CA6140车床拨叉831007的机械加工工艺规程及夹具设计.docx
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CA6140车床拨叉831007的机械加工工艺规程及夹具设计
优秀设计
CA6140拨叉（831007型号）零件的工艺规程及夹具设计
序言………………………………………………………………………2
1.零件的分析…………………………………………………………2
1.1零件功用………………………………………………………2
1.2零件表面加工技术要求分析……………………………………2
2.毛坯的选择…………………………………………………………3
2.1毛坯的制造方法………………………………………………3
2.2毛坯的制造精度………………………………………………3
2.3毛坯余量的确定………………………………………………3
3.工艺路线的拟定……………………………………………………3
3.1定位基准的选择………………………………………………3
3.2加工方法的选择………………………………………………4
3.3工序集中与工序分散的安排…………………………………4
3.4工序顺序的安排………………………………………………4
3.5填写工艺过程卡………………………………………………5
4.工序详细设计……………………………………………………5
4.1确定工序加工余量…………………………………………5
4.2确定工序加工设备、刀具、夹具、量具…………………6
4.3计算切削用量和切削工时…………………………………7
4.4填写工序卡片……………………………………………………12
5.专用机床夹具的设计……………………………………………12
5.1夹具设计任务………………………………………………12
5.2定位方案的确定………………………………………………12
5.3夹紧方案的确定………………………………………………13
5.4对刀导向装置的设计…………………………………………13
设计感想与体会……………………………………………………14
参考资料……………………………………………………………15
序言
后进行的一个实践教学环节。
其目的是对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，巩固加深理论教学内容,理论联系实际的机械制造工艺学课程设计是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训练。
因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：
1）、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；
2）、掌握加工方法及其机床刀具及切削用量等的选择应用能力；
3）、掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；
4）、学会使用查阅各种设计资料手册和国家标准等，以及学会绘制工序图，夹具装备图，标注必要的技术条件等。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指导。
1、零件的分析
1.1零件的功用
拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的结合。
滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，是齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴，从而控制输出轴的横向或纵向传动。
摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换挡的目的。
1.2件表面加工技术要求分析
1）拨叉的上端面：
去除材料加工，粗糙度要求Ra3.2um,与Ф22孔轴线垂直度要求为0.05。
2）Ф22孔：
公差为Ф
，表面粗糙度要求为Ra1.6um。
3）Ф55中心孔：
公差为Ф
，内表面粗糙度要求为Ra3.2um。
4）Ф73台阶孔：
公差为Ф
，两台阶面粗糙度要求为Ra3.2um,两台阶面之间的距离为
；两台阶面与Ф22孔中心轴线垂直度要求为0.07。
5）Ф8通孔：
锥销孔加工一半，装配时钻铰，内表面粗糙度要求Ra1.6um。
6）M8螺纹孔。
7）切断槽：
切断面粗糙度要求为Ra6.3um。
2、毛坯的选择
2.1毛坯的制造方法
零件材料为HT200灰铸铁，生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削。
考虑到零件加工表面较少，精度要求不高，且工作条件不差，既无交变载荷，又属间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产纲领要求。
2.2毛坯的制造精度
根据《材料成型技术基础》，金属型逐渐的精度等级为IT12—IT16,表面粗糙度为12.5-6.3um。
现规定毛坯的精度为IT14，表面粗糙度为6.3um。
2.3毛坯余量的确定
1）零件两小头孔Ф40上表面为单侧加工，加工余量为3mm。
2）零件两小头Ф22的孔由于尺寸较小，毛坯上不予制造出来。
3）零件中间孔Ф55为双面加工，故加工余量为2.5mm，在毛坯上铸成Ф50的通孔。
4）零件中间Ф73台阶孔由于尺寸较小，而且为方便毛坯的制造，故毛坯上不予铸造。
2.4毛坯图的设计：
见A3毛坯图
3、工艺路线的拟定
3.1定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择的正确和合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺工过程会出现很多问题，还会导致零件的大批报废，使生产无法正常进行。
1）粗精准
以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
加工零件两小头Ф40孔上表面，使之达到精度要求。
理由是：
拨叉下表面为不需要加工的表面，铸造后不易产生缺陷，没有飞边、浇口和冒口，表面相对平整光洁。
根据《机械制造技术基础》中选择粗精准的原则，应以拨叉下表面为粗精准。
2）精基准
以加工过的拨叉上表面为精基准，先加工两个Ф22孔，再以拨叉上表面和两个Ф22孔为精基准，采用一面两销的夹紧方法，进行后续加工。
在铣中间上下两个台阶孔时，应先以拨叉上表面和两Ф22孔为精基准铣下台阶孔，再以加工后的下台阶孔和两个Ф22孔为精基准，采用一面两销的夹紧方式夹紧，铣上台阶孔。
3.2加工方法的选择
1）拨叉两小头Ф40孔上端面：
要保证表面粗糙度为Ra3.2um的要求，采用粗铣、精铣的加工工序。
2）Ф22孔：
要保证孔内表面粗糙度为Ra1.6um的要求，采用钻、粗铰、精铰的加工工序。
3）Ф55中心孔：
要保证孔内表面粗糙度为Ra3.2um的要求，采用粗镗、精镗的加工工序。
4）Ф73台阶孔：
要保证台阶面为粗糙度Ra3.2um的要求，采用粗铣、精铣的加工工序。
5）Ф8通孔：
锥销孔加工一半，装配时钻铰，为保证内表面粗糙度Ra1.6um的要求，应采用钻、铰的加工工序。
6）M8螺纹孔：
采用钻孔、攻丝的加工工序。
7）切断槽：
直接用切断铣刀铣断。
3.3工序集中与工序分散的安排
1）拨叉上端面：
可采用立式铣床同时对多个工件铣上端面，因此此不可以安排工序集中，将粗铣、精铣安排在一个工序内完成。
2）Ф22孔：
因为要进行钻、粗铰、精铰，要使用两把刀具，快速钻套，故安排工序集中。
3）Ф55中心孔：
因粗镗、半精镗时要调整镗刀，为节省调刀时间，可使用两个镗床，分别进行粗镗、精镗，因此安排工序分散。
4）Ф73台阶孔：
因铣下台阶孔时需以拨叉上端面定位，而铣上台阶孔时需将工件翻转，以下台阶孔定位，因此安排工序分散。
5）Ф8通孔：
因需钻、铰的工序，刀具不同，故安排工序分散。
6）M8螺纹孔：
因需钻、攻丝，采用的机床不同，因此安排工序分散。
7）切断槽：
因为此道工序只需铣刀一次性铣断即可，故安排工序集中。
3.4共工序顺序的安排
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大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具，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粗、精铣Ф40mm孔的两头的端面
工序Ⅱ粗、精铣Ф73mm上台阶孔
工序Ⅲ粗、精铣Ф73mm下台阶孔
工序Ⅳ粗镗、半精镗Ф55mm中间孔
工序Ⅴ钻、粗铰、精铰两端Ф22mm小头孔
工序Ⅵ钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹
工序Ⅶ铣断
工序Ⅷ去毛刺
工序Ⅸ检查
工艺路线方案二：
工序Ⅰ粗、精铣Ф40mm孔的两头的端面
工序Ⅱ钻、粗铰、精铰两端Ф22mm小头孔
工序Ⅲ粗、精铣Ф73mm下台阶孔
工序Ⅳ粗、精铣Ф73mm上台阶孔
工序Ⅴ粗镗、半精镗Ф55mm中间孔
工序Ⅵ钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹
工序Ⅶ铣断
工序Ⅷ去毛刺
工序Ⅸ检查
工艺路线方案的比较与分析:
上述两个工艺方案的特点在于：
方案一是先加工完与Ф22mm的孔有垂直度要求的面再加工孔。
而方案二悄悄相反，先是加工完Ф22mm的孔，再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的面。
方案一的装夹次数少，但在加工Ф22mm的时候最多只能保证一个定位面与之的垂直度要求。
其他两个面很难保证。
因此，此方案有很大的弊端。
方案二在加工台阶孔时都是用Ф22mm孔的中心轴线来定位，这样很容易就可以保证其与两个面的位置度要求。
这样也体现了基准重合的原则。
因此选用方案二。
3.5填写工艺过程卡：
见机械加工工艺过程卡片
4、工序详细设计
4.1确定工序加工余量、工序尺寸及公差（单位：
mm）
加工面
工序名称
工序基本余量
工序经济精度IT
工序基本尺寸
工序尺寸及偏差
Φ40孔端面
精铣
0.3
IT8
T=0.039
50
33
0
-0.039
粗铣
2.7
IT12
T=0.3
50.3
50.3
0
-0.3
毛坯
3.0
IT14T=0.74
53
53±0.37
Φ22两端小头孔
精铰
0.05
IT7T=0.021
22
Φ22
+0.021
0
粗铰
0.2
IT8
T=0.033
21.95
Φ21.95
+0.033
0
钻
21.75
IT=10
T=0.084
21.75
Φ21.75
+0.084
0
毛坯
22
0
0
Φ73下台阶面
精铣
1
IT8T=0.039
45
45
+0.039
0
粗铣
4
IT12T=0.25
46
46
+0.25
0
毛坯
5
IT14T=0.62
50
50±0.31
Φ73上台阶面
精铣
1
IT8T=0.033
20
20
+0.033
0
粗铣
4
IT12T=0.21
21
21
+0.21
0
毛坯
5
IT14T=0.52
25
25±0.26
Φ55中间孔
半精镗
1
IT8
T=0.046
55
Φ55
+0.046
0
粗镗
4
IT12
T=0.3
54
Φ54
+0.3
0
毛坯
5
IT14T=0.62
50
Φ50±0.31
4.2确定工序加工设备、刀具、夹具、量具：
见“机械加工工序过程卡片”
4.3计算切削用量和切削工时
工序I.粗、精铣左端面
1）刀具的选择
已知长度方向的加工余量为3mm，故分粗铣和精铣加工。
选用镶齿套式面铣刀（直径80mm，长度36mm，内径27mm）,刀齿数Z=10
2）进给量
根据《切削用量简明手册》（第3版）表3.3：
当刀杆尺寸为80mm×36mm时，以及工件的尺寸为75X40mm时：
粗铣时：
f=0.2~0.3mm/ｒ.由于Z=10，因此选f=2.8mm/r
由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85
所以：
实际进给量f=2.8×0.8=2.2mm/ｒ。
精铣时：
f=0.5~1.2mm/r,初选f=1.0mm/r.
由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85
所以：
实际进给量f=1.0×0.8=0.8mm/r
3）计算切削速度
按《切削简明手册》表3.16，刀具材料YG6
粗铣时：
初选切削速度为75m/min，可由切削速度计算出机床主轴转速
因此选择机床主轴转速ｎ＝300r／min
所以实际切削速度V=
m/min
精铣时：
初选切削速度为140m/min,可由切削速度计算出机床主轴转速
因此选择机床主轴转速n=600r/min
所以实际切削速度V=
m/min
（4）基本工时：
粗铣时：
min,
其中
mm
辅助时间
按照基本时间的百分比计算，因此取辅助时间为0.15min。
精铣时：
精铣和粗铣的是相同的
辅助时间
按照基本时间的百分比计算，因此取辅助时间为0.20min。
工序Ⅱ.钻孔、铰孔
1）钻孔
钻头选择：
见《切削用量简明手册》表2.2
钻头几何形状为（表2.1及表2.2）：
双锥、修磨横刃，钻头参数：
ｄ＝Ф20ｍｍβ=30°，2Φ=118°bε=3.5mm,ao=12°
Ψ=55°,b=2mm，l=4mm.
a.进给量
根据《切削用量简明手册》表2-7，当加工要求为H12~H13精度，铸铁的强
度
，由于在中等刚性零件上钻孔,故应乘孔深修正系数klf=0.75，则f=0.59~0.72mm/r，根据Z5125钻床说明书，选择f=0.70mm/r。
b.钻头磨钝标准及寿命表2.21，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6mm，寿命T=45min.
c.削速度由《切削用量简明手册》，表2.13铸铁硬度=182~199HBS，钻头直径do=20mm，刀磨形式为修磨双锥及横刃，因此切削速度V=16m/min,n=1000V/
D=255r/min,由机床技术资料得和255r/min接近的是300r/min,因此n取300r/min
实际Ｖ=18.8m/min。
d、基本工时，
=L/nf=（80+10）/300x0.72=0.42（min）
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=10mm
批量生产时，辅助时间可以按照基本时间的百分比来求，因此取辅助时间
为0.45min
2）铰孔
刀具直径do=22mm；刀具几何参数同上。
由于扩孔和钻孔的直径相差不大，因此选择相同的主轴转速，因此切削速度V=20.7m/min，
由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以Tm同上
=0.42min
辅助时间按基本加工时间的百分比计算，因此辅助时间
为0.4min。
工序Ⅲ.粗铣、精铣中间孔下台阶φ73孔
1）刀具的选择
已知长度方向的加工余量为3mm，故分粗铣和精铣加工。
选用专用特制刀具，直径φ73的镶齿套式面铣刀。
2）进给量
粗铣：
查<<切削用量简明手册>>得,加工材料为铸铁,硬度为180HBs,则可查得进给量f=0.5-1.0mm/r,切削速度Vc=10-15m/min.选择主轴进给量为f=0.62mm/r。
精铣：
查<<切削用量简明手册>>得，择精加工时主轴进给量f=0.4mm/r
3）切削速度
粗铣：
查得d0>20mm,加工灰铸铁,铣钻材料为硬质合金时,铣钻寿命T=210min,得计算公式为
根据加工材料查表得
Cv=109,Zv=0.2,Xv=0,Yv=0.5,m=0.45
代入公式计算得结果为：
Vc=25m/min,又因为Vc为10-15m/min.取Vc=15m/min,则n=1000Vc/（d0）=1000×15/3.14×73=65.4r/min.
根据表选择主轴转速n=63r/min,此时Vc=3.14×d.n/1000=14.4m/min=0.24m/s即粗加工是确定的主轴转速为n=63r/min,进给量f=0.62mm/r.切削速度Vc=0.24m/s
精铣：
经查表后的
m/min.则n=1000×31.2/31.4×73=136r/min
根据表选择得n=125r/min,此时Vc=3.14×73×125/1000=28.7m/min=0.48m/s
即精加工时确定主轴转速n=125r/min,进给量f=0.4mm/r,切削速度
=0.48m/s。
5）基本工时
粗铣：
L=4mm,n=63r/minf=0.62mm/r,l=2mm,
=（4+2）/（63×0.62）=0.154=9.2s.
查《机械制造工艺设计简明手册》表得装夹工件的时间
=0.05min。
精铣：
，L=4mm，l=2mm，n=125r/min，f=0.4mm/r，则
查<<机械制造工艺设计简明手册>>P211表得装夹工件的时间
=0.05min。
单件时间定额：
基本时间Tj=Tm1+Tm2=0.154+0.12=0.274min，取
辅助时间：
Tf=Tf1+Tf2（装夹工件时间）+Tx1（卸下工件时间）+Tx2（主轴开始转动时间）+Td（对刀时间）+Tb（变换进给时间）+Tq（清除切屑时间）
=0.05×2+0.04×2+0.02+0.03+0.02+0.03=0.28min
单件时间定额Td=Tj+Tf=0.274+0.28=0.554min=33.24s
工序Ⅳ.粗铣、精铣中间孔下台阶φ73孔
（同工序Ⅲ）
工序Ⅴ.粗镗、半精镗Ф55mm孔
1）刀具：
材料为HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。
故采用T616卧式镗床，YG8硬质合金镗刀。
2）切削用量：
单边余量Z=2.5mm，可确定粗镗ap=2mm。
根据《简明手册》查得，取f=0.62mm/s，n=200r/min。
精镗时ap=0.5mm，取f1=0.3mm/s，n=125r/min
3）基本工时
粗镗：
min
辅助时间按基本加工时间的百分比计算，因此辅助时间Ta为0.2min
精镗：
min
辅助时间
按照基本时间的百分比计算，因此取辅助时间Ta为0.50min。
工序Ⅵ钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。
1）刀具：
工件材料为HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，采用Ф8mm麻花钻、Ф7.5mm麻花钻、Ф8mm的丝锥。
2）加工要求：
先钻Ф8mm的锥销孔，钻到一半后将与该孔配合的轴安装进去，把两者配做加工，为的使保证孔与轴的同轴度，同时在尺寸上保证距上端面10mm；再钻M8x1mm
的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。
3）切削用量
①钻Ф8mm的锥销孔
根据《切削手册》查得，进给量为
0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：
查《简明手册》表4.2-15，取
。
所以实际切削速度为：
②钻M8的螺纹孔
刀具：
Ф7.5mm麻花钻。
根据《切削手册》查得，进给量为
0.18～0.33mm/r现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：
查《简明手册》表4.2-15，取
。
所以实际切削速度为：
③攻M8x1mm的螺纹
刀具：
丝锥M6，P=1mm
切削用量选为：
，机床主轴转速为：
，按机床使用说明书选取：
，则
；
4）基本工时：
，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，取n=195r/min，fm=0.22mm/s
①钻Ф8mm的锥销孔：
②钻M8的螺纹孔：
③攻M8x1mm的螺纹：
工序Ⅶ铣断保证图样尺寸
1）刀具：
要求铣断后保证两边对称相等，选取质合金圆盘铣刀，厚度为4mm。
2）进给量：
查《切削手册》，选择进给量为：
切削速度为：
，则：
根据《简明手册》，取
，故实际切削速度为：
查《切削手册》表4.2-40，刚好有
。
计算切削基本工时：
工序Ⅷ去毛刺，检查。
4.4填写工序卡片：
见“机械加工工序卡片”
5、专用机床夹具的设计
5.1夹具设计任务
此夹具设计是为铣断工件。
该工序限制了6个自由度，另加竖直方向的夹紧装置。
此外，夹具还要保证工件能快速装夹和卸下，采用浮动杠杆同时夹紧左右端面，以提高生产率。
由于铣断需确定刀具位置，因此需要对刀块。
5.2定位方案的确定
1）定位分析
该工序以已加工的上表面和两个Φ22孔定位，采用“一面两销”的定位方法，限制了6个自由度：
一个平面限制沿Z轴方向的移动、绕X轴、Y轴的转动，三个自由度，一个短圆柱销限制了沿X轴、Y轴方向的移动，两个自由度，一个短菱形销限制了绕Z轴的转动，一个自由的。
示意图如下：
2）定位元件的选择
根据上述分析，选择短圆柱销和短菱形销为定位元件，用紧固螺母、螺栓、浮动杠杆、压板为夹紧元件。
5.3加紧方案的设计
1）夹紧力方向、作用点：
因为以工件上表面定位，所以可设置加紧方向向下，且不会与铣刀发生干涉，作用点选为Φ40两小头孔端面上。
2）夹紧机构的选择：
根据工件特点，可选用紧固螺母、螺栓、浮动杠杆、压板为夹紧元件，结构简单，夹紧方便，且能满足快速装卸的要求。
5.4对刀导向装置的设计
由于铣断时铣刀不能碰到支撑板，铣断部位的下表面离支撑板高度为25mm，铣刀布置在中心线处，铣出4mm的断面，中心线两边各2mm，因此铣刀铣断前需要对刀装置导向。
设计感想与体会
两周的课程设计是对所学的《机械制造技术基础》的一次全面的总结与用。
通过这次设计，对这门课程有了更深刻的体会，包括对各种加工方法的的熟悉、对各工序顺序的合理安排、各工序加工余量的合理确定和粗精基准的正确选择。
本次课程设计使自己真正的把所学的理论知识用于实践。
本次过程中最繁琐的是各种表格的查询，由于之前没有任何的经验，我们更多的数据还是依赖于个个表格的中规定的标准，这样就必会造成一些错误，但是改正错误的过程其实是更好的学习过程。
但由于表格中并不是所有的数据都能查到恰好符合加工要求的，这就需要我们自己对有些数据进行修改，使加工工序更容易实现。
如何在标准的数据中掌握灵活的变动，也是我们需要学习的一门学问。
本次课程设计是需要团队协作，我们小组3人，每个问题都是在一起讨论，得到共同结果后才进行下一步工序。
每个人都很积极，主动，认真，也按照小组安排进度进行课程设计的完成。
对于知识的不足，实践能力的缺乏，单凭自己的能力是难以完成本次课程设计的，因此感谢严兴春老师的耐心指导和帮助。
但此中还是存在一些问题，期待老师提出，以便我们进行修改，使本次设计更加完美。
参考文献
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[2]柯建宏.机械制造技术基础课程设计.华中科技大学出版社，2008
[3]艾兴.切削用量简明手册（第三版）.机械工业出版社，1993
[4]赵明生.机械工程手册（第二版）.机械工业出版社，1997
[5]祖业发.现代机械制图.机械工业出版社，2005
[6]徐鸿本.机床夹具设计手册.辽宁科学技术出版社，2003
[7]李益民.机械加工工艺简明手册.机械工业出版社，1993
附件图纸
零件图
毛坯图
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