纯干货831007拨叉铣40端面夹具设计(收藏)

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目设计CA6140车床拨叉831007零件的机械加

工工艺规程及工装设备

设计者

指导教师

XX大学

2015年1月21

目录

目录 (2)

序言 ....................................................................................................................................................

一、零件的分析 (3)

零件的作用 (3)

零件的工艺分析 (4)

二. 确定生产类型 (4)

三.确定毛坯 (5)

四.工艺规程设计 (5)

(一)选择定位基准： (5)

（二）制定工艺路线 (6)

（三）选择加工设备和工艺设备 (6)

(四）机械加工余量、工序尺寸及工时的确定 (6)

五、夹具设计 (14)

(一)问题的提出 (14)

(二)夹具设计 (14)

(三)定位误差分析 (16)

参考文献： (17)

序言

机械制造工艺学课程设计使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，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 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φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ55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0.021

22+-Φ以及与此孔相通的8Φ的锥孔、8M 螺纹孔

2. 大头半圆孔55Φ

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 。 由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗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

初步确定工艺安排为：。中批量生产手动夹紧通用工艺装备

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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》38页表2.2-3选用铸件尺寸公差等级CT8级。

2 确定铸件加工余量及形状：

《机械制造工艺设计简明手册》41页表2.2-5，选用加工余量为MA-G级，并查39页表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示：

3绘制铸件零件图

四工艺规程设计

(一)粗基准的选择：

以零件的底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。

(二)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。

零件图中还有对T3平面的垂直度要求，其基准为Φ22的中心线，故精加工平面T3时，先要加工出精基准Φ22孔。

（三）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。再生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。处此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

方案一

010 铸造毛坏（铸出Φ55孔,两件铸在一起,表面无夹渣,气孔）

020 粗铣两头孔端面

030 粗铣中间孔上端面

040粗铣中间孔下端面

050 精铣两头孔上端面

060精铣中间孔上端面

070 精铣中间孔下端面

080 扩两端小头孔 090 精铰两端小头孔 100 粗镗中间孔 110

半精镗中间孔

120 精镗中间孔

130 钻2-8Φ锥销孔及8M 螺纹孔，攻8M 螺纹 140 铣断 150 去毛刺 160 检验

经老师细心指导，由于平面Φ40端面面，Φ55端面对垂直度有要求，其基准为Φ22孔的中心线，故对该三个平面精加工之前要精加工出Φ22孔，以此作为工艺基准。故此工艺路线改为： 方案2

010 铸造毛坏（铸出Φ55孔,两件铸在一起,表面无夹渣,气孔） 020 粗铣两头孔端面 030 粗铣中间孔上端面 040 粗铣中间孔下端面 050 扩两端小头孔 060 精铰两端小头孔 070 精铣两头孔上端面 080 精铣中间孔上端面 090 精铣中间孔下端面 100 粗镗中间孔 110 半精镗中间孔 120 精镗中间孔

130 钻2-8Φ锥销孔及8M 螺纹孔，攻8M 螺纹 140 铣断 150 去毛刺 160 检验

（四）机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“CA6140车床拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.6㎏,生产类型为大批生产，采用砂型铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1.外圆表面（Ф40mm 及Ф73mm 外表面）

考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度CT8即可。又因它们是对称的两个零件最后还需铣断，故对Ф40mm 的中心轴线的尺寸偏差为120±1.25的范围内。 2. 两小孔0.21

22+Φ

毛坯为实心，两内孔精度要求界于IT7~IT8之间，参照《切屑加工简明实用手册》表8-21确定工序尺寸及余量：

扩孔：Ф20mm 2Z=1.8mm 铰孔：0.21

22+Φmm 2Z=0.2mm

3.中间孔（Ф55mm 及Ф73mm ）

中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺设计手册表1-13得：孔的铸造毛坯为Ф49，Ф73的孔是在Ф55孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距离为30mm ，由于其对轴向的尺寸要求不高，直接铸造得到。参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф73mm 工序尺寸及余量： 粗铣：Ф71mm Z=4mm 精铣：Ф73mm Z=1mm 参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф55mm 工序尺寸及余量： 粗镗：Ф53mm 2Z=4mm 半精镗：Ф54mm 精 镗：Ф55mm

4.螺纹孔及销孔

此销尺寸铸造为实体。

参照《切屑加工简明实用手册》表8-70确定钻Ф8螺纹孔和Ф8圆柱销孔及

螺纹孔的攻丝。 4. 铣断

（五）确定切削用量及基本工时

工序010 粗铣Ф40mm 孔的两头的端面。 1. 加工条件

工件材料：HT200，查<<工程材料》》，其硬度190～260HBS ，σb =0.16Gpa ，铸造。

加工要求：粗铣两头端面至51mm 、粗铣大孔端面至30mm 。 机床：X52K 立式铣床参数。

刀具：涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm ，选择刀具前角γo ＝＋5°后角αo ＝8°，副后角αo ’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Kr ε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽b ε=1mm 。

2.计算切削用量

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a p =2mm ，一次走刀即可完成所需长度。

2）计算切削速度 按《机械制造工艺设计简明手册》

V c =

v pv

v e v z v p m v

o v K Z u a y f X a T q d C

算得 V c ＝98mm/s ，n=439r/min,V f =490mm/s

据X52K 立式铣床参数，选择n c =475r/min,V fc =475mm/s,则实际切削速度 V c =3.14×80×475/1000=1.06m/s,实际进给量为

f zc =V fc /n c z=475/(300×10)=0.16mm/z 。

3)校验机床功率 查《机械制造工艺设计简明手册》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc 。故校验合格。

最终确定 a p =2mm ，n c =475r/min,V fc =475mm/s ，V c =1.06m/s ，f z =0.15mm/z 。

4）计算基本工时 t m ＝L/ V f =19.4s 。

工序020—040 粗铣中间孔上端面至Ф25mm ，周径至Ф71mm ；粗铣中 间孔下端面至22mm ，周径至Ф71mm ；精铣两头孔的端面至50mm ；精铣中间孔上端面至25mm ，周径至Ф73mm ；精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm 。

1. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS ，σb =0.16Gpa ，铸造。 加工要求：粗铣中间孔上端面至Ф25mm ，周径至Ф71mm ；粗铣

中间孔下端面至22mm ，周径至Ф71mm ；精铣两头孔的端面至50mm ；保证粗糙度Ra=3.2μm ；精铣中间孔上端面至25mm ，周径至Ф73mm ；精铣中间孔下端面至保证20mm,周径至Ф73mm ，保证端面粗糙度Ra=3.2μm ，保证孔壁粗糙度Ra=6.3μm 。

机床：X63卧式铣床。

刀具：涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm ，选择刀具前角γo ＝＋5°后角αo ＝8°，副后角αo ’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Kr ε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽b ε=1mm 。

2.计算切削用量

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a p =2mm ，一次走刀即可完成所需长度。

2）计算切削速度 按《简明手册》

V c =

v pv

v e v z v p m v

o v K Z u a y f X a T q d C

算得 V c ＝98mm/s ，n=780r/min,V f =490mm/s

据X52K 立式铣床参数，选择n c =750r/min,V fc =475mm/s,则实际切削速度 V c =3.14×80×750/1000=1.78m/s,实际进给量为

f zc =V fc /n c z=750/(300×10)=0.25mm/z 。

3)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=2kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc 。

故校验合格。

最终确定 a p =2mm ，n c =750r/min,V fc =475mm/s ，V c =1.78m/s ， f

z =0.15mm/z 。

4）计算基本工时

粗铣中间孔上端面至Ф25 mm ，周径至Ф71mm ；t m1=L/ V f =13s 粗铣中间孔下端面至22mm ，周径至Ф71mm ；t m2=L/ V f =13s 精铣小孔上端面至50mm ，t m3=L/ V f =8s ；

精铣中间孔上端面至周径至Ф73mm ，t m4= L/ V f =10s ； 精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm ，t m5= L/ V f =10s 。 工序050—060 扩、铰两端Ф22mm 孔至图样尺寸。 1. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS ，σb =0.16Gpa ，铸造。

加工要求：扩孔至Ф22mm ，精铰至Ф22mm ，保证孔壁粗糙度Ra=1.6μm 。 机床：Z512台式钻床。

刀具：YG8硬质合金扩孔钻，查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-9莫氏锥度为3号，刀片型号E403扩到Ф21mm ，钻头采用双头刃磨法，后角αo

＝

12°、二重刃长度

b ε

=2.5mm 、

横刀长b=1.5mm 、宽l=3mm 、棱带长度mm l 5.11

= 、

1202=?° 100

=α°、30=β

°。YG8硬质合金铰刀Ф22mm 。

2.计算切削用量

1）查《切削用量简明手册》 r mm f /1.1=。

按扩孔刀头强度选择r mm f /75.1= 按机床强度选择r mm f /53.0=，

最终决定选择机床已有的进给量r mm f /1.1= 。 2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～0.8mm ，寿命min 60=T ．

3）切削速度

查《切削用量简明手册》 r mm v c /12= 修正系数 0.1=TV K 0.1=MV K

0.1=tv K 0.1=Kxv 0.11=v K 10=apv K 故r mm v c /12=。

min /46510000

r d v

n s ==

π 查《机械制造工艺设计简明手册》机床实际转速为min /460r n c =。 故实际的切削速度s m n d v s c /52.01000

0==π。

3. 计算基本工时

s nf L t m 745

.12721030=?+==

由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 钻和精铰的切削用量如下：

扩孔： min /460r n = r mm f /1.1= s m v c /52.0= mm d 8.210=。 精铰：min /850r n = r mm f /1= s m v c /98.0= mm d 220= 。

工序100—120 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm 孔至图样尺寸。 1. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS ，σb =0.16Gpa ，铸造。

加工要求：粗镗中间孔至Ф53mm 、半精镗中间孔至Ф54mm 、精镗中间孔至Ф55mm 。

机床：T616卧式镗床。 刀具：YG8硬质合金镗刀。

2.计算切削用量

单边余量 ,3mm Z =分三次切除，则 第一次mm a p 2=。根据《简明手册》4.2-20查得，取 r mm f /1=。根据《简明手册》4.2-21查得，取：min /245r n =。

3.计算切削基本工时：

s f L t m m 3052

.02001

212=??+==

同理，当第二次mm a p 6.0=，第三次mm a p 4.0=时，进给量r mm f /3.0=和r mm f /12.0=，

机床主轴转速都取200r/min ，切削基本工时分别为100s 和80s 。

工序130—140 钻Ф8mm 的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻M8x1mm 的螺纹孔，攻M8x1mm 的螺纹。

1. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS ，σb =0.16Gpa ，铸造。

加工要求：先钻Ф8mm 的锥销孔，钻到一半后将与该孔配合的轴安装进去，把两者配做加工，为的使保证孔与轴的同轴度，同时在尺寸上保证距上端面10mm ；再钻M8x1mm 的螺纹孔，攻M8x1mm 的螺纹。

机床：组合机床。

刀具：Ф8mm 麻花钻、Ф7.5mm 麻花钻、Ф8mm 的丝锥。

2.计算切削用量 （1）钻Ф8mm 的锥销孔

根据《切削手册》查得，进给量为=f 0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z ，v=5m/min ，则：

min /1998

510001000r d v n w s =??==

ππ 查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-15，取min /195r n w =。所以实际切削速度为：

s m n d v w

w /1.01000

195

81000

=??=

=

ππ

计算切削基本工时：

s f y l t m

m 3222.01954

6=?+=?++=

（2）钻M8的螺纹孔 刀具：Ф7.5mm 麻花钻。

根据《切削手册》查得，进给量为=f 0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z ，v=5m/min ，则：

min /2125

.75

10001000r d v n w s =??==

ππ 查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2-15，取min /195r n w =。所以实际切削速度为：

s m n d v w

w /1.01000

195

5.71000

=??=

=

ππ

计算切削基本工时：

s f y l t m

m 323.01954

6=?+=?++=

（3）攻M8x1mm 的螺纹 刀具：丝锥M6，P=1mm

切削用量选为：s m v /1.0=，机床主轴转速为：min /219r n s =，按机床使用说明书选取：min /195r n w =，则 s m v /1.0=；机动时，mm l 1046=+=，计算切削基本工时：

s f y l t m

m 323.019546=?+=?++=

工序150 铣断保证图样尺寸 1. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS ，σb =0.16Gpa ，铸造。 加工要求：铣断后保证两边对称相等。 刀具：YG 硬质合金圆盘铣刀，厚度为4mm 。 机床：组合机床。

2.计算切削用量

查《切削手册》，选择进给量为：r mm f /3.0=,切削速度为：s m v /1=，则：

min /10073

1

10001000r d v n w s =??==

ππ 根据《简明手册》表4.2-39，取min /100r n w =，故实际切削速度为：

s m n d v w

w /11000

100

731000

=??=

=

ππ

查《切削手册》表4.2-40，刚好有min /400mm f m =。

计算切削基本工时：

s f y l t m

m 12640030

72=+=?++=

工序160—170 去毛刺，检查，如不合格则返回相应加工工序再次加工。 最后，将以上各工序的切削用量，工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片。

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。 设计Φ40上端面铣床夹具夹具。本夹具将用于X63卧式铣床。

1、问题的提出

φ22孔的上端面和其自身的轴线有0.05mm 的垂直度要求，需要以内孔定位，因此你选择一面两销的定位方式。 以长圆柱销保证垂直度要求，短菱形销限制转动，以Φ55端面作为辅助基准夹紧。

2、夹具设计

（1）定位基准及定位销

上端面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以底面为主要定位基准.工件以021

.00

22 的两条中心线和φ55孔两端面为

定位基准，采用一面两销实现完全定位。

在夹具设计的理论中,关于定位元件的长短与大小的确定,一直没有一个比较严格的数量界限,所以对于如何防止过定位 定位销长短的区分条件

是看其在定位时,是起限制2个自由度还是4个自由度的作用,而这个作用完全取决两个因素:一个是销孔配合间隙的制约, 另一个则是销与相关定位平面垂直度的影响。

（2）切削力及夹紧力的确定

由实际加工的经验可知,切削时的主切削力的方向为铣刀铣削方向,即垂直于两个小头孔中心线连线，此时夹紧力与切削力垂直。

（3）夹紧力的计算

首先必须先求出切削力的大小。 本工步选用涂层硬质合金盘铣刀。查《指导教程》表5-18，刀径和齿数比为d/z=80/10，背吃刀量为

a p =0.5mm,侧吃刀量a e =40mm ，进给量

fz=0.15mm/r ，按d/z=80/10的条件选取，铣削速度v 取0.8m/s 。

根据《金属切削原理与刀具》 ，被加工零件为HT200，查找得切削力公式为并计算：

查《指导教程》表10-1得，夹紧力为，其

中K 为安全系数，取3.0。

3、定位误差分析

定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3—1/2，即可认为定位方案符合加工要求。

零件图规定大孔与小孔的中心距为60mm.?55mm的孔两端面距离为20mm,采用自动夹紧夹具后,定位误差取决于两个定位销的制造误差，以及?55mm两端间的平行度误差。

但该误差在加工平面内，因此对加工要求的无影响。

转角误差δ

D，

现在分析尺寸要求。查《机械设计手册》得，定位销的配合公差为H7，其公差范为0~0.018mm；因此，两个定位销的总的位置误差范围为0~0.036mm,可见，其误差范围小于0.05mm。因此，选择公差为H7的定位销符合本设计的公差要求。（三）综上所述，只要两个定位销符合国家标准，以及?40孔下端面平面度的加工精度得到保证，即可将误差限制在一定的范围内。

参考文献

1、《机械制造工艺学》。陈明主编2013年3月。陕西科学技术出版社

2、《机械精度设计与检测》张帆主编2006年5月。陕西科学技术出版社。

3、《机械制造工艺设计简明手册》。李益民主编1999年10月机械工业出版社

4、《切削用量简明手册》。艾兴等编2000年3月机械工业出版社

5、《机床夹具设计手册》。徐鸿本主编2003年10月辽宁科学技术出版社

6、《金属机械加工工艺人员手册》。上海科技出版社

7、《机床夹具设计手册》。杨黎明主编，国防工业出版社

8、《机械制图》第六版。大连理工大学工程图学教研室编

9、《互换性与几何量测量技术》。张帆、宋绪丁主编