CA6140车床的型号831002拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计.docx
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CA6140车床的型号831002拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计
目录
序言······························································2
CA6140车床的型号831002拨叉工艺规程设计
1.拨叉的工艺分析及生产类型的确定·································2
1.拨叉的用途···················································3
2.拨叉的技术要求···············································3
3.审查拨叉的工艺性·············································4
4.确定拨叉的生产类型···········································4
二.确定毛坯,绘制毛坯简图·········································4
1.选择毛坯······················································4
2.确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量······························5
三.拟定拨叉工艺路线···············································5
1.基面的选择···················································5
2.表面加工方法的确定表面加工方法的确定··························6
3.加工阶段的划分················································6
4.工序的集中与分散···············································6
5.确定拨叉的生产类型············································6
6.工艺路线的确定················································7
四．机械加工余量、工序尺寸及公差的确定·······························8
五.拨叉φ60孔切削用量、时间定额的计算·······························9
1.切削用量计算····················································10
2.时间定额的计算·················································10
六．机床夹具设计·····················································12
1.设计应考虑的问题················································12
2.定位方案设计····················································13
3.工件误差分析计算···············································13
4.导向元件设计···················································14
5.夹紧装置设计····················································14
6夹紧力与切削力的计算·············································16
7.夹具体的设计·····················································16
参考文献·······························································18
序言
机械制造工艺学课程设计是在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的各种课程的一次深入而综合的总复习,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,能够综合地系统化地掌握所学过的知识并加以应用,对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，同时从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，以便于以后更好地投入工作，为未来做好打算。
一.拨叉的工艺分析及生产类型的确定
1.拨叉的用途
该拨叉应用在CA6140型车床变速箱传动轴上的换档机构中.该拨叉头以Φ25mm孔套在变速叉轴上,并用螺钉经螺纹孔M22mm与变速叉轴联结,拨叉脚则夹在两齿轮之间.当需要变速时,操纵变速手柄,变速操纵机构就通过拨叉壁部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移,拨叉脚拨动三联滑移变速齿轮在花键轴上滑动以改变档位,从而改变车床主轴的旋转速度.
该拨叉是在停车时用于换档的,承受的弯曲应力和冲击载荷较小,因此零件应具有的强度和韧性均不高.该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴也
（H7）、锁销螺纹孔M22×1.5mm、拨叉长槽,在设计工艺规程时应予以保证.
2.拨叉的技术要求
按表1-1形式将拨叉的全部技术要求列于表1中,
表1拨叉零件技术要求
加工表面
尺寸偏差（mm）
公差及精度等级
表面粗糙度Ra（µm）
形位公差（mm）
长槽侧面
IT11
3.2
长槽底面
IT12
6.3
拨叉脚两端面
IT11
3.2
拨叉脚内表面
IT12
3.2
M22×1.5mm螺纹孔到大槽外侧
IT12
Φ25mm孔
IT7
1.6
M22×1.5mm孔
拨叉头左端面
80
拨叉头右端面
80
该拨叉形状特殊,结构简单,属于典型的叉杆类零件.为了实现换档变速的功能,其叉轴孔与变速叉轴有较高的配合要求,因此加工精度要求较高.为保证拨叉换档时叉脚受力均匀,要求叉脚两端面对叉轴孔
mm的垂直度要求为0.1mm.为保证拨叉在叉轴上有准确的位置,改换档位准确,拨叉用螺钉定位.
综上所述,该拨叉件的各项技术要求制订得较合理.
3.审查拨叉的工艺性
分析零件图可知,拨叉脚两端面要求切削加工,并在轴向方向上高于相邻表面,这样既减少了加工面积,又提高换档时叉脚端面的接触刚度.Φ25mm孔和M22mm螺纹孔的端面均为平面,可以防止加工过程中钻头钻偏,以保证孔的加工精度.长槽两侧面精度要求较高,而上表面及下表面精度要求不高,加工比较容易.该零件主要工作表面虽然加工精度相对较高,但也可以在正常的生产条件下,采用较经济的方法保质保量地加工出来;除主要工作表面外,其余的加工精度均较低.综上所述知,该零件不需要高精度机床加工,通过铣削钻床的粗加工就可以达到加工要求.由此可见,该零件的工艺性较好.
4.确定拨叉的生产类型
依据设计要求可知,该零件的生产类型为大量生产.拨叉的重量为1.45kg,查表1-3可知,该拨叉属于轻型零件.
2.确定毛坯,绘制毛坯简图
1.选择毛坯
由于该拨叉在工作过程中承受的冲击载荷较小,受力小,故选择材料为HT200.因为该拨叉的生产类型为大量生产,为提高生产效率和铸造件的表面质量与机械性能,采用砂型铸造金属模机器造型.
2.确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
由表2-1～表2-5知,要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确定以下各项因素:
（1）.公差等级
由拨叉的铸造方法和材料,并查表2-1得毛坯公差等级为CT10级.
（2）.公差带位置
公差带应相对于基本尺寸对称分布,即一半在基本尺寸之上,一半在基本尺寸之下.
（3）.要求的机械加工余量
根据工件的铸造方法和铸件的材料,查表2-5得其精度等级为F级.
根据上述条件,可查表2-3,表2-4确定铸件的尺寸公差和机械加工余量.
表2拨叉铸件毛坯尺寸公差及机构加工余量
项目（mm）
机械加工余量（mm）
尺寸公差（mm）
脚内圆宽度Φ60
2
2.8
长槽宽度16
2
2.2
脚端面宽度12
1.5
2.2
中心距126.11
0.5
3.6
孔径Φ25
2
2.4
端面44
2
2.8
长槽底面至上表面8
2
2
顶面36
2
2.6
3.拟定拨叉工艺路线
1.定位基面的选择
定位基准有粗基准和精基准之分,通常先确定精准,然后再确定粗基准.
（1）精基准的选择
根据拨叉零件的技术要求同装配要求，选择拨叉右端面同轴孔φ25作为精基准。
零件上很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循“基准统一”原则，，轴孔φ25的轴线是设计基准，选用其作为精基准加工拨叉的左右端面，螺纹孔M22×1.5同槽，实现了设计基准跟工艺基准的重合，，保证了被加工表面的垂直度要求，另外，由于拨叉的刚性较差，受力容易产生变型，夹紧力应该垂直于主要定位面，选用拨叉φ25孔端面做精基准，夹紧可作用在端面上，夹紧可靠，不容易引起零件变型。
（2）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。
而作为粗基准的表面应平整，没有飞边，毛刺或其他表面残缺。
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φ25
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φ42孔作主要定位面，限制5个自由度，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.表面加工方法的确定
根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,确定加工件各表面的加工方法,如表所示.
表3拨叉零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra（µm）
加工方案
备注
Φ25mm孔
IT7
1.6
扩-粗铰-精铰
表1-7
长槽内侧面
IT9
3.2
粗铣-精铣
表1-8
长槽底面
IT12
6.3
粗铣
表1-8
长槽上表面
IT12
6.3
粗铣
表1-8
螺纹孔端面
IT12
6.3
粗铣
表1-8
螺纹孔
IT7
3.2
扩孔-丝锥攻螺纹
表1-7表1-10
拨叉脚两端面
IT11
3.2
粗铣-半精铣
表1-8
Φ60mm孔
IT12
3.2
粗镗-半精镗
表1-7
拨叉脚底面
IT12
6.3
粗铣
表1-8
3.加工阶段的划分
该拨叉加工质量比较高,可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工阶段.
在粗加工阶段,首先将精基准Φ25mm孔准备好,使后续工序可以采用精基准定位加工,保证其它表面加工的精度要求;然后粗铣长槽上表面
、长槽底面、长槽内侧面、拨叉脚内表面,切拨叉脚底面及加工螺纹孔;在精加工阶段,进行长槽内侧面的精铣.
4.工序的集中与分散
该零件选用工序分散原则安排拨叉的加工工序.采用分散原则安排生产,可以使所用机床和工艺准备简单,并易于调整.
5.工序顺序的安排
（1）机械加工工序
1）.遵循"先基准,后其它"原则,首先加工精基准―拨叉头叉轴孔
mm.
2）.遵循"先粗后精"原则,先安排粗加工工序,后安排精加工工序.
3）.遵循"先主后次"原则,先加工主要表面―叉轴孔
mm和长槽及拨叉脚两端面,后加工次要表面―螺纹孔端面及螺纹孔、拨叉孔内表面及底面.
4）.遵循"先面后孔"原则,先加工螺纹孔上表面再加工螺纹孔.
（2）辅助工序
精加工完成后,安排去毛刺、清洗等终检工序.
综上所述,该该拨叉工序的安排顺序为:
基准加工―主要表面的粗加工及长槽内侧面的精加工―主要表面半精加工和次要表面加工.
6.确定工艺路线
在综合上述工序顺序安排原则的基准上,列出拨叉的工艺路线如表4所示.
表4拨叉工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
扩-粗铰-精铰Φ25孔
Z525型钻床
扩孔钻、铰刀
游标卡尺、塞规
2
粗铣、半精铣
Ф60孔上下端面
X5032卧式铣床
端铣刀
游标卡尺
3
镗、半精镗Ф60孔
卧式镗床
高速钢镗刀
游标卡尺、塞规
4
铣螺纹孔端面
卧式铣床
端铣刀
游标卡尺
5
钻Ф20孔
立式钻床
钻刀
游标卡尺、塞规
6
攻M22x1.5螺纹
立式钻床
丝锥
游标卡尺
7
铣槽端面
卧式铣床
端铣刀
游标卡尺
8
铣16H11的槽
万能铣床
三面刃铣刀
游标卡尺
9
两件铣断
万能铣床
锯片铣刀
游标卡尺
10
检查
游标卡尺，塞规
四．机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
工序一拨叉叉轴孔加工余量和公差的确定
由表2―28可查得,扩孔余量Z扩孔=2mm,粗铰余量Z粗铰=0.14mm,精铰余量Z精铰=0.06mm,查表1―20可依次确定各工序的加工精度等级为扩孔:
IT12;精铰:
IT10;精铰IT7.根据上述结果,再查标准公差数值表2―40可确定工步的公差值为扩孔:
0.2mm
粗铰:
0.084mm,精铰0.021mm.
综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为扩孔:
mm,粗铰
mm,精铰
mm.
工序二φ60孔上下端面加工余量和公差的确定
该工序的加工过程是双边加工，参考表2—4，取该端面的加工余量为2mm，铣削加工余量为：
粗铣1.3mm，精铣0.7mm。
查表1-20知，粗铣工序的经济加工精度可达IT11，其公差值为0.11mm。
工序三拨叉脚φ60孔加工余量和公差的确定
因为φ60孔的精度等级为H12，且粗糙度要求为3.2，查表1-7得，粗镗，半精镗就能满足要求，所以确定其加工方案为粗镗—半精镗。
由表2―29可查得,粗镗余量Z粗镗=1.5mm,半精镗余量Z半精镗=0.5mm,查表1―20可依次确定各工序的加工精度等级为粗镗:
IT11;半精镗:
IT10.根据上述结果,再查标准公差数值表2―40可确定工步的公差值粗镗:
0.220mm
半精镗:
0.140mm.高速钢镗刀，卧式车床T68
综上所述,该工序各工步的工序尺寸及公差分别为粗镗
mm,精铰
mm
工序八粗铣、精铣16H11槽侧面和底面的加工余量、工序尺寸和公差的确定。
由表2-36可知，精铣余量Z
=1mm;公差值为+0.3。
精加工15
它们的相互关系如下图：
五.拨叉叉轴孔切削用量、时间定额的计算
工序四以φ25孔为精基准，粗镗，半精镗φ60孔，保证孔的精度达到IT12。
1．切削用量的计算
（1）粗镗孔工步
1）背吃刀量取ɑp=0.75mm（背吃刀量为加工余量的一半）
2）进给量的确定由表5-29可取工序的每转进给量f=0.3-1.0mm/r。
这里选择f=0.8mm/r
3）切削速度的计算工件的材料为HT200，刀具为高速钢镗刀，由表5-29，切削速度可取为v=20-35m/min，由公由公式（5―1）得
可求得该工序钻头的转速
由此可选择卧式镗床T68。
可取转速n=960r/min,由此转速代入公式（5―1）,可求得该工序的实际镗削速度
=179.4m/min
（2）半精镗工步
1）背吃刀量取ɑp=0.25mm
2）进给量的确定由表5-29可取工序的每转进给量f=0.2-0.8mm/r.这里选择0.6mm/r
3）切削速度的计算由表5-29，切削速度可取为v=25-40m/min，由公由公式（5―1）得
可求得该工序钻头的转速
由此可选择卧式镗床T68。
可取转速n=960r/min,由此转速代入公式（5―1）,可求得该工序的实际镗削速度
.
2.时间定额的计算
（1）基本时间tm的计算
1）镗拨叉φ60孔
根据表5-39中的镗孔基本时间计算公式
可求出该工序的基本要求，式中L=12mm,
=
一般当
=90度时，
=2~3，这里取
=2，
=3~5,这里取
=4，
=单件小批生产时的试切附加长度。
i为进给次数，在本题中为一次。
=fXn=960r/minX0.8mm/r=,
将上述的结果代入公式
，则该工序的基本时间是
=0.025min=1.5s
2）半精镗镗拨叉φ60孔
根据题意，半精镗与粗镗的分别是进给量f不同，f=0.6mm/r，因此
=fXn=960r/minX0.6mm/r=576,将上述的结果代入公式
，则该工序的基本时间是
=0.033min=2s.
所以总基本时间
=
+
=3.5s
（2）辅助时间tf的计算
辅助时间tf与基本时间的关系为tf=（0.15-0.2）
，这里取tf=0.2
，则各工序的辅助时间分别为：
粗镗的辅助时间：
tf=0.2
=1.5X0.2=0.3s
半精镗的辅助时间：
tf=0.2
=2X0.2=0.4s
所以总辅助时间tf=tf1+tf2=0.3+0.4=0.7s
（3）其他时间计算
除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要和准备与结束时间，，但是拨叉为大批量生产，准备和结束的时间甚微，可以忽略不算，，布置工作地时间tb是作业时间的2%-7%，这里取5%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%-4%，这里取3%，则可知道：
粗镗的辅助时间:
5%×（tj+tf）=5%×（3.5+0.7）=0.21s
半精镗的辅助时间:
3%×（tj+tf）=3%×（3.5+0.7）=0.126s
综合上述知,单件时间定额：
]
tdj=tj+tf+tb+tx+tz=3.5+0.7+0.21+0.126=4.536s
六．机床夹具设计
在机床上加工工件时,为了使工件在该工序所加工的表面能达到规定的尺寸和位置公差要求,在开动机床进行加工之前,必须使工件占有一正确的位置,并保证在加工过程中能够保持定位位置不变.为此,必须对工件进行定位和夹紧.
1.夹具设计应考虑的问题
本夹具是用来镗φ60孔孔，加工本道工序时，应注意该工艺孔应与φ25孔由一定的同轴度要求，为保证形位公差，需要在加工时用应用φ25孔为精基准；该零件的尺寸精度也有一定的要求，应保证该夹具与零件之间由良好的接触关系。
在设计夹具时，主要应考虑如何定位才能加工出合格的零件，如何才能减低劳动强度和提高劳动生产率。
2.定位方案设计
按照加工要求,工件上应该被限制的自由度均要被限制.根据所加工的拨叉零件的尺寸及工作要求,加工拨叉叉轴孔时,工件以Φ25H7及Φ60H12孔端面和侧板为定位基准，在长圆柱销，浮动支承块和挡销尚实现完全定位，采用DQG型汽缸通过对称布置的两套铰链机构和压板加紧工作，综上所述知,工件的的六个自由度被完全限制,工件已实现完全定位.
3.工件误差分析计算
定位误差由基准不重合误差Δjb和定位副制造不准确误差Δdb两部分组成,定位误差的大小是两项误差在工序尺寸方向上的代数和,即Δdw=Δjb+Δdb.
基准不重合误差Δjb:
由于工序基准与定位基准不重合,查标准公差值表得工件挡销的标准公差为0.62mm,即极限偏差为±0.3.由于夹紧力的作用,工件总是靠近挡销,所以Δjb=0.5×0.31=0.15mm.
查机械制造技术基准课程设计指导教程》表85-10得定位副制造不准确误差Δdb=0.015mm.
所以,Δdw=Δjb+Δdb=0.15+0.015=0.165mm.
4.导向元件设计
钻床夹具的导向元件为可换钻套,它的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置,并在加工中对镗刀等加工刀具进行引导,防止刀具在加工中发生偏斜.
（1）钻套高度:
钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关.钻套高度H越大,刀具的导向性越好,但刀具与钻套的摩擦越大,一般取H=（1～2.5）d,所以H=1×59.5～2.5×60mm=59.5～150mm.查《机械制造技术基准课程设计指导教程》表9-10可取快换钻套的高度H=45mm.
（2）排屑间隙h值应适当选取,上值太小时,切屑难以自由排出,使加工表面被损坏;h值太大时,会降低钻套的导向作用,影响加工精度.加工铸铁时,h=（0.3～0.7）d=0.3×59.5～0.7×60mm=17.85～42mm.查《机械制造技术基准课程设计指导教程》表9-10可取排屑间隙h=16mm.
（3）确定钻套位置尺寸和公差
钻套位置尺寸以工件相应尺寸的平均尺寸为基本尺寸,其公差取为工件相应尺寸公差的1/5～1/2,偏差对称标注.由夹具可知：
工序尺寸（钻套中心线与外壁的距离）L=70，而尺寸公差取：
0.07×（1/5～1/2）mm，取+0.035mm，则钻套的位置尺寸为L=（70+0.035）mm
5.夹紧装置设计
在加工过程中,工件会受到切削力、离心力等外力的作用,为了保证在这些外力作用下,工件仍能在夹具中保持定位的正确位置而不致发生位移或产生振动,在夹具结1.构中都必须设置一定的夹装置,把工件压紧在定位元件上.
（1）夹紧装置的组成
DQG型汽缸（动力装置），夹紧元件，铰链杠杆机构（中间传动机构）
（2）对夹紧装置的基本要求:
1）夹紧时不破坏工件在夹具中占有的正确位置;
2）夹紧力要适当,既要保证工件在加工过程中定位的稳定性,又要防止因夹紧力大损伤工件表面及产生夹紧变形;
3）夹紧机构操作安全、省力、夹紧迅速;
4）夹紧机构的复杂程度、工作效率与生产类型相适应.结构应尽量简单,便于制造与维护;
5）具有良好的自锁性能.
（3）夹紧力的作用点的设计原则:
1）应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承平面内;
2）应落在工件刚性较好的部位上;
3）应尽可能靠近加工面.
（4）夹紧力的方向:
1）作用方向应垂直于工件的主要定位基准,以保证加工精度;
2）作用方向应有利于减少所需的夹紧力的大小.
综合上述,选择夹紧力的作用点在Φ60H12孔的上下端面。
6.夹紧力与切削力的计算
由于拨Φ60孔在同一夹具上完成粗镗-半精镗加工,加工过程中不拆工件，且粗镗所需的力大于半精镗的力,所以确定夹紧力只需确定粗镗时所需的夹紧力.
因为考虑到零件的夹紧需要轴向和径向定位，所以选用铰链杠杆夹紧机构，查表10-1，夹紧力由于工件扩孔时所需的周向切削力远大于轴向力,故确定夹紧力时只需要计算粗镗刀作用在工件上的转距,轴向力可凭经验予以保证.
（1）切削力的计算，由《金属加工机械手册》查出，切削力P=204ts0.75kp,其中t=0.75,s=0.8,kp=k1×k2×k3×k4×k5而且对于镗刀k1=1.24,k2=1.0,k3=1.15,k4=1.0,k5=1.0,代入得kp=1.43.再把结果代入切削力公式P=204ts0.75kp=204×0.75×0.850.75×1.43=185N
（2）夹紧力的计算
由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表10-1可查出，夹紧力公式
，其中k=3,L=10,H=12,f=0.2,代入公式得
=462.5N
7.夹具体的设计
夹具休是夹
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