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1、机 械 制 造 技 术 基 础课 程 设 计题 目：换挡叉加工工艺及R43圆弧面加工夹具设计班级：姓名：指导教师：完成日期：一、设计题目换挡叉加工工艺及R43圆弧面加工夹具设计二、原始资料(1) 被加工零件的零件图 1张(2) 生产类型:（中批或大批大量生产）三、上交材料1绘制零件图 1张2毛坯图 1张3编制机械加工工艺过程综合卡片 1套4编制机械加工工艺卡片（仅编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工艺卡片） 1套5绘制夹具装配图（A0或A1） 1张6绘制夹具中1个零件图（A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。 1张7编写课程设计说明书（约5000-8
2、000字）。 1份四、进度安排本课程设计要求在3周内完成。1第l2天查资料，熟悉题目阶段。2第37天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法和机械加工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。3第810天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。4第1113天，完成夹具总装图的绘制。5第1415天，零件图的绘制。6第1618天，整理并完成设计说明书的编写。7第19天，完成图纸和说明书的输出打印。8第2021天，答辩五、指导教师评语成 绩： 指导教师日期摘要本次课程设计的题目是换挡叉加工工艺及R43圆弧面加工夹具设计，通过此次设计，使
3、课本上学到的理论知识在这次课程设计中得到实践，机械制造基础课本上学到的知识，诸如，定位误差的计算，机床类型的选择，加工方式的选择，夹具体设计应注意的问题等，在这次课程设计中都得到了应用，增加了自己理论联系实际的能力:1运用所学基本理论知识，正确解决了工件在加工时的定位和夹紧问题，选择合理的方案，进行必要的计算，根据题意设计出符合要求的低成本夹具。2收集有关资料，掌握正确的夹具设计思想、方法和手段，学会了正确使用有关手册及其它技术资料。3分析研究结构工艺性问题，提高结构设计能力。4进一步了解了有关机床、刀具和量具等的工装知识。Abstractof The topic curriculum des
4、ign is 43mm Transmission shiftfork slot machine dedicated fixture design, through the design,so that school textbooks to the theory of knowledge in the curriculum design has been the practice, machine-building based on the knowledge learned from textbooks, such as positioning error of calculation, t
5、he choice of machine tool types, processing methods of selection, specific folder design should be noted, in the course design has been applied both to increase their ability to integrate theory with practice: 1. Learned to use the basic theory of knowledge, the correct solution in the processing of
6、 the workpiece positioning and clamping at the time of the issue, select a reasonable proposal, to carry out the necessary calculations, based on questions intended to design a fixture to meet the requirements of the low-cost. 2. To gather relevant information, to master the correct fixture design i
7、deas, ways and means to learn the correct use of the manuals and other technical information. 3. Analysis of the structure of the issue of technology to enhance the capacity of the structural design. 4. A better understanding of the machine tools, cutting tools and measuring tools such as knowledge目
8、 录1零件的工艺分析及生产类型的确定11.1零件的用途11.2换挡叉的技术要求12换挡叉毛坯的选择12.1. 确定换挡叉的生产类型12.2确定毛坯，绘制毛坯简图22.2.1选择毛坯22.2.2.确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差的前提条件22.2.3 确定机械加工余量32.2.4 确定毛坯尺寸公差33换挡叉机械加工工艺过程制定53.1 工艺基准的选择53.2 表面加工方法的确定63.3 加工阶段的划分73.4 工序的集中与分散83.5 工序顺序的安排83.6 确定工艺路线93.7 加工余量，工序尺寸和公差的确定103.8 切削用量的计算113.9 时间定额的计算123.9.1辅助时间tf的计算1
9、33.9.2其他时间的计算134专用夹具设计135体会与展望146 方案综合评价与结论.157参考文献161零件的工艺分析及生产类型的确定1.1零件的用途该零件用换挡叉头以孔套在边素叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴联结，换挡叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵边速杆，变速操纵机构就通过换挡叉头部的操纵槽带动换挡叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，换挡叉脚拨动双联变换齿轮在花毽轴上滑动以变换档位，从而改变机器的运转速度。1.2换挡叉的技术要求加工表面公差及精度等级换挡叉脚两侧面IT126.30.15A换挡叉脚两端面IT126.3换挡叉脚内表面IT126.3换挡叉头孔IT126.3换挡叉下方
10、端面IT136.3槽内侧面IT1212.52换挡叉毛坯的选择2.1. 确定换挡叉的生产类型 零件的机械加工工艺规程与采用的生产类型密切相关。生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。不同的生产类型，零件的加工工艺是不同的。生产类型主要与零件的年生产量有关。 N=Qn(1+a)(1+b) 1 (2.1)式中N-零件年生产量（件/年） Q-产品年生产量（台/年） n-每台产品所含零件数（件/年） a-该零件的备品百分率（%） b-该零件的废品百分率（%）已知该零件的年生产量为8000台/年；n=1件/台；结合生产实际，备品率a
11、和废品率b分别为3%和0.5%。N=80001（1+3%）(1+0.5%)件换挡叉重量2千克，由机械制造技术基础课程设计指南（以下简称设计指南）表2-1查得，变速器换挡叉属轻型零件，该换挡叉生产类型为大批量生产。2.2确定毛坯，绘制毛坯简图2.2.1选择毛坯该零件材料为35号钢，考虑该工件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证工件可靠。由于工件年产量8281件，属大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用模锻成形。从而也提高了生产效率，保证了加工精度。2.2.2.确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差的前提条件要确定毛坯尺寸和机械加工余量，应先确定
12、如下各项因素 锻件的公差等级 由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。 锻件质量 根据零件的成品质量2kg，估算为=2.5kg。 锻件形状复杂系数S S= 2 （2.2）式中l-零件的长度 b-零件的宽度 h-零件的高度 -零件材料的密度 -零件包络体质量 由已知条件得形状复杂系数为S=2.5/13676687.810-60.46 由于0.46介于0.32和0.63之间，故该换挡叉的形状复杂系数属S2级。 锻件材质系数M 由于该零件材料为35号钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级。 零件的表面粗糙度 该零件的加工表面的粗糙度Ra均大于1.6m。 锻
13、件分模线形状 选择零件长度方向对称平面为分模面，属平直分模线。2.2.3 确定机械加工余量根据锻件的质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查设计指南表5-9，由此查得单边余量在厚度方向为1.72.2mm，长度方向为1.72.2mm，宽度方向也为1.72.2mm，换挡叉头中心孔的单面余量查设计指南表5-10查得为2.0mm。2.2.4 确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量，材质系数，形状复杂系数从设计指南表5-6、表5-7中查得。本零件的毛坯尺寸允许偏差及机械加工余量见表2-1。表2-1换挡叉毛坯尺寸公差及加工余量零件尺寸（mm）毛坯尺寸公差（mm）机械加工余量（mm）实际取值（mm）宽度511
14、.72.22长度10.31.72.22宽度9.651.72.22厚度5.91.72.22厚度14.21.72.22厚度561.72.22高度12.71.72.22孔径15.822宽度R10.51.72.22长度R1051.72.22宽度25.51.72.223换挡叉机械加工工艺过程制定3.1 工艺基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确，合理，可以保证加工质量，提高生产效率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，再确定粗基准。 精基准的选择选择精基准时应遵循下列原则：基准重合原则；
15、基准统一原则；自为基准原则；互为基准原则；便于装夹原则。选择操纵槽和叉轴孔15.8孔作为精基准，零件上的很多表面都可以以它们作为基准，即遵循了“基准统一”原则。操纵槽作为精基准，并且该换挡叉轴向方向上的尺寸多以该端面作为设计基准，遵循了“基准重合”原则。叉轴孔15.8的轴线是设计基准，作为精基准可以加工换挡叉脚两内侧面和外圆面，遵循了“基准重合”原则。 粗基准的选择选择粗基准时应遵循下列原则：余量均匀原则；保证加工表面位置正确的原则；粗基准只能有效使用一次的原则；粗基准平整光洁定位可靠的原则。选择换挡叉脚内圆面和操纵头左端面为粗基准，可以为后续工序准备好精基准。3.2 表面加工方法的确定见表3
16、-1表3-1 换挡叉零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/mm加工方案备注叉轴孔IT83.2钻-粗铰-精铰孔加工方案的经济精度和表面粗糙度换挡叉头外圆面IT1112.5粗车外圆面加工方案的经济精度和表面粗糙度操纵头两侧面IT136.3粗铣平面加工方案的经济精度和表面粗糙度换挡叉头下端凸台面IT1612.5粗铣平面加工方案的经济精度和表面粗糙度外圆面IT156.3粗车外圆面加工方案的经济精度和表面粗糙度内圆面IT136.3粗铣孔加工方案的经济精度和表面粗糙度换挡叉脚内侧面IT106.3粗铣-半精铣平面加工方案的经济精度和表面粗糙度换挡叉脚前后端面IT126.3粗铣-半精铣-磨削平
17、面加工方案的经济精度和表面粗糙度操纵槽IT1012.5粗铣-半精铣平面加工方案的经济精度和表面粗糙度内螺纹孔IT1312.5钻孔-攻螺纹螺纹加工方案的经济精度和表面粗糙度操纵头右端面IT1312.5粗铣平面加工方案的经济精度和表面粗糙度3.3 加工阶段的划分该换挡叉可将加工阶段划分为粗加工，半精加工和精加工3个阶段。 粗加工阶段： 将精基准（操纵槽和叉轴孔）准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。 粗铣操纵头右端面，换挡叉脚内表面，换挡叉脚两端面，操纵头侧面和换挡叉凸台面。 粗车外圆面。 半精加工阶段：完成换挡叉脚两端面，换挡叉脚内侧面的精铣加工和螺纹孔9mm的
18、钻，攻螺纹的加工。 精加工阶段：进行换挡叉脚两端面的磨削加工。3.4 工序的集中与分散 该换挡叉的生产类型为大批生产，因此选用工序集中原则安排换挡叉的加工工序。采用高效专用设备及工艺装备，以提高生产率，工序装夹的次数少，易于保证表面间位置精度，还能减少工序间运输量，缩短生产周期。3.5 工序顺序的安排 机械加工工序的安排 遵循“基面先行”原则，先加工精基准-操纵槽和叉轴孔。 遵循“先粗后精”原则，先进行粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面-操纵槽，叉轴孔和换挡叉脚两端面，后加工次要表面-操纵头两侧面和外圆面等。 遵循“先面后孔”原则，先加工各平面，最后进行螺纹孔
19、的加工。 热处理工序的安排 模锻成型后切边，进行调质，可使零件的综合力学性能好，换挡叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。 辅助工序的安排 粗加工换挡叉脚两端面和热处理后，安排校直工序。 半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序。精加工后，安排去毛刺，清洗和终检工序。综上所述，该换挡叉工序的安排顺序为：基准加工-主要表面粗加工及一些余量大的表面加工-主要表面半精加工及次要表面加工-热处理-主要表面精加工3.6 确定工艺路线换挡叉的工艺路线，机床设备及工艺装备见表3-2。表3-2 换挡叉工艺路线及设备，工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1粗铣换挡叉头
20、前后两端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀游标卡尺2粗铣换挡叉左端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀游标卡尺3半精铣换挡叉后端面立式铣床X51高速钢套式面铣刀游标卡尺4粗铣、半精铣操纵槽、去槽口尖角立式铣床X51三面刃铣刀、平锉游标卡尺5粗扩.精扩铰20.5孔.倒角四面组合转床扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规6半精铣叉下端面，钻M10螺纹孔立式铣床X51高速钢套式面铣刀麻花钻，丝锥内径千分尺尺7校正叉脚钳工台手锤8粗铣叉脚两端面卧式双面铣床1三面刃铣刀游标卡尺9铣叉爪口内侧面立式铣床X51铣刀游标卡尺10半精铣叉脚两端面卧式双面铣床三面刃铣刀游标卡尺11去毛刺钳工台平锉内径千分尺12中检塞规、百分表、卡尺
21、13热处理淬火机等14校正叉脚钳工台手锤15清洗清洗机塞规，百分表，卡尺等16终检塞规，百分表，卡尺等3.7 加工余量，工序尺寸和公差的确定工序尺寸及公差的确定有两种情况：一种是工序尺寸及其公差与零件上某设计尺寸或其他工序尺寸相关，需要通过解算尺寸链的方法来确定。另一种是工序尺寸及其公差仅与工序余量有关，如加工过程中不存在基准转换的情况。此时，可按如下方法确定个工序尺寸和公差： 确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工余量是否合理。 自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）个工序的基本余量，便可得到各工序
22、的基本工序尺寸。 除终加工工序外，根据各工序的加工方法及其经济加工精度，确定其工序公差和表面粗糙度。 按“入体原则”以单向偏差方式标注工序尺寸，并可作适当调整。加工余量，工序尺寸和公差的计算：根据课程设计要求，这里只作工序4加工余量和工序尺寸公差的确定。 工序4粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角查简明手册表1-22半精铣工步工序余量为1mm，已知工序公差IT10（+0.1），工序尺寸为14.2mm，根据入体原则，则半精铣工步的工序尺寸和偏差为 14.2。已知毛坯总余量3.6mm，所以粗铣工步的工序余量为3.6-1=2.6mm。由设计指南表5-29得粗铣工步的工序公差为IT11（+0.11），则粗铣
23、工步的工序基本尺寸为14.2-1=13.2mm，工序尺寸和公差为13.2。毛坯槽总余量为3.6mm，公差为，基本尺寸为13.2-2.6=10.6mm，尺寸和偏差为10.6。工序2的加工余量，工序尺寸和公差见表3-4表3-3 工序2加工余量，工序尺寸和公差表工序名称工序余量工序公差工序基本尺寸工序尺寸和公差半精铣操纵槽1IT10（+0.1）14.214.2粗铣操纵槽2.6IT11（+0.11）13.213.2毛坯槽3.610.610.63.8 切削用量的计算根据课程设计要求，只作第4工序的切削用量确定方法工序4粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角 背吃刀量的确定半精铣工步的背吃刀量ap=0.5mm粗铣
24、工步的背吃刀量ap=1.3mm 进给量的确定粗铣工步的进给量，由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-19，按背吃刀量30mm，机床动力510kw，零件夹具刚度中等的条件，fz=0.080.1mm/z,选取fz=0.1mm/z。 切削速度的计算由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-20,按照d/z=200/12,查得v=268m/min，由公式（3-1）可求得该工步铣刀转速n=426.75r/min，由机械制造技术基础课程设计指导课程 表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=490r/min。再将此转速代入公式（3-1），可求的该工步的实际切削速度：8半精铣工步的进给量，由机械制
25、造技术基础课程设计指导课程表5-19，按背吃刀量30mm，机床动力510kw，零件夹具刚度中等的条件，fz=0.080.1mm/z,选取fz=0.1mm/z，由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-20,按照d/z=200/12,查得v=268m/min，由公式（3-1）可求得该工步铣刀转速n=426.75r/min，由机械制造技术基础课程设计指导课程表4-15所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=490r/min。再将此转速代入公式（3-1），可求的该工步的实际切削速度：63.9 时间定额的计算工序4粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角粗铣工步，由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-43公式
26、tj=式中=214=28mm;=25mm,取=2mm;= +(13) =+2=53mm;fMz=fn=fZZn=0.112490=588mm/min;。 4将上述结果代入公式tj=1=0.14min=83.9.1辅助时间tf的计算工序4粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角粗铣工步，tf=0.158.4s=1.26s； 3半精铣工步，tf=0.158.4s=1.26s； 33.9.2其他时间的计算除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外每道工序的单件时间还包括布置工作地时间，休息和生理需要时间和准备和终结时间。由于本零件中拨插的生产类型为大型生产，分摊到每个工件上的时间甚微，可忽略不计；布置工作地时
27、间tb是作业时间的2%7%，生理需要时间与休息时间tx是作业时间的2%4%。本例均取为3%，则各个工序的其他时间(tb+tx)可按关系式(3%3%)(tf+tj)计算，工序2粗铣，半精铣操纵槽，去槽口尖角粗铣工步，tb+tx=6%(1.26s+8.4s)=0.58s； 5半精铣工步，tb+tx=6%(1.26s+8.4s)=0.58s； 54专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，形成大批量生产，通常需要设计专用夹具。 经过选择指导老师和课题，决定设计铣床专用夹具。本夹具将用于立式铣床。4.1设计主旨本夹具主要用来铣削圆弧设计，零件都有一定的技术要求。因此，在本道工序加工
28、时，主要考虑如何提高加工精度，提高劳动生产率和降低劳动强度。4.2 夹具设计 4.2.1定位基准的选择工件以16mm的内孔和拨叉头左端面作为定位基准，采用平面与定位心轴组合定位方案。其中定位平面限制三个自由度，定位销限制两个自由度，再以一个定位支承钉顶再拨叉杆幅板的一个侧面限制一个自由度，实现完全定位。采用螺母加开口垫圈夹紧工件，用压板压住工件幅板的另一侧完成辅助定位与夹紧，以承受切削力。定位元件的工作表面与夹具体底面的垂直度要求保证满足零件定位基准与工序基准的垂直度要求，以保证零件图的要求。加工时，随着铣刀的进给工件可能会产生转角误差，但这属于自由公差，故应能满足定位要求。4.2.2 切削力
29、和夹紧力的计算切向力：= =561N 背向力：= = =378N 进给力：= =558N 夹紧力：N选用摇柄压紧，实际加紧力N应为 式中，和是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，0.5。此时已大于所需的1460N的夹紧力，故本夹具可安全工作。4.2.3 对刀装置的选择采用直角对刀块对刀。根据铣削方式设计相应的对刀块，满足加工条件的要求。4.2.4 夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应该首先着眼于加紧，本道工序的拉床夹具就选择了手动加紧方式，本方式简单、快捷。本工序由于是精加工，切削力较小，同时还有夹紧工件，因此势必要控制好夹紧力。目前可采取的有效措施有三个：一是选
30、择好毛坯，提高它的精度、刚性以及抗疲劳性。二是选择合理的夹紧力，以免在拉削时使工件受到损伤。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。本夹具操作简单，省时省力。此外，可以使夹具在一批零件加工之前对好刀，再使机床在工作台上有一正确的安装位置，以利于拉削加工。5体会与展望机械制造工艺与机床夹具课程设计是机械制造工艺与机床夹具课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它使我全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。培养了自己编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和去工厂从事工艺
31、与夹具设计做了一些必要的准备。通过本课程设计自己的收获如下： 1 培养了自己综合运用机械制造工艺学及相关专业课程（工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、金属切削加工及装备等）的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力 2 根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会了拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计。 3 使自己提高了应用有关手册、标准、图表等技术资料的能力，掌握了从事工艺设计的方法和步骤。 4 进一步培养了自己机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等的基本技能。 5 培养
32、了自己解决工艺问题的能力，为今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下了良好的基础。6方案综合评价与结论根据面向并行工程的夹具设计策略和实现方法，对设计和制造出来的夹具进行多方面的综合评价，其内容包括定位的确定性、夹具可制造性、夹具可装配性、夹具结构柔性、夹具精度、工件使用性能、夹具的经济性、夹具的刚性和强度。 在夹具的综合评价中，各单项评价指标是构成综合评价值的重要一环。由于各单项评价指标含义不同，所以评价的方法也不尽相同。对于夹具的刚性和强度需要通过力学运算进行校核；对于夹具精度需要通过定位误差计算确定工件的定位精度、测量出夹具系统的精度。定位的确定性是判断工件是否完全定位，工件的使用
33、性能是指工件安装的便利性和夹具的可靠性；对于夹具结构复杂程度、夹具装配难度、夹具可拆卸性和元件的可加工性这些评价指标具有较强模糊性，为减少人在评价过程中的干预因素，采用模糊评价方法。7参考文献1 苏翼林.材料力学M.北京:人民教育出版社,19792 赵 俊,楮乃雄.AG材料床身的结构设计J,1996,26(03):27-293 机床夹具设计手册.王光斗.王春富.上海科学技术出版社4 机械制造技术基础.黄健求.机械工业出版社5 互换性与测量技术基础.王伯平. 机械工业出版社6 机械图形学.李凤平.张士庆.苏猛.屈振生.东北大学出版社7 赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(2版),机械工业出版社,2006.8 曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001.9 李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993.10 肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993.
