課程設計說明書
一四擋變速叉零件的工藝規(guī)程及夾具設計
目 錄
第1章 零件分析 3
1.1 零件的作用 3
1.2 零件的工藝分析 3
1.3 確定零件的生產類型 4
第2章 確定毛坯、繪制毛坯簡圖 4
2.1 確定毛坯的制造形式 4
2.2 繪制撥叉鍛造毛坯簡圖 4
第3章 工藝規(guī)程設計 5
3.1 基面的選擇 5
3.2 制訂工藝路線 6
3.3 確定加工余量 7
第4章 鉆擴鉸Φ22孔夾具設計 14
4.1 研究原始質料 14
4.2 定位、夾緊方案的選擇 14
4.3切削力及夾緊力的計算 15
4.4 誤差分析與計算 16
4.6 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用 17
4.7 確定夾具體結構和總體結構 18
4.8 夾具設計及操作的簡要說明 19
總結與展望 21
參考文獻 22
第1章 零件分析
1.1 零件的作用
題目所給定的零件是一四檔變速叉,它位于變速箱中,主要作用是撥動變速箱中的齒輪,使汽車達到變速的目的。撥叉是變速箱的換檔機構中的一個主要零件。撥叉頭以mm孔套在變速叉軸上，并用螺釘經螺紋孔與變速叉軸聯(lián)結，并用mm鎖緊孔鎖緊。撥叉腳則夾在雙聯(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撥叉頭部的操縱槽帶動撥叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，撥叉腳撥動雙聯(lián)變換齒輪在花鍵軸上滑動以改換檔位，從而改變車輛行駛速度。
1.2 零件的工藝分析
由零件圖可知，其材料為45鋼。該材料具有足夠的強度、剛度和韌性，適用于承受彎曲應力和沖擊載荷作用的工作條件。
該撥叉形狀特殊、結構簡單，屬典型的叉桿類零件。為實現換檔、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。叉腳兩端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42～50HRC；為保證撥叉換檔時叉腳受力均勻，要求叉腳兩端面對叉軸孔mm的垂直度在長度40上要求為0.10mm。為保證撥叉在叉軸上有準確的位置，改換檔位準確，撥叉采用緊固螺釘定位。螺紋孔的尺寸為x1.25-2a。
撥叉頭兩端面和叉腳兩端面均要求切削加工，并在軸向方向上均高于相鄰表面，這樣既減少了加工面積，又提高了換檔時叉腳端面的接觸剛度；mm孔和孔的端面均為平面，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撥叉腳兩端面、變速叉軸孔mm，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、攻絲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，采用較經濟的方法保質保量地加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。
該零件的主要工作表面為撥叉腳兩端面和叉軸孔mm(H7)，在設計工藝規(guī)程時應重點予以保證。
1.3 確定零件的生產類型
撥叉在汽車上屬于常用零件，且撥叉屬輕型零件，該撥叉的生產類型為大量生產。
第2章 確定毛坯、繪制毛坯簡圖
2.1 確定毛坯的制造形式
零件材料為45鋼,零件經常撥動齒輪承受變載荷和沖擊性載荷,因此應選用鍛件,以使金屬纖維盡量不被切斷,保證零件工作可靠。因為為大批量生產,且零件的輪廓尺寸不大,故采用模鍛成型。這從提高生產率,保證加工精度上考慮,也是應該的。
2.2 繪制撥叉鍛造毛坯簡圖
繪制毛坯圖如下
第3章 工藝規(guī)程設計
3.1 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一,它對零件的生產是非常重要的。定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。
1．精基準的選擇
叉軸孔mm的軸線是撥叉腳兩端面設計基準，撥叉頭左端面是撥叉軸向方向上尺寸的設計基準。選用叉軸孔mm的軸線和撥叉頭左端面作精基準定位加工撥叉腳兩端面，實現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。另外，由于撥叉件剛性較差，受力易產生彎曲變形，選用撥叉頭左端面作精基準，夾緊力作用在撥叉凸臺上，可避免在機械加工中產生夾緊變形，夾緊穩(wěn)定可靠。
2．粗基準的選擇
選擇變速叉軸下部mm的圓弧面和叉爪口內表面作粗基準。采用R37mm圓弧面定可以為后續(xù)工序準備好精基準。
3.2 制訂工藝路線
工藝路線的擬訂是制訂工藝規(guī)程的總體布局，包括：確定加工方法，劃分加工階段，決定工序的集中與分散，加工順序的安排，以及安排熱處理、檢驗及其他輔助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影響加工的質量和效率，而且影響到工人的勞動強度、設備投資、車間面積、生產成本等。制訂工藝路線的出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀,尺寸精度及位置精度的技術要求能得到合理的保證。生產綱領已確定為大批量生產的條件下,可以考慮采用萬能性機床以及專用夾具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外,還應當考慮經濟效果,以便使生產成本盡量降低。
因此，擬訂工藝路線是制訂工藝規(guī)程的關鍵性一步，必須在充分調查研究的基礎上，提出工藝方案，并加以分析比較，最終確定一個最經濟合理的方案。
經過討論，工藝過程如下：
工
序
號
工 名
序 稱
工 序 內 容
10
銑
以上端面為基準，加工下端面
20
鉆
以上端面為基準鉆擴鉸Φ22孔
30
銑
以φ22孔為基準，銑R11下端面
40
銑
以Φ22孔為基準，銑寬65mm的內側面
50
鉆
以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，鉆M12螺紋孔
60
鉆
以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，鉆Φ14孔
70
鉆
以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，鉆Φ3孔
80
銑
以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，銑上下端R75的槽
90
檢驗
檢驗
100
入庫
入庫
3.3 確定加工余量
“變速叉”零件材料為45鋼,生產類型為大批量生產,采用鍛錘上合模鍛毛坯。根據上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量：
(1) 粗銑、半精銑、精銑B上表面，D上表面，φ22孔上表面
考慮其加工表面粗糙度要求為，可以先粗銑，半精銑再精銑，根據《機械加工工藝手冊》表2.3-5，取Z=1已能滿足要求
(2) 鉆、擴、粗鉸φ22孔內表面
考慮其表面粗糙度要求為，，其加工方式可以分為鉆、擴、粗鉸，根據《機械加工工藝手冊》表2.3-5，
鉆孔：φ20mm
擴孔：φ21.8mm 2Z=1.8
鉸孔：φ22mm 2Z=0.2
（4） 確定切削用量及工時
工序1：以上端面為基準，加工下端面
機床：銑床X51
刀具：硬質合金端銑刀（面銑刀）材料： 齒數
銑削深度：
每齒進給量：根據參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-73，取銑削速度：參照參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81，取
機床主軸轉速：
，
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據參考文獻[7]《機械加工工藝手冊》表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
取
刀具切出長度：取
走刀次數為1
機動時間：
工序2：鉆、擴、鉸?22H7孔
工件材料為HT200，硬度200HBS?？椎闹睆綖?2mm，公差為H7，表面粗糙度。加工機床為Z525立式鉆床，加工工序為鉆、擴、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ19mm標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——Φ21.7mm標準高速鋼擴孔鉆；鉸孔——Φ22mm標準高速鉸刀。選擇各工序切削用量。
（1）確定鉆削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z525立式鉆床說明書，取。
根據參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構允許的軸向力（由機床說明書查出），根據表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
2）確定切削速度、軸向力F、轉矩T及切削功率 根據表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應對所的結論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z525機床說明書，取。實際切削速度為：
由表28-5，，故
3）校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應地
，，
（2）確定擴孔切削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-31，。根據Z525機床說明書，取=0.57mm/r。
2）確定切削速度及 根據參考文獻[7]表28-33，取。修正系數：
，
故
查機床說明書，取。實際切削速度為
（3）確定鉸孔切削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-36，，按該表注4，進給量取小植。查Z525說明書，取。
2）確定切削速度及 由參考文獻[7]表28-39，取。由
參考文獻[7]表28-3，得修正系數，
故
查Z525說明書，取，實際鉸孔速度
（4）各工序實際切削用量 根據以上計算，各工序切削用量如下：
鉆孔：，，，
擴孔：，，，
鉸孔：，，，
機動時間：
工序4：以Φ22孔為基準，銑寬65mm的內側面
機床：立式銑床X51
刀具：高速剛圓柱形銑刀 粗齒數
銑削深度：
每齒進給量：根據《機械加工工藝師手冊》表30-13，取
銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-23，取，
取=30, =63代入公式（2-1）得：
機床主軸轉速：，根據《機械加工工藝師手冊》表11-4，取
實際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
根據《機械加工工藝師手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數為1
取，，代入公式（2-3）得：
機動時間：
工序5：以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，鉆M12螺紋孔
(1)鉆M12螺紋孔底孔Φ10
機床：鉆床Z525
鉆孔選用機床為Z525搖臂機床，刀具選用GB1436-85直柄短麻花鉆，《機械加工工藝手冊》第2卷。
根據《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-2查得鉆頭直徑小于10的鉆孔進給量為0.20～0.35。
則取
確定切削速度，根據《機械加工工藝手冊》第2卷表10.4-9
切削速度計算公式為 （3-20）
查得參數為，刀具耐用度T=35
則 ==1.6
所以 ==72
選取
所以實際切削速度為=2.64
確定切削時間（一個孔） =
(2)攻絲M12
刀具：釩鋼機動絲錐
進給量：由于其螺距,因此進給量
切削速度：參照《機械加工工藝手冊》表2.4.105，取
機床主軸轉速：，取
絲錐回轉轉速：取
實際切削速度：
由工序4可知：
走刀次數為1
機動時間：
工序6：以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，鉆Φ14孔
（1） 切削深度 。
（2） 進給量和切削速度的確定 選硬質合金鉆頭直柄麻花鉆，鉆頭參數如下：，查《機械制造技術基礎課程設計指南》[2]表5-134，，取，，取，根據上面數據，計算主軸轉速，查立式鉆床Z525主軸轉速表，取n=1360r/min，計算實際切削速度，。
（3） 基本時間的確定，首先查《機械制造技術基礎課程設計指南》[2]表2-2查得鉆削機動時間計算公式，，，=（1~4），
鉆孔深度，，，所以
工序7：以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，鉆Φ3孔
刀具：我選擇直柄麻花鉆：d =3, l= 117, l1 =75 ，刀具材料W18Cr4V；
機床：Z525
計算切削用量
進給量：根據在《金屬機械加工工藝人員手冊》表14-34中及機床，選用f=0.10mm/ r 。
計算切削速度：按照在《金屬機械加工工藝人員手冊》表中14-29公式計算：
查《機械制造技術基礎課程設計指南》[2]表5-134，，取，，取，主軸轉速：（r/min）
根據機床選取n=1360(r/min) ，所以實際切削速度
（r/min）
計算切削工時
,式中，，，所以
==0.22（min）
工序8：以Φ22孔和端面，及65mm叉口內側面為基準，銑上下端R75的槽
機床：銑床X62
刀具：高速剛鋸片銑刀 粗齒數
銑削深度：
每齒進給量：根據《機械加工工藝師手冊》表30-13，取
銑削速度：參照《機械加工工藝師手冊》表30-23，取，
取=30, =63代入公式（2-1）得：
機床主軸轉速：，根據《機械加工工藝師手冊》表11-5，取
實際銑削速度：
取=，，=代入公式（2-2）得：
工作臺每分進給量：
根據《機械加工工藝手冊》
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數為1
取，，, 代入公式（2-3）得：
機動時間：
第4章 鉆擴鉸Φ22孔夾具設計
4.1 研究原始質料
利用本夾具主要用來加工工序20 鉆擴鉸Φ22孔。加工時除了要滿足粗糙度要求外，還應滿足兩孔軸線間公差要求。為了保證技術要求，最關鍵是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。
4.2 定位、夾緊方案的選擇
由零件圖可知：在對孔進行加工前，底平面進行了粗、精銑加工，采用一個固定V型塊和一個活動V塊定位夾緊。
4.3切削力及夾緊力的計算
鉆該孔時選用：鉆床Z525，刀具用高速鋼刀具。
由參考文獻[5]查表可得：
切削力公式：
鉆φ22孔D=22mm
式中
查表得：
其中：
即：
實際所需夾緊力：由參考文獻[5]表得：
有：
安全系數K可按下式計算有：
式中：為各種因素的安全系數，見參考文獻[5]表 可得：
所以
由計算可知所需實際夾緊力不是很大，為了使其夾具結構簡單、操作方便，決定選用手動螺旋夾緊機構。
取，，
查參考文獻[5]1～2～26可知移動形式壓板螺旋夾緊時產生的夾緊力按以下公式計算：
式中參數由參考文獻[5]可查得：
螺旋夾緊力：
由上述計算易得：
因此采用該夾緊機構工作是可靠的。
4.4 誤差分析與計算
該夾具以一個平面和和2個V型和活動壓塊定位，要求保證孔軸線間的尺寸公差。為了滿足工序的加工要求，必須使工序中誤差總和等于或小于該工序所規(guī)定的尺寸公差。
由[5]和[6]可得：
1 定位誤差：
當以任意邊接觸時
當短以固定邊接觸時
通過分析可得：
因此：當以任意邊接觸時
2 夾緊誤差 ：
其中接觸變形位移值：
⑶ 磨損造成的加工誤差：通常不超過
⑷ 夾具相對刀具位置誤差：取
誤差總和：
從以上的分析可見，所設計的夾具能滿足零件的加工精度要求。
4.6 鉆套、襯套、鉆模板設計與選用
工藝孔的加工只需鉆切削就能滿足加工要求。故選用可換鉆套（其結構如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時間。
圖6.1 可換鉆套
表
d
D
D1
H
t
基本
極限
偏差F7
基本
極限
偏差D6
＞0～1
+0.016
+0.006
3
+0.010
+0.004
6
6
9
--
0.008
＞1～1.8
4
+0.016
+0.008
7
＞1.8～2.6
5
8
＞2.6～3
6
9
8
12
16
＞3～3.3
+0.022
+0.010
＞3.3～4
7
+0.019
+0.010
10
＞4～5
8
11
＞5～6
10
13
10
16
20
＞6～8
+0.028
+0.013
12
+0.023
+0.012
15
＞8～10
15
18
12
20
25
＞10～12
+0.034
+0.016
18
22
＞12～15
22
+0.028
+0.015
26
16
28
36
＞15～18
26
30
0.012
＞18～22
+0.041
+0.020
30
34
20
36
HT200
＞22～26
35
+0.033
+0.017
39
＞26～30
42
46
25
HT200
56
＞30～35
+0.050
+0.025
48
52
＞35～42
55
+0.039
+0.020
59
30
56
67
＞42～48
62
66
＞48～50
70
74
0.040
鉆模板選用鉆模板，用沉頭螺釘錐銷定位于夾具體上。
4.7 確定夾具體結構和總體結構
對夾具體的設計的基本要求
（1）應該保持精度和穩(wěn)定性
在夾具體表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定夾具體，夾具體應該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應具有足夠的強度和剛度
保證在加工過程中不因夾緊力，切削力等外力變形和振動是不允許的，夾具應有足夠的厚度，剛度可以適當加固。
（3）結構的方法和使用應該不錯
夾較大的工件的外觀，更復雜的結構，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應特別注意結構的過程中，應處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應能減小體積減輕重量，結構應該簡單。
（4）應便于鐵屑去除
在加工過程中，該鐵屑將繼續(xù)在夾在積累，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，鐵屑投擲可能繞組定位元件，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產生更多的，一般應在夾具體上面。
（5）安裝應牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應的表面接觸或實現的。當夾安裝在重力的中心，夾具應盡可能低，支撐面積應足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結構，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便于鐵屑。此外，夾點技術，經濟的具體結構和操作、安裝方便等特點，在設計中還應考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設計，必須考慮結構應便排出鐵屑。
4.8 夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，該工件不但可以采用V型塊夾緊經過方案的認真分析和比較，選用了手動夾緊方式。這類夾緊機構結構簡單、夾緊可靠、通用性大，在機床夾具中很廣泛的應用。
此外，當夾具有制造誤差，工作過程出現磨損，以及零件尺寸變化時，影響定位、夾緊的可靠。為防止此現象，選用可換定位銷。以便隨時根據情況進行調整換取。
25
總結與展望
總結與展望
我要特別感謝我的導師的精心指導，不僅指導我們解決了關鍵性技術難題，更重要的是為我們指引了設計的思路并給我們講解了設計中用到的實際工程設計經驗，從而使我們設計中始終保持著清晰的思維也少走了很多彎路，也使我學會綜合應用所學知識，提高分析和解決實際問題的能力。不僅如此，老師的敬業(yè)精神更是深深的感染了我，鞭策著我在以后的工作中愛崗敬業(yè)，導師是真真正正作到了傳道、授業(yè)、解惑。
同時也要感謝其他同學、老師和同事的熱心幫助，感謝院系領導對我們課程設計的重視和關心，為我們提供了作圖工具和場所，使我們能夠全身心的投入到設計中去，為更好、更快的完成課程設計提供了重要保障。
在本次設計中，考慮到零件的加工難易、材料、成本等問題，所選用的零、部件都是操作簡單，通用性較強的標準件，從現時以最低的成本實現最先進的加工。但也有不足之處：特別是對于鉆孔夾具，在刀具加工完退出工件孔時，有可能會劃傷工件內孔表面，本可以在夾具體內部設置液壓升降系統(tǒng)，使工件孔與定位立臺可升可降，這樣，在刀具退出時，使定位立臺連同工件孔一起升起，從而避免劃傷。但考慮到成本問題，未采用這種方法。為此，鉆孔的專用夾具還有待改進。無論怎樣，這次的課程設計使我獲益良多，是我在學校的最后一次答卷，也是我成功邁向社會的第一步。
參考文獻
參考文獻
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附 錄