变速叉零件的工艺规程编制及专用夹具设计说明书

1 毕业设计说明书  课  题  名  称  变速叉零件的工艺规程编制及专用夹具设计  分  院 /专  业   机械工程学院 /机械制造与自动化  班        级  机自 1111 学        号  1101433135 学  生  姓  名  杨胜亚  指导教师：  朱秀琳  2014 年 5 月 25 日   毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   2  页                            装            订            线                  摘要  设计某一变速叉的工艺规程编制及专用 铣 夹具。此变速叉的工艺设计，采用铣端面、钻孔、铣拔叉内侧、铣拔叉两侧面、铣凸台上面、铣凸台侧面、铣槽等多种工序相结合。然后，设计铣拨叉内侧所用到的专 用夹具，完成夹具的总体设计，包括确定夹具的定位、夹紧方案。最后，完成该夹具部分非标零件的设计。  关键词：变速叉；加工工艺；夹具设计   毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   3  页                            装            订            线                  of a of so on of of of is to of of 毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   4  页                            装            订            线                  目   录  摘要 2 第一章   绪论 4 速器变速叉 的介绍  4 内外研究现状及发展趋势  5 速器行业面临挑战  5 第二章  零件的 分析  7 件的作用  7 件的工艺性分析  7 第三章  工艺规程设计  9 定毛坯形式  9 坯的种类  9 择毛坯时应考虑的因素  10 坯形状与尺寸的确定  10 准选择 . 零件的加工定位原理  11 位基准的选择原则  11 订加工路线  12 定各加工表面的加工方法及加工路线  13 定加工路线方案  13 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .用夹具设计 .题的提出 .定夹具的定位方案 .紧方案确定 .具体设计 .  结  19 致谢 .考文献 .毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   5  页                            装            订            线                  第一章   绪论  速器 变速叉的介绍  变速叉是汽车变速器上的的重要零部件，它接收换挡手杆传递的变速信号，来控制齿轮变速箱以相应的档位运行。这就要求变速叉有一定的强度和刚度，工作可靠、稳定，以便汽车能很好的变换速度，稳定行驶；具有结构紧凑、传动力矩大、体积小重量轻、传动效率高、寿命长等特点。其结构图如图 1示 : 图 1变速叉  本文所涉及的变速叉是解放牌汽车上使用的。变速叉的材材料为灰铸铁，其牌号为 生产该零件过程中，经历了几种不同工艺方案的比较，最后选定了合理的工艺方案，从而编制了工艺卡 。  内外研 究现状及发展趋势   毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   6  页                            装            订            线                  工业设计是人类社会发展和科学技术进步的产物，从英国莫里斯的“工艺美术运动”，到德国的包豪斯设计革命以及美国的广泛传播与推广，工业设计经过了酝酿，探索，形成，发展百余年的历史沧桑。时至今日，工业设计已成为一门独立的专业学科，并且有一套完整的研究体系。1980 年国际工业设计协会理事会（ 工业作了明确定义：“就批量生产的工业产品而言，凭借训练，技术知识，经验及视觉感受，而预示材料、结构、构造、形态、色彩、表面加工，装饰以新的品质和规格，叫做工业设计。材料、结构、工艺是产品设计的物质技 术基础，一方面，技术制约着设计；另一方面，技术也推动着设计。从设计美学的观点看，技术不仅仅是物质基础还具有其本身的“功能”作用，只要善于应用材料的特性，予以相应的结构形式和适当的加工工艺，就能够创造出实用，美观，经济的产品，即在产品中发挥技术潜在的“功能”。任何设计都是时代的产物，它的不同的面貌，不同的特征反映着不同历史时期的科学技术水平。技术是产品形态发展的先导，新材料，新工艺的出现，必然给产品带来新的结构，新的形态和新的造型风格。材料，加工工艺，结构，产品形象有机地联系在一起的，某个环节的变革，便会引起 整个机体的变化。  速器行业面临挑战  国内变速器行业虽然已经有了长足进步，但与国际同行比较，差距仍很明显。国内企业缺乏高水平的研究开发人员，企业自主开发能力低；企业内部管理水平不高，没有系统的人才培训，人才流失等现象相当严重。国内企业规模小，数量众多，技术、质量参差不齐。国内原材料供应商的质量、技术水平较低，一些关键部件只能依赖进口，增加了零部件企业的生产成本。新工艺的落后 将受制于跨国公司；生产工艺先进程度、可靠性较差，自动化程度和生产率相差甚远；研发的人力、物力、财力严重不足。研发手段落后；实车试 验及主观评价极少实行。管理及质量方面：虽然业内 90左右的企业通过了 各类质量体系认证。也有开始运用工业工程、 体化管理等现代管理技术。然而，因企业变数较多，造成了管理体系动荡，多数认证流于形式；管理滞后，使产品质量稳定性难以保证，对于全球采购50求，只能望而却步。  本题目是学完了所有基础课及机械制造技术基础机械设计基础等主要专业课程的实践性环节，在三年级的生产实习中，已对变速叉有了较深的了解，对其零件的作用也有 所了解。  这次毕业设计，是对我们设计能力的的锻炼，扩大和强化自己所学的理论知识与技能，提高自己的设计计算，制图，编写技术文件的能力，学会正确查阅，使用文献及工具书等资料，并在设计中培养自己理论联系实际，严肃认真的工作作风和独立的工作能力，为以后工作打好基础。   毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   7  页                            装            订            线                  第二章  零件的分析  件的作用  变速叉应用在离合器结构中。变速叉的主要作用是用在操纵机构中，比如改变齿轮位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合、断开的机构中。题目所给定的零件是变速箱中的变速叉，他位于倒档拨叉杆，主要作用一是通过倒档变 速杆将扭矩传递给变速叉，拨动同步器，改变齿轮的啮合方向，实现拖拉机倒行；二是在倒档变速叉上有一个配合槽，与其他零件配合装配，在变速叉转动时带动其运动。变速箱中的变速叉是典型的叉杆类零件，变速叉刚性差，及容易产生弯曲变形，变速叉在改换档位时叉杆受弯曲应力的作用，要求变速叉右足够的刚度，因此变速叉的结构形式，材质选择、以及热处理方式及硬度指标等，均以增强刚度为基点，以适应拨叉的工作条件。  本课题研究的变速叉如下图 2示 : 66,51 1 , 5191 2 , 57 6 , 4- 0 , 2- 0 , 38 3 , 547- 0 , 2- 0 , 39 , 54 2 , 6 5 0 , 0 51 3 , 6+ 0 , 1 207 , 2 50- 0 , 0 8?12+0,105+0,04522?3?8,01 +0,1 026+0,52035B - a 5R a 2 0R a 2 0a 1  1 速叉零件图   毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   8  页                            装            订            线                  件的工艺性分析   12 内孔表面：保证尺寸 边倒角 面粗糙度 m 拨叉台上两侧面：保证尺寸  面粗糙度 m 铣宽  两内侧面，表面粗糙度为 m 8 孔：孔直径  贯穿 12 孔与之垂直，其表面粗糙度 m 3 孔：孔直径 3位 置距 12 孔轴线 26表面粗糙度 m 两拨爪内表面：保证尺寸   面粗糙度 m 拨爪两侧面：保证尺寸  面粗糙度 5 m 凸台端面：保证尺寸 毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   9  页                            装            订            线                  第三章  工艺规程设计  在制定工艺规程时，正确的选择毛坯有着重大的技术经济意义。毛坯的种类选择不仅影响毛坯制造的工艺设备及制造费用，而且对零件的机械加工工艺，设备和工具的消耗以及 工时定额等都有很大的影响，毛坯的选择对机械加工有重要影响。零件的材料在产品设计时已经确定，在制定零件的机械加工工艺规程时，毛坯的选择主要是选择毛坯的制造方法。  定毛坯形式  坯的种类  毛坯是指根据零件（或产品）所要求的形状、工艺尺寸等制成的为提供进一步加工用的生产对象。毛坯主要通过铸造、锻压、焊接等方法获得，也可以直接选用型材作为毛坯。  1. 铸件    铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用 浇注 、 压射 、 吸入或其它 浇铸 方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经等，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。   2. 锻件    锻件是 金属 被施加压力，通过 塑性变形 塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。锻件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物理属性。在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗粒流在主压力的 方向 。  3. 轧制件    轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙，因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。   4. 焊接件    焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两个分离的物体产生原子（分子）间结合而连接成整体的过程 ； 是将型材或板料等焊接成所需的毛坯，简单方便，但需经过时效处理消除应力后才能进行机械加工。  5. 其他毛坯   如冲压件、粉末冶金和塑料压制件等。   择毛坯时应考虑的因素   1. 零件的材料及力学性能要求   零件 的材料选定后，毛坯的种类一般可大致确定。例如，铸铁和某些金属只能铸造；对于主要的钢质零件为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯。    毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   10  页                            装            订            线                  毛坯的形状和尺寸应尽量与零件的形状和尺寸接近，形状复杂和大型零件的毛坯多用铸造；板状钢质零件多用锻造；轴类零件毛坯，如各台阶直径相差不大，可选用棒料；如各台阶直径相差较大，易用锻件。对于锻件，尺寸大时可选用自由锻，尺寸小且批量较大时可选用模锻。   3. 生产纲领的大小   大批量生产时，应选用精度和生产率较高的毛坯制造方法，如模锻、金属型机器造型铸造等。 单件小批生产时应选用木模手工造型造成自由锻造。   4. 现有生产条件     选用毛坯时，要充分考虑现有的生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力，外协生产的可能性。   5. 充分考虑利用好技术、新工艺、新材料的可能性   为节约材料和能源，随着毛坯专业化生产的发展，精铸，冷扎，冷挤压等毛坯制造方法的应用将日益广泛，应用这些方法后，可大大减少机械加工量，甚至不需要切削加工，其经济效益非常显著。   毛坯形状与尺寸的确定   毛坯尺寸和零件图上的设计尺寸之差称为加工余量，又叫毛坯余量。毛坯尺寸的公差、毛 坯余量的大小同毛坯的制造方法有关。生产中可参照有关工艺手册和标准确定。毛坯余量的确定后，将毛坯余量附加在零件相应的加工表面上，即可大致确定毛坯的形状和尺寸，此外还要考虑毛坯制造、机械加工及热处理等许多工艺因素。下面尽从机械加工工艺角度分析在确定毛坯形状和尺寸时应注意的问题 。  1. 工艺凸台   为了加工时装夹方便，有些毛坯需要铸出工艺搭子。这种情况下，除了将毛坯余量附加在零件相应的加工表面上外，还要把工艺凸台或工艺搭子附加在零件上。  2. 一坯多件   为了提高零件机械加工的生产率，对于需经锻造的小零件，可以将 若干零件合锻为一件毛坯，经平面加工后再切割分离成单个零件。显然，在确定毛坯的长度时，应考虑切割零件所用锯片的厚度和切割的零件数。  3. 组合毛坯    为了保证加工质量，同时也为了加工方便，通常将轴承、瓦块、砂轮平衡块及车床的开合螺母外壳之类的分离零件的毛坯先作成一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切割分离。  综上所述，本设计中由于零件的材料为灰铸铁，其牌号为 于变速叉运行时经常需要挂档以辅助运行，因此零件在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓 尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造 毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   11  页                            装            订            线                  精度为 2 级，能保证铸件的尺寸要求。毛坯图如图 3示：  66,511,51912,583,5476,413,525,15 13,44图 3坯图  准的选择  件的加工定位原理  1. 基准及其分类所谓基准是指用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的那些点，线，面。根据基准的作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。工艺基准可分为工序基准，定位基准，测量基准，装配基准。  2. 工件定位的基本原理工件定位：工件相对于机 床处于一个正确的位置。要保证加工精度，安装于机床或夹具上的工件还必须相对于刀具有一个正确的位置。在生产加工中工件与刀具之间的相对位置常用试切法或调整法来保证。要遵循六点原则，即用合理分布的六个支承点来限制六个自由度，使工件在机床上或夹具中的位置完全确定下来。  位基准的选择原则  设计基准已由零件图给定，但定位基准可以不同的选择方案。在最初工序只能用工件毛坯上的未加工的表面作为定位基准，这样的基准称为粗基准。用已经加工过的表面作为定位基准则称为精基准。另外，为了满足工艺需要，在工件上专门设计的定位 基准（顶尖孔），称为辅助基准。  1. 粗基准的选择    为了保证加工表面与不加工表面的位置尺寸要求，应选择不加工表面作粗基准。若要保证某加工表面切除的余量厚度均匀，应选择该表面作为基准。为保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量小的表面作为粗基准。选择粗基准的表面，应尽可能平整，不能有飞边、浇注系统、冒口或其他表面缺陷，以便使工件定位稳定可靠，夹紧方便。重复使用同一粗基准所加工的 毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   12  页                            装            订            线                  两组表面之间的位置误差会相当大，一般情况下粗基准不重复使用。  2. 精基准的选择选择精基准  主要应考虑如何减少定位误差，保 证加工精度，使工件装夹方便，可靠，夹紧结构简单。遵循基准重合原则，基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。  基准重合原则：应尽可能选择所加工表面的工序基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。  统一基准原则：应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置。例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为统一的精基准来加工轴类零件上的所有的外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。采用统一基准进行加工还有减少夹具种类 、降低夹具设计制造费用的作用。  互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度妖气比较高时，可以采用两个加工表面互为基准的方法加工。例如，车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔作为定为基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为定位基准磨主轴锥孔，最后达到图样上规定的同轴度要求。  自为基准原则：一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准进行加工。  必须指出，定位基准选择不能单单考虑本工序定位，夹紧是否合理，而应结合整个工艺路线进行统一考虑 ，使先行工序为后续工序创造条件，使每个工序都有合适额定位基准和夹紧方式。由于本零件图上多数尺寸及形位公差以 12 孔为设计基准。因此必须首先将 12孔加工好，为后续工序准备基准。根据基准重合、基准统一、自为基准、互为基准的原则，另外根据本零件的结构以及尺寸要求，凸台端面和 12孔在后序加工中是作为精基准，确定主要加工表面的基准如下：  1. 凸台端面：端面 A（粗基准）  2. 12孔：凸台端面，拨叉外圆  4. 拨爪两内侧面：凸台端面， 12孔   5. 拨爪外侧面：凸台端面， 12孔，拨叉拨爪内侧面  6. 拨叉台上两侧面：凸台端面， 12孔，拨叉拨爪内侧面  7. 拨叉台上两内侧面：凸台端面， 12孔，拨叉拨爪内侧面  8. 槽：凸台端面， 12孔，拨叉拨爪内侧面  9. 3：凸台端面， 12孔，拨叉拨爪内侧面   : 凸台端面， 12孔，拨叉拨爪内侧面  订加工路线   毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   13  页                            装            订            线                  定各加工表面的加工方法及加工路线  该零件的加工表面为： 24台端面及 12 孔，拨爪两侧面，拨爪内表面，拨叉台上侧面，拨叉键槽， 8， 3。  根据各加工表面的精度要求和表面粗糙度要求，凸台端面的加工方法为铣削； 12 内孔的加工方法为钻、铰组合加工；拨爪两内侧面的加工方法为铣削；拨爪外侧面加工方法为铣削；拨叉台上两侧面及内侧面的加工方法为铣削；凸台槽的加工路线为铣削加工； 3 8的加工方法为钻孔。  定加工路线方案  方案一 : 工序 I        铸造  工序      铣 24 左端面  工序     铣 24 右端面  工序      钻扩铰 12 的孔  工序 V        铣宽 两 侧面  工序      铣宽 内面  工序     铣宽 7两侧面  工序    铣宽 变速叉上拨抓内侧面  工序      钻 8  工序 X        钻 3  工序      检验  方案二：  工序 I        铸造  工序      钻扩铰 12 的孔  工序     铣 24 左端面  工序      铣 24 右端面  工序 V        铣宽 两侧面  工序      铣宽 内面  工序     铣宽 7两侧面  工序    铣宽 变速叉上拨抓内侧面  工序      钻 8  工序 X        钻 3  工序      检验    毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   14  页                            装            订            线                  方案二和方案一的不同在于方案一铣完 24 左右端面开始钻扩铰 12 的孔，然后以 12 孔作为定位基准铣各个槽和侧面，这样能更好的保证加工精度提高生产效率，综合考虑我们选择方案一。  械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定  根据上述原始资料及加工工艺，查机械制造工艺设计手册（以下简称工艺手册），分别确定各加工表面 的加工余量、工序尺寸及公差如表 3工工艺表所示：  表 3工工艺表  工序  工序内容  单边余量（  工序尺寸（  表面粗糙度m ）  工序  铣端面  工序  5 10 5    5 1  1 45  5 工序  钻 8   4  8  20 工序  铣拨爪内侧  6  序  铣拨爪两侧面  7  5 工序  铣凸台上侧面  0 工序  铣凸台上内侧面    5 工序  铣槽  1   10 工序  钻 3   20  毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   15  页                            装            订            线                  第四章  专用夹具设计  题的提出   本夹具主要用于铣变速叉上端宽 键槽进行铣削加工，表面粗超度 精度要求不高，为此，主要考虑如何提高生产效率。  定夹具的定位方案  夹具定位元件是确定工件正确位置的元件 且经常要与定位基准（基面）接触，因此其必须满足以下几点要求，（ 1）要有一定的精度（ 2）具有良好的耐磨性（ 3）有足够的强度和刚度（ 4）具有良好的工艺性，便于制造，装配和维修。  （ 1） 分析铣宽 变速叉上拨抓内侧面的工序，如工序卡图 4示：  图 4 变速叉上拨抓内侧面的工序卡  紧方案确定  为了提高劳动生产率，保证产品的加工质量和尺寸精度，降低劳动强度对于产品某些部位的加工需要设计专用夹具。定位基准的选择必须合  理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的  零 件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，  或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位  置精度）要求。因此我们应该根据零件 毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   16  页                            装            订            线                  图的技术要求，从保证零  件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高  的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考  虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。 12 的孔  已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 12 孔和其端  面作为定位基准，来设计本道工序的夹具，以销和已加工好的   12 孔及其端面作为定位夹具。为了提高加工效 率，缩短辅助时  间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。图示 4201202014012066,547,71023457序号123456名称变速叉零件压紧螺母 12垫片数量1111116定位销 176565具装配图  变速叉的上端用轴穿过  的孔来限制上下的自由度，两边用螺母来限制左右的自由度，容易装卸，结构简单，变速叉的右下角有一个固定销把工件卡住，从而限制了变速叉的六个自由度。  具体设计  夹具体是夹具的基础件，夹具上所有组成部分必须最终通过这基础件链接成一个有机整体，并通过它与机床连接起来。夹具体应 该满足一下要求：有适当的精度、足够的刚度和强度。保证夹具在机床上安装稳定可靠，有良好的结够工艺性，便于清除切屑。  该零件的专用夹具体具体采用铸件，因铸造零件工艺性良好，不受零件大小、形状、重量、 毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   17  页                            装            订            线                  结构复杂度的限制，吸振性良好，抗压能力大，可承受较大的切削力、夹紧力，夹具体材料选用铸造工艺性良好的灰铸铁，其牌号为 具体如图 4示：  140120302010具体   毕业设计（论文）报告纸  共   16  页    第   18  页                            装            订            线                  总  结  一个学期 的毕业设计结束了， 回顾整个设计过程，受益匪浅。此次毕业设计 中 查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。作为机械制造技术基础和机械设计基础课程的重要教学实践性环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。  通过这次实践，了