变速器换挡叉夹具设计说明书

课程设计说明书

设计题目 设计“变速器换挡叉”零件的机械加

工工艺及铣宽9.65mm槽的夹具设

计

设计者

指导教师

摘 要

本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切

削机床、公差配合与测量等多方面的知识。

变速换挡叉加工工艺规程及其铣槽的夹具设计是包括零件加

工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。

关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。

ABSTRCT

This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.

The reduction gear box body components technological process and its the processing ￠ 140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.

Keywords: The craft, the working procedure, the cutting

specifications, clamp, the localization, the error

目 录

序言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

一. 零件分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.1 零件作用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.2零件的工艺分析 „„„„„„„„„„„„„„„„3

二. 工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

2.1确定毛坯的制造形式 „„„„„„„„„„„„„„4

2.2基面的选择传 „„„„„„„„„„„„„„„„„5

2.3制定工艺路线 „„„„„„„„„„„„„„„„„8

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 „„„„11

2.5确定切削用量及基本工时„„„„„„„„„„„„14

三 夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

3.1问题的提出„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

3.2定位基准的选择„„„„„„„„„„„„„„„„14

3.3切削力及夹紧力计算„„„„„„„„„„„„„„15

3.4定位误差分析„„„„„„„„„„„„„„„„„17

3.5定向键和导向装„„„„„„„„„„„„„„„„20

3.6夹具设计及操作简要说明„„„„„„„„„„„„22

总 结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 致 谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

一、零件的分析

（一） 零件的作用

题目所给的零件是变速器换挡叉。它位于变速机构中，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。零件上方的φ15.8孔与操纵机构相连，二下方的宽51的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。

（二） 零件的工艺分析

变速器换挡叉共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：

1. 以φ15.8为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ15.8的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M8的螺纹孔。下端有一个47°的斜凸台。这三个都没有高的位置度要求。

2. 以宽51mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ56的孔宽51的面，以及其上下两个端面。

二、 工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

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，故选择铸件毛坯。

（二）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正

一、零件的分析

（一） 零件的作用

题目所给的零件是变速器换挡叉。它位于变速机构中，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。零件上方的φ15.8孔与操纵机构相连，二下方的宽51的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。

（二） 零件的工艺分析

变速器换挡叉共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：

1. 以φ15.8为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ15.8的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M8的螺纹孔。下端有一个47°的斜凸台。这三个都没有高的位置度要求。

2. 以宽51mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ56的孔宽51的面，以及其上下两个端面。

二、 工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

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，故选择铸件毛坯。

（二）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正

确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取φ15.8孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，用一个经过特殊加工的定位销定位，这样就限制了空间的5个自由度，又因为钻削时钻削力是向下的，因此上下的自由度不需要限制

（2）精基准的选择。主要应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，此处不再重复。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸

精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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

工序一 铸造

工序二 时效处理

工序三 铣左右端面

工序四 铣宽51m的槽。

工序五 铣宽9.65mm的2面及顶面。

工序六 铣厚5.9的2侧面。

工序七 钻，扩，绞15.8的孔。

工序八 铣宽16.5mm的面。

工序九 铣宽14.2mm的槽。

工序十 钻M10的孔

工序十一：检验

工序十二：入库

方案二：

工序一 铸造

工序二 时效处理

工序三 铣左右端面

工序四钻，扩，绞15.8的孔

工序五 铣宽9.65mm的2面及顶面。

工序六 铣厚5.9的2侧面。

工序七。铣宽51m的槽。

工序八 铣宽16.5mm的面。

工序九 铣宽14.2mm的槽。

工序十 钻M10的孔

工序十一：检验

工序十二：入库

方案一和方案二的区别在于方案二在先开始钻孔，这样不利于保证钻孔的精度，根据加工 的先面后孔原则，我们应该先加工面然后在加工孔，这样一是有利于后序加工的定位，保证了加工精度同时也提高 了效率，适合于批量生产。综上所述，我们选择方案一，

具体的工艺路线如下

工序一 铸造

工序二 时效处理

工序三 铣左右端面

工序四 铣宽51m的槽。

工序五 铣宽9.65mm的2面及顶面。

工序六 铣厚5.9的2侧面。

工序七 钻，扩，绞15.8的孔。

工序八 铣宽16.5mm的面。

工序九 铣宽14.2mm的槽。

工序十 钻M10的孔

工序十一：检验

工序十二：入库

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

”变速器换挡叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛皮重量2.2kg，生产类型大批量，铸造毛坯。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余

量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（，φ15.8端面）。

查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表

2.2～2.5，取φ15.8，φ56端面长度余量均为1（均为双边加工）

铣削加工余量为：

粗铣 0.8mm

精铣 0.2mm

2. 内孔（φ58已铸成孔）

查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ50已铸成孔长度余量为

2.5，即铸成孔半径为45mm。

工序尺寸加工余量：

钻孔 2mm

扩孔 0.125mm

铰孔 0.035mm

3. 其他尺寸直接铸造得到

由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（五）确立切削用量及基本工时

工序一：铣左右端面

工步一：铣左端面

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。

加工要求：粗铣φ15.8左端面。

机床：X51立式铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae

2. 切削用量

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=0.14~0.24mm/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1.0~1.5mm。

查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度 按《切削手册》，V c=CvdoqvKv pvTmapXvfzyvaeuvZ

算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s

据X51铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V

实际进给量为f zc=V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,

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）计算基本工时

tm＝L/ Vf=(32+10)/475=0.092min。

工步二：铣Φ15.8的右端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。

加工要求：粗铣φ15.8孔右端面。

机床：X51立式铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae

2. 切削用量

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=0.14~0.24mm/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1.0~1.5mm。

查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度 按《切削手册》，V c=CvdoqvKv TmapXvfzyvaeuvZpv

算得 Vc＝98mm/s，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

实际进给量为f zc=V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,

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）计算基本工时

tm＝L/ Vf=(20+10)/475=0.092min。

其余铣床加工工时计算如上，在此不再累述。

工序七 以φ15.8孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ15.8孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。

1. 选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=15.5mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度l11.5mm 2120° 010° 30°

2.选择切削用量

（1）决定进给量

查《切》 f0.70~0.86mm/r l

所以，f0.70mm/r

按钻头强度选择f1.75mm/r 按机床强度选择f0.53mm/r 最终决定选择机床已有的进给量f0.48mm/r 经校验1.53 Ff6090Fma x校验成功。

（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～０.８mm，寿命T60min．

（3）切削速度

查《切》 vc18mm/r 修正系数 KTV1.0 KMV1.0 Ktv1.0

Kxv1.0 K1v1.0 Kapv10 故vc18mm/r。

ns1000v318.3r/min d0

查《切》机床实际转速为nc272r/min 故实际的切削速度vcd0ns

100015.4mm/r

（4）校验扭矩功率

Mc60Nm Mm144.2Nm 所以McMm

Pc1.7~2.0kwPE故满足条件，校验成立。

３.计算工时

tmL50100.12min nf2721.45

由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。

扩铰和精铰的切削用量如下：

扩钻： n272r/min f0.48mm/r vc15.4m/min d015.7mm

铰孔： n272r/min f0.48mm/r vc15.4m/min d015.8mm

铣9.65mm的槽，卧式铣床X62

选择刀具

刀具选取高速钢三面刃铣刀，刀片采用YG8,

ap1.5mm，d050mm，v75m/min，z4。

2. 决定铣削用量

1） 决定铣削深度

因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则

ap1.5mm

2） 决定每次进给量及切削速度

根据X62型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。

根据表查出 fz0.2mm/齿，则

ns1000v1000751194.2r/min d50

按机床标准选取nw＝1450r/min

vdnw

1000501450

1000477m/min

当nw＝1450r/min时

fmfzznw0.2414501160mm/r

按机床标准选取fm1160mm/r

3） 计算工时

切削工时： l156mm，l23mm，则机动工时为

tml1l25630.1242min nwf475

工序十钻M10的螺纹孔

以φ15.8孔为精基准，钻M10螺纹底孔，攻M10螺纹。

1. 选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=8.4mm，后角αo＝16°，二重刃长度 2120° 045° 30°

2.选择切削用量

（1）决定进给量

查《切》 f0.18~022mm/r

按钻头强度选择f0.50mm/r 按机床强度选择f0.53mm/r 最终决定选择机床已有的进给量f0.22mm/r 经校验校验成功。

（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～0.8mm，寿命T20min．

（3）切削速度

查《切》 vc18mm/r 修正系数 KTV1.0 KMV1.0 Ktv1.0 Kxv1.0 K1v1.0 Kapv10 故vc18mm/r。

ns1000v1432r/min d0

查《切》机床实际转速为nc1360r/min 故实际的切削速度vcd0ns

100017.1mm/r

（4）校验扭矩功率

McMm PcPE故满足条件，校验成立。

３.计算工时

tmL420.02minnf13600.22

攻丝M10

攻螺纹M10mm 。

v15m/mm

/mi n ns21r7

按机床选取nw195r/min，则v13.4r/mm

机动时 l4mm，l12mm， 攻M10丝孔

tm

(ll1)(42)1.9min nf1950.1

三、 夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

由指导老师的分配，决定设计第4道工序铣四周槽面的铣床夹具。

3.1 问题的提出

本夹具主要用于铣宽9.65mm槽，精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。因为9.65mm槽和Φ15.8孔中心线孔有垂直度要求，因此我们要以已加工的Φ15.8孔为定位基准。

3.2 定位基准的选择

拟定加工路线的第一步是选择定位基准。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。Φ15.8的孔已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ15.8孔和其端面作为定位基准，来设计本道工序的夹具，以两销和已加工好的φ15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。

3.3切削力及夹紧力计算

（1）刀具： 采用锯片铣刀 φ160mm z=24,用两把锯片铣刀保证同时安装在主轴上面中间用隔套把两把铣刀隔开，保证两把铣刀之间距离为7mm。这样就可以一次铣出两个面，并且尺寸易保证。

机床： x61W型万能铣床 由[3] 所列公式 得

F

CFaXFyp

fzzau

Fez

dqV

n

w

0F

查表 9.4—8 得其中： 修正系数kv1.0

CF30 qF0.83 XF1.0 yF0.65 uF0.83 aP8 wF0

代入上式，可得 F=889.4N

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数 K=K1K2K3K4 其中：K1为基本安全系数1.5 K2为加工性质系数1.1 K3为刀具钝化系数1.1 K4 为断续切削系数1.1

所以 FKF1775.7N

（2）夹紧力的计算

z=24

选用夹紧螺钉夹紧机 由Nf1f2KF

其中f为夹紧面上的摩擦系数，取f1f20.25 F=Pz+G G为工件自重 N

F

3551.4N f1f2

夹紧螺钉： 公称直径d=15mm，材料45钢 性能级数为6.8级

B6100MPa s8

螺钉疲劳极限：10.32B0.32600192MPa 极限应力幅：alim许用应力幅：a

B

10

480MPa

kmk

k

151.76MPa

alim

Sa17.3MPa

螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 

[s]=3.5~4 取[s]=4

得 120MPa

4FH2dc

2

ss

2.8 满足要求

1.34N

dc

2

15MPa

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，

使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力

3.4 定位误差分析

a)

定位元件尺寸及公差确定。

夹具的主要定位元件为一平面和两定位销，孔与销间

隙配合。

（2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销

的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在铣床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin

本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近挡销的一面，而定位销的会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。

。

3.5定向键与对刀装置设计

定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。

根据GB2207—80定向键结构如图所示：

图 3.3 夹具体槽形与螺钉图

根据T形槽的宽度 a=25mm 定向键的结构尺寸如下：

表 3.1 定向键数据表

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。 由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳内侧端面的粗铣加工，所以选用

直角对刀块。直角对刀块的结构和尺寸如图所示：

图 3.4 对刀块图

塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示：

图 3.5 平塞尺图

塞尺尺寸为：

表 3.2 平塞尺尺寸表

3.6 夹具设计及操作简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。

本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。

夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

装配图附图如下

夹具体附图如下

总 结

课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入设计打下了好的基础。

课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。

致 谢

这次课程设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。

这次课程设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师，特别是每次都放下她的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，她不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

参 考 文 献

1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，

1994年

2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年

3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年

4.机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年

5.金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月

6.机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年