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拨叉

机电工程学院

毕业设计说明书

拨叉零件机械加工工艺编制

姓名周超

专业名称机械设计与制造

班级机设11-2班

学制三年

学号1150323229

学历层次大专

指导教师安淑女

评阅人

论文（设计）提交日期：

2014年6月03日

论文（设计）答辩日期：

2014年6月05日

第1章拨叉零件分析

第2章拨叉零件的生产类型

第3章拨叉零件的毛坯类型及其制造方法

第4章拨叉零件的工艺路线

第5章拨叉零件的定位基准和工艺装备

第6章拨叉零件的加工工序

第7章拨叉零件加工的专用夹具

第8章拨叉零件机械加工工序卡

第9章拨叉零件的设计总结

序言

拨叉机械加工工艺设计目的

1锻炼专业能力

（1）确定盘套类零件加工工艺路线、工艺装备、工艺参数和工时定额，编制完整的工艺规程文件及优化。

（2）掌握通过结算尺寸链确定工序尺寸方法。

（3）了解盘套类工件加工技术要求，例如零件的结构特点、尺寸精度、形位精度、材料性能、表面质量等。

（4）根据具体要求选择表面加工方法和表面加工工艺过程，以优化加工工艺路线。

（5）了解机械加工工艺各环节所存在的原始误差和对加工精度的影响，掌握误差统计学方法和确保加工精度的方法。

（6）了解影响表面粗糙度和材料性能的因素，了解提高质量的方法。

2锻炼方法能力

（1）独立使用各种资源完成任务

（2）掌握用相关资源查阅、搜集完成工作任务的方法。

（3）具备使用已有信息制定工作计划的能力

（4）对工作结果给予合适的评价及结论

3锻炼社会能力

（1）养成强烈的责任感和良好的工作习惯

（2）拥有团队合作意识，良好小组成员协作能力

（3）拥有良好沟通能力和评价自己及他人的能力

（4）养成节约和保护环境的习惯

第1章零件分析

1工作中零件的作用

在机器设备中拨叉类零件主要起到连接、波动、支撑等作用，常见的有支架、拨叉、连杆、摇杆和杠杆等，如图1-1所示。

其中支架用于做机构的连接；拨叉用于变速箱，用在改变轴上滑移齿轮和离合器的位置，以便达到变速或运动的离合的目的；而连杆则用做机器中传递摆动或回转运动。

图1-1

2了解叉类零件的结构特点

拨叉类零件属于异形类零件，其用途不同，形状也有所不同，但其共同的特点都是呈很不规则的非对称结构。

（1）工作部分：

根据用途分为圆孔、定位平面等结构。

（2）结合部分：

主要是通过内孔装在轴上。

（3）连接部分：

有筋板、锻造和拔模斜度，一般不需加工。

在加工过程中由于工作的部分与结合的部分被连接部分隔离，叉架零件呈细长杆，刚性比较差，容易产生装夹变形，其在加工面的相关尺寸也不易测量，定位相对困难

3所需拨叉类零件的主要技术要求

在工作中拨叉类零件结合部分上的主要孔装在轴上，它是零件的设计基准，内孔的尺寸精度IT7-10级，端面的要求与孔垂直，工作部分上的辅助孔以及工作平面与主要孔与孔距、位置的要求，两者要求平行或垂直，连接部分一般不需要进行机械加工。

为了提高叉架零件的使用寿命，工作面有时还需要淬硬至HRC40-50。

由于该拨叉形状特殊、结构相对比较简单，属典型的叉杆类零件。

因此为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴需要有配合要求，因此加工精度要求较高。

拨叉脚两端面在工作中由于需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，要求该表面需高频淬火处理；为了保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔φ15H8mm的垂直度要求为0.1mm。

拨叉头的两端面以及叉脚的两端面均要求切削加工，并在轴向方向均高于相邻表面，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；φ15H8mm孔和螺孔的端面均为平面，可以用于防止加工过程中钻头钻偏，用以保证孔的加工精度。

在加工时拨叉类零件除主要工作表面（拨叉脚两端面、变速叉轴孔φ15H8mm），其余表面的加工精度要求均较低，不需要高精度机床加工，可以通过铣削、钻床、攻丝的粗加工就可以达到加工要求；而其主要工作表面虽然加工精度相对较高，但可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法来保质保量地加工出来。

由此可见，该零件的工艺性较好。

4分析拨叉类零件的工艺路线

（1）拨叉类零件的结构特点

如图1所示该拨叉零件图采用了全刨主视图、以及旋转剖视的左视图来表达内外结构。

通过分析其属于典型的叉架类零件，

为主要结合部分，两个拨叉脚为工作部分，两者中间为连接部分不需加工。

（2）分析拨叉零件各部分的作用

通过查找产品装配图，可知该拨叉位于拖拉机变数箱中，用来改变滑移齿轮在传动轴的位置，使不同齿数的齿轮相互啮合，从而得到不同的传动比。

拨叉头以直径

的孔套在轴上，通过上面宽13mm的操纵槽实现滑移，槽内

孔用做周向固定；拨叉脚卡在双联齿轮的凹槽中，为提高两侧表面耐磨性要求进行局部淬火。

（3）表面的加工要求

因为拨叉各表面的作用不同加工要求有所不同。

1）零件的结合部分：

内孔

是零件的设计基准，其尺寸精度和粗糙度要求（Ra3.2um）较高，是加工的主要表面。

操控槽的宽度

和

精度一般，但是相对工作部分要有一定的角度要求，加工时定位比较困难，可以确定为加工的表面。

2）拨叉的工作部分：

拨叉脚两端面的工作表面，厚度7，公差要求为IT11，对

轴线有垂直度要求，最终也需要局部淬火所以应定为关键加工表面。

两拨叉脚内槽的距离公差50H12精

度一般，可以确定为加工的一般表面。

3）其余表面精度一般或不需要加工，可定为加工的次要表面，如图1-2所示。

图1-2

第2章确定拨叉类零件的生产类型

1.制定拨叉的生产纲领

根据要求：

产品的生产纲领为1500台/年；每台设备中叉架零件数量为1件；备品

率为a=5％，废品率b=2％。

经计算可得：

N=Qn（1+a）（1+b）=1607（件/年）

2.分析拨叉零件的生产特点

由上得出生产纲领1607（件/年）及产品类型（拖拉机属于中型机械），查表2.1“机加工各种生产类型的生产纲领及工艺特点”。

得出，拨叉的生产类型属于中批生产，并归纳其工艺特点，见表2.2

表2.1机加工工作各种生产类型的生产纲领及工艺特点

纲领及特点

生产特点

单件生产

成批生产

大量生产

小批

中批

大批

产品类型

重型机械

5~100

100~300

300~1000

>1000

中型机械

<20

20~200

200~500

500~5000

>5000

轻型机械

<100

500~5000

5000~50000

>50000

工艺特点

毛坯的制作方法及加工余量

自由锻造，木模手工手工造型；毛坯精度低、余量大

部分采用模锻，金属造型；毛坯精度及余量对中

广泛采用模锻、机器造型等高效方法、毛坯精度高、余量小

机床设备及机床布置

通用机床按机群式排列；部分采用数控机床及柔性制造单元

通用机床和部分专用机床及高效自动机床；机床按零件类别分工段排列

广泛采用自动机床、专用机床；采用自动线或专用机床流水线排列

夹具及尺寸保证

通用夹具，标准附件或组合夹具；画线试切保证尺寸

通用夹具、专用或成组夹具；定程法保证尺寸

高效专用夹具；定程及自动测量控制尺寸

刀具及量具

通用刀具，标准量具

专用或标准刀具、量具

专用刀具、量具、自动测量

零件的互换性

配对制造，互换性低，多采用钳工修配

多数互换，部分试配或修配

全部互换，高精度零件采用分组装配、配磨

工艺文件的要求

编制简单的工艺过程卡片

编制详细的工艺过程卡片及关键工序的工序卡片

编制详细的工艺过程卡片、工序卡片及调整卡片

生产率

用传统加工方法，生产率低，用数控机床可提高生产率

中等

高

成本

较高

中等

低

对工人的技术要求

需要技术熟练的工人

需要一定熟练程度的工人

对操作工人的技术要求较低，对调整工人的技术要求较高

发展趋势

采用成组工艺、数控机床、加工中心及柔性制造单元

采用成组工艺，用柔性制造系统或柔性自动生产线

用计算机控制的自动化制造系统、车间或无人工厂，实现自适应控制

表2.2拨叉生产类型和工艺特点

生产纲领

生产类型

工艺特点

1607（件/年）

中批生产

（1）毛坯采用机械造型铸造或模锻等高效方法，毛坯精度高余量小

（2）加工设备广泛使用自动机床、专用机床、可采用流水线排列

（3）工艺装备较多使用专用夹具、专用刀具、专用量具等

（4）工艺文件编制需详细的工艺过程卡和工序卡片

（5）要求生产效率高，成本低，对操作工人的技术水平要求较低，对调整工人的技术水平要求较高

第3章拨叉零件的毛坯类型及制造方法

1.选定拨叉毛坯零件

在工作中拨叉零件为受力零件，有些还需要承受冲击载荷。

根据不同的工作条件，需要选用合适的材料以及毛坯类型。

叉架零件又可选用碳素结构钢35、或45等，毛坯可选用锻件或精密的铸件。

由于拨叉类零件的外形比较复杂，自由锻还达不到所需形状，因此选用模锻件。

如果在工作中不能承受冲击载荷，生产批量也不算大，则可以选用铸钢或灰铸铁的铸件毛坯。

叉架零件上需要钻削加工的孔，尤其的直接小于50的孔，毛坯制造的时候通常将其做成实心的。

若事先在毛坯上留孔，钻头反而容易钻偏。

2.分析拨叉毛坯类型

1.分析拨叉的毛坯类型及其制造方法

由于拨叉的材料为ZG310-570，毛坯类型可确定为铸钢件。

查表3.1“常用毛坯类型”，考虑该零件是中批量生产，且轮廓尺寸不算大，特别适合中批量生产，虽然一次性投入比较大，但对工人的技术水平的要求比较低，铸件的质量稳定性也明显提高。

由于毛坯尺寸比较小，拨叉铸件采用多件同时浇注，选择过零件最高线且平行于叉脚对称面的平面作为分型面。

造型方式为带型芯的分模造型，铁水经两拨叉脚位置经横浇口流入。

毛坯类型

材料

特点

毛坯制造方法

说明

热轧件

普通碳钢、合金钢、优质钢及特殊种类和特殊质

量刚

钢坯在热轧过程中直接成形为材料（型材），供各领域各行业选用

钢坯由轧机模轧成标准型材，如圆钢、扁钢。

工字钢、槽钢、角钢、钢管、钢轨

等

热轧件一般都是在生产线上大批

量生产

另外，相对热轧件，也有冷轧件，同样由轧机冷轧

成各种型材

铸件

铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属

适用于形状复杂

的零件

刮板造型和离心造型多半为旋转

体

手工造型、机械造型、刮板造型、砂型铸造以及精

密铸造

铸造材料的零件只能采用铸造的方法制造毛坯

手工造型、精密造型多用于单件小批，其他造型用于批量生产

锻件

碳钢、合金钢和合金

适用于形状较简单的零件，形状复杂零件受模具能否制造的限制

锤锻、自由锻

模锻、挤压等

自由锻多用于单件、小批生产，其他锻造常用于大批量生产

冲压件

钢、铜、铝、铝合金和其他塑性材料、粉末金属、石墨

适用于简单零件，复杂零件受模具及能否制造的限制

冷冲压、板材冲裁、压制成型等

冲压件多用于批量生产

焊接件

碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及其合金以及铸钢、铸铁

较低的结构重量，结构设计灵活：

不同部位可采用不同材料，具有加工余量少，生产周期短等特点，应用广泛

剪切、冲裁、火焰切割、等离子切割。

手工焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊、自动埋弧焊、电渣焊等

高碳钢和合金钢焊接性不好，在工艺上有要求。

焊接易变形，应力集中，容易产生缺陷

附表3.1常用的毛坯类型

2.确定拨叉毛坯的加工余量

查表3.2“铸件机械加工余量等级”，

表3.2铸件尺寸公差等级

制造工艺方法

公差等级CT

铸钢

灰铁

球铁

可锻

铜合金

锌合金

轻合金

砂型手工造型

11～13

10～13

11～13

10～12

9～11

砂型机器造型及壳型

8～10

7～9

金属型

7～9

6～8

低压铸造

7～9

6～8

熔模铸造

5～7

4～6

根据拨叉铸造方法（砂型铸造机器造型），考虑到连接部分不加工，且利用不加工表面作为粗基准进行定位的情形比较多，确定铸件机械加工余量等级为F。

查表3.3:

“铸件的机械加工余量”

表3.3铸件的机械加工余量

铸件最大轮廓尺寸

浇注时位置

基本尺寸

1级精度2级精度3级精度

≤50

>50~120

>120~260

>260~500

>500~800

>800~1250

≤50

>50~120

>120~260

>260~500

>500~800

>800~1250

≤120

>120~260

>260~500

>500~800

≤120

顶面底面侧面

2.52

3.02.5

4.03.0

4.53.5

>120~260

顶面底面侧面

2.52

3.02.5

2.5

4.03.0

4.53.5

5.04.0

5.54.5

>260~500

顶面底面侧面

3.02.5

3.53.5

4.03.5

4.53.5

5.04.0

6.04.5

6.55.0

6.04.5

7.05.0

7.06.0

>500~800

顶面底面侧面

4.53.5

5.04.0

5.54.5

5.04.0

6.04.5

6.54.5

7.05.0

8.06.0

9.07.0

结合各加工表面铸造时所处位置，将拨叉毛坯各表面加工余量及公差表列入表3.4。

表3.4

铸造最大轮廓尺寸

基本尺寸

1级精度

2级精度

3级精度

≤50

>50~120

>120~260

>260~500

>500~800

>800~1250

≤50

>50~120

>120~260

>260~500

>500~800

>800~1250

≤50

>50~120

>120~260

>260~500

>500~800

>800~1250

≤120

>120~260

>260~500

>500~800

简图

表面代号

基本尺寸

余量

公差

备注

A1~A3

实心

3绘制拨叉毛坯简图

拨叉毛坯简图是在零件图基础上增加毛坯余量，并根据铸造工艺要求简化后的视图，如图3.1所示。

图3.1

第4章零件的工艺路线

1.分析拨叉零件的加工工艺路线

以便确保工作部分和结合部分主要孔位置精度要求，拨叉零件加工工艺路线一般做

如下要求：

（1）拨叉零件工作部分及结合部分的端面是同一平面上，则应首先在加工出此平面，以它为定位基准，再加工主要内孔及结合部分，以保证达到其相互位置要求，最后以内孔为基准，加工其它各加工面。

（2）拨叉零件工作部分与结合部分的端面不在同一平面上时，则可以先加工出结合部分的主要内孔与一个端面，然后加工另一个端面，最后加工其余表面。

2.分析拨叉工艺路线

1.确定拨叉各表面的加工方法

对叉架各加工表面的精度及表面粗糙度要求，得出各主要表面的加工方案，见表4.1。

表4.1拨叉各表面加工方案

加工部位

加工表面

精度等级

表面粗糙度

（um）

加工方案

拨叉头

IT8

3.2

钻-扩-铰

孔端面

——

12.5

粗车

拨插槽

操纵槽

IT12

12.5

粗铣

小孔

IT14

12.5

钻

拨叉脚

内侧面

IT12

12.5

粗铣-淬火-校正

两端面

IT11

6.3

粗铣-淬火-磨

2.对拨叉的加工阶段划分

此拨叉零件除

内孔以及拨叉脚两端面需分粗、精加工外，其余表面精度一般不太高，各工序粗、精加工之间影响不大，按照工序分散的原则，每次装夹划分为一道工序，不必再划分加工阶段。

3.确定拨叉的加工工艺路线

因为拨叉工作部分和结合部分端面不在同一面上，通常首先考虑加工出主要内孔及一个端面作为定位基准，然后加工其余的表面实现基准统一，以有利于保证工作部分的位置精度，所以根据以上原则，初步拟定拨叉的加工工艺路线见表4.2。

表4.2

工序号

工序名称

工序内容

设备

简要说明

铸造

铸造毛坯

热处理

正火

热处理炉

清除内应力，为局部淬火做组织准备

涂漆

涂铁红环氧底漆

防止生锈

车

车拨叉头端面，钻,扩，铰

CA6140

先面后孔，基面先行

钳

校正拨叉脚

粗铣

铣拨叉脚两端面

X5030

先粗后精

铣

铣拨叉脚内侧面

X62W

需设计专用夹具

铣

铣操纵槽

X62W

需设计专用夹具

钻

孔

Z525

次要表面后加工

100

钳

去毛刺

110

淬火

拨叉脚局部淬火

热处理炉

提高硬度和耐磨性

120

钳

校正拨叉脚

基准先行

130

磨

磨拨叉脚两端面

M7120A

后精加工

140

清洗

150

检验

4.选择加工设备

根据采用工序分散的原则，加工设备均需采用通用的机床，即普通车床CA6140、立式铣床X5030和卧式铣床X62W以及磨床M7120及Z525，具体安排表4.2。

第5章拨叉零件的定位基准和工艺装备

1.工作中铣削加工常用装夹方法

铣削加工是平面、键槽、齿轮和各种成形平面的常用加工方法。

铣床上加工工件时，通常采用以下几种装夹方法：

（1）首先直接装夹在铣床工作台上。

大型工件通常直接夹在工作台上，用螺柱、压板压紧，这种方法需要百分表、划针等工具进行找正加工面和铣刀的相对位置。

（2）机床平口虎钳装夹工件的方法。

对于形状简单的中、小型工件，通常装夹在机床平口虎钳中，使用中保证平口虎钳始终在机床中的正确位置。

（3）分度头装夹工件的方法。

对于需要分度的部件，一般直接装夹在分度头上。

此外，不需分度装夹加工也很方便。

（4）V形架装夹工件的方法。

这种方法一般适用轴类的零件，它除了拥有较好的对中性外，还可以承受较大的切削力以及进给力。

（5）专用夹具装夹工件的方法。

专用夹具的定位准确，夹紧方便，效率高特点，通常适用于成批或大量量生产中。

2.选择加工定位基准和工艺装备

1.确定拨叉的粗基准

在拨叉的粗基准可选择的多种方案中，有两个方案供选择。

方法一：

以不加工的表面——拨叉头的顶面以及拨叉脚后面作为粗基准，加工

孔及端面，以实现完全定位，以拨叉头左面的基准为辅助基准，增加工艺刚度。

夹紧力则压住主要的定位面，夹紧可靠，操纵也方便。

方法二：

以加工表面——拨叉头的后面和拨叉头

下半圆柱为粗基准，加工

孔及端面，这种方法只需要五点定位，这种定位也可以保证拔叉头的尺寸。

2.确定拔叉的精基准

选择精基准主要考虑：

基准重合和基准统一，以保证工件的定位准确。

夹紧可靠及操作方便。

首先以零件最后加工表面——磨拔叉脚前，后端面工序，确定精基准选择方案。

方法一：

以平面垂直度基准

孔及尺寸31的基准轴

线为精基准，方便实现完全定位，这种定位符合基准重合的原则，但是夹紧力离开加工表面远了些，装夹操作不方便。

方法二：

以重要表面——拔叉头的前端面为基准，

孔的轴线为基准，可以实现五点定位，因为设计要求不需要完全定位，所以拔叉脚附近的辅助基准，增加了工艺刚度。

而夹紧力夹住主要定位面以及辅助基准，使加紧方便可靠，夹具结构简单，以

孔的轴线为基准符合基准重合的标准，尺寸31的要求不高，而一拔叉头的前端为基准能保证加工要求。

3.确定工艺装备

（1）选择夹具。

由于中批生产的工艺特点，为了提高生产效率和加工质量的稳定性，加工中各工序都要有设计的专用夹具。

（2）选择刀具。

为进一步提高拔叉加工各工序的生产效率，可以通过采用高效率的复合刀具及其他专用刀具。

如

可采用钻扩较复合刀具，不过为了缩短生产周期，也可以采用基准刀具。

（3）选择量具。

直径

的孔的精度要求较高，必须设计专用的孔.止规进行精确测量，尺寸都采用通用量具测量。

第6章叉架零件的加工工序

1.确定各工序中的加工余量及工序尺寸

由于是中批量生产，可查表法，配合经验法和类比法来确定各工序加工余量及工序尺寸。

拔叉需要加工的表面只有两道工序的5个工序需要计算工序尺寸，其余表面都按零件图的尺寸直接加工到位，分析计算的相关数据列于表6.1中。

表6.1

工序号

加工部分

加工表面

基本尺寸

加工余量

公差等级

工序尺寸及公差

表面粗糙度（um）

拨叉头

孔前面

铣前端面

30+3

12.5

钻孔

IT11

12.5

扩孔

IT10

6.3

铰孔

IT8

3.2

拨叉脚前后两端面

粗铣

7+4

IT11

12.5

2.确定拔叉的切削量

通过确定加工余量装夹牢固情况，确定被吃刀量及走刀量次数。

查附表6.2“常用通用机床的主轴转速喝进给量”

表6.2表常见通用机床的主轴转速和进给量

类型

型号

技术参数

主轴参数（r/min）

进给量（mm/）

车床

CA6140

正转

10、12.5、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、450、500、560、720、900、1120、1400

纵向

（部分）

0.028、0.032、0,036、0.039、0.043、0.046、0.05

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