1、中北大学课程设计说明书目 录1 零件工艺性分析 11.1 换挡叉的概述 11.2 换挡叉的技术要求 11.3 分析换挡叉的工艺性 21.4 确定换挡叉的工艺类型 32 换挡叉机械加工工艺规程设计 .32.1 换挡叉材料及毛坯制造方法 .32.2 确定毛坯尺寸公差和加工余量 .32.3 定位基准的选择 42.4 制订工艺路线 52.5 确定切削用量及基本工时 .73 铣槽 14 专用机床夹具设计 .123.1 设计主旨 123.2 夹具设计 124 课程设计总结 136 参考文献 13中北大学课程设计说明书11 零 件 工 艺 性 分 析1.1 换挡叉的概述1.1.1 换挡叉的功用换挡叉头以孔套
2、在变素差叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴联接，换挡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换挡叉头部的操纵槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，换挡叉脚拨动双联变速齿轮在花键轴上滑动以变换档位，从而改变机器的运转速度。1.1.2 换挡叉的结构特点换挡叉在改变档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应换挡叉的工作条件。该零件的主要工作表面为换挡叉脚两端面、叉轴孔和锁销孔，在设计工艺规程时应重点予以保证。1.2 换挡叉的技术要求换挡叉零件技术要求如下表加工表面 尺寸及偏差/mm公差及精度等级表变粗糙度 Ra/m形位公差/
3、mm换挡叉头两端面42 IT13 12.5换挡叉头部上端面21 IT13 6.3换挡叉头部方槽两侧面14 IT13 3.2换挡叉头部方槽底面5.01IT14 3.2中北大学课程设计说明书2该换挡叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、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。差脚两端面以及换挡叉头部方槽两侧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 55-63HRC；为保证换挡叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔 mm 垂直度027.16为 0.1。为保证换挡叉在叉轴上有准确的位置，该换档位准确，换挡叉采用螺栓螺纹连接定位
4、。为保证整个零件的硬度和加工性能，要求对整个零件进行热处理、调质，硬度为18-25HRC。综上所述，该换挡叉零件的各项技术要求制定的较为合理，符合该零件在变速箱中的功用。1.3 分析换挡叉的工艺性分析零件图可知，拨插头两端面和差脚两端面均要求切削加工，且在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少里加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度； mm 孔16的端面为平面，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（换挡叉脚两端面、内表面 mm 和差轴孔 mm）外，其余表面加工07.43R027.16精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求
5、；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的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。1.4 确定换挡叉的工艺类型设计要求该零件的生产类型为大批生产。孔16027.16IT8 0.2换挡叉脚两端面1.028IT11 0.8换挡叉脚内表面07.43RIT10 3.2中北大学课程设计说明书32 换 挡 叉 机 械 加 工 工 艺 规 程 设 计2.1 换挡叉材料及毛坯制造方法由于该换挡叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强换挡叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用铸件，该换挡叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属于中批生产，为提高生产率和铸件精度，以采用砂型
6、铸造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为 5。2.2 确定毛坯尺寸公差和加工余量要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。2.2.1 铸件机械加工余量等级查表 2-51得铸件机械加工余量等级为 FH，取 G 级。2.2.2 铸件公差等级由于铸件选择机器造型，材料为 ZG45，生产类型为大批量，查表 2-11得铸件公差等级 CT 为 812 级，取 10 级。2.2.3 确定铸件基本尺寸换挡叉铸件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下：加工表面公差等级加工面基本尺寸铸造尺寸公差机械加工余量公差等级RMA毛坯基本尺寸换挡叉头部上端面 10 21 2.4 G 1.4 23.6换挡叉头部方槽两侧面
7、 0换挡叉头部方槽底面 0中北大学课程设计说明书42.3 定位基准的选择2.3.1 粗基准作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。粗基准：选择换挡叉脚两端面和内表面作为粗基准。2.3.2 精基准根据该换挡叉零件的技术要求和装配要求，选择换挡叉头右端面和叉轴孔 mm027.16做为精基准，零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。叉轴孔 mm 的轴线是设计基准，选用其做精基准定位加工换挡叉脚两端面，实027.16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。选用换挡叉左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该换挡叉在轴方向的尺
8、寸多以该端面作为设计基准；另外，由于换挡叉刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了避面在机械加工中产生加紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能做用在叉杆上。选用换挡叉头右端面作精基准，夹紧可作用在换挡叉左端面上，加紧稳定可靠。换挡叉头部两侧面 10 42 2.8 G 1.4 46.2螺纹孔端面 10 14 2.2 G 1.4 16.5孔16 0换挡叉脚两端面 10 8 2 G 1.4 11.8换挡叉脚内表面 10 R43 3.2 G 1.4 R40.8中北大学课程设计说明书52.4 制订工艺路线2.4.1 工艺路线方案一工序 1：粗铣换挡叉头左右两端面
9、工序 2：钻 mm 孔。6工序 3：拉 mm 孔至图样尺寸。1工序 4：锪 mm 孔处倒角 145。6工序 5：粗铣换挡叉头上端面。工序 6：粗铣精铣换挡叉头部方槽。工序 7：粗铣精铣磨削换挡叉脚两端面。工序 8：粗铣精铣换挡叉脚内表面。工序 9：粗铣螺纹孔端面。工序 10：钻 M10mm 底孔 8.5mm，倒角 120 ，攻螺纹 M10mm。工序 11：清洗。工序 12：终检。2.4.2 工艺路线方案二工序 1：粗铣换挡叉头左右两端面工序 2：钻 mm 孔。6工序 3：拉 mm 孔至图样尺寸。1工序 4：锪 mm 孔处倒角 145。6中北大学课程设计说明书6工序 5：粗铣精铣磨削换挡叉脚两端
10、面。工序 6：粗铣精铣换挡叉脚内表面。工序 7：粗铣换挡叉头上端面。工序 8：粗铣精铣换挡叉头部方槽。工序 9：粗铣螺纹孔端面。工序 10：钻 M10mm 底孔 8.5mm，倒角 120 ，攻螺纹 M10mm。工序 11：清洗。工序 12：终检。2.4.3 工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一是先加工换挡叉头部两端面及 16mm 孔，再加工换挡叉头部方槽，再加工换挡叉脚部端面及内表面，最后加工 M10mm 螺纹孔。方案二是先加工换挡叉头部两端面及 16mm 孔，再加工换挡叉脚部端面及内表面，再加工换挡叉头部方槽，最后加工 M10mm 螺纹孔。显然在加工换挡叉脚部端面及内表面之后在
11、加工换挡叉头部方槽，较易保证方槽的加工精度和形位公差，所以方案二较合理。2.4.4 工艺路线确定在综合考虑工序顺序安排原则的基础上，表 4 列出了换挡叉的工艺路线。表 4 换挡叉工艺路线及定位基准、设备的选用工序号 工序名称 机床设备 刀具 定位基准1同时粗铣换挡叉头左右两端面卧式双面铣床三面刃铣刀叉脚左侧边2 钻 16mm 孔 四面组合钻床麻花钻、扩孔钻叉脚内表面和叉顶部侧面中北大学课程设计说明书73 拉 16mm 孔 拉床 拉刀叉脚内表面和叉顶部侧面4锪 16mm 孔处倒角145钻床 锪钻叉脚内表面和叉顶部侧面5粗铣精铣换挡叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀16mm 孔，叉头部右端面6 粗铣
12、精铣叉脚内侧面 立式铣床 X51 铣刀16mm 孔，叉脚外曲面7粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽立式铣床 X51 铣刀16mm 孔，叉脚内表面8 粗铣螺纹孔端面 立式铣床 X51 铣刀16mm 孔，叉脚内表面9钻 M10mm 底孔8.5mm 倒角 ，120攻 M10mm 螺纹四面组合钻床麻花钻，锪钻16mm 孔，叉脚内表面，叉头右端面10 去毛刺 钳工台 平锉11 中检12热处理换挡叉脚两侧面和方槽两侧面高频淬火淬火机等13 校正换挡叉脚 钳工台 手锤14 磨削换挡叉脚两端面平面磨床M7120A砂轮16mm 孔，叉头部右端面中北大学课程设计说明书815 清洗 清洗机16 终检2.5 确定切
13、削用量及基本工时2.5.1 切削用量的计算工序 1：同时粗铣换挡叉头左右两端面。该工序就一个工步，即同时粗铣换挡叉头左右两个端面。（1 ）背吃刀量的确定 mm1.2)4.6(pa（2 ）进给量的确定 由表 5-7，按机床功率 510kW、工件夹具系统刚度为中等条件选取，该工件的每齿进给量 取为 0.08mm/z。zf（3 ）铣削速度计算 由表 5-9，按镶齿铣刀、d/z=80/10 的条件选取，铣削速度 v 可取为44.9m/min。由公式（5-1）n=1000v/ d 可求得该工序铣刀转速，即n=100044.9m/min/80=178.65r/min，参照表 4-15 所列 X51 型立式
14、铣床的主轴转速，取转速 n=160r/min。再取此转速代入公式（5-1） ，可求出该工序的实际铣削速度 v=nd/1000=40.2m/min 。工序 2：钻 16mm 孔。（1 ） 背吃刀量的确定 由表 2-28， mm。15pa（2 ） 进给量的确定 查表 5-22，按钢件 45 刚查表得进给量取 =0.25mm/r。 f（3 ） 切削速度的确定 查表 5-22 得切削速度 v=20m/min.工序 3：拉 16mm 孔。（1 ） 背吃刀量的确定 mm。156pa中北大学课程设计说明书9（2 ） 进给量的确定 查表 5-33 得拉削进给量 =0.05mm/zzf（3 ） 切削速度的确定
15、查表 5-34，取第 2 组切削速度，切削速度为 v=4m/min.工序 4：锪 16mm 孔两端倒角 145（1 ） 背吃刀量的确定 mm7.045sinpa（2 ） 进给量的确定 查表 5-32，取进给量 =0.10mm/r.f（3 ） 切削速度的确定 查表 5-32，取切削速度 v=14m/min.工序 5：粗铣精铣换挡叉脚两端面本工序由两个工步组成，即工步 1：同时粗铣换挡叉脚两端面；工步 2：同时精铣换挡叉脚两端面。（1 ） 背吃刀量的确定 工步 2 的机械加工余量为 1mm，所以工步 1 的背吃刀量mm；工步 2 的背吃刀量 mm。9.01.1pa 12pa（2 ） 进给量的确定
16、工步 1：查表 5-7，取每齿进给量 = 0.08mm/z；工步 2：查表 5-zf8，进给量 =1.5mm/r。f（3 ） 铣削速度的确定 工步 1：铣削速度同工序 1，即:v 1=40.2m/min；工步 2：铣削速度同工步 1，即 v2=40.2m/min.工序 6：粗铣精铣叉脚内侧面本工序由两个工步组成，即工步 1：粗铣换挡叉脚内侧面； 工步 2：精铣换挡叉脚内侧面。（1 ）背吃刀量的确定 工步 2 的机械加工余量为 1mm，所以工步 1 的背吃刀量mm；工步 2 的背吃刀量 mm。.12.1pa 12pa中北大学课程设计说明书10（2 ）进给量的确定 工步 1：查表 5-7，取每齿进
17、给量 = 0.08mm/z；工步 2：查表 5-zf8，进给量 =1.5mm/r。f（3 ）铣削速度的确定 工步 1：铣削速度同工序 1，即:v 1=40.2m/min；工步 2：铣削速度同工步 1，即 v2=40.2m/min 工序 7：粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽本工序共有三道工步，即工步 1：粗铣换挡叉头上端面；工步 2：粗铣方槽；工步 3：精铣方槽。（1 ） 背吃刀量的确定 工步 1： mm；工步 2：由于精加工余量为 1mm，所以6.2pamm；工步 3：该工步进给量包括方槽纵向背吃刀量和左侧及右侧012pa横向背吃刀量，三个背吃刀量相同，即 mm。13p（2 ） 进给量的确
18、定 工步 1 和工步 2 的进给量相同，即 mm/z；工步 308.21zf的进给量为 =1.5mm/r。f（3 ） 铣削速度的确定 三个工步的切削速度相同，即 v=40.2m/min。工序 8：粗铣螺纹孔端面（1 ） 背吃刀量的确定 mm。5.214.6pa（2 ） 进给量的确定 = 0.08mm/z。zf（3 ） 铣削速度的确定 v=40.2m/min。工序 9：钻 M10mm 底孔 8.5mm，倒角 120，攻 M10mm 螺纹本工序包括三道工步，即工步 1：用 8.5mm 的麻花钻钻削底孔；工步 2：用锪钻钻削 倒角；工步 3：攻 M10mm 螺纹。120中北大学课程设计说明书11（1
19、 ） 背吃刀量的确定 工步 1： mm；工步 2： =0.5mm；工步 3：5.8papamm。5.1801pa（2 ） 进给量的确定 工步 1：查表 5-22，按钢件 45 刚查表得进给量取 =0.0.15mm/r。1f工步 2：查表 5-32，取进给量 =0.10mm/r；工步 3：由于攻螺纹的进给量就是被2f加工螺纹的螺距，取本螺纹的螺距为 1mm，所以本工步的进给量 =1mm。3f（3 ） 切削速度的确定 工步 1：查表 5-22 得切削速度 v=20m/min；工步 2：查表 5-32，取切削速度 v=14m/min。工步 3：由表 5-37 差得攻螺纹的切削速度 v=38m/min
20、，暂取 v=3m/min。由公式（5-1）求该工步的主轴转速 r/min，8.3910dvn又由立式钻床主轴转速表 4-9，取转速 44r/min。再将此转速代入公式（ 5-1）可求出该工步的实际切削速度 m/min。32.10/dnv工序 10：钻通孔 2mm（1 ）背吃刀量的确定 mm。2pa（2 ）进给量的确定 =0.08mm。f（3 ）切削速度的确定 v=20m/min。2.5.2 基本工时的计算工序 1：同时粗铣换挡叉头左右两端面按表 5-43，取=22mm， mm，l 54.21)48608(5.0)31(5.021 eadlmm 2l sfltMzj .12min.608.421
21、工序 2：钻 16mm 孔中北大学课程设计说明书12根据表 5-41，取=42mm， mm， mm l 4.615cot21)(cot211 rdDl12lsftMzj 9.30min5.960.4工序 3：拉 16mm 孔设拉刀长度为 400mm，则 stj 6.min1.042工序 5：粗铣精铣换挡叉脚两端面=19mm， mm，l 14.2)36408(5.0)31(.021 eadlmm 2l sifltMzj 9min2.68.421 工序 6：粗铣精铣叉脚内侧面=26mm， mm，l 2.1)67408(5.0)31(5.021 eadlmm 2l sifltMzj .5min9.6
22、8.21 工序 7：粗铣换挡叉头上端面，并粗铣、精铣方槽（1 ） 粗铣换挡叉头上端面时所用基本工时计算：=42mm， mm，l 5.71)6408(5.0)31(5.021 eadlmm 2l sfltMzj .2min4.608.7421（2 ） 粗铣方槽所用基本工时为中北大学课程设计说明书13=12mm， mm，l 5.1)4608(5.0)31(5.021 eadlmm 2l sfltMzi 3.7min2.608.21（3 ） 精铣方槽两侧面所用基本工时为=12mm， mm，l 5.1)4608(5.0)31(5.021 eadlmm 2l sifltMzj .min2.68.21 工
23、序 8：粗铣螺纹孔端面=14mm， mm，l 6.1)96408(5.0)31(5.021 eadlmm 2l sfltMzj 3.min.608.421工序 9：钻 M10mm 底孔 8.5mm，攻 M10mm 螺纹（1 ）钻 M10mm 底孔 8.5mm 所用基本工时为 =8mm，lmm， mm 1.45cot2.8)1(cot21 rdDl2lsfltMzi .min4.096.1（2 ）攻 M10mm 螺纹所用基本工时为=8mm， mm， mml 21)3(1pl 21)3(1pl sfnlfltj 7.3min5.042802121 工序 10：钻通孔 2mm=29mm， mm， m
24、m l 7.154cot2)1(cot211 rdDl12l中北大学课程设计说明书14sfltMzi 8.19min3.0961.721 3 铣 槽 14 专 用 机 床 夹 具 设 计3.1 设计主旨为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，形成大批量生产，通常需要设计专用夹具。经过选择课题和指导老师的帮助，决定设计槽 14 铣床夹具。本夹具将用于卧式铣床，刀具为三面刃铣刀，对工件的两端面同时进行铣削。3.2 夹具设计3.2.1 约束自由度由于加工 19、20 两端面，所以至少要约束 Z 轴的平移、 X 轴旋转和 Y 轴的旋转。3.2.2 设计夹具定位夹紧结构因为只需约束三个自由度，所
25、以设计为小圆面、支撑板和大圆柱销定位 结构来限制自由度，详见右图。3.2.3 定位误差分析工件在竖直平面内最大转角误差 dw= db=arctan LTHzg7.0o为小圆面上偏差；THg为支撑板上偏差；zL 为二者之间距离。中北大学课程设计说明书153.2.4 夹紧力计算=2.5 N=25kN。RFfkCJ1260*5.134 课 程 设 计 总 结此方案虽然也存在不足之处，但总体上可以满足要求，而且操作和经济性都很方便。汽车产业逐渐成为我国的支柱产业，汽车生产商不断加强在汽车研发上的物力、财力、和人力的投入。拨叉作为汽车上不可缺少的零件，它的好与坏直接影响汽车的传输动力效率，提高拨叉的技术
26、水平和合理性是汽车在研发部门的重中之重。在设计过程中，与同组的其他人员有异同的地方，例如换挡叉的工艺路线，工序过程，经过我们的反复讨论和分析，再根据我们在设计拨叉时所采用的车型不同，最终我们采取了比较合理的设计方案。在不断修改的过程中，使我们在设计时考虑问题更加缜密，设计出来的产品更加合理。本设计还存在很多不足之处，一是由于本人对 CAXA 画图软件的掌握还不够好，二是本人对换档叉结构和工作原理掌握的不够熟练，在设计过程中不能全面地考虑问题，造成走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。5 参 考 文 献1赵丽娟，冷岳峰.机械几何量精度设计与检测M阜新:辽宁工程技术大学
27、出版社,2010.2孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具设计指导M北京:冶金工业出版社,2002.3李凤平，张士庆.机械图学M沈阳:东北大学出版社,2003.4黄健求.机械制造技术基础M北京:机械工业出版社,2010.5徐萃萍，赵树国.工程材料与成型工艺M北京:冶金工业出版社,2010.6孙志礼，冷兴聚.机械设计M沈阳:东北大学,2000.中北大学课程设计说明书167李育锡.机械设计课程设计M北京:高等教育出版社,2008.8吴拓，方琼珊.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导M 北京:机械工业出版社,2006.9崇凯.机械制造技术基础课程设计指南M北京:化学工业出版社,2007.10孙恒，陈作模.机械原理M北京:高等教育出版社,2006.
