车床变速用拨叉加工工艺及关键工序设计

1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 30 页 共 30 页1 绪论1.1 毕业设计的目的车床变速用拨叉是某企业产品的主要零件之一。本课题要求根据企业生产需要和车床变速用拨叉零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。通过这样一个典型环节综合训练，达到综合训练学生运用所学知识，解决工程实际问题的能力。1.2 拨叉工艺设计的基本情况本课题要求根据企业生产需要和拨叉零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。生产纲领：5

2、0000件/年。这属于大批量生产。大批量生产中生产准备时间和终结时间较短，机动时间较长，靠提高切削速度来提高生产率效果比较明显。于是需要设计关键工序的专用夹具及加工用组合机床，而且夹具采用液压驱动，组合机床采用液压滑台。工艺设计以保证质量稳定、生产可靠为原则。对工件进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动1。为此，在进行机械加工前，首先要将工件装夹好。用夹具装夹工件有下列优点：能稳定地保证工件的加工精度；能提高劳动生产率；能扩大机床的使用范围；能降低成本。1.3 零件的作用分析拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转

3、齿轮的接合。滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间的冲击，延长零件的使用寿命1。2 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

4、精度要求很高。2.2 零件的工艺分析ca6140拔叉（型号：831003）共有3组加工表面：零件两端面，左端面加工精度高，可以先以左端面为粗基准加工右端面，再以右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的三齿方花键孔、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。2.3 零件的结构特点拔叉831003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

5、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，形状大体如图1.1： 图1.1 零件结构图2.3.1 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。2.3.2 毛坯的确定ca6140车床拔叉，零件材料ht20-40，硬度190hb210hb，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

6、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30.8，其余部分均为实心部分。故毛坯图如下： 图1.2 毛坯图3 工艺规程设计3.1 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2。3.1.1 粗基准的选择在选择粗基准时，一般遵循下列原则：(1)保证相互位置要求原则；(2)保证加工表面加工余量合理分配的原则；(3)便于工件装夹原则；(4

7、)粗基准一般不得重复使用的原则3。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。3.1.2 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：(1)准重合原则；(2)统一基准原则；(3)为基准原则；(4)自为基准原则；(5)便于装夹原则。3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

8、中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。3.2 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：3.2.1 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ra12.5m，要达到后端面ra3.2m的技术要求，需要经过粗铣精铣。3.2.2 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ra6.3m，毛坯为实心，故采用钻孔扩孔，可以达到要求。3.2.3 加工外径为25的花键内孔零件要求

9、花键底面粗糙度ra1.6m，侧面ra3.2m，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。3.2.4 加工上顶面零件上顶面为精加工，粗糙度要求为ra3.2m，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。3.2.5 加工18h11槽零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为ra6.3m，侧面粗糙度为ra3.2m，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

10、锥刀进行加工。3.3 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4，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。3.3.1 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 ：锉圆角工序：去毛刺工序：终检3.3.2 工艺路线方案二的制订工序：粗铣前端面工序：粗、精铣后端面工序：钻、扩花键底孔工序：拉花键工序：粗、精

11、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 ：锉圆角工序：去毛刺工序：终检3.3.3 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。3.4

12、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5。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： 3.4.1 前后端面的加工余量前后端面有30.8mm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83

13、mm，工序经济精度等级为it11，公差值0.22mm，表面粗糙度ra5m，上下偏差按“入体原则”确定（以后按照此原则确定）6。 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ra3.2m，工序基本尺寸为80mm。3.4.2 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

14、经济精度等级为it10，公差值0.084mm，粗糙度ra6.3m。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 2z=1mm。3.4.3 顶面的加工余量此工序分为两个工步：(1)粗铣顶面；(2)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ra3.2m。3.4.4 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ra6.3m。磨削的加工余量

15、：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ra3.2m。3.5 切削用量的选择和时间定额的确定3.5.1 铣左端面切削用量和基本工时的计算工步1：粗铣背吃刀量为mm。进给量的确定：机床的功率5kw10kw,工件夹具系统的刚度为中等条件，按切削手册中表3.3选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。铣削速度：选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式： (3.1)可以得到：r/min。由于手册中的x51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：m/min。基本时间t：根据面

16、铣刀平面（对称铣削、主偏角=90）的基本时间计算公式： (3.2)其中，=75mm，=1mm3mm，取=2mm，=40mm。则有： mm (3.3)=0.210160=320mm/min (3.4)t=()/=(75+7.36+2)/320=0.264min15.82s。工步2：精铣背吃刀量的确定：=1mm。进给量的确定：由切削手册中表3.3，按表面粗糙度为=3.2m的条件选取，该工序的每转进给量f=0.8mm/r。铣削速度的计算：根据其他有关资料确定，按镶齿铣刀，d/z=80/10，=0.08mm/z的条件选取，铣削速度v为： v=57.6mm/min。由公式：可以求得铣刀转速n=229.3

17、r/min 。参照机械制造技术基础课程设计指导教程中4-15的x51型立式铣床的主轴转速，选取转速为n=210r/min。再将此转速代入上面公式，可以求得：=52.78mm/min (3.5)基本时间的确定：根据机械制造技术基础课程设计指导教程中表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角=90）的基本时间公式t=()/，可以求得该工序的基本时间，其中=75mm，=1mm3mm，取=2mm，=40mm，=7.36mm， =n=0.8mm/r210r/min=168mm/mint=()/=(75+2+7.36)/168=0.502min30.13s。3.5.1 拉花键孔切削用量和基本工时的计算加工

18、条件：（1）工件材料：ht200，铸件；（2）加工要求：花键底孔粗糙度ra6.3m，键槽侧面粗糙度ra3.2m，键槽底面粗糙度ra1.6m，键槽尺寸6mm，偏差代号h9；（3）刀具：高速钢拉刀；（4）切削液：乳化液；（5）加工设备：拉床；（6）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；（7）切削速度：查有切削简明手册有切削速度为0.06m/s（3.6m/min）；（8）切削工时 (3.6)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

19、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。 所以mm因为拉刀同时工作齿数 (3.7)所以其本工时。3.5.2 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ra6.3m。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，mmmm。（1）选择刀具铣刀参数：mm,mm,。（2）选择铣削用量由于槽的宽度为18mm,故二次走完，mm,mm。由

20、切削用量简明手册表3.3确定mm/r,现取mm/r, mm/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3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：t=120min。（4）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 (3.8)m/minr/min。根据金属机械加工工艺人员手册选r/min，实际速度m/min，选mm/min,根据x62w型铣床说明书选mm/min,mm/z。（5）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5 (3.9) mm, i=2(走两次) 。4 夹具设计机床夹具是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工

21、艺装备，是机械加工工艺系统的一个重要组成部分7。4.1 夹具的概述4.1.1机床夹具的基本组成部分(1)定位元件及定位装置 它与工件的定位基准相接处，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动之间的相对正确位置。(2)对刀及引导元件 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置，用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件。用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件，称为引导元件。(3)夹紧装置 用于加紧工作，在切削时使使工件在夹具中保持既定位置。(4)联接元件 用以确定夹具在机床上的位置并于机床相连接。(5)夹具体 用以联接夹具各元件或装置，使之成为一个整体

22、，并通过它将夹具安装在机床上。(6)其他联接或装置 除上述元件或装置以外的元件或装置。如某些夹具上的分度装置、防错装置、安全保护装置、为便于拆下工件而设置的顶出器等7。4.1.2 机床夹具的作用（1）保障加工质量使用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面互相之间的位置精度。使用机床夹具后，这种精度主要是靠夹具和机床来保证，不再依赖于工人的技术水平。（2）提高生产效率，降低生产成本使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，而且易实现多件、多工位加工。现代机床夹具中广泛采用气动、液压等机动夹紧装置，可使辅助时间进一步减少。（3）扩大机床工艺范围在机床上

23、使用可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。例如，在车床或钻床上使用镗膜，可以代替镗床镗孔。又如，使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。（4）减轻工人劳动强度，保证安全生产84.1.3 机床夹具的分类按机床夹具的使用范围，可划分为5种类型：（1）通用夹具：如车床上常用的三爪自定心卡盘、顶尖，铣床上常用的平口钳、分度头、回转工作台等均属此类夹具。该类夹具由于具有较大的通用性，故得其名。通用夹具一般以标准化，并有专门的专业工厂生产，常作为机床的标准附件提供给用户。专用夹具：这类夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计的，因其用途专一而得名。专用夹具广泛用于批量生产中。（2）可调整夹具和成组夹

24、具：这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同的零件的加工。用于相似零件成组加工的夹具，通常称为成组夹具。与成组夹具相比，可调整夹具的加工对象不很明显，适用范围更广一些。（3）组合夹具：这类家具有一套标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成，不同元件的不同组合和联接可构成不同结构和用途的夹具。夹具用完以后，元件可以拆卸重复使用。这类夹具特别适合于新产品试制和小批生产。（4）随行夹具：这是一种在自动线或柔线制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还装载着工件随输送装置送往各机床，并在机床上被定位夹紧8。为提高生产效率，保证加工质量，降低劳

25、动强度，需要设计专用的夹具。根据我们所需加工的零件，由于其结构较为特殊，一般机床的通用夹具较难以定位及夹紧，因此每道工序都运用专用夹具来加工，加工本零件所需的专用夹具为四个。4.1.4 夹具设计的基本要求一台优良的机床必须满足下列基本要求：（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确的选定定位基准，定位方法和定位元件，必要时还需要进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。（2）提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相对应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。（3）工艺性能好 专用

26、夹具的结构应力求简单、合理，便于操作、装配、调整、检验、维修等。（4）使用性能好 专用夹具的操作应简便，省力，安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹具装置，以减轻操作者的劳动强度9。4.1.5 夹具设计规范化的意义研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：（1）保证设计质量，提高生产效率，夹具设计质量主要表现在：（a）设计方案与生产纲领的适应性；（b）高位设计与定位副设置的相容性；（c）夹具设计技术经济指标的先进性；（d）精度控制项目的完备性以及各种控制项目公差数值规定的合理性；（e）夹具结构设计的工艺性；（f）家具制造成本低经济型10。有了规范的设计程序，

27、可以指导设计人员有步骤、有计划、有条理的进行工作，提高设计效率，缩短设计周期。（2）有利于计算机辅助设计，有了规范化的设计程序，就可以利用计算机进行辅助设计，实现优化设计，减轻设计人员的负担。有利于计算机进行辅助设计，除了进行精度设计之外，还可以寻找最佳夹紧状态，利用有限对零件的强度、刚度进行设计计算，实现包括绘图在内的设计过程的全部计算机控制。（3）有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法。近年来，关于夹具设计的理论、研究和实践经验总结已日渐完备，在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序，使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平。4.2 零件工艺性分析本夹具主要用来加工零件底面的18h

28、11槽，加工此槽时表面粗糙度和尺寸都有要求，还有一个重要的要求就是于花键孔轴线的垂直度有较高的要求，因此在夹具设计过程中要考虑到这些问题，既要保证精度又要考虑到生产效率。4.3 定位基准的选择由零件及加工工序可知，在本道工序前，75x40表面已经加工好了，花键孔也已经加工好了，考虑到与花键轴线的垂直度要求，因此以花键孔为定位基准，75x40左端面辅助定位。4.4 定位元件的选择在设计夹具的过程中要考虑到工件是否正确定位，保证加工精度，缩短安装时间，提高劳动生产率，扩大机床工艺范围，实现一机多能，操作方便，可降低对工人的技术要求，还可减轻工人的劳动强度11。夹具包括定位元件装置，夹紧装置，对刀导

29、向元件，连接元件以及其他夹紧装置和夹具体。常见的定位元件有支撑钉、支撑板、定位销、锥面定位销、v形块、定位套、锥度心轴等等。4.5 夹紧元件的选择工件在夹具中定位后一般应夹紧，使工件在加工过程中保持以获得的定位不被破坏。由于工件在加工过程中受切削力，惯性力、夹紧力等的作用，会形成变形或位移，从而影响工件的加工质量。所以工件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要的问题。为了获得良好的加工效果，一定要把工件在加工过程中的位移、变形等控制在加工精度所允许的范围之内12。夹紧时间的处理有时会比定位的设计更为困难，从设计难度上讲，夹紧机构往往花费设计人员较多的心血。夹紧机构设计时一般应满足以下主要原则：（

30、1）夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置。（2）夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或不产生不允许的振动。（3）使工件不产生过大的变形表面损伤。（4）夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的刚度和强度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧机构应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。（5）夹紧机构必须安全、省力、方便、符合工人操作习惯。（6）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。13夹紧元件是用以夹紧工件的，用于固定工件以获得的正确的元件，本设计所选用的主要定位元件是心轴、对刀块，它的优点是：（a）在夹紧过程中能保持拨叉安装定位时获得正确位置。（b）操作方便、省力

31、、安全。（c）结构简单，是标准化元件14。切削力及夹紧力的计算：本道工序主要的切削力是铣削过程中带来的横向的进给力刀具：高速钢直齿三面刃铣刀铣刀参数： (4.1)mmmm/smm 解得n。在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数。 (4.2)查资料，有： k1为基本安全系数1.5 k2为加工性质系数1.1 k3为刀具钝化系数1.1 k4为断续切削系数1.1切削力为n。 (4.3)实际夹紧力为n，其中u1和u2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数， =0.5。螺母选用m16x1.5细牙三角螺纹，由机械设计螺纹联接的预紧力公式，产生的加紧力为： (4.4)其中： =19000 n.m =14.8mm

32、 =2029=1.5(f为摩擦系数，无润滑时f0.10.2)解得f0=10405n此时螺母的夹紧力f0已大于所需的800(n)的加紧力，故本夹具可安全工作。4.6 夹具设计及操作简要说明如前所述,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块,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。为了保证零件加工精度，我们采用可换定位销来进行定心加紧。夹具体底面上的一对定位键与铣床工作台的t型槽相连接，保证夹具与铣床纵向进给方向相平行的位置，使夹具在机床工作台上占有一正确加工位置。此外，为了把夹具紧固在

33、铣床工作台上，夹具体两端设置供t型螺栓穿过夹具用的两个u型耳座。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，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。5 组合机床设计组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。组合机床可分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类15。5.1 组合机床总体设计-“三图一卡”绘制组合机床“三

34、图一卡”，就是针对具体，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等。5.1.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制订的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研究合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件工序图基础上，突出本机床或自动线的加工内

35、容，并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括：（1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。本工序加工部位用粗实线表示,其余部位用细实线表示。当需要设置中间导向时，则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 （2）本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支撑、定位、夹紧和导向等机构设计。 （3）本工序所选用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。本工序加工部位的位置尺寸应与定位基地直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须

36、对加工部位的位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算为对称公差。对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。当本工序有特殊要求时必须注明。 （4）注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量16。5.1.2 加工示意图（1）加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图；是设计刀具，辅具，夹具，多轴箱和液压、电气系统以及选择动力件，绘制机床总联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有：机床的加工方法，切削用量，工作循环和工

37、作行程，工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸，主轴结构类型、尺寸及外伸长度。（2）绘制加工示意图的注意事项加工示意图应绘制成展开图，按比例用细实线画出工件外形、加工部位，加工表面画粗实线，必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计，同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴(即指加工表面，所用刀具及导向，主轴及接杆等规格尺寸，精度完全相同时，只画一根，但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号)。一般主轴的布置不受真实距离的限制，当主细彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时，必须以实际中心距严格按比例画，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向装置等是否相互干涉。（3）选择刀具、导向装

38、置及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸的计算。(a)刀具的选择选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具17。本工序是粗铣加精铣，选用硬质合金铣刀配合通用铣刀杆。刀具尺寸应满足加工要求。(b)导向结构的选择导向装置的作用：保证刀具相对工作的正确位置，保证刀具间正确的位置，提高刀具系统的支撑刚性。本工序的切削速度最大不过v =50m/min。(c)确定切削转矩、轴向力和切削功率确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了分别确定主轴及其他传动件尺寸、选择滑台、主电动机提供依据。铣削转矩、轴向力和切削功率根据机械加工工艺手册第二版第1卷p1-

39、61 表1.6-10可得：粗铣周向力为3883.1n 功率为1.476kw,铣削转矩为310nmm。(d)确定主轴类型及相关尺寸主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给力和主轴、刀具系统结构。主轴轴颈尺寸规格应根据切削转矩t来确定。强度条件下45钢质主轴的直径为：=13mm (5.1)刚度条件计算时：=9mm (5.2)因此粗铣时主轴直径至少为13mm。查组合机床设计简明手册表5-16可确定使用的铣削头为1tx25型顶置式齿轮传动铣削头。该铣削头纵向总尺寸为750mm。(e)铣刀刀杆尺寸的确定铣刀刀杆直径至少为65mm，但不能过大，否则强度不够。

40、铣刀刀杆伸出长度至少为53mm，但也不能过长否则影响加工精度。这里铣刀刀杆直径取70mm，铣刀刀杆伸出长度取163mm。(f)确定联系尺寸其中最重要的联系尺寸是工件端面到轴箱端面之间的距离，它等于刀具悬伸长度、主轴外伸长度之和，再减去加工孔深（加工通孔时还包含刀具切出值）。为了使机床结构紧凑，应尽量使工件端面至轴箱距离最小。因此首先从所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时轴箱前端面到工件端面之间所需的最小距离，并据此确定全部刀具、接杆(或卡头)、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径和孔径(dd)、外伸长度l；刀具结构尺寸须标注直径和长度；导向结构尺寸应

41、标注直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸须标注工件离导套端面的距离；还须标注托架与夹具之间的尺寸。本设计中工件端面到镗削头端面之间的距离定为125mm。(g)标注切削用量各主轴的切削用量应标注在相应主轴的后端。其内容包括：主轴转速n、相应刀具的切削速度、每转进给量或每分钟进给量。第一次进刀 n=200 r/min =50m/min =0.5mm/r第二次进刀 n=200 r/min =50m/min =0.5mm/r(h)动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置，又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。有时

42、还有中间停止，多次往复进绐，跳跃进给，挡铁停留等特殊要求18。工作进给长度的确定组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用于钻、扩、铰和镗孔等工序；后者常用于钻或扩孔之后需要倒大角等工序。工作进给长度，应等于加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和。即mm快速进给长度的确定：快速进给市指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。工件离镗削头端面最大距离为：125mm，快速进给长度定为100mm。快速退回长度的确定：快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。快退长度l=153mm。动力部件总行程确定：动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具磨损

43、或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离(即前备量)和刀具装卸以及刀杆同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需后退的距离(刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度，即后备量)。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。前备量取20mm；后备量取110mm；总行程为183mm。5.1.3 机床联系尺寸总图(1)机床联系尺寸总图的作用与内容(a)机床联系尺寸总图的作用机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的，是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关

44、系和操作方位的总体布局图，用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供主要依据；它可以看成是机床总体外观简图，由其轮廓尺寸，占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境19。(b)机床联系尺寸总图的内容：表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图(般至少两个视图，主视图应选择机床实际加工状态)，用同一比例画出各主要部件的外廓形状和相对位置。表明机床基本型式(卧式、立式或复合式、单面或多面加上、单工位或多工位)及操作者位置等。完整齐全地反各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台

45、工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。(2)绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容(a)选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱（或各种工艺切削头）和动力滑台。下图中是根据已定的工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式单面单工位液压传动组和机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔主轴。动力滑台的选择镗削大头孔工序，考虑到加工通孔，又为立式加工，因此选用1hy25m型液压滑台，以及相配套的1cl25m型立柱，1cd2

46、51m型立座侧底座。动力箱的选择在不需要精确计算主轴箱功率可按下列简化公式进行估算： (5.3)式中，消耗于主轴的切削功率的总和，单位为kw 主轴箱的传动效率，加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.70.8粗铣沟槽 切削功率： =0.85kw 总功率： p=0.85/0.8=1.07kw因此1ta20型镗削头满足要求。(b)确定机床装料高度h装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时,首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。考虑刚度、结构功能和使

47、用要求等因素，装料高度为1000mm。(c)确定夹具轮廓尺寸 本工序夹具尺寸已知长688mm，宽160mm，高108mm 。(d)确定工作台依据工序内容，及相应的1cl25m型立柱，1cd251m型立座侧底座的尺寸选择1ayu63型多工位移动工作台。5.1.4 机床机床生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。通过其可以分析所拟定的方案是否满足要求。(1)理想生产率 =50000/2300= 21（件/h） (5.4)式中a为年生产纲领取50000件单班制取2300h(2)实际生产率min (5.5)件/h实际生产率大于理想生产率。

48、因此本设计满足要求。(3)机床负荷率 (5.6)机床负荷率不大于0.860.90。结束语由本文的论述，我们了解到，通过ca6140拨叉的加工设备及工艺的研究与应用，在机床、夹具、刀具、工艺流程等方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类多孔同时加工问题举了一件实例。本成果设计制造的机床为卧式组合机床。我们将主轴设为机械传动，而进给系统为液压控制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用国产通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。本机床所用夹具的通用性强，工件采用定位夹紧，快速方便。定位采用一面一销一心轴的定位方式，夹紧采用液压加紧，采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便，制造成本低，通用性好。在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用三面刃铣刀。当加工工件时，切削力