ca6140车床拨叉（831005）机械加工工艺规程设计及夹具设计拨叉设计说明书

课程名称机械制造工艺学题目CA6140车床拨叉（831005）机械加工工艺规程设计及夹具设计学院机械制造及自动化工程学院学生姓名学号专业层次班级任课教师年月日目录摘要1一、零件工艺性分析211零件的作用212零件的工艺分析213零件的尺寸图32机械加工工艺规程设计321确定毛坯、绘制毛坯简图3211选择毛坯3212确定毛坯的机械加工余量及尺寸确定3213绘制毛坯简图422定位基准的选择4221粗基准的选择4222精基准的选择423各表面加工方案的确定424加工阶段的划分525工序的集中与分散526制定工艺路线53确定机械加工余量和工序尺寸74夹具设计1341夹具体设计前言1342问题的提出1443夹具体设计及计算1444夹具装配图15总结16参考文献17CA6140车床拨叉（831005）机械加工工艺规程设计及夹具设计课程设计说明书摘要这次设计的是CA6140车床（831005）拨叉，包括零件图、毛坯图、装配图各一张，机械加工工序卡片一套以及课程设计说明书的编写。首先我们要熟悉零件和了解其作用它位于车床变速机构中，主要起换档作用。然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和械加工余量。最后拟定拨差的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习打好基础。关键词机床拨叉；基准；工艺路线；工序；夹具设计1零件工艺性分析11零件的作用题目给定的零件是CA6140拨叉，它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。宽度为1800120尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为1800120MM的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。12零件的工艺分析该拨叉的全部技术要求列如下表表11项目公差等级偏差（MM）粗糙度RA定位基准25MM的六齿方花键孔IT70023016花键孔中心线22MM的花键底孔IT12028063花键孔中心线两端的2150倒角63花键孔中心线尺寸8MM的槽IT9003016花键孔中心线尺寸18MM的槽IT60012032花键孔中心线尺寸6MM的花键槽宽IT900600332花键孔中心线由上表分析可知，可以加工拨叉右端面；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，并且此拨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。13零件的尺寸图拨叉831005的零件图如图11所示。图11拨叉零件图2机械加工工艺规程设计21确定毛坯、绘制毛坯简图211选择毛坯确定毛坯种类零件材料为HT200。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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。查机械制造工艺及设备设计指导手册324页表155选用铸件尺寸公差等级CT9级。采用铸造，拨叉属于轻型机械产品类型，产量8000件，按理应部分采用金属模铸造，但多适合于有色金属材料，因而在此选择机械砂型铸造。212确定毛坯的机械加工余量及尺寸确定右端面的加工余量上端面有308MM的加工余量，此加工余量足够保证把铸铁的硬质表面层切除。矩形花键底孔要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为220280，见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册表359确定孔加工余量的分配。钻孔20MM，扩孔21MM，拉花键，花键孔要求以外径定心拉削时加工余量参照金属机械加工工艺人员手册取2Z1MM。上端面的加工余量此工序分2个工步1、粗铣上端面；2、精铣上端面。精加工余量为02MM，粗铣加工余量为28MM。213绘制毛坯简图毛坯简图如图21所示。图21毛坯简图22定位基准的选择221粗基准的选择粗基准的选择因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以40的外圆表面的粗基准。222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，以加工后的轴孔及花键为主要的定位精基准。23各表面加工方案的确定根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查机械制造技术基础课程设计指导教程表110和表111，确定各表面加工方案，如下表所示表21项目经济精度表面粗糙度RAUM加工方案备注40X28MM表面IT832粗铣半精铣表111右端面IT832粗车半精车表111两端的2150倒角63锪倒角表110尺寸8MM的槽IT916铣削表111尺寸18MM的槽IT632粗铣精磨表11125MM花键孔IT932拉削表1822MM的花键底孔IT1263钻孔扩孔表11024加工阶段的划分在选定拨叉各表面加工方法后，就需进一步确定这些加工方法在工艺路线中的顺序及位置，这就涉及加工阶段划分方面的问题。对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。该拨叉的加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、精加工阶段。在粗加工阶段，首先以40的外圆表面为粗基准将精基准右端面（A面）准备好，使后续都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉B面（28X40平面）。在精加工阶段，完成拨叉22孔的钻、扩加工并进行花键槽的拉削加工；进行拨叉18的磨削加工；进行B面的精铣；铣B面尺寸为8MM的槽。25工序的集中与分散工序的集中与分散是确定工序内容多与少的依据，它直接影响整个工艺路线的工序数目及设备、工装的选用等。由于本次加工的拨叉的生产类型为大批量生产，确定选用工序集中的原则组织工序内容，一方面可以采用万能、通用机床配以专用夹具加工，以提高生产效率；另一方面也可以减少工件的装夹次数，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度，并可以缩短辅助时间。26制定工艺路线制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、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降低。方案一表22工序号工序名称机床设备刀具定位基准量具1粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15倒角CA6140卧式车床车到、钻头、扩孔钻游标卡尺、内径千分尺2铣削槽40X28MM面X62W卧式铣床标准镶齿圆柱铣刀花键底孔中心轴线游标卡尺3铣削8MM的槽X62W卧式铣床高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）花键底孔中心轴线、右端面塞规、深度游标卡尺4铣削18MM的槽X62W卧式铣床铣刀花键底孔中心轴线、右端面塞规、深度游标卡尺5拉花键L66110拉床拉刀拨叉右端面塞规、内径千分尺方案二表23工序号工序名称机床设备刀具定位基准量具1粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15倒角C31631转塔式六角车床及三爪卡盘夹具车到、钻头、扩孔钻、锪刀40MM外圆柱面游标卡尺、内径千分尺2拉花键L66110拉床拉刀拨叉右端面卡规3铣削槽40X28MM面X62W卧式铣床标准镶齿圆柱铣刀花键底孔中心轴线游标卡尺4铣削8MM的槽X62W卧式铣床高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）花键底孔中心轴线卡规、深度游标卡尺5铣削18MM的槽X62W卧式铣床铣刀花键底孔中心轴线卡规、深度游标卡尺方案分析上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案中234工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的345道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和A面作为345道工序的定位基准。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。3确定机械加工余量和工序尺寸工序车削A面1加工条件工件材料灰口铸铁HT200；B145MPA；铸造。加工要求粗、半精车A面并保证28MM的工序尺寸，RA32M机床C31631，转塔式六角卧式车床。刀具硬质合金刀具（YG6）。参数为R12；AO68；B10；O05；KR90；N15。2计算切削用量（1）已知长度方向的加工余量为308MM。实际端面的最大加工余量为38MM。故分二次加工（粗车和半精车）。长度加工公差IT12级取046MM（入体方向）。（2）进给量、根据切削简明手册（第3版）表14当刀杆尺寸为16MM25MM,E3MM时，以及工件直径为60MM时（由于凸台B面的存在所以直径取60MM）F0608MM/R。按C31631车床说明书取F06MM/N。由于存在间歇加工所以进给量乘以K075085，所以实际进给量F0608048MM/R。按C31631车床说明书F053MM/R。（3）计算切削速度按切削简明手册表127，切削速度的计算公式为（寿命选T60MIN，刀具材料YG6）VCV/TMAPXVFYVKV，其中CV158，XV015，YV04，M02，修正系数KO见切削手册表128。KMV115，KKV08，KKRV08，KSV104，KBV081。所以VC158/6002015053041150808081097469M/MIN。（4）确定机床主轴转速。NS1000VC/DW2298（R/MIN）。按C31631车床说明书N200R/MIN，所以实际切削速度V408M/MIN。（5）切削工时按工艺手册表621由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备TMLL1L2L3/NWXF033（MIN）（其中L650/2325，L13，L20，L30）。辅助时间03301500495（MIN），其他时间（03300495）00900342（MIN），总工时033004950034204137（MIN）。精车A面1（1）已知粗加工余量为05MM。（2）进给量F。根据切削用量简明手册表16，F015025MM/R，按C31631车床说明书F016MM/R。计算切削速度按切削用量简明手册表127，切削速度的计算公式为（寿命选T60MIN）VCV/TMAPXVFYVKV158/600220150160411508080810978385M/MIN（3）确定机床主轴转速NW1000VC/DW4108（R/MIN）按C31631车床说明书取NW400（R/MIN）实际切削速度V571M/MIN切削工时，查工艺手册表621可得TM（LL1L2L3/NWXF225/400016035（MIN）由于下一道工序是钻孔，所以留下20MM的台阶，所以L6520/2225MM。L13，L20，L30。2钻孔、扩孔、倒角。（1）钻孔钻头选择见切削用量简明手册表22，钻头几何形状为（表21及表22）双锥修磨具刃。钻头参数D20MM,30，2118,270，B35MM,AO12,55,B2MM，L4MM。根据零件的生产类型和加工要求由机械制造技术基础课程设计指导教程P47表34；选用钻头直径为D2100MM，莫氏锥柄号为2的莫氏锥柄麻花钻，材料为高速钢。根据切削用量简明手册表29确定F048。A按机床进给强度决定进给量根据表29,当B210MPA，D0205MM得F075，按C31631车床说明书取F062MM/N。B决定钻头磨钝标准及寿命。表221，当DO20MM、钻头最大磨损量取06，寿命T45MIN。C切削速度。由切削用量简明手册，表215得V21M/MIN，N1000V/D3344。由机床技术资料得和3344接近的有280N/M和400N/MIN，取280N/MIN，即取N280M/MIN，实际V17M/MIN。D基本工时。TML/NF8010/280X062032MIN，入切量及超切量由表229查出10MM，所以TML/NF8010/280X062032MIN。（2）扩孔刀具直径DO21MM；刀具几何参数同上。由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，N和F都不变，所以TM同上TM032。倒角刀具15锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。（3）倒角刀具专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。检验机床功率按切削用量简明手册表124可以查出当160245HBS时P28MM,F06MM/R,VC41MM/MIN，PC34KW按C31631车床说明书得主电机功率P11KW，可见PC比P小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求钻削功率检验按切削用量简明手册表221当DO21MM，F064MM查得转矩618NM。切削用量简明手册表由表232得功率公式PCMCVC/30DO618X17/30X21167KM，按C31631车床说明书得主电机功率11KW可见PC比P小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要。工序拉花键孔。单面齿升根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿为006MM,拉削速度V006M/S36M/MIN，切削工时TZBLK/1000VFZZ。式中ZB单面余量15MM由21MM拉削到25MM；L拉削表面长度，取80MM；考虑校准部分的长度系数，取12；K考虑机床返回行程系数，取14；V拉削速度（M/MIN）；FZ拉刀单面齿升；Z拉刀同时工作齿数，ZL/P；P拉刀齿距。P12515SQRT80135SQRT8012MM。拉刀同时工作齿数ZL/P80/127。其本工时TM15801214/1000360067013MIN。工序粗铣，精铣B面。加工要求粗铣B面，精铣B面，RA32UM。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣，加工余量3MM。机床X62W。加工工件尺寸宽度40MM长度28MM。1粗铣（1）选择刀具。根据切削用量简明手册表31铣削宽度AE5MM时。直径为DO50MM，故齿数Z8，由于采用标准镶齿圆柱铣刀，铣刀几何参数（表32）RN10AO16（2）切削用量。留精铣的加工余量为02，所以本道工步切削宽度AC2808MM，由于加工表面精度要求RA32UM根据表35得每转进给量F051MM/R就能满足要求，但考虑到X62W功率为75KW，机床为中等系统刚度和X62W铣床说明书,所以每转进给量F06MM/R。（3）选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据切削用量简明手册表37，铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为06，镶齿铣刀DO50MM，刀具寿命T120MIN。（4）决定切削速度VC根据切削用量简明手册表39确定Z8，AP4070MM，AC2808MM，FZF/Z007501MM/Z。由公式VCCVDOQV/TMAPXVFZYVAEUVZPV式中CV20,QV07,XV03,YV02,UV05,PV03,M025,KM112,KSV08,KTV082。由公式得KVKMKSVKTV11208082073472VC237M/MINN1000V/D1000237/31450151（R/MIN）根据X62W型铣床说明书选N150R/MIN,VFNF150X0695MM/MIN,VC314ND/100015031450/10002355M/MIN。选VF95MM/MIN实际FZVF/NZ00792MM/Z。（5）机床功率根据切削用量简明手册表320当VC71M/MIN，AE28MM，AP41MM，FZ008，KMPC14KW，则PC08KW。切削功率的修正系数PCT08。根据X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为PCM75075563KW，故PCCPCM，因此所决定的切削用量可以采用。AE28MM，VF80M/MINN160R/MIN，VC251M/MIN，FZ00625MMM/Z。（6）基本工时根据切削用量简明手册表35可得TMLL1/VF2814/800525（MIN），其中L114MM。2精铣。（1）选择刀具。刀具与上道工步是同一把刀。（2）切削用量。精铣的加工余量为02，所以本道工步切削宽度AE02MM，F06。（3）决定切削速度VC。根据切削用量简明手册表39确定AC02MM,VCCVDOQV/TMAPXVFZYVAEUVZPV331M/MIN，N1000V/D1000X331/314X50211R/MIN。根据X62W型铣床说明书选N210R/MIN，VFNF210X06126MM/MIN，VF125MM/MIN，FZVF/NXZ0074MM/Z。（4）基本工时。根据切削用量简明手册表35可得TMLL1/VF2814/1250336（MIN），其中L114MM。工序铣削80030MM槽。加工工件尺寸80030MM,长度L40MM。加工要求高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）加工余量8用乳化液冷却。机床X62W。（1）选择刀具由加工尺寸公差003，所以铣刀精度为精密级K8。铣刀参数L8MM，D63，D22，D134，RO15，AO12，AN6，Z16。（2）选择切削量由于槽的深度为8MM,故一次走完，AE8MM，AP8MM。由切削用量简明手册表33，确定F01503MM/R，现取F03MM/R，FZ03/160018MM/Z。（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据切削用量简明手册表37,得最大磨损量为05由表38确定刀具寿命T100MIN。（4）决定切削速度VC和每齿进给量VF由切削用量简明手册327的公式VCCVDQV/TMAPXVFZYVAEUVZPVKV其中CV25,QV02,XV01,YV02,UV05,PV01,M025,KM112,KSV08，KTV082。则KVKMKSVKTV11208082079。代入上式，得VCCVDQV/TMAPXVFZYVAEUVZPVKV8286M/MINN1000VC/DO10008286/3146341887R/MIN根据X62W型铣床说明书选NC375R/MIN，实际速度VCDONC/1000742M/MIN，VFCNCF375X031125MM/MIN，VF110MM/MIN，FZC110/375160018MM/Z。（5）机床功率根据切削用量简明手册表328公式可得圆周力FCCFAPXFFZYFAEVFZ/DOAFNWFKFC，KTV090，KMFC094，由表28得CF30，XF10，YF065，UF083，WF0，QF083，KFC128，则FCCFAPXFFZYFAEVFZ/DOAFNWFKFC30800188/633755056NMFCDO/2103159NMPCFCVC/1000118KM根据X62W型铣床说明书，功率足够。（6）基本工时根据切削用量简明手册表35可知TMLL1/VF4014/110049（MIN），L114MM。工序铣宽为1800120MM槽。加工要求用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽1800120MM，长L40MM。加工余量23MM。由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走AE23，AP10MM。（1）选择刀具铣刀参数L10，D100MM，D30MM，RO15，AO12，AN6，Z24。（2）选择铣削用量由于槽的宽度为18MM,故二次走完，AE23MM，AP10MM。由切削用量简明手册表33确F05MM/R，现取F08MM/R，FZ05/24002MM/Z。（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据切削用量简明手册表37,得最大磨损量为05由表38确定刀具寿命T100MIN。（4）确定切削速度VC和每齿进给量由切削用量简明手册327的公式VCCVDOQV/TMAPXVFZYVAEUVZPVKV式中CV25,QV02,XV01,YV02,UV05,PV01,M025,KM112,KSV08,KTV082,KVKMKSVKTV11208082079，则VCCVDOQV/TMAPXVFZYVAEUVZPVKV986M/MINN1000VC/DO1000986/314100314R/MIN根据X62W型铣床说明书选NC300R/MIN，实际速度VCDONC/1000942M/MIN，VFCNCF300X05150MM/MIN，VF150MM/MIN，FZC150/300240020MM/Z。（5）基本工时根据切削用量简明手册表35可知TMLL1I/VF4020X2/15008（MIN），L120MM，I2走两次。工序磨18MM槽。加工要求保证尺寸18MM。（1）选择砂轮。见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为GZ46KV6P35040127其含义为磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为46，硬度为软2级。平型砂轮，其尺寸为16640（DDH）。（2）切削用量的选择。砂轮转速N砂3000R/MIN见机床说明书，V砂25M/S进给量F50MM/MIN双单行程FR0015MM。（3）切削工时。当加工1个表面时，TMLYIK/5031MIN。4夹具设计41夹具设计前言在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是确保工件的加工质量；工艺性好，结构尽量简单；使用性好，操作省力高效；定位、夹紧快速、准确，能提高生产率；经济性好，制造成本低廉。确定最合理的设计方案（1）确定定位方案，设计定位装置。定位应符合“六点定位原则”。定位元件尽可能选用标准件。（2）确定夹紧方案，设计夹紧机构。夹紧可以用手动、气动、液压或其它动力源。重点应考虑夹紧力的大小、方向、作用点，以及作用力的传递方式，保证不破坏定位，不造成工件过量变形，不会有活动度为零的“机构”，并且应满足生产率的要求。（3）确定夹具整体结构方案。定位、夹紧确定之后，还要确定其它机构，如对刀装置、导引元件、分度机构、顶出装置等。最后设计夹具体，将各种元件、机构有机地连接在一起。（4）夹具精度分析。在绘制的夹具结构草图上，标注出初步确定的定位元件的公差配合关系及相互位置精度，然后计算定位误差，根据误差不等式关系检验所规定的精度是否满足本工序加工技术要求，是否合理。否则应采取措施（如重新确定公差、更换定位元件、改变定位基准，必要时甚至改变原设计方案），然后重新分析计算。（5）夹具夹紧力分析。首先应计算切削力大小，它是计算夹紧力的主要依据。通常确定切削力有以下三种方法由经验公式算出；由单位切削力算出；由手册上提供的诺模图（如MPN图）查出。根据切削力、夹紧力的方向、大小，按静力平衡条件求得理论夹紧力。为了保证工件装夹的安全可靠，夹紧机构（或元件）产生的实际夹紧力，一般应大于理论夹紧力。42问题的提出（1）怎样限制零件的自由度；V形块加小平面限制5个自由度，定位销限制1个自由度。（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合V形块夹紧工件。（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用拉刀拉削，通过下底面排削。（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。43夹具设计及计算1定位基准的选择由零件图可知，宽为80030MM的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。2切削力及夹紧力的计算刀具高速钢直齿三面刃铣刀，63MM，Z14。由式FZCPT083SZ065DO83BZKP进行计算，其中CP52，T8MM,SZ008MM/S,B8MM,D63MM,Z14,KPHB/198055，得FZ200N。在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数KK1K2K3K4，水平切削分力FH11，FZ220N，垂直切削分力FV03FZ60N。其中K1为基本安全系数15，K2为加工性质系数11，K3为刀具钝化系数11，K4为断续切削系数11。F,KFH15111111200400N实际加紧力为WKKFH/U1U2400/05800N，其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1U20025。螺母选用M16X15细牙三角螺纹，产生的加紧力为W2M/D2TGA655066D3D3/D2D21O405N其中M19000NM，D2148MM，A2029，D23MM，D16MM。此时螺母的加紧力W已大于所需的800N的加紧力，故本夹具可安全工作。3定位误差分析由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。4夹具设计及操作说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的