2拨叉机械加工工序安排（初拟）
工序号
工序内容
简要说明
10
粗铳拨叉头两端面
“先基准后其他”
20
半精铣拨叉头左端面（主要表面）
“先基准后其他”、“先面后孔”、“先主后次”
30
扩、铰©24孔（主要表面）
“先面后孔”、“先主后次”
40
粗铣拨叉脚两端面（主要表面）
“先粗后精”
50
铣凸台（次要表面）
“先面后孔”、“先主后次”
60
钻、攻丝M8孔（次要表面）
“先面后孔”（精加工开始）
70
半精铣拔叉头右端面
“先粗后精”
80
半精铳拨叉脚两端面
“先粗后精”
90
磨削拨叉脚两端面
“先粗后精”
（2）热处理工序
模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241〜285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。
喷丸可以提高
表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。
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。
在表3.2中工序80和工序90
之间增加热处理工序，即：
拨叉脚两端面局部淬火。
（3）辅助工序
粗加工拨叉脚两端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，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，该拨叉工序的安排顺序为：
基准加工一一主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工
——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。
5.确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定拨叉的工艺路线如表3.3所示。
表3.3拨叉机械加工工艺路线（修改后）
工序号
工序
内容
定位基准
10
粗铳拨叉头两端面
端面、©24孔外圆
20
半精铳拨叉头左端面
右端面、©24孔外圆
30
钻、扩、粗绞、精绞
©24孔
右端面、©24孔外圆、叉爪口内侧面
40
粗铳拨叉脚两端面
50
校正拨叉脚
左端面、©24孔
60
铳叉爪口内表面
左端面、©24孑L、叉爪口外侧面
70
半精铳拨叉脚两端面
左端面、©24孔
80
半精铣拨叉头右端面
左端面、©24孔外圆
90
粗铣凸台
左端面、©24孑L、叉爪口内侧面
100
钻、攻丝M8螺纹孔
左端面、©24孑L、叉爪口内侧面
110
去毛刺
120
中检
130
热处理一一拨叉脚两端面局部淬火
140
校正拨叉脚
150
磨削拨叉脚两端面
左端面、©24孔
160
清洗
170
终检
3.3加工设备及工艺装备的选用
机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。
拨叉的生产类型为大批生产，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。
各工序加工设备及工艺装备的选用如表3.4所示。
表3.4加工设备及工艺装备
工序号
工序内容
加工设备
工艺装备
1
粗铳拨叉头两端面
立式铳床X51
高速钢套式面铳刀、游标卡尺
2
半精铳拨叉头左端面
立式铳床X51
高速钢套式面铳刀、游标卡尺
3
钻、扩、粗绞、精绞©24孔
立式钻床525
麻花钻、扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规
4
粗铳拨叉脚两端面
卧式双面铳床
三面刃铳刀、游标卡尺
5
校正拨叉脚
钳工台
手锤、
6
铳叉爪口内侧面
立式铳床X51
铳刀、游标卡尺
7
半精铳拨叉脚两端面
卧式双面铳床
三面刃铳刀、游标卡尺
8
半精铣拨叉头右端面
卧式双面铳床
三面刃铳刀、游标卡尺
9
粗铣凸台
卧式双面铳床
三面刃铳刀、游标卡尺
10
钻、攻丝M8螺纹孔
立式钻床525
复合钻头、丝锥、卡尺、塞规
11
去毛刺
钳工台
平锉、
12
中检
塞规、百分表、卡尺等
13
热处理一一拨叉脚两端面局部淬火
淬火机等
14
校正拨叉脚
钳工台
手锤
15
磨削拨叉脚两端面
平面磨床M7120A
砂轮、游标卡尺
16
清洗
清洗机
17
终检
塞规、百分表、卡尺等
3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定
1、工序10粗铳拨叉头两端面、工序20半精铳拨叉头左端面和工序80半精铳拨叉头右端面
工序10、工序20和工序80的加工过程如图3.1所示。
工序10：
以右端面定位，粗铳左端面，保证工序尺寸L1；以左端面定位，粗铳右端面，保证工序
尺寸L2；
工序20:
以右端面定位，半精铳左端面，保证工序尺寸L3。
工序80:
以左端面定位，半精铳右端面，保证工序尺寸L4,达到零件图设计尺寸L的要求，
L40°0.1。
由图3.1所示加工过程示意图，建立分别以Z2、Z3和Z4为封闭环工艺尺寸链如图3.2所示。
2.25平面
IT10,因此
=41mm。
由于工序尺寸L3是在半精铳加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表
加工法案和表面粗糙度知，半精铳工序的经济加工精度等即可达到左端面的最终加工要求
确定该工序尺寸公差为ITIO，其公差值为0.1mm，故L3410.05mm
2.64平面精加工余量，得半精铳余量
2）求解工序尺寸L2:
查《机械制造设计基础课程设计》表
0.1mm，故L2420.05mm。
L1L2Z2=（42+1）mm=43mm。
由《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工方案的经济度和
为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。
表3.1余量乙的校核计算表
环的名称
基本尺寸
上偏差
下偏差
L3（增环）
41
+0.05
-0.05
L4（减环）
-40
+0.1
0
Z4
1
+0.15
-0.05
表3.1余量乙的校核计算表
环的名称
基本尺寸
上偏差
下偏差
L2（增环）
42
+0.05
-0.05
L3（减环）
-41
+0.05
-0.05
Z3
1
+0.1
-0.1
表3.2余量乙的校核计算表
环的名称
基本尺寸
上偏差
下偏差
L1（增环）
43
+0.185
-0.185
L2（减环）
-42
+0.05
-0.05
Z2
1
+0.235
-0.235
余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
将工序尺寸按"入体原则”表示：
L44000.1mm，L341°0.1mm，L242°0.1mm，
0
Li430.39mm。
2、工序100钻、攻丝M8螺纹孔
由于M8螺距为1mm，则先钻孔余量为Z钻=7mm。
由《机械制造设计基础课程设计》表2.67攻
螺纹前钻孔用麻花钻直径为7mm。
3.5切削用量的计算
1、工序10粗铳拨叉头两端面
该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铳左端面；工步2是以左端面定位，粗铳右端面。
由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度v和进给量f是
一样的。
（1）背吃刀量工步1的背吃刀量ap1取为乙，Z1等于左端面的毛坯总余量减去工序2的余量Z3,
即Z1=2mm-1mm=1mm;而工步2的背吃刀量ap2取为Z2，故ap2=Z2=1mm。
（2）进给量由立式铳床X51功率为4.5kW，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套
式面铳刀粗铳平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取
为0.08mm/z
⑶铳削速度由本工序采用高速钢镶齿铳刀、dw80mm、齿数z10。
查《机械制造设计
100044.9178.65（r/min）
80
由本工序采用X51-型立式铳床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6,取转速nw=160r/min,
故实际铳削速度
当nw=160r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为
fmfzZrw0.0810160128（mm/min）
可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为125（mm/min）
2、工序20半精铳拨叉头左端面
（1）背吃刀量ap3Z3=1mm。
5.8高速钢套
（2）进给量由本工序表面粗糙度Ra,6.3ym,查《机械制造设计基础课程设计》表
式面铳刀精铳平面进给量，每转进给量f取为0.4mm/r，故每齿进给量fz为0.04mm/z
⑶铳削速度由本工序采用高速钢镶齿铳刀、dw80mm、齿数z10、fz=0.04mm/z，查《机
械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铳刀铳削速度，确定铳削速度v48.4m/min。
由本工序采用X51-型立式铳床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6,取转速nw=180r/min,故实际铳削速度
80180
45.24（m/min）
1000
当nw=210r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为
mfzznw0.041021084（mm/min）
可查《机械制造设计基础课程设计》表
3.7得机床进给量为80（mm/min）
3、工序80半精铳拨叉头右端面
（1）背吃刀量ap4乙=1mm。
⑶铳削速度由本工序采用高速钢镶齿铳刀、dw80mm、齿数z10、fz=0.04mm/z，查《机
由本工序采用X51-型立式铳床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6,取转速nw=180r/min,
故实际铳削速度
dnw
v
1000
8018045.24（m/min）
1000
当nw=210r/min时，工作台的每分钟进给量fm应为
fzznw0.041021084（mm/min）
可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为80（mm/min）
4、工序100钻、攻丝M8螺纹孔
（1）钻7孔工步
由工件材料为45钢、孔7mm、高速钢钻头，查《机械制造设计基础课程设计》表5.19高速钢
麻花钻钻销碳钢的切削用量得，切削速度
Vc=20m/min，进给量f=0..20mm/r。
取ap=7mm。
（2）攻螺纹
由于螺纹螺距为1mm则进给量为f=1mm/r,查《机械制造设计基础课程设计》5.35组合机床上加
工螺纹的切削速度v=3--8m/min，取v=5m/min所以该工位主轴转速
3.6时间定额的计算
1•基本时间tj的计算
（1）工序10――粗铳拨叉头两端面
由于该工序包括两个工步，即两个工件同时加工，由面铳刀对称铳平面、主偏角r=90°,查《机
械制造设计基础课程设计》
表5.14铳削基本时间计算得：
l1
0.5d
..d2
2
ae
1〜3mm,l2=1
3mm。
则l11
0.5dd21〜30.580
.802
362
1〜3
6.5
l2=2mm
l23672mm
则该工序的基本时间
tlhl2
jfMZ
726.52
128
0.644min=38.6s。
（2）工序20――半精铳拨叉头左端面
同理，l10.5d.d2£
1〜30.580
362
6.5
该工序的基本时间
4ll1l2
tj
36
MZ
（3）工序80――半精铳拨叉头右端面
同理，l10.5d
该工序的基本时间
tj
l1l2
36
MZ
⑷工序100——钻、攻丝
M8螺纹孔
1）钻孔工
《机械制
l1
Dcot
2
1~2
cot451
2）攻丝
2~3P
12=2mm
l36mm
6.52
80
0.556min=33.4s
1〜30.580
l2=2mm
l36mm
362
6.5
◎0.556min=33.4s
80
造设计基础课程设计》表
5.39
可知该工步
3.5mm;l2=1mm;l=9mm;则该工序的基本时间
ll1l293.51
tj
jfn0.2*960
《机械制造设计基础课程设计》表
3mm；则该工序的基本时间
5.39
ll1l2923
tj
jfn1195
0.07min=4.2s
可知该工步I=9mm，11=1~
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