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1、设计说明书CA6140车床拨叉加工工艺及铳顶面夹具设计所属系部机才戒工程系所属专业机械设计与制造所属班级机制学号学生姓名指导教师廷龙日期本设计是基于拨叉零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。拨叉零件的主要加工表面是平面及孔系。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，本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。基准选择以拨叉的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准，以顶面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加
2、工其他孔系与平面。支承孔系的加工采用的是坐标法辕孔。整个加工过程均选用组合机床。夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用气动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁，因此生产效率较高，适用于大批量、流水线上加工，能够满足设计要求。关键词：拨叉类零件；工艺；夹具；AbstractThisdesignisthespecialfixtureformachiningprocessofforkedplectrumpartsandprocessdesignbasedon.Themainprocessingsurfaceforkpartsoftheplaneandaseriesofhole.Ingeneral,ensure
3、themachiningaccuracyofplanethantoensuremachiningaccuracyholeeasily.Therefore,thedesignfollowsthesurfaceafterthefirstholeoftheprinciple.Andtheholeandtheplaneprocessingclearlydividedintoroughingandfinishingstagesofprocessingtoensuretheaccuracyofthehole.Thesupportingholeoftheinputshaftandtheoutputshaft
4、ofthebenchmarkbyashiftingforkasaroughbenchmark,thetoptwoholesasaprecisiontechnologybase.Mainprocessingprocessarrangementistosupportholepositioningprocessingthetopplane,andthenthetopplaneandtheseriesofsupportingholelocationholeprocessingtechnology.Inadditiontothefollow-upprocessesindividualprocessesa
5、reusedinthetopplanepositioningtechnologyandotherprocessingKongandplane.Thesupportingholeprocessingsystemusingthemethodofcoordinateboring.Thewholeprocessselectionofcombinedmachinetool.Thespecialfixturefixture,clampingmeansmorechoiceofpneumaticclamping,clampingreliable,agenciescannotself-locking,there
6、foretheproductionefficiencyishigher,suitableforhigh-volume,lineprocessing,canmeetthedesignrequirements.KeyWords：forkparts;technology;fixture;摘要IIAbstractIII目录IV第1章绪论11.1 机械加工工艺概述11.2 机械加工工艺流程11.3 夹具概述21.4 机床夹具的功能31.5 机床夹具的发展趋势31.5.1 机床夹具的现状31.5.2 现代机床夹具的发展方向4第2章零件的工艺性分析52.1 零件的作用52.2 零件的工艺分析6第3章工艺规程
7、设计73.1 确定毛坯的制造形成73.2 基准的选择83.3 制定工艺路线83.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定103.5 确定切削用量及基本工时11第4章设计铳顶面的夹具设计224.1 提出问题224.2 夹具设计224.2.1 定位基准的选择224.2.2 定位误差的分析224.2.3 铳削力及夹紧力计算224.2.4 夹具设计说明23结论24参考文献25致谢26第1章绪论1.1机械加工工艺概述机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的
8、方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铳床，等等，每个步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂
9、都可能不太一样，因为实际情况都不一样。总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。制订工艺规程的步骤1）计算年生产纲领，确定生产类型。2）分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。3）选择毛坯。
10、4）拟订工艺路线。5）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。6）确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。7）确定切削用量及工时定额。8）确定各主要工序的技术要求及检验方法。9）填写工艺文件。在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。L3夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生
11、产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。L4机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1
12、.机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。(1)定位确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。(2)夹紧工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此,夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2 .机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。(1)对刀调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铳床夹具中的对刀块,它能迅速地确定铳刀相对于夹具的正确位置。(2)导向如钻床
13、夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。辕床夹具(辕模)也具有导向功能。L5机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.5.1机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来,
14、数控机床(NC).加工中心(MC)、成组技术(GT).柔性制造系统(FMS)等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求:1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。152现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于
15、精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5m;精密心轴的同轴度公差可控制在lm内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5mo高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铳床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2600rmin的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹
16、具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良
17、好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GBT2148T2259-91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。第2章零件的工艺性分析2.1零件的作用题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。获得所需要的速度和扭矩宽度为30mm的面寸精度要求很高，因为在拨叉拨动滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不够或间隙很大时，滑移齿轮得不到高的位置精度，所以宽度为30mm的面槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。2-M8X10#|口o|A105飘昨II2.2零件的工
18、艺分析分析零件图可知，该拨叉形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可得到基本形状，减少了工序加工，又节约了材料。除了拨叉上表面外，其余加工表面精度低，不需要高度机床加工，可通过铳削、钻床等车床的粗加工就可以达到要求；而主要工作表面一一拨叉上表面加工精度虽然较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件工艺性较好。CA6140拨叉共有三组加工表面(1) 零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面,再以前端面为精基准加工左端面；(2) 以花键中心线为基准的加工面：这一组面包括025H7的六齿方花键孔、022H12的花键底孔、两端的2X150倒
19、角和距花键中心线为22mm的上顶面；(3) 以工件右端面为基准的18Hllmm的槽、上顶面的2-M8通孔和05锥孔。经上述分析可知，对于后两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。第3章工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形成(1)选择毛坯零件材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单，铸造性能良好，考虑到零件加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既没有变载荷，又属间歇性工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。零件的形状简单，因此毛坯形状需要与零件形状尽量接近，又因内花键较小，因此不可直接铸出。(2)确定毛坯尺寸公差和机械加工余量1 .公差
20、等级由拨叉的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为ITlO2 .零件表面粗糙度由零件图可知，该拨叉各加工表面粗糙度Ra均大于等于1.6um3 .机械加工余量由铸件铸造类型为金属铸造，因此加工余量等级选用F机械加工余量为33. 2基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，加工工艺过程中将会出现很多问题,使生产无法进行。(1)粗基准的选择因为要保证花间道中心线垂直于右端面，所以中40的外圆表面为粗基准。(2)精基准的选择为保证定位基准和工序基准重合，加工2M8、中5锥孔、18Hn槽以零件的左端面和花键的中心线为精基准，
21、铳上顶面以花键中心线为精基准。4. 3制定工艺路线制定工艺路线的出发点，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。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外好应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1、 工艺路线方案一工序10：粗、精铳后端面；工序20：钻、扩花键底孔中22H12；工序30：倒角1.5X15；工序40：粗、精铳上顶面；工序50：粗、精铳18Hn底槽；工序60：钻2M8通孔并攻丝，钻中5锥孔；工序70：拉内花键中25H7；工序80：挫圆角；工序90：去毛刺，清洗；工序100：终检。2、
22、 工艺路线方案二工序10：粗、精铳后端面；工序20：钻、扩花键底孔22H12；工序30：倒角1.5X15；工序40：拉内花键中25H7；工序50：粗、精铳18Hn底槽；工序60：粗、精铳上顶面；工序70：钻2M8通孔并攻丝，钻中5锥孔；工序80：挫圆角；工序90：去毛刺，清洗；工序100：终检。3、 两套工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一把拉内花键中25H7放在粗、精铳18H11底槽之后，这样后面的工序50、工序60、工序70很难对工件进行定位和夹紧。造成生产率的下降。而工艺路线二把花键底孔中22H12钻削出来并倒角后紧接着就拉内花键中25H7。这样后面的工序就很容易对工件
23、进行定位和夹紧，即以花键中心线进行定位、进行螺旋夹紧。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。通过以上两种工艺路线的优缺点分析。最后确定工艺路线二为该零件的加工路线，工艺过程详见加工工序卡片。4、 4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“CA6140拨叉（编号831003）”零件材料为HT200,毛坯重量约为0.84kgo生产类型为中批量生产。采用铸造毛坯。根据上述原始资料加工工艺，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如下：1、后端面加工余量后端面有30.8mm的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。后端面粗铳一次、精铳一次。粗铳加工余量2.8mm、工序经济精度等级IT
24、11、公差值0.22mm。精铳加工余量0.2mm、工序经济精度等级IT7、公差值0.035mm、表面粗糙度Ra3.2um、工序基本尺寸8Ommo2、矩形花键底孔要求以花键外径定心，故先钻中心孔。再扩最后拉削内孔尺寸为22H12（见零件图）。参照金属机械加工工艺人员手册表359确定孔加工余量的分配：钻孔中20mm。工序经济加工精度等级ITU、公差值0.13mm；扩孔中22H12m11i工序经济加工精度等级ITI0、公差值0.084mm、粗糙度Ra6.3um；拉内花键，花键孔以外径定心，拉削时加工余量参照金属机械加工工艺人员手册取2Z=lmmo3、18H11底槽的加工余量槽底面粗铳余量为35mmo
25、槽侧面的铳削余量为17.9mm、工序经济精度等级为ITl2、公差值0.25mm、槽底面表面粗糙度Ra6.3umo精铳的加工余量为侧面余量0.1mm、工序经济精度等级为IT9、公差值为0.021三侧面粗糙度为Ra3.2um。4、上顶面的加工余量此工序为两个工步：、粗铳上顶面、精铳上顶面粗铳加工余量为2.8mm、工序经济加工精度等级为IT11、公差值0.22mm；精铳加工余量为0.2mm、工序经济加工精度等级为IT7、公差值0.035mm、表面粗糙度Ra3.2umo3. 5确定切削用量及基本工时工序10:以中40外圆为基准，粗、精铳后端面。1、加工条件：工件材料：HT200,%=016G匕HB=I
26、9024三BS,铸造。加工要求：粗、精铳后端面，尺寸保证80mm。机床：X51型立式铳床刀具材料：镶齿铳刀2.计算切削用量：工步L粗铳背吃刀量为=28mm进给量的确定：机床的功率510Kw,工件夹具系统的刚度为中等条件，按切削用量简明手册中表3.3选取该工序的每齿进给量为力二2三z。n_1000rn)可以得到:铳削速度：参考机械制造技术基础毕业设计指导教程得，选用镶齿铳刀，其中在dz=8010的条件下选取。铳削速度为v=40mmin0有公式芳M9.15(rmin)由于手册中的X51型立式铳床的主轴转速为=l6(rmin),所以，实际铳削速度为:1000160x3.14x801000=40.19
27、(mmin)基本时间t：根据面铳刀平面(对称铳削、主偏角勺二90。)的基本时间计算公式:/Z1Z2fmzo其中，l=75mm,Z2=1-3mml2=2mmae=40mm则有：Z1=0.5(d-yd2-ae2)+(1-3)=0.5(80-802-402)+2=7.36mmOfmz-fn=fzz11=0.210160=320mmmin(Z+Z1+Z2)(75+7.36+2)yl.匕”t=一竺=l=0.264min15.82sfmz320工步2：精铳背吃刀量的确定p=2w0进给量的确定：由切削用量简明手册中表3.3,按表面粗糙度为Ra=3.2机的条件选取，该工序的每转进给量为二S相机/铳削速度的计算
28、：根据其他有关资料确定，按镶齿铳刀，%=8010,=0.08mmzn_1000r的条件选取，铳削速度V为v=57.6zmzmin0由公式Yid可以求得铳刀转速=229.3/mino参照机械制造技术基础毕业设计指导教程中4-15的X51立式铳床的主轴转速，选取转速为=21(kmin.再将此转速代入上面公式。可以求得：V=/QQQ=52.78mm/min基本时间的确定：根据机械制造技术基础毕业设计指导教程中表5-43中面铳刀t(/+Z1+Z2)铳平面(对称铳削、主偏角勺二90。)的基本时间公式fmz,可以求得该工序的基本时间，其中/=759，Z2=1-3mm2=2mm?ae=40mm?1=7.36
29、mm?得：fmz=/11=0.8mm/r210r/min=168mm/n(/+Z1+2)(75+2+7.36)八SC.t=-=1L=0.502min30.13sfmz168工序20：以中40mm外圆为基准钻、扩花键底孔中22H12mm1、加工条件：工件材料：HT200,%=16GPqHB=I90241HBS,铸造。加工要求：钻花键底孔，尺寸保证20mm。机床：Z525型立式钻床刀具材料：高速钢直柄麻花钻中20mm、扩孔钻中22mm计算切削用量：工步1：钻中20mm花键底孔背吃刀量：4=20z三进给量的确定：选取该工步的每齿进给量f=03mmlr,切削用量的计算：因为该工件的材料为HT200,所
30、以选取切削速度为v=22mminn_1000v由式n”可以求得:n=鲁*2)=350.32rmin1120参照机械制造技术基础毕业设计指导教程中表4-9所列的Z525型立式钻床的主100Ov39220nTAaV=-24.6mmin轴转速。先取=392min,再将n代入11中，得到：100O基本时间t：L=-cotkr+(1-2)=101.66+l=12.66mm11a其中/=80mm,2v7,k=、4mn,取l2=r11mo所以基本时间t为:(+4+4)_f1180+12.66+20.3x392=0.2411in14.48s工步2：扩中20mm花键底孔至中22H12三背吃刀量确定%=lmn。进
31、给量的确定：由切削用量简明手册中表2.10的资料，选取该工件的没转进给鲁/=l.lmmrO切削速度的确定：根据相关资料，确定：u=4v钻=0lx22=8.8m11n-0.n-1000-127.4rmin由公式IIdo可以得到：221nTdV=-=9.61mlmin按机床选取n=140rmin,得到切削速度100O基本时间t:其中/=80mm,I1=一COt勺+(1-2)=11.66+1=3.66mmminl2=l-4mm取4=2mm。所以基本时间t为:(/+，2)=f1180+3.66+2l.l140=0.5611in33.4,工序30：以中40IIm外圆为基准，倒角1.5X15加工条件工件材
32、料：HT200,=06GPaHB=I9。24LHBS,铸造。加工要求：倒角1.5义15机床：C3163-1车床刀具材料：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。检验机床功率按切削用量简明手册表1.24可以查出当Ob=160241HBS工艺过程详见加工工序卡片ap2.8mmf1.25=3.75z三,加工数为2/2z/+Z1+Z9/+Z1+Z9=(-+-)扭力本工序机动时间号:tjCz9.5+3.75+3.75X2=(一1.53509.5+3.75+3.751.5350)x20.13min=tjl+tj2=0.5+0.13=0.63min第4章设计铁顶面的夹具设计4.1 提出问题利用本夹具定位毛
33、坯铳削工件顶面。由于是第一道工序，工序5,其他表面都未曾加工。由于左端面要进行钻孔，而铳削上下表面要以花键孔的中心线为工序基准，所以花键孔的中心线与左端面的垂直度也应有所要求，因此铳削左端面牵涉到之后的各道工序，保证左端面与花键孔中心线的垂直度为重点。4. 2夹具设计4.1.1 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发,合理
34、选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度由零件图可知，其工序基准为其相对应端面，因此，选择小端面为定位基准4.1.2 定位误差的分析由于大断面的工序基准与定位基准一致，故不存在基准不重合误差。水平尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故水平尺寸无基准制造误差。所以，定位误差为零。4.1.3 铳削力及夹紧力计算F=Cpap.83fz.65D-0.83BzKpF一铳削力Cp一在用高速钢铳刀铳削时，考虑工件材料及铳刀类型的系数，其值查表Ap铳削深度D铳刀直径Fz每齿进给量B铳削宽度铳刀齿数Kp用高速钢铳刀铳削时，考虑工
