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拨叉夹具设计说明书

拨叉加工工艺及其夹具设计说明书

设计人____________________

院系______________________

班级______________________

学号______________________

指导教师__________________

时间______________________

课程设计课题单

班级

机电01班

姓名

课题

CA6140拨叉83009零件

机械加工工艺规程设计及工装设计

原始条件

拨叉83009零件图

生产纲领：

单件小批量生产

设计要求

1.绘制CA6140拨叉83009零件图及毛坯图

2.编制CA6140拨叉83009零件机械加工工艺规程

（含机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡）

3.设计机床夹具一套（装配图及部分零件图）

3.编写课程设计说明书

序言

机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。

机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。

我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。

从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。

车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换挡，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需要的速度和扭矩的作用。

零件下方的孔与操作机构相连，而上方的半孔则是用于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。

拨叉是机车变速箱中一个重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔与侧面有精度要求，此外还有小头孔上的槽要求精加工，对精度有一定的要求，所以都要求精加工。

其大头孔与侧面有垂直度的公差要求，所要加工的槽，在其槽两侧面有平行度公差和对称度公差要求等。

因为零件的尺寸精度，几何形状尺寸精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此他们的加工必须保证精度要求。

目录

1、零件的分析

1、零件的作用-----------------------------------03

2、零件的工艺分析-----------------------------03

2、工艺规程设计

1、确定毛坯的制造形成-----------------------03

2、基准的选择-----------------------------------04

3、制造工艺路线--------------------------------06

4、机械加工余量及毛坯尺寸-----------------06

三、专用夹具设计过程

1、问题的提出-----------------------------------07

2、夹具设计--------------------------------------07

四、设计小结

1、结语与感悟-----------------------------------09

2、参考书目--------------------------------------10

1、零件的分析

1、零件的作用

题目给出的是一个拨叉类零件（83009），拨叉类零件主要用在操纵机构中，比如改变车床滑移齿轮的位置，实现变速；或者应用于控制离合器的啮合、断开机构中，从而控制横向或纵向进给。

2、零件的工艺分析

CA6140拨叉83009共有两组加工表面。

 以直径50的孔中心线为基准的加工面，以及拨叉头部圆筒部分互为基准的两个平面。

对于两组加工表面，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。

 由以上分析可知。

该拨叉零件的主要加工表面是平面、孔和槽系。

一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。

因此，对于拨叉83009来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。

2、工艺规程设计

1、确定毛坯的制造形成

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,且材料铸造性能较好，所以我们选择了铸造的方式来制造毛坯，由于没有具体的生产纲领要求，故该零件的毛坯选用的是单件生产的生产方式，所以为了降低成本我们选择了砂型铸造手工造型的方式。

由于采用铸造的方式制造毛坯，为了铸造的简单及避免瑕疵，零件上的一些较小的结构不铸出，对这些部位我们采用了铸成一个整体，后续加工时再加工出来的方法（具体情况详见毛坯图）。

2、基准的选择

<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，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。

 粗基准选择应当满足以下要求：

（1）、粗基准的选择应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精度。

如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的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，使表层保留而细致的组织，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、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5）、粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的,多次使用难以保证表面间的位置精度。

故综上选择拨叉头右端面作粗基准。

<2>、精基准的选择选择精基准时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。

精基准的选择原则如下：

（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书表面，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。

例如：

对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

 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。

例如：

磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的;此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

 除此之外，还应选择工件上精度高、尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠，并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

故综上选择拨叉头左端面作精基准。

3、制造工艺路线

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。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

机械加工工序顺序的安排应该遵循以下原则:

（1）、遵循“先基准后其他”的原则，首先加工精基准

（2）、遵循“先粗后精”原则，对各加工表面都是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，后加工次要表面（4）、遵循“先面后孔”原则，先加工平面，再加工孔。

（01）、粗铣拨叉头部两端面

（02）、精铣拨叉头部两端面

（03）、粗镗、精镗、粗铰、精铰直径50的孔

（04）、钻、扩、粗铰、精铰拨叉脚部直径28的孔

（05）、粗铣、精铣拨叉头部凸台端面

（06）、钻、扩、粗铰、精铰另一直径28的孔

（07）、钻直径10的面孔

（08）、钻、攻螺纹孔M16

（09）、粗铣、精铣键槽

（10）、粗铣、精铣出两脚板之间的槽

4、机械加工余量及毛坯尺寸

查表2-2确定毛坯铸件的尺寸公差等级为CT13,查表2-5确定毛坯铸件的机械加工余量等级为F级，根据以上数据查表2-4确定毛坯铸件的机械加工余量RMA为2。

根据公式R=F+2RMA+CT/2（2-1）、R=F+2RMA-CT/2（2-2）及零件的基本尺寸来大致计算出各个加工部位需保留的加工余量及毛坯尺寸（具体尺寸详见毛坯图）。

3、专用夹具设计过程

1、问题的提出

我们设计的夹具是用来加工拨叉头部的凸台的表面，在加工该表面时，拨叉头部圆筒的两端表面都已加工，直径50的孔及拨叉脚部直径为28的孔也已经加工完成，故可以考虑用这些部分来完成定位。

为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。

同时，应该考虑如何考虑提高劳动生产率和降低劳动强度，并使夹具的结构尽量简单。

2、夹具设计

（1）、定位基准的选择

由零件图可以看出拨叉头部凸台平面是以直径50的孔的中心线为加工基准的，故为了满足基准的重合原则，减小加工误差，我们选用直径50的孔作为定位基准，定位元件采取了类似于长圆柱销的带螺纹的阶梯轴，可以限制四个自由度，同时为了防止加工时零件旋转在拨叉脚部直径28的孔处我们采用了固定式短圆柱销来限制零件的旋转。

这样两个定位元件共限制五个自由度，包括三个旋转自由度，两个移动自由度，可以保证零件加工的要求。

（2）、误差分析

由于凸台表面的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差，故不必考虑定位误差，只需保证夹具的制造精度和安装精度。

（3）、夹具设计方案确定

综合以上各个因素我们最终确定了加工拨叉头部凸台表面的专用夹具的设计方案。

考虑到在满足零件加工要求的情况下夹具设计的越简单越好的要求，所以我们设计的专用夹具在满足零件的定位及装夹要求的情况下，尽量减少了不必要零件的使用，该夹具结构简单用到的零件总共只有五个，包括夹具体底板、带螺纹的阶梯轴、固定式圆柱销、开口垫片及六角薄螺母。

直径50的孔处用带螺纹的阶梯轴定位并加紧，脚部直径28的孔处用固定式定位销来定位，阶梯轴与夹具体底板采用了螺纹连接。

另外为了保证阶梯轴与零件的结合可靠（避免阶梯轴轴向和径向的垂直度不足而使零件下端面与阶梯轴表面接触不良），并且减小应力集中，阶梯轴上留有退刀槽。

因为该专用夹具是单件生产，故为了降低成本节省制造时间，故一律不采用铸件而采用焊接件，底板上的凸台与底板之间的结合使用焊接，底板下面的槽则使用铣床铣出。

考虑到夹具与机床导轨的连接，在夹具体底板上留有座耳。

夹具用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式虽然夹紧力小，但成本低。

如前面所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动效率。

为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,并使用于夹紧的螺母小于孔的直径，可以在不将螺母拧下的情况下将零件装拆，简化安装与拆卸过程，提高效率。

为了保证零件的加工精度，避免夹具的加工制造精度影响到零件，故在一些夹具与零件的接触与配合部位夹具的精度都选择了比零件高一个等级或与零件的精度同级。

另外如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。

由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。

这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。

 此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。

为防止此现象，心轴采用可换的，以便随时根据情况进行调整。

装夹工件时，先将工件孔装入定位心轴，安装开口垫圈，用夹紧螺母拧紧，夹紧工件即可。

（具体方案请参见夹具装配图）

（4）、切削力及夹紧分析计算

刀具材料：

（高速钢镶齿三面刃铣刀）

刀具有关几何参数：

由《机床夹具设计手册》表1-2-9可得铣削切削力的计算公式：

式（2.1）

查《机床夹具设计手册》表

得：

对于灰铸铁：

式（2.2）

取

，即

所以

由《金属切削刀具》表1-2可得：

垂直切削力：

（对称铣削）式（2.3）

背向力：

根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。

最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。

即：

式（2.4）

安全系数K可按下式计算：

式（2.5）

式中：

为各种因素的安全系数，见《机床夹具设计手册》表

可得：

所以

式（2.6）

式（2.7）

式（2.8）

由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。

单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：

式（2.9）

式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：

其中：

螺旋夹紧力：

易得：

经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。

4、设计小结

1、结语

在经过近三周的设计之后，使我们了解到了有关机械制造技术基础的一些知识，切身地体会到了从毛坯到成品的一个工艺设计过程，从而对于本课程有一个较为清晰的轮廓印象。

由于我们在这次的课程设计过程中所学有限，对这门课程只是有了一个初步的认识，所以请老师多多指正与批评。

如果要想更好地掌握好这门技术，还需要我们进一步的学习与实践，在实际工作中不断地积累经验，这样我们才能更好的学好这门技术，更好地了解机械制造基础工业，从而为以后的工作打下坚实的基础。

这次课程设计使我们收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。

课程设计即将结束，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD、SOLIDWORKS等制图软件，为我们踏入设计界打下了好的基础。

课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。

因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。

2、参考书目

《机械制造技术基础》（机械工业出版社）

《机械制造技术基础课程设计指导教程》（机械工业出版社）

《机械加工工艺师手册》（机械工业出版社）

《工程图学基础》（机械工业出版社）

《机械设计手册》（机械工业出版社）