叉桿課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　叉桿零件工藝分析</b></p><p><b>　　零件材料的性能</b></p><p><b>　　叉桿的作用</b></p><p><b>　　零件的工藝性<

2、/b></p><p><b>　　零件的生產類型</b></p><p><b>　　毛坯的確定</b></p><p>　　確定毛坯制造形式及毛坯精度等級</p><p>　　確定毛坯尺寸及機械加工余量</p><p><b>　　擬定工藝路線</b

3、></p><p><b>　　正確選擇定位基準</b></p><p>　　確定各加工面和加工方法</p><p><b>　　確定工序集中與分散</b></p><p><b>　　加工順序的安排</b></p><p>　　選擇各工序所采用的

4、設備</p><p>　　確定加工余量、工序尺寸及公差</p><p>　　切削用量和時間定額的計算</p><p>　　確定一個工序的切削用量</p><p>　　計算一個工序的單位工時</p><p>　　指定工序專用夾具的設計</p><p>　　1.零件在本工序的加工要求下分析</

5、p><p>　　2.確定工件定位方案，設計定位裝置</p><p>　　3.確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置</p><p>　　4.確定導向方案，設計導向裝置</p><p>　　5.切削力及夾緊力的計算</p><p><b>　　致謝</b></p><p><b&

6、gt;　　參考書目</b></p><p><b>　　叉桿零件工藝分析</b></p><p><b>　　叉桿的作用</b></p><p>　　叉桿是變速箱換擋機構中的一個主要零件。叉桿頭以㎜孔套在變速叉軸上，并通過㎜孔與變速叉軸連接，M8螺紋孔則起到緊固叉桿和變速叉軸連接的作用。叉桿腳是以R23㎜、夾角

7、為130度的對稱圓弧內壁卡在齒輪軸上，而位于叉桿頭對稱的兩凸臺，則夾在兩齒輪之間。當需要變速時，操縱變速桿，變速操縱機構就通過叉桿頭部的操縱桿帶動叉桿與變速叉軸一起在變速箱中滑移，叉桿腳的凸臺拔動雙聯變化齒輪在齒輪軸上滑動以該換檔位，從而實現不同級別的減速。</p><p><b>　　零件圖如下：</b></p><p><b>　　零件材料的性能<

8、/b></p><p>　　零件的材料為QT45-5，為球墨鑄鐵，從《工程材料與成型技術基礎》與《機械零件手冊》可查得：該類型的球墨鑄鐵最低抗拉強度為450，最低屈服強度為310，伸長率為5%，布氏硬度160210HBS。球墨鑄鐵在鑄鐵中力學性能最好，兼有灰鑄鐵的工業(yè)優(yōu)點，抗拉強度可以和剛相當，塑性和韌性也有了很大的提高。球墨鑄鐵的焊接性能和熱處理性能都優(yōu)于灰鑄鐵，但消震能力比灰鑄鐵低?？梢灾瞥沙惺芎艽鬀_擊

9、的零件。</p><p><b>　　零件的工藝性</b></p><p>　　該叉桿形狀特殊、結構簡單，屬于典型的叉桿類零件。為實現換擋、變速的功能，叉軸孔與變速叉軸連接的定位孔有配合要求，因此加工精度要求較高。為保證叉尾兩凸臺面對叉軸孔㎜的垂直度要求為0.15㎜。為保證叉桿在叉軸上有準確的位置，改檔換位正確，叉桿采用圓柱銷定位。鎖銷孔的尺寸為㎜。</p>

10、;<p>　　叉桿頭底端面和叉桿腳兩凸臺面均要求切削加工，叉桿頭的㎜孔的端面為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，能確保擴孔時軸心線對其，以保證孔的加工精度。叉桿腳兩凸臺面均高于其他相鄰的表面，這樣減少了加工面積。㎜孔端面為斜面，為了防止鉆頭鉆偏，在一個端面處開了一個㎜的工藝孔，來保證孔的精度要求。M8螺紋孔位于圓柱側壁上，且偏離夾角，這個需要做一個專用夾具來進行加工方能達到要求。另外，該零件除主要表面外，其余表面的加工精度

11、均較低，不需要高精度的機床進行加工，通過銑床的粗加工便可以達到加工要求，而主要工作表面雖然加工精度要求較高，但可以在正常的生產條件下，采用較為經濟的方法，保質保量的加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。</p><p>　　該零件的主要工作表面為叉桿腳兩凸臺表面、叉桿腳的圓弧表面、叉軸孔㎜、鎖銷孔㎜以及螺紋孔M8，在設計過程中時應重點給予保證。</p><p><b>　　零件

12、的生產類型</b></p><p>　　依設計題目可知：叉桿質量為0.48㎏，查本指導書表2.2的“機械加工零件生產分類”知，叉桿屬于輕型零件。根據設計要求可知，此零件為批量生產，并采用鑄造的方法獲得毛坯。鑄造的方法通過查閱課程設計指導書得，大批量，精度較高且要求有較高的表面質量和力學性能的鑄件采用金屬型鑄造。</p><p><b>　　毛坯的確定</b>

13、;</p><p>　　確定毛坯制造形式及毛坯精度等級</p><p>　　已知此叉桿類零件的生產類型為大批量生產，所以初步確定工藝安排為：加工過程劃分階段，工序適當集中加工設備以通用設備為主大量采用專用工裝。</p><p>　　零件的材料為QT450-5，根據該種零件所生產的批量，該種零件的結構形式比較簡單，零件在機床運動時所受的沖擊和震動大小，可以選擇鑄件毛坯

14、，選擇金屬型鑄造。</p><p>　　毛坯的尺寸精度等級取為普通級。</p><p>　　確定毛坯尺寸及機械加工余量</p><p>　　因為的孔較小，不用直接鑄造出來，所以鑄成實心的。</p><p><b>　　求最大輪廓尺寸</b></p><p>　　中心距103mm，寬度R23、R35

15、，高度40mm，厚度12mm。</p><p><b>　　選取公差等級CT</b></p><p>　　查設計手冊的CT等級8~10，取CT=9</p><p><b>　　求鑄件尺寸公差</b></p><p>　　中心距公差：2.5， 寬度公差：1.8 </p><p&g

16、t;　　高度公差：1.8， 厚度公差：1.6</p><p><b>　　求機械加工余量等級</b></p><p>　　選用的是金屬型鑄造，球墨鑄鐵，查表余量等級為D~F，取E級</p><p>　　求RMA（機械加工余量）</p><p>　　中心距：RMA=1.1</p><p>　　寬度

17、、高度、厚度：RMA=0.4</p><p><b>　　求毛坯基本尺寸</b></p><p>　　R=F+RMA+CT/2</p><p>　　中心距：105.5mm, 寬度：24.7mm,36.7mm，</p><p>　　高度：41.7mm， 厚度：13.6mm</p><p><

18、b>　　擬定工藝路線</b></p><p><b>　　正確選擇定位基準</b></p><p><b>　　選定精基準：</b></p><p>　　據零件要要求，選取叉軸孔和叉桿軸孔下端面作為精基準，很多表面都可以采用它們作基準進行加工，即遵循了“基準不變”的原則。叉軸孔的孔軸線是設計基準，選用其作

19、精基準定位加工叉桿腳兩端面和孔，實現了設計基準與工藝基準的重合，即遵循了“基準重合”原則</p><p><b>　　選定粗基準：</b></p><p>　　據粗基準的選用原則，應該選擇和加工表面有位置精度要求的不加工表面作為粗基準，所以，現選擇孔的不加工外輪廓表面作為粗基準，這樣用外圓面定位加工內孔可保證孔的壁厚均勻。</p><p>　　

20、確定各加工面和加工方法</p><p><b>　　確定工序集中與分散</b></p><p>　　選用工序集中原則安排叉桿的加工工序。該叉桿的生產類型為大批量生產，可以采用萬能型機床配以專用夾具，以提高效率；而運用工序集中原則使工件的裝夾次數少，但不可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面的相對位置精度。</p><

21、;p><b>　　加工順序的安排</b></p><p>　　遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準-叉桿頭下端面和叉軸孔 mm；</p><p>　　遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；</p><p>　　遵循“先主后次”原則，先加工主要表面-叉軸孔 mm和叉桿頭下端面，后加工次要表面-叉桿腳兩端面和內圓面；&

22、lt;/p><p>　　遵循“先面后孔”原則，先加工叉桿頭端面后加工叉軸孔mm；先銑操縱槽，再銑螺紋孔M8。</p><p><b>　　則工序安排如下：</b></p><p>　　工序10粗銑上下端面，以Φ36外圓表面為粗基準，采用X53立式銑床；</p><p>　　工序20鉆-擴內圓孔，保證其垂直度誤差，以孔下端面為

23、精基準，采用Z525立式鉆床；</p><p>　　工序30 粗銑-半精銑以為半徑的孔的上下端面，保證其垂直度誤差，以內圓孔為精基準，采用X53立式銑床；</p><p>　　工序40 粗鏜以為半徑的孔，以內圓孔為精基準，采用Z525立式鏜床；</p><p>　　工序50 擴孔的下端面，得工藝孔，以內圓孔為精基準，采用Z525立式鉆床；</p>&

24、lt;p>　　工序60 鉆-擴-鉸內圓孔，使孔的精度達到8級，并保證其垂直度誤差，以內圓孔為精基準，采用Z525立式鉆床；</p><p>　　工序70 鉆一個M6的孔，攻M8x1.25內螺紋，以內圓孔為精基準，采用Z525立式鉆床；</p><p>　　工序80 車各倒角和圓角；</p><p><b>　　工序90去毛刺；</b>

25、;</p><p>　　工序100清洗及終檢。</p><p>　　選擇各工序所采用的設備</p><p>　　叉桿生產為大批量生產，可以選用高效的專用設備和組合機床，也可選用通用設備，所選夾具均為專用夾具。各工序加工設備及工藝裝備的選用如下表：</p><p><b>　　加工設備及工藝裝備</b></p>

26、<p>　　確定加工余量、工序尺寸及公差</p><p>　　工序:0——粗銑上下端面，查《機械制造基礎課程設計》表2.63得：每邊留下2.5mm的余量。</p><p>　　工序20——2鉆-擴內圓孔，使孔的精度達到8級，查《機械制造基礎課程設計》表2.54得:先在鑄好的孔Φ12Φ18，Φ18Φ19.8，</p><p><b>　　Φ19

27、.8Φ20</b></p><p>　　工序30——粗銑-精銑以為半徑的孔的上下端面，查《機械制造基礎課程設計》表2.64得：粗銑余量為2mm，精銑余量為0.5mm。</p><p>　　工序40—— 粗鏜以為半徑的孔，查《機械制造基礎課程設計》表2.55得：由鑄好的R20的孔鏜至R23。</p><p>　　工序50—— 粗銑孔的下端面的工藝孔Φ20，

28、查《機械制造基礎課程設計》得：Φ10Φ20深度為2mm。</p><p>　　工序60 ——鉆-擴-鉸內圓孔，查《機械制造基礎課程設計》表2.53得：</p><p>　　Φ0Φ8，Φ8Φ9.8，Φ9.8Φ10。</p><p>　　工序70 ——鉆一個M6的孔，攻M8x1.25內螺紋，查《機械制造基礎課程設計》表2.66得： 0Φ6。</p><

29、;p>　　工序80—— 車各倒角和圓角；</p><p>　　工序90——去毛刺；</p><p>　　工序100——清洗及終檢</p><p>　　最終計算得到工序尺寸：</p><p>　　切削用量和時間定額的計算</p><p>　　確定一個工序的切削用量</p><p>　　工序6

30、0：鉆、擴、鉸Φ10孔</p><p><b>　　1鉆孔工步：</b></p><p>　　鉆床：Z525立式鉆床</p><p>　　鉆頭：選用直柄麻花鉆，鉆頭直徑9.8mm，l=89mm，l1=40mm。</p><p>　　( 1 )背吃刀量的確定 取 ap=4.9mm.</p><p>

31、　　(2)進給量的確定 查《機械制造基礎課程設計指導書》表5-21 f=0.20mm/r。</p><p>　　(3)切削速度的計算 由表5-21 切削速度選取為20m/min，由公式，</p><p>　　求得該工序鉆頭轉速，</p><p>　　參照Z252型立式鉆床的主軸轉速，取轉速n=680r/min, 再將此轉速代入公式,</p><p

32、>　　可求出該工序的實際鉆削速度為</p><p><b>　　2.擴孔工步：</b></p><p>　　鉆床：Z525立式鉆床</p><p>　　鉸刀：直柄機用鉸刀 d=9.96，L=133mm l=38mm</p><p>　　（1）背吃刀量確定 取ap=0.08mm.</p><p&g

33、t;　?。?）進給量的確定 查《機械制造基礎課程設計指導書》表f=0.8mm/r.</p><p>　　（3）切削速度的計算 由《課程設計指導教程》表5-27切削速度選取為v=14.1m/min, 由公式，</p><p><b>　　求得該工序轉速,</b></p><p>　　參照Z252型立式鉆床的主軸轉速，取轉速n=545r/min.

34、再將此轉速代入公式,</p><p>　　可求出該工序的實際鉆削速度為。</p><p><b>　　3.鉸孔工步：</b></p><p>　　鉆床：Z525立式鉆床</p><p>　　鉸刀：直柄機用鉸刀 d=10，L=133mm l=38mm</p><p>　　（1）背吃刀量確定 取ap=

35、0.02mm.</p><p>　?。?）進給量的確定 查《機械制造基礎課程設計指導書》表f=0.3mm/r.</p><p>　?。?）切削速度的計算 由《課程設計指導教程》表5-26切削速度選取為v=8m/min, </p><p><b>　　由公式，</b></p><p><b>　　求得該工序轉速,

36、</b></p><p>　　參照Z252型立式鉆床的主軸轉速，取轉速n=272r/min. 再將此轉速代入公式,</p><p>　　可求出該工序的實際鉆削速度為。</p><p>　　計算一個工序的單位工時</p><p>　　工序60：鉆、擴、鉸Φ10孔</p><p><b>　　1鉆孔工

37、步：</b></p><p>　　根據《課程設計指導教程》表5-41，鉆孔的基本時間可由公式 </p><p>　　tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：</p><p>　　l=36mm; l2=0mm; </p><p>　　l1=D/2*cot kr+(1~2)=3.904mm; </p><

38、p>　　f=0.20mm/r;n=680mm/r.。</p><p>　　將上述結果代入公式，則該工序的基本時間：</p><p>　　tj=(36mm+3.904mm) /(0.20mm/min * 680r/min)= 0.29min=17.4s。</p><p><b>　　2粗鉸工步</b></p><p>

39、;　　根據表5-41，鉸圓柱孔的基本時間可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：</p><p>　　l2、l1由《課程設計指導教程》表5-42按kr=15、</p><p>　　ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08</p><p>　　查得l1=0.19mm; l2=13mm; </p><p>　　

40、而l=36mm; f=0.8mm/r; n=545r/min.。將上述結果代入公式，</p><p>　　則該工序的基本時間：</p><p>　　tj=(36mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*545r/min)=0.34min=0.11min=6.6s。</p><p><b>　　3.精鉸工步</b></p>

41、<p>　　同上，根據《課程設計指導教程》表5-41可由公式 </p><p>　　tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：</p><p>　　l2、l1由《課程設計指導教程》表5-42按kr=15、</p><p>　　ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02</p><p>　　查得l1=0.37m

42、m; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.3 mm/r; n=272 r/min.。</p><p>　　將上述結果代入公式，則該工序的基本時間：</p><p>　　tj=(36mm+0.37mm+13mm)/(0.3mm/min*272r/min)=0.605min=36.3s。</p><p>　　則此工序的單件時間為</p><p

43、>　　指定工序專用夾具的設計</p><p>　　根據變速箱叉桿加工工序70的加工質量和生產類型的要求，鉆、攻M8螺紋孔需要設計專用夾具。加工機床為立式鉆床Z525和M8的粗牙普通螺紋絲錐。</p><p>　　零件在本工序的加工要求下分析</p><p>　　叉桿加工工序70為鉆M8螺紋孔和攻M8螺紋孔，零件在本工序的加工要求分析如下：</p>

44、<p>　　M8螺紋孔中心線與圓和兩圓心構成連心線成夾角。</p><p>　　M8螺紋孔中心線距定位基準面叉桿頭下表面20㎜。</p><p>　　本工序前，與兩圓心相距103.2㎜。</p><p>　　本工序可以在Z525立式式鉆床上加工。</p><p>　　確定工件定位方案，設計定位裝置</p><p

45、>　　本工序加工M8螺紋孔，M8螺紋孔中心線與圓和兩圓心構成連心線成夾角，中心線距定位基準面叉桿頭下表面20㎜，且位于與構成的圓柱筒上，因為孔與圓弧的兩圓心相距103.2㎜，根據工件的結構特點和技術要求，確定如下定位方案：采用一面兩孔定位方式，定位基準面為叉桿頭下表面，兩定位基準孔分別為和。</p><p>　　定位元件采用帶肩長定位銷和削邊銷定位，長定位銷與工件定位孔配合，限制其四個自由度，其軸肩小環(huán)面與

46、工件定位端面接觸，削邊銷與工件叉口接觸限制起一個自由度，實現工件完全定位。對于M8螺紋孔與兩定位孔連心線的夾角，由定位元件在夾具中的位置上保證。由上序分析可知，該定位方案合理、可行。</p><p>　　確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置</p><p>　　軸套的軸向剛度比徑向剛度好，因此夾緊力應指向限位臺階面，即基準面叉桿頭下表面。針對批量生產的工藝特征，此夾具選用偏心螺旋壓板夾緊機構，

47、為了夾緊的穩(wěn)定性，設置軸承套于凸臺下表面。</p><p>　　確定導向方案，設計導向裝置</p><p>　　為了能迅速、準確的確定刀具與夾具的相對位置，鉆夾具上都應設置引導刀具的元件——鉆套。鉆套一般安裝在鉆模板上，鉆模板與夾具連接，鉆套與工件之間留有排屑空間。本工序要求對被加工孔依次進行鉆、攻等2個工步的加工，最終達到工序圖上規(guī)定的加工要求，故選用快換鉆套作為刀具的導向元件。鉆套高度

48、H=（2.5~3.5）d,排屑空間h=（0.7~1.5）d，取H=3d=3x8㎜=24㎜，排屑空間h=d=8㎜.</p><p>　　切削力及夾緊力的計算</p><p>　　夾緊機構應保證工件夾緊可靠．安全．不破壞工件的定位及夾壓表面的精度和粗糙度。在設計夾緊裝置時必須合理選擇夾緊力的方向和作用點，必要時還應進行夾緊力的估算。</p><p>　　刀具：Φ6的麻花

49、鉆，Φ7.95鉸刀。</p><p>　　在這里切削力和夾緊力的計算通過《機床夾具設計手冊》軟件版進行分析計算</p><p>　　鉆孔切削力：查《機床夾具設計手冊》，得鉆削力計算公式： </p><p>　　式中 F───鉆削力</p><p><b>　　f───每轉進給量</b></p&

50、gt;<p><b>　　D───麻花鉆直徑</b></p><p><b>　　───修正系數</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　設計任務名稱：切削力計算</p><p>　　設計任務編號：Rw1-1</p>&

51、lt;p><b>　　設計者：劉洋</b></p><p>　　鉆削切削力計算類別：</p><p><b>　　切削力Ff</b></p><p><b>　　工件材料：灰鑄球墨</b></p><p><b>　　刀具材料：硬質合金</b><

52、;/p><p><b>　　加工方式：鉆</b></p><p>　　公式：Ff=412*D^(1.2)*f^(0.75)*(Kp)</p><p><b>　　參數:D = 6</b></p><p>　　參數:f = 0.2</p><p><b>　　參數:Kp

53、= 1</b></p><p>　　計算結果 = 1057.916N </p><p><b>　　鉆孔的扭矩：</b></p><p><b>　　式中 M───扭矩</b></p><p><b>　　f───每轉進給量</b></p>

54、<p><b>　　D───麻花鉆直徑</b></p><p><b>　　───修正系數</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　設計任務名稱：切削力計算</p><p>　　設計任務編號：Rw1-1</p><p&

55、gt;<b>　　設計者：劉洋</b></p><p>　　鉆削切削力計算類別：</p><p><b>　　切削力矩M</b></p><p><b>　　工件材料：球墨鑄鐵</b></p><p><b>　　刀具材料：硬質合金</b></p&g

56、t;<p><b>　　加工方式：鉆</b></p><p>　　公式：M=0.12*D^(2.2)*f^(0.8)*(Kp)</p><p><b>　　參數:D = 6</b></p><p>　　參數:f = 0.4</p><p><b>　　參數:Kp = 1<

57、;/b></p><p>　　計算結果 = 12.97N</p><p><b>　　鉆孔夾緊力：</b></p><p>　　查《機床夾具設計手冊》表3-6，查得工件定位時所需夾緊力計算公式：</p><p>　　式中 φ───螺紋摩擦角</p><p>　　───平頭螺桿端的直徑<

58、/p><p>　　───工件與夾緊元件之間的摩擦系數,0.16</p><p><b>　　───螺桿直徑</b></p><p><b>　　───螺紋升角</b></p><p>　　Q ───手柄作用力</p><p><b>　　L ───手柄長度</b&

59、gt;</p><p><b>　　則所需夾緊力 </b></p><p><b>　　=577（N）</b></p><p>　　根據手冊查得該夾緊力滿足要求，故此夾具可以安全工作。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　感謝老

60、師對我在課程設計中給予的幫助，通過此次課程設計，進一步鞏固了機械制造技術的專業(yè)知識，充分得將理論聯系上了實際，對我們以后出去工作提供了很有利的理論和實踐基礎。同時想感謝一下在課程設計中給予我?guī)椭耐瑢W們，最后再次感謝老師的指導和幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.尹成湖、李保章主編，《機械制造技術基礎課程設計》，高等教育出版社

61、</p><p>　　2.周開勤編，《機械零件手冊》高等教育出版社，第五版</p><p>　　3. 濮良貴、紀名剛主編，《機械設計》，高等教育出版社，第八章</p><p>　　4.李育錫主編《機械設計課程設計》，高等教育出版社</p><p>　　5. 鄒慧君、張春林、李杞儀主編《機械原理》，高等教育出版社，第二版</p>