GY01-234@课程设计-拔叉工艺及夹具设计
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机械毕业设计全套
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GY01-234@课程设计-拔叉工艺及夹具设计,机械毕业设计全套
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例二 CA6140 车床拨叉 机械加工工艺规程及工艺装备设计 : 序言 机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的 .这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习 ,也是一次理论联系实际的训练 ,因此 ,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，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，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大好基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 一、零件的分析 (一 )零件的作用 题目所给的零件是 CA6140 车床的拨叉。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工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 20 孔与操纵机构相连，二下方的 50 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。两件零件铸为一体，加工时分开。 (二 )零件的工艺分析 零件的材料为 HT200，灰铸铁生产工艺简 单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： 1、小头孔 20 以及与此孔相通的 8 的锥孔、 M6 螺纹孔 。 2、大头半圆孔 50。 3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。 nts由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，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。 二、确定生产类型 已知此拨叉零件的生产纲领为 5000 件 /年，零件的质量是 1.0Kg/个，查机械制造工艺设计简明手册第 2 页表 1.1-2，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。 三、确定毛坯 1、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，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械 制造工艺设计简明手册第 41 页表 2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为 CT-12。 2、确定铸件加工余量及形状： 查机械制造工艺设计简明手册第 41 页表 2.2-5，选用加工余量为 MA-H级，并查表 2.2-4 确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示： 简 图 加工面代号 基 本 尺 寸 加工余量等级 加工 余量 说 明 D1 20 H 10 2 孔降一级双侧加工 D2 50 H 3.5 2 孔降一级双侧加工 T2 30 H 5 单侧加工 T3 12 H 5 单侧加工 T4 12 H 5 单侧加工 3、绘制铸件零件图 nts四、工艺规程设计 (一 )选择定位基准： 1 粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。 2 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，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。 (二 )制定工艺路线 : 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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下降。查机械制造工艺设计简明手册第 20 页表 1.4-7、1.4-8、 1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 工序 01 粗铣 20、 50 下端面，以 T2 为粗基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 02 粗铣 20 上端面，以 T1 为定位基准，采用 X51 立式 铣床加专用夹具； 工序 03 粗铣 50 上端面，以 T4 为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 04 钻、扩 20 孔，以 32 外圆和 T2 为基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具； 工序 05 粗镗 50 孔，以 D1 为定位基准，采用 T616 卧式镗床加专用夹具； 工序 06 铣斜肩，以 D1 和 T2 为定位基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 07 精铣 20 下端面，以 T2 为基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 08 精铣 20 上端面，以 T1 为基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； 工序 09 粗铰、精 铰 20 孔，以 T2 和 32 外圆为基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具； 工序 10 精铣 50 端面，以 D1 为基准，采用 X51 立式铣床加专用夹具； nts工序 11 半精镗 50 孔，以 D1 做定位基准，采用 T616 卧式镗床加专用夹具； 工序 12 钻、铰 8 锥孔，以 T1 和零件中线为基准，采用 Z525 立式钻床加专用夹具； 工序 13 钻 M6 底孔，攻螺纹，以 T1 和零件中线为基准，采用 Z525 立式钻床并采用专用夹具； 工序 14 铣断，以 D1 为基准，采用 X60 卧式铣床加专用夹具； 工序 15 去毛刺； 工序 16 终检。 （ 三） 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 : 1、圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下： 加工 表面 加工 内容 加工余量 精度等级 工序 尺寸 表面粗 糙度 工序余量 最小 最大 50IT12 （ D2） 铸件 7.0 CT12 8.243 粗镗 4.0 IT12 250.0047 6.3 0.95 6.8 半精镗 3.0 IT10 100.0050 3.2 2.9 3.25 20IT7 （ D1） 钻 18 IT11 110.0018 17.89 18 扩 1.8 IT10 084.008.19 6.3 1.716 1.910 粗铰 0.14 IT8 033.0094.19 3.2 0.107 0.224 精铰 0.06 IT7 021.0020 1.6 0.039 0.093 2、平面工序尺寸： 工序号 工序 内容 加工 余量 基本 尺寸 经济 精度 工序尺寸偏差 工序余量 最小 最大 铸件 5.0 CT12 5.2 nts01 粗铣 20孔下端面 4.0 36.0 12 00.25 1.5 7.75 02 粗铣 20孔上端面 4.0 32.0 12 00.25 1.5 7.75 03 粗铣 50孔上端面 4.0 14.0 12 0 180.0 1.8 6.38 07 精铣 20孔下端面 1.0 31.0 8 0 033.0 0.75 1.283 08 精铣 20孔上端面 1.0 30.0 8 0 033.0 0.75 1.283 10 精铣 50孔端面 1.02 12.0 8 016.0016.0 0.951 1.016 3、确定切削用量及时间定额： 工序 01 粗铣 20、 50 下端 面，以 T2 为粗基准。 1. 加工条件 工件材料： HT200,b =170240MPa，铸造 ;工件尺寸： aemax=72mm，l=176mm; 加工要求：粗铣 20孔下端面，加工余量 4mm; 机床： X51 立式铣床； 刀具： YG6 硬质合金端铣刀。铣削宽度 ae90,深度 ap6,齿数 z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表 3.1，取刀具直径 d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表 3.16，选择刀具前角 0 0后角 0 8，副后角 0=10，刃倾角 ： s= 10,主偏角 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副偏角 Kr=5。 2. 切削用量 1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap=4mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量 fz nts由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表 3.5，使用 YG6 硬质合金端铣刀加工，机床功率为 4.5kw（据简明手册表 4.2-35， X51 立式铣床）时： fz=0.090.18mm/z 故选择： fz=0.18mm/z。 3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm；由于铣刀直径 d0=125mm，故刀具使用寿命 T=180min（据简明手册表 3.8）。 4）计算切削速度 vc 和每分钟进给量 vf 根据切削手册表 3.16，当 d0=125mm， Z=12， ap7.5， fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。 各修正系数为： kMV= 1.0， kSV= 0.8。切削速度计 算公式为： vpvevzvpT vvc kzuayfxa qdcv vm 0 其中 mmae 72 ， mmap 4， 245vC ， 2.0qv， 15.0xv ， 35.0yv，8.08.00.1 kkk SvMvv ， 2.uv ， 0pv ， 32.0m ， min180T ，zmmf z /18.0 ， 12Z ，将以上数据代入公式： m in/1428.0122.07235.008.015.04180 2.012524532.0mv c 确定机床主轴转速： m i n/3 6 11 0 0 0 rd vn wcs 。 根据简明手册表 4.2-36，选择 nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为： vc=10000nd=1000 30012514.3 m/min=118m/min f zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z 5)校验机床功率 nts根据切削手册表 3.24，近似为 Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率 Pcm=4.50.75kw=3.375kwPcc。故校验合格。最终确定 :ap=4.0mm，nc=300r/min， vf=390mm/s， vc=118m/min， fz=0.1mm/z。 6）计算基本工时 tm L/ vf， L=l+ y+， l=176mm. 查切削手册表 3. 26，入切量及超切量为： y+=40mm，则： tm L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。 工序 02 粗铣 20 上端面，以 T1 为定位基准。 切削用量和时间定额及其计算过程同工序 01。 工序 03 粗铣 50 上端面，以 T4 为定位基准 刀具： YG6 硬质合金端铣刀， 10,400 Zmmd 机床： X51 立式铣床 根据切削手册查得， mmazmmfpz 4,/13.0 。根据简明手册表4.2-36 查得 ， 取 ： min/300 rnw ，故实际切削速度 ： m i n/7.371000 300401000 mndv ww 当 min/300 rn w 时，工作台每分钟进给量应为 ： m in/3 9 03 0 01013.0 mmnZff wzm 查说明书，取 m in/400 mmfm 计算切削 基本 工时 ： mmyL 82107272 因此 ， m i n2 0 5.03 9 082 fLtmm工序 04 钻、扩 20孔，以 32外圆和 T2为基准，保证垂直度误差不超过 0.05mm,孔的精度达到 IT10。 1. 选择钻头 nts根据切削手册表 2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角 o 12，二重刃长度 b=3.5mm,横刀长 b=2mm,宽 l=4mm,棱带长度 mml 5.11 ， 1002 ， 30 2.选择切削用量 （ 1）确定进给量 按加工要求确定进给量：查切削手册， rmmf /53.043.0 ，367.11830 dl ，由切削手册表 2.7,系数为 0.5,则： rmmf /)265.0215.0(5.0)53.043.0( 按钻头强度选择 :查切削手册表 2.8,钻头允许进给量为： rmmf /0.2 ； 按机床进给机构强度选择：查切削手册表 2.9，机床进给机构允许轴向力为 8330N 时，进给量为 rmmf /93.0 。 以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.2150.265mm/r。根据简明手册表 4.2-16,最终选择进给量 rmmf /22.0 。 由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。 根据切削手册表 2.19 查出 ,钻孔时轴向力 Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故 Ff=2500N。根据 Z525 立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为 8830N Ff，故所选进给量可用。 （ 2）确定钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查简明手册）为 0.6mm，寿命 min45T （ 3）切削速度 查切削手册表 2.30，切削速度计算公式为： vyxpmvc kfaTdcvvvvz0 （ m/min） 其中， 5.9Cv ， mmd 180 ， 25.0vz ， 125.0m ， 9pa ， 0vx ， 55.0vy ，22.0f ，查得修正系数： 0.1vTk ， 85.0lvk ， 0.1tvk ，故实际的切削速度： ntsm i n/5.985.022.0160 185.9 55.01 2 5.0 25.0 mv c （ 4）检验机床扭矩及功率 查切削手册表 2.20，当 f0.26, do19mm时， Mt=31.78Nm，修正系数均为 1.0，故 MC=31.78 Nm。 查机床使用说明书： Mm =144.2 Nm。 查切削手册表 2.23,钻头消耗功率： Pc=1.3kw。 查机床使用说明书， kwP E 26.281.08.2 。 由于 mc MM ，EC PP ，故切削用量可用，即： rmmf /22.0 ， m in/272 rnn c ， min/4.15 mv c 3、计算工时 m i n64.022.0272 830 nfLt m 4、扩孔至 19.8 查切削手册表 2.10，扩孔进给量为： rmmf /8.07.0 ，并由机床使用说明书最终选定进给量为： rmmf /81.0 。 根据资料，切削速度 钻vv 4.0 ，其中 钻v 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故 ： m in/8.35.94.0 mv ， m i n/1.618.19 8.31 0 0 0 rn s ， 根据机床使用说明书选取 ： min/97 rnw 。 基本工时 ： m in48.081.097 83081.097 yLt工序 05 粗镗 50 孔，以 D1 为定位基准。 机床： T60 卧式镗床 单边余量 ,5.2 mmZ 可一次切除，则 mmap 5.2。根据简明手册 4.2-20查得，取 rmmf /52.0 。根据简明手册 4.2-21 查得，取 ： min/200 rn 。 计算切削基本工时： ntsm in13.052.0200 1212 fLtmm工序 06 铣斜肩，以 D1 和 T2 为定位基准。 刀具：硬质合金三面刃铣刀 机床： X51 立式铣床 根据简明手册查得： 1663 Zmmdw ，。根据切削手册查得：,/10.0 zmmf z 因此： m i n/13663 2710001000 rd vnws 现采用 X51 立式铣床，取： min/100 rn w ，故实际切削速度为： m i n/8.191 0 0 0 1 0 0631 0 0 0 mndv ww 当 min/300 rn w 时，工作台每分钟进给量 应为： m i n/1 6 01 0 01610.0 mmnZff wzm 根据切削手册表 4.2-37 查得 ,取： m in/165 mmfm 。 计算切削基本工时： mmylL 5.37255.12 因此： m i n227.01655.37 fLtmm工序 07 精铣 20 下端面，以 T2 为基准。 刀具： YG6 硬质合金端铣刀； 机床： X51 立式铣床； 查切削手册表 3.5，进给量 为： m in/0.15.0 mmfz ，取为 0.5mm/r 参考有关手册，确定 min/124 mv ，采用 YG6 硬质合金端铣刀，12,1 2 5 zmmd w ，则： m i n/3 1 61 2 51 2 41 0 0 01 0 0 0 rd vnws nts现采用 X51 立式铣床，根据简明手册表 4.2-36，取 min/300 rn w ， 故实际切削速度： m i n/75.1 1 71 0 0 0 3 0 01 2 51 0 0 0 mndv ww 当 min/300 rn w 时，工作台每分钟进给量：m i n/1 8 00300125.0 mmnzff wzm ，取为 980mm/min 本工序切削时间为： 62.0980 125176222 flttmmmin 工序 08 精铣 20 上端面，以 T1 为基准。 切削用量同工序 07 精铣时 mmdy 1250 基本工时： 31.09 8 01 2 51 7 6 fltmm工序 09 粗铰、精铰 20 孔，以 T2 和 32 外圆为基准。 （ 1）粗铰至 mm94.19 刀具：专用铰刀 机床： Z525 立式钻床 根据有关手册的规定，铰刀的进给量为 fz0.8 1.2mm/z,进给量取fz 0.81mm/r，机床主轴转速取为 nw =140r/min，则其切削速度为： m in/77.8 mdnv 。 机动时切削工时， 830l =38mm， m i n34.081.0140 3838 fntwm(2) 精铰至 mm20 刀具： mmd w 20 机床： Z525 立式钻床 nts根据有关手册的规定，铰刀的进给量取 f 0.48mm/r，机床主轴转速取为：nw =140r/min，则其切削速度为： m in/8.8 mdnv 机动时切削工时， 830 l =38mm m i n57.048.0140 3838 fntwm工序 10 精铣 50 端面，以 D1 为基准。 机床： X51 立式铣床 刀具：硬质合金立铣刀（镶 齿 螺旋形刀片），由切削手册表 3.6 查得：smv /45.0 ， m i n/08.0,6,40 mmfzd z ,即 27m/min，因此，m i n/2 1 440 271 0 0 01 0 0 0 rd vnws 。现采用 X51 立式铣床，取 min/210 rn w ，工作台每分钟进给量 fm应为： m i n/8.100210608.0 mmnzffwzm ， 查机床使用说明书，取 m in/100 mmfm 。 铣削基本工时： m in84.01 0 0 1272 t mm in68.1284.02 t m 工序 11 半精镗 50 孔，以 D1 做定 位基准。 单边余量 mmz 0.1 ,可一次切除，则 mmap 0.1。 由切削手册表 1.6 查得，进给量 ,/40.025.0 rmmfz 取为 0.27mm/r。由切削手册表 1.1 查得， min/100 mv ，则： m i n/637501001 0 0 01 0 0 0 rd vnww 查简明手册表 4.2-20， nw 取为 630r/min。 加工基本工时： m i n0 3 8.05.06 3 012 fnltw工序 12 钻、铰 8 锥孔，以 T1 和零件中线为基准。 nts刀具：专用刀具 机床： Z525 立式钻床 确定进给量 f ：根据切削手册表 2.7 查得， rmmf /26.022.0 ，查Z525 机床使用说明书，现取 rmmf /22.0 。 查切削手册表 2.15，min/17 mv ，计算机床主轴转速： m i n/6948.7 1710001000 rd vnws 按机床选取 min/680n w ，所以实际切削速度为： m i n/66.161 0 0 0 6808.71 0 0 0 mndv ww 计算切削基本工时： m in066.022.0680 46 fyltmm工序 13 钻 M6 底孔，攻螺纹，以 T1 和零件中线为基准 （ 1）钻螺纹底孔 8.4 mm 机床： Z525 立式钻床 刀具：高速钢麻花钻 根据切削手册查得，进给量为 f 0.18 0.22mm/z,现取 f=0.22mm/z，v=17m/min，则： m i n/1 1 2 88.4 171 0 0 01 0 0 0 rd vnws 查简明手册表 4.2-15，取 min/960 rn w 。 所以实际切削速度为： m i n/48.141 0 0 0 9608.41 0 0 0 mndv ww 计算切削基本工时： m in047.022.0960 46 fyltmm（ 2）攻螺纹 M6 nts机床： Z525 立式钻床 刀具：丝锥 M6， P=1mm 切削用量选为： m in/6/1.0 msmv ，机床主轴转速为： min/318 rn s ，按机床使用说明书选取： min/272 rn w ，则 min/1.5 mv ；机动时，mml 1046 ，计算切削基本工时： m i n04.02721 10 nf lt m 工序 14 铣断，以 D1 为基准。 选择锯片铣刀， d=160mm， l=4mm，中齿， Z=40 采用 X61 卧式铣床 查切削手册，选择进给量为： zmmf /10.0 ,切削速度为： min/27 mv ，则： m i n/541 6 0271 0 0 01 0 0 0 rd vnws 根据简明手册表 4.2-39，取 min/100 rn w ，故实际切削速度为： m i n/2.501 0 0 0 1 0 0801 0 0 0 mndv ww 此时工作台每分钟进给量 fm应为： m in/4 0 01 0 0401.0 mmnZff wzm 查切削手册表 4.2-40，刚好有 m in/400 mmfm 。 计算切削基本工时： m in2 5 5.04 0 0 3072 fyltmm五 、夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。并设计工序 13钻 M6 螺纹底孔的夹具。本夹具将用于 Z525 立式钻床，刀具为高速钢麻花钻。 nts(一 )问题的提出 本夹具主要用来钻 M6 螺纹底孔，该孔为斜孔，跟拨叉的中线有一定的角度要求，在加工时应保证孔的角度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。 (二 )夹具设计 1、定位基准选择 由零件图可知， M6 螺纹孔为斜孔，相对于拨叉中线有 10 的要求，为使定位误差为零，应该选择拨叉中线为定位基准保证该角度。此外，还应以 20 孔端面为基准，从而保证螺纹孔在拨叉体 上的位置。 为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。 2、切削力及夹紧力计算 刀具：硬质合金麻花钻， mmd 8.4 。 由实际加工的经验可知 ,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向 ,即垂直于工作台 ,查切削手册表 2.3，切削力计算公式为： FFF kfdCF yZFf 0 其中： 410CF ， 2.1ZF ， 75.0yF， mmd 8.40 ， 22.0f ，kkkk hFxFMFF ， kMF 与加工材料有关 ,取 0.94； kxF 与刀具刃磨形状有关 ,取1.33； khF 与刀具磨钝标准有关 ,取 1.0，则： NF 108125.122.08.4410 75.02.1 在 20 孔两个端面只需要采用开口垫圈和六 角螺母适当夹紧后本夹具即可安全工作 . 3、定位误差分析 （ 1）定位元件尺寸及公差的确定。 夹具的主要定位元件为两个定位销，这两个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，即 10620 k 。此外，这两定位销共同保证加工孔偏斜的角度，其中心连线与工作台面成 10 角。 nts（ 2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。 钻套外径 510g 与衬套孔 710H 的最大间隙为： 0 2 6.0)0 1 1.0(0 1 5.0m a x 衬套外径 615r 与钻模板孔 715H 的最大间隙为： 0 0 5.00 2 3.00 1 8.0m a x 则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为： 0.026-0.005=0.021。 （ 3）计算定位销轴与工作台的平行度误差。 定位销轴与夹具体孔的最大间隙为： 0 34.00 01.00 35.0m a x 夹具体孔的长度为 14mm，则上述间隙引起的最大平行度误差为： 0.034/14，即 0.24/100。 4、夹具设 计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母 12 扣，拔下开口垫圈，实现工件的快换。攻螺纹时，松开压紧螺母即可替换可换钻套，进行攻螺纹加工。 5、 钻床夹具的装配图见附图 nts参考文献 1、赵家奇 ,机械制造工艺学课程设计指导书 (2 版 ),机械工业出版社 ,2006 年 . 2、曾志新 ,吕明主编 ,机械制造技术基础 ,:武汉理工大学出版社 ,2001 年 . 3、李益明主编 ,机械制造工艺设计简 明手册 ,机械工业出版社 ,1993 年 . 4、肖诗纲主编 ,切削用量手册 ,机械工业出版社 ,1993 年 . 5、 金属切削机床夹具设计手册 .上海柴油机厂工艺设备研究所编 ,机械工业出版社， 1987 年 . CA6140 车床拨叉 零件图 : nts nts 1 下面两个表格分别为机械加工工艺过程卡和工序卡的模板，大家也可按照 CAD 图中那两个模板 nts 2 拔叉工艺及夹具设计 摘 要： 机械制造工艺学课程设计 是在 我们学完了大学的全部基础课 、 技术基础课以及大部分专业课之后进行的 .这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习 ,也是一次理论联系实际的训练 ,因此 ,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位 。 关键词： 拔叉； 工艺规格设计；定位夹紧；夹具设计 The Design Of Fork-lever Processing and Fixture Abstract :The machine manufacture technology curriculum design was carried on after we studied universitys complete basic course ,the technical basic course as well as the majority of professional courses .This is a thorough comprehensive total review before we carry on the graduation project to studies various curricula ,also is an apply theory to reality training, therefore, it holds the important status in we four years university life. Key words: Fork-lever; Craft specification design; The localization clamps; Jig design 1 前言 机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼： 能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量。 提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。 学会使用手册及图表资料。 培养了一定的创新能力。 通过对 CA6140 拔叉的 工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体 (如互换性与测量技术基础、机械设计、金属切削机床概论、机械制造工艺学、金属切削原理与刀具等 )。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的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！ nts 3 在此 次设计中主要是设计 CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其机制教研室的 零件说明 2.1 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 18mm 的槽尺寸精度要求很高，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 18mm 的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。 2.2 零件的工艺分析 CA6140 拔叉（型号： 84009）共有 3 组加工表面： 、 零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后 端面为粗基准加工右端面，再以前 端面为精基准加工 左端面； 、 以花键中心线为基准的加工面：这一组面包括 25H7 的六齿方花键孔、 22H12的花键底孔、两端的 2X150倒角和距花键中心线为 22mm 的上顶 面； 、 以工件右端面为基准的 18H11mm 的槽、上顶面的 2-M8 通孔和 5 锥孔。 经上述分析可知， 对于 后 两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。 1.3 零件 的 结构特点 拔叉 84009 的毛坯为铸造件，在零件图上只有 2 处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差 0.10， 18H11 槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差 0.08 零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如下： nts 4 零件剖视图 图（ 1）零件大致结构图 Fig(1) Components approximate structure drawing 2 生产纲领、生产类型的确定 根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基 本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。 3 毛坯的确定 CA6140 车床拔叉，零件材料 HT20-40，硬度 190HB 210HB，生产类型为大批 量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按 JZ67-62 规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用 2级精度铸件，毛坯 重量由金属机械加工工艺人员手册表 5-2 有零件 80kg，偏差为 7%，故毛坯估算约为 1.0kg，采用 2 级精度铸件 ， 顶面的加工余量和 底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表 5-4 左右端面的加工余量为 3 0.8，其余部分均为实心部分。 故毛坯图如下： nts 5 图（ 2）毛坯图 Fig(2) Rough map 5 工艺规程设计 5.1 定位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。 5.1.1 粗基准的 选择 在选择粗基准时，一般遵循下列原则：保证相互位置要求原则；保证加工表面加工余量合理分配的原则 ；便于工件装夹原则；粗基准一般不得重复使用的原则；为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。 两端面， 后端面为精 加工面，故在铣两端面时，先以后端面为粗基准，粗铣前 端面。 加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。 5.1.2 精基准的选择 在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则：基准重合原则；统一基准原则；互为基准原则；自为基准原则；便于装夹原则。 为保证定位基准和工序基准重合，加工 2-M8 螺纹孔、 5 锥孔， 18H11 槽以零件的 坐端 面和花键中心线为精基准 ，铣上顶面以花键中心线为精基准。 5.2 重 点工序的说明 CA6140 拔叉零件 的重要加工面有花键底孔、两端面，花键，槽，顶面，材料为HT200，参考机械制造工艺设计简明手册，其加工方法选择如下： 5.2.1 加工 前后 两端面 根据 GB1800-79 规定毛坯的公差等级为 IT13，表面粗糙度为 Ra12.5 m，要达到后 端面 Ra3.2 m 的技术要求，需要经过粗铣精铣。 5.2.2 加工 22 花键底孔 此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。 零件技术要求底孔的表面粗糙度达到 Ra6.3 m，毛坯为实心 ，故采用钻孔扩nts 6 孔，可以达到要 求。 5.2.3 加工 外径为 25 的花键内孔 零件要求花键底面粗糙度 Ra1.6 m，侧面 Ra3.2 m，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。 5.2.4 加工 上顶面 零件上顶面为精加工，粗糙度要求为 Ra3.2 m，与花键中心线的平行度误差0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣精铣。 5.2.5 加工 18H11 槽 零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为 Ra6.3 m，侧面粗糙度为 Ra3.2 m，而且两侧面和花键中心线的垂直度 0.08，本身有精度要求， 18H11，故以花键中心 线和左 端面为精基准，用花键心轴定位，采用 铣 磨。 顶面的钻 2-M8 通孔和 5 锥孔工序不是很重要，在此不做详细说明， 2-M8 通孔先钻孔，再攻丝， 5 锥孔采用锥刀进行加工。 5.3 制订 工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序分散来提高生产率，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。 5.3.1 工艺路线方案一 的制订 工序： 粗铣 前 端面 工序： 粗、精铣后端面 工序： 钻、扩花键 底孔 工序：粗、精铣上顶面 工序：钻 2-M8 通孔 工序：钻 5 锥孔 工序：铣削 18H11 槽 工序：磨削 18H11 槽 工序：拉花键 工序 ：挫圆角 工序：去毛刺 工序：终检 5.3.2 工艺路线方案二 的制订 nts 7 工序：粗铣前端面 工序：粗、精铣后端面 工序：钻、扩花键底孔 工序：拉花键 工序：粗、精铣上顶面 工序：钻 2-M8 通孔 工序：钻 5 锥孔 工序：铣削 18H11 槽 工序：磨削 18H11 槽 工序 ：挫圆角 工序：去毛刺 工序：终检 5.3.3 两种工艺路线的比较与分析 上述两 种方案，工艺路线一把拉花键放在磨削 18H11 槽之后，在此，工序 4、工序 5、工序 6、工序 7、工序 8 中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。工艺路线二 ，一把花键底孔钻削出来后紧接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键心轴进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。 通过以上的两种工艺路线的优、缺点的分析，最后确定工艺路线二为该零件的加工路线。工艺过程详见机械加工工序卡片。 5.4 机械加工余量的确定 确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表 面的最后工序（或工步）向前推算， 前面已经根据有关资料查出了零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。 CA6140 的拨叉材料为 HT200。毛坯重量 约 为 1.0 kg ， 生产类型为由大 批量生产，毛坯为铸件，精度为 2 级铸件，大体尺寸确定，外表面加工面少，根据以上原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下： 前后端面的加工余量 前后端面有 3 0.8mm 的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。 前端面粗铣一次即可，加工余量 3mm，工序基本尺寸为 83mm， 工序经济精度 等级为 IT11，公差值 0.22mm，表面粗糙度 Ra5 m，上下偏差按“入体原则”确定（以nts 8 后按照此原则确定）。 后端面粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量 2.8mm，工序经济精度 等级为 IT11，公差值 0.22mm，精铣加工余量 0.2mm， 工序经济精度 等级为 IT7，公差值 0.035mm，表面粗糙度 Ra3.2 m，工序基本尺寸为 80mm。 矩形花键底孔 要求以矩形花键的外径定心，故先钻中心孔，再扩，最后拉削，内孔尺寸为 22H12，见零件图，参照 金属机械加工工艺人 员手册 表 3-59确定孔加工余量的分配。 钻孔 20mm，工序经济精度 等级为 IT11，公差值 0.13mm。 扩孔 21mm，工序经济精度 等级为 IT10，公差值 0.084mm，粗糙度 Ra6.3 m。 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 2 =1mm。 顶面的加工余量 此工序分为两个工步：粗铣顶面；精铣顶面 。 粗铣加工余量为 2.8mm，工序经济精度 等级为 IT11，公差值 0.22mm。 精铣加工余量为 0.2mm， 工序经济精度 等级为 IT7，公差值 0.035mm，表面粗糙度Ra3.2 m。 18H11 槽的加工余量 铣削的加工余量：槽底面的铣削余量为 50mm，槽侧面的铣削余量为 17.9mm，工序经济精度 等级为 IT12， 公差值 0.25mm，槽底面表面粗糙度 Ra6.3 m。 磨削的加工余量：槽侧面的磨削余量为 0.5mm，工序经济精度等级为 IT9，公差值为 0.043mm，侧面粗糙度为 Ra3.2 m。 5.5 切削用量的选择和时间定额的确定 根据课程设计指导书以及老师指定，需要计算几道工序的工作时间以及此工序的切削用量的选择，现 选工序 4 拉花键 孔、工序 8 铣削 18H11 槽 这两道工序进行计算。 5.5.1 工序 4 拉花键孔切削用量和基本工时的计算 加工条件： 工件材料： HT200，铸件； 加工要求：花键底孔粗糙度 Ra6.3 m，键槽侧面粗糙度 Ra3.2 m，键槽底面粗糙度Ra1.6 m，键槽尺寸 6mm，偏差代号 H9； 刀具：高速钢 拉刀；切削液：乳化液； 、加工设备：拉床。 nts 9 、确定齿升量：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升量为0.06mm； 、切削速度：查有切削简明手册有切削速度为 0.06m/s（ 3.6m/min）； 、 切削工时 t=Zbl k/1000vfzZ 式中： Zb 单面余量 1.5mm(由 22mm拉削到 25mm)； L 拉削表面长度， 80mm； 考虑校准部分的长度系数，取 1.2； k 考虑机床返回行程系数，取 1.4 ； v 拉削速度（ m/min）； fz 拉刀单面齿升； Z 拉刀同时工作齿数， Z=l/p； P 拉刀齿距。 P=(1.25 1.9)sqrtL 所以 P=(1.25 1.9)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 因为 拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/12 7 所以 其本工时 Tm=1.5 80 1.2 1.4/1000 3.6 0.06 7=0.13(min) 5.5.2 工序 8 铣削 18H11 槽 的切削用量和基本工时的计算 加工要求：用乳化液冷却，加工工件，槽宽 18mm，公差代号 H11，长 40mm，槽的侧面与花键孔中心线的垂直度误差 0.08mm，底面粗糙度为 Ra6.3 m。 加工余量： 25mm。 由于零件此处的设计精度比较高，用铣削很难达到 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 ， 分两步 走 ， ae=25， ap=10mm。 选择刀具 铣刀参数： L=10 D=100mm d=30mm ro=15 ao=12 an=6 Z=24 选择铣削用量 由于槽的宽度为 18mm, 故二次走完， ae=25mm ap=10mm 由切削用量简明手册表 3.3 确定 f=0.5mm/r 现取 f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表 3.7,得最大磨损量为0.5 由表 3.8确定刀具寿命： T=120。 确定切削速度 Vc 和每齿进给量：决定切削速度 Vc 和每齿进给量 Vf、由切削用量简明手册的公式 )60Zaf) / ( Tdo(CVc m-1pueyzxpmqv vvvvv a nts 10 Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12, m i n/6.98)60Zaf) / ( Tdo(CVc m-1pueyzxpmqv vvvvv ma n=1000 Vc/ do=1000 98.6/3.14 100=314r/min 根据 金属机械加工工艺人员手册 X62W 型铣床说明 选 nc=300r/min 实际速度 Vc= donc/1000=94.2m/min 选 Vfc=ncf=300 0.5=150mm/min 根据 X62W型铣床说明书 选 Vf=150mm/min fzc=150/300 24=0.020mm/z 基本 工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+ ) i/Vf=(40+20) 2/150=0.8（ min） L1+ =20mm i=2(走两次 ) 6 夹具的设计 6.1 设计主要 问题的提出 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具 ， 经过与指导老师协商，决定设计第 8 道工序 铣
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