车床拨叉(钻扩φ22孔)课程设计夹具设计说明书

机械制造技术基础

课程设计说明书

设计题目：制定CA6140车床拨叉的加工工艺，设计钻φ22孔的钻床夹具

设计者：

指导教师：

.

目录

机械自造工艺及夹具课程设计任务书 (3)

序言 (4)

零件的分析 (4)

零件的作用 (4)

零件的工艺分析 (4)

工艺规程设计 (5)

确定毛坯的制造形式 (5)

基准面的选择 (5)

制定工艺路线 (5)

机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (6)

确定切削用量及基本工时 (7)

夹具设计 (12)

问题提出 (12)

夹具设计 (12)

参考文献 (13)

机械自造工艺及夹具课程设计任务书

设计题目：制定CA6140车床拨叉的加工工艺，设计钻φ22孔的钻床夹具

设计要求：中批量生产手动夹紧通用工艺装备

设计时间：2006.9.11~2006.9.29

设计内容：1、熟悉零件图；

2、绘制零件图（一张）；

3、绘制毛坯图（一张）；

4、编写工艺过程卡片和工序卡片（各一张）；

5、绘制夹具总装图；

6、绘制夹具零件图；

7、说明书

班级：机械03-1 班

学生：

指导教师：

系主任：

年月日

序 言

机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专业课后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。

由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。

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。它位于厢体内部：主要作用是传递纽距，帮助改变机床工作台的运动方向。零件在主视方向均有8mm 的筋板

支撑，零件中部有0220025。+φ的花键孔，上平面分别有M8的螺纹孔和5mm 的锥孔.,所有技术要求都是为了机床总体装配.。

(二)零件的工艺分析：

本零件可从零件图中可知,它有三组加工面,而有位置要求,还有两组孔,也有位置和精度要求。

1、零件左端面，它是毛坯铸造出来之后等待加工的第一个面，此面将作为初基准，表面粗糙度为 3.2。根据表面粗糙度要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，即节省时间又能达到技术要求。

2、零件顶面，它是以底面为粗基准而加工的，它将作为精基准以完成以后的孔加工，为达到题目要求我们采取粗铣、半精铣的加工方式，表面粗糙度为3.2。.最终达到要求。

3、以顶面为基准加工0220025。+φ的花键孔，此面表面粗糙度为6.3。采用钻，

扩即达到要求。

4、18mm 的槽加工，此槽侧面粗糙度为3.2，底面粗糙度为6.3即采取粗

铣、半精铣，两步工序能达到要求。

5、加工M8螺纹孔，由《机械加工工艺手册》查知底孔为φ6.7，考虑到

工艺要求我们采取钻、攻丝两步工序。

6、加工M5锥孔，由《机械加工工艺手册》查知.配钻方式加工。在加工

的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。

由以上工艺过成的完成，本零件也按要求加工完成。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式。

由零件要求可知，零件的材料为HT200，考虑到本零件在具体工作的受力

情况，我们选择砂型铸造，足以满足要求，又因为零件是中批量生产，所以选择砂型铸造是提高效率节省成本的最佳方法。

（二） 基准面的选择

基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可

以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。

粗基准的选择对于本拨叉来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以出

加工的表面为粗基准，本零件正好符合要求，对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题

目我们以0210025。+φ的孔为精基准，基本满足要求。

（三） 制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，是应该使两件的几何形状、尺寸精度及位置精度

等技术要求得到妥善保证，在生产纲领一确定成批生产的情况下，我们尽量集中工序，除此之外我们还应该考虑经济效益，工艺简单工序集中，尽量降低成本。

工艺路线方案：

工序：1/、铸造；

2/、时效处理；

3/、粗铣、半精铣左端面；

4/、粗铣、半精铣顶面；钻、扩22φ孔；

5/、钻、扩22φ孔；

6/、车26φ倒角

7/、拉花键孔；

8/、铣18mm 槽；

9/、钻M8底孔φ6.7、攻丝M8，配钻M5锥孔

10/、去刺

11/、检验。

（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“拨叉”零件的材料为HT200，硬度HB170—200，毛坯重量约为1kg,生产类型为成批量生产，采用砂型铸造，13级精度以下。（批量生产）

根据上述原始资料及加工工艺，分别对个加工表面的机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸确定如下：

1．零件端面：

此面是粗基准，是最先加工的表面，由《机械加工工艺设计实用手册》表6-92及公式（6-16）计算底面加工余量。

e=C 15.02

.0max A A

式中 e ——余量值；

A m a x ——铸件的最大尺寸；

A ——加工表面最大尺寸；

C ——系数

e=0.55×?2.08015.075=2.5mm

满足《机械加工工艺设计实用手册》表6-93的要求。

2． 顶面.30—80面：

因为表面粗糙度要求高，根据零件图中可以看出加工余量为 e=3mm 满足《机械加工工艺设计实用手册》表6-93的要求。

3、中间22φ孔

毛坯为实心，不冲出孔，孔精度为IT7—IT8之间，根据《机械加工工艺设计实用手册》确定尺寸和余量。

钻孔：φ20

扩孔：φ22 e=2mm

4、φ25 花键孔

以φ22孔为基准拉孔 e=3mm

5.铣18mm 槽

毛坯为实心，不冲出孔，根据《机械制造工艺手册》查知e=18mm

6、M8螺纹孔

毛坯为实心，不冲出孔，根据《机械制造工艺手册》查知M8底孔为6.7为零件满足要求确定尺寸余量如下。

钻M8底孔φ6.7；

攻丝M8； e= 1.3mm

.

（五） 确定切削用量及基本工时

1、工序Ⅲ：铣端面

a/加工条件：机床：X62W 卧式铣床

刀具：高速钢圆柱铣刀 GB1106-85

其中d=80mm, L=82mm , l=22mm

b/计算切削用量：p a =2.5mm

由《机械加工工艺手册》表15.53可知：

f=r mm z a f /2.1620.0=?=?

由《切削用量手册》表9.4-8可知：

v t =0.34m/s n t =1.35r/s v ft =1.70m/s

各休整系数为Kmv=Kmn=Kmf=0.69

Ksv=Ksn=Ksf=0.8

所以有 V=8.069.034.0??=0.19m/s

V=8.069.035.1??=0.75r/s

V=8.069.070.1??=0.94mm/s

由X62W 机床取 n t =0.792r/s=47.5r/min v fc =1.0mm/s

所以实际切削速度 v=01000

d n π=0.20m/s=12m/min a fc.=0.21/fc c v mm z n z .

确定主轴转速：l 1+l 2=17mm l=75mm

n=0

100d v π=7r/s=420r/min 切削工时： 1292 1.53min m w l l l t s n f

++=

== 2、工序Ⅳ：铣20+10平面

加工条件：机床：X52K 立式铣床

刀具：高速钢立铣刀 其中d=32mm, z=6 .

计算切削用量：p a =3mm

由《机械加工工艺实用手册》表15-52 a f =0.08mm/z

由《机械加工工艺实用手册》表15-55 v=0.3m/s=18m/min

w

s d v n π1000==1000183.1432??=3r/s(179r/min) 按机床选取： s r r n /67.4min /280==ω

3.1432 3.170.317/10001000

d n v m s ωωπ??===实际∴ 切入 mm l 101= 切出 mm l 22= l=80mm

1.52/f f v a zn mm s ==.

切削工时： 12180102 1.01min 1.52m f l l l t v ++++=

== 3、工序Ⅵ 钻，扩φ22孔

(1) 钻φ20孔

a/加工条件：机床：Z525立时钻床.

.

刀具：麻花钻 其中d=20mm,

.b/计算切削用量：p a =20mm

由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：

.f=0.36mm/r v=0.35m/s

.

确定主轴转速： n=0

1000v d π=.334r/min . 按机床选取： 392/min w n r =

实际机床选取： v=

0.41/1000n m s πα=

切入 15l mm = 切出 23l mm = l=80mm

切削工时： 120.62min m w l l l t n f ++=

=+. （2）扩φ22孔

a/加工条件：机床：Z525立时钻床.

.

刀具：扩孔钻 其中d=22mm,

.b/计算切削用量：p a =2mm 由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：

.f=0..81mm/r v=0.14m/s

确定主轴转速： n=0

1000v d π=.121.5r/min . 按机床选取： 140/min w n r =

实际机床选取： v=0.16/1000

n m s πα= 切削工时： 120.78min m w l l l t n f

++==. 4、拉花键孔 1.580 1.2 1.40.13/10001000 3.60.067

n s z z lyr n m s vf z ????===???? 5. 铣18mm 槽

a/加工条件：机床：x62w 卧式铣.床.

.

刀具：直齿三面刃铣刀 其中d=80mm, z=18

b/计算切削用量：p a =18mm 由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-55可知：

.a f =0..20mm/z v=0.3m/s

确定主轴转速： n=

01000v d π=71.6r/min . 按机床选取： 75/min w n r =

实际机床选取： v=0.314/1000

n m s πα= 切削工时： 12 1.16min m w l l l t n f

++==. 6. 钻M8螺纹孔

(1) 钻M8螺纹底孔φ6.7孔.

a/加工条件：机床：Z525立时钻床.

.

刀具：麻花钻 其中d=6.7mm,

.b/计算切削用量：p a =6.7mm

由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：

.f=0.13mm/r v=0.35m/s

.

确定主轴转速： n=0

1000v d π=.998r/min . 按机床选取： 960/min w n r =

实际机床选取： v=0.34/1000

n m s πα= 切入，切出 l 1.+l 2=4mm l=11mm

切削工时： 120.12min m w l l l t n f

++=

=+. (2) 攻丝M8

a/加工条件：机床：Z525立时钻床.

.

刀具：机用丝锥 其中d=8mm,

.b/计算切削用量：p a =1.3mm

由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-37可知：

.f=1mm/r v=0.12m/s

.

确定主轴转速： n=0

1000v d π=286r/min . 按机床选取： 272/min w n r =

实际机床选取： v=0.11/1000

n m s πα= 切入，切出 l 1.+l 2=4mm l=11mm

切削工时： 120.06min m w l l l t n f

++=

=+...

3 钻扩Φ22+0.28㎜工序夹具设计

3.1 任务的提出

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

经过与指导老师协商，决定设计第3道工序——钻、扩花键底孔的立式钻床夹具。本夹具将用于Z525立式钻床。刀具为高速钢麻花钻头，来对工件进行加工。

本夹具主要用来钻扩Φ22+0.28㎜，由于采用高速钢麻花钻头，一次切削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度．

3.2 定位方案及定位装置的设计计算

3.2.1定位方案的确定

根据加工工序及零件图可知，要加工Φ22+0.28㎜，要确保所加工的孔和毛坯圆柱的同轴度问题，即定心。

在垂直于加工方向上，不能产生移动和转动。沿加工方向上，由于Φ40外圆有一部分与肋板相交，不为规则外圆柱面，形状特殊，所以也得限制其沿加工方向的移动和转动。最终采取的定位方位为工件以Φ40外圆柱面和端面A定位基准，在V形块和支撑板上实现五点定位。用快速螺旋夹紧机构推动V形块压头夹紧工件。满足六点定位原理，限制了工件6个自由度，属于完全定位。

3.2.2定位元件及装置设计

定位元件的选择，包括其结构尺寸形状及布置形式等，主要决定于工件的加工要求、工件定位基准和外力的作用状况。

根据加工工序和零件图可知，以外圆柱面定位采用固定V形块，其对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，并且安装方便。选用活动V形块，可用于夹紧机构中，起到取消一个自由度的作用。用支承板对端面A底面定位。支承板用螺钉紧固在夹具体上。但考虑到加工工序，采用两块扇形支承板同心相对固定。装配后，应磨平工作表面，以保证等高性。

3.2.3定位误差的分析计算

使用夹具时，加工表面的位置误差与夹具在机床上的对定及工件在夹具中的定位密切相关。由于工件定位所造成的加工表面相对其工

序基准的位置误差成为定位误差。在加工时，夹具相对刀具及切削成形运动的位置，经调定后不再变动，因此可以认为加工表面的位置是固定的。在这种情况下，加工表面对其工序基准的位置误差，必然是工序基准的位置变动所起的。所以，定位误差也就是工件定位时工序基准（一批工件的）沿加工要求方向上的位置的最大变动量，即工序基准位置的最大变动量在加工尺寸方向上的投影。 根据《金属切削机床夹具设计手册》表3-1,“V 形块的尺寸及定位误差的计算”可知，常用的V 形块工作角度为90°。

由定位误差公式

)(707.0d D y -?=?

（其中D —定位圆直径的中间尺寸，d —定位圆直径的最小值） 得099.0=?y ㎜

3.3 引导元件设计

引导装置是在钻、镗类机床上加工孔和孔系时做刀具导向用。借助于引导元件可提高被加工孔的几何精度、尺寸精度以及孔系的位置精度。应此选择可换钻套，其便于磨损后快速更换。根据《机床夹具设计手册》图2-1-46可知可换钻套具体参数。

3.4 夹紧方案及装置的设计计算

3.4.1夹紧方案的确定

为了保证在切削力、离心力、惯性力等外力的作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠地夹紧。

通过活动V 形块连接到快速螺旋夹具机构上，可是工件保持既定位置，即在切削力的作用下，工件不应离开定位支承。

3.4.2夹紧力大小的分析计算

根据《机床夹具设计手册》表1-2-7可知，用高速钢刀具钻削材料为灰铸铁（190HBS ）直径为Φ22+0.28㎜的孔的切削力计算公式为 p x K Ds P 8.0419=

切削扭矩计算公式为

P K s D M 8.0221.0=

D —钻头直径，22㎜

s —每转进给量,0.81㎜/r

p K —修正系数，0.9

计算出N P x 18.7009=，m N M ?=28.77

根据《机床夹具设计手册》表1-2-11可知，工件以外圆定位中，V 形块定位V 形块夹紧的实际所需夹紧力计算公式为

防止工件转动：

防止工件移动：

1

22sin

μα

R M K W k ??=

K —安全系数，6543210K K K K K K K K =（2.110==K K ,3.14=K ,其余为1.0）

1μ—工件与V 形块间的圆周方向摩擦系数，查表1-2-12取0.2 2μ—工件与V 形块间的轴向摩擦系数, 查表1-2-12取0.2 90=α°，mm R 20=

经过计算可知，

防止工件转动：

防止工件移动：

3.4.3夹紧机构及装置设计

由于需选用结构简单，夹紧可靠，通用性大的夹紧机构，初选快速螺旋夹紧机构。其可以克服螺旋夹紧机构动作慢、效率低的缺点。快速夹紧机构中，螺杆上开有直槽，转动手柄松开工作将直槽转至222

sin

μα??=x k P K W N R M K W k 8.1222sin 1

=??=μα

N P K W x k 7.2319122sin

2=??=

μα

螺钉处，即可迅速拉出螺杆，以便装卸工件。螺杆一头与活动V形块连接，另一头与手柄相联。

3.5夹具体设计

由于可以铸造出复杂的结构形状，抗压强度大，抗振性好，因此夹具体毛坯结构选用铸造，其适用于切削负荷大、振动大的场合以及批量生产。为了便于排除切屑，不使其聚集在定位元件工作表面而影响工件正确定位，一般在设计夹具体时，要增加容纳切屑的空间，如容屑沟等。

3.6 夹具操作及维护简要说明

在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,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,以利于钻孔加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。

夹具上装有对刀块装置，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）；同时，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一正确的安装位置，以有利于钻孔加工。

参考文献

[1] 赵家齐主编《机械制造工艺学课程设计指导书》。北京：机械工业出版社,2000.10

[2] 艾兴，肖诗纲主编。《切削用量手册》北京：机械工业出版社，1966.6

[3] 李益民主编《机械制造工艺设计简明手册》：哈尔滨工业大学

[4] 孙巳德主编《机床夹具图册》：机械工业出版社，2005.11

[5] 王先逵主编《机械制造工艺学》清华大学