课 程 设 计 说 明 书
课程名称： 机械制造技术及装备课程设计
设计课题：变速器换挡叉的机械加工工艺规程设计
专业： 班级：
姓名： 学号：
评分： 指导老师：（签字）
2014年 5 月 26日
机械制造技术及装备课程设计
任 务 书
课程设计名称 机械制造技术及装备课程设计 课 题 名 称 变速器换挡叉机械加工工艺规程设计 设计要求 ：1、绘制零件图1张； 2、编制机械加工工艺卡1套； 3、编写设计说明书1份。 4、零件三维造型。
课题任务书发给日期 2014 年 5 月 26 日 课程设计任务完成日期 2014 年 6 月 7 日 评分
指导教师
目 录
机械自造工艺及夹具课程设计任务书……………………..3
序 言 ……………………………………………………4 零件的分析…………………………………………………..4 零件的工艺分析……………………………………….4 确定生产类型……….…………………………………4 确定毛坯……………………………………………….5 工艺规程设计…….………………………………………… 5
选择定位基准…………………………………………5 制定工艺路线…………………………………………5 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定……………6 夹具设计…………………………………………………….16
问题提出………………………………………………16 夹具设计………………………………………………16 参考文献…………………………………………………….17
机械制造工艺及夹具课程设计任务书
设计题目：制定变速器换挡叉的加工工艺，设计钻φ15.8孔的钻床夹具
设计要求：中批量生产 手动夹紧 通用工艺装备 设计时间：2009.6
设计内容：1、熟悉零件图； 2、绘制零件图（一张）； 3、绘制毛坯图（一张）；
4、编写工艺过程卡片和工序卡片； 5、绘制夹具总装图； 6、绘制夹具零件图； 7、说明书
2009年06月
序 言
机械制造装备设计课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专业课后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，
也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。
由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。
零件的分析
题目所给的零件是变速器换档叉。它位于汽车的变速机构上，主要起换档作用。 一．零件的工艺分析
零件的材料为35钢，，为此以下是变速器换档叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、 孔Φ15.8以及与此孔相通的、M10螺纹孔。 2、 上下U型口及其两端面
3、换档叉底面、下U型口两端面与孔Φ15.8中心线的垂直度误差为0.15mm。 由上面分析可知，可以粗加工Φ15的孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，选择以孔为基准加工的面作为孔加工的精基准。最后，以精加工的孔为基准加工其他所有的面。此变速器换档叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二、确定生产类型
已知此换档叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是2.26Kg/个，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该换档叉生产类型为中批生产，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。 三、确定毛坯 1、确定毛坯种类：
零件材料为35钢。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故采用模锻件作为毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用锻件尺寸公差等级为CT-12。
工艺规程设计
(一)选择定位基准：
1 粗基准的选择：以零件的圆柱面为主要的定位粗基准
2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以Φ15.8的孔内表面为辅助的定位精基准。 (二)制定工艺路线:
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01 粗铣Φ15上、下端面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 工序02 铣16.5*42面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序03 钻Φ15孔，以Φ15孔的上端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具； 工序04 扩Φ15.5孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序05 粗铰Φ15.7孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序06 精铰Φ15.8孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；
工序07 粗铣叉口前后两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序08 粗铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 工序09 精铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 工序10 粗铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序11 精铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序12 粗铣14.2*9.65面、铣11*9.65面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序13 精铣16.5*42面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序14 钻Φ9孔，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具； 工序15 攻螺纹，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具； 工序16 去毛刺； 工序17 终检。
（三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: 1、圆柱表面工序尺寸：
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：
2
3工序01 粗铣Φ15上、下端面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具
刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后简称《切削手册》）表3.16，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。 2. 切削用量
1）确定切削深度ap
因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量fz
采用对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据《简明手册》表4.2-35，X51立式铣床）时： fz=0.09~0.18mm/z 故选择：fz=0.18mm/z。 3）确定刀具寿命及磨钝标准
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据《简明手册》表3.8）。 4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf
根据《切削手册》表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：
vc=
Tm
cvd0qv
kv
pvzvevv
其中 ae=72mm，ap=4mm，Cv=245，
qv=0.2，xv=0.15，yv=0.35，
kv=kMv⋅kSv=1.0⨯0.8=0.8，uv=0.2，pv=0，m=0.32，T=180min，
fz=0.18mm/z，Z=12，将以上数据代入公式：
vc=
245⨯125⨯0.2
⨯0.80.32
180⨯4⨯0.15⨯0.08⨯0.35⨯72⨯0.2⨯12
=142m/min
确定机床主轴转速：
ns=
1000vc
=361r/min。 πdw
根据《简明手册》表4.2-36，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：
vc=
πd0n3.14⨯125⨯300
1000
=
1000
m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校验机床功率
根据《切削手册》表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。 6）计算基本工时
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=24mm.
查《切削手册》表3. 26，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则： tm＝L/ Vf=(24*2+40)/390=0.22min。
工序02 铣16.5*42面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀； 机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：参考有关手册，确定v则：
fz=0.5~1.0mm/min，取为0.5mm/r
=124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，dw=125mm,z=12，
ns=
1000v
πdw
=
1000⨯124
=316r/min
π⨯125
现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取nw=300r/min，故实际切削速
度：
v=
当
πdwnw
1000
=
π⨯125⨯300
1000
时
=117.75m/min工
作
台
每
分
钟
进
给
量
：
nw=300r/min
，
fm=fz⋅z⋅nw=0.5⨯12⨯300=1800mm/min，取为980mm/min
本工序切削时间为：
t=tm=
l42
==0.05min fm980
工序03 钻Φ15孔，以Φ15孔的上端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具 1. 加工条件
工件材料：35钢,σb =170~240MPa，锻造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm; 加工要求：钻Φ15孔，加工余量0.8; 机床：Z525立式钻床；
刀具：根据《切削手册》表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=15mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角αo＝12°，二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度l1
，β=30° =1.5mm，2ϕ=100°
2.选择切削用量 （1）确定进给量
按加工要求确定进给量：查《切削手册》，f=0.43~0.53mm/r，
==1.67
按钻头强度选择:查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为：f=2.0mm/r； 按机床进给机构强度选择：查《切削手册》表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为f=0.93mm/r。
以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.215~0.265mm/r。根据《简明手册》表4.2-16,最终选择进给量f=0.22mm/r。
由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改
为手动进给。
根据《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830N﹥Ff，故所选进给量可用。
（2）确定钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.6mm，寿命T
（3）切削速度
查《切削手册》表2.30，切削速度计算公式为： =45min．
cvd0vc=mxTapfzvvyvkv （m/min）
Cv=9.5，d0其中，=18mm，zv=0.25，m=0.125，ap=9，xv=0，yv=0.55，
f=0.22，查得修正系数：kTv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，故实际的切削速度：
9.5⨯180.25
vc=0.125⨯0.85=9.5m/min 0.5560⨯1⨯0.22
（4）检验机床扭矩及功率
查《切削手册》表2.20，当f≤0.26, do≤19mm时，Mt=31.78N•m，修正系数均为1.0，故MC=31.78 N•m。
查机床使用说明书：Mm =144.2 N•m。
查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。
查机床使用说明书，PE=2.8⨯0.81=2.26kw。
由于Mc〈Mm，PC〈PE，故切削用量可用，即：
f=0.22mm/r，n=nc=272r/min，vc=15.4m/min
3、计算工时
tm=L42==0.70min nf272⨯0.22
工序04 扩Φ15.5孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
查《切削手册》表2.10，扩孔进给量为：f=0.7~0.8mm/r，并由机床使用说明书最终选定进给量为：f=0.81mm/r。
根据资料，切削速度 v=0.4v钻，其中v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，
故：v=0.4⨯9.5=3.8m/min，ns
选取： =1000⨯3.8=61.1r/min，根据机床使用说明书19.8⨯πnw=97r/min。
L+y+∆42==0.53min 97⨯0.8197⨯0.81基本工时： t=
工序05 粗铰Φ15.7孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
刀具：专用铰刀
机床：Z525立式钻床
根据有关手册的规定，铰刀的进给量为fz=0.8～1.2mm/z,进给量取
机床主轴转速取为nw=140r/min，则其切削速度为： fz=0.81mm/r，
v=nπd=6.91m/min。
机动时切削工时，l=42mm，
tm=
4242==0.37min nw⋅f140⨯0.81
工序06 精铰Φ15.8孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；
刀具：dw=15.8mm
机床：Z525立式钻床
根据有关手册的规定，铰刀的进给量取f=0.48mm/r，机床主轴转速取为：nw=140r/min，则其切削速度为：v=nπd=9.27m/min
机动时切削工时，l=42mm
tm=4242==625min ⋅f140⨯0.48nw
工序07 粗铣叉口前后两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36
查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=44.5+y+∆=44.5+10=54.5mm 因此，tm=2L2*54.5==0.28min 390fm
工序08 精铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀；
机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：
参考有关手册，确定v
则： fz=0.5~1.0mm/min，取为0.5mm/r =124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，dw=125mm,z=12，
ns=1000v
πdw=1000⨯124=316r/min π⨯125
现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取nw=300r/min，故实际切削速度：
v=
当πdwnw1000=π⨯125⨯3001000时=117.75m/min 工作台每分钟进给量：nw=300r/min，
fm=fz⋅z⋅nw=0.5⨯12⨯300=1800mm/min，取为980mm/min
本工序切削时间为：
t=2tm=2l19=2⨯=0.04min 980fm
工序09精铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=19+y+∆=19+10=29mm 因此，tm=2L2*29==0.15min fm390
工序10粗铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具。
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=19+y+∆=19+10=29mm 因此，tm=
2L38==0.1min fm390
工序11精铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
精铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 机床：X51立式铣床
v刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由《切削手册》表3.6查得：=0.45m/s，
此，d=40,z=6,fz=0.08mm/min
ns=1000v,即27m/min，因
πdw=1000⨯27=214r/min。现采用X51立式铣床，取 nw=210r/min，π⨯40
工作台每分钟进给量fm应为：fm=fz⋅z⋅nw=0.08⨯6⨯210=100.8mm/min，
fm=100mm/min。 19=0.19min 100查机床使用说明书，取 铣削基本工时：tm=
2tm=0.19⨯2=0.38min
工序12粗铣14.2*9.65面、铣11*9.65面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
专用夹具
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=43+27+9.5*2=89mm 因此，tm=
L89==0.23min fm390
工序13 精铣16.5*42面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具
刀具：YG6硬质合金端铣刀；
机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：
参考有关手册，确定v
则： fz=0.5~1.0mm/min，取为0.5mm/r =124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，dw=125mm,z=12，
ns=1000v
πdw=1000⨯124=316r/min π⨯125
现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取nw=300r/min，故实际切削速度：
v=
当πdwnw1000=π⨯125⨯3001000时=117.75m/min 工作台每分钟进给量：nw=300r/min，
fm=fz⋅z⋅nw=0.5⨯12⨯300=1800mm/min，取为980mm/min
本工序切削时间为：
t=tm=
l42==0.05min 980fm
工序14 钻Φ9孔，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具
（1）钻螺纹底孔Φ9mm
机床：Z525立式钻床
刀具：高速钢麻花钻
根据《切削手册》查得，进给量为
则： f=0.18～0.22mm/z,现取f=0.22mm/z，v=17m/min，
ns=1000v
πdw=1000⨯17=602r/min π⨯9
查《简明手册》表4.2-15，取nw=600r/min。所以实际切削速度为：
v=
πdwnw1000=π⨯9⨯6001000=16.956m/min
计算切削基本工时：
tm=l+y+∆3.9==0.03min 600⨯0.22fm
工序15 攻螺纹，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具。
机床：Z525立式钻床
刀具：丝锥M10，P=1mm
切削用量选为：v=0.1m/s=6m/min，机床主轴转速为：ns=318r/min，按
v=5.1m/min；机动时，l=4+4=8mm，机床使用说明书选取：nw=272r/min，则
计算切削基本工时：
tm=
l8==0.03min f⋅n1⨯272
五、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，需要设计专用夹具。并设计工序——钻Φ15.8孔的钻夹具。两夹具将分别用于Z525立式钻床，刀具为Φ15.8直柄麻花钻。
(一)问题的提出
本夹具主要用来钻Φ15.8孔，在加工时应保证Φ15.8孔的垂直度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。精度不是主要考虑的问题。
(二)夹具设计
1、定位基准选择
由零件图可知, 钻Φ15.8孔,相对于Φ15孔端面的垂直度要求，为使定位误差为零，应该选择孔中心为定位基准保证该垂直度。
2、切削力及夹紧力计算
根据《切削手册》查得，fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=
πdwnw1000=π⨯15⨯3001000=14.13m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=42+y+∆=42+10=52mm 因此，tm=
3、夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母扣，拔下固定V型块，实现工件的快换。
六．设计心得：
两个周的课程设计，让我对以后的学习生活有了个更一步的认识，，但是夹具的设计也许只是我们今后学习中的一个很小的插曲。在这次的设计中，可谓是举步维艰，几乎是每做出一个东西都会有这样那样的错误，这也就折射出我学习中的漏洞。今后的学习道路还很漫长。这次的设计，将是我工作生活中的又一把梯子，它把我送上了更高的一层楼。在以后的学习中，我更要注意知识的积累和灵活应用。
七．参考文献
1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(2版),机械工业出版社,2006年.
2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001年.
3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年.
4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.
5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年 L52==0.1333min fm390
课 程 设 计 说 明 书
课程名称： 机械制造技术及装备课程设计
设计课题：变速器换挡叉的机械加工工艺规程设计
专业： 班级：
姓名： 学号：
评分： 指导老师：（签字）
2014年 5 月 26日
机械制造技术及装备课程设计
任 务 书
课程设计名称 机械制造技术及装备课程设计 课 题 名 称 变速器换挡叉机械加工工艺规程设计 设计要求 ：1、绘制零件图1张； 2、编制机械加工工艺卡1套； 3、编写设计说明书1份。 4、零件三维造型。
课题任务书发给日期 2014 年 5 月 26 日 课程设计任务完成日期 2014 年 6 月 7 日 评分
指导教师
目 录
机械自造工艺及夹具课程设计任务书……………………..3
序 言 ……………………………………………………4 零件的分析…………………………………………………..4 零件的工艺分析……………………………………….4 确定生产类型……….…………………………………4 确定毛坯……………………………………………….5 工艺规程设计…….………………………………………… 5
选择定位基准…………………………………………5 制定工艺路线…………………………………………5 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定……………6 夹具设计…………………………………………………….16
问题提出………………………………………………16 夹具设计………………………………………………16 参考文献…………………………………………………….17
机械制造工艺及夹具课程设计任务书
设计题目：制定变速器换挡叉的加工工艺，设计钻φ15.8孔的钻床夹具
设计要求：中批量生产 手动夹紧 通用工艺装备 设计时间：2009.6
设计内容：1、熟悉零件图； 2、绘制零件图（一张）； 3、绘制毛坯图（一张）；
4、编写工艺过程卡片和工序卡片； 5、绘制夹具总装图； 6、绘制夹具零件图； 7、说明书
2009年06月
序 言
机械制造装备设计课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专业课后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，
也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。
由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。
零件的分析
题目所给的零件是变速器换档叉。它位于汽车的变速机构上，主要起换档作用。 一．零件的工艺分析
零件的材料为35钢，，为此以下是变速器换档叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、 孔Φ15.8以及与此孔相通的、M10螺纹孔。 2、 上下U型口及其两端面
3、换档叉底面、下U型口两端面与孔Φ15.8中心线的垂直度误差为0.15mm。 由上面分析可知，可以粗加工Φ15的孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，选择以孔为基准加工的面作为孔加工的精基准。最后，以精加工的孔为基准加工其他所有的面。此变速器换档叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二、确定生产类型
已知此换档叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是2.26Kg/个，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该换档叉生产类型为中批生产，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。 三、确定毛坯 1、确定毛坯种类：
零件材料为35钢。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故采用模锻件作为毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用锻件尺寸公差等级为CT-12。
工艺规程设计
(一)选择定位基准：
1 粗基准的选择：以零件的圆柱面为主要的定位粗基准
2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以Φ15.8的孔内表面为辅助的定位精基准。 (二)制定工艺路线:
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01 粗铣Φ15上、下端面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 工序02 铣16.5*42面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序03 钻Φ15孔，以Φ15孔的上端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具； 工序04 扩Φ15.5孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序05 粗铰Φ15.7孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序06 精铰Φ15.8孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；
工序07 粗铣叉口前后两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序08 粗铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 工序09 精铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 工序10 粗铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序11 精铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序12 粗铣14.2*9.65面、铣11*9.65面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序13 精铣16.5*42面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序14 钻Φ9孔，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具； 工序15 攻螺纹，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具； 工序16 去毛刺； 工序17 终检。
（三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: 1、圆柱表面工序尺寸：
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：
2
3工序01 粗铣Φ15上、下端面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具
刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后简称《切削手册》）表3.16，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。 2. 切削用量
1）确定切削深度ap
因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量fz
采用对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据《简明手册》表4.2-35，X51立式铣床）时： fz=0.09~0.18mm/z 故选择：fz=0.18mm/z。 3）确定刀具寿命及磨钝标准
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据《简明手册》表3.8）。 4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf
根据《切削手册》表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：
vc=
Tm
cvd0qv
kv
pvzvevv
其中 ae=72mm，ap=4mm，Cv=245，
qv=0.2，xv=0.15，yv=0.35，
kv=kMv⋅kSv=1.0⨯0.8=0.8，uv=0.2，pv=0，m=0.32，T=180min，
fz=0.18mm/z，Z=12，将以上数据代入公式：
vc=
245⨯125⨯0.2
⨯0.80.32
180⨯4⨯0.15⨯0.08⨯0.35⨯72⨯0.2⨯12
=142m/min
确定机床主轴转速：
ns=
1000vc
=361r/min。 πdw
根据《简明手册》表4.2-36，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：
vc=
πd0n3.14⨯125⨯300
1000
=
1000
m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校验机床功率
根据《切削手册》表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。 6）计算基本工时
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=24mm.
查《切削手册》表3. 26，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则： tm＝L/ Vf=(24*2+40)/390=0.22min。
工序02 铣16.5*42面，以外圆为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀； 机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：参考有关手册，确定v则：
fz=0.5~1.0mm/min，取为0.5mm/r
=124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，dw=125mm,z=12，
ns=
1000v
πdw
=
1000⨯124
=316r/min
π⨯125
现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取nw=300r/min，故实际切削速
度：
v=
当
πdwnw
1000
=
π⨯125⨯300
1000
时
=117.75m/min工
作
台
每
分
钟
进
给
量
：
nw=300r/min
，
fm=fz⋅z⋅nw=0.5⨯12⨯300=1800mm/min，取为980mm/min
本工序切削时间为：
t=tm=
l42
==0.05min fm980
工序03 钻Φ15孔，以Φ15孔的上端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具 1. 加工条件
工件材料：35钢,σb =170~240MPa，锻造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm; 加工要求：钻Φ15孔，加工余量0.8; 机床：Z525立式钻床；
刀具：根据《切削手册》表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=15mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角αo＝12°，二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度l1
，β=30° =1.5mm，2ϕ=100°
2.选择切削用量 （1）确定进给量
按加工要求确定进给量：查《切削手册》，f=0.43~0.53mm/r，
==1.67
按钻头强度选择:查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为：f=2.0mm/r； 按机床进给机构强度选择：查《切削手册》表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为f=0.93mm/r。
以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.215~0.265mm/r。根据《简明手册》表4.2-16,最终选择进给量f=0.22mm/r。
由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改
为手动进给。
根据《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830N﹥Ff，故所选进给量可用。
（2）确定钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.6mm，寿命T
（3）切削速度
查《切削手册》表2.30，切削速度计算公式为： =45min．
cvd0vc=mxTapfzvvyvkv （m/min）
Cv=9.5，d0其中，=18mm，zv=0.25，m=0.125，ap=9，xv=0，yv=0.55，
f=0.22，查得修正系数：kTv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，故实际的切削速度：
9.5⨯180.25
vc=0.125⨯0.85=9.5m/min 0.5560⨯1⨯0.22
（4）检验机床扭矩及功率
查《切削手册》表2.20，当f≤0.26, do≤19mm时，Mt=31.78N•m，修正系数均为1.0，故MC=31.78 N•m。
查机床使用说明书：Mm =144.2 N•m。
查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。
查机床使用说明书，PE=2.8⨯0.81=2.26kw。
由于Mc〈Mm，PC〈PE，故切削用量可用，即：
f=0.22mm/r，n=nc=272r/min，vc=15.4m/min
3、计算工时
tm=L42==0.70min nf272⨯0.22
工序04 扩Φ15.5孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
查《切削手册》表2.10，扩孔进给量为：f=0.7~0.8mm/r，并由机床使用说明书最终选定进给量为：f=0.81mm/r。
根据资料，切削速度 v=0.4v钻，其中v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，
故：v=0.4⨯9.5=3.8m/min，ns
选取： =1000⨯3.8=61.1r/min，根据机床使用说明书19.8⨯πnw=97r/min。
L+y+∆42==0.53min 97⨯0.8197⨯0.81基本工时： t=
工序05 粗铰Φ15.7孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
刀具：专用铰刀
机床：Z525立式钻床
根据有关手册的规定，铰刀的进给量为fz=0.8～1.2mm/z,进给量取
机床主轴转速取为nw=140r/min，则其切削速度为： fz=0.81mm/r，
v=nπd=6.91m/min。
机动时切削工时，l=42mm，
tm=
4242==0.37min nw⋅f140⨯0.81
工序06 精铰Φ15.8孔，以Φ15上、下端面为定位基准，采用Z518立式钻床加专用夹具；
刀具：dw=15.8mm
机床：Z525立式钻床
根据有关手册的规定，铰刀的进给量取f=0.48mm/r，机床主轴转速取为：nw=140r/min，则其切削速度为：v=nπd=9.27m/min
机动时切削工时，l=42mm
tm=4242==625min ⋅f140⨯0.48nw
工序07 粗铣叉口前后两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36
查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=44.5+y+∆=44.5+10=54.5mm 因此，tm=2L2*54.5==0.28min 390fm
工序08 精铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀；
机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：
参考有关手册，确定v
则： fz=0.5~1.0mm/min，取为0.5mm/r =124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，dw=125mm,z=12，
ns=1000v
πdw=1000⨯124=316r/min π⨯125
现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取nw=300r/min，故实际切削速度：
v=
当πdwnw1000=π⨯125⨯3001000时=117.75m/min 工作台每分钟进给量：nw=300r/min，
fm=fz⋅z⋅nw=0.5⨯12⨯300=1800mm/min，取为980mm/min
本工序切削时间为：
t=2tm=2l19=2⨯=0.04min 980fm
工序09精铣16*56两侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=19+y+∆=19+10=29mm 因此，tm=2L2*29==0.15min fm390
工序10粗铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具。
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=19+y+∆=19+10=29mm 因此，tm=
2L38==0.1min fm390
工序11精铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
精铣叉口19*5.9两内侧面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具； 机床：X51立式铣床
v刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由《切削手册》表3.6查得：=0.45m/s，
此，d=40,z=6,fz=0.08mm/min
ns=1000v,即27m/min，因
πdw=1000⨯27=214r/min。现采用X51立式铣床，取 nw=210r/min，π⨯40
工作台每分钟进给量fm应为：fm=fz⋅z⋅nw=0.08⨯6⨯210=100.8mm/min，
fm=100mm/min。 19=0.19min 100查机床使用说明书，取 铣削基本工时：tm=
2tm=0.19⨯2=0.38min
工序12粗铣14.2*9.65面、铣11*9.65面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
专用夹具
刀具：YG6硬质合金端铣刀，d0
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，=40mm,Z=10 fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=πdwnw
1000=π⨯40⨯300
1000=37.7m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=43+27+9.5*2=89mm 因此，tm=
L89==0.23min fm390
工序13 精铣16.5*42面，以Φ15.8孔为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具
刀具：YG6硬质合金端铣刀；
机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：
参考有关手册，确定v
则： fz=0.5~1.0mm/min，取为0.5mm/r =124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，dw=125mm,z=12，
ns=1000v
πdw=1000⨯124=316r/min π⨯125
现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取nw=300r/min，故实际切削速度：
v=
当πdwnw1000=π⨯125⨯3001000时=117.75m/min 工作台每分钟进给量：nw=300r/min，
fm=fz⋅z⋅nw=0.5⨯12⨯300=1800mm/min，取为980mm/min
本工序切削时间为：
t=tm=
l42==0.05min 980fm
工序14 钻Φ9孔，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具
（1）钻螺纹底孔Φ9mm
机床：Z525立式钻床
刀具：高速钢麻花钻
根据《切削手册》查得，进给量为
则： f=0.18～0.22mm/z,现取f=0.22mm/z，v=17m/min，
ns=1000v
πdw=1000⨯17=602r/min π⨯9
查《简明手册》表4.2-15，取nw=600r/min。所以实际切削速度为：
v=
πdwnw1000=π⨯9⨯6001000=16.956m/min
计算切削基本工时：
tm=l+y+∆3.9==0.03min 600⨯0.22fm
工序15 攻螺纹，以Φ15.8孔为定位基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具。
机床：Z525立式钻床
刀具：丝锥M10，P=1mm
切削用量选为：v=0.1m/s=6m/min，机床主轴转速为：ns=318r/min，按
v=5.1m/min；机动时，l=4+4=8mm，机床使用说明书选取：nw=272r/min，则
计算切削基本工时：
tm=
l8==0.03min f⋅n1⨯272
五、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，需要设计专用夹具。并设计工序——钻Φ15.8孔的钻夹具。两夹具将分别用于Z525立式钻床，刀具为Φ15.8直柄麻花钻。
(一)问题的提出
本夹具主要用来钻Φ15.8孔，在加工时应保证Φ15.8孔的垂直度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。精度不是主要考虑的问题。
(二)夹具设计
1、定位基准选择
由零件图可知, 钻Φ15.8孔,相对于Φ15孔端面的垂直度要求，为使定位误差为零，应该选择孔中心为定位基准保证该垂直度。
2、切削力及夹紧力计算
根据《切削手册》查得，fz=0.13mm/z,ap=4mm。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：nw=300r/min，故实际切削速度：
v=
πdwnw1000=π⨯15⨯3001000=14.13m/min
当nw=300r/min时，工作台每分钟进给量应为：
fm=fz⋅Z⋅nw=0.13⨯10⨯300=390mm/min
查说明书，取fm=400mm/min
计算切削基本工时：
L=42+y+∆=42+10=52mm 因此，tm=
3、夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母扣，拔下固定V型块，实现工件的快换。
六．设计心得：
两个周的课程设计，让我对以后的学习生活有了个更一步的认识，，但是夹具的设计也许只是我们今后学习中的一个很小的插曲。在这次的设计中，可谓是举步维艰，几乎是每做出一个东西都会有这样那样的错误，这也就折射出我学习中的漏洞。今后的学习道路还很漫长。这次的设计，将是我工作生活中的又一把梯子，它把我送上了更高的一层楼。在以后的学习中，我更要注意知识的积累和灵活应用。
七．参考文献
1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(2版),机械工业出版社,2006年.
2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001年.
3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年.
4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.
5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年 L52==0.1333min fm390