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中北大學課程設計說明書 目 錄 1零件工藝性分析 1 1.1換擋叉的概述 1 1.2換擋叉的技術要求 1 1.3分析換擋叉的工藝性 2 1.4確定換擋叉的工藝類型 2 2換擋叉機械加工工藝規(guī)程設計 2 2.1換擋叉材料及毛坯制造方法 2 2.2確定毛坯尺寸公差和加工余量 3 2.3定位基準的選擇 3 2.4制訂工藝路線 4 2.5確定切削用量及基本工時 6 3 銑槽14專用機床夾具設計 10 3.1設計主旨 10 3.2夾具設計 10 4方案綜合評價與結論 11 5體會與展望 12 6參考文獻 12 6 14 課程設計說明書 1零件工藝性分析 1.1換擋叉的概述 1.1.1換擋叉的功用 換擋叉頭以孔套在變素差叉軸上，并用銷釘經(jīng)孔與變速叉軸聯(lián)接，換擋叉腳則夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中，當需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機構就通過換擋叉頭部的操縱槽帶動換擋叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，換擋叉腳撥動雙聯(lián)變速齒輪在花鍵軸上滑動以變換檔位，從而改變機器的運轉速度。 1.1.2換擋叉的結構特點 換擋叉在改變檔位時要承受彎曲應力和沖擊載荷的作用，因此該零件應具有足夠的強度、剛度和韌性，以適應換擋叉的工作條件。該零件的主要工作表面為換擋叉腳兩端面、叉軸孔和鎖銷孔，在設計工藝規(guī)程時應重點予以保證。 1.2換擋叉的技術要求 換擋叉零件技術要求如下表 加工表面 尺寸及偏差/mm 公差及精度等級 表變粗糙度Ra/ 形位公差/mm 換擋叉頭兩端面 42 IT13 12.5 換擋叉頭部上端面 21 IT13 6.3 換擋叉頭部方槽兩側面 14 IT13 3.2 換擋叉頭部方槽底面 IT14 3.2 孔 IT8 0.2 換擋叉腳兩端面 IT11 0.8 換擋叉腳內表面 IT10 3.2 該換擋叉形狀特殊、結構簡單，屬典型的叉桿類零件。為實現(xiàn)換擋、變速的功能，其叉軸孔與變速叉軸有配合要求，因此加工精度要求較高。差腳兩端面以及換擋叉頭部方槽兩側面在工作中需承受沖擊載荷為增強其耐磨性，該表面要求高頻淬火處理，硬度為55-63HRC；為保證換擋叉換擋時叉腳受力均勻，要求叉腳兩端面對叉軸孔mm垂直度為0.1。為保證換擋叉在叉軸上有準確的位置，該換檔位準確，換擋叉采用螺栓螺紋連接定位。為保證整個零件的硬度和加工性能，要求對整個零件進行熱處理、調質，硬度為18-25HRC。 綜上所述，該換擋叉零件的各項技術要求制定的較為合理，符合該零件在變速箱中的功用。 1.3分析換擋叉的工藝性 分析零件圖可知，撥插頭兩端面和差腳兩端面均要求切削加工，且在軸向方向上均高于相鄰表面，這樣既減少里加工面積，又提高了換擋時叉腳端面的接觸剛度；mm孔的端面為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏以保證孔的加工精度；另外，該零件除主要工作表面（換擋叉腳兩端面、內表面mm和差軸孔mm）外，其余表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常的生產條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質保量的加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。 1.4確定換擋叉的工藝類型 設計要求該零件的生產類型為大批生產。 2換擋叉機械加工工藝規(guī)程設計 2.1換擋叉材料及毛坯制造方法 由于該換擋叉在工作過程中要承受沖擊載荷，為增強換擋叉的強度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛坯選用鑄件，該換擋叉的輪廓尺寸不大，且生產類型屬于中批生產，為提高生產率和鑄件精度，以采用砂型鑄造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度為5°。 2.2確定毛坯尺寸公差和加工余量 要確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量，應先確定如下各項因素。 2.2.1鑄件機械加工余量等級 查表2-5[1]得鑄件機械加工余量等級為F~H，取G級。 2.2.2鑄件公差等級 由于鑄件選擇機器造型，材料為ZG45Ⅱ，生產類型為大批量，查表2-1[1]得鑄件公差等級CT為8~12級，取10級。 2.2.3確定鑄件基本尺寸 換擋叉鑄件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下： 加工表面 公差等級 加工面基本尺寸 鑄造尺寸公差 機械加工余量公差等級 RMA 毛坯基本尺寸 換擋叉頭部上端面 10 21 2.4 G 1.4 23.6 換擋叉頭部方槽兩側面 — — — — — 0 換擋叉頭部方槽底面 — — — — — 0 換擋叉頭部兩側面 10 42 2.8 G 1.4 46.2 螺紋孔端面 10 14 2.2 G 1.4 16.5 孔 — — — — — 0 換擋叉腳兩端面 10 8 2 G 1.4 11.8 換擋叉腳內表面 10 R43 3.2 G 1.4 R40.8 2.3定位基準的選擇 2.3.1粗基準 作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面欠缺。 粗基準：選擇換擋叉腳兩端面和內表面作為粗基準。 2.3.2精基準 根據(jù)該換擋叉零件的技術要求和裝配要求，選擇換擋叉頭右端面和叉軸孔mm做為精基準，零件上的很多表面都可以采用他們作基準進行加工，即遵循了“基準統(tǒng)一”原則。 叉軸孔mm的軸線是設計基準，選用其做精基準定位加工換擋叉腳兩端面，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的垂直度要求。 選用換擋叉左端面作為精基準同樣是遵循了“基準重合”的原則，因為該換擋叉在軸方向的尺寸多以該端面作為設計基準； 另外，由于換擋叉剛性較差，受力易產生彎曲變形，為了避面在機械加工中產生加緊變形，根據(jù)夾緊力應垂直于主要定位基面，并應作用在剛度較大部位的原則，夾緊力作用點不能做用在叉桿上。 選用換擋叉頭右端面作精基準，夾緊可作用在換擋叉左端面上，加緊穩(wěn)定可靠。 2.4制訂工藝路線 2.4.1工藝路線方案一 工序1：粗銑換擋叉頭左右兩端面 工序2：鉆mm孔。 工序3：拉mm孔至圖樣尺寸。 工序4：锪mm孔處倒角1×45o。 工序5：粗銑換擋叉頭上端面。 工序6：粗銑—精銑換擋叉頭部方槽。 工序7：粗銑—精銑—磨削換擋叉腳兩端面。 工序8：粗銑—精銑換擋叉腳內表面。 工序9：粗銑螺紋孔端面。 工序10：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 o，攻螺紋M10mm。 工序11：清洗。 工序12：終檢。 2.4.2工藝路線方案二 工序1：粗銑換擋叉頭左右兩端面 工序2：鉆mm孔。 工序3：拉mm孔至圖樣尺寸。 工序4：锪mm孔處倒角1×45o。 工序5：粗銑—精銑—磨削換擋叉腳兩端面。 工序6：粗銑—精銑換擋叉腳內表面。 工序7：粗銑換擋叉頭上端面。 工序8：粗銑—精銑換擋叉頭部方槽。 工序9：粗銑螺紋孔端面。 工序10：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 o，攻螺紋M10mm。 工序11：清洗。 工序12：終檢。 2.4.3工藝方案的比較與分析 上述兩個方案的特點在于：方案一是先加工換擋叉頭部兩端面及Φ16mm孔，再加工換擋叉頭部方槽，再加工換擋叉腳部端面及內表面，最后加工M10mm螺紋孔。方案二是先加工換擋叉頭部兩端面及Φ16mm孔，再加工換擋叉腳部端面及內表面，再加工換擋叉頭部方槽，最后加工M10mm螺紋孔。顯然在加工換擋叉腳部端面及內表面之后在加工換擋叉頭部方槽，較易保證方槽的加工精度和形位公差，所以方案二較合理。 2.4.4工藝路線確定 在綜合考慮工序順序安排原則的基礎上，表4列出了換擋叉的工藝路線。 表4換擋叉工藝路線及定位基準、設備的選用 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 定位基準 1 同時粗銑換擋叉頭左右兩端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀 叉腳左側邊 2 鉆Φ16mm孔 四面組合鉆床 麻花鉆、擴孔鉆 叉腳內表面和叉頂部側面 3 拉Φ16mm孔 拉床 拉刀 叉腳內表面和叉頂部側面 4 锪Φ16mm孔處倒角1×45o 鉆床 锪鉆 叉腳內表面和叉頂部側面 5 粗銑—精銑換擋叉腳兩端面 臥式雙面銑床 三面刃銑刀 Φ16mm孔，叉頭部右端面 6 粗銑—精銑叉腳內側面 立式銑床X51 銑刀 Φ16mm孔，叉腳外曲面 7 粗銑換擋叉頭上端面，并粗銑、精銑方槽 立式銑床X51 銑刀 Φ16mm孔，叉腳內表面 8 粗銑螺紋孔端面 立式銑床X51 銑刀 Φ16mm孔，叉腳內表面 9 鉆M10mm底孔Φ8.5mm倒角 ，攻M10mm螺紋 四面組合鉆床 麻花鉆，锪鉆 Φ16mm孔，叉腳內表面，叉頭右端面 10 去毛刺 鉗工臺 平銼 11 中檢 12 熱處理—換擋叉腳兩側面和方槽兩側面高頻淬火 淬火機等 13 校正換擋叉腳 鉗工臺 手錘 14 磨削換擋叉腳兩端面 平面磨床M7120A 砂輪 Φ16mm孔，叉頭部右端面 15 清洗 清洗機 16 終檢 2.5確定切削用量及基本工時 2.5.1切削用量的計算 工序1：同時粗銑換擋叉頭左右兩端面。 該工序就一個工步，即同時粗銑換擋叉頭左右兩個端面。 （1）背吃刀量的確定 mm （2）進給量的確定 由表5-7，按機床功率5~10kW、工件—夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工件的每齒進給量取為0.08mm/z。 （3）銑削速度計算 由表5-9，按鑲齒銑刀、d/z=80/10的條件選取，銑削速度v可取為44.9m/min。由公式（5-1）n=1000v/πd可求得該工序銑刀轉速，即n=1000×44.9m/min/π×80=178.65r/min，參照表4-15所列X51型立式銑床的主軸轉速，取轉速n=160r/min。再取此轉速代入公式（5-1），可求出該工序的實際銑削速度v=nπd/1000=40.2m/min。 工序2：鉆Φ16mm孔。 （1） 背吃刀量的確定 由表2-28，mm。 （2） 進給量的確定 查表5-22，按鋼件45剛查表得進給量取=0.25mm/r。 （3） 切削速度的確定 查表5-22得切削速度v=20m/min. 工序3：拉Φ16mm孔。 （1） 背吃刀量的確定 mm。 （2） 進給量的確定 查表5-33得拉削進給量=0.05mm/z （3） 切削速度的確定 查表5-34，取第2組切削速度，切削速度為v=4m/min. 工序4：锪Φ16mm孔兩端倒角1×45o （1） 背吃刀量的確定 mm （2） 進給量的確定 查表5-32，取進給量=0.10mm/r. （3） 切削速度的確定 查表5-32，取切削速度v=14m/min. 工序5：粗銑—精銑換擋叉腳兩端面 本工序由兩個工步組成，即工步1：同時粗銑換擋叉腳兩端面；工步2：同時精銑換擋叉腳兩端面。 （1） 背吃刀量的確定 工步2的機械加工余量為1mm，所以工步1的背吃刀量mm；工步2的背吃刀量mm。 （2） 進給量的確定 工步1：查表5-7，取每齒進給量= 0.08mm/z；工步2：查表5-8，進給量=1.5mm/r。 （3） 銑削速度的確定 工步1：銑削速度同工序1，即:v1=40.2m/min；工步2：銑削速度同工步1，即v2=40.2m/min. 工序6：粗銑—精銑叉腳內側面 本工序由兩個工步組成，即工步1：粗銑換擋叉腳內側面； 工步2：精銑換擋叉腳內側面。 （1）背吃刀量的確定 工步2的機械加工余量為1mm，所以工步1的背吃刀量mm；工步2的背吃刀量mm。 （2）進給量的確定 工步1：查表5-7，取每齒進給量= 0.08mm/z；工步2：查表5-8，進給量=1.5mm/r。 （3）銑削速度的確定 工步1：銑削速度同工序1，即:v1=40.2m/min；工步2：銑削速度同工步1，即v2=40.2m/min 工序7：粗銑換擋叉頭上端面，并粗銑、精銑方槽 本工序共有三道工步，即工步1：粗銑換擋叉頭上端面；工步2：粗銑方槽；工步3：精銑方槽。 （1） 背吃刀量的確定 工步1：mm；工步2：由于精加工余量為1mm，所以mm；工步3：該工步進給量包括方槽縱向背吃刀量和左側及右側橫向背吃刀量，三個背吃刀量相同，即mm。 （2） 進給量的確定 工步1和工步2的進給量相同，即mm/z；工步3的進給量為=1.5mm/r。 （3） 銑削速度的確定 三個工步的切削速度相同，即v=40.2m/min。 工序8：粗銑螺紋孔端面 （1） 背吃刀量的確定 mm。 （2） 進給量的確定 = 0.08mm/z。 （3） 銑削速度的確定 v=40.2m/min。 工序9：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120，攻M10mm螺紋 本工序包括三道工步，即工步1：用Φ8.5mm的麻花鉆鉆削底孔；工步2：用锪鉆鉆削倒角；工步3：攻M10mm螺紋。 （1） 背吃刀量的確定 工步1：mm；工步2：=0.5mm；工步3：mm。 （2） 進給量的確定 工步1：查表5-22，按鋼件45剛查表得進給量取=0.0.15mm/r。工步2：查表5-32，取進給量=0.10mm/r；工步3：由于攻螺紋的進給量就是被加工螺紋的螺距，取本螺紋的螺距為1mm，所以本工步的進給量=1mm。 （3） 切削速度的確定 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差得攻螺紋的切削速度v=3~8m/min，暫取v=3m/min。由公式（5-1）求該工步的主軸轉速r/min，又由立式鉆床主軸轉速表4-9，取轉速44r/min。再將此轉速代入公式（5-1）可求出該工步的實際切削速度m/min。 工序10：鉆通孔Φ2mm （1）背吃刀量的確定 mm。 （2）進給量的確定 =0.08mm。 （3）切削速度的確定 v=20m/min。 2.5.2基本工時的計算 工序1：同時粗銑換擋叉頭左右兩端面 按表5-43，取 =22mm，mm，mm 工序2：鉆Φ16mm孔 根據(jù)表5-41，取 =42mm，mm，mm 工序3：拉Φ16mm孔 設拉刀長度為400mm，則 工序5：粗銑—精銑換擋叉腳兩端面 =19mm，mm，mm 工序6：粗銑—精銑叉腳內側面 =26mm，mm，mm 工序7：粗銑換擋叉頭上端面，并粗銑、精銑方槽 （1） 粗銑換擋叉頭上端面時所用基本工時計算： =42mm，mm，mm （2） 粗銑方槽所用基本工時為 =12mm，mm，mm （3） 精銑方槽兩側面所用基本工時為 =12mm，mm，mm 工序8：粗銑螺紋孔端面 =14mm，mm，mm 工序9：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，攻M10mm螺紋 （1）鉆M10mm底孔Φ8.5mm所用基本工時為=8mm，mm，mm （2）攻M10mm螺紋所用基本工時為 =8mm，mm，mm 工序10：鉆通孔Φ2mm =29mm，mm，mm 3 銑槽14專用機床夾具設計 3.1設計主旨 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，形成大批量生產，通常需要設計專用夾具。 經(jīng)過選擇課題和指導老師的幫助，決定設計槽14銑床夾具。本夾具將用于臥式銑床，刀具為三面刃銑刀，對工件的兩端面同時進行銑削。 3.2夾具設計 3.2.1約束自由度 由于加工19、20兩端面，所以至少要約束Z軸的平移、X軸旋轉和Y軸的旋轉。 3.2.2設計夾具定位夾緊結構 因為只需約束三個自由度， 所以設計為小圓面、支撐板和大圓柱銷定位 結構來限制自由度，詳見右圖。 3.2.3定位誤差分析 工件在豎直平面內最大轉角誤差 Δdw=Δdb=arctan≈ 為小圓面上偏差； 為支撐板上偏差； L為二者之間距離。 3.2.4夾緊力計算 =2.5×N=25kN。 4方案綜合評價與結論 此方案雖然也存在不足之處，但總體上可以滿足要求，而且操作和經(jīng)濟性都很方便。汽車產業(yè)逐漸成為我國的支柱產業(yè)，汽車生產商不斷加強在汽車研發(fā)上的物力、財力、和人力的投入。撥叉作為汽車上不可缺少的零件，它的好與壞直接影響汽車的傳輸動力效率，提高撥叉的技術水平和合理性是汽車在研發(fā)部門的重中之重。 在設計過程中，與同組的其他人員有異同的地方，例如換擋叉的工藝路線，工序過程，經(jīng)過我們的反復討論和分析，再根據(jù)我們在設計撥叉時所采用的車型不同，最終我們采取了比較合理的設計方案。在不斷修改的過程中，使我們在設計時考慮問題更加縝密，設計出來的產品更加合理。 本設計還存在很多不足之處，一是由于本人對CAXA畫圖軟件的掌握還不夠好，二是本人對換檔叉結構和工作原理掌握的不夠熟練，在設計過程中不能全面地考慮問題，造成走許多彎路，設計速度緩慢，這些都需要進一步研究和進一步實踐來解決。 5體會與展望 進入新世紀以來，世界換檔叉進入了前所未有的高速發(fā)展階段，發(fā)達國家重視換檔叉的發(fā)展，不僅在本國工業(yè)中所占比重、積累、就業(yè)、貢獻均占前列，更在于裝備制造業(yè)為新技術、新產品的開發(fā)和生產提供重要的物質基礎，是現(xiàn)代化經(jīng)濟不可缺少的戰(zhàn)略性產業(yè)，即使是邁進“信息化社會”的工業(yè)化國家，也無不高度重視換檔叉的發(fā)展。全球化的規(guī)模生產已經(jīng)成為各大跨國公司發(fā)展的主流。在不斷聯(lián)合重組，擴張競爭力的同時，各大企業(yè)紛紛加強對其主干業(yè)務的投資與研發(fā)，不斷提高系統(tǒng)成套能力和個性化，多樣化市場適應能力。 6參考文獻 [1]趙麗娟，冷岳峰.機械幾何量精度設計與檢測[M]阜新:遼寧工程技術大學出版社,2010. 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