变速器换挡叉课程设计说明书.docx
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变速器换挡叉课程设计说明书
机电及自动化学院
机械制造加工工艺
课程设计
设计题目：
变速器换挡叉
专业：
08机械电子工程
学号：
**********
姓名：
指导老师：
2011年7月4日
第一章：
零件分析————————————————————-3
1.1、零件的作用————————————————————3
1.2．零件的工艺分析——————————————————3
1.3、尺寸和粗糙度的要求————————————————3
1.4、位置公差要求———————————————————4
第二章：
毛坯的设计———————————————————-4
2.1选择毛坯—————————————————————--4
2.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差——————————--5
2.3确定机械加工加工余量———————————————-6
2.4确定毛坯—————————————————————-6
2.5确定毛坯尺寸公差—————————————————-6
2.6设计毛坯图————————————————————--6
第三章：
选择加工方法，拟定工艺路线———————————-7
3.1、基面的选择————————————————————7
3.2、粗基准的选择———————————————————7
3.3、精基准的选择———————————————————8
3.4、制定机械加工工艺路线———————————————8
第四章机械加工余量———————————————————9
4.1、各种加工方法加工余量———————————————9
4.2、各种加工方法的加工经济精度和表面粗糙度——————9
第五章机床设备的选择——————————————————9
5.1、生产过程概念———————————————————9
5.2、生产类型概念———————————————————10
5.3、生产纲领概念———————————————————10
5.4、机床设备的选择——————————————————10
第六章确定切削用量——————————————————11
第七章基本时间的确定—————————————————-12
第八章设计总结————————————————————-12
第九章参考文献—————————————————————13
第一章：
零件分析
1.1、零件的作用
题目所给定的零件是变速器换档叉，如下图所示。
它位于传动轴的端部，主要作用是换挡。
使变速器获得换档的动力。
1.2．零件的工艺分析
由零件图可知，该零件的材料为ZG45铸钢，铸造成型，由零件的尺寸公差选择铸造加工成型，可保证不加工表面达到要求的尺寸公差。
该零件需要加工的表面主要有以下几种类型：
（1）Φ13的孔
（2）以Φ13的孔中心线为基准的孔的端面
（3）以Φ13的孔中心线为基准，离孔中心线为11的下端面
（4）拔槽14的端面，以及拔槽的两侧端面
（5）以下端面为基准的Φ6的孔
（6）拔叉的两侧面和凸台的两端面
其中Φ13、Φ6的孔和14槽的两个侧端面以及叉口的两侧表面是主要的配合面，加工的精度及粗糙度的要求较高，应作为加工的重点。
1.3尺寸和粗糙度的要求
Φ13的孔的上偏差为+0.027，下偏差为0，配合公差为H8，属于间隙配合，孔的内表面的粗糙度为3.2，要求较高，鉴于孔径为13，可先采用Φ12的麻花钻钻孔，再用Φ10的立铣刀进行扩孔，再用铰刀进行精铰，即可达到表面3.2的粗糙度。
Φ6的孔的上偏差为+0.15，下偏差为0，配合公差为H12，属于间隙配合，孔的内表面的粗糙度为12.5，要求一般，鉴于孔径为6，可直接采用Φ6的立式钻床直接钻孔，就可直接达到表面粗糙度要求。
Φ13的孔下表面距孔的中心线的尺寸为11mm，表面的法线方向与垂直面成13º，表面粗糙度为12.5，课直接采用铣床进行铣削，Φ13孔的右表面距孔的中心线尺寸为8mm，其表面的法向平面与水平面成13º，表面粗糙度为12.5，可直接采用立式铣刀进行加工，即可达到表面粗糙度要求。
槽宽为14mm的槽，上偏差为+0.3，下偏差0，配合公差为H12，两侧表面的粗糙度都要求达到6.3，可先采用铣床进行铣削，再用磨床进行磨削可达到表面精度要求。
拨叉的两侧尺寸为6.5，上偏差为+0.5，下偏差-1.0，公差等级很低，直接采用锻造即可达到表面的公差等级。
拔叉的两侧的凸台的尺寸为9，上偏差0，下偏差-0.16，表面粗糙度为6.3，公差等级IT12，可先采用铣床进行铣削，然后再采用磨床进行磨削，达到表面粗糙度要求。
1.4、位置公差要求
由零件图可知，该零件主要要求保证于孔想接近的俩端面的垂直度要求和Φ6的孔的中心线于拔叉侧面的平行度要求。
以Φ13的孔作为加工与孔相邻的两端面的点位基准可保证两端面的垂直度，以端面为定位面可保证加工孔的轴线与端面的平行度要求。
第二章：
毛坯的设计
2.1选择毛坯
该零件的材料为ZG45，即铸钢，根据工程材料知识，认真对比选择铸钢件作为变速器换挡叉的毛坯。
铸钢件的优点之一是设计的灵活性，设计人员对铸件的形状和尺寸有最大的设计选择自由，特别是形状复杂和中空截面的零件，铸钢件可采用组芯这一独特的工艺来制造。
其成形和形状改变十分容易，从图样到成品的转化速度很快，有利于快速报价响应和缩短交货期。
形状和质量的完善化设计（StateoftheArt）、最小的应力集中系数以及整体结构性最强等特点，都体现铸钢件设计的灵活性和工艺优势。
其二是铸钢件冶金制造适应性和可变性最强，可以选择不同的化学成分和组织控制，适应于各种不同工程的要求。
可以通过不同的热处理工艺在较大的范围内选择力学性能和使用性能，并有良好的焊接性和加工性。
其三是铸钢材料的各向同性和铸钢件整体结构性强，因而提高了工程可靠性。
再加上减轻重量的设计和交货期短等优点，在价格和经济性方面具有竞争优势。
其四是铸钢件的重量可在很大的范围内变动。
小者可以是重量仅几十克的熔模精密铸件，而大型铸钢件的重量可达数吨、数十吨乃至数百吨。
1）与锻钢件比较
铸钢件在力学性能的各向异性并不显著，这是优于锻钢件的一方面。
研究工作表明．车L制钢材纵向力学性能通常略高于同牌号的铸钢件，横向性能则低于铸钢件，其平均性能基本上与质量良好的铸钢件大致相同。
有些高技术产品，在零件的设计过程中往往要考虑材料在三个坐标轴方向的性能，铸钢件的上述长处就值得被重视了。
铸钢件不论其重量大小、批量多少，均易于按设计者的构思制成具有合理外形和内部轮廓、刚度高、形状复杂且应力集中不显著的零件。
单件或小批量生产时，可用木质模样（模样及芯盒）或聚苯乙烯气化模样，生产准备的周期很短。
大批量生产时，可用塑料模或金属模样，并用适当的造型工艺，使铸件有符合要求的尺寸精度和表面质量，这些特点是锻件难以做到的。
2）与焊接结构件比较
在形状和大小等方面，焊接结构件的灵活性比锻钢件为优，但与铸钢件相比，仍有以下不足之处：
1）焊接过程中易于变形。
2）难以做出流线型的外形。
3）焊接过程中内应力较高。
4）施焊接缝影响零件外观和可靠性下降。
当然，制造焊接结构件也有生产准备周期短的优点，而且，与铸钢件相比，不需要制造模样和芯盒。
另外由于工程用的结构铸钢件一般都具有良好的焊接性，常制成铸钢件与焊接件相结合的铸焊结构，兼有两者的长处。
3 ）与铸铁件及其他合金铸件比较
铸钢件能用于多种不同的工况条件，其综合力学性能优于其他任何铸造合金，而且有多种高合金钢适用于特殊的用途。
承受高拉伸应力或动负荷的零件、重要的压力容器铸件，在低温或高温下受较大负荷的零件以及重要的关键件，原则上都应优先采用铸钢件。
但铸钢的吸振性、耐磨性、流动性和铸造性能都较铸铁差，成本也较铸铁高。
另外，刚度相同时，铸钢件的相对重量却是铝合金的2倍
2.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）确定最大轮廓尺寸
根据零件图计算零件的最大轮廓尺寸为：
长66mm，宽95mm，高91.2mm
（2）选择铸件公差等级
查手册铸锻成型，零件材料按中碳钢，得铸件公差等级为8～12级取为10级。
（3）求铸件尺寸公差
公差带相对于基本尺寸对称分布。
（4）求机械加工余量等级
查手册得按铸造材料为ZG4成型的方法，铸造5钢的机械加工余量等级E-G级选择F级。
2.3确定机械加工加工余量
根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为2㎜，孔的加工余量按相关表查找选取。
2.4确定毛坯
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≧1.6而Ra＜1.6的表面，余量要适当加大。
分析本零件，加工表面Ra≧1.6,因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。
（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值）
生产类型为大批量生产，可采用铸造毛坯。
2.5确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据铸件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得，本零件毛坯尺寸允许偏差为0.1-0.2mm，表面粗糙度为Ra12.5-25
2.6设计毛坯图
用查表法确定铸件个加工表面的加工余量
加工表面
基本尺寸
加工余量（单侧）
铸件尺寸
拔叉的侧面
6.5
2
10.5
拔叉的侧面凸台
9
2
13
圆孔的前端面
8
2
10
圆孔的下端面
11
2
13
圆孔前端面的两侧面
14
2
10
毛坯图如下所示
第三章选择加工方法，拟定工艺路线
3.1、基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。
否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。
3.2、确定定位基准、夹紧
粗基准的选择：
●保证相互位置要求的原则
●保证加工表面加工余量合理分配的原则；
●便于工件装夹的原则；
●粗基准一般不得重复使用的原则。
精基准的选择：
●基准重合原则；
●统一基准原则；
●互为基准原则；
●自为基准原则；
●便于装夹原则。
根据零件图的要求，对零件而言，尽可能选择不加工面为粗基准，而对有若干不加工表面的工件选用要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准；
3.3、具体的定位、夹紧方案如下
加工面
定位面
限制自由个数
夹具
圆孔两端面
圆孔外形、拔叉端面
5
专用夹具
钻孔、铰孔
圆孔端面、圆孔外形
5
专用夹具
粗铣、半精铣
Φ13孔及端面
5
专用夹具
粗铣、半精铣
Φ13孔及端面
5
专用夹具
钻孔
Φ13孔及前端面
5
专用夹具
3.4、工艺路线制定
工序号
工序名称
工序内容
工艺装备
01
铸造
02
热处理
正火
03
粗铣
以Φ13的外形为定位基准，车Φ13的两个端面（见工艺附图）
X5030A专用工具
04
钻孔、铰孔
以Φ13端面和外形为定位基准，钻Φ13的孔、铰孔（见工艺附图）
Z5132A组合夹具
05
粗铣、半精铣
以Φ13的孔和左端面为定位基准，粗铣尺寸
的端面及两侧面、及圆孔底面、并半精铣
的两侧面（见工艺附图）
X5030A组合夹具
06
粗铣、半精铣
以Φ13的孔和左端面为定位基准，粗糙拔叉左右两端面（见工艺附图）
X5030A组合夹具
07
钻孔
以Φ13的孔和拔叉口面为定位基准，钻Φ
Z5132A组合夹具
08
去刺
钳工
09
检验
按图样要求检查各部尺寸及精度
10
入库
入库
第四章机械加工余量
4.1、各种加工方法加工余量
查阅相关资料可得：
1）半精铣端面加工余量1.0mm
2）铣槽余量1.5mm
3）铰孔加工余量0.2mm
4.2、各种加工方法的加工经济精度和表面粗糙度
查表得各种加工方法的加工经济精度和表面粗糙度
加工方法
加工经济精度
粗糙度Ra/um
粗车端面
IT17
12.5
半精车端面
IT12
6.3
粗铣平面
IT12
12.5
半精铣平面
IT12
6.3
钻孔
IT13
12.5
扩孔
IT11
12.5
精铰
IT8
3.2
由半精加工、精加工的余量和毛坯的余量可以计算出粗加工的余量，即可进行粗加工，然后按工艺卡进行半精加工，精加工。
第五章机床设备的选择
5.1、生产过程概念
机械产品生产过程是指从原材料开始到成品出厂的全部劳动过程，它既包括毛坯的制造，零件的机械加工和热处理，机器的装配、检验、测试和涂装等主要劳动过程，还包括专用工具、夹具、量具和辅具的制造、机器包转、工件和成品的储存和运输、加工设备的维修，以及动力（点、压缩空气、液压等）供应等辅助劳动过程。
5.2、生产类型概念
根据工厂（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的不同，可将它们按大量生产、成批生产和单件生产3种生产类型来分类。
其中，成批生产又可分为大批生产、中批生产和小批生产。
本次设计均是按中批量生产来选择机床设备的。
5.3、生产纲领概念
企业根据市场要求和自身的生产能力决定生产计划。
在计划期内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。
计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。
零件的年生产纲领通常按下式计算：
式中N-------零件的年生产纲领（件/年）
Q-------产品的年产量（台/年）
n--------每台产品中，该零件的数量（件/台）
α%---备品率
β%---废品率
该产品属于中批量生产。
假设汽车产量为10000台/年，每台汽车中变速器换挡叉为1件/台。
其中，按实际生产，备品率α%和废品率β%分别取3%和0.5%。
故，零件的年生产纲领
N=10000台/年×1件/台×（1+3%+0.5%）
=10.350件/年
5.4、机床设备的选择
工序号
工序名称
设备
型号
01
铸造
02
热处理
03
粗铣
立式铣床
X5030A
04
钻孔、铰孔
摇臂钻床
Z5132A
05
粗铣、半精铣
立式铣床
X5030A
06
粗铣、半精铣
立式铣床
X5030A
07
钻孔
摇臂钻床
Z5132A
08
去刺
钳工
第六章确定切削用量
6.1、用Φ12的麻花钻钻孔查表f=0.1mm/r
ap=5.5mm,Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min
n=（1000×50）/（3.14×12）=1326.9r/min
主轴最大转速2000r/min，所以取n=1350r/min
用Φ13的直柄铰刀铰孔查表f=0.1mm/r
ap=5.5mm,Vc=50-70m/min,取Vc=50m/min
n=（1000×50）/（3.14×13）=1224.9r/min
主轴最大转速2000r/min，所以取n=1225r/min
6.2、粗铣叉口上端面
已知工件材料为ZG45，选择镶齿套式面铣刀，齿数z=10，材料YG8，fz=0.2~0.29/齿。
确定每齿进给量和背吃刀量。
查表取每齿进给量，查表取af=1.2mm/z
背吃刀量取4mm
查表得：
V=64m/minPm=1.33kw
计算实际主轴转速
主轴转速n=1000×64/（3.14×20）=1019.1r/min,查表得n=1000r/min，
6.3、精铣叉口侧端面
选择镶齿套式面铣刀，齿数z=10，材料YG6，fz=0.1mm/齿V=124m/min。
计算实际主轴转速
主轴转速n=1000×124/（3.14×20）=493.6r/min
计算Vc=600×3.14×80/1000=150.7m/min
计算得n=494r/min，
6.4、粗铣叉口中间的侧面
选择普通的Φ10立铣刀，齿数为Z=2，材料YG6，fz=0.1mm/齿V=20m/min。
计算实际主轴转速
主轴转速n=1000×20/（3.14×10）=636.9r/min
取n=630r/min
计算Vc=630×3.14×10/1000=19.7m/min
计算得n=630r/min，
第七章基本时间的确定
7.1.1工时定额的计算
工时定额是指完成零件加工的就一个工序的时间定额
Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N
其中：
Td是指单件时间定额
Tj是指基本时间（机动时间），通过计算求得
Tf是指辅助时间，一般取（15-20）%Ｔj;Tj与Ｔf和称为作业时间
Tb是指布置工作时间，一般按作业时间的（２-７）％估算
Tx是指休息及生理需要时间，一般按作业时间的（２-４）％估算
Tz是指准备与终结时间，大量生产时，准备与终结时间忽略不计
Ｎ是指一批零件的个数
7.2、工序四钻孔、铰孔
钻：
Tj=（l+l1+l2）/fxnl=47l1=D/2cotKa+（1-2）l2:
（1-4）Ka=90°
Tj=（47+2+3）/0.1x1350=0.39min
铰；Tj=（l+l1+l2）/fxn
Tj=（47+2+3）/0.1x1225=0.42min
7.3、工序五粗铣、半精铣
粗铣下端面Tj1=（l+l1）/（f×n）=（2+3）/0.2x1000=0.025min
粗铣右端面Tj2=（l+l1）/（f×n）=（2+3）/0.2x1000=0.025min
粗铣两侧端面Tj3=2x（（l+l1）/（f×n））=2x（（1.5+3）/0.2x1000）=0.045min
半精铣两侧端面Tj4=2x（（l+l1）/（f×n））=2x（（1+3）/0.1x630）=0.13min
7.4、工序六粗铣、半精铣
粗铣拔叉两侧端面Tj1=2x（（l+l1）/（f×n））=2x（（2+3）/0.2x1000）=0.05min
粗铣拔叉两侧凸台端面Tj2=2x（（l+l1）/（f×n））=2x（（1.5+3）/0.2x1000）=0.045min
半精铣拔叉两侧凸台端面Tj3=2x（（l+l1）/（f×n））=2x（（1+3）/0.1x494）=0.16min
八、设计总结
本次设计是我们学完了大学的绝大多数基础课、专业基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的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。
经过这次制造技术基础课程设计，对自己所设计的变速器换挡叉块有一定的了解，同时对《制造技术基础》和《工程材料》中的部分知识有所复习，结合实际画图，对我们掌握CAD的能力有所巩固。
整体来说，在此次设计中学习到了很多以前没有用心学过的知识，同时也有对课外知识的自主学习，因此在设计中巩固和学习了一部分知识，对以后我们的实际工作都有很现实的意义。
虽然在课程设计中我遇到了不少困难，比如如何确定工艺路线，如何选择基准等。
但是通过认真的查阅资料，虚心的向老师请教，对这些问题有了一定的了解。
此次课程设计对给定的零件图分析并进行工艺规程设计，其中考察了定位基准的选择，零件表面加工方法的选择，加工工艺路线的拟订及工序加工余量，工序尺寸，公差等相关知识，利用近两周时间的课程设计，加深了对所学知识的理解，有助于今后工作。
本次课程设计使我学会了解决机械加工工艺问题的能力，提高了结构设计能力和运用有关手册、图表等技术资料的能力，同时还培养了识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
九、参考文献
【1】张耀宸主编.《机械加工工艺设计实用手册》.北京：
航空工业出版社，1993
【2】机械制造工艺及自动化教研室，王绍俊主编.《机械制造工艺设计手册》.哈尔滨工业大学，1981
【3】王先达主编.《机械制造工艺》.北京：
机械工业出版社，2006
【4】李益民主编《机械制造工艺设计简明手册》北京：
机械工业出版社，1994
【5】陈宏钧主编《机械加工工艺设计员手册》机械工业出版社，2009
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