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拨叉课程设计说明书

湖南工业大学

机械制造工艺学课程设计

课题名称:

拨叉零件制造工艺规程

院系：

机械工程学院

专业：

机械工程及自动化

班级：

姓名：

学号：

指导老师:

课程设计任务书

拨叉零件的机械加工工艺规程

一、设计的主要技术参数：

拨叉材料HT200;铸造圆角R2〜3;拨叉头高50mm，外圆$40mm，内孔$27mm;拨叉脚内表面R25,外表面R35;凸台高25mm；凸台半径10,凸台孔径$8,孔深15mm中心距93.75mm。

二、设计基本内容：

（一）对零件（中等复杂程度）进行工艺分析，画零件图。

（二）选择毛坯的制造方式。

（三）制订零件的机械加工工艺规程

内容及任务

1.选择加工方案，制订工艺路线；

2.选择定位基准；

3.选择各工序所用的机床设备和工艺装备（刀具、夹具、量具等）；

4.确定加工余量及工序间尺寸和公差；

5.确定切削用量

（四）填写工艺文件

1.填写机械加工工艺卡片；

2.填写机械加工工序卡片。

（五）编写设计说明书。

三、每个学生应在教师指导下，独立完成以下任务：

（1）机械加工工艺卡片一张；

（2）机械加工工序卡片一套；

（3）设计说明书一份。

第一章序论5

第二章零件的分析6

1、零件的工艺分析6

2、毛坯的确定7

1、毛坯种类的确定7

2、铸件加工余量及形状的确定7

3、铸件毛坯图的绘制8

第三章工艺规程的设计9

1、定位基准的选择9

1、精基准的选择9

2、粗基准的选择9

2、工艺路线的制定9

1、确定工序的原则10

2、工序的特点10

3、加工精度的划分10

4、工艺方案确定10

5、工艺设备工装的确定11

3、机械加工余量及工序尺寸与公差的确定--一——12

1、加工余量、工序尺寸和公差的确定12

2、确定切削用量16

第四章工艺卡片的制定23

第五章工序卡片的制定23

第六章小结23

第七章附录（重要参考文献）23

第一章序论

21世纪现在是我国全面建设小康社会，实现国民经济增长模式根本转变，走新型工业化道路的关键时期。

机械工程高等教育承担着培养适应和推进新型工业化发展的现代高级人才的历史重任。

对于我们当代大学生来说，最根本的任务是学习。

准确地把握未来科学和技术发展领域的机遇和挑战，客观掌握识我们知识技能的基本出发点。

大三上学期我们学习了《机械制造基础》，为了巩固所学知识，并且在我们进行毕业设计之前对所学各课程的进行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，因此，我们进行了本次课程设计。

通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。

另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。

由于能力所限，设计还有许多不足之处，希望指导老师给予批评指正。

第二早零件的分析

1、零件的工艺分析

拨叉零件是变速箱中的一个重要零件，且其尺寸较小，结构也比较复杂，为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求很高。

分析知该零件除主要工作表面（拨叉脚部槽的两端面、叉轴孔©27mm和拨叉头两端面外，其余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，精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。

由此可见，该零件的工艺性较好。

零件如图所示：

图1.1拨叉零件图

零件的材料为HT20Q灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的技术及位置要求：

加工表面

尺寸及偏

差

公差及精度等

级

表面粗糙

度

Ra/卩m

形位公差/mm

拨叉两端面

IT12

12.5

丄0,05A|

27的孔

IT7

3.2

拨叉脚内表面

R2500.075

IT6

6.3

拨叉脚两端面

12±0.090

IT10

6.3

拨叉脚侧面

2.5

IT12

凸台孔©8

陶.015

IT7

6.3

凸台高

IT12

为实现换挡、变速功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。

叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面须高频

淬火处理，硬度为48-58HRC为保证拨叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面的垂直度要求为0.05mm

2、毛坯的确定

1、毛坯种类的确定

零件材料为HT200，零件在工作过程中，经常要承受变载荷及冲击性载荷，且它的外型复杂，不易加工。

因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，为使零件有

较好的机械性能，故可采用砂型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。

2、铸件加工余量及形状的确定

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及

加工余量，如下表所示：

③、铸件毛坯图

简图简图

DLU

加工面代号

基本尺寸

说明加工说明

27mm

孔降一级双侧加工

50mm

孔降一级双侧加工

8mm

孔降一级双侧加工

50mm

单侧加工

50mm

单侧加工

12mm

单侧加工

12mm

单侧加工

25mm

单侧加工

第三章加工工艺规程的设计

1、定位基准的选择

粗基准选择：

按有关的基准的选择原则，当零件有不加工表面时，应以这些

不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。

精基准选择：

考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，应依据“基准统

一”和“基准重合”的原则。

定位基准通常先确定精基准，然后再确定粗基准。

1、精基准的选择

由上面分析可知，根据该零件的技术要求和装配要求，选择叉头上端面和

即遵循了“基准统一”的原则，又轴孔©27o0.021mm勺轴线是设计基准，选用其作

精基准定位加工拨叉两端面，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。

选用拨叉头上端面作为精基准同样遵循了“基准重合”的原

则，因为该拨叉是在轴线方向上的尺寸多以该轴面作设计基准；另外由于拨叉件

刚性差受力易产生弯曲变形，为避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，夹紧力作用点不能作用在叉杆上，选用拨叉头上端面作精基准，夹紧可作用在拨叉头的下端面上，夹紧稳定可靠证。

2、粗基准的选择

作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面欠缺。

选择©40mm

的外圆面和拨叉头下端面作粗基准加工©27°0.021mn孔和上端面，可为后续工序准备做好精基准。

2、工艺路线的制定

对于批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。

拨叉的加工的

第一个工序也是加工统一的基准。

具体工序是先以小头孔左端面为粗基准，粗、

精加工小头孔右端面，再以右端面为基准加工小头孔，在后续的工序安排中都是

以小头孔为基准定位。

后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。

1、确定工序的原则

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。

一般采用结构简单的专用机床和专用夹具组织流水线生产。

2、工序的特点

制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。

所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。

一般采用结构简单的专用机床和专用夹具组织流水线生产。

3、加工精度的划分

零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：

（1）粗加工阶段

一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。

粗糙度为Ra10~1.255。

（2）半精加工阶段

半精加工的公差等级为IT9~IT10。

表面粗糙度为Ra10~1.25」m。

（3）精加工阶段

精加工的加工精度一般为IT6~IT7，表面粗糙度为Ra10〜1.25「m。

4、工艺方案确定

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、

1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

工序号

工序内容

定位基准

铸造

热处理

粗铣拨叉头上下端面

叉头下端面、©27孔、©50孔

钻、扩、铰©27孔

叉脚端面、©40外圆面、©50孔

粗铣拨叉脚上下端面

叉头下端面、©27孔、©50孔

粗镗、半精镗©50孔

叉头下端面、©27孔、©40外表面

半精铣拨叉脚上下端面

叉头下端面、©27孔、©40外表面

粗铣凸台斜面

叉头下端面、©27孔、©50孔

钻、扩、铰©8孔

叉头下端面、©27孔、©50孔

100

铣断

叉头下端面、©27孔、©40外表面

110

去毛刺

120

中检

130

时效处理

140

终检

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，列出了拨叉的工艺路线

⑤、工艺设备工装的确定

拨叉工艺路线及设备、工装的选用

工序号

工序内容

机床设备

刀具

量具

铸造

热处理

粗铣拨叉头两端面

立式铣床X51

直柄立式铣刀

游标卡尺

钻、扩、铰©27孔

Z525型立式钻床

麻花钻、扩孔钻，

铰刀

游标卡尺

粗铣拨叉脚两端面

立式铣床X51

直柄立式铣刀

游标卡尺

粗镗、半精镗©50孔

镗床

镗刀

卡尺、塞规

半精铣拨叉脚两端面

立式铣床X51

直柄立式铣刀

游标卡尺

粗铣凸台斜面

立式铣床X51

直柄立式铣刀

游标卡尺

钻、扩、铰©8孔

Z525型立式钻床

麻花钻、扩孔钻，

铰刀

游标卡尺

100

铣断

立式铣床X51

细齿锯片铣刀

游标卡尺

110

去毛刺

120

中检

塞规、百分表、卡尺

130

时效处理

140

终检

塞规、百分表、卡尺

3、机械加工余量及工序尺寸与公差的确定

①、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

工序10的加工过程如图3.1所示

工序10:

以下端面定位，粗铣上端面，保证工序尺寸L1;以上端面定位，粗铣

下端面，保证工序尺寸L2，达到零件图设计尺寸L的要求，L=50mm。

由图3.1所示加工过程示意图，建立分别以Z1和Z2为封闭环工艺尺寸链如

1）求解工序尺寸L1:

查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，得粗铣余量Z1=2mm由图3.1知L2=L=50mm从图3.2b知，Z2=L1-L2，

L仁L2+Z2=（50+2）mm=52mm由于工序尺寸L1是在半精铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为0.3mm故

L3=52±0.15mm

2）求解工序尺寸L0:

查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，得粗铣余量Z2=2mm由图3.2（b）知，L0=L1+Z1=（52+2）mm=54mm。

由于工序尺寸L0是在粗铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到左端面的最终加工要求IT12，因此确定该工序尺寸公差为ITI2，其公差值为0.3mm，故L0=54±0.15mm

拨叉脚的偏差计算

（一）拨叉平面的偏差及加工余量计算

（1）拨叉头两端面加工余量的计算

根据工序10要求，其加工为粗铣加工。

各工步余量如下：

粗铣：

其余量值规定

为1.5~2.0mm，现取2.0mm。

其粗铣为IT12。

工序10的加工过程如图3.1所示。

工序10：

以下端面定位，粗铣上端面，保证工序尺寸L1;以上端面定位，

粗铣

下端面，保证工序尺寸L2，达到零件图设计尺寸L的要求，L=50mm。

由图3.1所示加工过程示意图，建立分别以Z1和Z2为封闭环工艺尺寸链如图3.2所示。

1）求解工序尺寸L1:

查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，

得粗铣余量Z1=2mm由图3.1知L2=L=50mm从图3.2b知，Z2=L1-L2，

L1=L2+Z2=（50+2）mm=52mm由于工序尺寸L1、L2是在粗铣加工中保证的，查

《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工

序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT12，其公差值为0.3mm

故L仁52±0.15mmL2=50±0.15mm

2）求解工序尺寸L0:

查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余

量，得粗铣余量Z2=2mm由图3.2（b）知，L0=L1+Z1=（52+2）mm=54mm。

由于工序尺寸L0是在铸造，铸件尺寸公差为；；。

铸造毛坯的基本尺寸为L0=54mm

毛坯最小尺寸为：

54-0.6=53.4mm

毛坯最大尺寸为：

54+1.4=55.4mm

（2）拨叉脚两端面加工余量的计算。

根据工序50、70要求，其加工分粗、半精铣加工。

各工步余量如下：

粗

铣：

其余量值规定为1.5〜2.0mm，现取2.0mm。

其粗铣为IT12。

半精铣：

其余量值规定为1.0mm。

w—1

1）

求解工序尺寸L3:

查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面半精加工余量，得半精铣余量Z4=1mm由图3.1知L4=L=12±0.090mm从图3.2d知，

L3=L4+Z4=（12+1）mm=13mm由于工序尺寸L3是在半精铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工要求IT10，其公差值为0.1mm故

L3=13±0.05mm

2）求解工序尺寸L2:

查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面半精加工余量，得半精铣余量Z3=1mm从图3.2c知，L2=L3+Z3=（13+1）mm=14mm由于工

序尺寸L2是在粗铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终

加工要求IT12，其公差值为0.18mm故L2=14±0.09mm

3）求解工序尺寸L1:

查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，得粗铣余量Z2=2mm从图3.2b知，L仁L2+Z2=（14+2）mm=16mm由于工序尺寸

L1是在粗铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，粗铣工序的经济加工精度等即可达到上端面的最终加工

要求IT12，其公差值为0.3mm故L仁16±0.15mm

4）求解工序尺寸L0，查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面粗加工余量，

得粗铣余量Z1=2mm从图3.2a知。

L0=L1+Z1=（16+2）=18mm由于L0尺寸为铸件尺寸，铸件尺寸公差为品33。

故L0=18j：

092。

铸造毛坯的基本尺寸为L0=18mm

毛坯最小尺寸为：

18-0.032=17.68mm

毛坯最大尺寸为：

18+0.093=18.093mm

（二）大小头孔的偏差及加工余量计算

孑L^2700.021:

钻孔的精度等级：

IT=12，表面粗糙度Ra=25um，尺寸偏差是0.21mm

粗扩孔的精度等级：

IT=10，表面粗糙度Ra=12.5um，尺寸偏差是0.084mm精铰孔的精度等级：

IT=8,表面粗糙度Ra=3.2um，尺寸偏差是0.043mm根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，各工序余量如下：

钻^2700.021孔，

确定工序尺寸及加工余量为：

加工该组孔的工艺是：

钻---扩---铰

钻孔：

扩孔：

铰孔：

镗©50孔

加工该组孔的工艺是：

粗镗一一半精镗

粗镗：

半精镗：

铸件毛坯的基本尺寸分别为：

50-2.2-0.8=47mm

铸件公差为益

铸造毛坯的基本尺寸为47mm

毛坯最小尺寸为：

47+1.4=48.4mm

毛坯最大尺寸为：

47-0.6=46.4mm

②、确定切削用量

工序10:

粗铣©27mm孔两端平面

（1）粗铣©27mm孔两端面

工件材料：

HT200，铸造。

刀具：

硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：

YT15,D=100mm,

齿数Z=8，此为粗齿铣刀。

因其单边余量：

Z=2mm所以铣削深度ap:

ap=2mm每齿进给量af:

取af=0.12mm

/Z铣削速度V:

取V=1.33m/s

机床主轴转速n:

n=1000V式（4.1）nd

式中V—铣削速度;

d—刀具直径

a；=40mm

切削工时

被切削层长度I:

由毛坯尺寸可知I=40mm,

刀具切入长度h:

h=0.5D-・,D2-a21~3

-0.5100—.1002—402广i1~3]=7mm

刀具切出长度l2:

取J=2mm

走刀次数为1机动时间切:

jf2二冒心7讪式（4-2）工序2:

加工孔©27到要求尺寸

糙度Ra=3.2um。

准高速铰刀。

选择各工序切削用量。

（2）确定钻削用量

1）确定进给量f

f表=0.47~0.57mm/r，由于孔深度比丨/d。

=30/22=1.36,klf=0.9，故f表=（0.47~0.57）0.9=0.42~0.51mm/r。

取f=0.43mm/r。

钻头强度所允许是进给量f・1.75mm/r。

由于机床进给机构允许的轴向力Fmax=15690N，允许的进给量f"1.8mm/r。

由于所选进给量f远小于f'及f"，故所选f可用。

2）确定切削速度V、轴向力F、转矩T及切削功率Pm，由插入法得

v表=17m/min，F表二4732N

T表二51.69NM，=1.25kW

由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正

kiMv-0.88，kiv-0.75，^故

v表=17m/min0.880.75=11.22（m/min）

=162r/min

1000v表100011.22mm/min

■:

d0■:

22mm

取n=195r/min。

实际切削速度为

兀d0n兀72mm"95r/min一,.

v-14m/min

10001000

k|MF=k|MT-1.06，故

F=4732N1.06=5016（N）

T=51.69Nm1.06=54.8Nm

3）校验机床功率

切削功率Pm为

Pm=卩^表（n/n'山

=1.25kW（195/246）1.06=1.05kW

机床有效功率

P；卡：

=4.5kW0.81=3.65kW■Pm

故选择的钻削用量可用。

即

d0=22mm,f=0.43mm/r,n=195r/min,v=14m/min

相应地

F=5016N,T=54.8Nm,Pm=1.05kW

切削工时

被切削层长度I:

I=78mm

刀具切入长度h:

式（4.3）

h=Dctgk（1~2）=竺ctg1201=7.4mm

刀具切出长度l2:

l2=1~4mm取l2=3mm

机动时间tj2:

tj2=丄二一743:

1.08min

jjnf0.43095

（2）确定扩孔切削用量

1）确定进给量ff表=（0.7〜0.8）mm/rx0.7=0.49〜0.56mm/r。

取f=0.57mm/r。

2）确定切削速度v及n取v表二25m/min

故v表二25m/min0.881.02=11.22m/min

n=1000v表/（_：

d0）

=100011.22mm/min/（二24.7mm）

=286r/min

实际切削速度为v-…d0n10^=21.3m/min

切削工时

被切削层长度l:

l=78mm

刀具切入长度l1，有：

刀具切出长度l2:

l2=1~4mm取l2=3mm

走刀次数为1

机动时间tj2:

tj2=丄78—3―3：

0.54min

jjfn0.57疋275

（3）确定铰孔切削用量

1）确定进给量ff表二1.3~2.6mm,取f=1.6mm/r。

2）确定切削速度v及n取v表=8.2m/min。

故v表=8.2m/min0.880.99=7.14m/min

n=1000v表/（二d0）

=10007.14（m/min）25mm）

=91.5r/min

取n=100r/min，实际铰孔速度

v二二d0n10’=二25mm100

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