变速器换挡叉夹具机械加工设计

图31中显示了最后的设计。工艺路线的确定在前面的文章中，我们已经对变速器换挡叉的毛坯进行了设计，零件图样代表了加工后的最终目的，而前面文中的毛坯设计是加工前的初始条件，从初始条件到最终目的的过程就是工艺路线。这一章所要做的就是选择一条比较合理的工艺路线，使其能够最大限度地利用现有的生产条件，从毛坯到成品的高效率、低成本的加工。而且，在选定了这个技术路线后，还必须对它进行审核，以确保它不会违背工艺次序的原则。选择工艺路线不仅要保证将毛坯加工到所需零件的要求，而且要尽量提高加工效率，降低加工工时，在对零件的生产方案有了充分的认识后，再对其进行下一步的分析。工序安排根据各个加工表面的粗糙度要求，选择合适的加工方法，列出需要加工表面以及加工方案，列举出加工方法之后，才方便进行加工阶段的划分。加工方法的选择如表4-1所示。在选择合适的加工方法之后，对零件的加工阶段也进行划分，如表4-2所示。之后进行热处理工序的安排(1)退火和正火这一步因为是预热工序，所以是用来消除传动装置换档叉坯料中的剩余应力，从而改善传动装置换档叉坯料的强度和韧性。(2)时效处理：由于传动装置换档叉铸件铸件在浇铸后仍有大量的残余应力，因此，对传动装置换档叉这种高精度的工件，需要在进行半精磨前和加工后进行一次时效处理，以减少残余应力；(3)硬化硬化硬化的目的是为了增加传动装置换档叉坯料的硬度，但也容易引起传动装置换档叉坯料的变形，硬化通常用于研磨之前，而传动装置换档叉的加工并不包含研磨，所以传动装置换档叉并不需要进行硬化。(4)碳化，因为碳化极易引起变速箱换档叉件的变形，所以必须对碳化层的厚度进行控制。所以，应在精磨的端面前进行此热处理。(5)在最终步骤之前，对氮化已完成氮化的表面进行氮化处理。在氮化过程中的调质处理。工艺顺序的确定根据工艺顺序确定的原则，即：（1）划线工序对于变速器换挡叉毛坯这类零件，应该先进行划线工序，为之后的精基准的加工提供对比。（2）基面先行变速器换挡叉毛坯的加工应该先对精基准面进行加工，也就是对变速器换挡叉头部两端面以及头部的孔先进行加工，之后再进行其他端面的加工。（3）先粗后精对精度要求较高的表面，也就是换挡叉叉脚的三个端面，先进行粗加工，再进行半精加工，最后进行精加工。也就是先进行粗铣，再进行半精铣，最后进行精铣。（4）先主后次变速器换挡叉毛坯的主要加工表面是换挡叉叉脚的三个端面，次要加工表面是其他表面的加工，因此除了基准的加工以外，先进行主要加工表面的加工，再进行次要表面的加工，而且次要表面的加工一般是以主要表面为基准的。（5）先面后孔变速箱换档叉在加工精密参考时，应以两个表面为参考，先加工φ20参考孔。抛光处理可以在可能产生较大变形和损坏的工序前进行。在通常情况下，将主表面的抛光处理安排在最后一道工序。在遵循上述原则的基础上，综合考虑对工序进行合理的安排，以及对材料、时间的节约原则，最后得出了该变速器换挡叉的最终加工工艺路线，具体内容见表4-3。这一加工工艺路线首先是对参考进行加工，也就是对变速器换挡叉头部两端面进行加工，并钻φ20的孔。然后对主要加工表面进行加工，首先是粗加工，然后是精加工，最后是次要加工表面的加工，比如9mm槽的粗铣等工序。工艺装备、工序余量、工序尺寸以及公差的确定工艺装备的选择对零件进行加工需要用到工艺装备，工艺装备包含夹具、装夹方案、刀具、量具几部分。在查阅了简明机械加工工艺手册后，根据零件尺寸及粗糙度要求选择了X5012铣床，在刀具的选择上，由于不同表面有不同粗糙度要求，所以需要对铣刀的硬度、韧性、耐热性、热传导能力、化学稳定性等进行严格要求，本文选择了刀片为YG8的端铣刀进行表面铣削，立铣刀进行侧表面和槽的铣削，三面刃铣刀进行内表面铣削，针对钻孔工序，根据孔径的大小及粗糙度要求，选择Z5025钻床，在刀具上选择了麻花钻。工序余量及工序尺寸的选择按照工艺裕度选择原则：（1）传动装置换档叉应尽量减少切削余量，使切削时间缩短，切削效率提高；（2）传动装置换档叉零件图纸中的精度及表面光洁度应予以重视，并要确保其加工余量满足所需；（3）要认识到，在加热后，传动装置的变速叉会产生变形；（4）认识到变速叉件部件所采用的加工方法将会对变速叉件的外形产生影响；（5）若被加工的部件愈大，则所需的加工区愈大，则所需的加工区愈大，由于传动装置的换档叉处愈小，因此，所需的加工区也愈小，故加工区不需太大；（6）此道工序的容限应比前道工序的容限和几何容限更大。按照上述选择原则：（1）先测定换档叉头的上端面和下端面的切削余量，根据《简明机械加工工艺手册》中的表格9-31，单侧粗铣的切削余量是1.5毫米，半精铣的切削余量是1毫米，那么拨叉头的切削余量是1毫米：粗铣：H1半精铣：H（2）钻扩孔ϕ20毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度粗糙度要求Ra6.3需要由钻孔，扩孔，铰孔的工艺路线可以达到要求。参照《机械制造工艺设计简明手册》查表得知孔的加工余量分配如下：扩孔：D0工序尺寸的公差按各加工方法所能达到的经济精度确定，查阅《简明机械加工工艺手册》选择以下工序尺寸，按照入体原则标注。钻孔：ϕ18扩孔：ϕ19.2铰孔：ϕ20（3）换挡叉叉脚左右两端面，查《简明机械加工工艺手册》表9-31可知平面单边粗铣加工余量为1mm，半精铣加工余量为0.7mm，精铣加工余量为0.3mm所以拨叉叉脚厚度各工序的公称尺寸为：粗铣：H半精铣：H精铣：H（4）换挡叉叉脚内端面，根据《简明机械加工工艺手册》中的表格9-31，可以看出，单侧的粗铣加工余量是1毫米，半精铣加工余量是0.7毫米，精铣加工余量是0.3毫米：粗铣：H半精铣：H精铣：H（5）铣削槽9槽两侧面精度要求达到Ra（6）铣削槽6槽两侧面精度要求达到Ra3.2，查《简明机械加工工艺手册》表9-31可知平面单边粗铣加工余量为1mm，半精铣加工余量为0.7mm，精铣加工余量为0.3mm所以粗铣加工1.8mm，半精铣加工0.7mm，精铣加工切削用量的选择及切削力的计算粗铣A、B面的切削用量选择及切削力的计算在选用铣床后吃刀量时，应以传动机构换档叉A、B面加工余量为依据。为缩短切割时间，在对两表面进行粗铣时，通常将加工余量控制在一个工作行程内即可完成。而半精铣传动装置的变速叉端面上，后部吃刀的面积通常在0.5-2毫米之间，精铣传动装置的变速叉端面上，后部吃刀的面积将进一步减小。背吃刀量的选择：以端面的机加工余量和粗铣时的背吃刀量的确定原则为基础，最终将背吃刀量定为1.5mm。进给速度的选取：选用X5012数控铣床，根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5~19，可得出该铣床的输出功率为1.5千瓦，低于10千瓦。工艺系统刚度选择为中等，那么选择粗铣平面每齿进给量的范围为0.2-0.4mm/z，所以选择粗铣平面每齿进给量=0.25mm/z，z=6。根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5-86，确定了切割率为40米/分。从《机械加工工艺师手册》中的表格28-4中可以看出，切削力是：F=Cp×αp根据铣刀直径为8mm，进给量为1.5mm，铣刀齿数为6，C取294，每齿进给量取0.25，则可以计算得到铣该平面时的切削力为707N。半精铣A、B面的切削用量选择及切削力的计算半精铣传动装置的变速叉端面上，后部吃刀的面积通常在0.5-2毫米之间，精铣传动装置的变速叉端面上，后部吃刀的面积将进一步减小。在选择背吃刀量时，要以端面的机械加工余量及半精铣时背吃刀量的确定原则为基础，在半精铣时，背吃刀量通常为0.5~2mm，确定背吃刀量为1.0mm。进给量的选取：根据《机械加工工艺师手册》中的表格30-13，在半精铣机床上，工件的每个回转的进给量为1.2~2.7毫米/秒，因此，选用半精铣机床的每个回转的进给量为2毫米/秒。根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5-86，确定了切削速率为50米/分钟。同样，根据铣刀直径为8mm，进给量为1.0mm，铣刀齿数为6，C取294，每齿进给量取0.25，则可计算其切削力为：F=C钻ϕ20孔的切削用量选择及切削力的计算在选择背吃刀量的时候：在进行钻孔的时候，背吃刀量可以选择为孔的半径，加工18mm的钻孔孔径为d=18mm，所以选择背吃刀量=9mm。进给量的选择：HT200是一种毛胚料，它的硬度一般在180-200HBS之间，根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5-78，选取了0.7-0.86毫米的进给量，选用的进给量f=0.8毫米。切削速度的选择：从对后续钻孔基本时间的计算可知，钻床的主轴转速为n=1000r/min，那么由公式可以计算出钻孔的切削速度，那么钻孔的切削速度为15.7m/min，也就是0.26m/s。从《机械加工工艺师手册》中的表格28-4中可以看出，钻进时的切削力是：Ff=309×D×f0.8×根据钻头直径为18mm，进给量为0.8mm，根据《机械加工工艺师手册》表27-15查得Kp取0.75，则可以计算得到钻φ20孔时的切削力为3877.23N扩ϕ20孔的切削用量选择及切削力的计算背吃刀量的选取：在进行钻孔时，背吃刀量的选取应是扩孔后与扩孔前的孔径之间的差值，所以选用的背吃刀量=0.6mm。进给量的选择：对于HT200这种毛胚料来说，它的硬度一般在180-200HBS之间，参考《机械制造技术基础课程设计》中的表格5-78，选取了0.9-1.1毫米的进给量，并选取了f=1毫米的进给量。切削速度的选择：通过对后续钻孔基本时间的计算可知，钻床的主轴转速为n=1000r/min，那么由公式可以计算出钻孔的切削速度，那么扩孔的切削速度为21.4m/min，也就是0.356m/s。通过《机械加工工艺师手册》中的表格28-4，我们可以得出，在扩孔时，扩孔时的切削力的计算公式是：（6-1），根据《机械加工工艺师手册》表27-15查得Kp取0.75，则可以计算得到扩φ20孔时的切削力为1533N铰ϕ20的切削用量选择及切削力的计算背吃刀量的选取：在进行钻孔时，背吃刀量的选取应是铰孔前后孔的半径之间的差值，所以选用背吃刀量=0.46mm。进给量的选择：对于HT200这种毛胚来说，它的硬度一般在180-200HBS之间，根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5-78，选取了0.4-0.6毫米的进给量，并选取了f=0.5毫米的进给量。切削速度的选择：从后续钻孔基本时间的计算可知，钻床的主轴转速为n=1000r/min，那么从公式中可以计算出钻孔的切削速度，铰孔的切削速度为21.4m/min，也就是0.356m/s。从《机械加工工艺师手册》中的表格28-4中，我们知道，在进行扩孔时，我们可以通过公式6-1和表格27-15中的Kp=0.75来计算扩孔时，我们可以通过扩孔时的切削力为785N。粗铣换挡叉头部两端面的切削用量选择及切削力的计算在选用铣床后吃刀量时，应以传动机构换档叉头尾面加工余量为依据。为缩短切割时间，在对变速器变速叉头两端表面进行粗铣时，通常将变速叉头端面的加工余量控制在一个工作行程内即可完成。而半精铣传动装置的变速叉端面上，后部吃刀的面积通常在0.5-2毫米之间，精铣传动装置的变速叉端面上，后部吃刀的面积将进一步减小。背吃刀量的选择：以端面的机加工余量和粗铣时的背吃刀量的确定原则为基础，最终将背吃刀量定为1.5mm。进给速度的选取：选用X5012数控铣床，根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5~19，可得出该铣床的输出功率为1.5千瓦，低于10千瓦。工艺系统刚度选择为中等，那么选择粗铣平面每齿进给量的范围为0.2-0.4mm/z，所以选择粗铣平面每齿进给量=0.25mm/z，z=6。根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5-86，确定了切削速率为40米/分钟。根据铣刀直径为8mm，进给量为1.5mm，铣刀齿数为6，C取294，每齿进给量取0.25，将数值代入6.1式则可以计算得到铣该平面时的切削力为707N。半精铣换挡叉头部两端面的切削用量选择及切削力的计算在选择背吃刀量时，要以端面的机械加工余量及半精铣时背吃刀量的确定原则为基础，在半精铣时，背吃刀量通常为0.5~2mm，确定背吃刀量为1.0mm。进给量的选取：根据《机械加工工艺师手册》中的表格30-13，在半精铣机床上，工件的每个回转的进给量为1.2~2.7毫米/秒，因此，选用半精铣机床的每个回转的进给量为2毫米/秒。根据《机械制造技术基础课程设计》中的表格5-86，确定了切削速率为50米/分钟。同样，根据铣刀直径为8mm，进给量为1.0mm，铣刀齿数为6，C取294，每齿进给量取0.25，则可计算其切削力为：F=换挡叉叉脚内端面铣削加工的切削用量计算根据《简明机械加工工艺手册》中的表格9-31，可以看出，单侧的粗铣加工余量是1毫米，半精铣加工余量是0.7毫米，精铣加工余量是0.3毫米：粗铣：H半精铣：H精铣：H同样带入6.1式计算可知，粗铣切削力为707N，半精铣切削力为471N，精铣切削力为235.5N。ϕ9槽铣削加工的切削用量计算槽两侧面精度要求达到Ra12.5，粗铣可以达到此精度。所以可选择直接粗铣毛坯即可完成加工，分多次走刀，由式6.1计算可得其切削力为ϕ6槽铣削加工的切削用量计算槽两侧面精度要求达到Ra3.2，查《简明机械加工工艺手册》表9-31可知平面单边粗铣加工余量为1mm，半精铣加工余量为0.7mm，精铣加工余量为0.3mm所以粗铣加工1.8mm，半精铣加工0.7mm，精铣加工将其代入式6.1计算可得，粗铣加工切削力为848.4N，半精铣加工切削力为329.9N，精铣加工切削力为141.4N。夹具设计夹具的定位夹紧方案在变速器换挡叉的加工的各道工序中，定位参考应尽可能与工艺参考一致，并尽可能使用相同的定位参考进行加工，以减小因参考参考的选取而导致的相对位置偏差过大的不利影响。传动装置换档叉位置参考的选取，应综合多种因素，使参考选取适当。变速箱换档叉的参考，若选用不当，将导致制造误差过大，工序数目增多，这种工艺路径也不适合，尤其是对定位精度，会产生很大的影响。因此，我们必须从变速箱换挡叉的零件图着手，首先要对变速箱换挡叉的技术要求进行分析，让变速箱换挡叉的加工精度能够满足零件图的要求，只有在这种情况下，我们才能对其进行准确的定位。本文将对叉脚两端面的加工进行夹具设计，在叉脚的两端面应该将换挡叉头部端面作为精基准，同时，工艺基准应该与设计基准相一致，从而消除了基准不重合的误差。在变速箱换挡叉零件图中，在位置精度方面，对叉脚两端面有相对于φ20孔的垂直度度要求，在形状精度方面，对两端面有平面度要求。因此，对换挡叉叉脚端面加工选用的是一个心轴与一个平面限制零件x，y，z，x，y五个自由度，再利用侧边的销限制换挡叉z方向的自由度，如此便可使变速部件完整地对齐。夹紧装置选择了螺纹夹紧方案，使用的是手柄来转动夹紧工件，在心轴上同样使用了螺母来拧紧，在这个方案中，定位心轴能够确保换挡叉叉脚部分的垂直度要求。尽管心轴的安装比较不方便，而且很容易对工件的定位孔造成伤害，但它的制作非常简单，而且定心精准，适合于换挡叉这一类对位置精度有要求的零件。切削力及夹紧力的计算刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，Ø63mm，Z=14。F解得Fz=250N在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K=水平切削分力FH=1.1N垂直切削分力FV=0.3N其中：k1为基本安全系数1.5，为加工性质系数1.1，k3为刀具钝化系数1.1，k4F=K实际加紧力为W其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1压紧螺钉产生的夹紧力为F0=2M/D2tan(a+6.55)+0.66(D3-d3)/(D2-d2)，解得：F0=6226(N)其中：M=14200N∙m，D2=8.3mm，a=1023，D=19mm，d=13mm计算可得螺母的夹紧力大于所需要的夹紧力定位误差分析关于轴向尺寸，因为被加工曲面的定位参考点与设计参考点一致，故不存在参考点不一致误差，故仅需考虑精参考点的制作精度。而在径向尺寸上也是同样的道理，因此，在径向尺寸上，也不存在参考不重叠度误差，只是要考虑到心轴的制造精度和安装精度。经济性与环保性分析经济性方面：这种换档叉卡钳安装简便，对中精确，从经济上来说，可以节约很多时间和费用，提高企业的生产效率。通过对变速箱换档叉主加工面使用专用夹具，可使变速箱换档叉主加工面的加工效率大大提高，加工工时缩短。这极大地提高了变速器换挡叉专用夹具的经济性，而本变速器换挡叉的加工流程也是按照工艺流程的原理进行的，既符合变速器换挡叉的加工流程，又兼顾到了机床的更换便利，可以大幅度地缩短加工时间，在经济性上，不管是变速器换挡叉的主要加工表面的专用夹具设计，还是变速器换挡叉加工流程的合理性，都有了一定的提高和改善。环保性方面：该传动装置的换档叉夹具降低了企业在对传动装置换档叉时的加工能量消耗，在加工工时上更加显著，环境友好性更好，而且传动装置换档叉的加工过程还具有节省材料的优点，在毛坯的选用上也是尽可能地减小毛坯的