变速箱拨叉零件加工工艺及夹具毕业设计论文

河北机电职业技术学院毕业设计论文

变速箱拨叉零件加工工艺及夹具设计

2012 届机械工程系系

专业机械制造及自动化

学号 020*********

学生姓名张杨

指导教师李海涛

完成日期 2012 年 6月 25日

摘要

机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的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，它在我们的大学生活中占有重要地位。

就我个人而言，我希望能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、解决难题的能力，为今后参加工作和专业建设打下一个良好的基础。

通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等，并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。由于能力有限，设计尚有很多不足之处，恳请老师给予批评和指导。

关键词拨叉、工艺、设计、夹具

目录

摘要 (2)

题目及附件 (3)

序言 (5)

第一章零件分析

1.1零件的作用 (6)

1.2零件的工艺分析 (6)

1.3确定零件生产类型 (7)

第二章确定毛坯绘制毛坯简图

2.1选择毛坯 (8)

2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 (8)

2.3绘制拨叉锻造毛坯简图 (9)

第三章工艺规程设计

3.1定位基准的选择 (10)

3.2拟订工艺路线 (10)

3.3加工设备及工艺装备的选用 (13)

3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定 (14)

3.5切削用量的计算 (17)

第四章专用钻床夹具设计

4.1夹具设计任务 (23)

4.2拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图 (23)

4.3绘制夹具装配总图 (25)

4.4夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求 (25)

第五章致谢 (29)

第六章参考文献 (30)

题目：

变速箱拨叉零件的机械加工工艺

规程及钻锁销孔钻床夹具

附件：

⑴p r o e三维立体图1张

⑵C A D零件图2张

⑶零件图l张

⑷毛坯图l张

⑸机械加工工艺规程卡片1套

⑹钻锁销孔钻床夹具装配图及零件图1套

序言

机械制造工业是为现代化建设提供各种机械装备的部门，在国民经济的发展中具有十分重要的地位。机械制造工业的发展规模和水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志，因此，我国一贯都把发展机械制造工业作为发展国民经济的战略重点之一。

我国机械制造工业虽然取得了很大的进步，但与工业发达的国家相比，在生产能力、技术水平、管理水平和劳动生产率等方面，还有很大的差距。因此，我国的机械制造工业今后的发展，除了不断提高常规机械生产的工艺装备和工艺水平外，还必须研究开发优质高效精密工艺，为高新技术产品的生产提供新工艺、新装备，加强基础技术研究，强化和掌握引进技术，提高自主开发能力，形成常规制造技术与先进制造技术并进的机械制造工业结构。制造自动化及其发展是机械制造行业中的最新技术进步的又一个标志，但随着数控加工的应用的推广，CAD和CAM逐步进入实用阶段，特别是柔性制造系统（FMS）的出现，提高生产效率，降低成本，同时也保证了产品的质量和改善了劳动条件。目前，计算机集成制造系统（CIMS）正在研究和开发，也即将投入使用，它的出现将会更大程度的改变现代世界的机械行业。

我研究的课题是拨叉。拨叉应用在变速箱的换档机构中，拨叉头孔套在变速叉轴上。拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变换操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨插脚拨动双联变换齿轮在花键上滑动一改变档位，从而改变速度。该拨叉在改换档位主要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件具有足够的强度和刚度以及韧性，以适应拨叉的工作条件。该拨叉形状特殊，结构简单。为实现换档变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需要承受冲击载荷，为增强起耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48—58HRC。拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工。并在轴方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工表面又提高了换档是叉脚端面的接触刚度。该零件除了主加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度的机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求毕业设计是本专业培养我们的最后一个综合性的实践教学环节，通过完成一定的生成设计或科研试制任务，获得运用基本理论的工程技术训练达到综合素质和能力的提高。其目的的培养我们独立分析和处理专业问题的能力。

第一章 零件分析

1.1 零件的作用

拨叉是拖拉机变速箱的换档机构中的一个主要零件。拨叉头以24φmm 孔套在变速叉轴上，并用螺钉经H M 68-螺纹孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变拖拉机的行驶速度。

1.2 零件的工艺分析

由零件图1.1可知，其材料为45钢。该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。

该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48～58HRC ；为保

证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔021.0024+φmm 的垂直度要求为0.05mm ，其自身的平面度为0.08mm 。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位

准确，拨叉采用紧固螺钉定位。螺纹孔的尺寸为H M 68-。

拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，

这样既减少了加工面积，又提高了换档时叉脚端面的接触刚度；021.0024+φmm 孔和

H M 68-孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；

另外，该零件除主要工作表面(拨叉脚两端面、变速叉轴孔021

.0024+φmm ，其余表面加工

精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床、攻丝的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。 该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔021.0024+φmm(H7)，在设计工艺规程时应重点予以保证。

图1.1（零件图）

1.3 确定零件的生产类型

依设计题目知：产品的年产量为8000台／年，每台产品中该零件数量为1件／台；结合生产实际，备品率α%和废品率β%分别取3%和0.5%，零件年产量为N=8000台／年×1件／台×(1+3%)×(1+0.5%)=8281.2件／年

拨叉属轻型零件，该拨叉的生产类型为大量生产。

第二章确定毛坯、绘制毛坯简图

2.1 选择毛坯

由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为5°。

2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

1．公差等级 由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 2．锻件重量 由于无法得到加工后巴叉的质量，所以先根据图纸画出三维图经过分析（如下截图）

得出质量为（密度取7.8×10-6kg ／mm3） m=0.32783841kg ≈0.33kg

可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为0.44kg 。

3．锻件形状复杂系数 对拨叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，即l =95mm ， b =65mm ，h =45mm ；该拨叉锻件的形状复杂系数为

)/(44.0/ρlbh m m S N t ===0.44kg ／(95mm ×65mm ×45mm ×7.8×10-6kg ／mm3)≈0.44／2.17≈0.203

由于0.203介于0.16和0.32之间，故该拨叉的形状复杂系数属S3级。 4．锻件材质系数 由于该拨叉材料为45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。

5．锻件分模线形状 根据该拨叉件的形位特点，选择零件高度方向通过螺纹孔轴心的平面为分模面，属平直分模线。

6．零件表面粗糙度由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm。

根据上述诸因素，可查《机械制造设计基础课程设计》表2.13确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2.1中。

表2.1 拨叉机械加工余量及锻造毛坯尺寸公差

2.3 绘制拨叉锻造毛坯简图

由表2.1所得结果，绘制毛坯简图2.3所示。

图2.3（毛坯简图）

第三章 工艺规程设计

3.1 定位基准的选择

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。 1．精基准的选择

叉轴孔021.0024+φmm 的轴线是拨叉脚两端面设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸的设计基准。选用叉轴孔021

.0024+φmm 的轴线和拨叉头左端面作精基准定位加

工拨叉脚两端面，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。另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，选用拨叉头左端面作精基准，夹紧力作用在拨叉头的右端面上，可避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。 2．粗基准的选择

选择变速叉轴孔24φmm 的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。采用24φmm 外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面作粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。

3.2 拟订工艺路线

工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。

因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。 1．表面加工方法的确定

根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案的经济精度和表面粗糙度；查《机械制造设计基础课程

设计》表2.24孔加工法案的经济精度和表面粗糙度，确定拨叉零件各表面的加工方法，如表3.1所示。

表3.1 拨叉零件各表面加工方案

2．加工阶段的划分

该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准(拨叉头左端面和叉轴孔)准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、凸台。在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的半精铣加工和螺纹孔的钻孔丝锥攻丝；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。 3．工序的集中与分散

选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。 4．工序顺序的安排

(1) 机械加工工序

遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——拨叉头左端面和叉轴孔

021

.00

24+φmm ；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循

“先主后次”原则，先加工主要表面——拨叉头左端面和叉轴孔

021

.0

24+

φmm和拨叉脚

两端面，后加工次要表面——螺纹孔；遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，

再加工叉轴孔

021

.0

24+

φmm孔；先铣凸台，加工螺纹孔M8。由此初拟拨叉机械加工工序

安排如表3.2所示。

表3.2 拨叉机械加工工序安排（初拟）

(2) 热处理工序

模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241～285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。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。在表3.2中工序80和工序90之间增加热处理工序，即：拨叉脚两端面局部淬火。

(3) 辅助工序

粗加工拨叉脚两端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，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，该拨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粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。

5．确定工艺路线

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定拨叉的工艺路线如表 3.3所示。

表3.3 拨叉机械加工工艺路线（修改后）

3.3 加工设备及工艺装备的选用

机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。

拨叉的生产类型为大批生产，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。各工序加工设备及工艺装备的选用如表 3.4所示。

表3.4 加工设备及工艺装备

3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定

1、工序10 粗铣拨叉头两端面、工序20半精铣拨叉头左端面和工序80半精铣拨叉头右端面

工序10、工序20和工序80的加工过程如图3.1所示。

工序10：以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸L1；以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸L２；

工序20：以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸L3。

工序80：以左端面定位，半精铣右端面，保证工序尺寸L4，达到零件图设计尺

寸L的要求，

1.0

40

-

=

L。

由图3.1所示加工过程示意图，建立分别以Z2、Z3和Z4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L3：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面精加工余量，

得半精铣余量Z4=1mm ，由图3.1知

1.0440-==L L mm ，从图3.2c 知，434L L Z -=，则()140443+=+=Z L L mm = 41 mm 。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左端面的最终加工要求IT10，因此确定该工序尺寸公差为ITl0，其公差值为0.1mm ，故05.0413±=L mm

2)求解工序尺寸L2：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面精加工余量，得半精铣余量Z4=1mm ，由图3.2（b ）知， 332Z L L +== (41+1)mm=42mm 。由于工序尺寸L2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左端面的最终加工要求IT10，因此确定该工序尺寸公差为ITl0，其公差值为0.1mm ，故05.0422±=L mm 。

3)求解工序尺寸L1：右端加工余量，即Z2=2- Z4=2-1=1，由图 3.2（a ）知，

212L L Z -=， 则221Z L L +== (42+1)mm=43mm 。由《机械制造设计基础课程设计》表

2.25平面加工方案的经济度和表面粗糙度，确定该粗铣工序的经济加工等级为IT13，其公差为0.39，故185.0431±=L mm 。

为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。

1)余量Z4的校核 在图3.2c)所示尺寸链中Z4是封闭环，由竖式法(如表3.1)

计算可得：

15

.005.041+-=Z mm 表3.1 余量Z3的校核计算表

2)余量Z3的校核 在图3.2b)所示尺寸链中Z3是封闭环，由竖式法(如表3.1)

计算可得：

1

.01.031+-=Z mm 。 表3.1 余量Z3的校核计算表

3)余量Z2的校核(如表3.1)

计算可得：

235

.0235.021+-=Z mm 表3.2 余量Z 2的校核计算表

将工序尺寸按“入体原则”表示：01.0440-=L mm ，0

1.0341-=L mm ，01.0242-=L mm ，

039.0143-=L mm 。

2、工序100 钻、攻丝M8螺纹孔

由于M8螺距为1mm ，则先钻孔余量为Z 钻=7mm 。由《机械制造设计基础课程设计》表2.67攻螺纹前钻孔用麻花钻直径为7mm 。

3.5 切削用量的计算

1、工序10 粗铣拨叉头两端面

该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铣左端面；工步2是以左端面定

位，粗铣右端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度v 和进给量f 是一样的。

(1) 背吃刀量 工步1的背吃刀量

1

p a 取为Zl ，Z1等于左端面的毛坯总余量减去

工序2的余量Z3，即Z1=2mm - 1mm = 1mm ；而工步2的背吃刀量2

p a 取为Z2，故

2

p a =

Z2=1mm 。

(2) 进给量 由立式铣床X51功率为4.5kW ，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量z f 取为0.08mm/z

(3) 铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、80=w d mm 、齿数10=z 。查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度9.44=v m/min 。

则

65.178809.4410001000=??==

ππd v n s （r/min ）

由本工序采用X51-型立式铣床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6，取转速w n =160r ／min ，故实际铣削速度

2

.401000

160

801000

=??=

=

ππw

dn v （m ／min ）

当w n =160r ／min 时，工作台的每分钟进给量m f 应为

1281601008.0=??==w z m zn f f （mm ／min ）

可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为125（mm ／min ） 2、工序20 半精铣拨叉头左端面

(1) 背吃刀量

3

3Z a p ==1 mm 。

(2) 进给量 由本工序表面粗糙度Ra,6.3μm ，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀精铣平面进给量，每转进给量f 取为0.4mm/r ，故每齿进给量z f 为0.04mm/z

(3)铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、80=w d mm 、齿数10=z 、z f =0.04mm/z ，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度4.48=v m/min 。

则

58.192804

.4810001000=??==

ππd v n s （r/min ）

由本工序采用X51-型立式铣床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6，取转速w n =180r ／min ，故实际铣削速度

24

.451000

180

801000

=??=

=

ππw

dn v （m ／min ）

当w n =210r ／min 时，工作台的每分钟进给量m f 应为

842101004.0=??==w z m zn f f （mm ／min ）

可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为80（mm ／min ） 3、工序80 半精铣拨叉头右端面

(1) 背吃刀量

4

4Z a p ==1 mm 。

(2) 进给量 由本工序表面粗糙度Ra,3.2μm ，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀精铣平面进给量，每转进给量f 取为0.4mm/r ，故每齿进给量z f 为0.04mm/z

(3)铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、80=w d mm 、齿数10=z 、z f =0.04mm/z ，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度4.48=v m/min 。

则

58.192804

.4810001000=??==

ππd v n s （r/min ）

由本工序采用X51-型立式铣床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6，取转速w n =180r ／min ，故实际铣削速度

24

.451000

180

801000

=??=

=

ππw

dn v （m ／min ）

当w n =210r ／min 时，工作台的每分钟进给量m f 应为

842101004.0=??==w z m zn f f （mm ／min ）

可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为80（mm ／min ） 4、工序100 钻、攻丝M8螺纹孔

(1) 钻7φ孔工步

由工件材料为45钢、孔7φmm 、高速钢钻头，查《机械制造设计基础课程设计》表5.19高速钢麻花钻钻销碳钢的切削用量得，切削速度Vc=20m/min ，进给量f =0..20 mm ／r 。取

p

a =7mm 。

则

910720

10001000=??==

ππw s d v n （r/min ）

由本工序采用Z525型立式钻床，取转速w n =960r ／min ，故实际切削速度

1

.211000

960

71000

=??=

=

ππw

w n d v （m ／min ）

(2)攻螺纹

由于螺纹螺距为1mm 则进给量为f=1mm/r ，查《机械制造设计基础课程设计》5.35组合机床上加工螺纹的切削速度v=3--8m/min ，取v=5 m/min 所以该工位主轴转速

min)/(1998

5

10001000r d v n =??==

ππ

由本工序采用Z525型立式钻床，取转速n=195r ／min ，故实际切削速则

89

.41000

195

81000

=??=

=

ππn

d v （m ／min ）

3.6 时间定额的计算

1．基本时间j t

的计算

(1)工序10——粗铣拨叉头两端面

由于该工序包括两个工步，即两个工件同时加工，由面铣刀对称铣平面、主偏角

r κ=90°，查《机械制造设计基础课程设计》表 5.14铣削基本时间计算得：

()

()

315.0221～+--=e a d d l mm ，2l =1～3mm 。

则

()()()

()5

.6313680805.0315.022221=+--=+--=～～e a d d l

2l ＝2mm

72362=?=l mm

则该工序的基本时间

644.0128

2

5.67221≈++=++=

Z M j f l l l t min=38.6s 。

(2)工序20——半精铣拨叉头左端面 同理，

()()()

()5

.6313680805.0315.022221=+--=+--=～～e a d d l

2l ＝2mm

36=l mm

该工序的基本时间

556.080

2

5.63621≈++=++=

Z M j f l l l t min = 33.4s

(3)工序80——半精铣拨叉头右端面 同理，

()()()

()5

.6313680805.0315.022221=+--=+--=～～e a d d l

2l ＝2mm

36=l mm

该工序的基本时间

556.080

2

5.63621≈++=++=

Z M j f l l l t min = 33.4s

(4)工序100——钻、攻丝M8螺纹孔

1)钻孔工步 查《机械制造设计基础课程设计》表 5.39可知该工步

() 3.5145cot 27

2~1cot 21≈+?=+=

r D l κmm ；2l ＝１mm ；l =9mm ；则该工序的基本时

间