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機械制造技術(shù)課程設(shè)計說明書
機械制造工藝
課程設(shè)計說明書
題目：變速器換擋叉叉腳端面銑夾具設(shè)計
目錄
一、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尺寸和粗糙度的要求····································3
1.4位置公差要求···········································4
二、毛坯的設(shè)計··············································4
2.1選擇毛坯··············································4
2.2確定機加工余量、毛坯尺寸和公差··························4
2.3 確定機械加工加工余量·································4
2.4 確定毛坯·············································5
2.5 確定毛坯尺寸公差·····································4
2.6設(shè)計毛坯圖············································4
三、選擇加工方法，擬定工藝路線································7
3.1基面的選擇············································7
3.2粗基準的選擇··········································8
3.3精基準的選擇··········································14
3.4制定機械加工工藝路線··································15
四、加工設(shè)備及道具、夾具、量具的選擇···························15
五、確定切削用量·············································18
六、基本時間的確定··········································20
七、夾具設(shè)計···············································25
八、總結(jié)·····················································29
一、零件分析
1.1零件的作用
題目所給定的零件是變速器換檔叉（如下圖2-1所示），它位于傳動軸的端部。主要作用是傳遞扭矩，使變速器獲得換檔的動力。該零件是以孔套在軸上，并用M10×1-7H螺紋孔與軸定位，換擋叉腳卡在雙聯(lián)齒輪的軸中，變速操作機構(gòu)通過換擋叉頭部的操縱槽帶動換擋叉與軸一起在變速箱中滑動，換擋叉腳撥動雙聯(lián)齒輪在花鍵軸上滑動，就可實現(xiàn)變速功能，從而實現(xiàn)變速器變速。換擋叉的主要工作面為操縱槽換擋叉腳兩端面，主要配合面為孔，M10×1-7H螺紋孔和換擋叉腳側(cè)面.該零件屬于特殊形狀零件，但復雜程度一般。由于換擋叉在工作是表面承受一定的壓力，因此，要求有一定的強度和韌度。
1.2零件的工藝分析
由零件圖可知，該零件的材料為35#鋼，鍛造成型，由零件的尺寸公差選擇模鍛加工成型，保證不加工表面達到要求的尺寸公差。
該零件需要加工的表面可大致分為以下四類：
（1）Φ15.81的孔。
（2）以Φ15.81孔的軸心線為基準的上下兩平面。
（3）兩插口端面。
（4）兩叉口內(nèi)側(cè)面。
（5）拔槽兩個側(cè)面。
（6）撥槽的內(nèi)側(cè)面面
（7）M10*1-7H的螺紋孔。
其中Φ15.8的孔以及叉口的上下端面和叉口的中間兩側(cè)面為主要的配合面，加工的精度及粗糙度的要求較高，應(yīng)作為加工的重點
1.3尺寸和粗糙度的要求
Φ15.81的孔的上偏差為+0.043，下偏差為+0.016，配合公差為F8，屬于間隙配合，孔的內(nèi)表面的粗糙度為3.2，要求較高，鑒于孔徑為15.81，可先采用Φ15.81的麻花鉆鉆孔，在用Φ10的立銑刀進行擴孔，最后用無心砂輪進行精加工。
Φ15.81的孔的上下兩平面距離孔中心線的尺寸分別為11mm和12.7mm，上表面的粗糙度為6.3，下表面的粗糙度為12.5，直接采用立銑刀銑削加工即可達到要求。
以Φ15.81的孔的軸心線為基準的尺寸為9.65mm的兩側(cè)面的表面粗糙度為6.3，可直接用端面立銑刀進行加工保證尺寸要求。
叉口的上下端面的尺寸分別為33.5mm和39.4mm其表面粗糙度為6.3，可直接用端面立銑刀進行加工保證尺寸要求。
以Φ15.81的孔的軸心線為基準的叉口兩側(cè)面尺寸為51mm，表面粗糙度為6.3，可直接用端面立銑刀進行加工保證尺寸要求。
撥槽的最前端面，以Φ15.81孔的下端面為基準，其尺寸為11，其表面粗糙度為12.5
M10*1-7H的螺紋孔，先采用Φ8.5的麻花鉆鉆孔，再采用Φ10的絲錐攻絲完成。
1.4、位置公差要求
由零件圖可知，該零件主要要求保證Φ15.81的孔和叉口的上下端面之間的垂直度要求，以Φ15.81的孔作為加工叉口上下端面的定位基準便可以保證其垂直度的要求。
(2) 換擋叉技術(shù)要求
表2-1 換擋叉技術(shù)要求
加工表面
尺寸及偏差（mm）
公差及精度等級
表面粗糙度Ra
形位公差（mm）
叉腳兩端面
IT12
6.3
叉口兩內(nèi)側(cè)面
IT12
6.3
Φ15.8內(nèi)孔
IT8
3.2
M10螺紋孔
M10×1
IT7
叉頭凸臺兩端面
IT12
6.3
叉頭平臺外表面
IT13
6.3
叉頭平臺凸面
11
IT13
12.5
叉頭下表面
IT13
12.5
該變速器換擋叉結(jié)構(gòu)簡單，屬于典型的叉桿類零件。為實現(xiàn)換擋、變速的功能，其叉軸孔和變速叉軸有配合要求，因此加工精度要求高。叉腳兩端面在工作中需承受沖擊載荷，為增強耐磨性，采用局部淬火，硬度為180HBS左右，為保證換擋叉換擋時叉腳受力均勻，要求叉腳兩端面與孔Φ15.8垂直度要求為0.15mm。換擋叉用螺釘定位，螺紋孔為M10。
綜上所述，該零件得各項技術(shù)要求制訂較合理，符合在變速箱中的功用。
（3）審查換擋叉的工藝性
分析零件圖可知，該換擋叉叉腳兩端面厚度薄于連接的表面，但減少了加工面積，使用淬火處理提供局部的接觸硬度。叉腳兩端面面積相對較大，可防止加工過程中鉆頭鉆偏，保證孔的加工精度及叉腳兩端面的垂直度。其它表面加工精度較低，通過銑削、鉆床的粗加工就可達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常得生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟得方法保質(zhì)保量地加工出來?？梢娫摿慵に囆院?。
圖2-2 變速器換擋叉零件圖
二、毛坯的設(shè)計
2.1選擇毛坯
該零件的材料為35#鋼，考慮到零件在工作時要求有較高的強度和抗扭性，非加工面的尺寸精度要求較高，以及批量為大批量生產(chǎn)，所以采用模鍛毛坯成型。
2.2確定機加工余量、毛坯尺寸和公差
(1)確定最大輪廓尺寸
根據(jù)零件圖計算零件的最大輪廓尺寸為：長15.817.4mm，寬76mm，高56mm
（2）選擇鍛件公差等級
查手冊模鍛成型，零件材料按中碳鋼，得鍛件公差等級為12～15.81級取為13級。
（3）求鑄件尺寸公差
公差帶相對于基本尺寸對稱分布。
（4）求機械加工余量等級
查手冊得按模鍛成型的方法，鍛件材料為35#鋼的機械加工余量等級E-G級選擇F級。
2.3 確定機械加工加工余量
根據(jù)鍛件質(zhì)量、零件表面粗糙度、形狀復雜程度，取鑄件加工表面的單邊余量為2㎜，孔的加工余量按相關(guān)表查找選取。
2.4 確定毛坯
上面查得的加工余量適用于機械加工表面粗糙度Ra≧1.6@.Ra＜1.6@的表面，余量要適當加大。
分析本零件，加工表面Ra≧1.6@,因此這些表面的毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上所查的余量即可。（由于有的表面只需粗加工，這時可取所查數(shù)據(jù)的小值）
生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，可采用模鍛毛坯。
2.5 確定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根據(jù)鍛件質(zhì)量、材質(zhì)系數(shù)、形狀復雜系數(shù)查手冊得，本零件毛坯尺寸允許偏差為0.1-0.2mm，表面粗糙度 為Ra12.5-25
2.6設(shè)計毛坯圖
查機械制造工藝簡明手冊表1.4—27確定各表面的加工總余量：
加工表面
基本尺寸
鍛件尺寸公差
機械加工余量（單側(cè)）
鍛件尺寸
拔槽兩側(cè)面
9.65
0.25
2
13.65
￠15.81下端面
12.7
0.15
2
15.81.7
叉口上端面
33.5
0.2
2
31.5
叉口下端面
39.4
0.2
2
41.4
叉口兩側(cè)面
51
0.2
2
47
拔槽內(nèi)側(cè)面
15.81.2
0.1
2
10.2
表2-1
三、 選擇加工方法，擬定工藝路線
3.1基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要設(shè)計之一，基面的選擇正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工工藝過程會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。
3.2粗基準的選擇
粗基準的選擇影響影響各加工面的余量分配及不需加工表面與加工表面之間的位置精度。為了保證叉口上下平面與Φ15.81孔的垂直度要求以及叉口上下面的加工余量分配均勻，所以選擇叉口的上端面作為第一道工序的定位基準。
3.3精基準的選擇
以第一道工序中的已加工面作為下到工序的定位平面，以Φ15.81孔的中心軸線為定位基準，確保設(shè)計基準與工藝基準的重合，以減少加工誤差。
3.4制定機械加工工藝路線
工藝路線一：
工序一：
（1）粗銑叉口下端面加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2）精銑叉口下端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
工序二：
（1）用Φ15.81的麻花鉆加工孔，加工經(jīng)濟精度IT13，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）用Φ10的立銑刀擴孔到直徑為15.5mm，加工精度為IT10,粗糙度為6.3
工序三：
（1）粗銑叉口上端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2）粗銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（3） 粗銑撥槽下端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（4）精銑叉口上端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（5）精銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
工序四：
（1）粗銑撥槽的一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）精銑撥槽側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
工序五：
（1）粗銑撥槽的另一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）粗銑撥槽的中間兩個小側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗銑撥槽的最前端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（4）精銑撥槽側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（5）精銑撥槽的中間的兩個小側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序六：
(1)，用Φ8.5的麻花鉆鉆孔
（2），用Φ10的絲錐攻絲，加工M10的螺紋孔。
工序七：
（1），用無心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序八：
（1），鉗工，去毛刺
工序九：
（1），檢驗
工藝路線二：
工序一：
（1）用Φ15.81的麻花鉆加工孔，加工經(jīng)濟精度IT13，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）用Φ10的立銑刀擴孔到直徑為15.5mm，加工精度為IT10,粗糙度為6.3
工序二：
（1）粗銑叉口下端面加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2）精銑叉口下端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
工序三：
（1）粗銑叉口上端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2）粗銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（3） 粗銑撥槽下端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（4）精銑叉口上端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（5）精銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序四：
（1）粗銑撥槽的一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）精銑撥槽側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
工序五：
（1）粗銑撥槽的另一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）粗銑撥槽的中間兩個小側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗銑撥槽的最前端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（4）精銑撥槽側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（5）精銑撥槽的中間的兩個小側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序六：
(1)，用Φ8.5的麻花鉆鉆孔
（2），用Φ10的絲錐攻絲，加工M10的螺紋孔。
工序七：
（1），用無心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序八：
（1），鉗工，去毛刺
工序九：
（1），檢驗
工藝路線三：
工序一：
（1）粗銑叉口下端面加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2）精銑叉口下端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
工序二：
（1）用Φ15.81的麻花鉆加工孔，加工經(jīng)濟精度IT13，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）用Φ10的立銑刀擴孔到直徑為15.5mm，加工精度為IT10,粗糙度為6.3
工序三：
（1）粗銑叉口上端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2）粗銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（3）粗銑撥槽的最前端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（4）精銑叉口上端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（5）精銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序四：
（1） 粗銑撥槽下端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
工序五：
（1）粗銑撥槽的一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）粗銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（3）精銑撥槽側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（4）粗銑撥槽的另一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（專用夾具）
（5）精銑撥槽側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（6）加工0.8*45°的倒角
工序六：
(1)，用Φ8.5的麻花鉆鉆孔
（2），用Φ10的絲錐攻絲，加工M10的螺紋孔。
工序七：
（1），用無心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序八：
（1），鉗工，去毛刺
工序九：
（1），檢驗
工藝路線四：
工序一：
（1）用Φ15.81的麻花鉆加工孔，加工經(jīng)濟精度IT13，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）用Φ10的立銑刀擴孔到直徑為15.5mm，加工精度為IT10,粗糙度為6.3
工序二：
（1） 粗銑叉口上端面加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2） 粗銑叉口最上端面加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
工序三：
（1）粗銑叉口下端面加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（組合夾具）
（2）粗銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
工序四：
（1）下叉口淬火處理，硬度要求為45HRC。
工序五：
（1）精銑叉口上端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
工序六：
（1） 精銑叉口的下端面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（2） 精銑叉口中間的兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（3） 加工0.8*45°的倒角。
工序七：
（1）粗銑撥槽的一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（2）粗銑撥槽的中間兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
（3）精銑撥槽的一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（4）精銑撥槽的中間兩側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT10，粗糙度6.3
（5）加工0.8*45°的倒角
工序八：
（1）粗銑撥槽的另一個側(cè)面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5（專用夾具）
（2）精銑撥槽側(cè)面，加工精度IT10，粗糙度6.3
（3）加工0.8*45°的倒角
工序九：
（1） 粗銑撥槽下端面，加工經(jīng)濟精度IT12，粗糙度12.5
(2)，用Φ8.5的麻花鉆鉆孔
（3），用Φ10的絲錐攻絲，加工M10的螺紋孔。
工序十：
（1），用無心磨床精加工Φ15.8的孔，粗糙度3.2
（2），加工0.4*45°的倒角
工序十一：
（1），鉗工，去毛刺
工序十二：
（1），檢驗
3.5工藝路線比較
上述四個工藝路線，路線一和路線三先加工撥叉的底平面，后加工孔，遵循先面后孔的原則，路線二和路線四是鑒于孔的加工要求較高，與底面的垂直度要求也較高，并且是很多尺寸的設(shè)計基準，為遵循基準統(tǒng)一的原則，同時也更能保證叉口上下兩平面與孔的垂直度要求，所以路線二和路線四要優(yōu)于路線一和路線三。而由于叉口的下端面是一上端面為基準的，為遵循互為基準的原則，保證底面的加工尺寸精度，應(yīng)先加工上叉口，后加工下叉口，所以路線四優(yōu)于路線二，固選擇路線四為最終的工藝路線。
工序號
工序內(nèi)容
簡要說明
00
模鍛成型
05
正火處理
10
加工Φ15.81的孔
15
粗加工叉口上端面和撥槽的最上端面
20
粗加工叉口下端面及中間側(cè)面
25
兩叉口淬火處理
30
精加工叉口上端面
35
精加工叉口下端面及中間側(cè)面
40
加工撥槽的側(cè)面及中加面
45
加工撥槽的另一個側(cè)面
50
加工撥槽下端面及M10的螺紋孔
55
精加工Φ15.8
60
鉗工
65
檢驗
表3-1
四、加工設(shè)備及道具、夾具、量具的選擇
由于生產(chǎn)類型為大批量，故加工設(shè)備以通用機床為主，輔以少量專用機床，其生產(chǎn)方式以通用機床專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線，工件在各機上的裝卸及各機床間的傳送均由人工完成。
4.1根據(jù)不同的工序選擇不同的機床
10工序是加工Φ15.8的孔，先用Φ15.81的麻花鉆鉆孔，再用選用Φ15的擴孔鉆擴孔，可選用立式搖臂鉆床完成。
15工序是粗銑叉口上端面，可選用立式銑床完成。
20工序是粗銑叉口下端面及中間兩側(cè)面，可以選用立式銑床完成。
30工序是精加工叉口上端面，選用立式銑床完成。
35工序是粗銑叉口上端面及中間兩側(cè)面，可以選用立式銑床完成。
40 工序是銑削加工撥槽的側(cè)面以及撥槽的中間兩個小側(cè)面，可選用臥式銑床來完成。
45工序是加工撥槽的另一個側(cè)面，在上道工序的基礎(chǔ)將夾具旋轉(zhuǎn)180°，同樣的采用臥式銑床。
50 工序是銑削撥槽的下端面和鉆孔加工M10*1的螺紋孔，可以選用臥式銑床完成
55 為精加工Φ15.8的孔，采用萬能無心磨床來保證精度。
4.2刀具選擇
選用硬質(zhì)合金銑刀，硬質(zhì)合金鉆頭，硬質(zhì)合金擴孔鉆、加工中碳鋼零件采用YG硬質(zhì)合金，粗加工用YG8，半精加工為YG6
工序號
工序內(nèi)容
所選刀具
00
模鍛成型
05
正火處理
10
加工Φ15.8的孔
Φ15.81的麻花鉆和 Φ15的擴孔鉆
15
粗加工叉口上端面和撥槽的最前端面
Φ20的端面銑刀
20
粗加工叉口下端面及中間側(cè)面
Φ20的端面銑刀和Φ10的立銑刀
25
兩叉口淬火處理
30
精加工叉口上端面并倒角
Φ20的端面銑刀
35
精加工叉口下端面及中間側(cè)面并倒角
Φ20的端面銑刀和Φ10的立銑刀
40
加工撥槽的側(cè)面及中間側(cè)面
Φ20的端面銑刀和Φ10的立銑刀
45
加工撥槽的另一個側(cè)面
Φ20的端面銑刀
50
加工撥槽下端面及M10的螺紋孔
Φ20的端面銑刀和Φ8.5的麻花鉆及Φ10的絲錐
55
精加工Φ15.8
砂輪
60
鉗工
65
檢驗
表4-1
4.3選擇量具
本零件屬于成批生產(chǎn)，一般情況下盡量采用通用夾具。根據(jù)零件的表面的精度要求，尺寸和形狀特點，參考相關(guān)資料，選擇如下：
10工序采用游標卡尺和塞規(guī)。
15、20、30、35、40、45工序采用游標卡尺和標準粗糙度塊。
倒0.8*450角度，采用萬能角度卡尺。
50工序采用塞規(guī)檢驗。
五、確定切削用量
工序一：
工步一：用Φ15.81的麻花鉆鉆孔
a p=5.5mm, Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min
n=(1000×50)/(3.15.81×15.81)=1137.4r/min
主軸最大轉(zhuǎn)速15.8100 r/min ，所以取n=1135r/min, Vc=(1135×3.15.81×15.81)/1000=49.89m/min
工步二：用Φ15的擴孔鉆擴孔
a p=5.5mm, Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min
n=(1000×50)/(3.15.81×15)=1061.6r/min
主軸最大轉(zhuǎn)速15.8100 r/min ，所以取n=1060r/min, Vc=(1060×3.15.81×15)/1000=49.92m/min
工序二：
工步一：粗銑叉口上端面
已知工件材料為35#鋼，選擇鑲齒套式面銑刀，齒數(shù)z=10，材料YG8， fz=0.2~0.29/齒。
確定每齒進給量和背吃刀量。
查表取每齒進給量，查表取af=1.2mm/z
背吃刀量取4mm
查表得：
V=64m/min Pm=1.33kw
計算實際主軸轉(zhuǎn)速
主軸轉(zhuǎn)速n=1000×64/（3.15.81×20）=1019.1 r/min
查表得n=1000 r/min ，
計算Vc=1000×3.15.81×20/1000=62.8m/min
功率校核PM=1.33 kw
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