换档叉说明书教材.docx
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换档叉说明书教材
中北大学
信息商务学院
课程设计说明书
学生姓名：
赵宏学号：
13
系：
机械工程系
专业：
机械设计制造及其自动化
题目：
换挡叉工艺课程设计
零件的工艺规程及夹具设计
指导教师：
赵丽琴职称:
副教授
王彪职称:
教授
2013年12月9日
摘 要
制造商不断推出各种各样先进的汽车零部件制造技术,拨叉裂解技术就是20世纪90年代出现的一种先进的拨叉加工新技术,和传统加工技术相比,该技术具有大幅度提高产品质量、提高生产率、降低生产成本等突出优点而备受业界关注。
我们国家正在不断地改变拨叉的传统加工方法，加快提高拨叉的加工水平，不断缩小同先进汽车生产国家的差距，例如一汽，二汽，上汽，奇瑞等生产厂与世界先进拨叉生产水平的差距越来越小，不断加强了我国汽车整体的生产水平。
机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术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,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能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，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。
1拨叉…………………………………………………………………………….4
1.1拨叉的概述………………………………………………………………….4
1.2拨叉的工艺分析……………………………………………………………4
1.3拨叉的工艺规程设计………………………………………………………5
1.3.2定位基准..................................................8
1.3.3制定工艺路线..............................................8
2确定切削用量及基本工时.........................................8
3专用夹具设计...................................................8
3.1设计主旨....................................................8
3.2夹具设计....................................................9
3.2.1定位基准的选择...........................................9
3.2.2切削力和夹紧力的计算.....................................9
3.2.3定位误差分析.............................................10
3.2.4夹具设计及操作的简要说明.................................10
4方案综合评价与讨论.............................................10
5体会与展望.....................................................11
6参考文献.....................................................12
1拨叉
1.1 拨叉的概述
1.1.1 拨叉的功用
拨叉头以孔套在边素叉轴上，并用销钉经孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。
当需要变速时，操纵边速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花毽轴上滑动以变换档位，从而改变机器的运转速度。
1.1.2拨叉的结构特点
拨叉在改换档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、钢度和韧性，以适应拨叉的工作条件。
该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔和锁销孔，在设计工艺规程时应重点予以保证。
1.2拨叉的工艺分析
通过对该零件图的重新绘制，可知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
但底座对表面粗糙度要求较高，Ra=1.6。
基准孔的表面粗糙度为1.6。
该零件不属于回转体零件，加工时不能旋转，其表面均采用铣削加工，其余各表面粗糙度不难获得，除有要求的表面粗糙度之外，其余表面粗糙度为以不去除表面获得。
基准孔与后座底面有垂直度要求，值为0.02。
底座上部2*Ø10H7的孔有同轴度要求，值为0.2，不能一次加工出。
左端Ø20的圆柱上表面与内孔侧面有垂直度要求，值为0.2，加工时以内孔为基准。
R38的半圆粗糙度为12.5，只需粗铣即可，工不成问题。
总的来说，此零件的工艺性较好。
确定拨叉的生产类型
依设计题目知：
N=4000件/年，拨叉重量为0.98属轻型零件。
该拨叉的生产类型为中批生产。
1.3拨叉的工艺规程设计
1.3.1拨叉材料及毛坯制造方法
由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用铸件，该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属中批生产，为提高生产率和铸件精度，以采用砂型铸造方法制造毛坯。
毛坯的拨模斜度为5°。
确定毛坯的尺寸公差和加工余量
要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。
公差等级
由于拨差的功用和技术要求。
确定该零件的公差等级为普通级.
已知机械加工后拨叉件的重量为0.98kg，由此可初步估计机械加工前铸件毛坯的重量为1.4kg。
铸件的材质系数
由于该拨叉材料为QT200，碳的质量分数大于0.65%的弹素钢，该铸件的采制系数属M2级。
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
a圆柱体上表面
4
32
b圆柱体Φ20表面
2.5
25
a圆柱体底面
3
2×Φ10H7所在物块
2.5
15
a圆柱体Φ20表面
2.5
25
Φ60圆柱体上表面
4
22
b圆柱体上表面
4
46.5
Φ60圆柱体底面
3
b圆柱体底面
3
R38圆弧
3
R35
11．5圆台顶面
4
18．5
11．5圆台底面
3
18.5
毛坯圆角半径取R=3。
以上所取圆角半径能保证各表面的加工余量。
1.3.2定位基准
（1）粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整，没有飞边，毛刺或其他表面缺欠。
粗基准：
首选大端面为粗基准，即Ø60的圆柱底面。
（2）根据该换档叉零件的技术要求和装配要求，选择换档叉φ20H7的孔和底面作为精基准。
零件上的很多表面都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。
精基准：
选Ø20H7孔为精基准
1.3.3制定工艺路线
1.原加工工序：
粗铣底座ø60表面，粗钻ø20H7孔——磨底座ø20H7孔，钻ø30孔，粗铣左端圆柱上表面，中部圆柱下表面，粗磨底座ø20H7与ø30孔的交接面，左端及中部2×ø10H7孔——刮底座底面，精钻左端及中部内孔，磨ø20H7内孔——磨2×ø10H7孔半精铣2×ø10H7的左右4个端面，磨ø20H7与ø30孔的交接面，粗铣R38半圆——磨左端ø10H7的孔——去除全部毛刺——按零件图样要求全面检查
2.加工工艺分析
提高了拨叉两孔中心距尺寸精度工艺改进前，大头孔与小头空的钻、粗镗以及精镗均分开为两道工序，两次装夹，故两孔中心距尺寸公差分布范围较大；工艺改进后，一次装夹钻或镗两孔，能够将拨叉两孔中心距的尺寸误差控制在很小范围内。
工艺改进后，车大头外圆位于粗镗大小孔后，更有利于后续工序回转自由度限制的一致性与稳定性。
保证了两孔的平行度。
1：
由于孔的加工余量大、内应力变形大，因此改进后的工艺，先钻后孔，后粗磨端面。
避免了拨叉在钻孔工序时，其孔端平面度、平行度被破坏。
2：
而改进前的拨叉加工工艺，磨削两端面均直接将工件置于转盘磨床的磁力吸盘上。
这样，在加工第一面时，有以下因素影响精度:
一方面由于拨叉刚性不足，若定位面存在弯曲度，直接置于磁力吸盘上，虽吸平，但加工后弹性恢复，导致已加工的第一面不平；另一平面，整个定位面不平整，定位不稳定，改进后的加工方案，采用磨第一面时，工件置于夹具上、定位面采用三点定位（保证了定位的稳定性），另小头外圆2点，大头外圆1点定位。
而夹具置于磁力吸盘上，磁力磁盘对工件不起夹紧作用。
磨第二面时，因第一面已磨完，表面平整光洁，故可直接置于磁力吸盘上。
3：
改进后的加工工艺，以拨叉整个端面定位，同时镗两孔，保证拨叉两孔的平行度。
提高了大小头孔精度。
改进后，拨叉大小铜套孔在精镗后进行滚压加工，有利于提高光洁度、尺寸精度，并能产生有利的残余压应力；而大头孔采用衍磨加工，衍磨头与机床主轴浮动连接，有利于减少主轴回转中心与被加工孔的同轴度误差的影响。
以上的工艺过程见表“机械加工工艺过程卡片”和“机械加工工艺卡片”。
2确定切削用量及基本工时
工步1：
装配拨叉。
本工序采用手动，无计算。
工步2：
拉削大头孔的两端倒角。
本工序采用计算法确定切削用量。
1.加工条件
工件材料：
45#，
=0.60Gpa。
机床：
卧式三工位机床
2.计算切削用量
（1）确定进给量f：
根据《切削用量简明手册》表2-10，f小于0.02mm，根据双面倒角机f取0.018mm。
（2）计算切削速度：
按《切削用量简明手册》公式为
=108.6m/min（2-1）
（3）确定机床的主轴转速：
=559r/min（2-2）
按机床说明书，与559相近的机床转速为560r/min。
所以实际切削速度v=114.35r/min.
（4）计算切削工时：
按《切削用量简明手册》表取
=12.5mm,
=2mm,
=0,
=0
=0.325min（2-3）
工步3：
精拉大头两端面
进给量：
选用f=0.016mm
计算切削速度：
=133.8m/min
确定主轴转速：
=102r/min
按机床选取n=100r/min.
计算切削工时：
=0.064min
工步4：
精拉大头孔
进给量：
选用f=0.015mm
计算切削速度：
=17.68m/min
确定主轴转速：
=212r/min
按机床选取n=200r/min
计算切削工时：
=075min
最后，将以上工序切削用量、额定工时、主轴转速、进给量的结果，连同其他加工数据，一并添入机械加工工艺工程卡片和机械加工工序卡片。
3专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，形成大批量生产，通常需要设计专用夹具。
经过选择指导老师和课题，决定设计拉削连杆大端剖分面和φ66mm内孔的拉床夹具。
本夹具将用于立式拉床，刀具为成形拉刀，对工件的大端剖分面和孔同时进行拉削。
3.1设计主旨
本夹具主要用来拉削连杆大端剖分面和φ66mm的孔，本连杆的剖分面和大头孔都有一定的技术要求。
因此，在本道工序加工时，主要考虑如何提高加工精度，提高劳动生产率和降低劳动强度。
3.2夹具设计
3.2.1定位基准的选择
由零件图可知，以杆身对称为定位，便于保证对称度的要求，而且采用双面拉削，可使部分切削力抵消。
以大小头端面、小头孔、大头孔一侧外圆面定位，因为端面的面积大，定位稳定可靠；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。
为了提高加工效率，现决定用双面拉削刀同时对剖分面和大头孔同时进行加工。
同时，为了缩短辅助时间，采用手动摇柄夹紧装置。
3.2.2切削力和夹紧力的计算
切向力：
=
=
=561N
背向力：
=
=
=378N
进给力：
=
=558N
夹紧力：
N
选用摇柄压紧，实际加紧力N应为
式中，
和
是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，
＝
＝0.5。
此时
已大于所需的1460N的夹紧力，故本夹具可安全工作。
3.2.3定位误差分析
定位元件尺寸及公差的确定
本夹具的主要定位元件为一定位销和手动摇柄，该定位元件的尺寸与公差现规定为本零件在工作时与其相配元件的公差相同。
计算最大转角
零件图样规定φ66mm的大头孔中心线与φ26mm小头孔中心线转角公差为
。
此项技术要求主要由连杆孔来保证。
3.2.4夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应该首先着眼于加紧，本道工序的拉床夹具就选择了手动加紧方式，本方式简单、快捷。
本工序由于是精加工，切削力较小，同时还有夹紧工件，因此势必要控制好夹紧力。
目前可采取的有效措施有三个：
一是选择好毛坯，提高它的精度、刚性以及抗疲劳性。
二是选择合理的夹紧力，以免在拉削时使工件受到损伤。
在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。
应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。
提高夹具性价比。
本夹具操作简单，省时省力。
此外，可以使夹具在一批零件加工之前对好刀，再使机床在工作台上有一正确的安装位置，以利于拉削加工。
4方案综合评价与结论
汽车产业逐渐成为我国的支柱产业，汽车生产商不断加强在汽车研发上的物力、财力、和人力的投入。
拨叉作为汽车上不可缺少的零件，它的好与坏直接影响汽车的传输动力效率，提高拨叉的技术水平和合理性是汽车研发部门的重中之重。
本文设计出来的拨叉主要考虑了它批量生产时的经济性和它在使用时的合理性。
针对使用特点开发设计了此种拨叉，在设计过程中，利用了多本参考书和论文，结合了其中的夹具设计和数据，使该设计基本实现了不仅重量轻、刚度大，具有足够的疲劳强度和冲击韧性，而且在生产中具有高效率等特点。
在设计过程中，与同组的其他人员有异同的地方，例如：
拨叉的工艺路线，工序过程。
经过我们的反复讨论和分析，再根据我们在设计拨叉时所采用的车型不同，最终我们采取了比较合理的设计方案。
在不断修改的过程中，使我们在设计时考虑问题更加缜密、设计出来的产品更加合理。
本设计还存在很多不足之处。
一是由于本人对CAD画图软件的掌握还不够熟练,在画图遇到复杂图和难的地方时显得力不从心，使图不能达到预期设计出来的水平。
二是本人对换档叉结构和工作原理掌握的不够熟练，在设计过程中不能全面地考虑问题，造成走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。
5体会与展望
进入新世纪以来，世界换档叉进入了前所未有的高速发展阶段，发达国家重视换档叉的发展，不仅在本国工业中所占比重、积累、就业、贡献均占前列，更在于装备制造业为新技术、新产品的开发和生产提供重要的物质基础，是现代化经济不可缺少的战略性产业，即使是迈进“信息化社会”的工业化国家，也无不高度重视换档差的发展。
全球化的规模生产已经成为各大跨国公司发展的主流。
在不断联合重组，扩张竞争实力的同时，各大企业业纷纷加强对其主干业务的投资与研发，不断提高系统成套能力和个性化，多样化市场适应能力。
6主要参考文献：
[1]崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京.化学工业出版社，2006.12
[2]张龙勋.机械制造工艺学课程设计指导书及习题.北京:
机械工业出版社，2006.1
[3]孟少农，机械加工工艺手册.北京:
机械工业出版社，1991.9
[4]艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京:
机械工业出版社
[5]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
[6]赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书—2版.北京:
机械工业出版社，2000.10
[7]李云，机械制造及设备指导手册.北京:
机械工业出版社，1997.8
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