拨叉专业课程设计设计项目说明指导书.doc

摘 要

本次设计任务是对拨叉1零件加工工艺、夹具，该工件由于上端面和底槽均与花键孔中心有位置关系，因而在工序安排上，先加工花键孔，再通过花键孔定位加工底槽和上端面，最后攻螺纹孔，其中各种夹具均采用专用夹具，由于该零件尺寸小，所需夹紧力不大，因而都采用手动夹紧，它机构设计简朴、以便，且满足夹紧规定。

核心词 拨叉1，加工工艺，定位，夹紧

1 引言

夹具设计作为高等工科院校教学基本训练科目，在课程设计中占极其重要位置。夹具构造设计在加深对课程基本理论理解和加强对解决工程实际问题能力培养方面发挥着极其重要作用。本次所选拨叉1工艺分析及夹具设计内容重要涉及：拨叉1工艺路线拟定，夹具方案优选，装配图、零件图绘制，设计阐明书编写等。
夹具是工艺装备重要组合某些，在机械制造中占有重要地位，夹具对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具备重要意义。随着先进制造技术发展和市场竞争加剧，老式夹具设计方式已成为公司中产品迅速上市瓶颈，各公司迫切需要提高夹具设计效率。
刀具行业是一种比较特殊行业，肩负着为制造业提供核心装备、数控刀具重任，制造业水平如何往往会受刀具行业整体水平较大影响，而制造业发展也会增进刀具行业发展，两者可以说是互相影响互相制约。随着制造业持续发展，为制造业提供核心装备刀具行业必将迅速、稳步发展，依照制造业发展需要，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具必将成为时代新宠，面对日益增多难加工材料，刀具行业必要在改进原有刀具材料、研发新刀具材料及寻找更合理刀具构造方面多下功夫，以解决制造业面临越来越多加工难题。
当前，切削技术迅速发展，已经进入了当代切削技术新阶段，刀具材料、刀具构造均获得了全面进步，加工效率也在成倍提高。同步，切削技术和刀具也成为制造业开发新产品和新工艺、应用新材料基本工艺和建立创新体系核心技术。

2 拨叉1分析

2.1 拨叉1作用
题目所给零件是CA6140车床拨叉。它位于车床变速机构中，重要起换档，使主轴回转运动按照工作者规定工作，获得所需速度和扭矩作用。

2.2 拨叉1工艺分析
拨叉1是一种很重要零件，由于其零件尺寸比较小，构造形状较复杂，其加工内花键精度规定较高，此外尚有上端面规定加工，对精度规定也很高。其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差规定，上端面与花键孔轴线有平行度规定。由于其尺寸精度、几何形状精度和互相位置精度，以及各表面表面质量均影响机器或部件装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因而它们加工是非常核心和重要。

2.3 拨叉1工艺规定
一种好构造不但要应当达到设计规定，并且要有好机械加工工艺性，也就是要有加工也许性，要便于加工，要可以保证加工质量，同步使加工劳动量最小。而设计和工艺是密切有关，又是相辅相成。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计规定。

图1.1 拨叉1零件图
其加工有五组加工：铣侧面；拉内花键孔；粗精铣上端面；粗精铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。
（1） 侧面加工重要是为了后续工序中能有更好定位面，保证后续加工所规定精度，粗糙度在6.3即可。
（2） 觉得重要加工面，拉内花键槽，槽数为6个，其粗糙度规定是底边，侧边，内孔粗糙度。
（3） 另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度规定为。
（4） 第三组为粗精铣18H11底槽，该槽表面粗糙度规定是两槽边，槽底表面粗糙度规定是。
（5） 钻并攻丝2-M8，保证两螺纹孔中心距为25mm。

2.4毛坯选取
拨叉1毛坯选取铸件，由于生产率很高，因此可以免除每次造型。工件尺寸较小单边余量普通在，构造细密，能承受较大压力，占用生产面积较小。生产类型为大批量生产。

2.5 本章总结
通过对拨叉1工艺分析，为后来工序设计安排，夹具设计打下理论基本，在对拨叉1进行工艺分析时，要充分考虑工件材料、形状尺寸，保证工件加工时良好工艺性，通过对拨叉1分析，拟定毛坯为铸件，在后续设计中以此分析为前提，优化夹具方案。

3 工艺规程设计

3.1加工工艺过程
由以上分析可知。该拨叉零件重要加工表面是平面、内花键和槽系。普通来说，保证平面加工精度要比保证内花键加工精度容易。因而，对于拨叉1来说，加工过程中重要问题是保证内花键尺寸精度及位置精度，解决好内花键和平面之间互有关系以及槽各尺寸精度。
由上工艺分析知，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，因此，保证内花键高精度是本次设计重点、难点。

3.2拟定各表面加工方案
一种好构造不但应当达到设计规定，并且要有好机械加工工艺性，也就是要有加工也许性，要便于加工，要能保证加工质量，同步是加工劳动量最小。设计和工艺是密切有关，又是相辅相成。对于设计拨叉1加工工艺来说，应选取可以满足内花键加工精度规定加工办法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要恰当考虑经济因素。在满足精度规定及生产率条件下，应选取价格较底机床。
3.2.1选取加工办法时，需考虑因素
（1） 要考虑加工表面精度和表面质量规定，依照各加工表面技术规定，选取加工办法及分几次加工。
（2） 依照生产类型选取，在大批量生产中可专用高效率设备。在单件小批量生产中则惯用通用设备和普通加工办法。
（3） 考虑被加工材料性质。
（4） 考虑工厂或车间实际状况，同步也应考虑不断改进既有加工办法和设备，推广新技术，提高工艺水平。
（5） 此外，还要考虑某些其他因素，如加工表面物理机械性能特殊规定，工件形状和重量等。
选取加工办法普通先按这个零件重要表面技术规定选定最后加工办法。再选取前面各工序加工办法。
3.2.2 面加工
侧面加工重要是为后续加工做准备，因而，在选取加工办法上可以选用一次性铣面，表面粗糙度为6.3。上端面查参照文献[5]表2.1-12可以拟定，上端面加工方案为：粗铣——精铣（），粗糙度为6.3~0.8，普通不淬硬平面，精铣粗糙度可以较小。
3.2.3 孔加工
（1） 加工内花键前预制孔加工
查参照文献[5]表2.3-47，由于预制孔精度为H12，因此拟定预制孔加工方案为：一次钻孔，由于在拉削过程中才干保证预制孔表面精度，因此，在加工内花键前预制孔精度可恰当减少。
（2） 内花键加工
通过拉刀实现花键加工，由于拉削精度高，因此能满足花键表面精度，同步也能保证预制孔表面精度。
（3） 2-M8螺纹孔加工
加工方案定为：钻，攻丝。
3.2.4 槽加工
查参照文献[5]表2.1-12可以拟定，槽加工方案为：粗铣——精铣（），粗糙度为6.3~0.8，设计规定为6.3和3.2，粗铣时，精度可恰当减少。

3.3 拟定定位基准
3.3.1 粗基准选取
选取粗基准时，考虑重点是如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面与加工表面间尺寸、位子符合图纸规定。
粗基准选取应当满足如下规定：
（1） 粗基准选取应以加工表面为粗基准。目是为了保证加工面与不加工面互相位置关系精度。如果工件上表面上有好几种不需加工表面，则应选取其中与加工表面互相位置精度规定较高表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
（2） 选取加工余量规定均匀重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是别的量规定均匀重要表面。因而在加工时选取导轨面作为粗基准，加工床身底面，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余量，使表层保存而细致组织，以增长耐磨性。
（3） 应选取加工余量最小表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够加工余量。
（4） 应尽量选取平整、光洁、面积足够大表面作为粗基准，以保证定位精确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺表面不适当选作粗基准，必要时需经初加工。
（5） 粗基准应避免重复使用，由于粗基准表面大多数是粗糙不规则。多次使用难以保证表面间位置精度。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间位置，能保证拨叉1在整个加工过程中基本上都能用统一基准定位。从拨叉1零件图分析可知，选取作为拨叉1加工粗基准。
3.3.2 精基准选取原则
（1） 基准重叠原则。即尽量选取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叠而引起基准不重叠误差。
（2） 基准统一原则，应尽量选用统一定位基准。基准统一有助于保证各表面间位置精度，避免基准转换所带来误差，并且各工序所采用夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件惯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，并且保证了各外圆表面同轴度及端面与轴心线垂直度。
（3） 互为基准原则。选取精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准重复加工。例如：对淬火后齿轮磨齿，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规定余量小而均匀，可以选取加工表面自身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准例子。
此外，还应选取工件上精度高。尺寸较大表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工以便、夹具设计简朴等。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间位置，能保证拨叉1在整个加工过程中基本上都能用统一基准定位。从拨叉1零件图分析可知，它内花键槽，适于作精基准使用。
选取精基准原则时，考虑重点是有助于保证工件加工精度并使装夹准。

3.4 工艺路线拟订
对于大批量生产零件，普通总是一方面加工出统一基准。拨叉1加工第一种工序也就是加工统一基准。详细安排是：先加工预制孔，再加工花键槽，最后以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔原则。

3.4.1 加工阶段划分
零件加工质量规定较高时，常把整个加工过程划分为几种阶段：
（1） 粗加工阶段
粗加工目是切去绝大某些多余金属，为后来精加工创造较好条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯缺陷，予以报废或修补，以免挥霍工时。
粗加工可采用功率大，刚性好，精度低机床，选用大切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生内应力和变形大，因此加工精度低，粗糙度值大。普通粗加工公差级别为IT11~IT12。粗糙度为Ra=80~100μm。
（2） 半精加工阶段
半精加工阶段是完毕某些次要面加工并为重要表面精加工做好准备，保证适当加工余量。半精加工公差级别为IT9~IT10。表面粗糙度为Ra=10~1.25μm。
（3） 精加工阶段
精加工阶段切除剩余少量加工余量,重要目是保证零件形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各重要表面达到图纸规定.此外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度机床小切前用量，工序变形小，有助于提高加工精度．精加工加工精度普通为IT6~IT7，表面粗糙度为Ra10~1.25μm。
（4） 光整加工阶段
对某些规定特别高需进行光整加工，重要用于改进表面质量，对尺度精度改进很少。普通不能纠正各表面互相位置误差，其精度级别普通为IT5~IT6,表面粗糙度为Ra1.25~0.32μm。
此外，加工阶段划分后，还便于合理安排热解决工序。由于热解决性质不同，有需安排于粗加工之前，有需插入粗精加工之间。
但须指出加工阶段划分并不是绝对。在实际生活中，对于刚性好，精度规定不高或批量小工件，以及运送装夹费事重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量规定前提下，普通只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必要明确划分阶段是指整个加工过程而言，不能以某一表面加工或某一工序性质区别。例如工序定位精基准面，在粗加工阶段就要加工很精确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类粗加工。
3.4.2 加工工艺路线方案拟定
在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同步考虑到经济效果，减少生产成本，拟订一种加工工艺路线方案，加工工艺过程表。见表3.1。
表3.1加工工艺过程表
工序号
工 种
工作内容
说 明
010
锻造
金属型浇铸
铸件毛坯尺寸：
长： 宽： 高：
预制孔、底槽不铸出
020
热解决
退火

030
铣
铣侧面
专用铣夹具装夹；
卧式铣床（X52K）
040
钻
钻预制孔
专用夹具装夹；轻型圆柱立式钻床
050
拉
拉内花键
专用夹具装夹；
卧式拉床（L6120）
060
铣
铣底槽18H11，深35mm
专用夹具装夹；
卧式铣床（）
070
铣
粗、精铣上端面
专用夹具装夹；
卧式铣床（）
080
钻
攻丝
钻通孔6.7mm
攻M8螺纹
专用夹具装夹；
摇臂钻床
090
去毛刺
清洗

100
检查
入库

3.5 拨叉1毛坯构造工艺分析
拨叉1其材料是HT200，采用是金属型锻造，生产类型为大批量生产。
3.5.1 毛坯构造工艺规定
（1） 拨叉1为锻造件，对毛坯构造工艺有一定规定：
① 铸件壁厚应适当、均匀，不得有突然变化。
② 锻造圆角要恰当，得有尖棱、尖角。
③ 铸件构造要尽量简化。
④ 加强肋厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。
⑤ 铸件选材要合理，应有较好可铸性。
（2） 设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：
① 各加工面几何形状应尽量简朴。
② 工艺基准以设计基准相一致。
③ 便于装夹、加工和检查。
④ 构造要统一，尽量使用普通设备和原则刀具进行加工。
在拟定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料运用率，减少加工成本，但这样也许导致毛坯制造困难，需要采用昂贵毛坯制造设备，增长毛坯制导致本。因而，毛坯种类形状及尺寸拟定一定要考虑零件成本问题但要保证零件使用性能。在毛坯种类形状及尺寸拟定后，必要时可据此绘出毛坯图。

3.6 拟定切削用量及基本时间
工序1：铣侧面
机床：卧式铣床
刀具：依照参照文献[4]表10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为：，齿数为12齿。
铣削深度：
每齿进给量：查参照文献[5]表2.4-75，，取。
铣削速度：查参照文献[4]表11-94，得，取
机床主轴转速：

查参照文献[5]表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：

=82mm
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
工序2：钻预制孔
机床：轻型圆柱立式钻床
刀具：查参照文献[4]表10-175，选高速钢直柄麻花钻，钻预制孔到21.2mm，因此。
进给量：依照参照文献[5]表2.4-38，取
切削速度：参照参照文献[5]表2.4-41，取
机床主轴转速，有：
，
按照参照文献[5]表3.1-36，取
因此实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度：

刀具切出长度： 取
走刀次数为1
机动时间：
工序4：粗、精铣18H11底槽
机床：立式升降台铣床（）
刀具：依照参照文献[4]表21-5选用高速钢镶齿三面刃铣刀。外径160mm，内径40mm，刀宽粗铣16mm，精铣18mm，齿数为24齿。
（1） 粗铣16槽
铣削深度：
每齿进给量：查参照文献[5]表2.4-75，得，取。
铣削速度：查参照文献[8]表30-33，得
机床主轴转速：

查参照文献[5]表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：

=81mm
刀具切出长度：取
走刀次数1次
机动时间：
（2） 精铣18槽
切削深度：
依照参照文献[5]表查得：进给量,查参照文献[5]表2.4-82得切削速度，
机床主轴转速：
，
查参照文献[5]表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：

=81mm
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
本工序机动时间
工序5：粗、精铣上端面
机床：卧式铣床
刀具：依照参照文献[4]表10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为：，齿数为12齿。
（1） 粗铣上端面
铣削深度：
每齿进给量：查参照文献[5]表2.4-75，，取。
铣削速度：查参照文献[4]表11-94，得，取
机床主轴转速：

查参照文献[5]表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：

=82mm
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
（2） 精铣上端面
切削深度：
依照参照文献[4]表11-91查得：每齿进给量,取，依照参照文献[4]表11-94查得切削速度
机床主轴转速：
，
按照参照文献[5]表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：

=81mm
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
本工序机动时间
工序6：钻孔并攻丝
机床：摇臂钻床
刀具：依照参照参照文献[5]表4.3-9硬质合金锥柄麻花钻头。
（1） 钻孔mm
钻孔前铸件为实心，依照上文所加工余量先钻孔到再攻丝，因此。
钻削深度：
进给量：依照参照文献[5]表2.4-38，取
切削速度：参照参照文献[5]表2.4-41，取
机床主轴转速，有：
，
按照参照文献[5]表3.1-31取
因此实际切削速度：
被切削层长度：
刀具切入长度：

刀具切出长度： 取
走刀次数为1，钻孔数为2个
机动时间：
（2） 攻2-M8螺纹通孔
刀具：钒钢机动丝锥
进给量：查参照文献[5]表1.8-1得所加工螺纹孔螺距,因而进给量
切削速度：参照参照文献[5]表2.4-105，取
机床主轴转速：，取
丝锥回转转速：取
实际切削速度：
被切削层长度：
刀具切入长度：
刀具切出长度：，加工数为2
机动时间：
本工序机动时间：。

3.7 本章总结
本章拟定了零件工艺路线，以及设计夹具前定位基准选取，为后续专用夹具设计做好准备，依照毛坯尺寸及设计规定拟定各个加工方案，再由各个加工方案选取机床类型、刀具类型、切削用量以及机械加工时间并编入工艺文献中。

4 专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，减少劳动强度。在加工拨叉1零件时，需要设计专用夹具。

4.1 钻、攻2—M8螺纹孔夹具设计
4.1.1 研究原始质料
运用本夹具重要用来钻两个6.7mm孔并攻M8螺纹。加工时应保证螺纹孔与侧面位置距离及螺纹孔中心线与锥孔中心线距离。为了保证技术规定，最核心是找到定位基准。同步，应考虑如何提高劳动生产率和减少劳动强度。
4.1.2 定位基准选取
由零件图可知：两螺纹孔与侧面有位置规定，在对螺纹孔进行加工前，花键孔已进行了拉削加工。因而，选底侧面定位，花键内圆孔定心限制了除在X轴旋转自由度以外所有自由度，为了限制X轴旋转自由度，可在工件边装一挡销，从而来满足螺纹孔与端面位置规定。
4.1.3 夹具方案设计选取
方案一：运用移动弯压板夹紧。
方案二：采用夹紧定位一体，即在定位心轴上加工一段螺栓，运用螺栓、螺母夹紧。
方案三：采用两短圆锥销装夹在花键孔两端，两短圆锥销运用气压夹紧并定位。
依照任务书规定，两螺纹孔分布在零件两端，运专心轴上加工螺栓来夹紧，其夹紧刚度比较低，且夹紧、定位在一起互相有一定影响。方案三中，夹紧力比较抱负，但夹具装备比较复杂，成本也高，因而选用方案一采用移动弯压板夹紧，夹紧、定位分开，且夹具装备简朴。压板形状见图4.2。
图4.2 钻孔用移动弯压板
4.1.4 切削力及夹紧力计算
由参照文献[10]查表可得：
切削力公式：
式中
查表得：
即：
实际所需夹紧力：由参照文献[10]表得：

安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：

式中：为各种因素安全系数，见参照文献[10]表 可得：

因此
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具构造简朴、操作以便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
取，，
螺旋夹紧时产生夹紧力，有：：

式中参数由参照文献[10]可查得：

其中：
由参照文献[10]表得：原动力计算公式：
由上述计算易得：
因而采用该夹紧机构工作是可靠。
4.1.5 夹具设计及操作简要阐明
本夹具用于在钻床上加工拨叉1上端面两螺纹孔。工件以侧面和花键内孔为定位基准，在挡销和定位块上实现完全定位。采用手动螺旋移动弯压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简朴、夹紧可靠。

4.2 本章总结
本章通过前边设计内容，针对本次任务，对钻螺纹孔进行了专用夹具设计，在夹具设计时应充分考虑零件良好可加工性，夹具构造力求简朴、可靠，保证工人劳动强度小，夹具构造经济性也是设计中重点考虑问题。

5 结 论

课程设计是大三一次非常难得理论与实际相结合机会，通过本次设计，对拨叉1加工工艺及其夹具设计分析，对工艺和夹具、刀具设计有了进一步结识，从书上理论知识转换到实际运用，是一种漫长而艰伤心程，在设计过程中遇到了诸多自己不能独立解决问题，在李教师指引下，问题得以一一解决。
在本次设计中，对零件工艺分析是整个设计前提，一种好工艺规程应考虑加工工艺装备等，如工序合理性、工人劳动强度等。设计夹具时综合分析夹具发呈现状，即高精、高效、经济。

参 考 文 献

[1] 李旦，邵东向，王杰．机床专用夹具图册[M]，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， .
[2] 李大磊，王栋．机械制造工艺学[M]，北京：机械工业出版社，.
[3] 陈宏钧．实用金属切削手册[M]，北京：机械工业出版社，.
[4] 陈宏钧．实用机械加工工艺手册[M]，北京：机械工业出版社，.
[5] 李洪．机械加工工艺手册[M]，北京：机械工业出版社，1990.
[6] 李庆余，张佳．机械制造装备设计 [M]，北京：机械工业出版社，.
[7] 强毅．设计图实用原则手册[M]，北京：科学出版社，.
[8] 杨叔子．机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，.
[10] 王光斗，王春福．机床夹具设计手册[M]，上海科学技术出版社，.