副变速拨叉说明书

机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目：副变速拨叉零件的加工工艺规程及“钻ф14孔”工序的夹具设计
专业班级: 11机制（2）班
学生姓名: 杜春明
学生学号: 2011509293
指导教师: 曾海峰
2014 年 09 月 20 日
机械制造技术基础课程设计任务书
设计题目：设计“副变速拨叉”零件的机械加工工艺规程
及此零件“钻ф14孔”工序的专用夹具
设计内容：
1．绘制零件图一张。

（要求计算机绘图）
2．编制零件的加工工艺规程，并填写加工工艺过程卡及指定工序卡各一张。

3．设计指定工序的夹具，绘制夹具装配总图。

4．绘制夹具的非标零件图。

5．编写设计说明书一份。

班级：
学生：
指导教师：
系主任：
2014年 9 月 20 日
目录
1零件的工艺分析及生产类型的确定 (1)
1.1零件的作用 (1)
1.2零件的工艺分析 (1)
1.3确定零件的生产类型 (1)
2工艺规程设计 (2)
3.1定位基准的选择 (2)
3.2拟定工艺路线 (4)
3.3加工设备及工艺装备的选用 (6)
3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定 (7)
3.5确立切削用量及基本工时 (8)
3专用钻床夹具设计 (13)
4.1 夹具设计任务 (13)
4.2 拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图 (14)
4.3 绘制夹具装配总图 (14)
4.4 夹具装配图上标注尺寸，定位误差分析 (15)
课程设计总结 (17)
参考文献 (17)
1零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1零件的作用
副变速拨叉是变速箱换挡机构中的一个重要零件。

拨叉头以14mm ∅孔套在变速叉轴上，并用销钉经8.7mm ∅孔与变速叉轴连接，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。

当需要变速时，操作变速杆，变速操作机构就通过拨叉头部的操作槽带动拨叉与变速拨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。

1.2零件的工艺分析
由零件图可知，其材料为KTH350-10该材料具有一定的强度、刚度和韧性，易于锻造、铸造加工。

该零件形状特殊，结构一般复杂，属叉杆类零件。

拨叉脚两端面、变速叉轴孔14H9mm ∅和两耳内表面14H13mm 是重要工作表面，其他表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求，而主要加工表面虽然加工精度相对较高，但也可以再正常的生产条件下，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。

该零件的主要加工表面为拨叉脚两端面、变速叉轴孔14H9mm ∅和锁销孔
+0.108.7mm ∅，在设计工艺规程时应重点予以保证。

1.3确定零件的生产类型
按照教学要求，该副变速拨叉的生产类型为大批量生产。

2工艺规程设计
2.1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14H9mm ∅的轴线是拨叉脚两端面和两耳内表面14H13mm 的设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴方向上的设计基准。

选用叉轴孔14H9mm ∅的轴线和拨叉头左端面做精基准定位加工拨叉脚两端面和两耳内表面14H13mm ，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
图（一）
图（二）
件刚性较差，受力易产生变形，选用拨叉头左端面做精基准，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，加紧稳定可靠。

2.粗基准的选择
选择变速叉轴孔14H9mm
∅的外圆面和拨叉头右端面做粗基准。

采用∅的外圆面定位内孔可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面做粗基准14H9mm
加工左端面，可以为后续准备好精基准。

3.2拟定工艺路线
工艺路线的拟定是制定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）。

他不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。

因此拟定工艺路线是制定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要求，查参考一表 2.25平面加工方案的经济精度和表面粗糙度；查参考一表2.24孔加工方案的经济精度和表面粗糙度，确定变速副拨叉零件各表面的加工方法，如下表所示：
各表面加工方案
2.加工阶段的划分
该副变速拨叉加工质量较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工几个阶段。

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、两耳内表面、拨叉脚两端面、拨叉脚内表面。

在半精加工阶段，完成拨叉
头孔的镗和轴销孔0.1
08.7+∅的钻加工。

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
+0.043
14∅；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——叉轴孔+0.043
014∅和拨叉脚两端面，后
加工次要表面——两耳内表面、拨叉脚两内表面；遵循“先面后孔”原则，先加
工拨叉头端面再加工叉轴孔+0.043014∅，先加工两耳内表面再钻销轴孔0.108.7+∅。

由
此初拟定副变速拨叉机械加工工序安排，如下：
副变速拨叉机械加工工序安排（初拟）
（2）辅助工序
在镗+0.043
014∅孔后应安排倒角，在钻0.108.7+∅孔完成后应安排去毛刺、清洗和
终检工序。

综上所述，该变速副拨叉工序的安排顺序为：基准加工——主要表面加工——次要表面加工。

5.确定工艺路线图
在综合考虑工艺顺序安排原则的基础上，拟定拨叉的机械加工工艺路线，见下图：
变速副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。

副变速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。

根据参考一表3.6立式铣床各种型号及主要参数、表4.16铣刀的种类用途、表4.2孔加工刀具的类型及应用、表4.38游标卡尺，各工序加工设备及工艺装备的选用见下表：
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
以右端面定位，粗铣左端面，铣削量2mm，以左端面定位，粗铣右端面，铣削量为2mm。

2.工序20——粗镗、半粗镗14mm
∅孔
铸造后双侧余量一半为2mm，粗镗双侧余量3mm，半精镗双侧余量1mm。

3.工序30——铣拨叉脚两端面
铸造后双侧余量一半为2mm粗铣双侧余量4mm。

4.工序40——铣拨叉脚内表面
铸造后双侧余量一半为2mm粗铣双侧余量4mm。

5.工序50——铣两耳内表面
铸造后双侧余量一半为2mm粗铣双侧余量4mm。

6.工序60——钻0.1
08.7+∅孔
一次钻孔。

3.5确立切削用量及基本工时
1.工序10——粗铣拨叉头两端面
该工序分两个公步，公步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，它们所选用的背吃刀量p a 、切削速度c v 和进给量f 是一样的。

（1）背吃刀量
由于切削量较小，故选择 p1a =p2a =2mm 。

一次走刀即可完成。

（2）进给量
X51型立式铣床功率为4.5KW ，查参考一表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整体铣刀、w d =40mm ，齿数z =12。

查参考一表5.8高速钢整体铣刀铣削速度，确定铣削速度c v =44.9m/min ，则
s n =
c w 1000100044.9
40
v d ππ⨯=⨯=357.3r/min 由本工序采用X51型立式铣床，查参考一表3.6，取转速w n =380r/min ，故实际切削速度
c v =
w
40380
1000
1000
dn ππ⨯⨯=
=47.7m/min
当w n =380r/min 时，工作台的每分钟进给量m f =z f z w n =364.8mm/min 也可根据参考一表3.7查得机床的进给量为300mm/min 。

（4）基本工时
由于该工序包括两个工步，每个工步的基本加工时间计算查参考一表5.41
铣削基本时间计算，100.5(13)mm,(0.030.05)l d C d ==。

确定1l =14mm,2l =2mm ，l =24mm ；则该工序的基本时间为
Z 12j M 24142
0.13min 8s 300
l l l t f ++++=
=≈=， 则该工序基本工时为16s 。

2.工序20——粗镗、半粗镗、倒角+0.043
014∅孔
该工序分为三个工步： （1）粗镗10mm ∅孔工步
取背吃刀量p a =1.5mm ，查参考一表5.57高速钢镗刀镗孔的切削用量得，切削速度取v =35m/min,进给量取f =0.8mm/r,则
s n =
c w 1000100035
10
v d ππ⨯=
⨯ =1114r/min 由本工序采用X51立式铣床，取转速w n =1225r/min,故实际切削速度为
c v =
w w
101225
1000
1000
d n ππ⨯⨯=
m/min=38.46m/min
（2）半镗13mm ∅孔工步
取背吃刀量p a =0.5，查参考一表5.57高速钢镗刀镗孔的切削用量得，切削速度去v =20m/min ，进给量取0.2mm/r,则
s n =
c w 1000100020
13
v d ππ⨯=
⨯=490r/min 又本工序采用X51立式铣床，取转速w n =490r/min,故实际切削速度为
c v =20m/min 。

（4）基本工时
由参考一表5.37镗孔基本时间的计算
p 12j 12r
,(23)mm,35mm tan a l l l L
t i i l l fn fn κ++=
==+=，
因此粗镗工步基本工时为
11s ，半精镗工步基本工时为46s 。

3.工序30——铣拨叉脚两端面
该工序分两个公步，公步1是粗铣拨叉脚左端面；工步2是粗铣拨叉脚右端面。

它们所选用的背吃刀量p a 、切削速度c v 和进给量f 是一样的。

（1）背吃刀量
由于切削量较小，故选择 p1a =p2a =2mm 。

一次走刀即可完成。

（2）进给量
X51型立式铣床功率为4.5KW ，查参考一表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整体铣刀、w d =40mm ，齿数z =12。

查参考一表5.8高速钢整体铣刀铣削速度，确定铣削速度c v =44.9m/min ，则
s n =
c w 1000100044.9
40
v d ππ⨯=⨯=357.3r/min 由本工序采用X51型立式铣床，查参考一表3.6，取转速w n =380r/min ，故实际切削速度
c v =
w
40380
1000
1000
dn ππ⨯⨯=
=47.7m/min
当w n =380r/min 时，工作台的每分钟进给量m f =z f z w n =364.8mm/min 也可根据参考一表3.7查得机床的进给量为300mm/min 。

（4）基本工时
由于该工序包括两个工步，每个工步的基本加工时间计算查参考一表5.41
铣削基本时间计算10.5(13)mm l d =，0(0.030.05)C d =，确定1l =14mm,2l =2mm ，l =62mm ；则该工步的基本时间为
Z 12j M 62142
0.26min 15.6s 300
l l l t f ++++==≈=，该工序基本工时为32s 。

4.工序40——铣拨叉脚内表面
该工序分两个公步，公步1是粗铣拨叉脚左内表面；工步2是粗铣拨叉脚右内表面，它们所选用的背吃刀量p a 、切削速度c v 和进给量f 是一样的。

（1）背吃刀量
由于切削量较小，故选择 p1a =p2a =2mm 。

一次走刀即可完成。

（2）进给量、铣削速度
X51型立式铣床功率为4.5KW ，查《机械加工工艺人员手册（第三版）》下文简称参考二表14-77高速钢整体三面刃铣刀铣平面及凸台的切屑速度采用直齿三面刃铣刀、d =68mm ，齿数z =16，每齿进给量z f =0.08mm,铣削速度
c v =49m/min ，则
s n =
c 1000100049
68
v d ππ⨯=⨯=229.5r/min 由本工序采用X51型立式铣床，查参考一表3.6，取转速w n =210r/min ，故实际切削速度
c v =
w
68210
1000
1000
dn ππ⨯⨯=
=44.8m/min
当w n =210r/min 时，工作台的每分钟进给量m f =z f z w n =268.8mm/min 也可根据参考一表3.7查得机床的进给量为250mm/min 。

（3）基本工时
由于该工序包括两个工步，它们所选用的背吃刀量p a 、切削速度c v 和进给量f 是一样的，所以两工步基本工时也相同。

偏角r 90κ︒=，查参考一表5.41铣
削基本时间计算，10.5(13)mm l d =，0(0.030.05)C d =，确定1l =14mm,2l =2mm ，l =6mm ；则每个工步工序的基本时间为
Z 12j M 6142
0.09min 5s 250
l l l t f ++++=
=≈=，该工序基本工时为10s 。

5.工序40——铣两耳内表面
该工序分两个公步，工步一是粗铣左耳内表面，工步二是粗铣右耳内表面，由于它们的机械加工余量，粗糙度要气相同，因此它们所选用的背吃刀量p a 、切削速度c v 和进给量f 是一样的。

（1）背吃刀量
由于切削量较小，故选择 p1a =p2a =2mm 。

一次走刀即可完成。

（2）进给量、铣削速度
X51型立式铣床功率为4.5KW ，查《机械加工工艺人员手册（第三版）》下文简称参考二表14-77高速钢整体三面刃铣刀铣平面及凸台的切屑速度采用直齿三面刃铣刀、d =68mm ，齿数z =16，每齿进给量z f =0.08mm,铣削速度
c v =49m/min ，则
s n =
c 1000100049
68
v d ππ⨯=⨯=229.5r/min 由本工序采用X51型立式铣床，查参考一表3.6，取转速w n =210r/min ，故实际切削速度
c v =
w
68210
1000
1000
dn ππ⨯⨯=
=44.8m/min
当w n =210r/min 时，工作台的每分钟进给量m f =z f z w n =268.8mm/min 也可根据参考一表3.7查得机床的进给量为250mm/min 。

（3）基本工时
由于该工序包括两个工步，它们所选用的背吃刀量p a 、切削速度c v 和进给量f 是一样的，所以两工步基本工时也相同。

偏角r 90κ︒=，查参考一表5.41
铣削基本时间计算，10.5(13)mm l d =，0(0.030.05)C d =，确定1l =14mm,2l =2mm ，l =15mm ；则每个工步工序的基本时间为
Z 12j M 15142
0.124min 8s 250
l l l t f ++++=
=≈=，该工序基本工时为16s 。

6.钻0.1
08.7+∅孔
（1）切削用量
由工件材料为KTH350-10、孔0.108.7+∅mm 、查参考二表10-22麻花钻，选定直
径8.7mm ∅的麻花钻，查参考一表5.19高速钢麻花钻钻削碳钢的切削用量得，切削速度c v =20m/min ，进给量f =0.20mm/r ，取p a =8.7mm ，则
s n =
c 1000100020
8.7
v d ππ⨯=
⨯r/min=732.1r/min 由本工序采用Z525型立式钻床，由表3.17得，转速w n =680r/min ，故实际切削速度为
c v =
w
8.7680
1000
1000
dn ππ⨯⨯=
=18.58m/min
（2）基本工时
由参考一表5.39，工步
1r 28.7
cot (12)mm (cot 451)mm 4.1mm,1mm,2022
D l l l mm κ=
+=⨯︒+≈==，则该工序的基本时间为
12j 4.1120
0.18min 11s 0.2680
l l l t fn ++++=
=≈=⨯ 4专用钻床夹具设计
4.1 夹具设计任务
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。

为
工序钻14孔设计钻床夹具，所用机床为Z525型立式钻床，大批生产类型。

1. 工序尺寸和技术要求
加工拔叉锁销孔14mm ，孔的轴线对孔+0.043
014∅mm 的轴线垂直度公差为
0.15mm ，表面粗糙度为Ra25μm
()0dw
⊥=。

2.生产类型及时间定额
生产类型为大批生产，时间定额为25min 。

2. 设计任务书
根据工序加工钻14工序卡，提出该工序的专用机床夹具。

设计任务书，任务书中按工艺规程要求，提出定位基面，尺寸就公差，加工部位，工艺要求等作为夹具设计的依据。

4.2 拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图
1.确定工件定位方案，设计定位装置
拟定加工路线的第一步是选择定位基准。

定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。

基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。

因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。

此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。

Φ19的圆柱和其一端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择φ19的圆柱和其上一侧面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以φ19圆柱和其上端面作为定位夹具。

2.确定导向方案，设计导向装置
为能迅速，准确的确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件—钻套。

钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间。

本工序要求对被加工孔进行一次的钻工步加工，就能达到工序简图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向元件。

3.确定夹具体结构形式及夹具在机床上的安装方式
考虑夹具的刚度，强度和工艺性要求，采用铸造夹具体结构。

4.3 绘制夹具装配总图
钻模的装配总图上应将定位心轴，钻模板与夹具体的连接结构表达清楚。

夹具装配总图如图。

其中钻模板与夹具体用两个销孔，一个螺钉连接。

夹具装配时，待钻模板的位置调整准确后再拧紧螺钉，然后配钻，铰销钉孔，打入销钉。

4.4 夹具装配图上标注尺寸，定位误差分析
1.最大轮廓尺寸
夹具体最大轮廓为106mm,95.5mm,62.5mm.
2.定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差确定。

夹具的主要定位元件为一圆孔和一面，孔与面隙配合。

（2）工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位孔的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与其配合的最大间隙量。

本夹具是用来在
立式钻床上加工，所以工件上圆柱与夹具上的定位孔保持固定接触。

此时可求出孔心在接触点与圆柱中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。

工件的定位基准为孔心。

工序尺寸方向与固定接触点和圆柱中心连线方向相同，则其定位误差为：Td=Dmax-Dmin
本工序采用一孔，一圆柱定位，工件始终靠近定位孔的一面，而圆柱的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位圆柱正上方，进而使加工位置有一定转角误差。

但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。

课程设计总结
本次课程设计使我感受到了要做一名优秀的工艺设计师不是一件容易的事，这需要我们把学到的各门知识有机的联系起来。

经历了此次课程设计，我明白了首先要从全局着手，否则会弄得顾此失彼，辛辛苦苦做得方案到最后一步时才发现不合理于是又得从头开始。

这次设计课也锻炼了我的查表的能力，因为整个设计过程几乎是一个查表的过程，总之不查表就无设计可言，因此每天就得翻阅各种设计手册，这为我将来的工作打下了基础。

天气变得寒冷起来为了能赶的上进度所以每天要坚持工作，这在无形中锻炼了我的吃苦精神。

总之这次课程设计使我受益匪浅。

参考文献
（1）尹成湖.机械制造技术基础课程设计.北京.高等教育出版社，2009.3
（2）艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京:机械工业出版社
（3）李益明.机械制造工艺设计简明手册.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版
（4）机械加工工艺人员手册（第三版）。