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中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
目 錄
1零件工藝性分析 1
1.1換擋叉的概述 1
1.2換擋叉的技術(shù)要求 1
1.3分析換擋叉的工藝性 2
1.4確定換擋叉的工藝類型 2
2換擋叉機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 2
2.1換擋叉材料及毛坯制造方法 2
2.2確定毛坯尺寸公差和加工余量 3
2.3定位基準(zhǔn)的選擇 3
2.4制訂工藝路線 4
2.5確定切削用量及基本工時(shí) 6
3 銑夾具設(shè)計(jì) 10
3.1設(shè)計(jì)主旨 10
3.2夾具設(shè)計(jì) 10
4方案綜合評(píng)價(jià)與結(jié)論 11
5體會(huì)與展望 12
6參考文獻(xiàn) 12
6
14
課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
1零件工藝性分析
1.1換擋叉的概述
1.1.1換擋叉的功用
換擋叉頭以孔套在變素差叉軸上，并用銷釘經(jīng)孔與變速叉軸聯(lián)接，換擋叉腳則夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽中，當(dāng)需要變速時(shí)，操縱變速桿，變速操縱機(jī)構(gòu)就通過(guò)換擋叉頭部的操縱槽帶動(dòng)換擋叉與變速叉軸一起在變速箱中滑移，換擋叉腳撥動(dòng)雙聯(lián)變速齒輪在花鍵軸上滑動(dòng)以變換檔位，從而改變機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。
1.1.2換擋叉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
換擋叉在改變檔位時(shí)要承受彎曲應(yīng)力和沖擊載荷的作用，因此該零件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性，以適應(yīng)換擋叉的工作條件。該零件的主要工作表面為換擋叉腳兩端面、叉軸孔和鎖銷孔，在設(shè)計(jì)工藝規(guī)程時(shí)應(yīng)重點(diǎn)予以保證。
1.2換擋叉的技術(shù)要求
換擋叉零件技術(shù)要求如下表
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差及精度等級(jí)
表變粗糙度Ra/
形位公差/mm
換擋叉頭兩端面
42
IT13
12.5
換擋叉頭部上端面
21
IT13
6.3
換擋叉頭部方槽兩側(cè)面
14
IT13
3.2
換擋叉頭部方槽底面
IT14
3.2
孔
IT8
0.2
換擋叉腳兩端面
IT11
0.8
換擋叉腳內(nèi)表面
IT10
3.2
該換擋叉形狀特殊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬典型的叉桿類零件。為實(shí)現(xiàn)換擋、變速的功能，其叉軸孔與變速叉軸有配合要求，因此加工精度要求較高。差腳兩端面以及換擋叉頭部方槽兩側(cè)面在工作中需承受沖擊載荷為增強(qiáng)其耐磨性，該表面要求高頻淬火處理，硬度為55-63HRC；為保證換擋叉換擋時(shí)叉腳受力均勻，要求叉腳兩端面對(duì)叉軸孔mm垂直度為0.1。為保證換擋叉在叉軸上有準(zhǔn)確的位置，該換檔位準(zhǔn)確，換擋叉采用螺栓螺紋連接定位。為保證整個(gè)零件的硬度和加工性能，要求對(duì)整個(gè)零件進(jìn)行熱處理、調(diào)質(zhì)，硬度為18-25HRC。
綜上所述，該換擋叉零件的各項(xiàng)技術(shù)要求制定的較為合理，符合該零件在變速箱中的功用。
1.3分析換擋叉的工藝性
分析零件圖可知，撥插頭兩端面和差腳兩端面均要求切削加工，且在軸向方向上均高于相鄰表面，這樣既減少里加工面積，又提高了換擋時(shí)叉腳端面的接觸剛度；mm孔的端面為平面，可以防止加工過(guò)程中鉆頭鉆偏以保證孔的加工精度；另外，該零件除主要工作表面（換擋叉腳兩端面、內(nèi)表面mm和差軸孔mm）外，其余表面加工精度均較低，不需要高精度機(jī)床加工，通過(guò)銑削、鉆床的粗加工就可以達(dá)到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對(duì)較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟(jì)的方法保質(zhì)保量的加工出來(lái)。由此可見(jiàn)，該零件的工藝性較好。
1.4確定換擋叉的工藝類型
設(shè)計(jì)要求該零件的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。
2換擋叉機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1換擋叉材料及毛坯制造方法
由于該換擋叉在工作過(guò)程中要承受沖擊載荷，為增強(qiáng)換擋叉的強(qiáng)度和沖擊韌度，獲得纖維組織，毛坯選用鑄件，該換擋叉的輪廓尺寸不大，且生產(chǎn)類型屬于中批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率和鑄件精度，以采用砂型鑄造方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度為5°。
2.2確定毛坯尺寸公差和加工余量
要確定毛坯的尺寸公差及機(jī)械加工余量，應(yīng)先確定如下各項(xiàng)因素。
2.2.1鑄件機(jī)械加工余量等級(jí)
查表2-5[1]得鑄件機(jī)械加工余量等級(jí)為F~H，取G級(jí)。
2.2.2鑄件公差等級(jí)
由于鑄件選擇機(jī)器造型，材料為ZG45Ⅱ，生產(chǎn)類型為大批量，查表2-1[1]得鑄件公差等級(jí)CT為8~12級(jí)，取10級(jí)。
2.2.3確定鑄件基本尺寸
換擋叉鑄件尺寸公差、加工余量和基本尺寸如下：
加工表面
公差等級(jí)
加工面基本尺寸
鑄造尺寸公差
機(jī)械加工余量公差等級(jí)
RMA
毛坯基本尺寸
換擋叉頭部上端面
10
21
2.4
G
1.4
23.6
換擋叉頭部方槽兩側(cè)面
—
—
—
—
—
0
換擋叉頭部方槽底面
—
—
—
—
—
0
換擋叉頭部?jī)蓚?cè)面
10
42
2.8
G
1.4
46.2
螺紋孔端面
10
14
2.2
G
1.4
16.5
孔
—
—
—
—
—
0
換擋叉腳兩端面
10
8
2
G
1.4
11.8
換擋叉腳內(nèi)表面
10
R43
3.2
G
1.4
R40.8
2.3定位基準(zhǔn)的選擇
2.3.1粗基準(zhǔn)
作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒(méi)有飛邊、毛刺或其他表面欠缺。
粗基準(zhǔn)：選擇換擋叉腳兩端面和內(nèi)表面作為粗基準(zhǔn)。
2.3.2精基準(zhǔn)
根據(jù)該換擋叉零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇換擋叉頭右端面和叉軸孔mm做為精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用他們作基準(zhǔn)進(jìn)行加工，即遵循了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。
叉軸孔mm的軸線是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，選用其做精基準(zhǔn)定位加工換擋叉腳兩端面，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合，保證了被加工表面的垂直度要求。
選用換擋叉左端面作為精基準(zhǔn)同樣是遵循了“基準(zhǔn)重合”的原則，因?yàn)樵摀Q擋叉在軸方向的尺寸多以該端面作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；
另外，由于換擋叉剛性較差，受力易產(chǎn)生彎曲變形，為了避面在機(jī)械加工中產(chǎn)生加緊變形，根據(jù)夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基面，并應(yīng)作用在剛度較大部位的原則，夾緊力作用點(diǎn)不能做用在叉桿上。
選用換擋叉頭右端面作精基準(zhǔn)，夾緊可作用在換擋叉左端面上，加緊穩(wěn)定可靠。
2.4制訂工藝路線
2.4.1工藝路線方案一
工序1：粗銑換擋叉頭左右兩端面
工序2：鉆mm孔。
工序3：拉mm孔至圖樣尺寸。
工序4：锪mm孔處倒角1×45o。
工序5：粗銑換擋叉頭上端面。
工序6：粗銑—精銑換擋叉頭部方槽。
工序7：粗銑—精銑—磨削換擋叉腳兩端面。
工序8：粗銑—精銑換擋叉腳內(nèi)表面。
工序9：粗銑螺紋孔端面。
工序10：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 o，攻螺紋M10mm。
工序11：清洗。
工序12：終檢。
2.4.2工藝路線方案二
工序1：粗銑換擋叉頭左右兩端面
工序2：鉆mm孔。
工序3：拉mm孔至圖樣尺寸。
工序4：锪mm孔處倒角1×45o。
工序5：粗銑—精銑—磨削換擋叉腳兩端面。
工序6：粗銑—精銑換擋叉腳內(nèi)表面。
工序7：粗銑換擋叉頭上端面。
工序8：粗銑—精銑換擋叉頭部方槽。
工序9：粗銑螺紋孔端面。
工序10：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120 o，攻螺紋M10mm。
工序11：清洗。
工序12：終檢。
2.4.3工藝方案的比較與分析
上述兩個(gè)方案的特點(diǎn)在于：方案一是先加工換擋叉頭部?jī)啥嗣婕唉?6mm孔，再加工換擋叉頭部方槽，再加工換擋叉腳部端面及內(nèi)表面，最后加工M10mm螺紋孔。方案二是先加工換擋叉頭部?jī)啥嗣婕唉?6mm孔，再加工換擋叉腳部端面及內(nèi)表面，再加工換擋叉頭部方槽，最后加工M10mm螺紋孔。顯然在加工換擋叉腳部端面及內(nèi)表面之后在加工換擋叉頭部方槽，較易保證方槽的加工精度和形位公差，所以方案二較合理。
2.4.4工藝路線確定
在綜合考慮工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，表4列出了換擋叉的工藝路線。
表4換擋叉工藝路線及定位基準(zhǔn)、設(shè)備的選用
工序號(hào)
工序名稱
機(jī)床設(shè)備
刀具
定位基準(zhǔn)
1
同時(shí)粗銑換擋叉頭左右兩端面
臥式雙面銑床
三面刃銑刀
叉腳左側(cè)邊
2
鉆Φ16mm孔
四面組合鉆床
麻花鉆、擴(kuò)孔鉆
叉腳內(nèi)表面和叉頂部側(cè)面
3
拉Φ16mm孔
拉床
拉刀
叉腳內(nèi)表面和叉頂部側(cè)面
4
锪Φ16mm孔處倒角1×45o
鉆床
锪鉆
叉腳內(nèi)表面和叉頂部側(cè)面
5
粗銑—精銑換擋叉腳兩端面
臥式雙面銑床
三面刃銑刀
Φ16mm孔，叉頭部右端面
6
粗銑—精銑叉腳內(nèi)側(cè)面
立式銑床X51
銑刀
Φ16mm孔，叉腳外曲面
7
粗銑換擋叉頭上端面，并粗銑、精銑方槽
立式銑床X51
銑刀
Φ16mm孔，叉腳內(nèi)表面
8
粗銑螺紋孔端面
立式銑床X51
銑刀
Φ16mm孔，叉腳內(nèi)表面
9
鉆M10mm底孔Φ8.5mm倒角 ，攻M10mm螺紋
四面組合鉆床
麻花鉆，锪鉆
Φ16mm孔，叉腳內(nèi)表面，叉頭右端面
10
去毛刺
鉗工臺(tái)
平銼
11
中檢
12
熱處理—換擋叉腳兩側(cè)面和方槽兩側(cè)面高頻淬火
淬火機(jī)等
13
校正換擋叉腳
鉗工臺(tái)
手錘
14
磨削換擋叉腳兩端面
平面磨床M7120A
砂輪
Φ16mm孔，叉頭部右端面
15
清洗
清洗機(jī)
16
終檢
2.5確定切削用量及基本工時(shí)
2.5.1切削用量的計(jì)算
工序1：同時(shí)粗銑換擋叉頭左右兩端面。
該工序就一個(gè)工步，即同時(shí)粗銑換擋叉頭左右兩個(gè)端面。
（1）背吃刀量的確定 mm
（2）進(jìn)給量的確定 由表5-7，按機(jī)床功率5~10kW、工件—夾具系統(tǒng)剛度為中等條件選取，該工件的每齒進(jìn)給量取為0.08mm/z。
（3）銑削速度計(jì)算 由表5-9，按鑲齒銑刀、d/z=80/10的條件選取，銑削速度v可取為44.9m/min。由公式（5-1）n=1000v/πd可求得該工序銑刀轉(zhuǎn)速，即n=1000×44.9m/min/π×80=178.65r/min，參照表4-15所列X51型立式銑床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速n=160r/min。再取此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1），可求出該工序的實(shí)際銑削速度v=nπd/1000=40.2m/min。
工序2：鉆Φ16mm孔。
（1） 背吃刀量的確定 由表2-28，mm。
（2） 進(jìn)給量的確定 查表5-22，按鋼件45剛查表得進(jìn)給量取=0.25mm/r。
（3） 切削速度的確定 查表5-22得切削速度v=20m/min.
工序3：拉Φ16mm孔。
（1） 背吃刀量的確定 mm。
（2） 進(jìn)給量的確定 查表5-33得拉削進(jìn)給量=0.05mm/z
（3） 切削速度的確定 查表5-34，取第2組切削速度，切削速度為v=4m/min.
工序4：锪Φ16mm孔兩端倒角1×45o
（1） 背吃刀量的確定 mm
（2） 進(jìn)給量的確定 查表5-32，取進(jìn)給量=0.10mm/r.
（3） 切削速度的確定 查表5-32，取切削速度v=14m/min.
工序5：粗銑—精銑換擋叉腳兩端面
本工序由兩個(gè)工步組成，即工步1：同時(shí)粗銑換擋叉腳兩端面；工步2：同時(shí)精銑換擋叉腳兩端面。
（1） 背吃刀量的確定 工步2的機(jī)械加工余量為1mm，所以工步1的背吃刀量mm；工步2的背吃刀量mm。
（2） 進(jìn)給量的確定 工步1：查表5-7，取每齒進(jìn)給量= 0.08mm/z；工步2：查表5-8，進(jìn)給量=1.5mm/r。
（3） 銑削速度的確定 工步1：銑削速度同工序1，即:v1=40.2m/min；工步2：銑削速度同工步1，即v2=40.2m/min.
工序6：粗銑—精銑叉腳內(nèi)側(cè)面
本工序由兩個(gè)工步組成，即工步1：粗銑換擋叉腳內(nèi)側(cè)面； 工步2：精銑換擋叉腳內(nèi)側(cè)面。
（1）背吃刀量的確定 工步2的機(jī)械加工余量為1mm，所以工步1的背吃刀量mm；工步2的背吃刀量mm。
（2）進(jìn)給量的確定 工步1：查表5-7，取每齒進(jìn)給量= 0.08mm/z；工步2：查表5-8，進(jìn)給量=1.5mm/r。
（3）銑削速度的確定 工步1：銑削速度同工序1，即:v1=40.2m/min；工步2：銑削速度同工步1，即v2=40.2m/min
工序7：粗銑換擋叉頭上端面，并粗銑、精銑方槽
本工序共有三道工步，即工步1：粗銑換擋叉頭上端面；工步2：粗銑方槽；工步3：精銑方槽。
（1） 背吃刀量的確定 工步1：mm；工步2：由于精加工余量為1mm，所以mm；工步3：該工步進(jìn)給量包括方槽縱向背吃刀量和左側(cè)及右側(cè)橫向背吃刀量，三個(gè)背吃刀量相同，即mm。
（2） 進(jìn)給量的確定 工步1和工步2的進(jìn)給量相同，即mm/z；工步3的進(jìn)給量為=1.5mm/r。
（3） 銑削速度的確定 三個(gè)工步的切削速度相同，即v=40.2m/min。
工序8：粗銑螺紋孔端面
（1） 背吃刀量的確定 mm。
（2） 進(jìn)給量的確定 = 0.08mm/z。
（3） 銑削速度的確定 v=40.2m/min。
工序9：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，倒角120，攻M10mm螺紋
本工序包括三道工步，即工步1：用Φ8.5mm的麻花鉆鉆削底孔；工步2：用锪鉆鉆削倒角；工步3：攻M10mm螺紋。
（1） 背吃刀量的確定 工步1：mm；工步2：=0.5mm；工步3：mm。
（2） 進(jìn)給量的確定 工步1：查表5-22，按鋼件45剛查表得進(jìn)給量取=0.0.15mm/r。工步2：查表5-32，取進(jìn)給量=0.10mm/r；工步3：由于攻螺紋的進(jìn)給量就是被加工螺紋的螺距，取本螺紋的螺距為1mm，所以本工步的進(jìn)給量=1mm。
（3） 切削速度的確定 工步1：查表5-22得切削速度v=20m/min；工步2：查表5-32，取切削速度v=14m/min。工步3：由表5-37差得攻螺紋的切削速度v=3~8m/min，暫取v=3m/min。由公式（5-1）求該工步的主軸轉(zhuǎn)速r/min，又由立式鉆床主軸轉(zhuǎn)速表4-9，取轉(zhuǎn)速44r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入公式（5-1）可求出該工步的實(shí)際切削速度m/min。
工序10：鉆通孔Φ2mm
（1）背吃刀量的確定 mm。
（2）進(jìn)給量的確定 =0.08mm。
（3）切削速度的確定 v=20m/min。
2.5.2基本工時(shí)的計(jì)算
工序1：同時(shí)粗銑換擋叉頭左右兩端面
按表5-43，取
=22mm，mm，mm
工序2：鉆Φ16mm孔
根據(jù)表5-41，取
=42mm，mm，mm
工序3：拉Φ16mm孔
設(shè)拉刀長(zhǎng)度為400mm，則
工序5：粗銑—精銑換擋叉腳兩端面
=19mm，mm，mm
工序6：粗銑—精銑叉腳內(nèi)側(cè)面
=26mm，mm，mm
工序7：粗銑換擋叉頭上端面，并粗銑、精銑方槽
（1） 粗銑換擋叉頭上端面時(shí)所用基本工時(shí)計(jì)算：
=42mm，mm，mm
（2） 粗銑方槽所用基本工時(shí)為
=12mm，mm，mm
（3） 精銑方槽兩側(cè)面所用基本工時(shí)為
=12mm，mm，mm
工序8：粗銑螺紋孔端面
=14mm，mm，mm
工序9：鉆M10mm底孔Φ8.5mm，攻M10mm螺紋
（1）鉆M10mm底孔Φ8.5mm所用基本工時(shí)為=8mm，mm，mm
（2）攻M10mm螺紋所用基本工時(shí)為
=8mm，mm，mm
工序10：鉆通孔Φ2mm
=29mm，mm，mm
5體會(huì)與展望
進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，世界換檔叉進(jìn)入了前所未有的高速發(fā)展階段，發(fā)達(dá)國(guó)家重視換檔叉的發(fā)展，不僅在本國(guó)工業(yè)中所占比重、積累、就業(yè)、貢獻(xiàn)均占前列，更在于裝備制造業(yè)為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)不可缺少的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，即使是邁進(jìn)“信息化社會(huì)”的工業(yè)化國(guó)家，也無(wú)不高度重視換檔叉的發(fā)展。全球化的規(guī)模生產(chǎn)已經(jīng)成為各大跨國(guó)公司發(fā)展的主流。在不斷聯(lián)合重組，擴(kuò)張競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，各大企業(yè)紛紛加強(qiáng)對(duì)其主干業(yè)務(wù)的投資與研發(fā)，不斷提高系統(tǒng)成套能力和個(gè)性化，多樣化市場(chǎng)適應(yīng)能力。
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