变速器换挡叉的工艺过程及夹具设计说明书

变速器换挡叉的工艺过程及夹具设计
目录
第 1 章绪论 0
1.1变速器换挡叉概述 0
1.2设计任务及意义 0
1.2.1 设计任务 0
1.2.2 设计意义 0
第 2 章零件的分析 (2)
2.1零件的作用 (2)
2.2零件的工艺分析 (2)
第 3 章工艺规程设计 (5)
3.1确定毛坯的制造形式 (5)
3.1.1 零件的材料 (5)
3.1.2 确定毛坯的类型、制造方法及尺寸公差 (5)
3.1.3 确定毛坯的技术要求 (5)
3.1.4 绘制毛坯图 (5)
3.2锻件形状复杂系数与锻件材质系数的确定 (6)
3.3锻件分模线形状与零件表面粗糙度 (6)
3.4基面的选择 (7)
3.5制定工艺路线 (8)
3.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定 (9)
3.7确定切削余量及基本工时 (11)
第 4 章夹具设计 (26)
4.1问题的提出 (27)
4.2夹具设计 (27)
4.3夹具设计及操作说明 (29)
第 5 章总结与展望 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
附表 (33)
第 1 章绪论
1.1变速器换挡叉概述
换挡叉用于多种机械装置中，各种机床的变速要用到换挡叉，汽车在行驶中的变速也离不开换挡叉。

它位于变速机构中，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。

随着机械制造技术日新月异的发展，制造商不断推出各种各样的先进的变速器换挡叉制造技术。

换挡叉裂解技术就是20世纪90年代出现的一种先进的变速器换挡叉加工新技术，和传统加工技术相比，该技术具有大幅度提高产品质量、提高生产率、降低生产成本等突出优点而备受业界关注。

我们国家正在不断缩小同先进汽车生产国家在变速器换挡叉上的差距，使我国变速器换挡叉生产水平与世界先进换挡叉生产水平的差距越来越小，不断增强我国机械行业整体的生产水平。

1.2 设计任务及意义
1.2.1 设计任务
本课题根据调查研究所提供的数据和有关技术资料，运用机械制造技术理论等相关专业知识对变速器换挡叉零件的作用和工艺进行了分析和计算，并对该换挡叉的加工工艺以及其第五道工序的夹具进行了优化设计。

本论文制定了变速器换挡叉的工艺过程方案，拟定了夹具设计方案并完成了其第五工序的夹具结构设计。

最后通过使用AUTOCAD 绘制零部件图和装配图，保证了加工质量的高效、省力、经济合理。

本论文就以下几方面内容展开详细的论述：
1、工艺规程设计。

2、绘制被加工零件毛坯图、夹具零件图、夹具装配图。

3、按规定格式编制工序卡片及设计计算说明书。

1.2.2 设计意义
随着科技日新月异的不断发展，人们对换挡操作机构的要求也日渐苛刻，不仅要性能好、油耗小，对换挡操作机构的舒适度的要求也日渐提高，特别是对操作的舒适性能更是格外的挑剔。

与此同时，中国变速器换挡叉市场的竞争也日趋激烈，世界各种品牌的换挡叉生产商云集中国。

为了满足客户的需求，为了提高换档操作机构的舒适度，为了缩短开发周期尽早将产品投放市场，为了产品在投放市场后能够安全、稳定和可靠的运行，我们就必须重视换档操纵机构的每一个环节的开发，就必须掌握和应用目前最先进的方法。

只有这样才能节省开发时间和成本，才能提高产品的性价比和竞争力。

因此本论文对变速器换挡叉的研究不仅有利于提高我们分析问题的理论水平，同时能有利于提高解决问题的实践能力，对产品的实际开发也有十分重要的战略意义。

第 2 章零件的分析
2.1 零件的作用
题目所给定的零件是变速器换挡叉（如下图2-1 所示），它位于传动轴的端部。

主要作用是传递扭矩，使变速器获得换挡的动力。

该零件是以∅15.8F8孔套在轴上，并用M10×1-7H 螺纹孔与轴定位，换挡叉脚卡在双联齿轮的轴中，变速操作机构通过换挡叉头部的操纵槽带动换挡叉与轴一起在变速箱中滑动，换挡叉脚拨动双联齿轮在花键轴上滑动，从而实现变速器变速。

换挡叉的主要工作面为操纵槽换挡叉脚两端面，主要配合面为∅15.8F8孔，M10×1-7H 螺纹孔和换挡叉脚侧面。

该零件属于特殊形状零件，但复杂程度一般。

由于换挡叉在工作时表面要承受一定的压力，因此，要求有一定的强度和韧度。

图2-1 变速器换挡叉零件图
2.2 零件的工艺分析
（1）该变速器换挡叉需要加工的表面可大致分为四类：
①∅ 15.8F8 孔；
②以∅ 15.8F8 为基准的顶端16×56两侧面和叉口的前后两侧面；
③以∅ 15.8F8 为基准的其它几个平面以及槽；
④M10 × 1-7H 螺纹。

这几组加工面之间有着一定的位置要求，主要是：∅ 15.8F8 mm 孔的中心线与叉口的前后两侧面的垂直度公差为0.15mm。

表2—1 换挡叉技术要求
该变速器换挡叉结构简单，属于典型的叉杆类零件。

为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔和变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求高。

叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强耐磨性，采用局部淬火，硬度为180HBS 左右，为保证换挡叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面与孔∅15.8 垂直度要求为0.15mm。

换挡叉用螺钉定位，螺纹孔为M10。

综上所述，该零件的各项技术要求制订的较合理，符合在其变速箱中的功用。

（3）审查换挡叉的工艺性
分析零件图可知，该换挡叉叉脚两端面厚度薄于连接的表面，但减少了加工面积，使用淬火处理来保证局部的接触硬度。

叉脚两端面面积相对较大，可防止加工过程中钻头钻偏，保证孔的加工精度及叉脚两端面的垂直度。

其它表面加工精度较低，通过铣削、钻床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。

可见该零件工艺性好。

第 3 章工艺规程设计
3.1 确定毛坯的制造形式
3.1.1 零件的材料
零件的材料为35钢，是中碳钢。

其铸造工艺性介于低碳钢和高碳钢之间，可进行热处理，以获得所需要的机械性能。

3.1.2 确定毛坯的类型、制造方法及尺寸公差
①因零件的材料为35钢，考虑到零件在加工过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠，且零件的轮廓尺寸不大，参照文献[1]表1.3-1,可采用模锻锻造成型。

②变速器换挡叉属特殊形状零件，且加工过程中利用不加工表面进行定位的工序较多，又是成批生产，故零件的毛坯选用锻模。

锻件公差等级为普通级，加工余量查表可得，换挡叉脚内侧面留单边余量为2mm, ∅15.8F8孔不锻出，孔左右两端面的加工余量为2mm.换挡叉头两端面的单边余量为4.25mm，换挡叉脚内平端面为1.9mm,外凸端面为2.2mm,操纵槽不锻出，单边余量为7.1mm。

3.1.3 确定毛坯的技术要求
如图3-1所示：
①未注明锻造圆角为R15，拔模斜度为7°
②锻件淬火硬度为180HBS
③材料：35钢
3.1.4 绘制毛坯图
根据任务书变速器换挡叉零件图，在各加工表面上加上机械加工余量，绘制毛坯图（如图3-1所示），并标注尺寸和技术要求。

图3-1 变速器换挡叉毛坯图
3.2 锻件形状复杂系数与锻件材质系数的确定
（1） 锻件形状复杂系数
锻件重量:
已知机械加工后换挡叉的重量为3kg ，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯 的重量为3.5kg 。

对换挡叉零件图分析计算，可大概确定锻件外轮廓包容体出该换挡叉锻件的长度、宽度和高度，即l=136mm ，b=76mm ，h=72mm ，ρ=6108.7-⨯kg/3mm 由文献[2]公式2-3 可计算零件的形状复杂系数 S=
n t m m =6
108.772761365.3-⨯⨯⨯⨯=0.6 (3.3.1) 故属于S 2 级。

（2)锻件材质系数
由于该换挡叉材料为35 钢，是碳的质量分数少于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级。

3.3 锻件分模线形状与零件表面粗糙度
根据该换挡叉的形位特点，以对称平分面为分模面，属平直分模线。

由零件图可知，该换挡叉各加工表面粗糙度Ra 均大于等于3.2um。

3.4 基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确和合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成大批零件报废，使生产无法正常进行。

(1)粗基准的选择
在选择粗基面时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图样要求。

粗基准的选择应以下几点为原则：
①.应选能加工出精基准的毛坯表面作粗基准。

②.当必须保证加工表面与不加工表面的位置和尺寸时，应选不加工的表面作为粗基准。

③.要保证工件上某重要表面的余量均匀时，则应选择该表面为定位粗基准。

④.当全部表面都需要加工时，应选余量最小的表面作为基准，以保证该表面有足够的加工余量。

在铣床上加工变速器换挡叉时，以∅15.8mm内孔作为粗基准。

满足粗基准的选择原则。

(2)精基准的选择
精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便，夹具结构简单。

选择时应遵循以下原则：
①尽量选零件的设计基准作精基准，可以避免因基准不重合引起的定位误差，这一原则称为“基准重合”原则。

②尽可能使工件各主要表面的加工，采用统一的定位基准，这是“基准统一”原则。

③当零件主要表面的相互位置精度要求很高时，应采用互为基准，反复加工的原则。

④选择加工表面本身作为定位基准，即“自为基准”。

⑤选择的定位精基准，应保证工件定位准确，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便。

该零件加工时，采用∅15.8mm内孔作为精基准来加工换档叉叉口前后两侧面。

3.5 制定工艺路线
工艺路线的拟订是制定工艺规程的关键，其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序和工序的组合。

制定工艺路线与定位基准的选择密切相关。

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已确定的条件下，应考虑机床的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。

工艺方案分析：由于零件表面精度要求较高，所以安排了粗铣和精铣。

考虑到∅ 15.8mm 孔的精度要求较高，安排为钻并扩铰加工。

精铣时以∅ 15.8mm孔定位能保证端面与轴心的位置精度要求。

(1)综上分析，确定的加工路线方案一如下：
工序Ⅰ钻并扩铰∅ 15.8mm 孔。

工序Ⅱ粗铣叉口19×5.9两内侧面。

工序Ⅲ粗铣16×56两侧面。

工序Ⅳ粗铣叉口前后两侧面及R105mm的叉部端面。

工序Ⅴ粗铣14.2 槽及16.5×42.9面及16.5×14.5面及11×9.65面。

工序Ⅵ精铣叉口19×5.9两内侧面。

工序Ⅶ精铣16×56两侧面。

工序Ⅷ精铣叉口前后两侧面及R105mm的叉部端面。

工序Ⅸ精铣16.5×42.9面。

工序Ⅹ钻螺纹底孔M10mm 及攻M10×1-7H 螺纹。

工序Ⅺ倒角并检查。

(2)工艺路线方案二为：
工序Ⅰ粗铣叉口19×5.9 两内侧面。

工序Ⅱ钻并扩铰∅15.8mm 孔。

工序Ⅲ粗铣16×56 两侧面。

工序Ⅳ粗铣叉口前后两侧面及R105mm 的叉部端面。

工序Ⅴ粗铣14.2 槽及16.5×42.9面及16.5×4.5 面及11×9.65面。

工序Ⅵ精铣叉口19×5.9 两内侧面。

工序Ⅶ精铣16×56两侧面。

工序Ⅷ精铣叉口前后两侧面及R105mm 的叉部端面。

工序Ⅸ精铣16.5×42.9面。

工序Ⅹ钻螺纹底孔M10mm 及攻M10×1-7H螺纹。

工序Ⅺ倒角并检查。

(3)工艺方案的比较与分析：
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先将定位孔加工出来以便于其他面的加工；方案二则先将叉口内侧面加工出来，然后再加工其它平面，而且为了节省装卸时间，将一些粗、精加工放在同一个工序中。

两相比较可以看出，先加工孔再加工其它表面可以更好地保证各个面的位置及方向误差，而且需要把粗、精加工分开才能保证零件的表面质量要求。

因此最终决定选用方案一进行加工。

3.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定
变速器换档叉零件为35 钢，硬度180-201HBS，采用在锻锤上合模模锻毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
（1）∅15.8F8 内孔
毛坯为实心，不冲出孔。

内孔精度要求IT7，查阅文献[1]表2.3-8 确定孔的加工余量分配：
钻孔：∅15㎜
扩钻：∅15.5mm
2Z=0.5 mm 粗铰：∅15.7mm 2Z=0.1 mm
精铰：∅043.0016.08.15++
2Z=0.1 mm （2）叉口两内侧面及R105mm 的叉部端面。

由于两内侧面对于R28.5 中心线有平行度等位置要求，所以可以将其作内孔
来确定加工余量，即∅1.0051+ 的孔。

毛坯为实心，已经有孔，精度要求为IT8，参照
文献[1]表2-3.9 确定加工余量分配：为简化模锻毛坯的外形，先直接取叉口尺寸为46.5mm 。

表面粗糙度要求um R z 3.6，因而需要精铣，此时粗铣时单边余量z=2.0 mm ，精铣时单边余量z=0.25mm 。

对于R105mm 的叉部端面，选取粗铣时z=2.0mm ，精铣时z=0.2mm 。

（3）16×56 两侧面
由于是在卧式铣床上两把刀同时铣，所以可以把两侧面的余量用双边余量来计算。

现毛坯长度方向直接取11mm 。

表面粗糙度为um R z 3.6，需要精铣，此时粗铣单边余量为z=2.0-0.2=1.8mm ，精铣时单边余量z=0.2mm 。

（4）叉口前后两侧面
该端面的表面粗糙度要求um R z 3.6，所以先粗铣再精铣。

查文献[4]中的表4-1 查得锻件尺寸公等级CT 分为7-9级，选用8级。

此时粗铣单边余量z=2.0mm ，精铣时单边余量z=0.2mm 。

（5）14.2槽、16.5×42.9面、16.5×14.5面及11×9.65面
同理，因为它们的粗糙度要求均为um R z 5.12，所以只需进行粗铣。

此时粗铣单边余量Z=2mm 。

3.7 确定切削余量及基本工时
工序Ⅰ：钻、扩及铰钻∅ 15.8F8 孔，本工序采用计算法确定切削用量。

加工条件
工件材料：35 钢正火，55.0=b σGPa 、模锻。

加工要求：钻、扩及铰钻∅15.8F8孔，um R z 2.3。

刀具：查阅文献[5]，根据表2-125，选择麻花钻∅15mm 、扩孔钻∅15.5mm 、铰刀。

计算切削用量
（1）钻∅15mm 孔
1）进给量f :根据文献[7]表2.7，当钢的800<b σMPa ， d =∅15mm 时，f = 0.29～0.37 mm/r ，由于本零件在加工∅15.8 mm 孔时，属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则
f =（0.29～0.37）×0.75= 0.22 ～0.28 mm/r
根据机床说明书，现取f =0.20mm /r 。

2）切削速度：根据文献[7]表2.13 及表2.14，查得切削速度v = 18m/min 。

3）主轴转速：
min /382158.1510001000r d v n w s =⨯⨯==ππ (3.8.1)
根据机床说明书（见文献[1]表4.2-2），与382r /min 相近的机床转速为380r/min ，故实际切削速度为：
min /85.181000380
8.151000m n d v w
w =⨯⨯=•=ππ (3.8.2)
4）切削工时：按文献[1]表6.2-5
mm l mm l mm l 3,9,4321===
min 92.021=•++=f n l l l t w m (3.8.3)
（2）扩∅15.5mm 孔
1）进给量f :根据文献[7]表2.10，当钢的800<b σMPa ,d =∅15.8mm 时， f = 0.6 ～ 0.9 mm / r ，由于本零件在加工∅15.8 mm 孔时，属于低刚度零件,故进给量应乘系数0.75，则
f =(0.6～0.9)×0.75=0.45～0.675mm/r
按机床说明书，取f =0.50mm /r 。

2）切削速度:
扩孔钻扩孔的切削速度,根据文献[1]表28-2 确定为
v=0.4钻v
其中钻v 为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度。

故
v = 0.4×18.85 = 7.54m/min
3）主轴转速:
min /9.1545.1554.710001000r d v n w s =⨯⨯==ππ (3.8.4)
根据机床说明书（见文献[1]表4.2-2）,选取
m in /198r n w =
4）机动工时：
mm l mm l mm l 3,3,4321===
min 5.0211=•++=f n l l l t w (3.8.5)
（3）粗铰∅15.7mm 孔
1）进给量f ：
根据文献[1]表2.10，铰孔时的进给量和切削速度分别为钻孔时的31～2
1，所以
r mm f f z /07.02.03
131=⨯== r mm v v z /28.685.183
131=⨯== min /6.1267.1514.328.610001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.6)
2)切削速度：
查阅文献[1]表4.2-2，选取
m in /198r n w =
所以实际切削速度为：
min /76.910001987.1514.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.7)
3)切削工时:
mm l mm l mm l 4,3,4321===
min 61.3211=•++=f n l l l t w (3.8.8)
（4）精铰∅15.8mm 孔
因为精铰与粗铰共用一把刀，利用其机床对工件作粗、精铰孔，所以切削用量及工时均与粗铰相同。

r mm f f z /07.02.03
131=⨯==
min /76.91000
1987.1514.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.9) m in /198r n w =
min 61.32
11=•++=f n l l l t w (3.8.10)
工序Ⅱ：粗铣叉口19×5.9两内侧面，保证尺寸1.005.50+mm
进给量：由文献[1]表3.1-29 查得采用硬质合金立铣刀,齿数z = 5，d = 40。

由文献[6]表5-5 得硬质合金立铣刀每齿进给量f 为0.15～0.30 ，由手册得f 取0.15mm/z 。

铣削速度：由文献[6]表5-6 得硬质合金立铣刀切削速度为45～90 m/min, 由手册得v 取60m/min.
主轴转速：
min /7.4774014.36010001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.11)
查阅文献[1]表4.2-39，取min /490r n w =，故实际切削速度为：
min /54.6110004904014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.12)
切削工时:
mm l l l 5021=++=行程
当min /490r n w =时，工作台的每分钟进给量:
m in /5.367mm n z f f w z m =⨯⨯=
查阅文献[1]表4.2-40，取
min /320mm f m =
故有：
min 16.0320502
1==++=m m f l l l t (3.8.13)
工序Ⅲ 粗铣16 × 56 两侧面；保证尺寸；0
25.005.10-
进给量：根据文献[7]表3.3 得: z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.35m/s ，即21m/min 。

主轴转速：采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 40=，齿数z=18，β =15°。

则
min /1674014.32110001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.14)
查阅文献[1]表4.2-39，取m in /160r n w =，故实际切削速度为：
min /1.2010001604014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.15)
当m in /160r n w =时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /4.2301601808.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1] 表4.2-30 ，有min /230mm f m = 与该值接近，故选用230mm /min 。

切削工时：
mm l l l 7021=++=行程
min 30.02307021==++=m m f l l l t (3.8.16)
工序Ⅳ 粗铣叉口前后两侧面及R105mm 的叉部端面，保证尺寸0
19.03.6-
（1）粗铣叉口前后两侧面
进给量：根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=。

切削速度：参考有关手册，确定v=0.45m/s ，即27m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 225=，齿数z=20，β =15°。

则
min /3822514.32710001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.17)
查阅文献[1]表4.2-39，取min /5.37r n w =，故实际切削速度为：
min /5.2610005.3722514.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.18)
当min /5.37r n w = 时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /605.372008.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1]表4.2-40，刚好有m in /60mm f m =，故可直接选用该值。

切削工时：mm l l l 5521=++=行程
则机动工时为
min 92.0605521==++=m m f l l l t (3.8.19)
（2）粗铣R105mm 的叉部端面
进给量：根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.45m/s ，即27m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀mm d w 225= ,齿数Z=20.则
min /3822514.32710001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.20)
查阅文献[1]表4.2-39，取min /5.37r n w =
故实际切削速度为：
min /5.2610005.3722514.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.21)
取min /5.37r n w = 时,工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /605.372008.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1]表4.2-40，刚好有m in /60mm f m =，故可直接选用该值。

切削工时：
min 53.2605521==++=m m f l l l t (3.8.22)
工序Ⅴ 粗铣14.2 槽及16.5×42.9面及16.5×14.5 面及11× 9.65 面
(1)粗铣14.2 槽
进给量：根据机床说明书取z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.45m/s 即27m/min ,采用粗齿锥柄立铣刀，mm d w 14=莫氏锥度号数2,齿数Z=3 则
min /6141414.32710001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.23)
查阅文献[1]表4.2-39，取min /600r n w =。

故实际切削速度为：
min /38.2610006001414.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.24)
当min /600r n w = 时，工作台的每分钟进给量m f 为
m in /144600308.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1]表4.2-30，选用m in /150mm f m =
切削工时：参考文献[9]表9.4-31
min 144.015065.211==+=m w m f l l t (3.8.25)
（2）铣16.5×42.9面
进给量：根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.35m/s ，即21m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 40=，齿数z=18。

则
min /1674014.32110001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.26)
查阅文献[1]表4.2-39，取m in /160r n w =。

故实际切削速度为：
min /1.2010001604014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.27)
当m in /160r n w = 时，工作台的每分钟进给量m f 应为：
m in /4.2301601808.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1] 表4.2-40 ， 有min /230mm f m = 与该值接近，故选用230mm /min 。

切削工时：mm l l l 5521=++=行程
min 25.023055==m t (3.8.28)
（3）粗铣16.5×14.5 面
进给量：根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.25m/s ，即15m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 40=，齿数z=18。

则
min /1204014.31510001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.29)
查阅文献[1]表4.2-39,取m in /120r n w =。

故实际切削速度为：
min /1.1510001204014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.30)
当m in /120r n w = 时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /8.1721201808.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1] 表4.2-40 ，有m in /180mm f m =与该值接近，故选用180mm/min 。

切削工时：
mm l l l 4621=++=行程
min 26.018046==m t (3.8.31)
（4）粗铣铣11×9.65面
进给量：根据《切削手册》表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.35m/s ，即21m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 40=，齿数z=18。

则
min /1674014.32110001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.32)
根据机床说明书，取m in /160r n w =，故实际切削速度为：
min /1.2010001604014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.33)
当m in /160r n w = 时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /4.2301601808.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查机床说明书，有min /230mm f m =与该值接近，故选用230mm/min 。

切削工时：
mm l l l 4021=++=行程
min 18.023040==m t (3.8.34)
工序Ⅵ 精铣叉口两内侧面
进给量：根据文献[7]表3.3 得: z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.25m/s ，即15m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 40=，齿数z=18。

则
min /1194014.31510001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.35)
查阅文献[1]表4.2-39，取m in /125r n w =
故实际切削速度为：
min /7.1510001254014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.36)
当m in /125r n w = 时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /3.1841251808.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1] 表4.2-40 ，有m in /190mm f m = 与该值接近，故选用190mm /min 。

切削工时：
mm l l l 5021=++=行程
min 26.019050==m t (3.8.37)
工序Ⅶ 精铣16×56 两侧面
进给量：根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.25m/s ，即15m/min 。

采用高速钢立铣刀，mm d w 40=，齿数z=18。

则
min /1194014.31510001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.38)
查阅文献[1]表4.2-39，取m in /125r n w =
故实际切削速度为：
min /7.1510001254014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.39)
当m in /125r n w = 时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /3.1841251808.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1]表4.2-40，有m in /190mm f m =与该值接近，故选用190mm /min 。

切削工时：
mm l l l 7021=++=行程
min 37.019070==m t (3.8.40)
工序Ⅷ 精铣叉口前后两侧面及R105mm 的叉部端面,保证尺寸0
19.09.5-
(1)精铣叉口前后两侧面
进给量:根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.35m/s ，即21m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 40=，齿数z=20，β = 8°。

则
min /7.2922514.32110001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.41)
查阅文献[1]表4.2-39，取m in /30r n w =
故实际切削速度为：
min /2.2110003022514.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.42)
当m in /30r n w =时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /48202008.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1] 表4.2-40 ， 有m in /45mm f m = 与该值接近，故选用45mm /min 。

切削工时
mm l l l 5521=++=行程
则机动工时
min 22.145552
1==++=m
m f l l l t
(3.8.43) (2)精铣R105mm 的叉部端面
进给量：根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度:参考有关手册,确定v=0.45m/s 即27m/min
采用高速钢镶齿三面刃铣刀mm d w 225= ,齿数Z=20.则
min /3822514.327
10001000r d v n w
s =⨯⨯==π
(3.8.44) 查阅文献[1]表4.2-39 取m in /5.37r n w =。

故实际切削速度为：
min /5.2610005
.3722514.31000m n d v w w =⨯⨯=•=π
(3.8.45) 当m in /5.37r n w = 时,工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /605.372008.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1]表4.2-40,有m in /60mm f m =,故直接选用该值
切削工时：
min 53.2602
762
1=⨯=++=m
m f l l l t
(3.8.46)
工序Ⅸ 精铣16.5×42.9 面
进给量：根据文献[7]表3.3 得z mm f z /08.0=
切削速度：参考有关手册，确定v=0.25m/s ，即15m/min 。

采用高速钢镶齿三面刃铣刀，mm d w 40=，齿数z=18，β = 8°。

则
min /4.1194014.31510001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.47)
查阅文献[1]表4.2-39，取m in /125r n w =。

故实际切削速度为：
min /7.1510001254014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.48)
当m in /125r n w =时，工作台的每分钟进给量m f 应为
m in /1801251808.0mm n z f f w z m =⨯⨯=⨯⨯=
查阅文献[1] 表4.2-40 ， 有m in /190mm f m =与该值接近，故选用190mm /min 。

切削工时：
mm l l l 5521=++=行程
min 29.019055==m t (3.8.49)
工序X 钻螺纹底孔M10mm 及攻M10×1-7H 螺纹孔
（1）钻螺纹底孔M10mm
进给量：根据文献[7]表2-7 得f=0.1mm/r
切削速度：根据文献[7]表2-13，2-14 查得切削速度v=20m/min
所以:
min /6371014.32010001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.50)
根据机床说明书,取min /637r n w =
故实际切削速度为：
min /1.2010006371014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.51)
切削工时：
min 11.01.063712421=⨯++=•++=f n l l l t w m (3.8.52)
（2）攻螺纹M10×1-7H 螺纹
进给量：根据文献[7]表2-7 得f=0.1mm/r
切削速度：参考有关手册,选取v=0.1m/s=6m/min
min /1911014.3610001000r d v n w s =⨯⨯==π (3.8.53)
按机床说明书选取m in /195r n w =故实际切削速度为：
min /1.610001951014.31000m n d v w
w =⨯⨯=•=π (3.8.54) 机动工时：min 49.01.0195335.321=⨯++=•++=f n l l l t w m (3.8.55)
其中切入mm l 31=，切出mm l 32=，l=3.5mm 。

工序Ⅺ 倒角并检查。

分析零件图可知，该零件上共有三处倒角需要加工，其中位于叉口和槽口处的倒角均是0.8×45°，孔口处的倒角为0.4×45°。

采用90°锪钻在转塔六角车床上依次加工这三处倒角。

可以选取主轴转速n=545r/min,手动进给。

最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见附表。

第 4 章夹具设计
夹具作为辅助装置，其设计质量的好坏对零件的加工质量、效率、成本以及工人的劳动强度均有直接的影响，因此在进行夹具设计时，必须使加工质量、生产率、劳动条件和经济性等几方面达到统一，其中保证加工质量是最基本的要求，但是根据实际情况有时会有所侧重，如对位置精度要求很高的加工，往往着眼于
保证加工精度，对于位置精度要求不高的而加工批量较大的情况，则着眼于提高夹具的工作效率。

总之，在考虑上述四方面要求时，应在满足加工要求的前提下，根据具体情况处理好生产率与劳动条件、生产率与经济性的关系。

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

根据设计任务书，设计加工变速器换档叉16.5 ×42.9 两侧面的铣床夹具。

本夹具用于卧式铣床,刀具为φ40mm高速钢镶齿三面刃铣刀,同时对2 个面进行加工。

图4-1 夹具体图
4.1 问题的提出
本夹具主要用来粗铣变速器换档叉16.5×42.9两侧面，这两个侧面对∅15.8孔有一定的位置度要求。

因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低生产成本，而精度不是主要问题。

4.2 夹具设计
(1)定位基准的选择
由零件图可知，叉口两端面对∅15.8孔有位置度要求。

为了达到定位夹紧要求，据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，
应尽量采用同一定位基准进行加工，所以应该选择∅15.8孔作为主要定位基准面，同时以叉口两内侧面作为辅助定位基准。

(2)定位分析
工件在心轴、挡板、螺栓及支承钉上实现完全定位。

其中心轴限制了工件在Z 轴上的移动和转动自由度以及Y 轴的移动自由度；挡板和螺栓限制了工件在X 轴上的移动自由度和转动自由度；支承钉限制了工件在Y 轴上的转动自由度，又由于是两个平面同时加工，所以实现了完全定位。

(3)切削力及夹紧力计算
刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，∅40mm,z =18 根据文献[7]表3.28 得
F
F
F
F F w q u e y z x p F Mn
d z
a f a C F 0
=
(4.2.1)
其中
，
18
,0,86.0,40,86.0,20,72.0,08.0,0.1,1.3,6500===========z w mm q mm d mm u mm a y mm f x mm a c F F F e F z F p F
所以
N F 32424018
2008.01.365086
.086.072.0=⨯⨯⨯⨯=
当用两把刀铣削时，N F F 64842==实 (4.2.2)
水平分力：N F F H 4.71321.1==实 (4.2.3) 垂直分力：N F F V 2.19453.0==实
(4.2.4)
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。

安全系数 K = K1 K2 K3 K4 。

其中， K1 为基本安全系数1.5；
K2 为加工性质系数1.1；
K3 为刀具钝化系数1.1； K4 为断续切削系数1.1。

所以
N N KF F H 156644.71321.11.11.11.15.1=⨯⨯⨯⨯⨯=='
(4.2.5)
(4)定位误差分析
夹具的主要定位元件是心轴，所以定位误差主要是心轴与工件孔之间的装配
误差，即轴与孔的配合误差。

孔的尺寸为∅043
.0016.088.15++F ，所选择的配合轴的尺寸为∅020.0078.15+h 。

所以定位误差为m ax b V = 0.043−0=0.043 mm ，而孔的公差为IT8=0.572，所以
d b V max < IT8，即最大侧隙能满足零件的精度要求。

4.3 夹具设计及操作说明
如前所述,在设计夹具时,因为加工工件及夹具的结构都比较简单，为了节约成本，我们应着眼于手动夹紧而不采用机动夹紧。

夹具以∅15.8 孔为定位基准，以叉口为辅助基准以实现完全定位和夹紧，以便装卸；夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀。

第 5 章 总结与展望
提高车辆的换挡安全性和舒适性，缩短变速器换挡叉产品的开发周期，节约制造成本，是关系当今汽车生产企业发展的关键因素之一。

本文主要从换挡叉的。