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1、拨叉零件的工艺规程及夹具设计1前言 机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。2零件的分析2.1零件的作用 题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转
2、运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的22孔与操纵机构相连，二下方的55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。两件零件铸为一体，加工时分开。2.2零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：2.2.1小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔2.2.2大头半圆孔2.2.3拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。 由上面分析可
3、知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度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，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。3 确定生产类型 已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。4确定毛坯4.1 确定毛坯种类：零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。查机械制造工艺及设备设计指导手册（后称指导手册）选用铸件尺寸公差等级CT9级。
4、4.2 确定铸件加工余量及形状： 机械制造工艺及设备设计指导手册325页表15-7，选用加工余量为MA-G级，并查表15-8确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示： 简图 加工面代号 基本尺寸 加工余量等级 加工余量 说明 D1 22mm G 3.02 孔降一级双侧加工 D2 55mm G 3.02 孔降一级双侧加工 T2 73mm 3 单侧加工 T3 50mm G 2.5 单侧加工 T4 73mm 3 单侧加工 表 14.3绘制铸件零件图：5工艺规程设计5.1选择定位基准：工序 工序内容 定位基准 工序 工序内容 定位基准 010 粗铣两端小头孔上端面 T1
5、及小头孔外圆 090 扩中间孔 T1及小头孔外圆 020 粗铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 100 半精镗中间孔 T1及小头孔外圆 030 粗铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 110 钻2-锥销孔、螺纹孔、功螺纹 T1及小头孔 040 精铣两端小头孔上端面 T1及小头孔外圆 120 铣断 T1、D1 050 精铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 130 去毛刺 060 精铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 140 检查 070 扩两端小头孔 T1及小头孔外圆 150 若某道工序有误返工 080 精铰两端小头孔 T1及小头孔外圆 表 25.1.1 粗基准的选择：以零件的底面为主要的定位粗基准，以两
6、个小头孔外圆表面为辅助粗基准。 5.1.2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。5.2制定工艺路线 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。查指导手册，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 5.3选择加工设备和工艺设备 5.3.1 机床的选择： 工序010060均为铣平面
7、，可采用XA5032立式铣床。 工序070080采用Z550钻床。 工序090100采用镗床。 工序110采用钻床。多刀具组合机床。 工序120采用铣断机床。 5.3.2 选择夹具：该拨叉的生产纲领为中批生产，所以采用专用夹具。 5.3.3 选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。 5.3.4选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。 5.3.5其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。5.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定5.4.1圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定
8、工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度 工序余量 最小 最大 （D2） 铸件 6 CT9 扩孔 5.8 IT12 6.3 2.0 6.25 半精镗 0.2 IT10 3.2 0.05 0.25 扩孔 5.84 IT12 6.3 2.0 6.25 精铰孔 0.06 IT7 1.6 0.05 0.25 表 35.4.2 平面工序尺寸：工序号 工序内容 加工余量 基本尺寸 经济精度 工序尺寸偏差 工序余量 最小 最大 铸件 2.5 CT9 010 粗铣两端小头孔上端面 2 50.5 12 1.60 3.60 02
9、0 粗铣中间孔上端面 2.5 27 12 1.65 6.5 030 粗铣中间孔下端面 2.5 21 12 1.75 6.5 040 精铣两端小头孔上端面 0.5 50 11 0. 35 1.16 050 精铣中间孔上端面 0.5 20.5 10 0.47 1.12 060 精铣中间孔下端面 0.5 20 10 0.47 1.12 表 45.4.3确定切削用量及时间定额：工序010 以T1为粗基准，粗铣22孔上端面。5.4.4. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣22孔上端面。机床：XA5032立式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣
10、刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。5.4.7计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。5.5.工序020和工序030 以T1及小头孔外圆为基准55孔上下端面。5.5.1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：精铣55上端面。机床：XA5032立式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定
11、ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。5.5.2.6计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。工序070和080以T1及小头孔外圆为基准，扩、精铰22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。5.5.3. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 5.5.4.选择切削用量5.5.4.1）决定进给量查切 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择机床
12、已有的进给量 经校验 校验成功。5.5.4.2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.5.mm，寿命5.5.4.3）切削速度查切 修正系数 故。查简明手册机床实际转速为故实际的切削速度5.5.5.计算工时 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 扩铰和精铰的切削用量如下： 扩钻： 精铰： 5.6.工序090和100 T1及小头孔外圆为基准，扩、半精镗55孔。5.6.1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角o11，二重刃长度b=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度 5.6.2.选择切削用量5
13、.6.2.1）决定进给量查简明手册 按钻头强度选择 按机床强度选择最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。5.6.2.2钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.81.2mm，寿命扩孔后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.9.mm，寿命铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查简明手册）为.mm，寿命5.6.2.3切削速度查切 修正系数 故。查简明手册机床实际转速为故实际的切削速度 扩铰和半精铰的切削用量同理如下： 扩钻： 半精铰： 5.6.3.计算工时 所有工步工时相同。6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。并设计工序110钻2-锥
14、销孔。本夹具将用于组合机床，刀具为两根麻花钻，对两个孔同时加工。6.1问题的提出 本夹具是用来钻两个22mm的小头孔,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.6.2夹具设计6.2.1定位基准选择底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准.由于铸件的公差要求较大,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为
15、了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个8mm的通孔.6.2.2切削力及夹紧力计算 由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.6.2.3定位误差分析 零件图规定大孔与小孔的中心距为65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为 0.08
16、+0.05=0.130.2mm所以能满足精度要求.6.2.4该夹具用于加工位置在同一中心线上的非回转零件上半径R=520的孔，被加工孔中心距可达123。 使用时，只需按被加工零件的要求，配置专门的钻模板，通过手柄，使丝杆带动V型块做自定心式移动，以便夹紧或松开零件。6.3钻床夹具的装配图（见附图）7参考文献赵家奇编,机械制造工艺学课程设计指导书2版.-北京:机械工业出版社,2000.10. 李云主编,机械制造及设备指导手册.- 北京:机械工业出版社,1997.8孟少农主编,机械加工工艺手册.-2-北京:机械工业出版社,1991.9.徐圣群主编，简明加工工艺手册。上海科学技术出版社，1991.2
17、(一)确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。（二）基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得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，加工工艺过程中回问题百出，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。根据这个基准选择原则，现选取20 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个32作主要定位面，限制5个自由
18、度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。（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。（三）制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置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,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。1.工艺路线方案一工序一 粗、精铣20孔上端面。工序二 钻、扩、铰、精铰20、50孔。工序三 粗、精铣50孔上端面工序四 粗、精铣50、20孔下端
19、面。工序五 切断。工序六 钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序七 钻一个4孔，攻M6螺纹。工序八 铣47凸台。工序九 检查。上面工序加工效率较高，但同时钻三个孔，对设备有一定要求。且看另一个方案。2.工艺路线方案二工序一 粗、精铣20孔上端面。工序二 粗、精铣20孔下端面。工序三 钻、扩、铰、精铰20孔。工序四 钻、扩、铰、精铰50孔。工序五 粗、精铣50孔上端面工序六 粗、精铣50孔下端面。工序七 切断。工序八 钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序九 钻一个4孔，攻M6螺纹。工序十 铣47凸台。工序十一 检查。上面工序可以适合大多数生产，但效率较低。综合考虑以上步骤，得到我的工艺路线。3.工艺路线方案三
20、工序一 以32外圆为粗基准，粗铣20孔下端面。工序二 精铣20孔上下端面。工序三 以20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。工序四 以20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰50孔，保证空的精度达到IT7。工序五 切断。工序六 以20孔为精基准，粗铣50孔上下端面。工序七 以20孔为精基准，精铣50孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。工序八 以20孔为精基准，钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序九 以20孔为精基准，钻一个4孔，攻M6螺纹。工序十 以20孔为精基准，铣47凸台。工序十一 检查。虽然工序仍然是十一步，但是效率大大提高
21、了。工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀具不用调整）。多次加工50、20孔是精度要求所致。以上工艺过程详见图3。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定”CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190210HB，毛皮重量2.2kg，生产类型大批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（20，50端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.22.5，取20，50端面长度余量均为2.5（均为双边加工）铣削加工余量为：粗铣 1mm精铣 0
22、mm2. 内孔（50已铸成孔）查工艺手册表2.22.5，取50已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为44mm。工序尺寸加工余量：钻孔 2mm扩孔 0.125mm铰孔 0.035mm精铰 0mm3. 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。（五）确立切削用量及基本工时工序一 以32外圆为粗基准，粗铣20孔上下端面。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣20孔上下端面。机床：X6140卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度
23、ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。工序二 精铣20孔上下端面。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：精铣20上下端面。机床：X6140卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.
24、3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/475=0.09min。工序三 以20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 2.选择切削用量（1）决定进给量查切 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.5.mm，寿命 （3）切削速度查
25、切 修正系数 故 。查切机床实际转速为 故实际的切削速度 （4）校验扭矩功率所以 故满足条件，校验成立。.计算工时由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下：扩钻： 铰孔： 精铰： 工序四 以20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰50孔，保证空的精度达到IT7。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角o11，二重刃长度b=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度 2.选择切削用量（1）决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。（2）钻头
26、磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.81.2mm，寿命 扩孔后刀面最大磨损限度（查切）为0.9.mm，寿命 铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查切）为.mm，寿命 （3）切削速度查切 修正系数 故 。查切机床实际转速为 故实际的切削速度 （4）校验扭矩功率所以 故满足条件，校验成立。扩铰和精铰的切削用量同理如下：扩钻： 铰孔： 精铰： .计算工时所有工步工时相同。工序五 切断。工序六 以20孔为精基准，粗铣50孔上下端面。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。机床：XA5032卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽
27、度ae60,深度apPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/375=0.216min.工序七 以20孔为精基准，精铣50孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。1. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。机床：XA5032卧式铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae60,深度apPcc=2.7kw。故校验合格。6）计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/375=0.216min.结果ap=1.0mm, f=0.21 mm/z, nc=235r/min,Vfc=600.4mm
28、/s.工序八 以20孔为精基准，钻4孔（装配时钻铰锥孔）。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角o16，二重刃长度 2.选择切削用量（1）决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.50.8mm，寿命 （3）切削速度查切 修正系数 故 。查切机床实际转速为 故实际的切削速度 （4）校验扭矩功率故满足条件，校验成立。.计算工时工序九 以20孔为精基准，钻一个4孔，攻M6螺纹。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角o16，二重刃长度 2.选择切削
29、用量（1）决定进给量查切 按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切）为0.50.8mm，寿命 （3）切削速度查切 修正系数 故 。查切机床实际转速为 故实际的切削速度 （4）校验扭矩功率故满足条件，校验成立。.计算工时螺纹钻削由于没有手册可查，故以钻削切削用量及其他钻螺纹工序估算。祥见工艺卡片。工序十 以20孔为精基准，铣47凸台。工序十一 检查。其余几步数据见工艺卡片。size=22pt三、size=22pt size=22pt卡具设计size=22pt经过与老师协商，决定设计第IX道工序钻M6孔的钻床卡具
30、。本卡具将用于Z525立式钻床。刀具为M6丝锥，以及4的高速钢麻花钻。（一） 问题的提出在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。（二） 卡具设计1 定位基准的选择出于定位简单和快速的考虑，选择20孔为基准，即以一面上一长销（自由度限制数：5）配合以一挡销（自由度限制数：1）使工件完全定位。再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧。2 切削力和卡紧力计算本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。轴向力 扭矩 由于扭矩很小，计算时可忽略。卡紧力为 取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1则实际卡紧力为 F=S1*S2*S3*S4*F=10.06N使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。3. 定位误差分析本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于卡具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。4. 卡具设计及操作的简要说明卡具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。卡具上设置有钻套，用于确定的钻头位置。
