CA6140拨叉加工工艺及夹具设计

河南科技学院

2009届本科毕业论文（设计）

论文题目：CA6140拨叉加工工艺及夹具设计

学生姓名：任耀亮

所在院系：机电学院

所学专业：机电技术教育

导师姓名：田峰

完成时间：2009 年5 月20日

摘要

本设计是车床拨叉零件的加工工艺及专用夹具设计。从零件的结构外型分析，它的外型复杂，且不易加工，因此该零件选用铸造件。它的主要加工面是孔、拨叉叉口两端面和槽，在设计中采用先面后孔的原则，先以一个面加工出一个基准面，然后，再以该基准面加工相应的孔。在后面的工序中，均以该孔为定位基准，加工其他部位，在整个加工过程中，分别采用了铣床、钻床和镗床。按要求设计了镗孔专用夹具，采用一面两销定位。由于该零件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。因此，夹紧方式都采用手动夹紧，它的夹紧简单，机构的设计更为方便，满足夹紧要求。

关键词：拨叉，加工工艺，专用夹具，定位

The plectrum parts processing and special fixture

Designs to the lathe of CA 6140

Abstract

This design is a lather plectrum parts processing and special fixture designs. Appearance from the analysis of the structure of parts, it looks complicated and difficult process, the choice of casting parts. Its main processing side holes at both ends of fork surface and groove, used in the design after the first hole of the principle of surface, first with a surface of a base-level processing, and then base-level processing of the corresponding hole. Behind the processes, are the base of the hole for positioning, processing other parts of the body, in the whole process, namely the use of a milling machine, drilling and boring machine Required to design a special jig boring, using a two-pin position. Due to the size of the parts do not, the clamping force is not required. Therefore, the clamping means are manually clamping, clamping it simple, more convenient for the design of institutions to meet the requirements clamping.

Keywords：Fork，Processing, Technology, Dedicated fixture, Positioning

目录

1 绪论 (4)

2 概述 (4)

2.1 选题的目的和意义 (4)

2.2 国内外研究现状及发展趋势 (4)

3 零件的分析 (5)

3.1 零件的作用 (5)

3.2 零件的工艺分析 (5)

3.3 本章小结 (6)

4 工艺规程设计 (6)

4.1 确定毛坯的制造形式 (6)

4.2 基面的选择 (7)

4.2.1 粗基准的选择 (7)

4.2.2精基准的选择。 (7)

4.3 制定工艺路线 (7)

4.3.1工艺路线方案一 (7)

4.3.2 工艺路线方案二 (7)

4.3.3工序方案的比较与分析 (8)

4.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (9)

4.4.1 侧平面加工余量的计算 (9)

4.4.2 大头孔两侧面加工余量的计算 (9)

4.4.3大小头孔的偏差及加工余量计算 (10)

4.5 确定切削用量及基本工时 (10)

4.5.1 工序1 (10)

4.5.2 工序2 (12)

4.5.3 工序3 (15)

4.5.4 工序4 (16)

4.5.5 工序5 (18)

4.5.6 工序6 (19)

4.5.7 工序7 (20)

4.5.8 工序8 (21)

4.6 本章小结 (22)

5 镗孔夹具设计 (22)

5.1 问题的提出 (22)

5.2 夹具设计 (22)

5.2.1 定位基准的选择 (22)

5.2.2 夹具方案的确定 (22)

5.2.3 误差分析与计算 (24)

5.2.4 切削力及夹紧力的计算 (25)

5.3 本章小结 (27)

6 结束语 (28)

致谢 (30)

参考文献 (31)

1 绪论

机械制造加工工艺与机床夹具设计主要是对零件的加工工艺进行分析和对零件的某几个主要部位进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。在本次设计中，就针对拨叉831006的加工工艺进行分析，制定和比较加工工艺路线，选择一种较好的加工工艺路线进行加工。并对拨

叉4.0055+φｍｍ的半孔进行专用夹具的设计，在这过程中，制定多套夹具方案分别对各夹具的定位误差和精度进行分析计算，选择其一，以完成本次设计。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行的最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。

就个人而言，希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

2 概述

2.1 选题的目的和意义

机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品生产在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。

2.2 国内外研究现状及发展趋势

在我国现阶段拨叉类零件的加工还没有达到现代自动化的加工水平。在批量的生产中，它的加工工艺还需要人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹也是通过人工的方法进行的。因此，我国对拨叉类不规则零件的加工还处于效率低、加工成本高的阶段。

随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，

气动、液压夹紧等夹具正是适应发展的产物。它对缩短工艺装备的设计、制造周期起到至关重要的作用。国外把柔性制造系统作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展。夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

3 零件的分析

3.1 零件的作用

车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者

的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件下方的023.0025+φｍｍ孔与操纵

机构相连，而上方的4.0055+φｍｍ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。

3.2 零件的工艺分析

拨叉831006是机车变速箱中一个重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和侧面有精度要求，此外还有小头孔上的槽要求加工，对精度有一定的要求。拨叉的底面、大头孔两侧面和大小头孔内壁粗糙度要求都是2.3a R ，所以都要求精加工。其大头孔轴与侧面有垂直度的公差要求，所要加工的槽，在其槽两侧面有平行度公差和对称度公差要求等。因为零件的尺寸精度、几何形状精度和相互位臵精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工必须保证精度要求。

由拨叉零件图（图1）我们可以知道本零件共有5组加工面，现分述如下：

（1）以023.0025+φｍｍ孔为中心的一组表面。

（2）以4.0055+φｍｍ孔为中心的一组加工表面。这一组表面包括：

4.00

55+φｍｍ孔的内表面及其两端面，4.0055+φｍｍ孔截断部分平面。 （3）零件的下底面。

（4）40φｍｍ圆柱面上的斜面。

（5）零件下底面0.120016+ｍｍ的槽的三个面。

其中4.0055+φｍｍ孔的两端面以及0.120016+ｍｍ的槽两个侧面都与023.0025+φｍｍ

孔又一定的位臵要求，分别为：4.0055+φｍｍ孔的两端面与023.0025+φｍｍ孔轴线的

垂直度误差为0.1ｍｍ，槽0.120016+ｍｍ的两侧面与023.0025+φｍｍ孔轴线的垂直度误

差为0.08mm 。

由以上分析可知，在选择各表面、孔及槽的加工方法时，要考虑加工表面的精度和表面粗糙度要求，因此要选择合理的方法进行零件的加工可选择加工其中

一组表面，然后借助于夹具加工其余表面。

图1 拨叉零件图

3.3 本章小结

本章主要是对拨叉831006的分析，主要从拨叉的作用、工艺和加工要求等方面进行了分析，经过查阅大量的参考资料，和上面的分析使对拨叉831006有了进一步的认识，为后面的设计打下了坚实的基础。

4 工艺规程设计

4.1 确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200，考虑到车床在加工中的变速虽然不像其它机器那么频繁。但是，零件在工作过程中，也经常要承受变载荷及冲击性载荷，且它的外型复杂，不易加工。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度，由于零件的年生产量为5000件已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属型铸造，这样可以提高生产率，保证精度。

4.2 基面的选择

由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔和槽等面。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于拨叉831006来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位臵精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更严重的还会造成零件大批量报废，使生产无法正常进行。

4.2.1 粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位臵精度较高的不加工表面作粗基准。根据

这个基准选择原则，现选取mm 25023.00+φ孔的内表面作为定位基准，利用一短销

大平面，限制5个自由度，再以一个菱形销限制最后1个自由度，达到完全定位,再用螺栓夹紧，然后进行铣削。

4.2.2精基准的选择。

主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

4.3 制定工艺路线

制定工艺路线的出发点,应当使零件的几何形状、尺寸精度及位臵精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能机床配以专用工具,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。

4.3.1工艺路线方案一

如表1

此工序不能保证其质量，但可以进行精度要求不高的生产。综合考虑以上步骤，得到下面工艺路线。

4.3.2 工艺路线方案二

如表2

此工序虽然工序增加了工时，但是质量大大提高了。

4.3.3工序方案的比较与分析

表1 工序方案一

方案一工艺路线在工序三就将mm 554.00+φ孔锯开，在后面的工序铣

mm 554.00+φ孔的两侧面的时候，工件的加工面可以减少不少的设计，但是在后面

的工序中进行的加工，特别是定位和孔mm 554.00+φ的加工就有相当大的难度，如

果用方案一进行mm 554.00+φ孔的加工时，在上面的工序中已经锯断，只有进行半

圆的加工。这样的加工在一般的机床上是不保证精度的，若想要保证精度只有在数控机床上，那样的话生产成本将提高了很多。方案二就解决了上述产生的问题，

将mm 554.00+φ的孔到了最后的时候才将其锯开，这样不仅保证了mm 554.00+φ孔的

精度，而且在后面工序中的加工也可以用mm 554.00+φ的孔来作为定位基准。这样

的加工可以在一般的机床上就可以进行加工了，不仅保证了精度，还降低了生产

成本。由以上分析：方案二为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的加工工艺过程（如表3）：

表3 工序方案三

4.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

CA6140车床拨叉A ，零件材料为HT200，硬度190～210HB ，毛皮重量1.0kg 生产类型大批量，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、工艺尺寸和毛坯尺寸如下：

4.4.1 侧平面加工余量的计算

根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：

粗铣：余量值规定为mm 0.2~5.1，现取mm 0.2

精铣：余量值规定为mm 0.1。取1.0mm

铸造毛坯的基本尺寸为mm 8620.12280=?+?+

粗铣后最大尺寸为：mm 8220.180=?+

精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。

4.4.2 大头孔两侧面加工余量的计算

根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：

粗铣：余量值规定为mm 0.2~5.1，现取mm 0.2。

精铣：其余量值规定为mm 0.1。取1.0mm 。

铸造毛坯的基本尺寸为mm 1820.12212=?+?+。

粗铣后最大尺寸为：mm 1420.112=?+。

精铣后尺寸与零件图尺寸相同，且保证各个尺寸精度。

4.4.3大小头孔的偏差及加工余量计算

钻mm 25023.00+φ孔到要求尺寸：

根据工序要求，小头孔分为钻、扩、铰三个工序，工序尺寸及加工余量为： 钻孔： 22φmm

扩孔： 7.24φmm mm 7.2Z 2=

铰孔： mm 25φ mm 3.0Z 2=

镗孔mm 554.00+φ到要求尺寸：

加工该组孔的工艺是：粗镗——精镗

粗镗：mm 554.00+φ孔，余量值为mm 2.2；

精镗：mm 554.00+φ孔，余量值为mm 8.0；

4.00

55+φ孔毛坯基本尺寸为φ：mm 528.02.255=-- 粗镗工序尺寸为：2.54φmm

精镗工序尺寸为：mm 554.00+φ 从而达到要求。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量及毛坯尺寸（如图2）

4.5 确定切削用量及基本工时

4.5.1 工序1

粗、精铣mm 25023.00+φ孔上平面

（1）粗铣mm 25023.00+φ孔上平面

机床：X52K 。

刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：15YT ，mm 100=D ，齿数8Z =，此为粗齿铣刀。因其单边余量：Z=2mm ，所以铣削深度 p a ：p a =2mm 每齿进给量f a ：取f a =0.12mm /Z

铣削速度V ：取V =1.33m /s

机床主轴转速n ：

D

V 1000n π= （1）式中 V —铣削速度；

D —刀具直径。

代入式（1）得

min r 25410014.360

33.11000D V

1000n ≈???=π=，

查X52K 说明书取min r 300n =

实际铣削速度v ：s m 57.1601000300

100

14.31000n D v ≈???=π=

图2拨叉毛坯图

进给量f V ：s mm 8.460300812.0n Z a V f f ≈??==

工作台每分进给量m f ：min mm 88.4V f f m ==

mm 40a z =

切削工时：

被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知mm 40l =，

刀具切入长度1l ：

））（（3~1a D D 5.0l 2

z 21+--=

（2）

=）（）（3~1401001005.022+--=7mm

刀具切出长度2l ：取2l =2mm

走刀次数为1

机动时间1j t ：12140720.17min 288

j m l l l t f ++++==≈ （2）精铣mm 25023.00+φ孔上平面

机床： X52K 。

刀具：高速钢三面刃圆盘铣刀（面铣刀）：15YT ，D=100mm ，齿数12， 精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm

铣削深度p a ：mm 0.1a p =

每齿进给量f a ：Z mm 08.0a f =

铣削速度v ：s mm 8.2v =

机床主轴转速n ：由式（1）得

min r 535100

14.36032.01000D V 1000n ≈???=π=，取n=600r/min 实际铣削速度v ：s m 14.360

100060010014.31000dn v ≈???=π= 进给量f V ：s mm 6.9606001208.0Zn a V f f =??==

工作台每分进给量m f ： min mm 576s mm 6.9V f f m ===

被切削层长度l ：由毛坯尺寸可知mm 40l =

刀具切入长度1l ：精铣时mm 100D l 1==

刀具切出长度2l ：取mm 2l 2=

4.5.2 工序2

加工孔023.0025+φmm 到要求尺寸

机床：Z535立式钻床.加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔：

mm 22φ标准高速钢麻花钻；扩孔：mm 7.24φ标准高速钢扩孔钻；铰孔：mm 25φ标准高速铰刀。选择各工序切削用量：

（1）确定钻削用量

1）确定进给量f ：r mm 57.0~47.0f =表，由于孔深度比

36.12230d l 0==，9.0k lf =，故：

r mm 51.0~42.09.057.0~47.0）（）（表=?=f 。查Z535立式钻床说明书，取

r mm 0.43f =。

2）确定切削速度v 、轴向力F 、转矩T 及切削功率m P 由插入法得 m i n m 17V =表， N 4732F =表

M N T ?=69.51表，KW 25.1P m =表

由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同，故应对所的结论进行修正。 查表，88.0K M V =，75.0K LV ，故

min m 22.1175.088.017V =??=‘

表

'

'010********.22/min 162/min 22v mm n r d mm ππ?===?表 查Z535机床说明书，取195/min n r =。实际切削速度为

022195/m i n 14/m i n

10001000d n mm r v m ππ??=== 1.06MF MT k k ==，故

4732 1.065016

F N N =?= 51.691.0654.8T N

m N m =??=? 3）校验机床功率 切削功率m P 为

'/)m MM m P P n n k =表

（ 1.25(195/246) 1.06 1.05kW kW =??= 机床有效功率

'

4.50.81 3.65E E m P P kW kW P η==?=>，故选择的钻削用量可用。即

022d mm =，0.43/f mm r =，195/min n r =，14/min v m =，相应地： 5016F N =，54.8T N m =?， 1.05m P kW =

被切削层长度l ：78l mm =

刀具切入长度1l ：

122(1~2)12017.422

r D l ctgk ctg mm =+=?+= 刀具切出长度2l ：mm l 4~12= 取mm l 32=

走刀次数为1

机动时间2j t ：2787.43 1.08min 0.43195

j L t nf ++==≈? （2）确定扩孔切削用量

1） 确定进给量f ：r mm 56.0~49.07.0r mm 8.0~7.0f ）（）（表=?=。根据

Z535机床说明书，取f =0.57mm/r 。

2）确定切削速度v 及n 根据表取25/min v m =表。修正系数：

0.88mv k =，24.7221.02(/1.50.9)2

p pR

a v p a k a -===根据 故'

25/min 0.88 1.0211.22/min v m m =??=表

''

01000/)n v d π=表（

100011.22

/m i n /(24286/m i n m m m m r π=??= 查机床说明书，取275/min n r =。实际切削速度为 3010v d n π-=?

324.7275/m i n 1021.3/m i n

m m r m π-=???= 切削工时

被切削层长度l ：78l mm =

刀具切入长度1l ，有：

1124.722(1~2)1202 2.86322r D d l ctgk ctg mm mm --=+=?+=≈ 刀具切出长度2l ：mm l 4~12= 取mm l 32= 走刀次数为1

机动时间2j t ：278330.54min 0.57275

j L t fn ++==≈? （3）确定铰孔切削用量

1）确定进给量f ： 1.3~2.6f mm =表，查Z535说明书，取 1.6/f mm r =。

2）确定切削速度v 及n 取8.2/min v m =表。查表取修正系数 0.88Mv k =，0.99p a v k =

2524.7(/0.125 1.

2)2pR

p a a -==根据 故'

8.2/min 0.880.997.14/min v m m =??=表

''

01000/()n v d π=表

10007.14(/min)/(25)91.5/min m mm r π=??= 查Z535说明书，取100/min n r =，实际铰孔速度 3010v d n π-=?

325100/min 107.8/min mm r m π-=???= 切削工时

被切削层长度l ：78l mm =

刀具切入长度1l ，