拨叉——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

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

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

学生姓名

班级

学号

成绩

指导教师(签字)

机械工程学院（部）

2011年12月25日

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。

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

15.0050+φ

IT12

φ25的孔 021.0025+φ IT9 拨叉脚内表面 0.0750R25+

IT12 拨叉脚两端面 120.090± IT12 拨叉脚侧面

25 凸台孔φ8 0.01508φ+

IT12 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,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，选用加工余量为MA-H级，并查表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

021.0025+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：

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：

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 ~ ，现取。其粗铣为IT12。

工序30的加工过程如图所示。

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

所示。

图加工过程示意图图工艺尺寸链图

1)求解工序尺寸 L1：查《机械制造设计基础课程设计》表平面粗加工余量，得粗铣余量Z1 =2mm。由图知L2=L=50mm，从图知，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，故L1=52±，L2=50

±。

2)求解工序尺寸 L0：查《机械制造设计基础课程设计》表 平面粗加工余量，得粗铣余量 Z2=2mm ，由图 （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： = 毛坯最大尺寸为：54+ =

（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 ～ ，现取 。其粗铣为 IT12。半精铣：其余量值规定为 。

1)求解工序尺寸 L3：查《机械制造设计基础课程设计》表平面半精加工余量，得半精铣余量Z4=1mm 。由图 知L4=L=12±， 从图知， 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 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，故L3=13±。

2)求解工序尺寸 L2：查《机械制造设计基础课程设计》表平面半精加工余量，得半精铣余量Z3=1mm 。从图知，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 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，故L2=14±。

3)求解工序尺寸 L1：查《机械制造设计基础课程设计》表平面粗加工余量，得粗铣余量Z2=2mm 。从图知， 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 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，故L1=16±。

4)求解工序尺寸 L0，查《机械制造设计基础课程设计》表平面粗加工余量，得粗铣余量Z1=2mm 。从图知。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 0.093

0.032+-。

铸造毛坯的基本尺寸为L0=18mm 毛坯最小尺寸为： = 毛坯最大尺寸为：18+ =

（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 粗扩孔的精度等级： IT = 10 ，表面粗糙度 Ra = ，尺寸偏差是

精铰孔的精度等级： IT = 8 ，表面粗糙度 Ra = ，尺寸偏差是 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：φ 2Z=（Z 为单边余量～2） 铰孔：φ25 2Z=（Z 为单边余量～）

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 ； 半精镗：φ50孔，其余量值为 ；

铸件毛坯的基本尺寸分别为：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+ = 毛坯最大尺寸为： =

工序70 钻、扩、铰凸台Φ8孔

工序70的加工过程为钻Φ6孔，扩Φ孔，铰Φ8孔，由图5- 的加工方案可得出全部工艺尺寸链，如图5- 所示，求解各尺寸链及公差的顺序如下：

图5-5 第60道工序加工方案示意图

图5-6 第60道工序工艺尺寸链图

孔加工余量计算方法和Φ25孔一样最终可得由图可知R=4，R=R2+Z1，Z1为铰孔加工余量查《机械加工余量手册》得：Z1=，则R2=R-Z1==，由于工序尺寸R2是在扩孔中确定的，查《机械制造工艺学》表4-8和《互换性与测量技术》可知：扩孔工序的经济精度等级可达到该面的最终加工要求----IT12，因此确定该工序

尺寸公差为IT12，其公差值为，故R2=mm；

R2=R1+Z2，Z2为钻孔余量查《机械加工余量手册》得：Z2=，则R1=，由于工序尺寸R1实在钻孔中确定的，查《机械制造工艺学》表4-8可知：扩孔工序的经济精度等级可达到该面的最终加工要求----IT12，因此确定该工序尺寸公差为

IT12，其公差值为，故R1=mm。

故此工序钻孔大小为mm，扩孔大小为mm。

将上述各个工序的各个加工制成表格，方标查阅，如下：

（1）圆柱表面工序尺寸确定各表面的各个加工工序的加工余量如下

加工表面加工

内容

加工

余量

精度

等级

机床设备刀具

φ25 IT7钻22IT12Z525型立式钻

床

麻花钻、

扩孔钻，

铰刀

扩IT11

铰IT9

φ50 IT7粗镗IT13镗床镗刀半精镗IT11

φ8 IT7钻6IT12Z525型立式钻

床

麻花钻、

扩孔钻，

铰刀

扩IT11

铰IT9

（2）平面工序尺寸

加工内容加工

余量

精度

等级

机床设备刀具

粗铣φ40上、下端面IT12立式铣床

X51

直柄立式铣刀

粗铣φ75上、下端面IT12立式铣床

X51

直柄立式铣刀

半精铣φ75IT11立式铣床

X51

直柄立式铣刀

二、切削用量的选择计算

确定切削用量

工序 20：粗铣φ25mm 孔两端平面 （1）粗铣φ25mm 孔两端面 工件材料： HT200，铸造。

刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀） ，材料： YT 15 ， D = 100mm ， 齿数 Z = 8 ，此为粗齿铣刀。

因其单边余量：Z=2mm 所以铣削深度p a ：p a = 2mm 每齿进给量f a ：取f a = / Z 铣削速度 V ：取 V = / s 机床主轴转速 n ：1000V

n d

π=式（） 式中 V —铣削速度； d —刀具直径。

代入式（）得10001000 1.3360

254/min 3.14100

V n r d π??=

==? ， n = 300r / min 实际铣削速度 v ： 3.14100300

1.57/1000100060

dn v m s π??==≈?

进给量f v ：f v = f a Zn = × 8 × 300 / 60 ≈ / s 工作台每分进给量m f ：m f = f v = / s = 288mm / min

a ε = 40mm

工序 2：加工孔φ25 到要求尺寸

工件材料为 HT200 铁，硬度 200HBS 。孔的直径为φ25mm ，公差为 H7，表面粗糙度Ra = 。加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为；钻孔——φ22 mm 标准高速钢麻花钻；扩孔——φ mm 标准高速钢扩孔钻；铰孔——φ25 mm 标准高速铰刀。选择各工序切削用量。 （1）确定钻削用量

1）确定进给量 f ：f 表= ~ mm / r ，由于孔深度比 l / d 0 = 30 / 22 = ， k lf = ，故 f 表= ~ × = ~ / r 。取f = / r 。

钻头强度所允许是进给量 f ' > / r 。由于机床进给机构允许的轴向力 Fmax = 15690 N ，允许的进给量 f " > / r 。 由于所选进给量 f 远小于 f ' 及 f " ，故所选 f 可用。

2）确定切削速度v 、轴向力F 、转矩T 及切削功率Pm ，由插入法得 v 表 = 17 m / min ， F 表 = 4732 N T 表 = N M ， P m 表 =

由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。 k Mv = ， k lv = ，故

v '表 = 17m / min× × = (m / min)

01000'100011.22/min

'162/min 3.1422

k v mm n r d π?=

==? 取 n = 195r / min 。实际切削速度为

0 3.1422195/min

162/min 1000

1000

d n

r v r π??=

=

=

k MF = k MT = ，故

F = 4732 N × = 5016( N ) T = × = N m ?

3）校验机床功率 切削功率 P m 为 P m = P m 表(n/n')k/MM = ×(195/246)×= 机床有效功率 P’E = P E η=×=>Pm 故选择的钻削用量可用。即

d 0=22mm ，f =r ，n=195r/min ，v =14m/min 相应地 F = 5016 N ，T = N m ? ，P m = （2）确定扩孔切削用量

1）确定进给量f ： f 表＝（～）mm/r×＝～ mm/r 。 取 f =r 。 2）确定切削速度v 及n ，取v 表 = 25m / min 故 v '表 = 25m / min× × = / min

n' = 1000v '表/（π d 0 ) = 1000 × / min/(π × mm) = 286r / min

实际切削速度为 v = π d 0 n ×10-3 =min （3）确定铰孔切削用量

1）确定进给量f ：f 表 = ~ ，取 f = / r 。 2）确定切削速度v 及n ，取 v 表 = / min 。 故v '表 = / min× × = / min

n' = 1000v '表 /(π d 0 ) 13 = 1000 × (m / min) /(π × 25mm) = / min 取 n = 100r / min ，实际铰孔速度 v = π d 0 n ×10-3= π × 25mm × 100r / min×10-3 = / min

4）各工序实际切削用量 根据以上计算，各工序切削用量如下： 钻孔： d 0 = 22mm ， f = / r ， n = 195r / min ， v = 14m / min 扩孔： d 0 = mm ， f = mm / r ， n = 275r / min ， v = / min 铰孔： d 0 = 25mm ， f = / r ， n = 100r / min ， v = / min

铣拨叉脚槽内侧面

（1）背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量1p a 取为1Z ，1Z =2mm ；工步2的背吃刀量2p a 取为2Z ，2Z =。

（2）进给量的确定 按机床功率为5～10kW 、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z 。

（3）铣削速度的计算

按镶齿铣刀、d/z=18/3的条件选取，铣销速度υ可取为19m/min 。

min /3361000r d

n ==πυ

，参照表4-15（

《机械制造技术基础教程》）所列X51型立式铣床的主轴转速，取转速n=380r/min 。再将此转速代入公式d n πυ

1000=，可求

出该工序的实际铣销速度υ= m/min 。