[机械制造技术]课程设计实例

广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）

课程名称 机械制造技术课程设计 题目名称 拨叉加工工艺规程及钻￠8mm 孔夹具设计 学生学部（系） 专业班级 学 号

学生姓名 ××× 指导教师

20 年 月 日

广东工业大学华立学院 课程设计（论文）任务书

一、课程设计（论文）的内容

本次设计是汽车拨叉零件的机械加工工艺规程及钻￠8mm 锁销孔工序夹具设计。具体内容如下：

1 确定生产类型，对零件进行工艺分析；

2 确定毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图（零件毛坯图）；

3 拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、量具和辅具）； 4 确定工序尺寸及公差，各工序切削用量，画出工序简图

5 填写工艺文件，包括工艺过程卡、工序卡（可只填写部分主要工序的工序卡片）； 6 设计某一工序的夹具，绘制夹具装配图和主要零件图3～5张； 7 撰写设计说明书。

二、课程设计（论文）的要求与数据

要求学生全面地综合运用本课程所学的知识与内容及其有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计，机床夹具设计以及正确选用加工机床，与刀具、量具的正确运用。

《机械制造技术》课程设计题目制订如下：

设计——零件的机械加工工艺规程及——工序专用夹具 生产类型：中批或大批生产 三、课程设计（论文）应完成的工作 1 零件图：1张 2 毛坯图：1张；

3 机械加工工艺过程卡片：1套； 4 机械加工工序片：3～4张； 5 机床夹具装配图：1张；

6 夹具主要零件图（包括夹具体）：3～5张； 7 课程设计说明书：1份。 四、课程设计（论文）进程安排

五、应收集的资料及主要参考文献

[1]．邹 清主编. 机械制造技术基础课程设计指导教程. 北京：机械工业出版社，2003 [2]．李益民主编．机械制造工艺设计简明手册．北京：机械工业出版社，2003 [3]．艾兴等编．切削用量简明手册．北京：机械工业出版社，2002 [4]．徐鸿本主编．机床夹具设计手册．沈阳：辽宁科学技术出版社，2004 [5].于骏一等编. 机械制造技术基础. 北京：机械工业出版社，2006

[6].王斌武等编. 机械制造工艺课程设计指导. 桂林航天工业学院 机械工程系 2012年

发出任务书日期： 20 年 月 日 指导教师签名： 计划完成日期： 20 年 月 日 教学单位责任人签章：

摘要(占一页）

内容（略）（摘要需200

字以上）.

关键词：

. . .

目录（占一页）

1

1.1 设计任务

如下图所示拨叉零件。材料为45钢，毛坯为锻件，制定该零件的机械加工工艺规程及设计该零件其中一道工序的专用夹具。年产量8000台/年，每台产品中该零件为1件/台，一年按300天计算，8小时工作制。

图1-1 拨叉

1.2 拨叉零件的用途

拨叉应用在某汽车变速箱的换挡机构中，拨叉头以￠30mm 孔套在叉头上，并用销钉

经￠8mm 锁销孔与变速叉轴连接，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚移动双联变换齿轮在花键轴上滑动换挡，从而改变汽车行驶速度。 拨叉在改换挡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、刚度、韧性。该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔φ30+00. 021mm (H 7) 和锁

0. 015销孔φ8+mm (H 7) ，在设计工艺规程时应重点予以保证。 0

1.3 拨叉零件技术要求及时使用性能和影响

该拨叉的主要尺寸精度及技术要求分析如表1-1所示

表1-1 拨叉零件技术要求

拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件，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，该表面要求高频淬火处理，φ30+00. 021mm 硬度为48～58HRC ，为保证拨叉换挡时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔φ30+00. 021mm 和垂直度要求为0.1mm ，其自身平面度为0.08mm 。为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换挡位准确，拨叉采用锁销定位。锁销孔的尺寸为φ8+00. 015mm ，且锁销孔的中心线与叉轴孔中心线的垂直度要求为0.15。 1.4 审查拨叉零件的工艺性

分析零件图可知，拨叉两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚度；φ30+00. 021mm

孔和φ8+00. 015mm 孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（拨叉脚两端面、变速叉轴孔φ30+00. 021mm 锁销孔

φ8+00. 015mm ）外，其余表面加工精度抣较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床

的粗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 。 1.5 确定拨叉的生产类型

依设计题目知：Q=8000台/年，m=1件/台；结合生产实际，备用率a ％和废品率ｂ％分别取3%和0.5%，代入年生产纲领计算公式得

N=8000台/年×1件/台×（1+3%）×（1+0.5%）=8281.2件/台

根据拨叉重量为4.5kg ，查附表2-1属轻型零件，又根据N=8281.2件/台，查表2-1确定拨叉的生产类型为大批生产。

2 确定拨叉毛坯种类和制造方法

2.1 选择毛坯种类和制造方法

提高毛坯制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但同时可能会增加毛坯的制造成本 ，要根据零件生产类型和毛坯制造的生产条件综合考虑。 2.1.1 确定毛坯种类

机械加工中毛坯的种类很多，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。最常用的毛坯是铸件和锻件。形状复杂的毛坯，如箱体、机架、底座等宜采用铸件。用于铸造的材料有灰铸铁、可锻铸铁、铸钢、有色金属合金等。多数铸件采用砂型铸造。锻件毛坯由于能获得纤维组织结构的连续性和均匀分布，从而可提高零件的强度，所以适用于强度要求高。形状比较简单的零件毛坯。锻造材料主要是各种碳钢与合金钢，锻造方法主要有自由锻造和模锻。自由锻毛坯精度低、加工余量大、主产效率低，适合单件、小批量生产；模锻毛坯精度高、加工余量小、生产效率高，适合大批大量生产。 2.1.2 选择毛坯制造方法

选择毛坯制造方法时应考虑材料的工艺性能，毛坯的尺寸、形状和精度要求，零件的生产纲领，现有生产条件等。

2.1.3 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

设计时应根据不同的毛坯种类及制造方法，按国家标准规定的毛坯的尺寸公差和机械加工余量确定。

2.2 确定拨叉毛坯，绘制毛坯简图 2.2.1 选择拨叉毛坯类型

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毛坯选用锻件；且生产类型属大批生产，采用模锻方法制造毛坯，公差等级为普通级，毛坯的拔模斜度为5°。

2.2.2 确定拨叉毛坯的尺寸公差和机械加工余量

根据附表1-29～附表1-36，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。

1. 公差等级 由拨叉的功用的技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 2. 锻件重量m t 已知机械加工后拨叉件的重量为4.5kg ，由此初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为6kg 。

3. 锻件形状复杂系数S 对拨叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，即l=158mm，b=120mm，h=86mm（见毛坯简图）；由式可计算出该拨叉锻件的形状复杂系数S 为 S =

m t 66kg

===0. 47 -63m N lbh ρ158mm ⨯120mm ⨯86mm ⨯7. 8⨯10kg /mm

因而：拨叉锻件的形状复杂系数属S 2（一般）级。

4. 锻件材质系数M 由于该拨叉材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故访锻件的材质系数属M 1级。

5.锻件分模线形状 根据该拨叉件的形状特点，选择本零件方向的对称平面为分模面，属平直分模线，如拨叉锻造毛坯简图所示。

6. 零件表面粗糙度 由零件图可知，该拨叉各加工表面的表面粗糙度Ra 均大于等于1.6μm 。

根据上述诸因素，可查附表1-29～附表1-36确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果如表2-1所示。

表2-1 拨叉锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量

注：根据附表2的表注，将公差按照±1/2的比例分配，故本例公差值为±1.1mm 。

2.3 绘制拨叉锻造毛坯简图

绘制拨叉锻造毛坯图如图2-1所示。用双点划线画出经简化了次要细节的零件图的主要视图，将确定的加工余量叠加在各相应被加工表面上，即得毛坯轮廓，用粗实线表示，比例为1：1；在毛坯图上标出毛坯主要尺寸及公差，标出加工余量的名义；标注毛坯技术要求，如毛坯精度、热处理及硬度、圆角尺寸、拔模斜度、表面质量要求（气孔、缩孔、夹砂）等。

3 工艺规程设计

3.1拟订拨叉工艺路线

制订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作：选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定工序顺序等。

图2-1 拨叉锻造毛坯简图

在拟定工艺路线时，需同时提出几种可能的加工方案，然后通过技术、经济的对比分析 ，最后确定一种最为合理的工艺方案。 3.1 定位基准的选择 3.1.1 精基准的选择

根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择拨叉头左端面和叉轴孔φ30+00. 021mm 作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。叉轴孔φ30+00. 021mm 的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工拨叉脚两端面和锁销孔φ8+00. 015mm ，实现了设计基准和工艺基准重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用拨叉头左端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”原则，因为拨叉在轴向方向上的尺寸多以该端面作为设计基准；另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，为了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，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能作用在叉杆上。选用拨叉头左端面作为精基准，夹紧可作用在拨叉头的右端面上，夹紧稳定可靠。 3.1.2 粗基准的选择

作为粗基准表面应平整，没有飞边、毛剌或其他表面缺陷。本拨叉选择变速叉轴孔￠

30mm 的外圆面和拨叉头右端面作为粗基准。采用￠30mm 外圆面定位加工内孔，可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。

3.2 表面加工方法的确定

根据拨叉零件图上各表面的尺寸精度和表面精度，查《机械制造技术基础》课本表8-9～8～15（或者查阅有关手册），确定确定加工件各表面的加工方案，如表3-1所示

表3-1 拨叉零件各表面加工方案

3.3 加工阶段的划分

将拨叉加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工3个阶段。

在粗加工阶段，首先要铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面、操纵槽内侧面和底面。

在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的粗铣加工和销轴孔￠8mm 的钻、铰加工。在精加工阶段，进行拨叉两端面的磨削加工。 3.4 工序的集中与分散

本拨叉选用工序集中原则加工工序。运用工序集中原则使工件的装夹次数减少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各个表面之间的相对位置精度要求。 3.5 工序顺序的安排

3.5.1 机械加工工序的安排如下

遵循：“先基准后其他”原则，首先加工精基准——拨叉头左端面和叉轴孔

φ30+00. 021mm ；

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——拨叉头左端面和叉轴孔φ30+00. 021mm 及拨叉脚两端面，后加工次要表面——操纵槽底面和内侧面；

遵循：先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔φ30+00. 021mm ；先铣操纵槽，再钻销轴孔￠8mm 。 3.5.2 热处理工序的安排如下：

模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241HBS ～286HBS ，并进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，削除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响；叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。

3.5.3 辅助工序的安排如下；

粗加工拨叉脚两面端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛剌和中间检验工序；精加工后，安排去毛剌、清洗和终检工序。

综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。 3.6 确定工艺路线

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，确定拨叉的工艺路线如下：精铣拨叉头两端面→半精铣拨叉头左端面→粗扩、倒角、铰￠30mm 孔→校正拨叉脚→粗铣拨叉脚两端面→铣叉爪内侧面→粗铣操纵槽底面和内侧面→精铣拨叉脚两端面→钻、倒角、粗铰、精铰￠8mm 孔→去毛剌→中检→热处理（拨叉脚两端面局部淬火）→校正拨叉脚→磨削拨叉脚两端面→清洗→终检。 3.7 机床设备、工装的选用

针对大批生产和工艺特征，选用设备及工艺装备按照通用、万用相结合的原则，各工序使用的机床设备、工装及工艺路线如表2-2所示。 3.8 工序内容设计

工序内容设计涉及加工余量的确定，工序尺寸及公差计算，切削用量选择，工时定额等方面的问题。

3-2

拨叉零件的工艺路线、使用的机床设备、工装

3.8.1 加工余量的确定

用去除材料的方法制造机器零件时，一般都要从毛坯上切除一层层材料之后 才能制行符合图样规定要求的零件。毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的总余量。每道工序切除金属层地厚度，称为工序余量。

本工序的加工余量为相邻两工序公差之和。确定加工余量的方法有3种：凭经验估计法、查表法、计算法。实际加工中常用前两种方法。 3.8.2 工序尺寸及其公差的确定

工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸。因此，正确地确定工序尺寸及其公差，是指导操作人员控制加工尺寸精度的重要依据，也是制订工艺规程的一项重要工作。

工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、已确定的各工序余量及定位基准的转换关系来进行。确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后一道工序尺寸（按图样给出的设计尺寸）开始依次向前推算，直到毛坯尺寸。工序尺寸的公差按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差，即轴的上偏差取为零，孔的下偏差取为

零。

1 用查表法确定加工余量。 查阅有关手册：如下表：

表3-3 各工序的加工余量

2 工序基准和设计基准不重合时工序尺寸及其公差的确定 （ 略）

3 填写机械加工工艺规程文件

将上述拨叉的工艺规程设计的结果填入工艺规程文件。如拨叉机械加工工艺过程卡、拨叉机械加工工序卡片。

4 拨叉零件专用机床夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动成本，需要设计专用夹具。现选择设计工序钻￠8mm 孔的钻床夹具。

图4-1为所示拨叉零件零件加工工序90钻拨叉锁销孔的工序简图。已知：工件材料为45钢，毛坯为模锻件，所用机床为Z535型立式钻床，成批生产规模，设计该工序的专用钻床夹具。 4.1 确定夹具的结构方案 4.1.1 确定定位元件

根据工序简图规定的定位基准，选用一面双销定位方案（见图4-（b ）），长定位销与工件定位孔配合取为φ30

H 7

，限制4个自由度；定位销轴肩小环面与工件定位端面f 6

接触，限制一个自由度，且保证工序尺寸40+00. 18mm ，定位基准与设计基准重合，定位误差为零；削边销与工件叉口接触，限制一个自由度，保证尺寸115.5±0.1mm ；￠8mm 孔径尺寸由刀具直接保证，位置精度由钻套位置保证。

图4-1 拨叉锁销孔专用钻床夹具方案设计

4.1.2 确定导向装置

本工序要求对￠8mm 孔进行钻、扩、铰3个工步的加工，生产批量大，故选用快换钻套作为刀具的导向元件，查标准JB/T8045.3— 1999得：钻套8F7×K6×28、快换钻套用衬套查标准JB/T8045.4— 1999得：衬套A15×28；钻套螺钉查标准JB/T8045.5— 1999得：M6×4。确定钻套高度H=3D=3×8mm=24mm，排屑空间h=d=8mm，如图4-2（c ）

所示。

4.1.3 确定夹紧机构

选用偏心螺旋压板夹紧机构，如图4-2（d ）所示。其上零件均采用标准夹具元件，可查阅相关标准确定。（略）

4.1.4 画夹具装配图，如图4-2所示。 4.1.5 确定夹具装配图上的标注尺寸及技术要求

1 确定定位元件之间的尺寸 定位销与削边销中心距公差取工件相应尺寸公差的1/3，偏差对称标注，即115.5±0.03mm 。

图4-2 拨叉锁销孔专用钻床夹具装配图

2 确定钻套位置尺寸 钻套中心线与定位销定位环面之间的尺寸及公差取保证零

件相应工序尺寸40 00. 18mm 的平均尺寸，即40.09mm ，公差的1/3，偏差对称标注，即±0.03，标注为40.09±0.03。

3 确定钻套位置公差 钻套中心线与定位销定位环面之间的位置度公差取工件相应位置度公差的1/3，即0.03mm 。

4 定位销中心线与夹具底面的平行度公差取0.02mm 。

5 标注关键件的配合尺寸如图4-2所示，￠8F7，￠30f6， ￠57f7， ￠15

H 7

， ￠22

H 7r 6， ￠8H 7n 6，￠16H 7k 6

。 4.1.6 绘制夹具零件图 （略）

.

k 6

参考文献（占一页）

. . . . . . . . .