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拨叉CA6140课程设计

机械制造技术项目综合实践

设计说明书

设计题目

CA6140拨叉工艺装备（年产量2000

件）

学生姓名：

翁杰

指导教师：

汪惠群

上海电机学院

机械设计制造及自动化

2017年12月21日

上海电机学院

机械制造技术项目综合实践任务书

题目：

CA6140拨叉设计

内容：

1.零件图1张

2.毛坯图1张

3.机械加工工艺过程综合卡片1套

4.专用夹具结构设计装配图1张

5.专用夹具结构设计零件图2张

6.实训设计说明书一份（包括工艺规程的制定、专用夹

具的设计计算、机床的选择等）

班级机制1411

学生翁杰

指导教师

系主任

2017年12月

一、零件的分析4...

（一）零件的作用4...

（二）零件的工艺分析4..

二、工艺规程的设计5...

（一）确定毛坯的制造形式5..

（二）基面的选择5...

（三）制订工艺路线5...

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定8.

（五）确定切削用量及基本工时8..

三、夹具设计1..6.

（一）问题的提出1..6.

（二）夹具设计1..6.

附录2..0..

、零件的分析

（一）零件的作用

题所给的是CA6140车床上的拨叉，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，获得所需的速度和扭矩。

零件上方的①20mm勺孔与操作机构相连，下方的①50mm勺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，两零件铸造为一体，加工时分开。

（二）零件的工艺分析

CA6140拨叉的全部技术要求列如下表:

项目

公差等级

偏差（mm）

粗糙度Ra

定位基准

右端面

3.2

外圆表面

?

22的花键底孔

IT13

+0.28

0

6.3

右端面

?

25的六齿方花键孔

IT7

+0.023

0

1.6

右端面

尺寸6的花键

槽宽

IT9

+0.06

+0.03

3.2

花键孔中心线

两端的2*150

倒角

6.3

花键孔中心线

尺寸18的槽

IT6

+0.012

0

3.2

花键孔中心线

尺寸8的槽

IT9

+0.03

0

1.6

花键孔中心线

表1

由上表分析可知，可以加工拨叉右端面；然后以此作为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。

二、工艺规程的设计

（一）确定毛坯的制造形式

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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。

采用铸造，拨叉属于轻型机械产品类型，产量2000件，采用金属模铸造。

（二）基面的选择

使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择：

因为要保证通孔中心线垂直于右端面，所以以零件右端面作为粗基准。

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，以后的加工以花键轴为主要的定位精基准。

（2）

（三）制订工艺路线

（1）.加工阶段的划分

在选定拨叉各表面加工方法后，就需进一步确定这些加工方法在工艺路线中的顺序及位置，这就涉及加工阶段划分方面的问题。

对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。

该拨叉的加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、精加工阶段。

在粗加工阶段，首先以①40的外圆表面为粗基准将精基准右端面准备好，使后续都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后铣削拨叉右端面。

在精加工阶段，完成拨叉？

22伽孔的钻、扩加工并进行花键槽的拉削加工；进行拨叉?

18伽的磨削加工；进行B面的精铣；铣B面尺寸为8的槽。

（2）.工序的集中与分散

工序的集中与分散是确定工序内容多与少的依据，它直接影响整个工艺路线的工序数目及设备、工装的选用等。

由于本次加工的拨叉的生产类型为大批量生产，确定选用工序集中的原则组织工序内容，一方面可以采用万能、通用机床配以专用夹具加工，以提高生产效率；另一方面也可以减少工件的装夹次数，有利

于保证各加工表面之间的相互位置精度，并可以缩短辅助时间

（3）.制定工艺路线

工艺路线方案一：

工序名称

设备

工艺设备

车右端面，Ra=3.2卩m

卧式车床

硬质合金车刀，游标卡尺

钻孔?

20（以右端面为粗基准）

卧式车床

麻花钻

扩孔至？

22；0.28,Ra=6.3卩m

立式钻床

扩孔钻，铰刀，塞规

车两端面圆孔倒角15°

卧式车床

硬质合金车刀

铣削宽为18mm的沟槽（以？

22：

0.28为

卧式铣床

三面刃铣刀，游标卡尺

精基准），Ra=3.2卩m

铣削上端面（以？

22；0.28为精基准），

卧式铣床

立式铣刀，游标卡尺

Ra=3.2卩m

粗铣宽为8mm的沟槽（以？

22；0.28为精

卧式铣床

三面刃铣刀，游标卡尺，塞块

基准），Ra=6.3卩m

精铣宽为8mm的沟槽，Ra=1.6卩m

去毛刺

钳工台

锉刀

清洗

清洗机

清洗机

终检

塞规，百分表，卡尺等

表2

工艺路线方案二:

工序名称

设备

工艺设备

粗铣右端面（以左端面为基准），Ra=3.2

卩m

卧式铣床

端面铣刀，游标卡尺

钻孔?

20（V型块定位）

立式钻床

麻花钻

扩孔至？

22：

0.28，Ra=6.3卩m

立式钻床

扩孔钻，铰刀，塞规

车两端面圆孔倒角15°,艮=6.3卩m

卧式车床

硬质合金车刀

拉花键，Ra=1.6卩m

卧式拉床

拉刀，卡规

铣削宽为18mm的沟槽（以？

22：

0.28为

卧式铣床

三面刃铣刀，游标卡尺，塞块

精基准），Ra=3.2卩m

铣削上端面（以？

22；0.28为精基准），

卧式铣床

立式铣刀，游标卡尺

Ra=3.2卩m

粗铣宽为8mm的沟槽（以？

22；0.28为精

卧式铣床

三面刃铣刀，游标卡尺，塞块

基准），Ra=6.3卩m

精铣宽为8mm的沟槽，Ra=1.6卩m

去毛刺

钳工台

锉刀

清洗

清洗机

清洗机

终检

塞规，百分表，卡尺等

表3

（4）.工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：

先加工花键孔再以花键孔定位加工两槽，这样位置精度较易保证，并且定位及装夹都比较方便。

但是方案一右端面的切削和钻通孔通过车床来实现，集中了工序节约了时间，但是在车削右端面时，极易产生断续切削，应在生产加工中避免。

而方案二右端面则是通过铣削来实现，避免了断续切削，所以应该采取方案二。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

加工表面

工序名称

工序余量

力卩工前尺寸

加工后尺

寸

粗糙度

右端面（两端面距离）

粗铣

2

82

80

3.2

?

22+0.280通孔（直径•）

钻

20

0

20

12.5

扩孔

2

20

22+0.280

3.2

拉花键（两对称花键相距）

拉

1.5

22+0.28

0

25+0.0230

1.6

拉花键（键槽宽）

拉

6

0

6+0.06

+0.03

3.2

18mm的沟槽上端面（至圆柱中心）

粗铣

2

52

50

3.2

8mm的沟槽左右两端面

（距离）

粗铣

3

0

3

6.3

精铣

1

6

8+0.030

1.6

8mm的沟槽下端面（至圆柱中心）

粗铣

8

27

19

6.3

表4

（五）确定切削用量及基本工时

（1）工序：

铣削宽为18mm的沟槽（以？

22+0.280为精基准），Ra=3.2卩m

1•加工条件

工件材料：

HT200,163~255HB,金属型铸件

加工要求：

铣削宽为18mm的沟槽

机床：

卧式机床X6025A,8级，转速范围50~1250

刀具：

高速钢镶齿三面刃d0=125mm,L=18mm,Z=14

2.计算切削用量及工时

毛坯长度方向的加工余量为40mm,深度方向的加工余量为2mm,一次加工

印=18mm,aw=23mm,取每齿进给量af=0.05（mm/z），根据《机械加工工艺师手册》表30-33,f=af*Z=0.05x14=0.7mm/r。

8/25

确定机床主轴转速n=!

°00v二10002256（r/min）。

d125

经过计算，与56r/min相近的机床转速为50r/min及80r/min。

为能达到表面粗

糙度Ra3.2卩m,现选取80r/min。

辅助时间0.15x1.88=0.28（min）

其他时间0.06x（0.282+1.88）=0.013（min）

（2）工序：

粗铣削宽为8mm的沟槽（以？

22+0.280为精基准）

1.加工条件

工件材料：

HT200,163~255HB,金属型铸件

加工要求：

铣削宽为8mm的沟槽

机床：

卧式机床X6025A,8级，转速范围50~1250

刀具：

高速钢直齿三面刃d0=63mm,L=6mm,Z=16

2.计算切削用量及工时

毛坯长度方向的加工余量为8mm,深度方向的加工余量为8mm,二次加工。

（1）粗铣

a^=7mm,aw=8mm,取每齿进给量af=0.08（mm/z）,根据《机械加工工艺师手册》表30-33,f=af*Z=0.0816=1.28mm/r。

100029

147（r/min）。

63

v=29m/min。

确定机床主轴转速n=1000/

d

经过计算，与147r/min相近的机床转速为125r/min及200r/min。

现选取

n=125r/min。

如果选n=200r/min,则速度损失太大。

辅助时间0.15x0.47=0.07（min）

其他时间0.06x（0.07+0.47）=0.03（min）

（2）精铣

a^=8mm，aw=8mm，取每齿进给量af=0.03（mm/z），根据《机械加工工艺师手册》表30-33，f=af*Z=0.0316=0.48mm/r。

v=40m/min。

1000/100040

n==

d63

经过计算，与202r/min相近的机床转速为200r/min及315r/min。

现选取n=200r/min。

如果选n=315r/min，则速度损失太大。

辅助时间0.15x0.77=0.11（min）

其他时间0.06x（0.11+0.77）=0.05（min）

（3）工序：

铣削右端面，Ra=3.2卩m

1•加工条件

工件材料：

HT200,163~255HB,金属型铸件

加工要求：

铣削右端面

机床：

卧式机床X6025A,8级，转速范围50~1250

刀具：

硬质合金端铣刀d°=100mm，Z=5

2.计算切削用量及工时

毛坯长度方向的加工余量为49mm,深度方向的加工余量为2mm，一次加工。

a）=2mm，aw=40mm，取每齿进给量af=0.14（mm/z），根据《机械加工工艺师手册》表30-25,f=af*Z=0.14x5=0.7mm/r。

v=72m/min。

确定机床主轴转速n=1000V=型272229（r/min）。

d100

经过计算，与229r/min相近的机床转速为200r/min及315r/min。

现选取n=200r/min。

如果选n=315r/min,则速度损失太大。

切削工时按《机械加工工艺师手册》表30-9,lw=49mm,l1+l2=7mm。

辅助时间0.15x0.4=0.06（min）

其他时间0.06x（0.6+0.4）=0.03（min）

（4）工序：

铣削上端面，Ra=3.2卩m

1.加工条件工件材料：

HT200,163~255HB,金属型铸件

加工要求：

铣削上端面

机床：

卧式机床X6025A,8级，转速范围50~1250

刀具：

高速钢圆柱形铣刀do=5Omm,L=50,Z=8（细齿）

2.计算切削用量及工时

毛坯长度方向的加工余量为40mm,深度方向的加工余量为2mm，一次加工。

a^=28mm，aw=2mm，取每齿进给量af=0.05（mm/z），根据《机械加工工艺师手册》表30-29,f=af*Z=0.05x8=0.4mm/r。

v=21m/min。

1000/100021

确疋机床王轴转速n==134（r/min）。

d50

经过计算，与134r/min相近的机床转速为125r/min及200r/min。

现选取

n=125r/min。

如果选n=200r/min，则速度损失太大。

切削工时按《机械加工工艺师手册》表30-8，lw=49mm，l1+h=12mm。

基本工时tm='”一二」0U=1.04（min）

nf1250.4

辅助时间0.15x1.04=0.16（min）

其他时间0.06x（0.16+1.04）=0.07（min）

（5）工序：

钻孔?

20mm

1•加工条件

工件材料：

HT200,163~255HB,金属型铸件

加工要求：

钻孔直径d0=20mm,孔深l=80mm,通孔。

机床：

圆柱立式钻床Z5025,8级，转速范围100~2900

刀具：

高速钢麻花钻（直柄长麻花钻）d0=20mm

2.计算切削用量及工时

d

ap=-20=1Omm,进给量根据《切削加工简明实用手册》表8-69查得,

I80

f=0.43~0.53mm/r，由于匚=一=4，故允许进给量需乘以修正系数

d20

k=0.95，故f=0.41~0.50mm/r

按机床说明书，取f=0.45mm/r。

切削速度，由《切削加工简明实用手册》表8-71查得v=0.25m/s=15m/min

1000/100015

按公式计算王轴转速n==239（r/min）。

d20

根据机床说明书，取n=261r/min。

d0n20261

所以实际切削速度v=—=16.39m/min。

10001000

d

切削工时按《机械加工工艺师手册》表28-42,lw=80mm,l彳二寸cotkr,11=2~3mm.

辅助时间0.15x0.747=0.11（min）

其他时间0.06x（0.747+0.11）=0.05（min）

（6）工序：

扩孔至？

20；0.28mm，Ra=6.3卩m1.加工条件

工件材料：

HT200,163~255HB,金属型铸件

加工要求：

扩孔至？

20；0.28mm,Ra=6.3卩m,孔深l=80mm，通孔。

机床：

圆柱立式钻床Z5025,8级，转速范围100~2900

刀具：

整体高速钢直柄扩孔钻d0=22mm,L=248mm,l=150mm,d114.3mm2.计算切削用量及工时

ap=0.05D=1mm,进给量根据《机械加工工艺师手册》表28-30查得,

f=0.6~0.7mm/r,取f=0.6mm/r。

切削速度，由《切削加工简明实用手册》表8-71查得v=0.44m/s=26.4m/min

1000/100026.4

按公式计算主轴转速n==382（r/min）。

d22

根据机床说明书，取n=423r/min。

dn22423

所以实际切削速度v=—=一——29m/min。

10001000

切削工时按《机械加工工艺师手册》表28-42，lw=80mm，l1=2~3mm

辅助时间0.15x0.325=0.05（min）

其他时间0.06x（0.05+0.325）=0.02（min）

（7）工序：

拉花键

1.加工条件工件材料：

HT200，163~255HB,金属型铸件

加工要求：

拉花键至？

250°.°23mm,Ra=1.6卩m。

机床：

卧式内拉床L6106/1

刀具：

矩形齿花键拉刀

2.计算切削用量及工时

根据《切削加工简明实用手册》表8-160,确定拉花键拉刀的单面齿升量为0.04~0.1mm,取单面齿升为0.06mm,拉削速度为3~2m/min,根据表8-161及表8-162，取v=2.5m/min。

切削工时t=Zblk

1000vfzZ

Zb（单面余量）=1mm

l=80mm

=1.2

k=1.4

p=（1.25~1.5）l=13.5mm

l80Z=—=6

p13.5

辅助时间0.15x0.15=0.02（min）

其他时间0.06x（0.02+0.15）=0.01（min）

三、夹具设计

经过仔细分析决定设计铣削8mm槽铣床夹具。

在确定夹具设计方案时应当遵循的原则是：

①确保工件的加工质量；②工艺性好，结构尽量简单；③使用性好，操作省力高效；④定位、夹紧快速、准确，能提高生产率；⑤经济性好，制造成本低廉。

确定最合理的设计方案。

⑴确定定位方案，设计定位装置。

定位应符合“六点定位原则”。

定位元件尽可能

选用标准件。

⑵确定夹紧方案，设计夹紧机构。

夹紧可以用手动、气动、液压或其它动力源。

重点应考虑夹紧力的大小、方向、作用点，以及作用力的传递方式，保证不破坏定位，不造成工件过量变形，不会有活动度为零的“机构”，并且应满足生产率的要求。

⑶确定夹具整体结构方案。

定位、夹紧确定之后，还要确定其它机构，如对刀装置、导引元件、分度机构、顶出装置等。

最后设计夹具体，将各种元件、机构有机地连接在一起。

⑷夹具精度分析。

在绘制的夹具结构草图上，标注出初步确定的定位元件的公差配合关系及相互位置精度，然后计算定位误差，根据误差不等式关系检验所规定的精度是否满足本工序加工技术要求，是否合理。

否则应采取措施（如重新确定公差、更换定位元件、改变定位基准，必要时甚至改变原设计方案），然后重新分析计算。

⑸夹具夹紧力分析。

首先应计算切削力大小，它是计算夹紧力的主要依据。

通常确定切削力有以下三种方法：

①由经验公式算出；②由单位切削力算出；③根据切削力、夹紧力的方向、大小，按静力平衡条件求得理论夹紧力。

为了保证工件装夹的安全可靠，夹紧机构（或元件）产生的实际夹紧力，一般应大于理论夹紧力。

（一）问题的提出

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具过与指导老师协商，决定设计铣宽为8mm槽的铣床夹具。

本夹具将用卧式机床X6025A刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。

二）夹具设计

1.定位基准的选择

由零件图可知，宽为&+0。

03mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右端面为定位基准。

因此选用工件以加工右端面和花键心轴的中心线为主定位基准。

2.切削力及夹紧力的计算

根据《机床夹具设计手册》表3-5可知,粗铣Fc=CP严fz0.65d-083B•kp

=510x80.83xO.O80.65x63_0.83x6x16X2000.55

190

=1758.78N

2000.55

190

精铣Fc=Cpap°83fz°65d-°83Bzkp

=510X20.86XO.O3o.65X63-O.83X8X16X

=392N

图1受力分析图

可知

假设只有辅助支承时

F切X19=F辅X49

19

F辅=175878X忑=681・96N在辅助支承可受力的范围内

因此夹紧力只需人工夹紧即可，采用螺纹夹紧。

由于克服切削力产生的力矩大部分由辅助支撑和花键轴上的花键所抵消，所以螺母夹紧力垫片产生的摩擦力可以忽略不计，即螺母夹紧力全部供给零件夹紧，只需用扳手扳至零件牢固即可。

3.定位误差分析

基准不重合误差△B=0

AD

所以基

（1）.槽下表面设计时的设计基准与心轴定位的定位基准为同一中心线,准重合度误差AB=0

《切削加工简明应用手册》P10表1-4，1-5，Td=0.28（H13），Td=0.013（h6）

0.013

=0.205

2

1一

AD=AB+AY=0.205,AD>-AY，所以夹紧误差不在规定范围内，需修改孔的

3

基准

Td=0.021，Td=0.013

1

/D=△B+AY=0.017v—△Y'=0.11

3

（2）.槽右端面的定位误差与设计误差重合

△B=0,槽右端采用的是平面定位，所以没有位移误差

川=0其设计基准的公差等级为13。

AD=0<0.17

4.夹具设计及操作的简要说明

如前所述，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，以利于铣削加工。

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，以有利于铣削加工。

图2零件图

图3装配图

图4夹具体

技术要求

1+铸件不允许有裂纹*欠铸，疏松勿气泡和任何穿透性缺陷

2.未标注倒角3-5mm

+C）13

亠,'E

L未标注处例角均为8.5

图7对刀块

2001

2009

2004

参考文献

1、杨子叔、《机械加工工艺师手册》、北京、机械工业出版社、

2、吴拓、《简明机床夹具设计手册》、北京、化学工业出版社、

3、黄如林、《切削加工简明实用手册》、北京、化学工业出版社、