车床拔叉课程设计

目录

第一章机械加工工艺规程设计 (3)

1.1零件的分析 (3)

1.1.1零件的用途 (3)

1.1.2零件的工艺分析 (3)

1.1.3确定零件的生产类型 (4)

1.2确定毛坯类型绘制毛坯简图 (4)

1.2.1选择毛坯 (4)

1.2.2确定毛坯的外形、尺寸公差和机械加工余量 (5)

1.3拟定拨叉工艺路线 (9)

1.3.1定位基准的选择 (9)

1.3.2表面加工方法的确定 (9)

1.3.3加工阶段的划分 (10)

1.3.4工序的集中与分散 (10)

1.3.5工序顺序的安排 (10)

1.3.6确定工艺路线 (11)

1.3.7机床设备、工装的选用 (12)

第二章机械加工工序设计 (13)

2.1工序简图的绘制 (13)

2.2加工余量、工序尺寸和公差的确定 (14)

2.2.1加工余量的确定 (14)

2.2.2工序尺寸和公差的确定 (14)

2.2.3拨叉零件加工余量、工序尺寸和公差的确定 (14)

2.3切削用量的选择 (16)

2.4机械加工工艺文件的填写（见附件） (17)

第三章专用钻床夹具设计 (18)

3.1夹具设计任务 (18)

3.1.1专用夹具设计的基本要求 (18)

3.1.2专用夹具设计的一般步骤和需要完成的任务 (18)

3.2拨叉零件专用钻床夹具设计 (19)

3.2.1夹具设计任务 (19)

3.2.2确定夹具的结构方案 (19)

3.2.3画夹具装配图 (19)

3.2.4确定夹具装配图上的标注尺寸及技术要术 (20)

3.2.5绘制夹具零件图 (20)

课程设计总结 (21)

参考文献 (22)

第一章 机械加工工艺规程设计

1.1零件的分析

1.1.1零件的用途

拨叉应用在某车床变速箱的换挡机构中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚移动双联变换齿轮在花键轴上滑动换档位，从而改变车床主轴转速。

1.1.2零件的工艺分析

由零件图可知，其材料为ZG45。拨叉在改换档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度、韧性。

拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48～

58HRC ；叉脚两端面对叉轴孔mm 11

.0014++φ的中心线与插孔中心线的垂直度要求为

0.15mm 。

分析零件图可知，拨叉两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了换挡时叉脚端面的接触刚

度；mm 11.0014++φ为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；

另外，该零件除主要工作表面外，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。

综上所述，该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、拨叉脚内表面和叉轴孔

11.0014++φmm(H7)在设计工艺规程时应重点子以保证。

该拨叉的技术要求如表1所示。

表1 拨叉零件技术要求

1.1.3确定零件的生产类型

依据设计题目知：拨叉的生产类型为大批生产。

1.2确定毛坯类型绘制毛坯简图

1.2.1选择毛坯

根据生产类型，零件的结构、形状、尺寸及材料等选择毛坯的制造方式和精度。

1.毛坯的类型选择

①零件的材料及力学性能

当零件的材料选定后,毛坯的类型就大致确定了。例如，材料为铸铁，就选择铸造毛坯；材料是钢材且力学性能要求高时，可选锻件等。锻造材料主要是各种碳钢与合金钢。

②零件的结构、形状、尺寸

形状复杂的毛坯常用铸造方法，如箱体、机架、底座等。用于铸造的材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、铸钢、有色金属合金等。形状比较简单的零件毛坯，如轴类、套类、盘类、板类、长条类等零件，一般采用型材。型材的种类主要有圆、方、六方棒料，板材，管材，角钢，工字钢等。

薄壁零件不可用砂型铸造；常见的一般用途的钢质阶梯轴零件，如各台阶的直径相差不大，可用棒料；如各台阶的直径相差较大，宜用锻件等。

2.毛坯的制造方法

①生产类型

大量生产时应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如金属型铸造、精密铸造、模锻、冷冲压、粉末冶金等，使毛坯的形状更接近于零件的形状。在单件小批生产中，一般采用木模手工砂型铸造和自由锻造。

②生产条件

③充分考虑使用新工艺、新技术和新材料的可能性。

综合考虑为满足技术要求决定采用铸造成型制造毛坯。

1.2.2确定毛坯的外形、尺寸公差和机械加工余量

1、毛坯外形确定

根据任务书，车床拔叉零件是以一条中心线为对称的一半，并且拔叉内表面的粗糙度要求为1.6，比较高，而侧面要求为25，比较低。而零件为半圆，如果采用铰刀加工，加工时会因为两侧受力不均达不到精度要求，所以考虑将对称的另一半也同时铸造，等加工好后，用切割机床从中间切断，就可以一次性获得两件成品。这样加工工艺更简便，并且满足批量生产的要求。另外除了拨叉脚两端面、拨叉脚内表面和叉轴孔精度要求较高，其他部分都可以直接通过铸造成型，所以毛坯效果图1设计如下。

2、尺寸公差和机械加工余量确定

毛坯余量是指同一表面上毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。零件表面的加工总余量不仅与表面各工序加工余量有关，而且与毛坯的制造方法和精度有关。

（1）铸件毛坯的尺寸公差、加工余量

铸件尺寸公差由高到低分为CT1～CT16共16个等级（GB/T 6414—1999），其公差带数值如下表2所示，铸件尺寸公差一般对称分布如95±4.5（CT13），

非对称分布需要在基本尺寸后面标注偏差，如6395+-（CT13）

。 成批和大量生产的铸件，毛坯的公差等级按表3选取；单件和小批生产的铸件，毛坯的公差等级按表4选取。

要求的铸件机械加工余量分10个等级（GB/T 6414—1999）如表5所示，由小到大分别为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K级，用代号RMA表示。铸件的机械加工余量等级主要与生产类型、铸造工艺方法、铸造公差等级和铸造材料有关。推荐用于各种铸造合金和铸造方法的RMA等级按表6选取。

铸件的机械加工余量分单侧（单面）和双侧（双面），双侧加工余量与加工要求的关系

表2 铸件的尺寸公差（带）数值（GB/T 6414-1999）mm

表4 要求的铸件机械加工余量（RMA ） mm

表5 毛坯铸件典型的机械加工余量等级

所以铸件各加工余量的如下表6

毛坯尺寸图2

注：毛坯尺寸,其余未标尺寸与设计尺寸相同

1.3拟定拨叉工艺路线

拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作：选择定位基准，确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定工序顺序以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。

在拟定工艺路线时，需同时提出几种可能的加工方案，然后通过技术、经济的对比分析，最后确定一种最为合理的工艺方案。

1.3.1定位基准的选择

基准选择是拟定零件加工工艺路线的关键，应将粗、精基准的选择原则结合被加工零件的结构特点和技术要求灵活运用，并加以论证。以拨叉为例:

1.精基准的选择

根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择拨叉头下端面和叉轴孔

mm 11

.0014++φ的轴线作为精基准，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加

工表面的垂直度要求。另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，选用拨叉头左端面作为精基准，夹紧力可作用在拨叉头的右端面上，可避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。

2.粗准基的选择

选择变速叉轴孔Φ14mm 的外圆面和拨叉头右端面作为粗基准。采用Φ14mm 外圆面定位加工内孔，可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面作为粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。

1.3.2表面加工方法的确定

依据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再考虑各粗、精加工阶段的加工方法。决定各表面加工方法时还应对照每种加工方法所能达到的经济加工精度，先主要表面，后次要表面。

根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表确定加工件各表面的加工方案，如表7所示。

表7 拨叉零件各表面加工方案

1.3.3加工阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过粗加工、半精加工和精加工3个阶段：如果零件的加工精度要求特别高，表面粗糙度要求特别小时，还要经过精整和光整加工阶段。在安排加工顺序时将各表面的粗加工集中在一起首先加工，再依次集中各表面的半精加工和精加工工作。

该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半粗加工和精加工3个阶段。在粗加工阶段，首先要将精基准(拨叉头左端面和叉轴孔)准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工；然后粗铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面、操纵槽内侧面和底面。在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。

1.3.4工序的集中与分散

本例选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。运用工序集中原则使工件的装夹次数减少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各个表面之间的相对位置精度要求。

1.3.5工序顺序的安排

1.机械加工工序

遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——拨叉头下端面和叉轴孔

mm 11

.0014++φ。遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——拨叉头下端面和叉轴孔

mm 11

.0014++φ及拨叉脚两端面，后加工次要表面——操纵槽底面和内侧面。

遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔ф14mm 。

表8 拨叉机械加工工序安排（初拟）

2.热处理工序

模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241～285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响；叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。

3.辅助工序

粗加工拨叉脚两端面和热处理后，安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。

综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。

1.3.6确定工艺路线

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，确定拨叉的工艺路线如下表16所示。

1.3.7机床设备、工装的选用

针对大批生产的工艺特征，选用设备及工艺装备按照通用、专用相结合的原则，所使用的夹具均为专用夹具。各工序使用的机床设备、工装及工艺路线如表17所示。

表10 加工设备及工艺装备

以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程卡片”

第二章机械加工工序设计

2.1工序简图的绘制

工序简图的绘制原则：

①工序简图以适当的比例，最少的视图，表示出工件在加工时所处的位置状态，与本工序无关的部位可不必表示。一般以工件在加工时正对操作者的实际位置为主视图。

②工序简图上应标明定位、夹紧符号，以表示出该工序的定位基准、定位点、夹紧力的作用及作用点。

③本工序的各加工表面用粗实线表示，其他部位用细实线表示。

④加工表面上应标注出相应的尺寸、形状、位置精度要求和表面粗糙度要求。与本工序加工无关的技术要求一律不标。

⑤定位与夹紧符号按标准的规定选用。（JB/T5061-2006）

例：工序50——粗扩—精扩—铰ф40mm孔内表面的工序简图

图10 钻、倒角、粗铰、精铰ф8mm孔的工序简

2.2加工余量、工序尺寸和公差的确定

2.2.1加工余量的确定

毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的总余量。每道工序切除金属层的厚度，称为工序余量。确定工序余量的方法有计算法、经验估计法、查表法。实际加工中常用后两种方法。

一般按查表法确定工序间的加工余量。其选用的原则如下：

①应采用最小的加工余量。

②加工余量应保证得到图样上规定的精度和表面粗糙度。

③要考虑零件热处理时引起的变形。

④要考虑所采用的加工方法、设备以及加工过程中零件可能产生的变形。

⑤要考虑被加工零件尺寸，尺寸越大，加工余量越大。

⑥要考虑被加工零件工序尺寸公差的选择。

⑦本道工序余量应大于上道工序留下的表面缺陷层厚度。

⑧本道工序余量应大于上道工序尺寸公差和几何形状公差。

2.2.2工序尺寸和公差的确定

1.定位基准与设计基准重合时工序尺寸与公差的计算

只要确定了各工序的加工余量和各工序所能达到的经济精度之后，就可以计算出各工序的尺寸及公差。步骤：

①先订工艺路线。

②查工艺手册，得出加工余量。

③确定经济加工精度及表面粗糙度，查表。

④由最后一道工序向前推算出各工序尺寸、公差等。

2.定位基准与设计基准不重合时工序尺寸与公差的计算

需要解算尺寸链。

2.2.3拨叉零件加工余量、工序尺寸和公差的确定

各表面加工工序

拨叉头上下端面的加工工序见表11-1。

表11-1拨叉头上下端面表面加工工序

工序名称

工序余量

（mm）

经济等

级

工序基本尺寸工序尺寸及公差(mm)

粗铣7.2 IT13 35.2-28=7.2 28mm

粗扩、精扩、倒角、铰ф14mm孔的加工工序见表11-2

表11-2Φ14表面加工工序

工序名称

工序余量

（mm）

经济等

级

工序基本尺寸工序尺寸及公差

(mm)

粗扩 1.2 IT12 12+1.2=13.2 Φ13.20

21

.0

-

精扩0.5 IT10 13.2+0.5=13.7 Φ13.70

084

.0

-倒角0 IT9

铰0.3 IT9 13.7+0.3=14 Φ14 铣拨叉脚两端面的加工工序见表11-3。

表11-3铣拨叉脚两端面加工工序

工序名称

工序余量

（mm）

经济等

级

工序基本尺寸工序尺寸及公差

(mm)

粗铣 1 IT11 11.4-1=10.4 11.4 精铣0.4 IT9 10.4-0.4=10 10 粗扩—精扩—铰ф20mm孔内表面的加工工序见表11-4。

表11-4 ф40mm孔内表面的加工工序

工序名称

工序余量

（mm）

经济等

级

工序基本尺寸工序尺寸及公差（mm）

粗扩 1.5 IT11 37.2+1.5=38.7 ф38.7

21

.0

-

精扩 1 IT9 38.7+1=39.7 ф39.7

084

.0

-

铰0.2 IT8 39.7+0.3=40 ф406.03.0++

沿对称线按尺寸切成两半加工工序见表11-5。

表11-5 沿对称线按尺寸切成两半的加工工序

工序名称

工序余量

（mm）

经济等

级

工序基本尺寸工序尺寸及公差（mm）

切 3 IT11 60.5 60.5 粗铣拨叉脚端面的加工工序见表11-6。

表11-6粗铣拨叉脚端面的加工工序

工序名称

工序余量

（mm）

经济等

级

工序基本尺寸工序尺寸及公差

(mm)

铣0.5 IT11 60 600

2.0

-

2.3切削用量的选择

首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选取尽可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。

1.工序10——粗铣拨叉头两端面

该工序分两个工步，工步1是以右端面B 定位，粗铣A 面；工步2是以A 面定位，粗铣B 面。由于这两个工步是在一台机床上经过一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度ｖｃ和进给量ｆ是一样的，只有背吃刀量a p 不同。

（1）背吃刀量的确定：工步1的背吃刀量a p1取Z 1，Z 1等于A 面的毛坯总余量减去工序2的余量Z 3，即Z 1=7.2mm-4mm=3.2mm ；而工步2的背吃刀量a p2取为Z 2，则a p2=Z 2=3.2mm 。

（2）进给量的确定：X51型立式铣床功率为4.5 kW ，按机床功率为5～10kW ，工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量f z 取为0.08mm/z 。

（3）铣削速度的计算：按镶齿铣刀、dw=80mm 、齿数z=10的条件选取，切削速度v c 可取44.9m/min 。由公式n=1000v c /πd 可求得该工序铣刀转速为

min /65.17880

9

.4410001000r d v n c =??==

ππ X51立式铣床的主轴转速，取转速n=160r/min ，故实际切削速度v c 为 min /2.401000

801601000m d n v c =??==

π

π 2.工序20——粗扩、精扩、倒角、铰ф14mm 孔 （1）粗扩mm 14φ孔工步 背吃刀量的确定：取a p =13.2mm 。

进给量的确定：选取该工步的每转进给量f=0.20mm/r 。

切削速度的计算：按工件材料为45钢的条件选取，切削速度v c =20m/min 。则

min /53.4822

.1320

10001000r d v n c =??==

ππ Z525立式钻床的主轴转速n=680r/min 。将此转速重新代入公式计算，求出该工序的实际钻削速度为

min /2.281000

2.136801000m d n v c =??==

π

π （2）精扩mm 14φ孔工步 背吃刀量的确定：取a p =0.5mm 。

进给量的确定：选取该工步的每转进给量f=0.2mm/r 。

切削速度的计算：按工件材料为45钢的条件选取，切削速度v c =20m/min 。则

min /92.4647

.1320

10001000r d v n c =??==

ππ Z525立式钻床的主轴转速n=680r/min 。将此转速重新代入公式计算，求出该工序的实际钻削速度为

min /25.291000

7.136801000m d n v c =??==

ππ （3）铰工步

背吃刀量的确定：取a p =0.2mm 。

进给量的确定：选取该工步的每转进给量f=0.5mm/r 。 切削速度的计算：切削速度v c =3m/min ，则

min /24.6814

3

10001000r d v n c =??==

ππ Z525立式钻床的主轴转速n=97r/min 。将此转速代入公式重新计算，可求得该工序的实际切削速度为

min /26.4100014971000m d n v c =??==

π

π

2.4机械加工工艺文件的填写（见附件）

将上述拨叉零件的工艺规程设计的结果填入工艺规程文件

第三章专用钻床夹具设计

3.1夹具设计任务

3.1.1专用夹具设计的基本要求

（1）保证被加工要素的加工精度。

（2）提高劳动生产率。

（3）具有良好的使用性能。

（4）经济性。

3.1.2专用夹具设计的一般步骤和需要完成的任务

1.明确设计要求，收集和研究有关资料

在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的部件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求，了解本工序使用的机床和刀具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。

2.拟定夹具的结构方案,绘制夹具草图

拟定夹具的结构方案时，主要解决以下问题：

①确定工件的定位方式，设计定位装置；

②确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置；

③确定对刀或导向方式，选择或设计对刀块或导向元件。

④确定其他元件或装置的结构形式，例如分度装置、定位键等。

⑤确定夹具的总体结构及夹具在机床的安装方式。在确定夹具结构方案的过程中，应提出几种不同的方案进行比较分析，选取其中最为合理的结构方案。

3.方案审查

必要的加工精度分析计算，必要的夹紧力分析计算，必要的零部件强度和刚度分析计算，请相关专业人员进行审查，方案优化。

4.绘制夹具总图

应按国家规定标准绘制，尽量采用1：1的比例，工件用双点划线绘制，并把工件视为透明体，尽量清楚表明夹具的定位原理及各元件的位置关系。夹具总图绘制顺序为：工件→定位元件→导引元件→夹紧装置→其它装置→夹具体→标注必要尺寸公差及技术要求→编制夹具明细表及标题栏。对于夹具非标准零件要按总图提出要求，画出零件图，并标注出全部尺寸，表面粗糙度、尺寸和形位公差、材料及热处理和技术要求。

夹具总图上应标注的尺寸与公差：

在夹具总图上标注尺寸和技术要求的目的是为了便于绘制零件图、装配和检验。应有选择地标注以下内容：

①夹具的外形轮廓尺寸；

②与夹具定位元件、导向元件以及夹具安装甚而有配合尺寸、位置尺寸及公差；

③夹具定位元件与工件的配合尺寸；

④夹具引导元件与刀具的配合尺寸；

⑤夹具与机床的联接尺寸及配合尺寸；

⑥其它主要配合尺寸。

5.绘制夹具零件图

夹具中非标准零件都必须绘制零件图，在确定这些零件尺寸、公差或技术要求时，应注意使其满足夹具总图的要求。

3.2拨叉零件专用钻床夹具设计

3.2.1夹具设计任务

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。为工序20钻扩孔设计钻床夹具，所用机床为立式钻床525钻床，成批生产规模。

3.2.2确定夹具的结构方案

(1)确定定位方案，设计定位装置

根据工序简图规定的定位基准，选用两面一销定位方案。从基准的重合原则和定位的稳定性、可靠性出发，选择拨叉脚两端面为主要定位基准面，并选择拨叉脚侧面另外两个定位基准面。

定位元件采用带肩长定位销与工件定位孔配合，限制4个自由度，定位销轴肩小环面与工件定位端面接触，限制一个自由度。定位基准与设计基准重合，定位误差为零。实现工件完全定位。

(2) 确定夹紧机构

钢套的轴向刚度比径向刚度好，用一个环形压块压力紧。

(3) 确定导向装置

孔要求进行钻、扩、铰3个工步的加工，生产批量大，故选用快换14

mm

钻套作为刀具的导向元件。

3.2.3画夹具装配图

夹具装配总图，在图上应将定位心轴、钻模板与夹具体的连接结构表达清楚。

其中定位心轴与夹具体采用过渡配合，用锁紧螺母固定。钻模板与夹具体用两个销钉、两个螺钉连接。夹具装配时，待钻模板的位置调整准确后再拧紧螺钉，然后配钻、铰销钉孔，打入销钉。

3.2.4确定夹具装配图上的标注尺寸及技术要术

1.夹具体最大轮廓尺寸

夹具体最大轮廓尺寸为（160×160×77）mm。

2.确定定位元件之间的尺寸

定位销与削边削中心距公差取工件相应尺寸公差的1/3，偏差对称标注。

3.确定导向元件与定位元件之间的尺寸。

钻套中心线与定位销定位环面之间的尺寸及公差取保证零件相应工序尺寸的平均尺寸，偏差对称标注。钻套中心线与定位销定位环面之间的位置度公差取工件相应位置度公差的1/3，即0.03mm。

4.确定定位元件与夹具体之间的尺寸

定位销中心线与夹具底面的平行度公差取0.02mm。

3.2.5绘制夹具零件图

附件