论文设计拨叉831006.docx
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论文设计拨叉831006
毕业设计
题目CA6140车床拨叉的工艺及铣Ø25孔的专用夹具设计
英文题目CA6140lathedialtheforktechnologyandmillingØ25holeofspecialjigdesign
学生姓名：
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职称：
二零一一年月日
摘要
本次设计的零件是CA6140车床的拨叉。
它位于车床变速机构中，主要起换挡作用，使主轴回转运动按照工作者的要求工作。
它是在传动系统中拨动滑移齿轮以实现系统调速和转向。
设计时对拨叉零件的加工工艺和夹具设计，其零件为锻件，具有体积小，零件复杂的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其他部分，其中各工序夹具都采用专用夹具，特别的对与加工大头孔、槽和钻小头孔斜面小孔的工序中，选一面两销的定位方式，并以操作简单的手动夹紧方式夹紧，其机构设计简单，方便且能满足要求。
关键词:
工艺分析；毛坯制造；工艺规程；夹具设计
ABSTRACT
ThedesignofthedialCA6140lathepartsarefork.Itislocatedinlathe,whichplaysingearmechanismseffect,makethespindle'sgyrationshiftinaccordancewiththerequirementsofsports.WorkersItisinthetransmissionsystemtoachievesystemslidinggearsturnspeedandsteering.Designtodialtheforkwhenmachiningprocessofthepartandfixturedesign,itspartsasforgings,hassmall,parts,becausethecharacteristicsofcomplexsurfaceKongYiprocessing,thaninmakingprocedure,firstprocessingsurface,againwithsurfaceasabenchmarktoprocessingtheotherpart,whichareusingvariousprocessesfixture,specialspecialjigforandmachiningbuttersholes,groovesanddrillholesofsmallheadholecantprocess,chooseatwopins,andthelocalizationwayeasymanualclampingway,theclampingmechanismdesignsimple,convenientandcanmeettherequirements.
Keywords:
processanalysis；Blankmanufacturing;；Procedure；Fixturedesign
目录
绪论…………………………………………………………………
1．零件的工艺分析…………………………………………………
1.1零件的作用及原理分析…………………………………………
1.2零件的工艺性分析………………………………………………
2．工艺规程设计……………………………………………………
2.1确定毛坯的制造形式……………………………………………
2.1.1毛坯批量的确定…………………………………………………
2.1.2确定毛坯的制造形式…………………………………………
2.2基面的选择………………………………………………………
2.2.1粗基准的选择…………………………………………………
2.2.2精基准的选择…………………………………………………
2.3制定工艺路线……………………………………………………
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定……………………
2.4.1毛坯余量及尺寸的确定………………………………………
2.4.2各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坏尺寸的确定…
2.5确定切削用量及基本工时…………………………………………
2.5.1加工条件…………………………………………………………
2.5.2计算切削用量………………………………………………………
3．夹具的概述…………………………………………………
3.1夹具的现状几生产对其提出新的要求
3.2现代夹具的发展发向
3.3机床夹具及其功用
3.4机床夹具在机械加工中的作用
3.5机床夹具组成和分类
3.6机床夹具的分类
3.7机床夹具设计特点
3.8机床夹具的设计要求
4．夹具设计………………………………………………
4.1定位基准的选择
4.2定位误差分析
4.3切削力及夹紧力计算
结论……………………………………………………
致谢……………………………………………………
参考文献……………………………………………………
绪论
机械设计制造及其夹具设计时我们融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合，对专业知识的综合运用训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。
机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作的方法，是指导生产的重要的技术性文件。
它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证。
在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
而机床夹具是为了保证产品的质量的同时，提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。
对于专用夹具的设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据切削力的大小、批量生产的情况来选取夹紧方式，从而设计专用夹具。
由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢！
1．零件的工艺分析
1.1零件的作用及原理分析
CA6140车床拨叉位于车床变速机构中，主要起换挡作用，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。
在拨叉拨动使滑移齿轮滑动时，如果槽的尺寸精度不高或间隙很大，滑移齿轮得不到很高的位置精度。
1.2零件的工艺性分析
拨叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂。
该零件两个面都没有尺寸精度的要求，也无粗糙度的要求。
Ø25的孔的粗糙度值要求1.6，需要精加工。
因是大批量生产，所以需用钻削。
保证其加工精度。
下面的叉口有3.2的粗糙度的要求，所以采用先粗铣再精铣来满足精度的要求，同时保证Ø25的孔和叉口的垂直度。
同时该零件上还需加工40×16的槽，其粗糙度值为6.3，所以一次铣销即可。
但同时要满足该槽与Ø25的孔的垂直度。
图1
2．工艺规程设计
2.1毛坯的确定
2.1.1毛坯批量的确定
表2-1生产类型与生产纲领的关系
生产类型
生产纲领（台/件）或（件/年）
重型机械或重型零件（>100kg）
中型机械或中型零件（10~100kg）
小型机械或轻型零件（<10kg）
单件生产
5
10
100
成批生产
小批
5~100
10~200
100~500
中批
100~300
200~500
500~5000
大批
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生产
>1000
>5000
>50000
本次设计生产纲领为10000件/年，每日1班，所以此为大批量生产。
2.1.2确定毛坯的制造形式
根据《机械制造工艺设计简明手册》零件材料为HT200，采用铸造。
根据《机械加工工艺师手册》，大批量生产的铸造方法有两种金属模机械砂型铸造和压铸，由于压铸的设备太昂贵，根据手册数据采用铸造精度较高的金属型铸造。
2.2基面的选择
基面的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题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
2.2.1粗基准的选择
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使加工表面与加工表面的尺寸、位置符合图纸要求。
（1）在选择粗基准时，应该以加工表面为粗基准。
目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系的精度。
如果工件表面上有好几个不需要加工的表面，则应选择其中与加工表面相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。
以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。
例如：
机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面，因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。
这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留细致的组织，以增加耐磨性。
（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准，这样可以保证该面有足够的加工余量。
（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确，夹紧可靠。
有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜作粗基准，必要时需经初加工。
因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择Ø40mm圆一个端面作为粗基准加工另一个端面。
再加一个钩形压板和一个V形块限制自由度，达到完全定位。
2.2.2精基准的选择
（1）基准重合原则，即尽可能选择设计基准作为定位基准。
这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
（2）基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。
基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。
例如：
轴类零件常用顶针孔作为定位基准。
车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多数表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
（3）互为基准的原则，选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。
（4）自为基准原则，有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。
本次设计的拨叉零件主要因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，此处不在重复。
2.3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级等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，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。
工艺路线方案一：
工序Ⅰ：
钻、扩、粗铰、精铰Ø25孔。
以Ø40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。
工序Ⅱ：
铣Ø55的叉口及上、下端面。
利用Ø25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。
工序Ⅲ：
粗、精铣
的叉口的内圆面。
利用Ø25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。
工序Ⅳ：
粗铣35×3的上表面。
以Ø25的孔和Ø55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅴ：
精铣35×3的上表面。
以Ø25的孔和Ø55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅵ：
粗铣40×16的槽，以Ø25的孔定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅶ：
切断Ø55的叉口，用宽为4的切断刀，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅷ 检验。
工艺路线方案二：
工序Ⅰ：
钻、扩、粗铰、精铰Ø25孔。
以Ø40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。
工序Ⅱ：
铣Ø55的叉口及上、下端面。
利用Ø25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。
工序Ⅲ：
粗、精铣
的叉口的内圆面。
利用Ø25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。
工序Ⅳ：
切断Ø55叉口，用宽为4的切断刀，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅴ：
粗铣35×3的上表面。
以Ø25的孔和Ø55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅵ：
精铣35×3的上表面。
以Ø25的孔和Ø55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅶ：
：
粗铣40×16的槽，以Ø25的孔定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅷ 检验。
以上加工方案大致看来是合理的，但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，主要表现在Ø25的孔及其16的槽和Ø55的端面加工要求上,以上三者之间具有位置精度要求。
图样规定：
先钻
mm的孔。
由此可以看出：
先钻Ø25的孔，再由它定位加工Ø55的内圆面及端面，保证Ø25的孔与Ø55的叉口的端面相垂直。
因此，加工以钻Ø25的孔为准。
为了在加工时的装夹方便，因此将切断放在最后比较合适。
为了避免造成一定的加工误差；通过分析可以比较工艺路线方案一最为合理。
具体方案如下：
工序Ⅰ：
铸造毛坯。
工序Ⅱ：
钻、扩、粗铰、精铰Ø25孔。
以Ø40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。
工序Ⅲ：
粗、精镗Ø55圆。
利用Ø25的孔定位，以两个面作为基准，选用卧式镗床T616和专用夹具。
工序Ⅳ：
铣
的叉口的内圆面。
利用Ø25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。
工序Ⅴ：
粗、精铣35×3的上表面。
以Ø25的孔和Ø55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅵ：
粗铣40×16的槽，以Ø25的孔定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅶ：
切断Ø55的叉口，用宽为4的切断刀，选用X5020A立式铣床加专用夹具。
工序Ⅷ：
铣Ø55的叉口及上、下端面。
利用Ø25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。
工序
：
检验
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺卡片”。
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
零件材料为HT200，硬度170~220HBS，毛坯重量约1.12kg。
根据《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺手册》）知生产类型为大批生产，采用金属模铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
2.4.1毛坯余量及尺寸的确定
毛坯余量及尺寸的确定主要是为了设计毛坯图样，从而为工件毛坯的制造作准备，该工序在这里不做详细说明，主要说明一下毛坯尺寸及相应公差的确定，以便毛坯制造者参考。
根据《工艺手册》，结合加工表面的精度要求和工厂实际，要合理地处理好毛坯余量同机械加工工序余量之间的不足。
（1）加工35×3的上表面的加工余量及公差。
同上方法得：
2Z=4.0，公差值为1.3mm。
（2）铣40×16的槽的上表面的加工余量及公差。
同上方法得：
2Z=4.0，公差值为1.6mm。
（3）粗铣Ø55的叉口的上、下端面的加工余量及公差。
该端面的表面粗糙度为3.2，所以先粗铣再精铣。
查《机械加工余量手册》（以下简称《余量手册》）中的表4-2成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。
MA为F。
再查表4-2查得加工余量为2.0mm。
由《工艺手册》表2.2-1至表2.2-4和《机械制造工艺与机床夹具》中表1-15及工厂实际可得：
Z=2.0mm，公差值为T=1.6mm。
2.4.2各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坏尺寸的确定
（1）钻Ø25的孔加工余量及公差。
毛坯为实心，不冲出孔。
该孔的精度要求在IT7~IT9之间，参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。
MA为F。
公差值T=0.12mm，
钻孔Ø23mm
扩孔Ø24.8mm2Z=1.8mm
铰孔Ø25mm2Z=0.2mm
由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整法加工，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定。
Ø25mm的孔的加工余量和工序间余量及公差分布图见图1。
图2
铸件毛坯
钻孔
扩孔
粗铰
精铰
加工前尺寸
最大
23
24.8
24.94
最小
22.5
24.45
24.79
加工后尺寸
最大
23
24.8
24.94
25
最小
22.5
24.45
24.79
24.95
加工余量
23
24.8
24.94
25
由图可知：
毛坯名义尺寸：
42（mm）
钻孔时的最大尺寸：
23（mm）
钻孔时的最小尺寸：
22.5（mm）
扩孔时的最大尺寸：
23+1.8=24.8（mm）
扩孔时的最小尺寸：
24.8-0.35=24.45（mm）
粗铰孔时的最大尺寸：
24.8+0.14=24.94（mm）
粗铰孔时的最小尺寸：
24.94-0.15=24.79（mm）
精铰孔时的最大尺寸：
24.94+0.06=25（mm）
精铰孔时的最小尺寸：
25-0.05=24.95（mm）
（2）粗铣35×3的上端面
因为该面的粗糙度为6.3，所以粗铣一次即可。
参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。
MA为F。
公差值T=1.3mm
粗铣35×3的上端面2z=2.0
（3）粗铣40×16的上表面
此面的粗糙度要求为3.2，所以分粗精加工即可。
参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。
MA为F。
公差值T=1.6mm，其偏差±0.7
粗铣40×16的上表面2Z=2.0
（4）铣40×16的槽
此面的粗糙度要求为3.2，所以粗铣再精铣。
参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。
MA为F。
公差值T=1.6mm。
粗铣40×16的槽2Z=2.0
精铣40×16的槽2Z=2.0
（5）切断φ55叉口
（6）铣Ø55的叉口及上、下端面
因为叉口的粗糙度为3.2，所以粗铣再精铣。
参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：
查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。
MA为F。
公差值T=1.4mm
粗铣Ø55的叉口及上、下端面余量1.0mm。
2Z=2.0
精铣Ø55的叉口及上、下端面。
2Z=2.0
2.5确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ：
钻、扩、粗铰、精铰Ø25孔。
2.5.1加工条件
工件材料：
灰铸铁HT200
加工要求：
钻Ø25的孔，其表面粗糙度值为Rz=1.6μm；先钻Ø23的孔在扩Ø24.8的孔，再粗铰Ø24.94孔，再精铰Ø25孔。
机床：
Z5125A立式钻床。
刀具：
Ø23麻花钻，Ø24.8的扩刀，铰刀。
2.5.2计算切削用量
（1）钻Ø23的孔。
①进给量
查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》P47表2-23钻孔进给量f为0.39~0.47mm/r，由于零件在加工Ø23mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，现取f=0.25mm/r。
此工序采用Ø23的麻花钻。
所以进给量f=0.25mm/z
2钻削速度
切削速度：
根据手册表2.13及表2.14，查得切削速度V=18m/min。
根据手册nw=300r/min,故切削速度为
3切削工时
l=23mm，l1=13.2mm.
查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
（2）扩Ø24.8的孔。
1扩孔的进给量
查《切削用量手册》表2.10规定,查得扩孔钻扩Φ24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取
F=0.3mm/r
②切削速度
扩孔钻扩孔的切削速度,根据《工艺手册》表28-2确定为
V=0.4V钻
其中V钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故
V=0.4×21.67=8.668m/min
按机床选取nw=195r/min.
③切削工时
切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm
（3）粗铰Ø24.94的孔。
1粗铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故
F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r
V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min
②切削速度
按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度
③切削工时
切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1=1.5mm.
（4）精铰Ø25的孔。
1精铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故
F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r
V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min
②切削速度
按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度
③切削工时
切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.
工序Ⅱ：
铣Ø55的叉口的上、下端面。
1进给量
采用端铣刀，齿数4，每齿进给量
=0.15mm/r，查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》。
故进给量f=0.6mm/r
②铣削速度：
（m/min）（表9.4-8）
由《数控加工工艺》中第五章表5-6得切削速度为9~18m/min
根据实际情况查表得V=15m/min
③切削工时
引入l=2mm，引出l1=2mm，l3=75mm。
查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
工序Ⅲ铣Ø55的叉口的内圆面
进给量
由《工艺手册》表3.1-29查得采用硬质合金立铣刀,齿数为5个，由《数控加工工艺》中第五章表5-5得硬质合金立铣刀每齿进给量f为0.15~0.30，由手册得f取0.15mm/r
故进给量f=0.15mm/r.
2削速度：
由《数控加工工艺》中第五章表5-6得硬质合金立铣刀切削速度为45~90mm/min,由手册得V取70mm/min.
③切削工时
引入l=2mm，引出l1=2mm，l3=75mm。
查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算
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