變速器換擋叉加工工藝及夾具設計【機械制造課程設計全套文件】
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中北大學課程設計說明書
目錄
序 言 2
一、零件的分析 3
1.1、零件的工藝分析 3
1.2、確定生產(chǎn)類型 3
1.3、確定毛坯的種類 3
二、工藝規(guī)程設計 4
2.1、選擇定位基準： 4
2.2、制定工藝路線: 4
2.3、機械加工余量、工序尺寸及公差的確定: 4
三、夾具設計 16
3.1、問題的提出 16
3.2、夾具設計 16
四、設計小結 17
五、體會與展望 18
六、．參考文獻 18
序 言
機械制造裝備設計課程設計是我們在學完了大學的全部基礎課，專業(yè)基礎課以及專業(yè)課后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學的各科課程一次深入的綜合性總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，他在我們的大學四年生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進一步適應性的訓練，希望自己在設計中能鍛煉自己的分析問題、解決問題、查資料的能力 ，為以后的工作打下良好的基礎。
由于能力有限，設計尚有很多不足之處，希望各位老師給予指導
一、 零件的分析
題目所給的零件是變速器換檔叉。它位于汽車的變速機構上，主要起換檔作用。
1.1．零件的工藝分析
零件的材料為35鋼，，為此以下是變速器換檔叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：
1、 孔Φ15.8以及與此孔相通的、M10螺紋孔。
2、 上下U型口及其兩端面
3、換檔叉底面、下U型口兩端面與孔Φ15.8中心線的垂直度誤差為0.15mm。
由上面分析可知，可以粗加工Φ15的孔，然后以此作為基準采用專用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及機床所能達到的位置精度，選擇以孔為基準加工的面作為孔加工的精基準。最后，以精加工的孔為基準加工其他所有的面。此變速器換檔叉零件沒有復雜的加工曲面，所以根據(jù)上述技術要求采用常規(guī)的加工工藝均可保證。
1.2、確定生產(chǎn)類型
已知此換檔叉零件的生產(chǎn)綱領為5000件/年，零件的質(zhì)量是2.26Kg/個，查《機械制造工藝設計簡明手冊》第2頁表1.1-2，可確定該換檔叉生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。
1.3、確定毛坯的種類
零件材料為35鋼?？紤]零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結構又比較簡單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故采用模鍛件作為毛坯。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第41頁表2.2-5,選用鍛件尺寸公差等級為CT-12。
二、工藝規(guī)程設計
2.1、選擇定位基準：
1 粗基準的選擇：以零件的圓柱面為主要的定位粗基準
2 精基準的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，以Φ15.8的孔內(nèi)表面為輔助的定位精基準。
2.2、制定工藝路線:
根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。查《機械制造工藝設計簡明手冊》第20頁表1.4-7、1.4-8、1.4-11，選擇零件的加工方法及工藝路線方案如下：
工序01 粗銑Φ15 上、下端面，以外圓為定位基準，采用X51 立式銑床加專用夾具
工序02 鉸的孔，以Φ15孔的上端面為定位基準，采用Z52立式鉆床加專用夾
具；
工序03 粗銑叉口前后兩側面，以Φ15.8 孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序04 精銑叉口前后兩側面，以Φ15.8 孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序05 粗銑16*56兩側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序06 精銑16*56兩側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X5立式銑床加專用夾具；
工序07 粗銑叉口19*5.9兩內(nèi)側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序08 精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序09 切槽粗銑16.5x14.5面銑11x9.65 銑16.5x42.9面，以Φ15.8孔為定位基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；
工序10 精銑 16.5*42面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
工序11 攻螺紋M10x1-H7，以Φ15.8孔為定位基準，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具；
工序12 去毛刺；
工序13 終檢；
2.3、機械加工余量、工序尺寸及公差的確定:
1、圓柱表面工序尺寸：
前面根據(jù)資料已初步確定工件各面的總加工余量，現(xiàn)在確定各表面的各個加工工序的加工余量如下：
加工
表面
加工
內(nèi)容
加工余量
精度等級
工序
尺寸
表面粗
糙度
Φ15.8
鉆
0.8
IT11
15
12.5
擴
0.5
IT10
15.5
6.3
粗鉸
0.2
IT10
15.7
6.3
精鉸
0.1
IT8
15.8
3.2
2、平面工序尺寸：
工序號
工序
內(nèi)容
加工
余量
基本
尺寸
經(jīng)濟
精度
鍛件
CT12
07
粗銑叉口前后兩側面
2.1
5.9
12
08
粗銑16*56兩側面
0.2
9.85
12
10
粗銑叉口19*5.9兩內(nèi)側面
0.5
51.5
12
12
粗銑14.2*9.65面、銑11*9.65面、銑16.5*42面
1
12
11
精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側面
0
51
10
09
精銑16*56兩側面
0
9.65
10
13
精銑16.5*42面
0
11
10
3、 確定切削用量及時間定額：
工序01 粗銑Φ15 上、下端面，以外圓為定位基準，采用X51 立式銑床加專用夾具
刀具：YG6 硬質(zhì)合金端銑刀。
銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》（后簡稱《簡明手冊》）表3.1，取刀具直徑d0=125mm。根據(jù)《切削用量手冊》（后簡稱《切削手冊》）表3.16，選擇刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃傾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,過渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1）確定切削深度ap
因為余量較小，故選擇ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）確定每齒進給量fz
采用對稱端銑，以提高進給量提高加工效率。根據(jù)《切削手冊》表3.5，使用YG6 硬質(zhì)
合金端銑刀加工，機床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51 立式銑床）時：
fz=0.09~0.18mm/z
故選擇：fz=0.18mm/z。
3）確定刀具壽命及磨鈍標準
根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直徑d0=125mm，
故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表3.8）。
4）計算切削速度vc 和每分鐘進給量vf
根據(jù)《切削手冊》表3.16 ， 當d0=125mm ， Z=12 ， ap≤7.5 ， fz≤0.18mm/z 時，
vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度計算公式為：
vc=cvd0qvTmapxvfzyvaeuvzpvkv
其中ae = 72mm ， a p = 4mm ， Cv = 245 ， q = 0.2 v ， xv = 0.15 ， y = 0.35 v ，
k v = k Mv ? k Sv = 1.0 × 0.8 = 0.8 ， uv = 0.2 ， p = 0 v ， m = 0.32 ， T = 180 min ，
f z = 0.18 mm /z ， Z = 12 ，將以上數(shù)據(jù)代入公式：
vc=142 m / min
確定機床主軸轉速：
ns=1000vsπdw=361r/min
根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，選擇nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，實際進給量和每
分鐘進給量為：
vc=πd0n1000=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校驗機床功率
根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為Pcc=3.3kw,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率
Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校驗合格。最終確定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，
vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=24mm.
查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：y+Δ=40mm，則：
tm＝L/ Vf=(24*2+40)/390=0.22min。
工序02 鉸的孔，以Φ15 孔的上端面為定位基準，采用 Z525 立式鉆床加專用夾具；
一、鉆Φ15孔，以Φ15孔的上端面為定位基準，采用Z525立式鉆床加專用夾具
1. 加工條件
工件材料：35鋼,σb =170~240MPa，鍛造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;
加工要求：鉆Φ15孔，加工余量0.8;
機床：Z525立式鉆床；
刀具：根據(jù)《切削手冊》表2.1.2.2，選擇高速鋼麻花鉆鉆頭，粗鉆時do=15mm，鉆頭采用雙錐后磨橫刀，后角αo＝12°，二重刃長度bε=3.5mm,橫刀長b=2mm,寬l=4mm,棱帶長度，°，°
2.選擇切削用量
（1）確定進給量
按加工要求確定進給量：查《切削手冊》，，，由《切削手冊》表2.7,系數(shù)為0.5,則：
按鉆頭強度選擇:查《切削手冊》表2.8,鉆頭允許進給量為：；
按機床進給機構強度選擇：查《切削手冊》表2.9，機床進給機構允許軸向力為8330N時，進給量為。
以上三個進給量比較得出，受限制的進給量是工藝要求，其值為：0.215~0.265mm/r。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-16,最終選擇進給量。
由于是通孔加工，為避免即將鉆穿時鉆頭折斷，故應在即將鉆穿時停止自動進給而改為手動進給。
根據(jù)《切削手冊》表2.19查出,鉆孔時軸向力Ff=2500N，軸向力修正系數(shù)為1.0，故Ff=2500N。根據(jù)Z525立式鉆床使用說明書，機床進給機構允許的最大軸向力為8830N﹥Ff，故所選進給量可用。
（2）確定鉆頭磨鈍標準及壽命
后刀面最大磨損限度（查《簡明手冊》）為0.6mm，壽命．
?。?）切削速度
查《切削手冊》表2.30，切削速度計算公式為：
（m/min）
其中，，，，，，，，，查得修正系數(shù)：，，，故實際的切削速度：
（4）檢驗機床扭矩及功率
查《切削手冊》表2.20，當f≤0.26, do≤19mm時，Mt=31.78N?m，修正系數(shù)均為1.0，故MC=31.78 N?m。
查機床使用說明書：Mm =144.2 N?m。
查《切削手冊》表2.23,鉆頭消耗功率：Pc=1.3kw。
查機床使用說明書，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3、計算工時
二、 擴Φ15.5孔，以Φ15上、下端面為定位基準，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
查《切削手冊》表2.10，擴孔進給量為：，并由機床使用說明書最終選定進給量為：。
根據(jù)資料，切削速度 ，其中為用鉆頭鉆同樣尺寸實心孔時的切削速度，故：，，根據(jù)機床使用說明書選?。?。
基本工時：
三、粗鉸Φ15.7孔，以Φ15上、下端面為定位基準，采用Z525立式鉆床加專用夾具；
刀具：專用鉸刀
機床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量為0.8～1.2mm/z,進給量取0.81mm/r，機床主軸轉速取為=140r/min，則其切削速度為：
。
機動時切削工時，mm，
四、 精鉸Φ15.8孔，以Φ15上、下端面為定位基準，采用Z518立式鉆床加專用夾具；
刀具：
機床：Z525立式鉆床
根據(jù)有關手冊的規(guī)定，鉸刀的進給量取0.48mm/r，機床主軸轉速取為：=140r/min，則其切削速度為：
機動時切削工時，mm
工序03 粗銑叉口前后兩側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，?。海蕦嶋H切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
工序04 精銑叉口前后兩側面，以Φ15.8 孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，?。海蕦嶋H切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
工序05 粗銑16*56兩側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機床：X51立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進給量為：，取為0.5mm/r
參考有關手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量：，取為980mm/min
本工序切削時間為：
min
工序06 精銑16*56兩側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，?。?，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
工序07粗銑叉口19*5.9兩內(nèi)側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具。
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，?。?，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
工序08 精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
精銑叉口19*5.9兩內(nèi)側面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
機床：X51立式銑床
刀具：硬質(zhì)合金立銑刀（鑲齒螺旋形刀片），由《切削手冊》表3.6查得：，,即27m/min，因此，?，F(xiàn)采用X51立式銑床，取 ，工作臺每分鐘進給量應為：，
查機床使用說明書，取 。
銑削基本工時：
工序09 切槽粗銑16.5x14.5面銑11x9.65 銑16.5x42.9面，以Φ15.8 孔為定位基準，采用 X51 立式銑床加專用夾具；
一、 銑16.5*42面，以外圓為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機床：X51立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進給量為：，取為0.5mm/r
參考有關手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量：，取為980mm/min
本工序切削時間為：
min
二、粗銑14.2*9.65面、銑11*9.65面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具；
專用夾具
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀，
機床：X51立式銑床
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，?。海蕦嶋H切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
工序10 精銑16.5*42面，以Φ15.8孔為定位基準，采用X51立式銑床加專用夾具
刀具：YG6硬質(zhì)合金端銑刀；
機床：X51立式銑床；
查《切削手冊》表3.5，進給量為：，取為0.5mm/r
參考有關手冊，確定，采用YG6硬質(zhì)合金端銑刀，，則：
現(xiàn)采用X51立式銑床，根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，取，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量：，取為980mm/min
本工序切削時間為：
min
工序11 攻螺紋M10x1-H7，以Φ15.8 孔為定位基準，采用 Z525 立式鉆床并采用專用夾
具；
一、鉆Φ9孔，以Φ15.8孔為定位基準，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具
（1）鉆螺紋底孔mm
機床：Z525立式鉆床
刀具：高速鋼麻花鉆
根據(jù)《切削手冊》查得，進給量為0.18～0.22mm/z,現(xiàn)取f=0.22mm/z，v=17m/min，則：
查《簡明手冊》表4.2-15，取。所以實際切削速度為：
計算切削基本工時：
二、 攻螺紋，以Φ15.8孔為定位基準，采用Z525立式鉆床并采用專用夾具。
機床：Z525立式鉆床
刀具：絲錐M10，P=1mm
切削用量選為：，機床主軸轉速為：，按機床使用說明書選?。?，則 ；機動時，，計算切削基本工時：
工序12 去毛刺
工序13 終檢
三、夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。并設計工序5、6——鉆Φ15.8孔和銑大平面的夾具。兩夾具將分別用于Z518立式鉆床和立式銑床X51，刀具分別為高速鋼麻花鉆和YG6硬質(zhì)合金端銑刀。
3.1、問題的提出
本夾具主要用來粗銑叉口前后兩側面，在加工時應保證和Φ15.8孔的垂直度要求。此外，在本工序加工時還應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。精度不是主要考慮的問題。
3.2、夾具設計
1、定位基準選擇
由零件圖可知, 叉口前后兩側面,相對于Φ15孔有0.15的垂直度要求，為使定位誤差為零，應該選擇孔中心為定位基準保證該垂直度。
2、切削力及夾緊力計算
根據(jù)《切削手冊》查得，。根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36查得，取：，故實際切削速度：
當時，工作臺每分鐘進給量應為：
查說明書，取
計算切削基本工時：
因此，
3、夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，應該考慮提高勞動生產(chǎn)率。為此，設計采用了快換裝置。拆卸時，松開夾緊螺母扣，拔下固定V型塊，實現(xiàn)工件的快換。
四、設計小結
汽車產(chǎn)業(yè)逐漸成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車生產(chǎn)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(chǎn)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熟練,在畫圖遇到復雜圖和難的地方時顯得力不從心，使圖不能達到預期設計出來的水平。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。
五、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(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)提供重要的物質(zhì)基礎，是現(xiàn)代化經(jīng)濟不可缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)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差的發(fā)展。全球化的規(guī)模生產(chǎn)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，擴張競爭實力的同時，各大企業(yè)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。
六．參考文獻
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3、李益明主編,機械制造工藝設計簡明手冊,機械工業(yè)出版社,1993年.
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