变速拨叉零件的机械加工工艺及工艺装备设计

1、变速拨叉零件的机械加工工艺及工艺装备设计摘 要：汽车制造工艺学课程设计,是在学完汽车制造工艺学后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。通过课程设计达到以下目的：1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具的训练，提高结构设计的能力。3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生

2、解决工程实际问题的独立工作能力。关键词：拔叉；工艺分析；工艺规格设计；夹具设计序言：拨叉是用来推动变速器齿轮,改变齿轮位置的工具，通过将齿轮改变位置来改变齿比,以达到变速的目的，变速器的齿轮都是装载主轴和副轴上,通过拨叉来推动它们前进或者后退,就可以改变齿比，所以它对汽车领域的作用是非常重要的。一、零件的分析1.1零件的作用题目所给的零件是汽车变速器的拨叉。它位于汽车变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件的25孔与操纵机构相连，55半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。1.2零件

3、的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1小头孔25；2.小头孔轴线侧面端面的距离3大头半圆孔及其端面；4.两孔中心距516×8槽；640外圆斜面；7. 工件尺寸为40的外侧面8大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm；槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08m。由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上

4、述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。二、工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，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。零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5，选用铸件尺寸公差等级为CT-12。2.2基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无

5、法正常进行。（1）粗基准的选择。 因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择40mm圆一个端面作为粗基准加工另一个端面。再加一个钩形压板和一个V形块限制自由度，达到完全定位。（2）精基准的选择。 主要因该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。2.3制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，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1 粗镗，半精

6、镗55孔工序2 粗铣，精铣55孔两端面工序3 铣断，使之为两个零件工序4 粗铣，精铣尺寸为40的外侧面工序5 铣40外圆斜面工序6 铣16×8槽工序7 钻、扩、粗铰、精铰25孔工序8 去毛刺；工序9 终检。2工艺路线方案二工序1 铣断，使之为两个零件工序2 钻、扩、粗铰、精铰25孔工序3 粗铣，精铣尺寸为40的外侧面工序4 铣16×8槽工序5 粗镗，半精镗55孔工序6 粗铣，精铣55孔两端面工序7 铣40外圆斜面工序8 去毛刺；工序9 终检。3工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一是先加工55孔，以便于后续加工，并利用了两件合铸的优势，提高了工作效率，然后在铣床

7、上把所有铣的工序全部弄完，省去了在各机床间切换的麻烦，最后加工孔；方案二是先铣断，使之为两个工件，分别加工。先加工小头孔，然后以小头孔为基准，进行其他工序的加工。显然，方案二不如方案一效率高。但由于大头孔端面和槽都与小头孔有垂直度要求，可以先加工小头孔，后加工槽；大头孔应该利用两件合铸的优势，所以还是先加工55大头孔。可以将工序定为：工序1 粗镗，半精镗55孔，以40外圆面为粗基准，选用T740型卧式金刚镗床和专用夹具工序2 铣断，使之为两个零件，选用X60卧式铣床和专用夹具。工序3 钻、扩、粗铰、精铰25孔，以40外圆为定位基准，选用Z5125A立式钻床和专用夹具。工序4 粗、精铣55孔两端

8、面，以25孔定位，选用XA6132卧式铣床和专用夹具。工序5 铣40外圆斜面，以25孔定位，选用XA6132卧式铣床和专用夹具。工序6 粗铣、精铣尺寸为40的外侧面，以25孔定位，选用XA6132卧式铣床和专用夹具。工序7 铣16×8槽，以25孔定位，选用x61W型万能铣床和专用夹具。工序8 去毛刺；工序9 终检。这样，看起来工序简洁且保证了垂直度的要求，还能充分利用两件合铸的优势。2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190210HB，毛坯重量1.12kg，生产类型中批量，铸造毛坯。1.毛坯图2、圆柱表面工序尺寸：加工表面

9、加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度55IT12铸件6.0CT12粗镗4.0IT126.3半精镗2.0IT103.225IT7钻孔23IT11扩孔1.8IT106.3粗铰孔0.14IT83.2精铰孔0.06IT71.63、平面工序尺寸：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度55孔的上下端面铸件5.0CT12粗铣4.0IT126.3精铣1.0IT103.2尺寸为40的外侧面铸件2.0CT12粗铣1.5IT1223.56.3精铣0.5IT10233.22.5确立切削用量及基本工时2.5.1工序1：粗镗，半精镗55孔机床：T740型卧式金刚镗床，加专用夹具刀具：选用90°

10、硬质合金YT5镗刀，1. 粗镗孔至53 mm(1)背吃刀量ap单边余量Z2 mm,可一次切除，则ap2mm。（2）进给量f查得f=0.21 mm/r(3)切削速度vc查得vc=1.28 m/s则，ns=7.69 r/s (461.5 r/min)按机床选取nw=7.16 r/s ( 430 r/min)所以实际切削速度vc = = =1.19 m/s(4)切削工时tt= = =0.22 min2.半精镗孔至55 mm选用一个刀杆，T60卧式镗床同时对工件进行粗，半精镗孔，故进给量，切削速度及工时均与前相同即：f=0.21 mm/rnw=7.16 r/s ( 430 r/min)t=0.22 m

11、in2.5.2工序2： 铣断机床：选用X60卧式铣床，专用夹具刀具：中齿锯片铣刀 d=160mm  L=4 mm z=40刀具寿命：查表高速钢切断铣刀 d40T=45 min（1）.切削用量apap=17 mm 一次走刀切断（2）.进给量fz查得fz=0.1 mm/z（3）.切削速度vc查表 ：vc =54.9 m/min查得vc=1.28 m/sns1000×54.9/(3.14×160)=109r/min根据x60 卧式铣床说明书设计手册表 按机床选取nw=100r/min所以实际切削速度vc = =160×100×3.14/10

12、00=50.24 m/min（4）.计算基本工时此时工作台每分钟进给量应为：查切削手册表4.2-40，刚好有。计算切削基本工时：tm=0.5 min2.5.3工序3： 钻、扩、粗铰、精铰25孔。1.加工条件工件材料：灰铸铁HT200加工要求：钻25的孔，其表面粗糙度值为Rz=1.6 m；先钻23的孔在扩24.8的孔，再粗铰24.94孔，再精铰25孔。机床：Z5125A立式钻床，专用夹具。刀具：23麻花钻，24.8的扩刀，铰刀。2.计算切削用量（1）钻23的孔。进给量查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导P47表2-23钻孔进给量f为0.390.47 mm/r，由于零件在加工23mm孔时属于低刚度

13、零件，故进给量应乘系数0.75，则f=(0.390.47)×0.75=0.290.35mm/r，查表得出，现取f=0.25mm/r。此工序采用23的麻花钻。所以进给量f= 0.25mm/z 钻削速度切削速度：根据手册表2.13及表2.14，查得切削速度V=18m/min。ns根据手册ns=300r/min,故切削速度为vc = 切削工时l=23mm，l1=13.2mm.查工艺手册P9-143表9.4-31，切削工时计算公式： （2）扩24.8的孔 扩孔的进给量查切削用量手册表2.10规定,查得扩孔钻扩24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取 F=0.3 mm/z切削速度扩孔钻扩孔的

14、切削速度,根据工艺手册表28-2确定为 V=0.4V 钻其中V 钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故 V=0.4×21.67=8.668m/min按机床选取nw=195r/min.切削工时切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm （3）粗铰24.94的孔 粗铰孔时的进给量根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/21/3,故F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/rV=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min切削速度按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度切削工时切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1

15、=1.5mm.（4）精铰25的孔 精铰孔时的进给量根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/21/3,故F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/rV=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min切削速度按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度切削工时切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.2.5.4工序4：粗铣，精铣55孔上、下端面 1.粗铣55孔上下端面。机床：XA6132卧式铣床，专用夹具。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae>60,深度ap<=4,齿数z=1,故据切削手册取刀具直径d

16、o=125mm。选择刀具前角o5°后角o8°，副后角o=8°，刀齿斜角s=10°,主刃Kr=60°,过渡刃Kr=30°,副刃Kr=5°过渡刃宽b=1mm。（1）. 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。（2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查得f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。（3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min（4） 计算切削速度 查得 Vc110mm

17、/s，n=281r/min,Vf=378mm/s据XA6132铣床参数，选择nc=300r/min,Vfc=375mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=117.8m/min,实际进给量为fzc=V fc/ncz=0.10mm/z。（5)校验机床功率 查切削手册,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。（6）计算基本工时tmL/ Vf=(125+30)/375=0.41min.2. 精铣55孔上下端面。（1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需长度。（2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw

18、。查切削手册选f=0.5 mm/z。（3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min（4） 计算切削速度 按切削手册，将f降一级为f=0.5 mm/z。查得 Vc110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s据XA6132铣床参数，选择nc=235r/min,Vfc=600mm/s,则实际切削速度V c=600.4,实际进给量为fzc=V fc/ncz=0.21mm/z。（5)校验机床功率 查切削手册,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。（6）计算基本工时tmL

19、/ Vf=(125+30)/375=0.41min.2.5.5工序5： 铣40外圆斜面 机床：XA6132卧式铣床，专用夹具。刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀（1）进给量f查表af=0.15 mm/z (2)切削速度vc 查得v=27 m/mind=175mm 齿数z=16则ns=49 r/min按机床选取nw=47.5 r/min所以实际切削速度vc = =26.1 m/min(3)基本工时tt = =2 min2.5.6工序6：粗铣、精铣尺寸为40的外侧面机床：XA6132卧式铣床，专用夹具。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数

20、z=10,故据切削用量简明手册（后简称切削手册）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角o5°后角o8°，副后角o=8°，刀齿斜角s=10°,主刃Kr=60°,过渡刃Kr=30°,副刃Kr=5°过渡刃宽b=1mm。1.粗铣（1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。（2）每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。（3）查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3

21、.8，寿命T=180min（4）计算切削速度 查得Vc98mm/s，则n=439r/min,Vf=490mm/s据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。（5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。（6）计算基本

22、工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。2.精铣（1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需长度。（2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削手册f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。（3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min（4） 计算切削速度查得 Vc98mm/s，则n=439r/min,Vf=490mm/s据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.

23、14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。（5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。（6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。2.5.7工序7：铣16×8槽机床：x61W型万能铣床，专用夹具刀具：高速钢直齿三面刃铣刀do=16mm， 国家标准 GB1118 D=160m

24、m d=40mm L=16mm 齿数z=24（1）. 走刀量 f 由表查得 f =0.67 mm/r（2）.铣刀磨钝标准和耐用度由表查得 磨钝标准为 0.20.3 耐用度为 T=150min （3）.切削速度v 由式 查表得其中： 修正系数 m=0.5 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s 则 按机床选取主轴转速为6.33 r/s所以，实际切削速度为 （4）.计算切削工时 =0.55min三、夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制

25、造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。3.1提出问题（1）怎样限制零件的自由度；V形块限制4个自由度，定位块限制1个自由度，限位销限制1个自由度。（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合V形块夹紧工件，定位块起支撑工件的作用。（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和扩刀、铰刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。3.2设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机

26、构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要用来对25H7孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为H7，表面粗糙度Ra1.6，钻、扩、粗铰、精铰以可满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。3.3夹具设计1、定位基准的选择据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工25H7孔时，采用40的外圆面和其的下端面作为定位基准。2、切削力及夹紧力的计算刀具：23的麻花钻，24.8的扩孔钻，铰刀。钻孔切削力：查机床夹具设计手册P70表3-6，得钻削力计算公式： 式中 P钻削力t钻削深度, 80mmS每转进给量

27、, 0.25mmD麻花钻直径, 23mmHB布氏硬度，140HBS 所以=800（N）钻孔的扭矩：式中 S每转进给量, 0.25mmD麻花钻直径, 23mmHB布氏硬度，140HBS=×0.014××=1580(N·M)扩孔时的切削力：查机床夹具设计手册P70表3-6，得钻削力计算公式：式中 P切削力t钻削深度, 80mmS每转进给量, 0.3mmD扩孔钻直径, 24.8mmHB布氏硬度，140HBS 所以= 873（N）扩孔的扭矩：式中 t钻削深度, 80mmS每转进给量, 0.3mmD麻花钻直径, 24.8mmHB布氏硬度，140HBS =1263（N·M）钻孔夹紧力：查机床夹具设计手册P70表3-6，查得工件以V形块和定位块定位时所需夹紧力计算公式：式中 螺纹摩擦角平头螺杆端的直径工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16螺杆直径 螺纹升角Q 手柄作用力L 手柄长度则所需夹紧力 =399（N）根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。3、定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为V形块与定位块，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合B=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。详细D=W=G图=纸：三 二 1爸 爸 五 四 0 六全 套