1 绪论
机械制造加工工艺与机床夹具设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及全部专业课之后进行的一次理论联系实际的综合运用，进而使对机械有了进一步的认识，为以后的工作打下基础。它是主要是对零件的加工工艺和对零件的某几个工序加工进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。在本设计中，就针对拨叉A的加工工艺进行分析，制定和比较加工工艺路线，选择较好的加工工艺路线进行加工。并对拨叉叉口两侧面、孔和槽进行专用夹具的设计，在这过程中，制定多套夹具方案分别对各夹具的定位误差和精度进行分析计算，选择其一进行下一步的设计，以完成本次设计。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行的最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。
就个人而言，希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。
由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。
2 零件的分析
2.1 零件的作用
车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件下方的孔与操纵机构相连，而上方的半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。
2.2 拨叉A的工艺分析
拨叉A是机车变速箱中一个重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和侧面有精度要求，此外还有小头孔上的槽要求加工，对精度有一定的要求。拨叉的底面、大头孔上两侧面和大小头孔粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其大头孔与侧面有垂直度的公差要求，所要加工的槽，在其槽两侧面有平行度公差和对称度公差要求等。因为零件的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工必须保证精度要求。
2.3 拨叉A的工艺
零件要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。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者的要求。
从设计拨叉A的加工工艺来说，应选择能够满足孔和槽加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。
2.3.1 加工要求
在选择各表面、孔及槽的加工方法时，要考虑加工表面的精度和表面粗糙度要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工；要根据生产类型选择设备，在大批量生产中可采用高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工；要考虑被加工材料的性质，例如：淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等；要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平；此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。
该零件所需的加工部位为：拨叉小头孔端面、大头孔上两侧面；大小头孔以及小头孔端的槽。
2.3.2 平面的加工
由参考文献[3]表2.1-12可以确定，底面的加工方案为底平面：粗铣——精铣（），粗糙度为，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。
2.3.3 大头孔的加工
由参考文献[3]表2.1-11确定，孔的表面粗糙度要求为3.2，则选择孔的加工顺序为：粗、精镗。
2.3.4 小头孔的加工
的孔选择的加工方法是钻，但其表面粗糙度的要求为，所以选择加工的方法是钻——扩——铰。
图1.1 拨叉A零件图
2.4 本章小结
本章主要是对拨叉A的分析，主要从拨叉的作用、工艺和加工要求等方面进行了分析，对各个所须加工的表面进行了粗略的分析，并进行加工方法的确定。
经过查阅大量的参考资料，和上面的分析使对拨叉A有了进一步的认识，为后面的设计打下了坚实的基础。
3 工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，考虑到车床在加工中的变速虽然不像其它机器那么频繁。但是，零件在工作过程中，也经常要承受变载荷及冲击性载荷，且它的外型复杂，不易加工。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为5000件已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。
3.2 加工工艺过程
由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔和槽等面。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于拨叉A来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。
由上面的一些技术条件分析得知：拨叉A的尺寸精度，形位公差精度要求都很高，就给加工带来了困难，必须重视。
3.3 基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更严重的还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。
3.3.1 粗基准的选择
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。
选择定位粗基准是要能加工出精基准，同时要明确哪一方面的要求是主要的。粗基准的选择应以下面的几点为原则：a应选能加工出精基准的毛坯表面作粗基准。b当必须保证加工表面与不加工表面的位置和尺寸时，应选不加工的表面作为粗基准。c要保证工件上某重要表面的余量均匀时，则应选择该表面为定位粗基准。d当全部表面都需要加工时，应选余量最小的表面作为基准，以保证该表面有足够的加工余量。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置出发，进而保证拨叉A在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉A零件图分析可知，选择平面作为拨叉A加工粗基准。
3.3.2 精基准的选择
基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。
自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。
此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置出发，进而保证拨叉A在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉A零件图分析可知，该零件的底平面与小头孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件的自由度是不够的，它只限制了五个自由度，如果采用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。
选择精基准的原则时，重点考虑的是有利于保证工件的加工精度并使装夹更为方便。
3.4工艺路线的拟订
对于批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉A的加工的第一个工序也是加工统一的基准。具体工序是先以小头孔左端面为粗基准，粗、精加工小头孔右端面，再以右端面为基准加工小头孔，在后续的工序安排中都是以小头孔为基准定位。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。
3.4.1 确定工序的原则
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：
（1）工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
（2）工序集中原则
工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。而且采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。一般采用结构简单的专用机床和专用夹具组织流水线生产。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量较小。
3.4.2 工序的特点
制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。
（1）工序集中的特点
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
（2）工序分散的特点
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。一般采用结构简单的专用机床和专用夹具组织流水线生产。
由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。
3.4.3 加工精度的划分
零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：
（1）粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。
粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切削用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为。粗糙度为。
（2）半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为。表面粗糙度为。
（3）精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床切削用量小，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为，表面粗糙度为。
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。
但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费时的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。
3.4.4 制定工艺路线
制定工艺路线的出发点,应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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。
表3.1 工艺路线方案一
工序号 工序内容
工序一 粗、精铣孔上端面。
工序二 钻、扩、铰、精铰孔。
工序三 切断。
工序四 粗、精铣孔两侧面
工序五 粗、精镗孔。
工序六 铣下平面。
工序七 粗、精铣16槽。
工序八 粗铣斜平面。
工序九 检查。
上面工序不能保证其质量，但可以进行精度要求不高的生产。
综合考虑以上步骤，得到下面工艺路线。
表3.2 工艺路线方案二
工序号 工序内容
工序一 粗、精铣孔上端面。
工序二 钻、扩、铰、精铰孔。
工序三 粗、精铣孔两侧面
工序四 粗、精镗孔。
工序五 铣下平面。
工序六 粗、精铣16槽。
工序七 粗铣斜平面。
工序八 切断。
工序九 检查。
虽然工序增加了工时，但是质量大大提高了。方案一和方案二相比，方案一工艺路线在工序三就将孔锯开，在后面的工序铣孔的两侧面的时候，对于工件的加工面减少不的工设计，但是在后面的工序中进行的加工，特别是定位和孔的加工就有相当大的难度，如才用方案一进行孔的加工时，在上面的工序中已经锯断，只有进行半圆的加工。这样的加工在一般的机床上是不保证精度的，若想要保证精度只有在数控机床上，那样的话生产成本将提高了很多。方案二就解决了上述产生的问题，将的孔到了最后的时候才将其锯开，这样不仅保证了孔的精度，而且在后面工序中的加工也可以用的孔来作为定位基准。这样的加工可以在一般的机床上就可以进行加工了，不仅保证了精度，还降低了生产成本。
由以上分析：方案二为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的加工工艺过程如表3.3。
表3.3 最终加工工艺路线
工序号 工序内容
工序一 铸造。
工序二 热处理。
工序三 粗、精铣孔上端面。
工序四 钻、扩、铰孔。
工序五 粗、精铣孔两侧面。
工序六 粗、精镗孔。
工序七 铣下平面。
工序八 粗、精铣16槽。
工序九 粗铣斜平面。
工序十 切断。
工序十一 检查。
3.5 本章小结
通过对资料书的查阅，在这章中，主要对零件的加工工艺和在加工中经常会出现的问题进行了分析，并对基准面的选择原则有了深刻的认识。然后，针对拨叉A零件的尺寸要求和精度要求，编写了两个工艺路线方案。最后，对它们进行具体的分析比较选择其优。
4 工序参数选择、计算
CA6140车床拨叉A，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛皮重量1.0kg，生产类型大批量，铸造毛坯。
4.1 毛坯的确定
4.1.1 毛坯的工艺要求
（1）由于铸造件尺寸精度和表面粗糙度值低，因此零件上有与其它机件配合的表面需要进行机械加工。
（2）为了使金属容易充满膛摸和减少工序，铸造件外形应力求简单、平直，尽量避免铸件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。
（3）铸件的结构中应避免深孔或多孔结构。
（4）铸件的整体结构应力求简单。
4.1.2 毛坯形状、尺寸要求
（1）各加工面的几何形状应尽量简单。
（2）工艺基准以设计基准相一致。
（3）便于装夹、加工和检查。
（4）结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类
形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。
据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量及毛坯尺寸如图4.1。
图4.1 拨叉A毛坯
4.2 拨叉A的偏差计算
4.2.1 拨叉平面的偏差及加工余量计算
（1）侧平面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：
粗铣：由参考文献[4]表6—28。其余量值规定为，现取。查参考文献[3]可知其粗铣为IT12。
精铣：由参考文献[3]表2.3—59，其余量值规定为。
铸造毛坯的基本尺寸为，又由参考文献[6]表11-19可得铸件尺寸公差为。
毛坯的名义尺寸为：
毛坯最小尺寸为：
毛坯最大尺寸为：
粗铣后最大尺寸为：
精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。
大头孔两侧面的偏差及加工余量计算
（2）两侧面加工余量的计算。根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：
粗铣：由参考文献[4]表6—28。其余量值规定为，现取。查参考文献[3]可知其粗铣为IT12。
精铣：由参考文献[3]表2.3—59，其余量值规定为。
铸造毛坯的基本尺寸为，又由参考文献[6]表11-19可得铸件尺寸公差为。
毛坯的名义尺寸为：
毛坯最小尺寸为：
毛坯最大尺寸为：
粗铣后最大尺寸为：
精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。
4.2.2 大小头孔的偏差及加工余量计算
参照参考文献[3]表2.2—2、2.2—25、2.3—13和参考文献[5]表1—8，可以查得：孔：
钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是
扩孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是
铰孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是
根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，各工序余量如下：
钻孔
参照参考文献[3]表2.3-47，表2.3-48。确定工序尺寸及加工余量为：
加工该组孔的工艺是：钻——扩——铰
钻孔：
扩孔： （Z为单边余量）
铰孔： （Z为单边余量）
镗孔
加工该组孔的工艺是：粗镗——精镗
粗镗： 孔，参照参考文献[3]表2.3-48,其余量值为；
精镗： 孔，参照参考文献[3]表2.3-48,其余量值为；
铸件毛坯的基本尺寸分别为：
孔毛坯基本尺寸为：；
根据参考文献[3]表2.2-2可得锻件加工该孔经济精度为IT9。
孔毛坯名义尺寸为：；
粗镗工序尺寸为：
精镗工序尺寸为： 从而达到要求。
4.2.3 粗、精铣槽
参照参考文献[5]表21—5，得其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由参照参考文献[5]表21—5的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为，精加工为。
槽的毛坯为一个整体：
粗铣两边工序尺寸为：
粗铣槽底工序尺寸为：6
精铣两边工序尺寸为：，已达到其加工要求：。
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