铣削拨叉叉口两侧面专用夹具

铣削拨叉叉口两侧面专用夹具

工艺装备

课程设计说明书

设计题目：铣削拨叉叉口两侧面专用夹具学院：机械工程学院

专业：机械设计制造及其自动化班级：一班

指导教师：夏广岚

学生姓名：惠得祥

2014年7月11日

目录

第1章绪论................................................. - 0 - 1.1课程设计的目的和意义 .. 0

1.2机械制造工艺与夹具的国内外发展现状 0

第2章机械加工工艺规程设计 0

2.1零件的分析 0

2.2.1 零件的作用 0

2.2.2 零件的工艺分析 0

2.2选择毛坯种类及制造方法 (1)

2.3拟定零件的机械加工工艺过程 (1)

2.3.1 选择定位基准 (1)

2.3.2 制订工艺路线 (2)

2.4工序设计 (4)

2.4.1 选择机床和工艺设备 (4)

2.4.2 确定加工余量及工序尺寸 (4)

2.4.3 确定切削用量 (5)

2.4.4 确定工时定额 (8)

第3章专用机床夹具设计...................................... - 11 - 3.1定位方案的确定与定位元件的选择. (11)

3.2夹紧方案的确定与夹紧机构的设计 (11)

3.3对刀装置的选择 (12)

3.5夹具体结构设计 (13)

3.4切削力及夹紧力的计算 (14)

3.5定位误差分析 (15)

结论....................................................... - 16 - 参考文献..................................................... - 17 - 致谢....................................................... - 18 - 附录....................................................... - 19 -

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第1章绪论

1.1 课程设计的目的和意义

机床夹具设计课程设计是在全部学完机械制造工艺学及机床夹具设计，并进行了生产实习的基础是进行的一个教学环节。它要求学生全面地综合运用本课程及其有关选修课的理论和实践知识进行工艺及结构的设计，也为以后进行一次预备训练。此课程设计的目的：

（1）能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。

（2）培养学生熟悉并运用有关手册、标准、图表等技术资料的能力。

（3）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。

此次是对一种大批量生产的拨叉类零件进行钻孔。所设计的夹具必须保证这个通孔的各种尺寸精度，并且以最经济、最省时省力的方法来设计此套夹具。通过对定位误差的分析，确定出采用大端面小心轴定位，夹紧装置采用螺旋压板夹紧机构。

对于我本人来说，希望能通过本次课程设计学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力。

1.2 机械制造工艺与夹具的国内外发展现状

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

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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。

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第2章机械加工工艺规程设计

2.1 零件的分析

2.2.1 零件的作用

如图1所示的零件是CA6140机床上的拨叉，他位于机床变速箱内。主要作用是用于机床的变速,主要起换挡，使主轴回转运动按照工作者要求工作，这些过程都是通过拨叉波动齿轮来实现的，是机床变速箱的一个主要零件。

图 1 零件图

2.2.2 零件的工艺分析

根据由图1可知，零件材料为HT200灰铸铁，该材料的强度不高，

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但其耐磨性、耐热性及减震性很好，适用于承受较小应力，要求耐磨，减震等得零件。

该零件的主要加工面有四处，其间有一定位置要求。分述如下：

1.开始主要加工的是φ25孔，以及其左右端面。φ25孔的加工方法是钻，扩，铰。

2.以φ55为中心的拨叉叉口两侧面以及φ55孔的加工，φ55孔的加工采用镗孔的方式加工。侧面与φ25孔的轴线的垂直度为0.1。

3.φ40圆柱斜面的加工,粗糙度为6.3，粗加工即可。

4.槽的加工。采用粗精铣削的方式加工。槽与φ25孔的轴线的垂直度为0.08。

由上面分析可知，加工时应先加工φ25孔以及其左右端面，再以这组加工后表面为基准加工φ55为中心的叉口两侧面。这样可以保证叉口两侧面与φ25孔的垂直度。之后再用之前的加工表面来加工其他的表面。再根据加工方法的经济精度以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，所以根据上述要求，采用常规的加工工艺均可保证。2.2 选择毛坯种类及制造方法

确定零件的材料为HT200灰铸铁，考虑到零件的几何形状比较复杂。

所以用铸造的形式进行毛坯的制造。因此，应该选用铸件以提高劳动生产率，保证精度为主，由于零件的年生产量为中批生产的水平，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。2.3 拟定零件的机械加工工艺过程

2.3.1 选择定位基准

轴承基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。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

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题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。

（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置精度较高的不加工表面作粗基准。从保证孔与孔，孔与平面，平面与平面的位置精度出发，进而保证拨叉在整个加工过程中，基本上都能用统一的基准定位，从零件图分析可知，选择平面作为拨叉的加工粗基准。

（2）精基准的选择。精基准的选择原则有：

1、基准重合原则：定位基准与设计基准重合。

2、基准统一原则

3、自为基准原则：在精加工或光整加工时，要求余量小而均匀时，选择加工表面自身为基准。

4、互为基准原则：为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度用。

5、精基准的选择应使定位准确，夹紧可靠。

其中主要应该考虑基准重合的问题。从保证孔与孔，孔与平面，平面与平面的位置精度出发，进而保证拨叉在整个加工过程中，基本上都能用统一的基准定位，从零件图分析可知，选择零件的侧面与φ25孔作为精基准。但是一个孔和一个平面只能限制5个自由度，不能满足完全定位，综合考虑采用一面两销定位方式定位，这样整个零件的加工过程都可以满足基准统一的要求。

2.3.2 制订工艺路线

2.3.2.1 确定工序的原则

工序集中的特点：有利于采用高效的专用设备和工艺装备，显著提高生产率；减少了工序数目，缩短了工艺过程，简化了生产计划和生产组织工作；减少了设备数量，相应地减少了操作工人人数种生产面积，工艺路线短；减少了工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，且由于一次装夹加工较多的表面，就容易保证它们之间的位置精度；专用机床设备、工艺装备的投资大、调整和维修费事，生产准备工作量大，转为新产品的生产也比较困难。

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工序分散的特点：所使用的机床设备和工艺装备都比较简单，容易调整，生产工人也便于掌握操作技术，容易适应更换产品有利于选用最合理的切削用量，减少机动工时。机床设备数量多，生产面积大，工艺路线长。

工序的分散和集中各有特点，必须根据生产规模、零件的结构特点和技术要求、机床设备等具体生产条件综合分析，以便决定采用哪一种原则来组合工序。

2.3.2.2 拟定工艺路线方案

拟订工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性。根据先面后孔。现主要表面后次要表面及先粗加工后精加工的原则，确定工艺路线如下：

10）精密铸造，清砂

20）时效处理

30）粗、精铣40

Φ圆柱右端面

40）粗铣φ25孔左端面

50）钻、扩、铰25

Φ孔

60）粗、精铣叉口两侧面（φ55孔两侧面）

70）粗、精镗φ55孔

80）粗、精铣下平面

90）粗、精铣16mm槽

100）粗铣φ40圆柱斜平面

110）切断

120）去毛刺

130）检查、入库

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2.4 工序设计

2.4.1 选择机床和工艺设备

（1）粗、精铣拨叉叉口两侧面

1）粗铣拨叉叉口两侧面：选用X62K 卧式升降台铣床，道具选择YT15

硬质合金三面刃圆盘铣刀，齿数Z=5即粗齿铣刀。铣刀直径0d 为100mm 。

2）精铣拨叉叉口两侧面：选用X52K 卧式铣床，道具选择YT15硬质合

金三面刃圆盘铣刀，齿数Z=8，即细齿铣刀。铣刀直径0d 为100mm 。

（2）粗、精镗φ55孔

1）粗镗φ55孔：选用卧式镗床T618，YT5硬质合金镗刀。

查表取刀杆伸出长度为20mm 。

2）精镗φ55孔：选用卧式镗床T618，YT5硬质合金镗刀。

查表取刀杆伸出长度为20mm 。

（3）铣断

选用X52K 立式升降台铣床，刀具选择细齿锯片铣刀，

80,224,===Z mm d L ，铣刀直径0d 为100mm 。

2.4.2 确定加工余量及工序尺寸

（1）粗、精铣拨叉叉口两侧面

1）粗铣拨叉叉口两侧面：

查表知铣削深度mm a p 4≤时，且铣刀直径0d 为100mm ，取余量z=2mm 。

侧面毛坯厚度为15mm 。

选择铣刀磨铣标准及耐用度：

查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm ；由于铣刀直径

mm 1000=d 故耐用度s 108.103?=T 。

2）精铣拨叉叉口两侧面：

查表知铣削深度mm a p 4≤时，且铣刀直径0d 为100mm ，取余量z=1mm 。

此时侧面毛坯厚度为13mm 。

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选择铣刀磨铣标准及耐用度：

查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm ；由于铣刀直径

mm 1000=d 故耐用度s 108.103?=T 。

（2）粗、精镗φ55孔

1）粗镗φ55孔：

查表知铣削深度mm a p 4≤时，且刀杆伸出长度为20mm ，取单边余量

z=2.2mm ，毛坯孔径为52mm 。

选择镗刀标准及耐用度：

查表知镗刀最大磨损量为0.8mm ；且刀杆伸出长度为20mm ，故耐用度

s 108.103?=T 。

2）精镗φ55孔：

查表知铣削深度mm a p 4≤时，且刀杆伸出长度为20mm ，取单边余量

z=0.8mm ，此时毛坯孔径为54.2mm 。

选择镗刀标准及耐用度：

查表知镗刀最大磨损量为0.8mm ；且刀杆伸出长度为20mm ，故耐用度

s 108.103?=T 。

（3）铣断

选择铣刀磨铣标准及耐用度：

查表知铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm ；由于铣刀直径

mm 1000=d 故耐用度s 108.103?=T 。

2.4.3 确定切削用量

（1）粗、精铣拨叉叉口两侧面

1）粗铣拨叉叉口两侧面：

选择切削用量 确定铣削深度 p a ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成mm a p 2=。

确定每齿进给量 f a ：查表可知当使用YT15铣床功率为7Kw 时，

z mm a f /26.0~12.0=。这里取z mm a f /18.0=。

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确定铣削速度v 和每秒钟进给量f v

查表确定当 mm d 1000= mm a p 5≤ z mm a f /24.0≤时

s m v c /47.2= z mm a f /18.0=

min /472100

14.36047.210001000r d v n =???==π 查表确定 min /475r n c =

因此实际铣削速度和每齿进给量

s m n

d v c /49.260

100047510014.310000=???==π s mm z n a v c f fc /12.760

547518.0=??=

= 2）精铣拨叉叉口两侧面： 选择切削用量 确定铣削深度 p a ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成mm a p 1=。

确定每齿进给量f a ：查表知当使用YT15铣床功率为7Kw 时，

z mm a f /18.0~12.0=。这里取 z mm a f /15.0=。

确定铣削速度v 和每秒钟进给量f v

查表确定当 mm d 1000= mm a p 5≤ z mm a f /24.0≤时

s m v c /8.2= z mm a f /15.0=

min /535100

14.3608.210001000r d v n =?÷?==π 查表确定 min /600r n c =

因此实际铣削速度和每齿进给量

s m n

d v c /14.360

100060010014.310000=???==π s mm z n a v c f fc /1260860015.0=??=

= （2）粗、精镗φ55孔

1）粗镗φ55孔：

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选择切削用量 确定切削深度 p a ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成，因此取

mm a p 2.2=。

确定进给量 f ：查表确定进给量为r mm f /2.0=

确定切削速度v 和每秒钟进给量s f

查表选取切削速度

s m v c /5.2=

min /67.91852

14.3605.210001000r d v n =???==π 查表确定 min /1000r n c =

因此实际切削速度和每齿进给量

s m n

d v c /72.260

100010005214.310000=???==π 工作台每分钟进给量 m in /20010002.0mm fn f m =?==

工作台每秒进给量 s mm f f m s /33.360/20060/===

2）粗镗φ55孔：

选择切削用量

确定切削深度 p a ：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成，因此取

mm a p 8.0=。

确定进给量 f ：查表确定进给量为r mm f /15.0=

确定切削速度v 和每秒钟进给量s f

查表选取切削速度

s m v c /18.3=

min /1.11212

.5414.36018.310001000r d v n =???==π 查表确定 min /1000r n c =

因此实际切削速度和每齿进给量

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s m n

d v c /84.260

100010002.5414.310000=???==π 工作台每分钟进给量 m in /150100015.0mm fn f m =?==

工作台每秒进给量 s mm f f m s /5.260/15060/===

（3）铣断

选择切削用量

查表选取 铣削深度 mm a p 4=

进给量 z mm a f /03.0=

确定铣削速度v 和每秒钟进给量s f

查表选取 铣削速度 min /55m v c =

min /175100

14.35510001000r d v n =??==π 由机床选 min /190r n c =

因此实际切削速度和每齿进给量

s m n

d v c /78.060

100015010014.310000=???==π s mm z n a v c fc fc /660/1508003.0=??==

2.4.4 确定工时定额

（1）粗、精铣拨叉叉口两侧面

1）粗铣拨叉叉口两侧面：

查表知 mm a 60=ε

计算基本工时：

被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mm l 75=

刀具其切入长度 mm a d d l 19)3~1()(5.022

001=+--=ε

刀具其切出长度 mm l 22=

走到次数为1

所用时间 s v l l l t f m 48.1312.72197521=++=++=

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2）精铣拨叉叉口两侧面：

计算基本工时：

被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mm l 75=

刀具其切入长度 精铣时 mm l 1001=

刀具其切出长度 mm l 22=

走到次数为1

所用时间 s v l l l t f m 75.1412

21007521=++=++= 所以铣削拨叉叉口侧面的总机动时间为 s t 59.2875.1484.13=+=

（2）粗、精镗φ55孔

1）粗镗φ55孔：

计算基本工时：

被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mm l 12=

刀具其切入长度 mm l 41=

刀具其切出长度 mm l 22=

走到次数为1

所用时间 s v l l l t f m 6.6200

60)2412(21=?++=++=

2）精镗φ55孔：

计算基本工时：

被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mm l 12=

刀具其切入长度 mm l 61=

刀具其切出长度 mm l 22=

走到次数为1；

所用时间 s v l l l t f m 85.2261221=++=++= 所以镗φ55孔的总机动时间为 s t 6.1486.6=+=

（3）铣断

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被切削层长度：由毛坯尺寸可知 mm l 75=

刀具其切入长度 mm l 521=

刀具其切出长度 mm l 22=

走到次数为1

所用时间 s v l l l t f m 5.216

2527521=++=++=

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第3章 专用机床夹具设计

3.1 定位方案的确定与定位元件的选择

在进行叉口侧面加工的时候，25φ孔已经加工出来，因此工件选用25φ孔与顶面作为定位基面。选用25φ孔与25φ孔左端面作为定位基面来限制五个自由度，再以大头孔的一侧面作为定位基面，来限制工件的一个自由度。达到完全定位。采用一面两销定位方式定位，定位元件包括：长圆柱销、支撑板、支撑钉。

3.2 夹紧方案的确定与夹紧机构的设计

根据夹紧力方向的原则

（1）夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置。

（2）夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；

（3）夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。

根据夹紧力作用点的原则

（1）夹紧力的作用点应正对夹具定位支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转；

（2）夹紧力的作用点应在工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理布局夹紧点位置等措施来实现；

（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减小工件的夹紧力，防止加工过程产生振动。

根据以上原则，为了使夹具结构简单，便于操作，降低成本，提高夹具性价比。且夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用联动夹紧机构。

手动转动联动机构的手柄，通过联动机构带动压板和浮动支撑板来夹紧工件。之后利用三面刃圆盘铣刀铣削。经检验，此夹具设计合理，使用方便，生产效率高，夹具设计图如图2所示：

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图 2 夹具装配图

3.3 对刀装置的选择

对刀装置有对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。

根据查表确定，选用直角对刀块，结构如图3所示：

图 3 对刀块结构图

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根据夹具装配要求，选用平塞尺，其结构如图4所示：

图4平塞尺结构图

3.5 夹具体结构设计

夹具体是机床夹具设计的主要零件，是工件加工的重要组成部分，对CA6140车床加工拨叉的夹具体设计如图5所示：

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图 5 夹具体结构图

3.4 切削力及夹紧力的计算

铣削力计算公式为：

圆周分力 fz f p z K Zd a a a F 0.100.174.09.04.5481.9-?=ε

式中： mm a e 05.0= mm d 1000= 8=z z mm a f /2.0=

mm a p 2= 06.1=fz K

计算得 N F z 33.1284=

查表可知铣削水平力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：

4.0/=E L F F 9.0/=E V F F 53.0/=E X F F

所以 N F F E L 73.51333.12844.04.0=?==

N F F E V 89.115533.12849.09.0=?==

N F F E X 69.68033.128453.053.0=?==

当用两把铣刀同时加工时铣削水平分力

N F F L L 46.102773.51322'

=?==

加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力来平衡。

μ.'F F L =

所以 N F F L 86.34243

.046.1027'===μ 取安全系数k=2，则所需夹紧力N k F F L 73.684986.34242.'=?==

通过联动装置产生的夹紧力 '

L F F >

此时已大于所需的夹紧力，故本夹具可安全工作。