CA6140车床拨叉831003 夹具设计说明书

课程设计说明书

设计题目:设计“CA6140车床拔叉”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（大批生产）

设计者XXX

指导教师XXX

前言

通过所学的专业课知识（《公差与配合》、《工程材料》、《机械原理》、《机械设计制造》、《机械制造技术基础》等）和金工实习使我们对机械设计制造有了一定的感性和理性认识。这次机床工艺及夹具设计让我们对所学的专业课得以复习、巩固和应用。是理论和实践相结合的有效手段。不仅为大四的毕业设计做准备，而且为以后的工作打下一定的基础。

在这次设计中，我们主要设计C6140拨叉的夹具。在设计中阅读大量的参考资料并且得到老师的指导由于能力有限在设计中难免有不足之处，恳请各位老师、同学批评指正。

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目给定的零件是C6140拨叉（见附图1）它位于车床变速机构中，主要其换挡作用。通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不同的齿轮啮合从而达到要求的主轴转速。宽度为30mm的面的尺寸精度要求很高，在拨叉工作工程中，和如果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正确有效的啮合。从而影响整个传动系统的工作。所以拨叉宽度为30mm的面和槽之间要达到很高的配合精度。

（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，及Φ25mm花键底孔两端的2×75°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

（一）确定毛坯的制造形式

此次所设计的拨叉材料为HT200，根据材料成型工艺可知用金属型铸造。该零件能够承受较大载荷和冲击载荷，能够满足使用要求。因为生产纲领为大批量生产。因为零件形状简单故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，可不铸出。

毛坯零件图见附图2。

（二）基准面的选择

1、粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于拨动滑移齿轮的右端面。所以以Φ40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合，所以选择零件的左端面为精基准。

（三）制定工艺路线

工艺路线方案一：

工序一：铸造毛坯；

工序二：粗、半精铣左端面C面，

工序三：钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×75°倒角；

工序四：拉花键Φ25H7

工序五：粗、半精铣底面D面；

工序六：钻配作孔、螺纹孔；

工序七：粗、半精铣槽；

工序八：去毛刺；

工序九：终检，入库。

工艺路线方案二：

工序一：铸造毛坯；

工序二：粗、半精铣左端面C面，

工序三：终检，入库。

工序四：拉花键Φ25H7

工序五：粗铣底面D面及18H11槽；

工序六：半精铣底面D面及18H11槽；

工序七：钻配作孔、螺纹孔；

工序八：去毛刺；

工序九：钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×75°倒角；

比较两种工序加工方案，考虑到加工过程中粗精铣同一面可用同一夹具和刀具，为了减少换夹具及刀具的时间，缩短加工工时提高加工效率，故采用第一种加工方案。

（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定：

=220MPa，HBS=157。

C6140拨叉材料为HT200毛坯质量为0.84kg，δ

b

根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。

根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。

选取公差等级CT由《机械制造技术基础课程设计指南》中表5-1可查得毛坯件的公差等级为8~10级，，取为10级。

求铸件尺寸公差根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由《机械制造技术基础课程设计指南》中表5-3可查得尺寸公差为CT=3.2mm 求机械加工余量由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-5查得机械加工余量等级范围为D~F，取为E级

求RAM（要求的机械加工余量）对所有的加工表面取同一数值，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-4查得最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为E级，得RAM数值为0.7mm。

求毛坯尺寸2-M8通孔和Φ5锥孔较小铸成实心；C、Ｄ面单侧加工，应由《机械制造技术基础课程设计指南》式5-2求出，即：

R=F+RAM+CT/2=80+0.7+3.2/2=82.3mm

D面为单侧加工，毛坯尺寸由机械制造技术基础课程设计指南》式5-1求出，即：

R=F+RAM+CT/2=72+0.7+3.2/2=74.3mm

为了简化铸件的形状取R＝75mm

铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表：

1、C面的单边总加工余量为Z＝2.3mm。查《机械制造技术基础课程设计指

南》表5-49精加工余量故粗加工余量为Z＝1.3m

2、D面精加工余量同C面Z＝1mm故D面粗加工余量Z＝2mm

3、花键孔

要求以花键外径定心，故采用拉削加工

φ。由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-42却定孔内空尺寸为12

22H

的加工余量分配：

钻孔：φ20mm

扩孔：φ22mm

φ*6H9)

拉花键孔(6-φ25H7*12

22H

4、铣18H11槽

由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-41查得粗铣后半精铣宽度余量Z ＝3mm粗铣后公差为+0.18～+0.27半精铣后公差为+0.11（IT11）

（五）确定切削用量及基本工时

工序一：铸造毛坯

工序二：粗、半精铣左端面75×40面即C面。

一、粗铣面75×40面

1、背吃刀量的确定

因为切削余量较小故一次切削就可切除所有余量故a10=z=1.3mm。2、进给量的确定。

选用硬质合金端铣刀刀具材料为YG6铣刀直径为8mm齿数为10，选

用X5032，立式升降台铣床，功率为7.5KW。由《实用机械加工工艺

手册》表11－92可查得每齿进给量f z＝0.14～0.24mm取f z＝0.2mm/z 3、铣削速度的确定。

由《实用机械加工工艺手册》表11-94可查得灰铸铁的硬度为150～

225HBS ，查得Vc=60~10m/min 。则主轴转速为n ＝1000Vc/πD ＝238.8～437.9r/min 。V f ＝f z Zn ＝477.6～875.6r/mm 。故取n ＝300r/min ，V f ＝480mm/min 。 切削工时： 由《切削用量简明手册》表3.26可查得入切量及超切量Y+?=12mm 。故

t ＝f

V Y L ?

++

＝

480

12

75+ ＝0.18mim 。

二、 精铣75×40面 1、 背吃刀量的确定

由《实用机械加工工艺手册》表6-30查得半精铣的铣削用量为1mm ，即a p ＝1mm 。

2、 进给量的确定

选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由《实用机械加工工艺手册》表11-92要求表面粗糙度为3.2查得每转进给量为0.5～1.0故取0.5mm/r

3、 铣削速度的确定

由《实用机械加工工艺手册》查得铣削速度为60～110m/min 则机床主轴转速n ＝1000Vc/πD=238.8~437.9r/mim 取n ＝300r/min ，则V f ＝150mm/min 。

4、 计算切削工时

由《切削用量简明手册》表3.26查得入切量和超切量Y+?＝12mm 。则

t ＝f

V Y L ?

++

＝

150

12

80+ ＝0.61mim

工序三 钻Φ22花键底孔，扩花键底孔Φ22倒2×75o 倒角

1、 钻Φ20的孔。

1） 决定进给量

由《切削用量简明手册》表2.7选择高速钢麻花钻头其直径d o ＝20mm 。

铸铁的硬度大于200HBS 查得进给量f=0.43~0.53mm/r 由于Y d ＝80/20＝4查得修正系数K tf ＝0.95则f ＝0.41～0.50mm/r 。

由《切削用量简明手册》表2.8可查得钻头强度允许的进给量为f ＝1.75mm/r 。

由《切削用量简明手册》表2.9可知机床进给机构强度所允许的钻削进给量。

选用Z525钻床由表2.35查得进给机构允许的最大抗力Fmax ＝8830N ，d o ≤20.5，查f ＝0.93mm/s ，故取f ＝0.48由《切削用量简明手册》表 2.19查得高速钢钻头钻孔的轴向力F ＝5510N 小于Fmax ，故可用。

2） 确定钻头的磨钝标准及寿命。

由《切削用量简明手册》表 2.12查的钻头后刀面最大磨损量取0.6mm ，寿命为T=15mim 。

3） 确定切削速度 o

d v n π1000

= 20

*14.318

*1000=

＝286.6r/min

由《切削用量简明手册》表2.35取n ＝272r/min 则实际切削速度

Vc ＝1000

Dn π＝100014.3*20*272＝17.1 m/min 。

4）检验机床扭矩及功率

由《切削用量简明手册》表2.20可查得f ≤0.5 mm/r 时，Mc ＝76.81Nm 。当n c ＝272r/min 时由《切削用量简明手册》表2.35可查得Mm ＝144.2Nm 。

由《切削用量简明手册》表2.23查得Pc ＝1.1 kw 。Pe ＝2.6×0.81＝7.76 kw 。 因为Mc ≤Mm ，Pc ≤Pe ，故所选切削用量可用。 f ＝0.48mm/r ，n ＝n c ＝272r/min 。Vc ＝17m/min 。 计算基本工时：

t m ＝

nf

L 由《切削用量简明手册》表2.29查得入切量与超切量分别为10mm 和10mm 。故：

t m ＝nf

L ＝48.0*2721080+＝0.69 mim 。 二、扩φ20孔。

1、确定背吃刀量

由《切削用量简明手册》查得背吃刀量为2mm 。 2、确定进给量

由《切削用量简明手册》查的f ＝0.6～0.7mm/r 。根据机床说明书取f ＝0.62mm/r

3、计算切削速度

1.17*31~2131~21??

?

??=??? ??=Vn V

＝5.7～8.5 m/min

由此可知主轴的的转速为：

n ＝82.5r/min

根据机床说明书取n ＝140r/min ，则实际切削速度

v ＝1000

140V π＝9.67 m/min

4、计算切削工时

由《切削用量简明手册》表2.5可查得Kv ＝30～60，取Kv ＝45。 由《机械加工工艺手册》表3.5.1查得t m ＝

fn

L L L 2

1++，式中各参数：L=80mm ，L 1＝1.707～2.107，取L 1＝2mm 。 故

t m ＝0.8min

工序四 拉花键孔

由《机械加工工艺手册》表4.1-42拉刀的齿开量查得矩形花键拉刀，工件材料铸铁的齿开量为0.04～0.1mm ，取齿开量为0.06mm 。拉削速度由《机械加工工艺手册》表4.1－65查得表面粗糙度要切Ra ＝1.25～2.5，拉削速度为 级的花键拉削速度为

Vc ＝4.5～3.5 m/min 取Vc ＝3 m/min 拉削级别由《机械加工工艺手册》表4.1－66查得。 拉削加工工时 t ＝

z

vf k

L Z z b 1000η

式中Z b 为单面余量Z b ＝

2

22

25-＝1.5 mm L 为拉削表明长度 L ＝80 mm

η为拉削系数，取η＝1.2

K 考虑机床返回行程系数取 k ＝1.4 v 为拉削速度

f z 为拉刀单面齿开量

z 为拉刀同时工作齿数z ＝L/P

P 为拉刀齿距 P ＝（1.25~1.5）80＝1.3580 ＝12 mm 所以拉刀同时工作齿数为

z ＝L/P=80/12≈7 所以

t ＝7

*06.0*3*10004

.1*2.1*80*5.1

＝0.16 min

工序五 粗、精铣80×30面

一、粗铣80×30面 1、加工余量的确定

由前面可知粗加工加工余量为2 mm ，加工余量较小故采用一次切削故a p ＝2 mm 。

2、切削用量的确定 由《机械加工工艺手册》表2.1－20选择高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm 齿数为3。

由《机械加工工艺手册》表2.1－96查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为a w ＝d o /4，铣刀的铣削速度为v ＝18.29m/min ，每齿进给量为0.063～0.102 mm/z 则主轴转速为

n ＝nD v

π1000=358.3~577.2 r/min

取n ＝460r/min ，由此可得V f ＝zn f z ＝0.09×3×460 ＝124.2 mm/min 3、铣削加工工时的计算

由《机械加工工艺手册》表2.1－94可查得 t ＝i v l l Lw f

2

1++ 式中

i 为次给次数i ＝

≈4

30

o d 8 1l ＝0.5d o +（0.5～1.0）＝9 mm 2l ＝1～2 mm 取2l ＝2 mm 则

t ＝

2

.1242

980++＝5.86 min

精铣 80×30面

1、加工背吃刀量a p 的确定

由前面可知道精铣的加工余量为1 mm ，故a p ＝1 mm 2、进给量的确定

由《精铣加工工艺手册》表2.1－72查得高速钢立铣刀直径为16 mm ，选用与粗铣时同一铣刀和机床。

铣削宽度为a w ＝3 mm 是的每齿进给量为0.08～0.05 mm/z ，因为表精度要求较高故f z ＝0.06 mm/z 3、切削用量的确定

由《机械加工工艺手册》表2.1－75查得铣刀磨钝标准查得后刀面最大磨损限度为0.2～0.25 mm 。

由《机械加工工艺手册》表2.1－76限度寿命查得限度寿命T=60min 。由《机

械加工工艺手册》表2.1-92查得Vc ＝22 m/min ，则铣床的主轴转速：

n ＝o

d v

n π1000=

＝437.9 r/min 取n ＝460 r/min 。

则V f ＝f z *z*n ＝0.06*3*460 =82.8 mm/min 4、计算铣削加工工时

由上面可知

t ＝i v l l Lw f

2

1++ 式中

w l 、1l 、2l 与上述所相同。

i ＝30/3＝10

将各参数代入上式可得：

t ＝8

.822

980++×10

＝11 min 工序六 钻两M8底孔及攻螺纹 1、选择切削用量

选择高速钢直柄麻花钻直径为Φ7，钻头形状为双锥修磨横刃。由《切削用量简明手册》表2.7查得进给量f ＝0.36～0.44mm/r ，由《切削用量简明手册》表2.83和钻头允许的进给量确定进给量f ＝0.86mm/r 。由《切削用量简明手册》表2.9机床进给机构所允许的钻削进给量查得f ＝1.6mm/r 。故由Z525型立式钻创说明书取f ＝0.36mm/r 。 2、确定钻头磨钝标准及寿命

由《切削用量简明手册》表2.12查得磨钝标准为0.5～0.8寿命为T ＝35min 。 3、确定切削速度

由《切削用量简明手册》表2.15查得切削速度为V ＝18m/min 。则主轴转速为

n ＝D

v

π1000＝818.9 r/min 。

由Z525钻床说明书由就近原则取n ＝680 r/min 。故实际切削速度为v ＝14.9 m/min

4、校核机床扭矩及功率

由《切削用量简明手册》表2.20查得

F y Z o

F f k f

d C F F

F

= M y Z o M K f

d C Mc M

M

=

d

McVc

Pc 30=

F C =420, F Z =1 F y ＝0.8，M C =0.206, M Z 2.0, M y =0.8 f F ＝420×72×0.360.8×1

＝1298.3 N

Mc ＝0.206×72×0.360.8×1＝4.5 Nm

Pc ＝7

*309

.14*415＝0.32 KW

根据Z525机床说明书可知Mm=42.2 Nm, Pe=2.8*0.81=2.26 KW, Fmax=8830 N 由于上面所算出的的数据都小于机床的各个相应的参数，故机床符合要求。 5、计算钻削加工工时

由《切削用量简明手册》表2.29查得入切量和超切量y ＋?的值为6 mm 。故 t ＝

nf

y L ?

++＝680*36.0610+ ＝0.07 min

因为表面存在俩加工孔故加工工时为T=2t ＝0.14 min 。 二、攻M8螺纹

由《机械加工工艺手册》表7.2-4选用M8细柄机用丝锥，在普通钻床上攻丝。 由《机械加工工艺手册》表7.2-13在普通钻床上攻丝切削速度表查得Vc ＝11～12 m/min 。故钻床主轴的转速为：

我n ＝D

Vc

π1000＝437.9 ～477.7 r/min

由Z525的说明书的参数可取n ＝392 r/min 。故实际切削速度为 Vc ＝9.8 mm/min 攻螺纹机动实际的计算

我t m ＝????

?

?+?++1111n n p l l 其中：l ：工件螺纹的长度l ＝10 mm 。 1l ：丝锥切削长度1l ＝22 mm 。

?：攻螺纹是的超切量?＝（2～3）P 取?＝3。

n ：攻螺纹是的转速n ＝392 r/min 。 1n ：丝锥退出时的转速1n ＝680 r/min 。

P:螺距。

工序七 铣18H11的槽 一、粗铣18H11槽

1、选择与加工80×30平面同一规格的铣刀，同一铣床。

因为槽深为35 mm 故铣18H11槽时底边留有5 mm 的加工余量，精铣以达到图纸所规定的表面粗糙度的要求故a p ＝30 mm 2、切削用量的确定

由《机械加工工艺手册》表2.1-96查得切削速度为

V ＝18～29 m/min

每齿进给量为f z ＝0.063～0.102 mm/z 取f z ＝0.09 mm/z 。则铣床主轴转速为

n ＝D

V

π1000=358.3～577.2 r/min

根据机床说明书可取n ＝460 r/min 。则实际转速为 V f ＝f z nz ＝0.09×3×460 ＝124.2 mm/min 3、切削加工工时

由《机械加工工艺手册》表2.1-99查得 i V l l l t f w m 2

1++=

＝

2

.1242

940++

＝0.82 min 二、半精铣18H11槽

1、选取与粗铣18H11槽同一规格的铣刀，背吃刀量a p ＝5 mm 。

2、确定进给量

由《机械加工工艺手册》表2.1-72查得每齿进给量为f z ＝0.05～0.08 mm/z 取f z ＝0.06 mm/z 。

由《机械加工工艺手册》表2.1-75查得后刀面最大磨损限度为0.22～0.25 mm 。由表2.1-76查得铣刀寿命为T ＝60 min 3、切削用量的确定

由《机械加工工艺手册》表2.1-92查得V ＝22 m/min ，则主轴转速

n ＝D

V

π1000=437.9 r/min

根据机床的说明书确定主轴转速为n ＝460 r/min 。 则V f ＝f z nz ＝82.8 mm/min 4、计算切削工时

由《机械加工工艺手册》表2.1-99查得

i V l l l t f

w m 2

1++= 2*8

.822

940++=

＝1.2 min

三、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。经分析决定设计第七道工序铣18H11槽的铣床专用夹具。

一、问题的提出

本夹具用来铣18H11槽，该槽相对于花键孔中心有一定的技术要求。因此在本道工序加工时，在考虑零件的技术要求的前提下降低劳动强度提高劳动生产率。

二、夹具设计

1、定位基准的选择

由零件图知，18H11槽的两边相对于花键孔中心线有垂直度要求，其设计基准是花键孔中心线，为了使定位误差为零，故选择以花键孔中心线为主要定位基准，所以由定位其准不重合引起的误差为零。

2、.夹紧机构

根据零件的定位方案、加工方法、生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用螺旋夹紧机构，通过拧紧夹紧螺母7使工件夹紧，有效提高了工作效率。手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。

3.对刀装置

采用直角对刀块对刀，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）

4.夹具与机床连接元件

夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。

5.使用说明

安装工件时，先将工件花键孔装入定位心轴，安装开口垫圈，用夹紧螺母拧紧，夹紧工件。

6. 结构特点

该夹具结构简单，操作方便，容易铸成，加工定位方便。

参考文献：

1、艾兴肖诗纲《切削用量简明手册》机械工业出版社

2、王光斗王春福《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社

3、孟宪栋刘彤安《机床夹具图册》机械工业出版社

4、冯道《机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册》机械工业出版社

5、吴宗泽罗盛国《机械设计课程设计手册》高等教育出版社

6、《机械加工工艺手册》机械工业出版社

7、陈铁鸣《机械设计》哈尔滨工业大学出版社

8、《机械加工工艺手册》1、2卷主编王先逵机械工业出版社

9、《实用机械加工工艺手册》主编陈宏钧机械工业出版

10、《机械加工工艺手册》主编李洪北京出版社