1、變速撥叉零件的機械加工工藝及工藝裝備設計摘 要：汽車制造工藝學課程設計,是在學完汽車制造工藝學后進行的一項教學環節；在老師的指導下，要求在設計中能初步學會綜合運用以前所學過的全部課程，并且獨立完成的一項工程基本訓練。通過課程設計達到以下目的：1、能熟練的運用機械制造工藝學的基本理論和夾具設計原理的知識，正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規程等問題的方法，培養學生分析問題和解決問題的能力。2、通過對零件某道工序的夾具設計，學會工藝裝備設計的一般方法。通過學生親手設計夾具的訓練，提高結構設計的能力。3、課程設計過程也是理論聯系實際的過程，并學會使用手冊、查詢相關資料等，增強學生

2、解決工程實際問題的獨立工作能力。關鍵詞：拔叉；工藝分析；工藝規格設計；夾具設計序言：撥叉是用來推動變速器齒輪,改變齒輪位置的工具，通過將齒輪改變位置來改變齒比,以達到變速的目的，變速器的齒輪都是裝載主軸和副軸上,通過撥叉來推動它們前進或者后退,就可以改變齒比，所以它對汽車領域的作用是非常重要的。一、零件的分析1.1零件的作用題目所給的零件是汽車變速器的撥叉。它位于汽車變速機構中，主要起換檔，使主軸回轉運動按照工作者的要求工作，獲得所需的速度和扭矩的作用。零件的25孔與操縱機構相連，55半孔則是用于與所控制齒輪所在的軸接觸。通過上方的力撥動下方的齒輪變速。兩件零件鑄為一體，加工時分開。1.2零件

3、的工藝分析零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，鑄造性能優良，但塑性較差、脆性高，不適合磨削，為此以下是撥叉需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求：1小頭孔25；2.小頭孔軸線側面端面的距離3大頭半圓孔及其端面；4.兩孔中心距516×8槽；640外圓斜面；7. 工件尺寸為40的外側面8大頭半圓孔兩端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.1mm；槽端面與小頭孔中心線的垂直度誤差為0.08m。由上面分析可知，可以粗加工撥叉底面，然后以此作為粗基準采用專用夾具進行加工，并且保證位置精度要求。再根據各加工方法的經濟精度及機床所能達到的位置精度，并且此撥叉零件沒有復雜的加工曲面，所以根據上

4、述技術要求采用常規的加工工藝均可保證。二、工藝規程設計2.1確定毛坯的制造形式已知此撥叉零件的生產類型為中批量生產，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主，大量采用專用工裝。零件材料為HT200。考慮零件在機床運行過程中所受沖擊不大，零件結構又比較簡單，生產類型為中批生產，故選擇鑄件毛坯。查機械制造工藝設計簡明手冊第41頁表2.2-5，選用鑄件尺寸公差等級為CT-12。2.2基面的選擇 基面的選擇是工藝規程設計中的重要工作之一。基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，甚至還會造成零件大批報廢，使生產無

5、法正常進行。（1）粗基準的選擇。 因本零件毛坯是金屬模鑄造成型，鑄件精度較高，所以選擇40mm圓一個端面作為粗基準加工另一個端面。再加一個鉤形壓板和一個V形塊限制自由度，達到完全定位。（2）精基準的選擇。 主要因該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不在重復。2.3制定工藝路線根據零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經濟精度，在生產綱領已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。1工藝路線方案一工序1 粗鏜，半精

6、鏜55孔工序2 粗銑，精銑55孔兩端面工序3 銑斷，使之為兩個零件工序4 粗銑，精銑尺寸為40的外側面工序5 銑40外圓斜面工序6 銑16×8槽工序7 鉆、擴、粗鉸、精鉸25孔工序8 去毛刺；工序9 終檢。2工藝路線方案二工序1 銑斷，使之為兩個零件工序2 鉆、擴、粗鉸、精鉸25孔工序3 粗銑，精銑尺寸為40的外側面工序4 銑16×8槽工序5 粗鏜，半精鏜55孔工序6 粗銑，精銑55孔兩端面工序7 銑40外圓斜面工序8 去毛刺；工序9 終檢。3工藝方案的比較與分析上述兩個方案的特點在于：方案一是先加工55孔，以便于后續加工，并利用了兩件合鑄的優勢，提高了工作效率，然后在銑床

7、上把所有銑的工序全部弄完，省去了在各機床間切換的麻煩，最后加工孔；方案二是先銑斷，使之為兩個工件，分別加工。先加工小頭孔，然后以小頭孔為基準，進行其他工序的加工。顯然，方案二不如方案一效率高。但由于大頭孔端面和槽都與小頭孔有垂直度要求，可以先加工小頭孔，后加工槽；大頭孔應該利用兩件合鑄的優勢，所以還是先加工55大頭孔。可以將工序定為：工序1 粗鏜，半精鏜55孔，以40外圓面為粗基準，選用T740型臥式金剛鏜床和專用夾具工序2 銑斷，使之為兩個零件，選用X60臥式銑床和專用夾具。工序3 鉆、擴、粗鉸、精鉸25孔，以40外圓為定位基準，選用Z5125A立式鉆床和專用夾具。工序4 粗、精銑55孔兩端

8、面，以25孔定位，選用XA6132臥式銑床和專用夾具。工序5 銑40外圓斜面，以25孔定位，選用XA6132臥式銑床和專用夾具。工序6 粗銑、精銑尺寸為40的外側面，以25孔定位，選用XA6132臥式銑床和專用夾具。工序7 銑16×8槽，以25孔定位，選用x61W型萬能銑床和專用夾具。工序8 去毛刺；工序9 終檢。這樣，看起來工序簡潔且保證了垂直度的要求，還能充分利用兩件合鑄的優勢。2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “CA6140車床撥叉”；零件材料為HT200，硬度190210HB，毛坯重量1.12kg，生產類型中批量，鑄造毛坯。1.毛坯圖2、圓柱表面工序尺寸：加工表面

9、加工內容加工余量精度等級工序尺寸表面粗糙度55IT12鑄件6.0CT12粗鏜4.0IT126.3半精鏜2.0IT103.225IT7鉆孔23IT11擴孔1.8IT106.3粗鉸孔0.14IT83.2精鉸孔0.06IT71.63、平面工序尺寸：加工表面加工內容加工余量精度等級工序尺寸表面粗糙度55孔的上下端面鑄件5.0CT12粗銑4.0IT126.3精銑1.0IT103.2尺寸為40的外側面鑄件2.0CT12粗銑1.5IT1223.56.3精銑0.5IT10233.22.5確立切削用量及基本工時2.5.1工序1：粗鏜，半精鏜55孔機床：T740型臥式金剛鏜床，加專用夾具刀具：選用90°

10、硬質合金YT5鏜刀，1. 粗鏜孔至53 mm(1)背吃刀量ap單邊余量Z2 mm,可一次切除，則ap2mm。（2）進給量f查得f=0.21 mm/r(3)切削速度vc查得vc=1.28 m/s則，ns=7.69 r/s (461.5 r/min)按機床選取nw=7.16 r/s ( 430 r/min)所以實際切削速度vc = = =1.19 m/s(4)切削工時tt= = =0.22 min2.半精鏜孔至55 mm選用一個刀桿，T60臥式鏜床同時對工件進行粗，半精鏜孔，故進給量，切削速度及工時均與前相同即：f=0.21 mm/rnw=7.16 r/s ( 430 r/min)t=0.22 m

11、in2.5.2工序2： 銑斷機床：選用X60臥式銑床，專用夾具刀具：中齒鋸片銑刀 d=160mm  L=4 mm z=40刀具壽命：查表高速鋼切斷銑刀 d40T=45 min（1）.切削用量apap=17 mm 一次走刀切斷（2）.進給量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根據x60 臥式銑床說明書設計手冊表 按機床選取nw=100r/min所以實際切削速度vc = =160×100×3.14/10

12、00=50.24 m/min（4）.計算基本工時此時工作臺每分鐘進給量應為：查切削手冊表4.2-40，剛好有。計算切削基本工時：tm=0.5 min2.5.3工序3： 鉆、擴、粗鉸、精鉸25孔。1.加工條件工件材料：灰鑄鐵HT200加工要求：鉆25的孔，其表面粗糙度值為Rz=1.6 m；先鉆23的孔在擴24.8的孔，再粗鉸24.94孔，再精鉸25孔。機床：Z5125A立式鉆床，專用夾具。刀具：23麻花鉆，24.8的擴刀，鉸刀。2.計算切削用量（1）鉆23的孔。進給量查機械制造工藝與機床夾具課程設計指導P47表2-23鉆孔進給量f為0.390.47 mm/r，由于零件在加工23mm孔時屬于低剛度

13、零件，故進給量應乘系數0.75，則f=(0.390.47)×0.75=0.290.35mm/r，查表得出，現取f=0.25mm/r。此工序采用23的麻花鉆。所以進給量f= 0.25mm/z 鉆削速度切削速度：根據手冊表2.13及表2.14，查得切削速度V=18m/min。ns根據手冊ns=300r/min,故切削速度為vc = 切削工時l=23mm，l1=13.2mm.查工藝手冊P9-143表9.4-31，切削工時計算公式： （2）擴24.8的孔 擴孔的進給量查切削用量手冊表2.10規定,查得擴孔鉆擴24.8的孔時的進給量,并根據機床規格選取 F=0.3 mm/z切削速度擴孔鉆擴孔的

14、切削速度,根據工藝手冊表28-2確定為 V=0.4V 鉆其中V 鉆為用鉆頭鉆同樣尺寸的實心孔時的切削速度.故 V=0.4×21.67=8.668m/min按機床選取nw=195r/min.切削工時切削工時時切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm （3）粗鉸24.94的孔 粗鉸孔時的進給量根據有關資料介紹,鉸孔時的進給量和切削速度約為鉆孔時的1/21/3,故F=1/3f鉆=1/3×0.3=0.1mm/rV=1/3V鉆=1/3×21.67=7.22m/min切削速度按機床選取nw=195r/min,所以實際切削速度切削工時切削工時,切入l2=0.14mm,切出l1

15、=1.5mm.（4）精鉸25的孔 精鉸孔時的進給量根據有關資料介紹,鉸孔時的進給量和切削速度約為鉆孔時的1/21/3,故F=1/3f鉆=1/3×0.3=0.1mm/rV=1/3V鉆=1/3×21.67=7.22m/min切削速度按機床選取nw=195r/min,所以實際切削速度切削工時切削工時,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.2.5.4工序4：粗銑，精銑55孔上、下端面 1.粗銑55孔上下端面。機床：XA6132臥式銑床，專用夾具。刀具：W18Cr4V硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。銑削寬度ae>60,深度ap<=4,齒數z=1,故據切削手冊取刀具直徑d

16、o=125mm。選擇刀具前角o5°后角o8°，副后角o=8°，刀齒斜角s=10°,主刃Kr=60°,過渡刃Kr=30°,副刃Kr=5°過渡刃寬b=1mm。（1）. 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=2mm，一次走刀即可完成所需長度。（2） 每齒進給量 機床功率為7.5kw。查得f=0.140.24mm/z。由于是對稱銑，選較小量f=0.14 mm/z。（3） 查后刀面最大磨損及壽命 查切削手冊表3.7，后刀面最大磨損為1.01.5mm。查切削手冊表3.8，壽命T=180min（4） 計算切削速度 查得 Vc110mm

17、/s，n=281r/min,Vf=378mm/s據XA6132銑床參數，選擇nc=300r/min,Vfc=375mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=117.8m/min,實際進給量為fzc=V fc/ncz=0.10mm/z。（5)校驗機床功率 查切削手冊,而機床所能提供功率為Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校驗合格。（6）計算基本工時tmL/ Vf=(125+30)/375=0.41min.2. 精銑55孔上下端面。（1） 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需長度。（2） 每齒進給量 機床功率為7.5kw

18、。查切削手冊選f=0.5 mm/z。（3） 查后刀面最大磨損及壽命 查切削手冊表3.7，后刀面最大磨損為1.01.5mm。查切削手冊表3.8，壽命T=180min（4） 計算切削速度 按切削手冊，將f降一級為f=0.5 mm/z。查得 Vc110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s據XA6132銑床參數，選擇nc=235r/min,Vfc=600mm/s,則實際切削速度V c=600.4,實際進給量為fzc=V fc/ncz=0.21mm/z。（5)校驗機床功率 查切削手冊,而機床所能提供功率為Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校驗合格。（6）計算基本工時tmL

19、/ Vf=(125+30)/375=0.41min.2.5.5工序5： 銑40外圓斜面 機床：XA6132臥式銑床，專用夾具。刀具：高速鋼鑲齒三面刃銑刀（1）進給量f查表af=0.15 mm/z (2)切削速度vc 查得v=27 m/mind=175mm 齒數z=16則ns=49 r/min按機床選取nw=47.5 r/min所以實際切削速度vc = =26.1 m/min(3)基本工時tt = =2 min2.5.6工序6：粗銑、精銑尺寸為40的外側面機床：XA6132臥式銑床，專用夾具。刀具：W18Cr4V硬質合金鋼端銑刀,牌號YG6。銑削寬度ae<=60,深度ap<=4,齒數

20、z=10,故據切削用量簡明手冊（后簡稱切削手冊）取刀具直徑do=80mm。選擇刀具前角o5°后角o8°，副后角o=8°，刀齒斜角s=10°,主刃Kr=60°,過渡刃Kr=30°,副刃Kr=5°過渡刃寬b=1mm。1.粗銑（1）銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需長度。（2）每齒進給量 機床功率為7.5kw。查切削手冊f=0.140.24mm/z。由于是對稱銑，選較小量f=0.14 mm/z。（3）查后刀面最大磨損及壽命 查切削手冊表3.7，后刀面最大磨損為1.01.5mm。查切削手冊表3

21、.8，壽命T=180min（4）計算切削速度 查得Vc98mm/s，則n=439r/min,Vf=490mm/s據XA6132銑床參數，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實際切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。（5)校驗機床功率 查切削手冊Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。（6）計算基本

22、工時tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。2.精銑（1） 銑削深度 因為切削量較小，故可以選擇ap=0.5mm，一次走刀即可完成所需長度。（2） 每齒進給量 機床功率為7.5kw。查切削手冊f=0.140.24mm/z。由于是對稱銑，選較小量f=0.14 mm/z。（3） 查后刀面最大磨損及壽命 查切削手冊表3.7，后刀面最大磨損為1.01.5mm。查切削手冊表3.8，壽命T=180min（4） 計算切削速度查得 Vc98mm/s，則n=439r/min,Vf=490mm/s據XA6132銑床參數，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,則實際切削速度V c=3.

23、14*80*475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。（5)校驗機床功率 查切削手冊Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。最終確定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。（6）計算基本工時tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。2.5.7工序7：銑16×8槽機床：x61W型萬能銑床，專用夾具刀具：高速鋼直齒三面刃銑刀do=16mm， 國家標準 GB1118 D=160m

24、m d=40mm L=16mm 齒數z=24（1）. 走刀量 f 由表查得 f =0.67 mm/r（2）.銑刀磨鈍標準和耐用度由表查得 磨鈍標準為 0.20.3 耐用度為 T=150min （3）.切削速度v 由式 查表得其中： 修正系數 m=0.5 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s 則 按機床選取主軸轉速為6.33 r/s所以，實際切削速度為 （4）.計算切削工時 =0.55min三、夾具設計夾具是一種能夠使工件按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝備，它廣泛地運用于機械加工，檢測和裝配等整個工藝過程中。在現代化的機械和儀器的制造業中，提高加工精度和生產率，降低制

25、造成本，一直都是生產廠家所追求的目標。正確地設計并合理的使用夾具，是保證加工質量和提高生產率，從而降低生產成本的重要技術環節之一。同時也擴大各種機床使用范圍必不可少重要手段。3.1提出問題（1）怎樣限制零件的自由度；V形塊限制4個自由度，定位塊限制1個自由度，限位銷限制1個自由度。（2）怎樣夾緊；設計夾具由螺旋夾緊配合V形塊夾緊工件，定位塊起支撐工件的作用。（3）設計的夾具怎樣排削；此次加工利用麻花鉆和擴刀、鉸刀，排削通過鉆模板與工件之間的間隙排削。（4）怎樣使夾具使用合理，便于裝卸。3.2設計思想設計必須保證零件的加工精度，保證夾具的操作方便，夾緊可靠，使用安全，有合理的裝卸空間，還要注意機

26、構密封和防塵作用，使設計的夾具完全符合要求。本夾具主要用來對25H7孔進行加工，這個孔尺寸精度要求為H7，表面粗糙度Ra1.6，鉆、擴、粗鉸、精鉸以可滿足其精度。所以設計時要在滿足精度的前提下提高勞動生產效率，降低勞動強度。3.3夾具設計1、定位基準的選擇據夾具手冊知定位基準應盡可能與工序基準重合，在同一工件的各道工序中，應盡量采用同一定位基準進行加工。故加工25H7孔時，采用40的外圓面和其的下端面作為定位基準。2、切削力及夾緊力的計算刀具：23的麻花鉆，24.8的擴孔鉆，鉸刀。鉆孔切削力：查機床夾具設計手冊P70表3-6，得鉆削力計算公式： 式中 P鉆削力t鉆削深度, 80mmS每轉進給量

27、, 0.25mmD麻花鉆直徑, 23mmHB布氏硬度，140HBS 所以=800（N）鉆孔的扭矩：式中 S每轉進給量, 0.25mmD麻花鉆直徑, 23mmHB布氏硬度，140HBS=×0.014××=1580(N·M)擴孔時的切削力：查機床夾具設計手冊P70表3-6，得鉆削力計算公式：式中 P切削力t鉆削深度, 80mmS每轉進給量, 0.3mmD擴孔鉆直徑, 24.8mmHB布氏硬度，140HBS 所以= 873（N）擴孔的扭矩：式中 t鉆削深度, 80mmS每轉進給量, 0.3mmD麻花鉆直徑, 24.8mmHB布氏硬度，140HBS =1263（N·M）鉆孔夾緊力：查機床夾具設計手冊P70表3-6，查得工件以V形塊和定位塊定位時所需夾緊力計算公式：式中 螺紋摩擦角平頭螺桿端的直徑工件與夾緊元件之間的摩擦系數,0.16螺桿直徑 螺紋升角Q 手柄作用力L 手柄長度則所需夾緊力 =399（N）根據手冊查得該夾緊力滿足要求，故此夾具可以安全工作。3、定位誤差的分析定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為V形塊與定位塊，因為該定位元件的定位基準為孔的軸線，所以基準重合B=0，由于存在間隙，定位基準會發生相對位置的變化即存在基準位移誤差。詳細D=W=G圖=紙：三 二 1爸 爸 五 四 0 六全 套