机械制造基础课程设计说明书拨叉.docx
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机械制造基础课程设计说明书拨叉
第一章课程设计
1.1零件的分析
1.1.1零件的用途
题目所给的零件是CA6140车床831002的拨叉。
该拨叉应用在车床变速箱的换档机构中.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的作用。
零件上方的φ25孔与操纵机构相连，下方的φ60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。
两件零件铸为一体，加工时分开。
该拨叉在改变档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用,因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。
该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔Φ25H7，在设计工艺规程时应重点予以保证。
1.1.2零件的技术要求
按《指导教程》P2表1-1形式将该拨叉的全部技术要求列于表1-1中。
表1-1.拨叉零件技术要求表
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra/μm
形位公差/mm
Φ25孔
25H7
IT7
1.6
Φ60孔
60H7
IT7
3.2
Φ60孔两端面
12d11
IT11
3.2
螺纹孔顶面
距φ25孔中心线36
IT12
6.3
铣槽端面
距槽底面8H12
IT12
6.3
铣16H11槽
16H11
IT11
3.2
1.1.3零件的工艺分析
零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能良好,但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此，以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。
分述如下：
1.以φ25mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
φ25H7mm的孔，以及φ42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为φ25H7mm通孔。
2.以φ60mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
φ60H7mm的孔，以及φ60H7mm的两个端面。
主要是φ60H7mm的孔。
3.铣16H11mm的槽
这一组加工表面包括：
此槽的端面，16H11mm的槽的底面，
16H11mm的槽两侧面。
4.以M22×1.5螺纹孔为中心的加工表面。
这一组加工表面包括：
M22×1.5的螺纹孔，长32mm的端面。
主要加工表面为M22×1.5螺纹孔。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：
（1）φ60孔端面与φ25H7孔的垂直度公差为0.1mm.。
（2）16H11mm的槽与φ25H7孔的垂直度公差为0.08mm。
由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗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。
1.1.4定零件的生产类型
依要求知:
Q=4000台/年,m=1件/台;结合生产实际,备品率a%和废品率b%分别取4%和0.7%.
按《指导教程》P2公式（1-1）
N=Qm（1+a%）（1+b%）=4000台/年×1件/台×（1+4%）×（1+0.7%）=4189件/年
拨叉重量为1.45千克,按《指导教程》P3表1-3可知拨叉属于轻型零件;由表1-4知该拨叉的生产类型为成批生产中的中批量生产.所以初步确定工艺安排为：
加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
1.2工艺规程的设计
1.2.1确定毛坯的制造形式
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，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。
1.2.2基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得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，甚至还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。
1.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
H7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.精基准的选择。
主要应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，此处不再重复。
1.2.3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技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,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
工序一以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔两端面。
工序二精铣φ25孔两端面。
工序三以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔,使孔的精度达到IT7。
工序四以φ25孔为精基准，粗铣φ60孔两端面。
工序五以φ25孔为精基准，精铣φ60孔两端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1。
工序六以φ25孔为精基准，钻、扩、铰、精铰φ60孔，保证空的精度达到IT7。
工序七以φ25孔为精基准，铣螺纹孔端面。
工序八以φ25孔为精基准，钻φ20孔。
工序九以φ25孔为精基准，攻M22×1.5螺纹。
工序十以φ25孔为精基准，铣槽端面。
工序十一以φ25孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差为0.08。
工序十二拨叉叉脚铣断
工序十三去毛刺。
工序十四检查。
选择此工艺路线的理由有：
1、经验告诉我们，应该先铣平面再加工孔，那样会更容易满足零件的加工要求。
故钻φ25、φ60孔时应先铣这两个孔的端面。
2、φ60孔端面与φ25H7孔垂直度公差为0.1mm.，16H11mm的槽与φ25H7的孔垂直度公差为0.08mm。
加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。
3、若把拨叉叉口铣断放在中间，则对前面的各工序的加工定位夹紧不方便，从而导致效率较低。
故把拨叉叉口铣断放在后面。
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
粗铣φ25孔端面
立式铣床X53K
端铣刀
游标卡尺
2
精铣φ25孔端面
立式铣床X53K
端铣刀
游标卡尺
3
钻、扩、铰φ25孔
立式钻床Z5125A
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
4
粗铣φ60孔上下端面
立式铣床X53K
端铣刀
游标卡尺
5
精铣φ60孔上下端面
立式铣床X53K
端铣刀
游标卡尺
6
钻、扩、铰φ60孔
立式钻床Z5163A
麻花钻、扩孔钻、铰刀
卡尺、塞规
7
铣螺纹孔端面
立式铣床X53K
端铣刀
游标卡尺
8
钻φ20孔
立式钻床Z525
麻花钻
卡尺、塞规
9
攻M22×1.5螺纹
丝锥
螺纹塞规
10
铣16H11槽端面
立式铣床X53K
端铣刀
游标卡尺
11
铣16H11的槽
万能铣床X61W
三面刃铣刀
卡尺、塞规
12
拨叉叉口铣断
万能铣床X61W
锯片铣刀
13
去毛刺
14
检查
以上工序过程详见机械加工工艺过程卡片。
1.2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
CA6140车床拨叉，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1.45kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线，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：
1.外圆表面（φ42）
考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，
没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。
2.外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量（φ25，φ60端面）。
（1）确定加工路线由《指导教程》P11表1-8序号7得：
粗铣---精铣。
（2）确定各工序的加工余量取φ25，φ60端面长度余量均为2mm（均为双边加工）
铣削加工余量为:
粗铣1.5mm精铣0.5mm.
3.内孔（φ60的孔已铸成φ50的孔，φ25的孔已铸成φ15的孔）
由《指导教程》P41表2-28
取φ60孔已铸成孔长度余量为5，即铸成孔直径为50mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔至φ55mm；扩孔4.5mm；铰孔0.4mm；
精铰0.1mm。
φ25的孔工序尺寸加工余量：
钻孔至φ23mm余量为2mm；扩孔1.8mm；粗铰0.14mm；
精铰0.06mm
4.槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量
由《指导教程》P41表2-26
铸出槽端面至中心线47mm的距离，余量为3mm。
工序尺寸加工余量：
粗铣端面2.1mm；半精铣0.7mm；精铣0.2mm
5.螺纹孔顶面加工余量
铸出螺纹孔顶面至φ25孔轴线且垂直轴线方向40mm的距离，余量为4mm
工序尺寸加工余量：
粗铣顶面3.1mm；半精铣0.7mm；精铣0.2mm
6.其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。
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认。
1.2.5确立切削用量及基本工时
工序六
以φ25孔为精基准，钻、扩、铰、精铰φ60孔，保证孔的精度达到IT7。
钻孔:
1.选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=55mm，钻头采用双头刃磨法,钻头几何形状为:
β=28,2φ=120,2φ1=70,bg=11mm,αο=12,ψ=55,b=6mm,l=11mm.
选择Z5163A钻床n=22.4~1000r/min,f=0.063~1.2mm/r.
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切削手册》表2.7,当加工要求为H7精度,铸铁的强度
σb<800MPa,d0=55mm时,
按钻头强度选择
按机床强度选择
最终决定选择Z5163A机床已有的进给量
（2）计算工时
选择n=600r/min所以
扩孔：
选高速钢扩孔钻
取f=2mm/r
铰孔：
选高速钢铰刀
取f=3.15mm/r
精铰：
选高速钢铰刀
取f=3.15mm/r
1.3夹具设计
设计工序——钻、扩、铰、精铰φ60H7孔的夹具。
1.3.1夹具设计
1.3.1.1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，合理选择定位基准。
Φ25的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ25孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以长圆柱销3、浮动支承块1和挡销2上实现完全定位。
为了提高加工效率，缩短辅助时间，采用DQG型气缸4通过对称布置的两套铰链机构和压板夹紧工件。
1.3.1.2削力和夹紧力计算
（1）切削力的计算
刀具：
高速钢麻花钻d=55mm
机床：
立式钻床Z5163A
其中D为钻头直径；f为每转进给量；Kp为修正系数
Kp=（бb/736）0.75＝（450/736）0.75＝0.691。
所以M=0.88×55×2.250.9×10.8×0.691＝46.3Nm
Ff=371×2.251.3×10.7×0.691＝735.7N
（2）夹紧力的计算
在本工步中为防止工件转动所需的最小夹紧力为Fj=KMsin45o/（f1Rsin45o+f2R）=3×46.3×sin45o/（0.25×30×sin45o+0.7×30）=3.07N
防止工件移动所需的夹紧力为
Fj＝KFsin45o/（f3sin45o+f4）＝3×735.7×sin45o/（0.25×sin45o+0.7）
＝1764N
1.3.1.3位误差分析
定位尺寸公差的确定，工件的Φ60mm孔对平行度和垂直度要求不高，工件的平行度，平行度的误差主要有钻套的不同同轴度引起的,钻套的同轴度小于0.005完全能满足工件的要求。
1.3.1.4具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。
应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。
提高夹具性价比。
采用DQG型气缸4通过对称布置的两套铰链机构和压板夹紧工件。
本夹具上有钻模，所以无需对刀装置。
第二章总结
2.1设计小结
本文是CA6410车床拨叉831002的加工工艺和夹具设计，设计的总体过程可以概括为，首先对拨叉零件的结构、形状及材料作整体分析，然后初选加工工艺方案，并对工艺方案进行确定合理的工艺路线，然后计算分析尺寸，并制定出工艺卡片，最后是夹具的设计。
本次课程设计综合了大学三年里所学的知识，是理论与实际相结合的一个成果。
由于专业知识有限，在设计过程中遇到的问题主要通过老师的讲解，同学们的讨论以及查阅资料来解决。
通过课程设计，我对课本理论知识有了更深刻了理解，同时，我的看图，绘图能力也有了较大的提高。
这对我以后的工作打下了良好的基础。
2.2鸣谢
本次课程设计综合了大学三年里所学的专业知识，是理论与实际相结合的一次考验。
通过这次设计，我的综合运用知识的能力有了很大的提高，尤其是看图、绘图、设计能力，为我今后的工作打下了良好的基础。
在此过程中，我进一步加深了对课本知识的理解，进一步了解了零件的工艺以及夹具设计过程，收获颇丰。
本次设计是在张世亮老师的悉心指导和帮助下完成的。
我的机械工艺知识有限，在设计中常常碰到问题，老师和同学不厌其烦的指导，不断地点拔迷津，提供相关资料，才使其顺利完成。
在此，我向老师表示最真诚的感谢。
同时，感谢同学的支持和帮助。
参考文献
1、机械制造技术基础/于骏一，邹青主编.北京：
机械工业出版社，2009.2
2、机械制造技术基础课程设计指导教程/邹青主编.北京：
机械工业出版社，2011.6
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