“ 拨叉831007”机床夹具

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1、 机械制造技术基础 课 程 设 计 说 明 书 设计题目：设计“ 拨叉831007”零件的机械加工工艺规程及机床夹具（2000件/年） 开始日期： 完成日期： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 学校名称： 第一章 零件的分析 （一） 零件的作用 题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，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φ22孔与操纵机构

2、相连，二下方的φ55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。 （二） 零件的工艺分析 零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，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： 1. 孔内表面以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔 2. 孔内表面 3. Φ40上端面、Φ55上下两端面，上下两Φ73孔的内表面，Φ55孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。 由上面分析可知，可以粗加工拨叉底

3、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。 已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，查《机械制造工艺及设备设计指导手册》321页表15-2，可确定该拨叉生产类型为大批生产，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。 第二章 拨叉零件机械加工工艺规程设计… （一） 毛坯的选择 确定毛坯种

4、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。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》324页表15-5选用铸件尺寸公差等级CT9级。 （二） 基准的选择 1 粗基准的选择：以零件的底面为主要的定位粗基准，以Φ22孔外圆表面为辅助粗基准。 2 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，以精加工后的Φ40端面为主要的定位精基准，以Φ22孔内圆柱表面为辅助的定位精基准。 （三）工艺路线的拟定 制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、

5、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以志专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本。 1. 工艺路线方案一 工序Ⅰ 粗铣、半精铣φ40上端面,以底面为粗基准. 工序Ⅱ 钻、扩、铰φ22孔,以φ40上端面和φ40外表面为精基准. 工序Ⅲ 粗车、半精车φ55孔，粗车、半精车中间下端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅳ 粗车、半精车中间上端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅴ 钻M8螺纹孔底孔，攻M8螺纹, 以φ40上

6、端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅵ 钻φ8孔一半, 以φ40上端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅶ 将毛坯从中间铣断, 以φ55上端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅷ 去毛刺. 工序Ⅸ 按图样检查. 2. 工艺路线方案二 工序Ⅰ 钻、扩、铰φ22孔,以底面和φ40外表面为粗基准. 工序Ⅱ 粗车、半精车φ55孔，粗车、半精车中间下端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅲ 粗铣、半精铣φ40上端面,以底面为粗基准. 工序Ⅳ 粗车、半精车中间上端面φ73孔, 以φ40上端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅵ 钻φ8孔一半, 以φ40上端面

7、和φ22内表面为精基准. 工序Ⅶ 将毛坯从中间铣断, 以φ55上端面和φ22内表面为精基准. 工序Ⅷ 去毛刺. 工序Ⅸ 按图样检查. 3. 工艺方案的比较与分析 上述两种工艺方案的特点在于：方案一考虑以Φ22mm孔为精加工基准，而方案二则是先加工孔后加工面 ,这样很难保证误差精度等。因此决定选择方案一作为加工工艺路线比较合理。 (四)加工余量毛坯尺寸,工序尺寸及其公差的确定  由于本零件材料为灰铸铁，则由《机械加工工艺手册》得： 拨叉Ⅱ工序尺寸，公差，表面粗糙度及毛坯尺寸的确定 加工面 工序名称 工序间余量/mm(单边)

8、 工 序 工序基本尺寸/mm 经济精度/mm 表面粗糙度/mm φ40mm上端面 半精铣 1.5 Ra3.2 51 粗铣 1.0 Ra6.3 52.5 Φ22mm孔 铰 0.15 Ra1.6 22 扩 2.6 Ra6.3 21.7 钻 8 Ra12.5 16 Ф55 mm孔 半精车 1.0 Ra3.2 53 粗车 2 Ra6.3 49 Ф73 mm孔下端面 半精车 1.0 Ra3.2 71 粗车 8.0 Ra6.3 55 Ф73 mm孔上端面

9、 半精车 1.5 Ra3.2 70 粗车 7.5 Ra6.3 55 M8螺纹孔 攻 0.7 8 钻 0.7 Ra6.3 6.6 φ8孔 钻 4 Ra6.3 0 铣断 铣 2 0 由以上资料得出毛坯尺寸图（见附图）,毛坯的铸造公差等级为11级 （五）切削用量及工时定额的确定 工序Ⅰ粗铣、半精铣φ40上端面 1. 加工条件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：粗铣φ22孔上端面。 机床：X6140卧式铣床。 刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG

10、6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。 2. 切削用量 （1）粗铣φ40上端面 1.1 铣削深度 ：因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。 1.2 计算切削速度 ：按《简明手册》，V c= 算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据XA6140铣床参数，选择nc

11、=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 1.3 校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 1.4 计算基本工时 tm＝L/ Vf=(32+40)/475=0.9min。 （2）半精铣φ40上端面 2.1 铣削深度 ：因为切削

12、量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。 2.2 计算切削速度 ：按《简明手册》，V c= 算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 据XA6140铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 2.3 校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vf

13、c=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 2.4 计算基本工时 tm＝L/ Vf=(32+40)/475=0.9min。 工序Ⅱ 以φ40上端面和外端面为基准，钻、扩、铰φ22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。 1. 加工条件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：钻、扩、铰φ22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。 机床：Z525专用钻床 2. 切削用量 （1）钻φ16孔 1.1刀具选择：查《机械加工工艺手册》选用Ф16mm高速钢锥柄标准花钻

14、，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 ° ° ° 1.2 选择切削用量 1.2.1决定进给量 查《切》 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。 1.2.2钻头磨钝标准及寿命　 后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命． 1.2.3切削速度 查《切》 修正系数 故。 查《简明手册》机床实际转速为 故实际的切削速度 1.3计算工时 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，

15、以减少辅助时间。 (2) 扩φ21.7孔 2.1刀具选择：选用Ф21.7mm高速钢锥柄扩孔钻。 2.2确定切削用量：查《切削用量手册》得：f=0.90~1.1mm/r,再由《机械加工工艺手册》C365L车床给量取f =0.92mm/r。扩孔时的切削速度，由公式：扩=（1/2~1/3）钻 查《切削用量手册》取VC =0.29m/s=17.4m/min VC=（1/2~1/3）VC =5.8~8.7m/min =93~140r/min 按机床选取n =136r/m,故=8.5m/min

16、 2.3计算基本工时：T=L/(f×n) =(50+10)

17、/(0.92×136)=0.48min。 (3) 铰φ22孔 3.1刀具选择：Ф22mm高速钢锥柄机用铰刀 3.2确定切削用量：背吃刀量ap=0.12mm。 由《切削用量手册》得：f=1.3~2.5mm/r,取f=1.68 mm/r 由《切削用量手册》得：=7.9m/min =125.8 r/min 按机床选取 =136 r/min 所以实际切削速度=8.54m/min 3.3计算基本工时：T=L/(f*n) =(50+10)/(1.68×136)=0.26min 工序Ⅲ 粗车、半精车φ55孔，粗车、半精车中间下端面φ73孔 1. 加工条件 工件材料：HT200,σ

18、b =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：粗车、半精车φ55孔，粗车、半精车中间下端面φ73孔 机床：CA6140车床 刀具：刀片材料YG6，刀杆尺寸BxH=16x25mm， 刀尖圆弧半径0.5mm 2.切削用量 （1）粗车φ55孔 1.1背吃刀量ap=2mm 1.2确定进给量 查《切削用量手册》：取进给量为0.035～0.07 mm/r。再根据CA6140车床说明书进给量取f =0.05mm/r。 1.3确定切削速度V ：根据《切削用量手册》 =48.610 m/min =126.325r/min 按CA6140说明书，选择与126

19、.325r/min相近似的机床转速n =160r/min,则实际切削速度V =47.28m/min。 1.4计算基本工时：按《机械加工工艺手册》公式计算：T= 0.75min (2) 半精车φ55孔 2.1背吃刀量ap=1.0mm 2.2确定进给量 查《切削用量手册》：取进给量为0.25～0.4 mm/r。再根据CA6140车床说明书进给量取f =0.3mm/r。 2.3确定切削速度V ：根据《切削用量手册》 =103.071 m/min =316.235r/min 按CA6140说明书，选择与316.235r/min相近似的机床转速n =320r/min,则实际切削速度V

20、=106.509m/min。 2.4计算基本工时：按《机械加工工艺手册》公式计算：T=0.55min (3) 粗车中间下端面φ73孔 3.1背吃刀量ap=2.4mm 3.2确定进给量 查《切削用量手册》：取进给量为0.6～0.9 mm/r。再根据CA6140车床说明书进给量取f =0.86mm/r。 根据《切削用量手册》，取车刀后面最大磨损量为0.8~1.0。焊接车刀耐用度T=60min。 3.3确定切削速度V：根据《切削用量手册》 =43 m/min =146.8r/min 按CA6140说明书，选择与146.8r/min相近似的机床转速n =160r/min,则实际切削

21、速度V =47.28m/min。 3.4计算基本工时：按《机械加工工艺手册》公式计算：T= 1.15min (4) 半精车中间下端面φ73孔 4.1背吃刀量ap=1.0mm 4.2确定进给量 查《切削用量手册》：取进给量为0.25～0.4 mm/r。再根据CA6140车床说明书进给量取f =0.3mm/r。 4.3确定切削速度V ：根据《切削用量手册》 =101.327 m/min =309.729r/min 按CA6140说明书，选择与309.729r/min相近似的机床转速n =320r/min,则实际切削速度V =106.509m/min。 4.4计算基本工时：按《机

22、械加工工艺手册》公式计算：T=0.45min 工序Ⅳ 粗车、半精车中间上端面φ73孔 1. 加工条件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：粗车、半精车中间上端面φ73孔 机床：CA6140车床 刀具：刀片材料YG6，刀杆尺寸BxH=16x25mm， 刀尖圆弧半径0.5mm 2.切削用量 (1) 粗车中间下端面φ73孔 1.1背吃刀量ap=2.0mm 1.2确定进给量 查《切削用量手册》：取进给量为0.6～0.9 mm/r。再根据CA6140车床说明书进给量取f =0.86mm/r。 根据《切削用量手册》，

23、取车刀后面最大磨损量为0.8~1.0。焊接车刀耐用度T=60min。 1.3确定切削速度V：根据《切削用量手册》 =43 m/min =146.8r/min 按CA6140说明书，选择与146.8r/min相近似的机床转速n =160r/min,则实际切削速度V =47.28m/min。 1.4计算基本工时：按《机械加工工艺手册》公式计算：T= 1.15min (2) 半精车中间下端面φ73孔 2.1背吃刀量ap=1.0mm 2.2确定进给量 查《切削用量手册》：取进给量为0.25～0.4 mm/r。再根据CA6140车床说明书进给量取f =0.3mm/r。 2.3确定切削

24、速度V ：根据《切削用量手册》 =101.327 m/min =309.729r/min 按CA6140说明书，选择与309.729r/min相近似的机床转速n =320r/min,则实际切削速度V =106.509m/min。 2.4计算基本工时：按《机械加工工艺手册》公式计算：T=0.45min 工序Ⅴ 钻M8螺纹孔底孔，攻M8螺纹 1. 加工条件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：钻M8螺纹孔底孔，攻M8螺纹 机床：Z525专用钻床 2. 切削用量 (1) 钻M8螺纹孔底孔 1.1刀具选择：查《机械加工工艺手册》

25、选用Ф6.6mm高速钢锥柄标准花钻. 1.2 选择切削用量 1.2.1决定进给量 查《切》 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。 1.2.2钻头磨钝标准及寿命　 后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命． 1.2.3切削速度 查《切》 修正系数 故。 查《简明手册》机床实际转速为 故实际的切削速度 1.3计算工时 (2) 攻M8螺纹 2.1刀具选择：查《机械加工工艺手册》选用M8机用丝锥 2.2切削用量选择： 查《切削用量手册》得：f=0.70~0.

26、86mm/r,再由《机械加工工艺手册》C365L 车床进给量取f =0.76mm/r。查《切削用量手册》取V =13m/min =230r/min 按机床选取n =238r/min,故=18m/min 2.3计算基本工时：T=（L+L1+L2）/(f×n)=0.66min。 工序Ⅵ 钻φ8孔一半, 以φ40上端面和φ22内表面为精基准. 1. 加工条件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：钻φ8孔一半 机床：Z525专用钻床 刀具: 查《机械加工工艺手册》选用Ф6.6mm高速钢锥柄标准花钻. 2. 切削用量 2.1决定进

27、给量 查《切》 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。 2.2钻头磨钝标准及寿命　 后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命． 2.3切削速度 查《切》 修正系数 故。 查《简明手册》机床实际转速为 故实际的切削速度 2.4计算工时 工序Ⅶ 将毛坯从中间铣断, 以φ55上端面和φ22内表面为精基准. 1. 加工条件 工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：将毛坯从中间铣断 机床：X6140卧式铣床 刀具：

28、锯片铣刀，d=200mm，l=4mm，中齿，Z=40 查《切削手册》，选择进给量为：,切削速度为：，则： 根据《简明手册》表4.2-39，取，故实际切削速度为： 此时工作台每分钟进给量应为： 查《切削手册》表4.2-40，刚好有。 计算切削基本工时： 第三章 铣断工序夹具设计 （一） 任务的提出 本夹具主要用来铣断工件，使之分离成为两个零件，由于本道工序已经是加工的最后阶段，而且是中批量生产，因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。 （二） 定位方案及定位装置的设计计算 1.问

29、题的提出 本夹具主要用来铣断工件，使之分离成为两个零件，由于本道工序已经是加工的最后阶段，而且是中批量生产，因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。 2. 定位方案及定位装置的设计计算 1）定位基准的选择 根据零件的结构特性，结合工件加工精度要求和便于装夹的原则等因素，工件采用一面两孔定位方式。如图1，Φ55上端面以平面做为定位基准，限制3个自由度，再用Φ22的两个孔做为定位基准，分别限制剩下的2个自由度和1个自由度。 2）定位元件及装置的设计： 由于工件采用一面两孔定位方式，所以定位元件

30、采用一面两销定位机构，即定 位机构由一个平面、一个圆柱定位销和一个菱形定位销组成，如图2。 图2 定位机构简图 图3 定位尺寸计算 确定相关的定位配合尺寸，以确定定位元件的尺寸： 1．确定两销中心距尺寸及公差 取工件上两孔中心距的基本尺寸为两销中心距的基本尺寸，其公差取工件孔中心距公差的1/4，及令：。 2.确定圆柱销直径及其公差 取相应孔的最小直径作为圆柱销直径的基本尺寸，其公差取g6，所以。 3.确定菱形销宽度、直径及公差 按有关标准选取菱形销的宽度，d=5mm；然后按式计算菱形销与其配合孔的最小间隙；计算出菱形销直径的基本尺寸：；按h6确定菱形销直径公差

31、。最后让菱形销的基本尺寸与圆柱销相同，得。如下图 （三） 夹紧方案及装置的设计计算 1 夹紧方案的确定 由于是大批量生产，为提高生产效率及产量，本夹具采用气动加紧，方便拆卸工件。 2 夹紧力大小的分析计算： 铣削力计算： 由《金属切削机床夹具设计手册》表3.73查得切削力公式其中 水平分力 垂直分力 受力分析图 在计算切削力时必须把安全系数考虑在内， 安全系数 其中，为基本安全系数1.5； 为加工性质系数为1.1； 为刀具钝化系数为1.1； 为断续切削系数为1.1。 所以， 由上

32、图列平衡方程 计算得P=2980N 得所需的夹紧力最小为2980N. 选用为气缸—双斜楔机构，结构使用Ⅲ型。 其中 ， 取 ， 算的D=52mm 故气缸内径大于52mm. 3.夹紧机构及装置设计 3.1选择气缸： 由于回转气缸有以下缺点： 1.由于气缸转动，密封比较复杂，工作时容易发热，影响使用寿命。 2.由于气缸处于高速转动条件下工作，转动惯量大，容易损坏机床主 轴轴承。 故使用车床用不动式气缸。 根据估计夹紧力为1543N，查《金属切削机床夹具设计手册》和以上的计算结果选择气缸内径为Φ

33、80mm，工作压力为0.5MPa，气缸的压力为2135N，能够夹紧。活塞杆行程大于等于35mm。 3.2 机构设计 3.4 夹具体设计 参考文献 1 王先逵主编 ．机械制造工艺学 ．第２版 ．北京：机械工业出版社，2006 2 王先逵主编 ．机械加工艺手册 ．第２版 ．北京：机械工业出版社，2006 3 浦林祥主编 ．金属切削机床夹具设计手册 ．第２版 ．北京：机械工业出版社，1995 4 邵晓荣，曲恩主编 ．互换性与测量技术基础 ．北京：中国标准出版社，2007 5 赵家齐主编 ．机械制造工艺学课程设计指导书 ．第2版 ．北京：机械工业出版社，2000 6 林文焕.陈本通 . 机床夹具设计 . 北京：国防工业出版社，1987 7 艾兴，肖诗纲主编 ．切削用量手册 ．北京：机械工业出版社，1985 8 陈宏均主编 ．实用机械加工工艺手册 ．北京：机械工业出版社，2003