叉杆课程设计

1、目录一 叉杆零件工艺分析1. 零件材料的性能2. 叉杆的作用3. 零件的工艺性4. 零件的生产类型二 毛坯的确定1. 确定毛坯制造形式及毛坯精度等级2. 确定毛坯尺寸及机械加工余量三 拟定工艺路线1. 正确选择定位基准2. 确定各加工面和加工方法3. 确定工序集中与分散4. 加工顺序的安排四 选择各工序所采用的设备五 确定加工余量、工序尺寸及公差六 切削用量和时间定额的计算1. 确定一个工序的切削用量2. 计算一个工序的单位工时七 指定工序专用夹具的设计1.零件在本工序的加工要求下分析2.确定工件定位方案，设计定位装置3.确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置4.确定导向方案，设计导向装置5.切削力

2、及夹紧力的计算致谢参考书目一 叉杆零件工艺分析1. 叉杆的作用叉杆是变速箱换挡机构中的一个主要零件。叉杆头以孔套在变速叉轴上，并通过孔与变速叉轴连接，M8螺纹孔则起到紧固叉杆和变速叉轴连接的作用。叉杆脚是以R23、夹角为130度的对称圆弧内壁卡在齿轮轴上，而位于叉杆头对称的两凸台，则夹在两齿轮之间。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过叉杆头部的操纵杆带动叉杆与变速叉轴一起在变速箱中滑移，叉杆脚的凸台拔动双联变化齿轮在齿轮轴上滑动以该换档位，从而实现不同级别的减速。零件图如下：2. 零件材料的性能零件的材料为QT45-5，为球墨铸铁，从工程材料与成型技术基础与机械零件手册可查得：该类型的

3、球墨铸铁最低抗拉强度为450，最低屈服强度为310，伸长率为5%，布氏硬度160210HBS。球墨铸铁在铸铁中力学性能最好，兼有灰铸铁的工业优点，抗拉强度可以和刚相当，塑性和韧性也有了很大的提高。球墨铸铁的焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁，但消震能力比灰铸铁低。可以制成承受很大冲击的零件。3. 零件的工艺性该叉杆形状特殊、结构简单，属于典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能，叉轴孔与变速叉轴连接的定位孔有配合要求，因此加工精度要求较高。为保证叉尾两凸台面对叉轴孔的垂直度要求为0.15。为保证叉杆在叉轴上有准确的位置，改档换位正确，叉杆采用圆柱销定位。锁销孔的尺寸为。叉杆头底端面和叉杆脚两凸台

4、面均要求切削加工，叉杆头的孔的端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，能确保扩孔时轴心线对其，以保证孔的加工精度。叉杆脚两凸台面均高于其他相邻的表面，这样减少了加工面积。孔端面为斜面，为了防止钻头钻偏，在一个端面处开了一个的工艺孔，来保证孔的精度要求。M8螺纹孔位于圆柱侧壁上，且偏离夹角，这个需要做一个专用夹具来进行加工方能达到要求。另外，该零件除主要表面外，其余表面的加工精度均较低，不需要高精度的机床进行加工，通过铣床的粗加工便可以达到加工要求，而主要工作表面虽然加工精度要求较高，但可以在正常的生产条件下，采用较为经济的方法，保质保量的加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。该零件的主要工作

5、表面为叉杆脚两凸台表面、叉杆脚的圆弧表面、叉轴孔、锁销孔以及螺纹孔M8，在设计过程中时应重点给予保证。4. 零件的生产类型依设计题目可知：叉杆质量为0.48，查本指导书表2.2的“机械加工零件生产分类”知，叉杆属于轻型零件。根据设计要求可知，此零件为批量生产，并采用铸造的方法获得毛坯。铸造的方法通过查阅课程设计指导书得，大批量，精度较高且要求有较高的表面质量和力学性能的铸件采用金属型铸造。二 毛坯的确定1. 确定毛坯制造形式及毛坯精度等级已知此叉杆类零件的生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段，工序适当集中加工设备以通用设备为主大量采用专用工装。零件的材料为QT450-

6、5，根据该种零件所生产的批量，该种零件的结构形式比较简单，零件在机床运动时所受的冲击和震动大小，可以选择铸件毛坯，选择金属型铸造。毛坯的尺寸精度等级取为普通级。2. 确定毛坯尺寸及机械加工余量 因为的孔较小，不用直接铸造出来，所以铸成实心的。求最大轮廓尺寸中心距103mm，宽度R23、R35，高度40mm，厚度12mm。选取公差等级CT查设计手册的CT等级810，取CT=9求铸件尺寸公差中心距公差：2.5， 宽度公差：1.8 高度公差：1.8， 厚度公差：1.6求机械加工余量等级选用的是金属型铸造，球墨铸铁，查表余量等级为DF，取E级求RMA（机械加工余量）中心距：RMA=1.1宽度、高度、厚

7、度：RMA=0.4求毛坯基本尺寸 R=F+RMA+CT/2 中心距：105.5mm, 宽度：24.7mm,36.7mm， 高度：41.7mm， 厚度：13.6mm三 拟定工艺路线1. 正确选择定位基准选定精基准： 据零件要要求，选取叉轴孔和叉杆轴孔下端面作为精基准，很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循了“基准不变”的原则。叉轴孔的孔轴线是设计基准，选用其作精基准定位加工叉杆脚两端面和孔，实现了设计基准与工艺基准的重合，即遵循了“基准重合”原则选定粗基准： 据粗基准的选用原则，应该选择和加工表面有位置精度要求的不加工表面作为粗基准，所以，现选择孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，这样用外圆面

8、定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀。2. 确定各加工面和加工方法加工表面尺寸及偏差/mm 尺寸精度等级粗糙度Ra/m加工方案上下端面36IT1312.5粗铣内圆面IT106.3钻-扩叉杆脚上下端面R35IT96.3粗铣-精铣叉杆脚内圆面IT1312.5粗镗上下端面IT1312.5粗铣内圆孔IT83.2钻-扩-铰M8螺纹孔无无无钻-攻丝3. 确定工序集中与分散选用工序集中原则安排叉杆的加工工序。该叉杆的生产类型为大批量生产，可以采用万能型机床配以专用夹具，以提高效率；而运用工序集中原则使工件的装夹次数少，但不可缩短辅助时间，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的相对位置精度。4.

9、 加工顺序的安排遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准-叉杆头下端面和叉轴孔 mm；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 mm和叉杆头下端面，后加工次要表面-叉杆脚两端面和内圆面；遵循“先面后孔”原则，先加工叉杆头端面后加工叉轴孔mm；先铣操纵槽，再铣螺纹孔M8。则工序安排如下：工序10粗铣上下端面，以36外圆表面为粗基准，采用X53立式铣床；工序20钻-扩内圆孔，保证其垂直度误差，以孔下端面为精基准，采用Z525立式钻床；工序30 粗铣-半精铣以为半径的孔的上下端面，保证其垂直度误差，以内圆孔为精基准，采用X53立式铣床；工

10、序40 粗镗以为半径的孔，以内圆孔为精基准，采用Z525立式镗床；工序50 扩孔的下端面，得工艺孔，以内圆孔为精基准，采用Z525立式钻床；工序60 钻-扩-铰内圆孔，使孔的精度达到8级，并保证其垂直度误差，以内圆孔为精基准，采用Z525立式钻床；工序70 钻一个M6的孔，攻M8x1.25内螺纹，以内圆孔为精基准，采用Z525立式钻床；工序80 车各倒角和圆角；工序90去毛刺；工序100清洗及终检。四 选择各工序所采用的设备叉杆生产为大批量生产，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备，所选夹具均为专用夹具。各工序加工设备及工艺装备的选用如下表： 加工设备及工艺装备工序号工序内容加工

11、设备工艺装备10粗铣上下端面X53立式铣床高速钢套式面铣刀、游标卡尺20钻-扩内圆孔Z525立式钻床麻花钻、扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规30粗铣-精铣以为半径的孔的上下端面X53立式铣床高速钢套式面铣刀、游标卡尺40粗镗以为半径的孔Z525立式镗床卡尺、塞规50粗铣孔的下端面， X53立式铣床高速钢套式面铣刀、游标卡尺60钻-扩-铰内圆孔Z525立式钻床麻花钻，高速钢绞刀，专用夹具和的标准芯棒70钻、攻M8螺纹孔Z525立式钻床麻花钻，丝锥，专用夹具、万能量角器、M8螺钉。80去毛刺钳工台平挫90清洗、涂防锈漆清洗机100终检塞规、百分表、卡尺等五 确定加工余量、工序尺寸及公差工序:0粗铣上下端面

12、，查机械制造基础课程设计表2.63得：每边留下2.5mm的余量。工序202钻-扩内圆孔，使孔的精度达到8级，查机械制造基础课程设计表2.54得:先在铸好的孔1218，1819.8，19.820工序30粗铣-精铣以为半径的孔的上下端面，查机械制造基础课程设计表2.64得：粗铣余量为2mm，精铣余量为0.5mm。工序40 粗镗以为半径的孔，查机械制造基础课程设计表2.55得：由铸好的R20的孔镗至R23。工序50 粗铣孔的下端面的工艺孔20，查机械制造基础课程设计得：1020深度为2mm。工序60 钻-扩-铰内圆孔，查机械制造基础课程设计表2.53得：08，89.8，9.810。工序70 钻一个M

13、6的孔，攻M8x1.25内螺纹，查机械制造基础课程设计表2.66得： 06。工序80 车各倒角和圆角；工序90去毛刺；工序100清洗及终检最终计算得到工序尺寸：加工面最终尺寸公差/粗糙度单边余量工序尺寸毛坯尺寸孔上下端面无，Ra12.52.5404545孔无，Ra6.30.21.862019.819.81818120孔上下端面无，Ra6.30.521213131717孔，Ra12.53464040孔，Ra3.20.21.88109.89.88800孔上下端面无，Ra12.510，深2201010M8x1.25（螺纹）无，无26M86600六 切削用量和时间定额的计算1. 确定一个工序的切削用量

14、工序60：钻、扩、铰10孔1钻孔工步：钻床：Z525立式钻床钻头：选用直柄麻花钻，钻头直径9.8mm，l=89mm，l1=40mm。( 1 )背吃刀量的确定 取 ap=4.9mm.(2)进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表5-21 f=0.20mm/r。(3)切削速度的计算 由表5-21 切削速度选取为20m/min，由公式，求得该工序钻头转速，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=680r/min, 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为2.扩孔工步：钻床：Z525立式钻床铰刀：直柄机用铰刀 d=9.96，L=133mm l=38mm（1）背吃刀量确定 取ap=0.0

15、8mm.（2）进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表f=0.8mm/r.（3）切削速度的计算 由课程设计指导教程表5-27切削速度选取为v=14.1m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=545r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。3.铰孔工步：钻床：Z525立式钻床铰刀：直柄机用铰刀 d=10，L=133mm l=38mm（1）背吃刀量确定 取ap=0.02mm.（2）进给量的确定 查机械制造基础课程设计指导书表f=0.3mm/r.（3）切削速度的计算 由课程设计指导教程表5-26切削速度选取为v=8m/min, 由公

16、式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=272r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。2. 计算一个工序的单位工时工序60：钻、扩、铰10孔1钻孔工步：根据课程设计指导教程表5-41，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得： l=36mm; l2=0mm; l1=D/2*cot kr+(12)=3.904mm; f=0.20mm/r;n=680mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(36mm+3.904mm) /(0.20mm/min * 680r/min)= 0.29min=17.4s。2粗

17、铰工步根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l2、l1由课程设计指导教程表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.8mm/r; n=545r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(36mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*545r/min)=0.34min=0.11min=6.6s。3.精铰工步同上，根据课程设计指导教程表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：l2、l

18、1由课程设计指导教程表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02查得l1=0.37mm; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.3 mm/r; n=272 r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：tj=(36mm+0.37mm+13mm)/(0.3mm/min*272r/min)=0.605min=36.3s。则此工序的单件时间为 七 指定工序专用夹具的设计根据变速箱叉杆加工工序70的加工质量和生产类型的要求，钻、攻M8螺纹孔需要设计专用夹具。加工机床为立式钻床Z525和M8的粗牙普通螺纹丝锥。零件在本工序的加工要求下分析叉杆加工工序70为

19、钻M8螺纹孔和攻M8螺纹孔，零件在本工序的加工要求分析如下： M8螺纹孔中心线与圆和两圆心构成连心线成夹角。 M8螺纹孔中心线距定位基准面叉杆头下表面20。本工序前，与两圆心相距103.2。本工序可以在Z525立式式钻床上加工。确定工件定位方案，设计定位装置本工序加工M8螺纹孔，M8螺纹孔中心线与圆和两圆心构成连心线成夹角，中心线距定位基准面叉杆头下表面20，且位于与构成的圆柱筒上，因为孔与圆弧的两圆心相距103.2，根据工件的结构特点和技术要求，确定如下定位方案：采用一面两孔定位方式，定位基准面为叉杆头下表面，两定位基准孔分别为和。 定位元件采用带肩长定位销和削边销定位，长定位销与工件定位孔

20、配合，限制其四个自由度，其轴肩小环面与工件定位端面接触，削边销与工件叉口接触限制起一个自由度，实现工件完全定位。对于M8螺纹孔与两定位孔连心线的夹角，由定位元件在夹具中的位置上保证。由上序分析可知，该定位方案合理、可行。确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置轴套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指向限位台阶面，即基准面叉杆头下表面。针对批量生产的工艺特征，此夹具选用偏心螺旋压板夹紧机构，为了夹紧的稳定性，设置轴承套于凸台下表面。确定导向方案，设计导向装置为了能迅速、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，钻模板与夹具连接，钻套与工件之间留有排屑空

21、间。本工序要求对被加工孔依次进行钻、攻等2个工步的加工，最终达到工序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。钻套高度H=（2.53.5）d,排屑空间h=（0.71.5）d，取H=3d=3x8=24，排屑空间h=d=8.切削力及夹紧力的计算夹紧机构应保证工件夹紧可靠安全不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。刀具：6的麻花钻，7.95铰刀。在这里切削力和夹紧力的计算通过机床夹具设计手册软件版进行分析计算钻孔切削力：查机床夹具设计手册，得钻削力计算公式： 式中 F钻削力f每转进给量D麻花钻直径修正系数所以设计任务名称：切削力计算设计任务编号：Rw1-1设计者：刘洋钻削切削力计算类别：切削力Ff工件材料：灰铸球墨刀具材料：硬质合金加工方式：钻公式：Ff=412*D(1.2)*f(0.75)*(Kp)