5档变速叉课程设计说明书

序言
机械制造工艺学课程设计是我在学习基础课、专业基础课和部分专业课后进行的，是对所学课程一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练。

对我个人而言，希望通过这次课程设计对我的专业技术水平及解决实际问题的能力有所提升,并且对我所从事的工作从理论和实际两个方面都有一个质的提高。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指导。

第1章零件的分析
本次课程设计题目所给的是五档变速叉，它位于发动机的速机构上，主要起换挡作用。

1.1 零件的工艺分析
依据零件图纸加工面与非加工面分析
零件加工表面及加工面之间的位置要求：
✓孔φ22mm；
✓孔φ8mm；
✓叉头φ22mm成形面；
✓叉头平面；
✓叉口内平面；
✓孔φ8mm中心与孔φ22mm中心在水平方向上23±0.25mm；（见零件图）
✓孔φ8mm中心与孔φ22mm中心在垂直方向上78±0.25mm；（见零件图）
✓φ8mm两孔轴线同轴度不大于0.2mm；
✓φ8mm两孔公共轴线对尺寸23mm的平面内φ22mm的表面的平行度在长度100mm 上不大于0.2mm；
✓φ8mm两孔公共轴线对尺寸78mm的平面的不平行度在长度100mm上不大于
0.4mm；
✓φ8mm和φ15mm两表面间壁厚应为2.5--4.0mm,其余应不小于2.5mm。

1.2 生产类型确定
生产类型：批量生产加工设备：通用设备、采用专用工装
第2章工艺规程设计
2.1 确定毛坯的制造形式
零件材料为45钢，结构比较简单；考虑到其在工作过程中常受交变载荷及冲击性载荷；生产类型为批量生产；故采用精密模锻毛坯，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠，也可提高生产率。

毛坏公差参考GB/T12362-2003钢质模锻件公差及加工余量。

2.2 选择定位基准
基准选择的正确与合理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高。

由零件工艺分析知：孔φ22mm中心是加工φ8mm孔及叉头φ22mm的设计基准；叉口中心是加工叉口、叉头平面的设计基准。

2.2.1 粗基准的选择：
粗基准的选择重点考虑如何保证各加工表面有足够的余量，及保证不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸设计要求。

根据本零件图纸分析，为保证定位可靠性，以加工表面相互位置要求较高的不加工表面作粗基准，因此采用零件叉角外轮廓会主要定位粗基准加工叉口，以零件的外圆柱面为主要的定位粗基准加工φ22mm孔，可保证壁厚均匀、外形对称。

2.2.2 精基准的选择：
精基准选择重点是考虑保证零件的加工精度、减少误差，装夹方便、准确。

依据“基准重合”原则、“基准统一”原则和定位可靠性原则，减少尺寸换算，加工φ8mm 孔时以零件φ22mm内孔为主要定位精基准，加式叉头φ22mm圆柱面时以φ22mm 内孔为主要定位精基准，铣叉头平面时以叉角内平面为主要定位精基准，并辅以其它表面定位。

2.3 制定工艺路线
工艺路线制定的是否合理，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、生产成本等。

在生产类型确定的情况下，根据零件的结构工艺性、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及现有的生产条件下，加工方法所能达到的经济精度，以便于使生产成本尽量降低。

拟采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

结合《机械制造工艺学》和《金属机械加工艺人员手册》选择该零件的加工方法及工艺路线如下：
工序0：模锻毛坯（正火处理）；
工序05：铣叉口--------------------------以φ35mm圆柱下端面、叉口角外平面及外圆轮廓为定位基准，采用卧式铣床X62和专用夹具；
工序10：钻、扩、铰φ22mm孔-----以外形轮廓面为定位基准面，采用摇臂钻床Z35和专用夹具；
工序15：孔口倒角-----------------------以外形轮廓面为定位基准面，采用立式钻床Z525和通用夹紧装置；
工序20：钻、铰φ8mm孔--------------以φ22mm内孔、叉口角内侧面及外圆轮廓为定位基准面，采用立式钻床Z525和专用夹具；
工序25：铣叉头成形面------------------以φ22mm内孔、叉口角内侧端面为定位基准，采用立式铣床X52和专用夹具；
工序30：铣叉头平面---------------------以φ22mm内孔、叉口角内侧端面为定位基准，采用立式铣床X52和专用夹具；
工序35：去毛刺---------------------------钳工去所有锐边毛刺；
工序40：中间检验；
工序45：热处理---------------------------φ22mm叉角表面淬火，硬度≥HRC45；
工序50：修正φ22mm、φ8mm孔；
工序55：校正23mm、78mm及25-1mm；
工序60：清洗；
工序65：终检。

2.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
零件材料为45钢，硬度HBS156-217，生产类型为中批生产，采用精密模锻毛坯。

据上述资料及制定的工艺路线，确定加工余量、工序尺寸及公差如下：
（加工余量采用经验估计法或按照技术手册等资料推荐的数据为基础，结合生产实际情况和经验来确定；工序尺寸采用“逆推法”。

）
2.4.1 圆柱表面工序尺寸
根据资料已初步确定零件表面的总加工余量，各表面的工序加工余量如下：
2.4.2 平面工序尺寸
2.5 确定切削用量及基本工时定额
正确的选择切削用量，对保证加工精度、提高生产率、降低刀具的损耗和合理使用机床都能起到很大的作用。

由于工作材料、毛坯状况、刀具材料及其几何角度、机床的刚度等许多因素影响，切削用量应结合相关手册资料，根据实际情况和经验来确定。

1) 工序05：铣叉口------以以φ35mm圆柱下端面、外圆轮廓及叉头为定位基准，
刀具：直齿三面刃铣刀外径D=φ63 mm 厚度L=10 mm
机床：卧式铣床X62
夹具：专用铣夹具
查《机械工人切削手册》（以下简称《切削手册》）得：
取f
z
=0.02 mm/r ν=24 m/min，
则n
s
===121 r/min，根据机床说明书取n=150 r/min，
故实际切削速度为：
v===29.7 m/min
当n
w
=150 r/min时，工作台每分钟进给量应为：
f m = f
z
zn
w
=0.02×10×150=30 mm/min
切削工时：
刀具工作行程：l+l
1+l
2
=30 mm，则切削工时为：
t
m
===1 min
2) 工序10：钻、扩、铰φ22mm孔------以外形轮廓面为定位基准
刀具：锥柄麻花钻φ18mm、锥柄扩孔钻φ21.7mm、硬质合金锥柄机用铰刀φ22H9 机床：摇臂钻床Z35
夹具：专用钻夹具
钻孔：
查《切削手册》得：
取f=0.20～0.24 mm 工件材料状态系数K
av
=0.9,则
f=（0.20～0.24）×0.9=(0.18～0.216) mm
取f=0.20 mm/r
根据《切削手册》取v=18 m/min 所以n
s
===318 r/min
根据机床说明书取n=335r/min，故实际切削速度为:
v===18.94 m/min
钻孔切削工时：
刀具工作行程：l+l
1+l
2
=44+2+6=52 mm，则钻孔切削工时为：
t
m
===0.78 min
扩孔：
查《切削手册》,取f=0.40 mm , v=17 m/min,
所以n
s
===249 r/min 查机床说明书取n=272 r/min 则实际切削速度v===18.54 m/min
扩孔切削工时：
刀具工作行程：l+l
1+l
2
=44+2+2=48 mm，则扩孔切削工时为：
t
m
===0.44 min
铰孔：
查《切削手册》,取f=0.35 mm/r，v=5 m/min
所以n
s
===72.4 r/min 查机床说明书取n=85 r/min 则实际切削速度v===5.87 m/min
铰孔切削工时
刀具工作行程：l+l
1+l
2
=44+4+28=76 mm，则铰孔切削工时为：
t
m
===2.55 min
工序总切削工时：t
总
=0.78+0.44+2.55=3.77 min
3) 工序15：孔口倒角------以外形轮廓面为定位基准
刀具：锥柄锥面锪钻40×90°
机床：立式钻床Z525
夹具：通用夹紧装置
根据《切削手册》及机床说明书取n=97 r/min，手动进给
切削工时：两边倒角t
m
=0.1 min
4) 工序20：钻、铰φ8mm孔------以φ22mm内孔、叉口角内侧面及外圆轮廓为定位基准
刀具：锥柄长麻花钻φ7.8 mm、硬质合金锥柄机用铰刀φ8H9
机床：立式钻床Z525
夹具：专用钻夹具
钻孔：
查《切削手册》得：f=0.15 mm 得v=16 m/min 所以
n
s
===653 r/min ，根据机床说明书取n=680 r/min，
故实际切削速度为:
v===16.66 m/min
钻孔切削工时：
刀具工作行程：上部位孔刀具行程l+l
1+l
2
=9+2.5+1.5=13 mm，则叉口中间空档部位
采用手动进给，下部位孔刀具行程l+l
1+l
2
=13 mm，则钻孔切削工时为：
t
m
===0.25 min 铰孔：
查《切削手册》,取f=0.3 mm/r ，v=3 m/min
所以n s ===119 r/min ，查机床说明书取n=140 r/min 则实际切削速度v===3.52 m/min 铰孔切削工时
刀具工作行程：上部位孔刀具行程l+l 1+l 2=9+2+15=36 mm ，则叉口中间空档部位采用手动，下部位孔刀具行程l+l 1+l 2=9+2+15=36 mm ，则铰孔切削工时为： t m ===1.71 min
工序总切削工时：t 总=0.25+1.71=1.96 min
5) 工序25：铣叉头成形面------以φ22mm 内孔、叉口内侧端面为定位基准
刀具：直柄立铣刀φ8mm 机床：立式铣庆X52 夹具：专用铣夹具
查《切削手册》得：v=20 m/min 则n s ===795 r/min ，
查机床说明书取n=750 r/min 利用专用铣夹具加工，采用手动进给。

6) 工序30：铣叉头平面------以φ22mm 内孔、叉口内侧端面为定位基准
刀具：锥柄立铣刀φ40 Z= 6 机床：立式铣庆X52 夹具：专用铣夹具
查《切削手册》得：f z =0.08 mm/z 根据机床说明书取n=190 r/min ， 故实际切削速度为: v===23.8 m/min
当n=190 r/min 时，工作台每分钟进给量为： f m =fzn=0.08×6×190=91.2 mm/min
根据机床说明书工作台纵向进给量取f m =95 mm/min
切削工时：
刀具工作行程：l+l 1+l 2=22+13+2=37 mm 则切削工时为： t m ===0.39 min
7) 工序35：去毛刺------去所有加工面的锐边毛刺
工具：平锉（中粗齿）10寸
第3章 夹具设计
由于该零件是中批量生产，所以采用专用夹具，操作迅速、方便、省力，以保证较高的加工精度和生产效率。

3.1 零件在夹具中的定位
零件的定位利用六点定位原理。

以零件φ22mm内孔、叉口角内侧面及外圆轮廓为定位基准面，定位元件用长圆柱销限制的4个自由度，叉口角内侧面限制1个自由度，叉口角外圆轮廓限制一个自由度。

3.1.1 线性尺寸误差分析
为方便加工及夹具设计，进行尺寸换算钻套孔中心（零件φ8mm孔中心）距定位销中心（零件φ22mm孔中心）距离为：L=81.01mm～81.631mm，取L=81.3
±0.25，夹具设计制造时取L=81.3±0.03（见夹具图）。

由于定位基准（销轴轴线）与工序基准（φ22mm内孔中心线）重合，所以基准不重合误差为△
B
=0。

故此定位误差是由定位副制造误差及其配合间隙所引起的。

故控制定位元件的制造精度即可满足加工要求。

△
d =△
y
=
因公差δ=0.5mm，△
d
=0.0665mm＜δ/3=0.167mm，因此能满足零件的线性尺寸精度要求，该方案可采用。

3.1.2 平行度误差分析
由零件图纸技术条件4（φ8mm两也公共轴线对尺寸23mm的平面内φ22mm的表面的平行度在长度100mm上不大于0.2 mm；φ8mm两也公共轴线对
尺寸78的平面的不平行度在长度100mm上不大于0.4 mm）得：影响此技术条
件的因素主要是夹具图中件2销轴对夹具体底面的垂直度要求和夹具图中件13
钻套对夹具体底面和销轴轴线的位置度要求。

考虑销轴轴线与底面的垂直度要求φ0.03及钻套轴线的位置度要求φ0.03，因此引起零件平行度最大值为：
△
max
=0.03+0.03=0.06 mm＜0.2/3=0.067 mm
因此该方案能满足零件的平行度加工要求。

3.2 零件在夹具中的夹紧
夹紧装置要在零件夹紧过程中不能破坏零件在定位时所获得的正确位置，操作方便、结构简单，且夹紧力可靠。

利用V形压紧零件叉头外轮廓，可起定位作用，并可保证加工时壁厚均匀。

采用螺旋夹紧机构，结构简单，制造容易，夹紧行程大，扩力比大，自锁性能好。

3.3 夹具的操作简要说
加工时先调整好夹具与机床主轴的相对位置（钻套轴线与机床主轴同轴）。

在装夹零件时，先将零件φ22孔与夹具销轴配合，逆时针旋转零件把零件叉角内平面放于支承板上，移动V形块使其与零件叉角外轮廓实现定位夹紧，调整机床进行加工；
铰孔时，松开钻套螺钉，取下速换钻套Ⅰ，换上铰套Ⅱ进行铰孔。

拆卸零件时，移开V形块，顺时针方向旋转零件旋出钻模板并向上可取下零件。

结束语
在老师的悉心指导和严格要求下，我完成了课程设计，通过本次课程设计，让我平时课堂上学到的知识得到进一步的巩固，也将一所学知识面应用到实际的设计中。

从开始接到课程设计题目，我自行设计，出现了一些错误，造成了几次返工。

但是，正是这一次次的尝试磨炼了我的耐心并加深我对所学知识的理解，每一步对我来说都是新的尝试和挑战。

真正用心做一件事情，是真正的学习过程和研究的过程，是提高自身能力的过程,希望这次经历能让我在以后的学习、工作中激励我继续前进。

参考文献:
1 浦林袢金属切削机床夹具设计手册北京：机械工业出版社，1995
赵家齐编:机械制造工艺学课程指导书北京：机械工业出版社，2000
陈明主编.机械制造工艺学北京：机械工业出版社，2005。