数控车床拨叉机构设计与实践教程

1.零件的工艺性分析

1.1拨叉的用途

题R所给的零件是CA6140车

床的拨叉。它位于车床变速机构

中，重要起换档，使主轴回转运

动按照工作者的规定工作，获得

所需的速度和扭矩的作用。宽度

为30mm的面寸精度规定很高，因

为在拨又拔动使滑移齿轮时假如槽

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。

因此，宽度为301nm的面的槽和滑移

齿轮的配合精度规定很高。

1.2拨叉的技术规定

表面粗糙度Ra

尺寸及偏差公差及精度等形位公差

加工表面

mm级4nlmm

拨叉左端面803.2

拨义上表面303.2〃0.10A

花键小径4)22*o0021IT7

花键大径*25+o0021IT71.6

通槽上底面356.3

通槽内侧面187113.210.08|A

通槽卜底面35

2XM8通孔68

“5锥孔配件65

L3审查拨叉的工艺性

分析零件图可知，该拨叉形状、构造比较简朴，通过铸造毛坯可

以得到基本形状，减少了加工工序，又节省了材料。除了拨叉上表面

外，其他表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铳削、钻

床等车床的粗加工就可以到达加工规定；而重要工作表面——拨叉上

表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的

措施保质保量的加工出来。由此可以见，该零件的工艺性很好。

1.糕”仙F

?."：nw

2.确定毛坯、绘制毛坯简图

2.1选择毛坯

零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简朴，铸造性能优良，考虑

到零件需加工表面少，精度规定不高，有强肋，且工作条件不差，既

无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表

面的粗糙度规定及生产规定。

零件形状简朴，因此毛形状需要与零件的形状尽量靠近，又因内花

键较小，因此不可宜接铸出。

2.2确定毛坯尺寸公差和机械加工余量

2.1.1公差等级

由拨叉的功用和技术规定，确定该零件的公差等级为IT10。

2.2.2铸件重量

已知机械加工后波插件的重量为0.84kg,由此可初步估计机械加工前

铸件毛坯的重量为ikgo

2.2.3零件表面粗糙度

由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均不小于等于1.6.6/m

2.2.4机械加工余量

由铸件铸造类型为金属型铸造，因此加工余量等级选为F。

项目机械加工余量mm尺寸公差mm公差等级

长度8033.2IT10

通槽深3532.6IT10

通槽宽1832IT10

2.3绘制铸件毛坯简图

3.3工序集中与分散

选用工序集中原则安排拔叉的加工工序。该拔叉的生产类型为中

批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；并

且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不仅可以缩短辅助时间，

并且由于与一次装夹中加工了许多表面，有助于保证多种加工表面之

间的相对位置精度规定。

3.4工序次序的安排

1）遵照“先基准后其他”原则，首先加工基准一一拨叉左端面

2）遵照“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。

3）遵照“先主后次”原则，先加工重要表面一一拔叉头左端面内

花键孔，后加工次要表面一一拨叉上端面和通槽底面及内侧面。

4）遵照“先面后孔”原则，先加工拨叉左端面，再加工内花键孔；

先拨义上端面，再钻M8孔

3.5确定工艺路线

在综合考虑上述工序次序安排原则的基础上，表列出了拨叉的工

艺路线，如下：

工序名称设备工艺装备

粗铳左端面立式铳床X51端面铳刀、游标卡尺

钻孔620mm、扩孔至622'o"°"mn]Rn=3.2//m立式钻床Z535麻花钻、扩孔钻、较刀、卡尺、塞规

拉花键卧式拉床L6110A拉刀、卡规

精铳左端面至80mmR（=3.2//m立式铳床X51端面铳刀、游标卡尺

+

粗铳沟槽、精铳沟槽18O°"X35

立式铳床X51三面刃铳刀、卡规、深度游标卡尺

槽底Ra=6.3〃m槽内侧Ra=3.2//m

立式铳床X51端面铳刀、游标卡尺

粗铳上平面、精铳上平面Rrt=3.2//m

钻孔2X67立式钻床Z525麻花钻、内径千分尺

攻螺纹2XM8mm立式钻床Z525丝锥

钻、较65锥销孔立式钻床Z525麻花钻、锥度较刀、塞规、卡尺

去毛刺钳工台平锌

清洗清洗机清洗机

终检塞规、百分表、卡尺等

4.切削用量、时间定额的计算

4.1切削用量的计算

工序6-----钻孔2X67

钻床：选用Z525立式钻床。

钻头：选用直柄麻花钻，钻头直d=7.Omm,/=74mm,I=34mm,

4214.3mm

1)背吃刀量确实定查《机械制造技术基础课程设计指南》

由表5-52取螺距为1.0mm的一般细牙螺纹，攻螺纹前钻孔用

麻花钻直径为7.0mm因此背吃刀量取。p=7.0mm

2)进给量确实定查《机械制造技术基础课程设计指南》由表

5-133,选用该工步的每转进给量/二0.16mm/r

3)切削速度的计算查《机械制造技术基础课程设计指南》

由表5-133,按工件材料为铸铁的条件选用，切削速度可取

20m/min。由公式〃=1000”源可求的该工序的钻头转速为

«=909.9r/min,参照《机械制造技术基础课程设计指南》由表

5-65所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速〃=960r/min。

再将此转速带入公式n=]000v/7rd,可求出该工序的实际钻削速

度v=1000=960r/minXTCX7mm=21.Im/min

工序7——攻螺纹2XM8mm

1)背吃刀量确实定查《机械制造技术基础课程设计指南》由表

5-52取螺距为1.0mm的一般细牙螺纹，攻螺纹前钻孔用麻

花钻直径为7.0mm,因此攻螺纹的背吃刀量。p=8mm-7mm=1mm

2)进给量确实定由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此

jf=lmm/r

3)切削速度的选择查《机械制造技术基础课程设计指南》由

表5-141差的攻螺纹的切削速度n=5~10m/min,因此暂取

v=5m/mino由公式求得该工序的主轴转速〃=1000u/;rd=1000X

5m/min/<7rX8mm^199.Or/min,参照《机械制造技术基础课程

设计指南》由表5-65所列Z525型立式钻床的主轴转速，取

转速〃=272r/min。再将此转速带入公式〃=10001，/热，可求

出该工序的实际钻削速度v=n7rd/\000=272r/minX〃x

8mm/1000=6.83m/min

4.2时间定额确实定

4.2.1基本时间的计算

1)钻孔工步根据《机械制造技术基础课程设计指南》由表2-26,钻孔的

基本时间可由公式7,4+4求得。式中/=9.5mm,/2=i-4,MZ/2=2mm,

4=——cot/+(1〜2)=-^^cot54"+1〃2〃2%5.20；n=960r/min；于=0.16mm/r。将

I、上1、出“3、八UTL9.5〃〃〃+5.2〃"〃+2〃"〃c.,,

上述成果带入公式，则该工序的基本时间T.=—=-------------------^0.11min=6.6s

fn0.16/wn/rx960r/min

2)攻螺纹工步根据《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-97,选用

细柄机用丝锥，螺纹加工机动时间的计算由公式7；=(源也+"尹)

求得。式中/=9.5mm,/,=(I-3)P,/.)=(2~3)P,P=lmm»因此取/[=2mm,/>=2mm,

I/IL

y*=lmm/r；/z=272r/min；i为丝锥数量1；/?0=272r/min,将上述成果带入

9.5mm+1mm+2mm9.5mm+2mm+2mm、，

公式,求得？)=(•----------------------------)xl心5.96s=6.Os

b?wz/rx272r/minl/wn/rx272r/min

4.2.2辅助时间确实定

辅助时间0与基本时间Zj之间的关系为(0.15-0.2)取0=0.2。，则各工序的辅助

时间分别为：钻孔工步的辅助时间々=0.2X6.6s=1.3s

攻螺纹工步的辅助时间％=0.2X6.0=1.2s

5.夹具的设计

夹具是一种可以使工件按一定的技术规定精确定位和牢固夹紧的

工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。

在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，减少制

导致本，一直都是生产厂家所追求的目的。对的地设计并合理的使用

夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而减少生产成本的重要技术

环节之一。同步也扩大多种机床使用范围必不可少重要手段。

一

5.1夹具的选择

为了提高劳动生产率，保证加工质量，减少劳动强度，需要设计专

用夹具。设计工序为钻67nun孔、攻螺纹M8nlm的专用机床夹具。此类

夹具定位精确、装卸工件迅速，但设计与制造的周期较长、费用较高。

因此，重要合用于产品相对稳定而产量较大的成批或大量生产。

5.2定位方案的设计

5.2.1夹具的设计思想

设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作以便，夹紧可靠，使用安全,

有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合规定。

本夹具重要用来对2XM8mm的通孔进行加工，这个螺纹孔尺寸精度规定一

般，需要先钻出小7mm孔，之后用丝锥攻螺纹M8mmo因此设计时要在满足

精度的前提下提高劳动生产效率，减少劳动强度。

5.2.2工件在夹具中的定位与夹紧

定位：一种带键的长心轴限制4个自由度，在工件左端面用两个

支承包限制一种自由度，在工件右端面用夹紧件限制一种自由度。这

样就限制了工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据了惟一

确定的位置。

夹紧：在工件两端用垫片和螺母实现螺旋夹紧。

5.3夹详细的设计

5.3.1定位基准的选择

在加工中用作确定工件在夹具中占有对的位置的基准，称为定位基

准。据《夹具手册》知定位基准应尽量与二序基准重叠，在同一工件

的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。因此加工2XM8mm

的通孔时，选用工件左端面和花键心轴的中心线为主定位基准。

5.3.2定位误差的分析

夹具的重要定位元件为一种面与两个孔的定位，由于该定位元件的

定位基准和工序基准均为内花键的轴线，只需保证夹具的花键心轴的

制造精度和安装精度，因此不存在不重叠误差和基准位移误差，基准

重叠△!)=(),△j=0o

5.4导向元件的设计

加工2XM8mm的通孔选用立式钻床，钻床夹具的刀具导向元件为钻

套。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对

钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。由于加工

工序为先钻小7nlm孔，之后用丝锥攻螺纹因此选用快换钻套和

钻套用衬套。有关计算如下：

1)钻套高度H

钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料•、孔加工深度、刀具刚

度、工件表面形状等原因有关。钻套高度H越大，刀具的导向性越好，

但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(l-2.5)d,因此H=1.5X

8nlm二12mm。

2)排屑间隙h

钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。h值太小，切屑难以自

由排出，使加工表面损坏；h值太大时，会减少钻套对钻头的导向作

用。加工铸铁时，h=(0.3〜0.7)d,因此h=0.5X8mm=4mm。

5.5夹紧元件的设计

在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，

为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的对的位置,

而不致发生位移或产生振动，一般在夹具构造中都必须设置一定的夹

紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。

该工件选用螺旋夹紧机构，查机械加二工艺手册，夹紧力计算如

p卜：F厂=-------2-F-L------

,.、2,0—3

4--螺纹升角

9一.螺纹摩擦角

螺母端面与工件之间摩擦系数

4-一螺杆中径

则所需夹紧力F=298N

5.6夹具操作的简要阐明

本次设计的夹具夹紧原理为：通过花键孔轴线和拨叉左端面为定

位基准，以钻模板上的快换钻套和钻套衬套引导刀具进行加工。夹紧

时采用手动螺旋夹紧机构作为夹紧工件。同步为了保证定位基准的精

度，采用十字垫圈。如前所述，在设计夹具时，应当考虑提高劳动生

产率。为此，设计采用了快换装置。攻螺纹时，取出快换钻套和钻套

衬套，即可替代钻套，进行攻螺纹加工。在设计夹具时，应当注意提

高劳动生产率防止干涉。应使夹具构造简朴，便于操作，减少成本。

提高夹具性价比。本夹具操作简朴，省时省力。

6,设计的感想与体会

为期三周的夹具课程设计己经靠近尾声，回忆整个过程，通过老

师和同学的协助，尚有自己不懈的努力，终于定期定量的完毕了这次

课程设计。课程设计作为《机械制造技术基础》课程的重要环节，使

理论与实践愈加靠近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的

感性认识。

本次课程设计重要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规

程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段运用了基准选择、切削

用量选择计算、机庆选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的

阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件构造设计等方面的知识。

通过本次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文献

的编制、专用夹具设计的措施和环节等。学会了查有关手册、选择使

用工艺装备等等。本设计还存在诸多局限性之处。一是由于本人对

CAXA画图软件的掌握还不够纯熟，在画图碰到复杂图和难的地方时显

得力不从心，使图不能到达预期设计出来的水平。二是本人对换档叉

构造和工作原理掌握的不够纯熟，在设计过程中不能全面地考虑问题，

导致走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要深入研究和深入实践来

处理。

总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及对的处理

实际问题等方面得到了一次很好的训练。提高了我们的思索、处理问

题创新设计的能力，为后来的设计工作打下了很好的基础。本设计还

存在诸多局限性之处。一是由于本人对CAXA画图软件的掌握还不够纯

熟，在画图碰到复杂图和难的地方时显得力不从心，使图不能到达预期

设计出来的水平。二是本人对拨叉构造和工作原理掌握的不够纯熟，

在设计过程中不能全面地考虑问题，导致走许多弯路，设计速度缓慢，

这些都需要深入研究和深入实践来处理。

由于能力所限，设计中尚有许多局限性之处，恳请各位老师、同

学们批评指正！

7.参照文献

1、黄健求主编《机械制造技术基础》机械工业出版社.11

2、崇凯主编《机械制造技术基础课程设计指南》化学工业出版社.2

3、肖继德、陈宁平主编《机床夹具设计(第二版)》机械工业出版社.5

4、秦国华、张卫红主编《机床夹具的现代设计措施》航空工业出版社.11

5、秦宝荣主编《机床夹具设计》中国建材工业出版社1998.2

6、陈国香主编《机械制造与模具制造工艺学》清华大学出版社.5

7、李彩霞主编《机械精度设计与检测技术》上海交通大学出版社.1

8、方子良主编《机械制造技术基础》上海交通大学出版社.1

9、孙志礼、冷兴聚、魏延刚、曾海泉主编《机械设计》东北大学出版社.9

1()、孙丽媛主编《机械制造工艺及专用夹具设计指导》冶金工业出版社.12

11、邹青主编《机械制造技术基础课程设计指导教程》机械工业出版社.8

机械制造工艺学

课程设计阐明书

题目:设计“拨叉(831003)”零件的机械加工工艺规程及工艺装备

(中批量生产)

内容：1零件图1张

2毛坏图1张

3机械加工工艺过程综合卡片1张

4构造设计装配图1张

5构造设计零件图1张

6课程设计阐明书1张

序言

机械制造工艺学课程设计是我们学完大学的所有基础课寸支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课程的一次深入的综合性的总复习，也是

一次理论联络实际的训练，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，我但愿能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性

训练，从中锻炼自己分析问题，处理问题的能力，为此后参与祖国的“四化”建设打下一种

良好的基础。

由于能力有限，设计上有许多局限性之处，恳请老师给于指教。

一、零件的分析

（-）零件的作用

题目给定的零件是C6140拨叉，它位于车床变速机构中，重要其换挡作用。

通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不一样的齿轮啮合从而到达规定的主轴传速。

宽度为30mm的面的尺寸精度规定很高，在拨叉工作工程中，和假如拨叉和槽的

配合尺寸精度不高或者它们之间的空隙很大时。滑移齿轮就达不到很高的定位精

度，这样滑移齿轮就不能很好的与其他齿轮进行对的有效的啮合。从而影响整个

传动系统的工作。因此拨又宽度为30mm的面和槽之间要到达很高的配合精度。

（二）零件的工艺分析

CA6140拨叉共有两组加工表面：

1、这一组加工表面包括：A端面和轴线与A端面相垂直的花键底孔

2、这一组加工表面包括：六个方齿花键孔，①25mm花键底孔两端的2X75°

倒角。

对于两组加工表面可先加工一组表面，再用专用夹具加工另一组表面。

二、工艺规程设计

（-）确定毛坯的制造形式

本次所设计的拨义材料为HT200,根据材料成型工艺可知用金属型铸造。该

零件可以承受较大载荷和冲击载荷，可以满足使用规定。由于生产大纲为中批量

生产。由于零件形状简朴故毛坯形状需与零件的形状尽量靠近，可选为铸出

（二）基准面的选择

I、粗基准的选择：由于要保证花键的中心线垂直于拨动滑移齿轮的右端面。

因此以640的外圆表面为粗基准。

2、精基准的选择：为了保证定位基准和加工工艺基准重叠，因此选择零件

的左端面为精基准。

（三）制定工艺路线

工艺路线方案：

工序一：铸造毛坯

工序二：粗铳左端面至尺寸81

工序三：以外圆为基准钻中20

工序四：以花键中心孔和左端面为基准粗铳底槽18H11

T序五：以花健中心孔为基准粗铳上顶而

工序六：精铳铳右端面至尺寸80

工序七：以外圆为基准扩孔中22Hl2

工序八:车倒角1.5X1.5

工序九：以花键孔中心线为基准粗铳上顶面

工序十：以花健孔中心线和左端为基准精铳底槽18Hli

工序d■•一：1钻螺纹通孔2X08

2钻中5圆锥孔

3攻丝

工序十二：拉花键

工序十三：终检，入库

CA6产品共1

产品型号831003

140型号页

机械加工工艺过程卡片

零件第1

产品名称机床拨又

名称页

每

毛

台

材料牌备

铸毛坯铸坏毛坯

注

号4)801件1

铁种类件件数

尺数

HT200

寸

工工工时

设

序序车

工单

工序内容备工艺装备

号准

名间段件

称终

铳

床

铳专用夹具、高速钢镶

铳60

车

12床嵌式端面铳刀，

削.粗铳左端面

1间S

游标卡尺

2.精铳左端面

钻

钻

床

钻

孔专用夹具、直柄麻花10

床

2车2

扩1.钻孔620钻，卡尺，塞规0s

间

孔2.扩孔至622

车

床

车

倒

车

31床一股车刀，游标卡尺

角

间

1.倒角15°

拉

拉

床

拉

花

床

4车1专用夹具、拉刀

键

间

1.拉花键

铳

床

铳专用夹具、盘铳刀深

铳20

车

52床度，

削1.粗铳沟槽

间0s

游标卡尺

2.粗铳上平面

铳

床

铳专用夹具、高速钢镶

铳

车

62床嵌式端面铳刀，

削1.精铳沟槽

间游标卡尺

2.精铳上平面

钻

床

钻钻专用夹具、麻花钻，

7车1

孔床内径千分尺

间

1.钻孔2X08

钳

攻

工锥

8螺1锥丝

车丝

纹

1.攻螺纹2XM8间

检

检

查

9查塞规，卡尺等。

车

间

审核（日期）会签

设计（日期）（日

-12-17期）

更

改

标

标更改

处签日处

识

识

文文献签字日期

数字期数

献号

湖南工学院

生产类工序

机械设计制造极其自机械加工工序卡片中批生产I

型号

动化专业

r零件名拨叉零件

称号

零件重同步加工零1

量件数

材料毛坯

牌硬度型式重量

号

HB170〜

HT200铸件

241

设备夹具和辅助工具

名

型号

称

走

走

切

主

工工刀量切进给基本

刀

削

刀

轴

削量工时

次

速

长

转

序步具具深(mm/

数

度

度

速

工步阐明度n)

(m(mm(r(mm

m))/mi/mi

n)n)

1铸造毛坯游标

卡尺

I

湖南工学院

机械加工工序卡生产工I

机械设计制造极其中批生产

片类型序号I

自动化专业

零件零件

拨叉

名称号

零件同步加工1

重量零件数

—*4-材料毛坯

牌

型

硬重

式

号

度

■―量

I1B170铸

HT200

〜241件

设备夹具辅助工具

型

名专用

号

祢夹具

立式

X5I

铁床

走

切

进

工工刀量走切基

U给削本

序步具具长次深量速工

工步阐明数度(mm度时

(m(m/r)(mmi

m)m/n

n)s)

1粗铳表面75X40Y游标87110.2300.1

2精铳表面75X40G6卡尺87130.508

IlY游标1300.6

G6卡尺001

机械加工工序卡

湖南工学院生产

工

型

机械设计制造极其片类中批生产II

序号

自动化专业

零件零件

按乂

号

零件同步加工1

1

重量零件数