拨叉零件设计机械制造工艺学课程设计

湖南工业大学

课程设计

资料袋

机械工程学院（系、部）2011 ~ 2012 学年第一学期课程名称机械制造工艺学指导教师职称

学生姓名专业班级机械工程及自动化班级学号

题目拨叉零件设计

成绩起止日期2011年12 月19 日～2011 年12 月25 日

目录清单

序号材料名称资料数量备注

1 课程设计任务书 1

2 课程设计说明书 1

3 课程设计图纸 2

4 机械加工工艺卡片 1

5 机械加工工序卡片10

课程设计任务书

2011—2012学年第一学期

机械工程学院（系、部）机械工程及自动化专业0901 班级课程名称：机械制造工艺学

设计题目：拨叉零件设计

完成期限：自2011 年12 月19 日至2011 年12 月25 日共 1 周

内容及任务一、设计的主要技术参数：

拨叉材料HT200；铸造圆角R2～3；拨叉头高50mm，外圆φ40mm，内孔φ25mm；

拨叉脚内表面R25，外表面R35；凸台高25mm；凸台半径10，凸台孔径φ8，孔深15mm 中心距93.75mm。

二、设计基本内容：

对零件（中等复杂程度）进行工艺分析，画零件图；选择毛坯的制造方式；制订零件的机械加工工艺规程；填写工艺文件；编写设计说明书。

三、每个学生应在教师指导下，独立完成以下任务：

（1）机械加工工艺卡片一张；

（2）机械加工工序卡片一套；

（3）设计说明书一份。

进度安排

起止日期工作内容

2011.12.19-2011.12.20 熟悉课题、查阅资料；零件分析，画零件图2011.12.21-2011.12.22制订零件加工工艺规程

2011.12.23-2011.12.25填写工艺文件；编写设计说明书2011.12.25交课程设计并答辩

主要参考资料机械制造工艺学第二版王先逵主编（机械工程出版社）

互换性与测量技术基础第二版徐学林主编（湖南大学出版社）

金属工艺学第五版上邓文英宋力宏主编（高等教育出版社）

金属工艺学第五版下邓文英宋力宏主编（高等教育出版社）

指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日

机 械 制 造 工 艺 学

设计说明书

拨叉零件

起止日期： 2011 年 12 月 19 日 至 2011 年 12 月 25 日

机械工程学院（部） 2011年12月25日

学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字)

目录

第一章序论-----------------------------------------3 第二章零件的分析-----------------------------------4 第一节零件的作用------------------------------ 4

第二节零件的工艺分析-------------------------4

第三节毛坯的确定----------------------------5

一、毛坯的制造形式------------------------------5

二、毛坯加工面及形状的确定---------------------- 6

三、毛坯图的绘制---------------------------6 第三章加工工艺规程的设计----------------------------7 第一节定位基准的选择---------------------------7一粗基准的选择-------------------------------7

二精基准的选择-------------------------------7 第二节加工方法的确定------------------------------8

第三节工艺路线的制定--------------------- -------8

第四节机械加工余量、工序尺寸与毛坯尺寸的确定------10

一、加工余量、工序尺寸和公差的确定-------------10

二、切削用量的选择计算------------------------16第四章小结----------------------------------------23 第五章附录（重要参考文献）---------------------------24

第一章序论

21世纪现在是我国全面建设小康社会，实现国民经济增长模式根本转变，走新型工业化道路的关键时期。机械工程高等教育承担着培养适应和推进新型工业化发展的现代高级人才的历史重任。

对于我们当代大学生来说，最根本的任务是学习。准确地把握未来科学和技术发展领域的机遇和挑战，客观掌握识我们知识技能的基本出发点。

大三上学期我们学习了《机械制造基础》，为了巩固所学知识，并且在我们进行毕业设计之前对所学各课程的进行一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,我们进行了本次课程设计。

通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。

由于能力所限，设计还有许多不足之处，希望指导老师给予批评指正。

第二章零件的分析

第一节零件的作用

车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件右方的φ 25 孔与操纵机构相连，而左方的φ 50 半孔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。该拨叉在改换档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够强度、刚度和韧性，以拨叉的的工作条件。

第二节零件的工艺分析

拨叉结构比较简单，其主加工的位置是φ25的孔及该孔的上端面和下端面，φ50的孔及该孔的上端面和下端面，以及在φ40外圆侧边的一个40°的凸台。

零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的技术及位置要求：

该拨叉形状特殊，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。以φ25为中心的加工表面：这

一组加工表面包括021

.0025+φ孔及该孔的上下端面，上下端面与孔都没有过高的位

置要求，孔壁上有一个40°的斜凸台，这两个都没有过高的位置要求。以φ50

为中心的加工表面：这一组加工表面包括15.0050+φ的孔及孔的上下端面，以φ20

为中心的加工表面和以φ50为中心的加工表面有一定的位置度要求，既φ50孔的上下端面与20的孔的垂直度要求。换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面的垂直度要求为0.05mm 。

综上所诉，该拨叉件的各项技术要求制定合理，符合该零件在变速箱中的应用。

第三节 毛坯的确定

一 、毛坯的制造形式

零件材料为 HT200，零件在工作过程中，经常要承受变载荷及冲击性载荷，

加工表面 尺寸及偏差

mm

公差及精度等级 表面粗糙度 Ra/μm 形位公差/mm

拨叉两端面

15

.00

50+φ IT12 12.5

φ25的孔 021

.0025+φ IT9 3.2 拨叉脚内表面 0.0750R25+

IT12 6.3 拨叉脚两端面 120.090± IT12 6.3 拨叉脚侧面 2.5

25 凸台孔φ8 0.01508φ+

IT12 6.3 凸台高 25

25

且它的外型复杂，不易加工。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。

二、毛坯加工面及形状的确定

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H 级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：

三、毛坯图的绘制

简图简图

加工面代号基本尺

寸

说明加工说明

D1φ25圆25mm 孔降一级双侧加工D2φ50圆50mm 孔降一级双侧加工D3φ8圆8mm 孔降一级双侧加工T1φ40圆上端

面

50mm 单侧加工

T2φ40圆下端

面

50mm 单侧加工

T3φ75圆上端

面

12mm 单侧加工

T4φ75下端面12mm 单侧加工

T5斜凸台端面25mm 单侧加工

第三章 加工工艺规程的设计

第一节 定位基准的选择

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得到提高；否则，加工工艺过程中会出现很多问题，使生产无法进行。

定位基准有粗基准和精基准之分，用毛坯上未加工的表面作为定位基准成为粗基准，实用经过加工的表面作为定位基准的成为精基准。在制定工艺规程时，先进行精基准的选择，保证各加工表面按图纸要求加工出来，再考虑用什么样的基准来加工精基准；所以，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。

一、粗基准的选择

作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺；对于有若干个不同加工表面的工件，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，选择φ40mm 的外圆面和拨叉头下端面作粗基

准加工021.0025+φ孔和下端面，可为后续工序准备做好精基准。

二、精基准的选择

由上面分析可知，根据该零件的技术要求和装配要求，选择叉头上端面和

021

.00

25+φ作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则，又轴孔021

.0025+φ的轴线是设计基准，选用其作精基

准定位加工拨叉两端面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用拨叉头上端面作为精基准同样遵循了“基准重合”的原则，因为该拨叉是在轴线方向上的尺寸多以该轴面作设计基准；另外由于拨叉件刚性差受力易产生弯曲变形，为避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，夹紧力作用点不能作用在叉杆上，选用拨叉头上端面作精基准，夹紧可作用在拨叉头的下端面上，夹紧稳定可靠证，不容易引起零件变形。

第二节加工方法的确定

根据拨叉零件图可知，加工有φ25内孔、φ50内孔、φ8孔、φ75上下两端面、φ40外圆上下两端面、斜凸台上表面。材料为HT220，以公差等级和表面粗糙度要求，参考机械制造工艺学等相关资料，确定其加工方法如下：

加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra（um）加工方案

φ25mm孔IT7 3.2 钻-扩-铰

φ50mm半圆IT11 6.3 粗镗-半精镗

斜凸台上表面IT11 2.5 粗铣

φ40上下端面IT12 12.5 粗铣

φ75上下端面IT12 6.3 粗铣-半精铣

φ8孔IT7 6.3 钻-扩-铰

第三节工艺路线的制定

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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。查《机械制造工艺设计简明手册》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

1工艺路线方案

工序010 钻，扩，铰，半精铰，精铰φ25孔和φ50孔

工序020 粗铣，半精铣φ25和φ75上下端面

工序030 切断

工序040 粗铣斜凸台

工序050 钻，扩，铰，半精铰，精铰φ8孔

工序060 去毛刺

工序070 检查

此工序的加工，因为经验告诉我们大多数孔的加工应该先铣平面再加工，那样会更容易满足零件的加工要求，先加工平面也有利于基准的选择，所以上加工工序的安排不怎么合理，现确定工序如下表所示：

工序号工序内容

10 铸造

20 热处理

30 粗铣φ40mm上，下端面

40 粗铣，半精铣φ75上、下端面

50 钻，扩，铰φ25孔

60 粗镗、半精镗φ50孔

70 粗铣斜凸台面

80 钻、扩、铰φ8孔

90 铣断

100 去毛刺

110 时效处理

120 检查

第四节机械加工余量、工序尺寸与毛坯尺寸的确定

查《机械制造工艺设计简明手册》，选用加工余量为MA-H级，确定各个加工面的

铸件机械加工余量，及其加工后的尺寸精度和表面粗糙度，下面是以工序内容为

顺序确定各个加工的加工余量及其加工后的尺寸精度和表面粗糙度。

一加工余量、工序尺寸和公差的确定

拨叉头和拨叉脚的偏差计算

（一）拨叉平面的偏差及加工余量计算

（1）拨叉头两端面加工余量的计算

根据工序30要求，其加工为粗铣加工。各工步余量如下：粗铣：其余量值规定

为1.5 ~ 2.0mm ，现取 2.0mm 。其粗铣为IT12。

工序30的加工过程如图 3.1 所示。

工序30：以下端面定位，粗铣上端面，保证工序尺寸L1；以上端面定位，

粗铣

下端面，保证工序尺寸L2，达到零件图设计尺寸L的要求，L=50mm 。

由图 3.1 所示加工过程示意图，建立分别以 Z1 和 Z2 为封闭环工艺尺寸链如图 3.2 所示。

图 3.1 加工过程示意图图 3.2 工艺尺寸链图

1)求解工序尺寸 L1：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，

得粗铣余量Z1 =2mm。由图 3.1 知L2=L=50mm，从图3.2b知，Z2 = L1-L2，

L1=L2+Z2 =(50+2)mm =52mm。由于工序尺寸 L1、L2 是在粗铣加工中保证的，查

《机械制造设计基础课程设计》表 2.25 平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工

序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为0.3mm，

故L1=52±0.15mm ，L2=50±0.15mm 。

2)求解工序尺寸 L0：查《机械制造设计基础课程设计》表 2.64 平面粗加工余量，得粗铣余量 Z2=2mm ，由图 3.2（b ）知，L0 = L1 + Z1 = (52+2)mm=54mm 。

由于工序尺寸L0是在铸造，铸件尺寸公差为 1.4

0.6+-。

铸造毛坯的基本尺寸为L0=54mm 毛坯最小尺寸为：54-0.6 = 53.4mm 毛坯最大尺寸为：54+1.4 = 55.4mm （2）φ75两端面加工余量的计算。

根据工序30要求，其加工分粗、半精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：其余量值规定为 1.5～2.0mm ，现取 2.0mm 。其粗铣为 IT12。半精铣：其余量值规定为 1.0mm 。

1)求解工序尺寸 L3：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面半精加工余量，得半精铣余量Z4=1mm 。由图 3.1 知L4=L=12±0.090mm ， 从图3.2d 知， L3=L4+Z4 =(12+1)mm =13mm 。由于工序尺寸L3是在半精铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表 2.25 平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT10，其公差值为0.1mm ，故L3=13±0.05mm 。

2)求解工序尺寸 L2：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面半精加工余量，得半精铣余量Z3=1mm 。从图3.2c 知，L2=L3+Z3 =(13+1)mm =14mm 。由于工序尺寸L2是在粗铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表 2.25 平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为0.18mm ，故L2=14±0.09mm 。

3)求解工序尺寸 L1：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，得粗铣余量Z2=2mm 。从图3.2b 知， L1=L2+Z2=(14+2)mm =16mm 。由于工序尺寸L1是在粗铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表 2.25 平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为0.3mm ，故L1=16±0.15mm 。

4)求解工序尺寸 L0，查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，得粗铣余量Z1=2mm 。从图3.2a 知。L0=L1+Z1=（16+2）=18mm 。由于L0尺寸为

铸件尺寸，铸件尺寸公差为0.0930.032+-。故L0=18 0.0930.032+-。

铸造毛坯的基本尺寸为L0=18mm

毛坯最小尺寸为：18-0.032 = 17.68mm 毛坯最大尺寸为：18+0.093 = 18.093mm

（二） 大小头孔及φ8孔的偏差及加工余量计算

孔021

.0025+φ ：

钻孔的精度等级： IT = 12 ，表面粗糙度 Ra = 25um ，尺寸偏差是 0.21mm 粗扩孔的精度等级： IT = 10 ，表面粗糙度 Ra = 12.5um ，尺寸偏差是 0.084mm 精铰孔的精度等级： IT = 8 ，表面粗糙度 Ra = 3.2um ，尺寸偏差是 0.043mm 根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，各工序余量如下：

钻021.0025+φ孔，

确定工序尺寸及加工余量为： 加工该组孔的工艺是：钻---扩---铰 钻孔：φ22

扩孔：φ24.7 2Z=2.7mm （Z 为单边余量1.5～2） 铰孔：φ25 2Z=0.3mm （Z 为单边余量0.15～0.2）

镗φ50 孔

加工该组孔的工艺是：粗镗——半精镗 粗镗：φ50孔，其余量值为 2.2mm ； 半精镗：φ50孔，其余量值为 0.8mm ； 铸件毛坯的基本尺寸分别为：50-2.2-0.8=47mm

铸件公差为 1.40.6+-

铸造毛坯的基本尺寸为47mm 毛坯最小尺寸为：47+1.4 = 48.4mm 毛坯最大尺寸为：47-0.6 = 46.4mm