机械制造课程设计说明书[变速器换挡叉]

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）Φ15.8的孔。

（2）以Φ15.8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

Φ15.8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15.8，可先采用Φ15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。

Φ15.8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Φ15.8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14.2mm 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51mm ，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孔的后端面为基准，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135.7mm ，宽76mm ，高67.4mm

（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2㎜，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 ≧[email protected]＜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Φ15.8孔的垂直度要求以及叉口上下面的加工余量分配均匀，所以选择作为Φ15.8孔的前、后端面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﹕钻Φ15的孔，再用铣刀扩到Φ15.5的孔，最后用铰刀加工到Φ15.81的孔

工序二：粗铣孔Φ15.8的前后端面

工序三²：先粗铣再半精铣叉口19³5.9的内侧面

工序四：先粗铣再半精铣两相距9.65mm 的侧面

工序五：先粗铣再半精铣孔Φ15.8的上端面

工序六：先粗铣再半精铣孔Φ15.8的下端面（16.5³14.5的面）

工序七：粗铣槽前面（11³9.65面）槽内两侧面及叉口前面

工序八：粗铣槽后面及叉口后面

工序九：半精铣槽后面及叉口后面

工序十：钻Φ9孔在Φ15.8下面与其相通

工序十一：攻螺纹，加工M10³1-7H

工序十二：钳工去毛刺，精磨各表面，保证粗糙度及精度要求

工序十三：终检

工艺路线二：

工序一：粗铣孔Φ15.8的前后端面

工序二：钻Φ15的孔，再用铣刀扩到Φ15.5的孔，最后用铰刀加工到Φ15.81的孔

工序三：先粗铣再半精铣两相距9.65mm 的侧面及孔Φ15.8的上端面

工序四：先粗铣再半精铣孔Φ15.8的下端面（16.5³14.5的面）

工序五：粗铣槽前面（11³9.65面）槽内两侧面

工序六：粗铣再半精铣叉口（尺寸5.9）上、下端面

工序七：钻Φ9孔在Φ15.8下面与其相通

工序八：攻螺纹，加工M10³1-7H

工序九：先粗铣再半精铣叉口19³5.9的内侧面

工序十：钳工去毛刺，精磨各表面，保证粗糙度及精度要求

工序十一：终检

3.5工艺路线比较

上述两个工艺路线，路线二较路线一较为精简 ，操作简单方便，而且路线一遵循“先面后孔”的加工原则，并且也能保证个面的加工基准，故路线二优于路线一

拟定工艺过程

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。

根据不同的工序选择不同的机床

2工序是加工Φ15.8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。为精加工Φ15.81的孔，采用万能无心磨床来保证精度。

3 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。

4 工序是先粗铣再半精铣孔Φ15.8的下端面（16.5³14.5的面），可选用立式铣床完成。

5粗铣槽前面（11³9.65面）槽内两侧面，在上道工序的基础将夹具旋转180°，同样的采用卧式铣床。

6工序是粗铣半精铣叉口上、下端面，可选用立式铣床完成。

7 工序是钻孔加工M10*1的螺纹孔，可以选用卧式铣床完成

9工序是粗铣叉口两个内侧面，可以选用立式铣床完成。

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=(1000³50)/(3.14³14)=1137.4r/min

主轴最大转速1400 r/min ，所以取n=1135r/min, Vc=(1135³3.14³14)/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=(1000³50)/(3.14³15)=1061.6r/min

主轴最大转速1400 r/min ，所以取n=1060r/min, Vc=(1060³3.14³15)/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， f z =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a f =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=1000³64/（3.14³20）=1019.1 r/min ,查表得n=1000 r/min ， 计算Vc=1000³3.14³20/1000=62.8 m/min 功率校核P M =1.33 kw

选择镶齿套式面铣刀，齿数z=10，材料YG6，f z =0.1mm/齿V=124m/min。 计算实际主轴转速

主轴转速n=1000³124/（3.14³20）=493.6 r/min 计算Vc=600³3.14³80/1000=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，f z =0.1mm/齿V=20m/min。 计算实际主轴转速

主轴转速n=1000³20/（3.14³10）=636.9 r/min 取n=630 r/min

计算Vc=630³3.14³10/1000=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

6.2 工序额的确定

（1）Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N = Tj1～19+ Tf+Tb+Tx

= (Tj1-Tj 19)+18% (Tj1-Tj 19)+5%( Tj+Tf)+3% ( Tj+Tf)

= (Tj1-Tj 19)+18% (Tj1-Tj 19)+5%（(Tj1-Tj 19)+18% (Tj1-Tj 19) ）+3% （(Tj1-Tj 19)+18% (Tj1-Tj 19) ）

Tj=0.24+„„+0.049=2.48

Td=2.48+18%³2.48+5%(2.48+18%³2.48)+3%(2.48+18%³2.48) =3.2min =192s

(2)工序二的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj1+Tj2+Tj3+Tf+Tb+Tx

=(Tj1+„„+Tj5)+ 18% (Tj1+„„Tj5)+ 5%(Tj+Tf)+ 3% (Tj+Tf)

=(Tj1+„„+Tj5) + 18% (Tj1+„„Tj5)+ 5%((Tj1+„„+Tj5)+ 18% (Tj1+„„Tj5))+3%((Tj1+„„+Tj5)+ 18% (Tj1+„„Tj5))

Tj=0.063+0.18+0.09+0.06+0.14=0.533min

Td=0.533+18%³0.533+5%(0.533+18%³0.533)+3%(0.533+18%³0.533) =0.68min =40.7s

(3)工序三的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj1+Tj2+Tj3+Tf+Tb+Tx

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

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

=0.049+18%³0.049+5%(0.049+18%³0.049)+3%(0.049+18%³0.049) =0.063min =3.75s

（4）工序四的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj1+Tj2+Tj3+Tf+Tb+Tx

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

= Tj1+18% Tj1+5%( Tj1+18% Tj1)+ 3%( Tj1+18% Tj1) =0.63+18%³0.63+5%(0.63+18%³0.63)+3%(0.049+18%³0.049) =2.86min （5）工序五德时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj1+Tj2+Tj3+Tf+Tb+Tx

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

= Tj1+18% Tj1+5%( Tj1+18% Tj1)+ 3%( Tj1+18% Tj1) =0.63+18%³0.63+5%(0.63+18%³0.63)+3%(0.049+18%³0.049) =2.86min （6）工序六的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj1+Tj2+Tj3+Tf+Tb+Tx

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

= Tj1+18% Tj1+5%( Tj1+18% Tj1)+ 3%( Tj1+18% Tj1) =0.63+18%³0.63+5%(0.63+18%³0.63)+3%(0.049+18%³0.049) =2.62min

第七章：夹具的设计

本夹具是用立式铣床加工换挡叉的叉口下表面专用夹具。

7.1．工件的加工工艺和定位分析

叉下表面的粗糙度为3.6，相对左端槽的中心线误差为±0.15，叉口上下表面以Φ15.81的孔为定位基准，垂直度误差为0.15，倒角为0.8。

7.2. 夹具设计方案

1、定位方案。工件以已加工的叉口上表面和右边的圆柱为定位基准来保证加工要求。为防止换挡叉转动，在叉口内侧加一定位螺栓，让换挡叉内侧和螺栓的两侧面可靠接触。这样就实现了6点定位限制6个自由度。

2、夹紧机构。为保证叉口上表面和表面可靠接触，在叉口的右上面用压板将其夹紧。

3、夹具的结构设计详见装配图。

总结

此次课程设计确定了换挡叉从锻件毛坯到成品在大量成批生产时的工艺过程，同时也设计了其中一道面铣工序的夹具。

作为本学期的一次课程设计，需要我们综合前阶段所学习的机械制图、金属工艺学、金属材料、机械设计基础、互换性与测量技术、机械制造工艺学等多门课程的知识，同时还要运用数学、力学等基础学科知识以及设计手册上的标准。所以此次课程设计是我们本科阶段学习的知识的巩固，也是一个总结。 参考文献

。 附录

附录1：零件图 附录2：工艺卡 附录3：夹具装配图