变速器换挡叉

机械制造技术

课程设计说明书

课程名称： 机械制造技术

题目名称： 变速器换挡叉加工工艺及夹具设计

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2011年4月18日

目录

第一章：零件分析—————————————————————1 1.1、零件的作用———————————————————1 1.2．零件的工艺分析——————————————————1 1.3、尺寸和粗糙度的要求————————————————2 1.4、位置公差要求—————————————————— 第二章：毛坯的设计—————————————————— 2.1选择毛坯————————————————————— 2.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差—————————— 2.3 确定机械加工加工余量——————————————— 2.4 确定毛坯———————————————————— 2.5 确定毛坯尺寸公差———————————————— 2.6设计毛坯图———————————————————— 第三章：选择加工方法，拟定工艺路线——————————— 3.1、基面的选择———————————————————— 3.2、粗基准的选择——————————————————— 3.3、精基准的选择——————————————————— 3.4、制定机械加工工艺路线——————————————— 第四章：加工设备及道具、夹具、量具的选择——————— 第五章：确定切削用量————————————————— 第六章：基本时间的确定———————————————— 第七章：夹具设计——————————————————— 第八章：总结—————————————————————

第一章：零件分析 1.1、零件的作用

题目所给定的零件是变速器换档叉，如下图所示。它位于传动轴的端部，主要作用是换挡。使变速器获得换档的动力。

1.2．零件的工艺分析

由零件图可知，该零件的材料为35#钢，锻造成型，由零件的尺寸公差选择模锻加工成型，保证不加工表面达到要求的尺寸公差。

该零件需要加工的表面可大致分为以下四类： （1）Φ15.81的孔。

（2）以Φ15.81孔的轴心线为基准的两平面。 （3）以15mm槽为基准的两插口端面。

（4）以Φ15.81孔的轴心线为基准的两叉口侧面。 （5）15mm槽中心的两个侧面及槽外的两端面。 （6）拨槽的最前端面

（7）以15mm槽为基准的M10*1-7H的螺纹孔。

其中Φ15.81的孔和15mm的槽以及叉口的上下端面和叉口的中间两侧面为主要的配合面，加工的精度及粗糙度的要求较高，应作为加工的重点

1.3，尺寸和粗糙度的要求

Φ15.81的孔的上偏差为+0.043，下偏差为+0.016，配合公差为F8，属于间隙配合，孔的内表面的粗糙度为3.2，要求较高，鉴于孔径为15.81，可先采用Φ14的麻花钻钻孔，在用Φ10的立铣刀进行扩孔，最后用无心砂轮进行精加工。

Φ15.81的孔的上下两平面距离孔中心线的尺寸分别为11mm和12.7mm，上表面的粗糙度为6.3，下表面的粗糙度为12.5，直接采用立铣刀铣削加工即可达到要求。

以Φ15.81的孔的轴心线为基准的尺寸为9.65mm的两侧面的表面粗糙度为6.3，可直接用端面立铣刀进行加工保证尺寸要求。

以15mm拨槽为基准的叉口的上下端面的尺寸分别为33.5mm和39.4mm其表面粗糙度为6.3，可直接用端面立铣刀进行加工保证尺寸要求。

以Φ15.81的孔的轴心线为基准的叉口两侧面尺寸为53mm，表面粗糙度为6.3，可直接用端面立铣刀进行加工保证尺寸要求。

拨槽的最前端面，以Φ15.81孔的下端面为基准，其尺寸为56，其表面粗糙度为12.5

以15mm拨槽为基准的M10*1-7H的螺纹孔，先采用Φ8.5的麻花钻钻孔，再采用Φ10的丝锥攻丝完成。

1.4、位置公差要求

由零件图可知，该零件主要要求保证Φ15.81的孔和叉口的上下端面之间的垂直度要求，以Φ15.81的孔作为加工叉口上下端面的定位基准便可以保证其垂直度的要求。

第二章：毛坯的设计 2.1选择毛坯

该零件的材料为35#钢，考虑到零件在工作时要求有较高的强度和抗扭性，非加工面的尺寸精度要求较高，以及批量为大批量生产，所以采用模锻毛坯成型。

2.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差 (1)确定最大轮廓尺寸

根据零件图计算零件的最大轮廓尺寸为：长147.4mm，宽76mm，高56mm （2）选择锻件公差等级

查手册模锻成型，零件材料按中碳钢，得锻件公差等级为8～12级取为10级。 （3）求铸件尺寸公差

公差带相对于基本尺寸对称分布。 （4）求机械加工余量等级

查手册得按模锻成型的方法，锻件材料为35#钢的机械加工余量等级E-G级选择F级。

2.3 确定机械加工加工余量

根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为4㎜，孔的加工余量按相关表查找选取。

2.4 确定毛坯

上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≧1.6@.Ra＜1.6@的表面，余

量要适当加大。

分析本零件，加工表面Ra≧1.6@,因此这些表面的毛坯尺寸只需将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，这时可取所查数据的小值）

生产类型为大批量生产，可采用模锻毛坯。 2.5 确定毛坯尺寸公差

毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得，本零件毛坯尺寸允许偏差为0.1-0.2mm，表面粗糙度 为Ra12.5-25

2.6设计毛坯图

用查表法确定锻件各表面的加工总余量：

下图为零件毛坯图：

第三章 选择加工方法，拟定工艺路线 3.1、基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

3.2、粗基准的选择

粗基准的选择影响影响各加工面的余量分配及不需加工表面与加工表面之间的位置精度。为了保证叉口上下平面与Φ15.81孔的垂直度要求以及叉口上下面的加工余量分配均匀，所以选择叉口的上端面作为第一道工序的定位基准。

3.3、精基准的选择

以第一道工序中的已加工面作为下到工序的定位平面，以Φ15.81孔的中心轴线

为定位基准，确保设计基准与工艺基准的重合，以减少加工误差。

3.4、制定机械加工工艺路线 工艺路线一： 工序一：

（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2）精铣叉口下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 工序二：

（1）用Φ14的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具） （2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3

工序三：

（1）粗铣叉口上端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （3） 粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （4）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （5）精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 工序四：

（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具） （2）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3 工序五：

（1）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具） （2）粗铣拨槽的中间两个小侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （3）粗铣拨槽的最前端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （4）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3

（5）精铣拨槽的中间的两个小侧面，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的麻花钻钻孔

（2），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。 工序七：

（1），用无心磨床精加工Φ15.81的孔，粗糙度3.2 （2），加工0.4*45°的倒角 工序八：

（1），钳工，去毛刺 工序九： （1），检验 工艺路线二： 工序一：

（1）用Φ14的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具） （2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3 工序二：

（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2）精铣叉口下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 工序三：

（1）粗铣叉口上端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （3） 粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （4）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （5）精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （6）加工0.8*45°的倒角

工序四：

（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具） （2）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3 工序五：

（1）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具） （2）粗铣拨槽的中间两个小侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （3）粗铣拨槽的最前端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （4）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3

（5）精铣拨槽的中间的两个小侧面，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的麻花钻钻孔

（2），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。 工序七：

（1），用无心磨床精加工Φ15.81的孔，粗糙度3.2 （2），加工0.4*45°的倒角 工序八：

（1），钳工，去毛刺 工序九： （1），检验 工艺路线三： 工序一：

（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2）精铣叉口下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 工序二：

（1）用Φ14的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具） （2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3

工序三：

（1）粗铣叉口上端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （3）粗铣拨槽的最前端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （4）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （5）精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （6）加工0.8*45°的倒角 工序四：

（1） 粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 工序五：

（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具） （2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （3）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3

（4）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具） （5）精铣拨槽侧面，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的麻花钻钻孔

（2），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。 工序七：

（1），用无心磨床精加工Φ15.81的孔，粗糙度3.2 （2），加工0.4*45°的倒角

工序八：

（1），钳工，去毛刺 工序九： （1），检验 工艺路线四： 工序一：

（1）用Φ14的麻花钻加工孔，加工经济精度IT13，粗糙度12.5（专用夹具） （2）用Φ10的立铣刀扩孔到直径为15.5mm，加工精度为IT10,粗糙度为6.3 工序二：

（1） 粗铣叉口上端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2） 粗铣叉口最上端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5 工序三：

（1）粗铣叉口下端面加工经济精度IT12，粗糙度12.5（组合夹具） （2）粗铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 工序四：

（1）下叉口淬火处理，硬度要求为45HRC。 工序五：

（1）精铣叉口上端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 工序六：

（1） 精铣叉口的下端面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （2） 精铣叉口中间的两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （3） 加工0.8*45°的倒角。 工序七：

（1）粗铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 （2）粗铣拨槽的中间两侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5

（3）精铣拨槽的一个侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （4）精铣拨槽的中间两侧面，加工经济精度IT10，粗糙度6.3 （5）加工0.8*45°的倒角 工序八：

（1）粗铣拨槽的另一个侧面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5（专用夹具） （2）精铣拨槽侧面，加工精度IT10，粗糙度6.3 （3）加工0.8*45°的倒角 工序九：

（1） 粗铣拨槽下端面，加工经济精度IT12，粗糙度12.5 (2)，用Φ8.5的麻花钻钻孔

（3），用Φ10的丝锥攻丝，加工M10的螺纹孔。 工序十：

（1），用无心磨床精加工Φ15.81的孔，粗糙度3.2 （2），加工0.4*45°的倒角 工序十一： （1），钳工，去毛刺 工序十二： （1），检验 3.5工艺路线比较

上述四个工艺路线，路线一和路线三先加工拨叉的底平面，后加工孔，遵循先面后孔的原则，路线二和路线四是鉴于孔的加工要求较高，与底面的垂直度要求也较高，并且是很多尺寸的设计基准，为遵循基准统一的原则，同时也更能保证叉口上下两平面与孔的垂直度要求，所以路线二和路线四要优于路线一和路线三。而由于叉口的下端面是一上端面为基准的，为遵循互为基准的原则，保证底面的加工尺寸精度，应先加工上叉口，后加工下叉口，所以路线四优于路线二，固选择路线四

为最终的工艺路线。

拟定工艺过程

第四章 加工设备及道具、夹具、量具的选择

由于生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。

4.1根据不同的工序选择不同的机床

10工序是加工Φ15.81的孔，先用Φ14的麻花钻钻孔，再用选用Φ15的扩孔钻扩孔，可选用立式摇臂钻床完成。

15工序是粗铣叉口上端面，可选用立式铣床完成。

20工序是粗铣叉口下端面及中间两侧面，可以选用立式铣床完成。 30工序是精加工叉口上端面，选用立式铣床完成。

35工序是粗铣叉口上端面及中间两侧面，可以选用立式铣床完成。

40 工序是铣削加工拨槽的侧面以及拨槽的中间两个小侧面，可选用卧式铣床来完成。

45工序是加工拨槽的另一个侧面，在上道工序的基础将夹具旋转180°，同样的采用卧式铣床。

50 工序是铣削拨槽的下端面和钻孔加工M10*1的螺纹孔，可以选用卧式铣床完成

55 为精加工Φ15.81的孔，采用万能无心磨床来保证精度。 4.２ 刀具选择

选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，硬质合金扩孔钻、加工中碳钢零件采用YG硬质合金，粗加工用YG8，半精加工为YG6

各工序所需刀具如下表：

4.3，选择量具

本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用夹具。根据零件的表面的精度要求，尺寸和形状特点，参考相关资料，选择如下：

10工序采用游标卡尺和塞规。

15、20、30、35、40、45工序采用游标卡尺和标准粗糙度块。 倒0.8*450角度，采用万能角度卡尺。 50工序采用塞规检验。

第五章 确定切削用量 工序一：

工步一：用Φ14的麻花钻钻孔

a p=5.5mm, Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min n=(1000×50)/(3.14×14)=1137.4r/min

主轴最大转速1400 r/min ，所以取n=1135r/min, Vc=(1135×3.14×14)/1000=49.89m/min

工步二：用Φ15的扩孔钻扩孔

a p=5.5mm, Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min n=(1000×50)/(3.14×15)=1061.6r/min

主轴最大转速1400 r/min ，所以取n=1060r/min, Vc=(1060×3.14×15)/1000=49.92m/min

工序二：

工步一：粗铣叉口上端面

已知工件材料为35#钢，选择镶齿套式面铣刀，齿数z=10，材料YG8， fz=0.2~0.29/齿。

确定每齿进给量和背吃刀量。

查表取每齿进给量，查表取af=1.2mm/z 背吃刀量取4mm 查表得：

V=64m/min Pm=1.33kw 计算实际主轴转速

主轴转速n=1000×64/（3.14×20）=1019.1 r/min ,查表得n=1000 r/min ， 计算Vc=1000×3.14×20/1000=62.8 m/min 功率校核PM=1.33 kw<P 经检查所有要求符合要求 工步二：精铣叉口上端面

选择镶齿套式面铣刀，齿数z=10，材料YG6，fz=0.1mm/齿V=124m/min。

计算实际主轴转速

主轴转速n=1000×124/（3.14×20）=493.6 r/min 计算Vc=600×3.14×80/1000=150.7 m/min 计算得n=494 r/min，实际转速V=150 m/min ， 经检查所有参数符合要求。 工步三：粗铣叉口中间的侧面

选择普通的Φ10立铣刀，齿数为Z=2，材料YG6，fz=0.1mm/齿V=20m/min。 计算实际主轴转速

主轴转速n=1000×20/（3.14×10）=636.9 r/min 取n=630 r/min

计算Vc=630×3.14×10/1000=19.7m/min 计算得n=630 r/min，实际转速V=19.7m/min ， 经检查所有参数符合要求。 工步四：精铣叉口中间的侧面 转速及切削速度同上。 工序三：

工步一:粗铣下端面，刀具、转速及切削用量同上表面的加工。 工步二：精铣下端面同上

工序四、五：刀具、转速及切削用量同工序一 工序六：

工步一：粗铣拨槽的下面，刀具、转速及切削用量同上表面的加工 工步二：用Φ8.5的麻花钻钻孔 用Z535卧式钻床加工 切削用量f

刀具采用莫式锥柄麻花钻钻头，直径d=8.5mm，使用切削液。

1. 确定进给量f

由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给 2. 选用钻头磨钝标准和耐用度

根据表5-130，钻头后刀面最大磨损量为0.6mm耐用度为60min 3. 确定切削速度v

由表5-132， σb=670上的35#刚的加工性为5类，根据表5-127，暂定进给量=0.16mm/r由表5-131，可查v=16m/min.根据Z535卧式钻床说明书选择主轴实际转速=1400r/min.

工步三：用Φ10的丝锥攻丝

螺纹的螺距为P=1mm，牙深=0.6495P=0.6495mm 取S=200r/min,F=S*P=200mm\min

第六章 基本时间的确定 6.1工时定额的计算

工时定额是指完成零件加工的就一个工序的时间定额 Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N 其中：Td是指单件时间定额

Tj是指基本时间（机动时间），通过计算求得

Tf是指辅助时间，一般取（15-20）%Ｔj;Tj与Ｔf和称为作业时间 Tb是指布置工作时间，一般按作业时间的（２-７）％估算 Tx是指休息及生理需要时间，一般按作业时间的（２-４）％估算 Tz是指准备与终结时间，大量生产时，准备与终结时间忽略不计 Ｎ是指一批零件的个数

下表是各个工步基本时间的计算公式及其结果

工序 工序一

工步 1

计算公式 钻：Tj=(l+l1+l2)/(f×n) l=16 l1=D/2cotKa+(1-2) Ka=90° l2:(1-4)

计算结果(min) 0.34

2

扩：Tj=(l+l1+l2)/(f × n) l1=(d-d1)/2cotKa+(1-2) l1:(1-2) Ka=90° L2=(2-3) l=16

0.40

1 工 序 二 2 3 4 5 工 序 三 2 3 工 序 四 工 1 2 3 1 1

铣：Tj=(l+l1)/(f×n) l1=0.5(d)+(1-3)

0.63 0.41 0.53 0.53 0.4

Ka=90°ae 宽度 d:铣刀直径

铣：Tj=(l+l1)/(f×n) l1=0.5(d)+(1-3)

0.63

Ka=90°ae 宽度 d:铣刀直径

0.41 0.4

铣：Tj=(l+l1)/(f×n) l1=0.5(d)+(1-3)

0.54 0.47 0.41 0.54

Ka=90°ae 宽度 d:铣刀直径 铣：Tj=(l+l1)/(f×n)

- 20 -

6.2 工序额的确定 （1）Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N = Tj1～19+ Tf+Tb+Tx

= (Tj1-Tj19)+18% (Tj1-Tj19)+5%( Tj+Tf)+3% ( Tj+Tf)

= (Tj1-Tj19)+18% (Tj1-Tj19)+5%（(Tj1-Tj19)+18% (Tj1-Tj19)）+3% （(Tj1-Tj19)+18% (Tj1-Tj19)）

Tj=0.24+……+0.049=2.48

Td=2.48+18%×2.48+5%(2.48+18%×2.48)+3%(2.48+18%×2.48) =3.2min

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2qtj.html