机械设计制造及其自动化-CA6140车床变速箱拨叉中批生产工艺规程判定与工装设计

摘要

本本文详细阐述了“拨叉”生产工艺的判定与铣削夹具的设计论证过程。拨叉类零件以其良好的操纵性和良好的稳定性广泛应用于各种机械的变速箱中，该零件的制造工艺简单，但其过程涉及了机械加工工艺的很多方面，是机械加工的基础的体现。本文详细分析了该零件从毛坯选择到加工为成品的过程。通过对两种不同的生产工艺进行了分析，得出了一种较为科学、合理的加工路线。通过数据分析，说明了该工艺的设计更加合理。最后，对工艺中的夹具进行了设计，并对切削力、夹紧力进行了分析。

关键词：工艺；机械加工；夹具设计；工时；切削

目  录

摘要 

引  言 

1  概述 

1.1  给定零件 

1.2  本文任务 

2  零件工艺分析 

2.1  零件的作用、材料、形状特征 

2.2  技术要求 

2.3  设计基准 

2.3.1  粗基准的选择 

2.3.2  精基准的选择 

3  工艺过程设计 

3.1  毛坯—零件综合图设计 

3.2  工序判定 

3.3  填写工艺卡 

4  典型工装设计 

4.1  定位原理及方案分析 

4.2  夹具总体设计 

4.3  夹具体设计 

结论 

参考文献 

引  言

拨叉作为车床、铣床、镗床、钻床等各类机床及其他设备的传动装置变速时必不可少的零件，机床的加工精度对装配性能、变速性能、运行噪声等都有重要的影响。因此，对拨叉的加工工艺的研究受到国内外学者的广泛重视。学者们不断提出新的加工工艺方案和改进以前的工艺方案。但是，由于拨叉类零件品种、规格繁多，加工时需要不同种类的加工设备，加之传统加工工艺落后，产品合格率不高，常常会影响整机装配，使拨叉零件的加工成为生产的瓶颈。因此，很有必要进一步地对拨叉类零件的加工工艺进行研究和改进，持续改善拨叉零件的精确性。提高整机的整体性能。机械加工工艺是多方面考虑问题的一个综合技术，不仅要满足机械设计的各项参数要求，还要满足经济、便于加工等要求，而设计和工艺是密切相关的又是相辅相成的。拨叉是机床上不可或缺的零件之一，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求。由于其尺寸精度、几何形状精度、彼此定位精度、表面质量等因素，都会对机床或零件的组装质量产生影响，从而影响零件的使用性能和使用寿命。拨叉是一种用于拨动其他部件的机械部件，它通过拨叉拨动滑套与传动齿轮的啮合来完成换挡，从而获得不同的转速。滑套上有一个凸点，滑套的凸块插入到齿轮的凹槽中，并将滑套固定在齿轮上，从而驱动滑套；滑套驱动输出轴，从输入轴向输出轴传递功率。用摇杆拨叉来控制滑套和各种齿轮的啮合和脱开，使主轴的转速变化[1]。

当拨叉拨动滑动齿轮时，若凹槽的尺寸精度不够高或有较大的空隙，则滑动齿轮定位精度不高。为了提高工人的劳动生产率、确保加工质量、减少工人的劳动强度，必须设计特殊的卡具；然后，依据加工工艺的经济性和机床可实现的定位精度，对整个夹具进行综合评价。由于拨叉件不需要复杂的加工表面，因此按普通技术要求，只需按普通工艺进行。拨叉型部件加工工艺简便，但其过程涉及了机械加工工艺的很多方面，是机械加工的基础的体现。

夹具是加工设备的主要部件，在机械加工中起着举足轻重的作用。降低劳动强度、缩短产品的生产周期等是非常有意义的。文章通过对零件的工艺规范和模具的设计进行了详尽的分析，以达到满足客户要求的批量生产的工艺要求和模具设计。对该产品的加工工艺进行了详细的分析，最后得出了一种较为科学、合理的加工路线；对该工艺进行了论证。

本文所给定的零件为拨叉，是一种辅助零件，该机床在机床传动机构中，主要作用是换挡，根据工人的需要完成主轴的转动。拨叉作为车床、铣床、镗床、钻床等各类机床及其他设备的传动装置变速时必不可少的零件，其加工精度直接影响传动装置的装配性能、变速性能、运行噪声等很多方面。因此，对拨叉的加工工艺的研究受到国内外学者的广泛重视。学者们不断提出新的加工工艺方案和改进以前的工艺方案。但是，因拨叉类零件种类、规格繁多，加工时需要不同种类的加工设备，加之传统加工工艺落后，产品合格率不高，常常会影响整机装配，使拨叉零件的加工成为生产的瓶颈。因此，很有必要进一步地对拨叉类零件的加工工艺进行研究和改进，不断地提高拨叉类零件的加工精度，提高整机的整体性能[2]。

设计该零件可从以下几方面入手：

1、需要考虑零件的功用，重要的、核心零件，则需要考虑的问题就多；若是一般零件，则采用常规加工即可。

2、考虑生产批量的情况，批量大的，则考虑专用机床加工及专用夹具装夹。

3、零件的加工精度的要求，零件精度高，则相应就需要高精度的机床来加工或高精度的夹具来保证，若是一般常规零件，则可考虑用通用机床加工即可，这样可降低零件的生产成本。

4、考虑所在的公司的设备加工条件，来制定合理的加工工艺，有条件的自

公司来完成，加工条件不具备，可考虑外协加工来完成。

通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体（如《公差于配合》《机械零件设计》《金属切削机床》《机械制造工艺》等）。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻地熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础。

1  概述

拨叉类零件由于其操纵性能好，稳定性好，使用范围广，应用于各种机械的变速箱中，该零件的制造工艺简单，但其过程涉及了机械加工工艺的很多方面，是机械加工的基础的体现，本文将对此类零部件的工艺设计作一综合论述：

1.1  给定零件

一、件图分析

图1-1 变速箱拔叉零件图原图

二、生产类型

这种拨叉件的生产方式是大规模生产，因此，初步的工艺安排是：对加工流程进行分段；对各工序进行集中；主要的加工设备是一般的，大量使用特殊的模具。

三、加工设备

1）机床的选择：

X58立式钻床，Z535立式钻床，T618卧式镗床

2）采用硬质合金铣刀，铰刀。

3）采用极限量规。

4）采用专用夹具。

5）其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。

在该拔叉件的制造中，必须要进行钻孔夹具、铣槽夹具和钻上带螺纹的下孔夹具。

1.2  本文任务

本次设计任务需完成毛坯选择、编排加工工艺、工装夹具设计、撰写产品说明书，以及图纸绘制等工作，图纸说明如下：

1．毛坯—零件综合图        1张

2．工艺过程卡片         1套

3．夹具装配图          1张

4．夹具体零件图         1张

5．说明书           1份

2  零件工艺分析

2.1  零件的作用、材料、形状特征

一、零件的作用

CA6140车床上地拨叉，是一种安装在车床上的变速装置，它的主要功能是换挡，以保证主轴的转动达到要求的转速和力矩。滑套和传动齿轮之间的啮合是由拨叉来控制的，滑套上有一个凸点，滑套的凸块插入到齿轮的凹槽中，使滑套和齿轮固定；用传动装置驱动滑套，滑套驱动输出轴，把功率传递给输出轴。所以，用摇杆拨叉来控制滑套与各种齿轮的啮合和脱开，从而实现换挡[4]。

二、零件的材料及形状特征

该部件采用HT200材质，由于灰铸铁是易碎的材质，无法进行锻压。但是，灰铸铁具有较好的铸造和切削加工能力。下面是要处理拨叉和处理面的位置的需求：

1）中心圆孔mm。

2）小头孔内部为四次方花键孔，花键底孔有2*15°的倒角。

3）键槽与中心孔有0.03的垂直度，深为。

首先对拨叉的中心孔进行加工，再以此为基准使用特殊的刀具，确保定位精度。然后依据每一种加工方法的经济精度和机床可以实现的位置精度，而且这种拨叉零件不需要复杂的加工表面，使用传统的加工工艺都可以保证[4]。

2.2  技术要求

零件不仅要满足设计要求，还应具有便于机械加工的工艺特性。在确保工艺质量的前提下，尽量减少工作的工作量。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

其加工有四组加工：Φ17H7内花键孔；粗精铣上端面；粗精铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。

1）以Φ20H12为主要加工面，拉内花键槽Φ17H7，槽数为4个，其粗糙度要求是底边Ra=1.6，侧边Ra=3.2，Φ20H12内孔粗糙度Ra=6.3。

2）另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度要求为Ra=3.2。

3）第三组为粗精铣18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边Ra=3.2，槽底的表面粗糙度要求是Ra=6.3。

4）钻并攻丝2-M8。

2.3  设计基准

在工艺规范设计中，定位基准的选取是一个关键环节，选用合适的位置基准能够确保加工质量，提高生产效率。机加工工艺的顺序是：先基准，后其他，前表面，后孔，先主后次，由粗到细；在上述原则的基础上编制基准。

2.3.1  粗基准的选择

（1）如果主要要求保证工件上某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。

（2）若主要要求保证加工面与不加工面间的位置要求，则应选不加工面为粗基准。

（3）在粗糙的基础上，要尽可能地平滑，并具有特定的区域，以使工件定位可靠、夹紧方便。

（4）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。

对于零件而言，尽量选用未处理的表面作为基本的参考。对于具有多个非加工面的工件，其粗糙的基准应该是与加工面的相对位置精度比较高的。在此基础上，我们选用φ26孔未加工的外形面作为基本基准，采用两个V型块体支撑，以约束5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位，然后进行铣削[5]。

2.3.2  精基准的选择

（1）基准重合原则——选择一个设计参考，以防止由于定位参考和设计参考不一致而造成的参考偏差。

（2）基准统一原则——应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。

（3）自为基准原则——一些需要小的加工余量和均匀性的精加工过程，将被加工的表面作为定位基准。

（4）互为基准原则——在对两个具有高精度定位的工件进行加工时，必须将两个表面相互作为参考，并反复加工，以确保定位精度。

（5）所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。

根据“基准统一”的原则，为了确保工件的位置和加工参考的一致性，必须以工件的右端面和花键孔的中心线作为精准点。