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1、题 目：设计换挡叉的机械加工工艺规程院 、 系：机械与汽车工程学院班 级：姓 名：学 号：2012279143指导教师： 年 月 日 一、设计目的机械制造技术基础课程设计是综合运用机械制造技术基础及有关课程内容，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节。通过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。机械制造技术课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。二、设计的题目和内容 1、课程设计的题目：设计输出轴的机械加工工艺规程条件：年产5000件（或者按零件图要求）。零件图见
2、设计指导书。2、设计应完成的内容：1）制定指定零件（或零件组）的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具； （一套）2）对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；3）确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；4）确定主要工序的工序尺寸、公差和技术要求；5）对主要工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量，工序夹具设计； （一份）6）编写设计说明书。（封面、目录参考附后、不少于1万字） （一份）目 录一、零件的工艺及性分析生产类型的确定51.零件的作用52零件的工艺分析53.零件的生产类型6二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图71.选择毛坯
3、72.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差7（1）最大轮廓尺寸7（2）公差等级CT7（3）要求的机械加工余量8（4）公差带的位置10（5）求毛坯基本尺寸113设计毛坯图12（1）确定铸造圆角12（2）确定铸造斜度12三、选择加工方法，制定工艺路线121定位基准的选择12（1）、 粗基准的选择13（2）、 精基准的选择132零件表面加工方法的选择133制定工艺路线14（1）工艺路线方案一14（2）工艺路线方案二15（3）工艺方案的比较与分析16四、工序设计161选择加工设备与工艺装备16五、确定切削用量及基本时间181. 工序2切削用量及基本时间的确定18（1）背吃刀量的确定18（2）进给量的确定1
4、8（3）铣削速度计算19（4）基本时间192.工序8 切削用量及基本时间的确定19（1）背吃刀量的确定19（2）进给量的确定20（3）切削速度的确定20（4）基本时间20六、16孔钻扩铰专用机床夹具设计201设计主旨202夹具设计20（1）约束自由度20（2）设计夹具定位夹紧结构20（3）定位误差分析21（4）夹紧力计算21七、方案综合评价与结论22八.参考文献231 零件的工艺分析及生产类型的确定 换挡叉头以孔套在变素差叉轴上，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
5、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。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。2零件的工艺分析分析零件图可知，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，其余表面加工精度均较低，不需要高
6、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；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。3.零件的生产类型依设计题目知：Q=5000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率和废品率分别取为4%和1%。代入公式N=Qn（1+）（1+）得该零件的生产纲领N=50001（1+4%）（1+1%）=5252件/年根据 45钢密度为7.85g/cm3，估算零件的重量小于40kg,查表1可知属轻型零件，生产类型为大批生产。表1 生产类型与生产纲领的关系生产类型同类零件的年产量/件重型（零件质量大于2000kg
7、）中型（零件质量1002000kg）轻型（零件质量小于100kg）单件生产5201000500050000产品代表轧钢机柴油机缝纫机已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1.选择毛坯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，以采用砂型铸造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为5。2.确
8、定机械加工余量、毛坯尺寸和公差查铸件尺寸公差与机械加工余量确定步骤如下（1）最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长100mm，宽42mm，高136mm。故最大轮廓尺寸为136 mm.。（2）公差等级CT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得铸件公差等级CT为812级，取10级。表2 大批量生产的毛坯铸件的公差等级方法公差等级CT铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金砂型铸造手工造型111411141114111410131013砂型铸造机器造型和壳型812812812812810810金属型铸造81081081081079压力铸造6846熔模铸造水玻璃79797
9、958硅溶胶46464646（3）要求的机械加工余量 由表3得铸件机械加工余量等级为FH，取G级。表3 毛坯铸件典型的机械加工余量等级方法要求的机械加工余量等级铸件材料钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金砂型铸造手工造型GKFHFHFHFHFH砂型铸造机器造型和壳型FHEGEGEGEGEG金属型铸造DFDFDFDFDF 压力铸造BDBD熔模铸造EEEE对所有加工表面取同一个数值，由表4查最大轮廓尺寸为136 mm，机械加工余量等级为H级，得RMA数值为3 mm表4 要求的铸件机械加工余量（RMA） /mm最大尺寸要求的机械加工余量等级大于至CDEFGHIJ400.20.30.40.50.50.
10、711.440630.30.30.40.50.711.42631000.40.50.711.422.841001600.50.81.11.52.23461602500.711.422.845.582504000.91.31.42.53.557104006301.11.52.2346912（4）公差带的位置根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT为9，由表6得公差带的位置（注：除非另有规定，公差带应相对于基本尺寸对称分布，即一半在基本尺寸之上，一半在基本尺寸之下） 表6 铸件尺寸公差 /mm毛坯铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级CT大于至45678910111213100.260.360.520.741
11、1.522.84.210160.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.300.420.580.821.21.72.43.24.6625400.320.460.640.91.31.82.63.65740630.360.500.7011.422.845.68631000.400.560.781.11.62.23.24.4691001600.440.620.881.21.82.53.657101602500.500.7211.422.845.68112504000.560.781.11.62.23.24.46.29124006300.640.91.21.82.63.6
12、571014（5）求毛坯基本尺寸 换挡叉铸件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下表5 换挡叉毛坯（铸件）尺寸 /mm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10212.4G1.423.6换挡叉头部方槽两侧面0换挡叉头部方槽底面0换挡叉头部两侧面10422.8G1.446.2螺纹孔端面10142.2G1.416.5孔0换挡叉脚两端面1082G1.411.8换挡叉脚内表面10R433.2G1.4R40.83设计毛坯图（1）确定铸造圆角对于金属型铸造铸件一般统一用R3、R5。查金属加工工艺及工装设计表1-16，最小铸造圆角为R2。（2）确定铸造斜度
13、 查金属加工工艺及工装设计表1-15，取铸造圆角为 1.14。三、选择加工方法，制定工艺路线1定位基准的选择（1）、 粗基准的选择选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。粗基准：选择换挡叉脚两端面和内表面作为粗基准。（2）、 精基准的选择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mm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
14、端面，实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。2零件表面加工方法的选择零件的加工面有圆、内孔、端面、槽等，材料为ZG45。参考设计指南表515、表516等，其加工方法选择如下：一、 16H8圆孔上端面：公差等级为IT12，表面粗
15、糙度为12.5m , 采用粗铣加工方法。二、 16H8圆孔下端面。公差等级为IT12，表面粗糙度为12.5m, 采用粗铣加工方法。三、86 35圆孔上表面。公差等级为IT6，表面粗糙度为0.8m，采用粗铣精铣磨削加工方法。四、86 35圆孔下表面。公差等级为IT6，表面粗糙度为0.8m，采用粗铣精铣磨削加工方法。五、 16H8圆孔。公差等级为IT6，表面粗糙度为0.2m，采用钻扩粗铰精铰加工方法。六、深度H8的螺纹孔M10的表面。未注公差等级，根据GB180079规定公差为4H-7H，表面粗糙度为3.2m ，采用的加工方法为钻孔攻丝七、86圆孔。公差等级为IT9，表面粗糙度为3.2m，采用粗镗
16、半精镗加工方法。八、宽度42的上端面。公差等级为IT14，表面粗糙度为6.3m，采用粗铣加工方法。九、深度10宽14的方形槽。公差等级为IT11，表面粗糙度为3.2m，采用粗铣半精铣加工方法。十、2的通孔。公差等级为IT12，表面粗糙度为12.5m，采用钻的加工方法。3制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领一确定为中批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。（1） 工艺路线方案一 工序一：粗铣换挡叉头上下两端面 工序二：粗
17、铣换挡叉脚和头部两端面 工序三：粗铣换挡叉头部方槽 工序四：粗镗R41孔 工序五：精铣换挡叉头部11方槽 工序六：钻 扩 铰16孔至图样 工序七：锪mm孔处倒角145 工序八：钻2孔 工序九：粗铣螺纹孔端面 工序十：钻M10mm底孔8.5mm倒角 ，攻M10mm螺纹 工序十一：精镗R43孔 工序十二：精铣磨削换挡叉脚两端面 工序十三：中检 工序十四：热处理换挡叉脚两侧面和方槽两侧面高频淬火 工序十五：磨削换挡叉脚两端面 工序十六：铣开拨叉 工序十七：去毛刺，倒角 工序十八：清洗 工序十九：终检（2）工艺路线方案二 工序一：粗铣换挡叉头左右两端面 工序二：钻mm孔。 工序三：拉mm孔至图样尺寸。
18、 工序四：锪mm孔处倒角145。 工序五：粗铣换挡叉头上端面。 工序六：粗铣精铣换挡叉头部方槽。 工序七：粗铣精铣磨削换挡叉脚两端面。 工序八：粗铣精铣换挡叉脚内表面。 工序九：粗铣螺纹孔端面。 工序十：钻M10mm底孔8.5mm，倒角120 ，攻螺纹M10mm。 工序十一：清洗。 工序十二：终检。（3）工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案二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。方案一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
19、加工换挡叉脚部端面及内表面之后在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，所以方案一较合理。四、工序设计1选择加工设备与工艺装备在综合考虑工序顺序安排原则的基础上，表6列出了换挡叉的工艺路线。表6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同时粗铣换挡叉头上下两端面卧式双面铣床三面刃铣刀叉脚左侧边2粗铣换挡叉头部和叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀叉头部上下端面3粗铣换挡叉头部方槽立式铣床X51铣刀叉顶部侧面4粗镗R41孔镗床68镗刀叉头部左右端面5精铣换挡叉头部11方槽立式铣床X51铣刀叉头部左右端面、叉脚内表面6钻 扩 铰16孔至图样四面组合钻床麻花钻
20、、扩孔钻、机用铰刀叉脚内表面和叉顶部侧面7锪16mm孔处倒角145钻床锪钻叉脚内表面和叉顶部侧面8钻2mm通孔立式钻床麻花钻16mm孔，叉脚内表面，叉头右端面9粗铣螺纹孔端面立式铣床X51铣刀16mm孔，叉脚内表面10钻M10mm底孔8.5mm倒角 ，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11精镗R43孔镗床68镗刀 16mm孔12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13中检14热处理换挡叉脚两侧面和方槽两侧面高频淬火淬火机等15磨削换挡叉脚两端面平面磨床M7120A砂轮16mm孔，叉头部右端面16铣开拨叉X5032指状成形铣
21、刀16mm孔，叉头部右端面17去毛刺，倒角钳工台18清洗清洗机19终检五、确定切削用量及基本时间切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定ap、f，再确定v。1. 工序2切削用量及基本时间的确定该工序就一个工步，即同时粗铣换挡叉头左右两个端面。（1）背吃刀量的确定 mm（2）进给量的确定 由表5-71，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。（3）铣削速度计算 由表5-71，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n=1000v/d可求得该工序铣刀转速，即n=100044.9
22、m/min/80=178.65r/min，参照表5-72所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=160r/min。再取此转速代入速度公式，可求出该工序的实际铣削速度v=nd/1000=40.2m/min。（4）基本时间根据机械制造课程设计指南表2-28： =22mm，mm，mm 2.工序8 切削用量及基本时间的确定钻通孔2mm。（1）背吃刀量的确定 mm。（2）进给量的确定 =0.08mm。（3）切削速度的确定 v=20m/min。（4）基本时间=29mm，mm，mm, 六、16孔钻扩铰专用机床夹具设计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
23、夹具。2夹具设计工件材料为ZG45，毛坯为铸造件，所用机床为立式钻床，生产类型为大量生产，本道工序为第二道工序，在此之前左右两个端已经加工完毕。确定夹具的结构方案（1）确定定位元件 根据换挡叉零件图，选择两个定位销和一个基面进行定位，即水平基面与换挡叉右端面接触，限制三个自由度，一个大的定位销与换挡叉脚内曲面接触限制两个自由度，一个圆柱销与换挡叉头部侧壁接触，限制一个自由度。（2）确定导向装置 本工序进行钻削加工，故选用快换钻套作为刀具的导向元件。（3）确定加紧机构 由于在钻削过程中主要钻削力沿轴向向下，并产生较小的绕轴向旋转力矩，所以只需一个夹紧机构，对工件做自上而下的压紧作用。因此可采用偏
24、心轮夹紧机构，夹紧力作用在换挡叉左端面即装配图中工件的最上端。（3）定位误差分析工件在竖直平面内最大转角误差dw=db=arctan为压板上偏差；为支撑板上偏差；L为二者之间距离。（4）夹紧力计算=2.5N=25kN七、方案综合评价与结论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
25、，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CAD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。参考文献 1黄健求.机械制造技术基础M北京:机械工业出版社,2010.2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,2010.3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,2006.4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,2007.5赵丽娟，冷岳峰.机械几何量精度设计与检测M阜新:辽宁工程技术大学出版社,2010.6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,2002.7李凤平，张士庆.机械图学M沈阳:东北大学出版社,2003.8孙恒，陈作模.机械原理M北京:高等教育出版社,2006.9孙志礼，冷兴聚.机械设计M沈阳:东北大学,2000.10李育锡.机械设计课程设计M北京:高等教育出版社,2008.