拨叉优秀课程设计设计项目新版说明书.doc

摘 要

此次设计任务是对拨叉1零件加工工艺、夹具，该工件因为上端面和底槽均和花键孔中心有位置关系，所以在工序安排上，先加工花键孔，再经过花键孔定位加工底槽和上端面，最终攻螺纹孔，其中多种夹具均采取专用夹具，因为该零件尺寸小，所需夹紧力不大，所以全部采取手动夹紧，它机构设计简单、方便，且满足夹紧要求。

关键词 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础训练科目，在课程设计中占极其关键位置。夹具结构设计在加深对课程基础理论了解和加强对处理工程实际问题能力培养方面发挥着极其关键作用。此次所选拨叉1工艺分析及夹具设计内容关键包含：拨叉1工艺路线确实定，夹具方案优选，装配图、零件图绘制，设计说明书编写等。
夹具是工艺装备关键组合部分，在机械制造中占相关键地位，夹具对确保产品质量，提升生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等全部含相关键意义。伴随优异制造技术发展和市场竞争加剧，传统夹具设计方法已成为企业中产品快速上市瓶颈，各企业迫切需要提升夹具设计效率。
刀具行业是一个比较特殊行业，担负着为制造业提供关键装备、数控刀具重担，制造业水平怎样往往会受刀具行业整体水平较大影响，而制造业发展也会促进刀具行业发展，二者能够说是相互影响相互制约。伴随制造业连续发展，为制造业提供关键装备刀具行业必将快速、稳步发展，依据制造业发展需要，多功效复合刀具、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，刀具行业必需在改善原有刀具材料、研发新刀具材料及寻求更合理刀具结构方面多下功夫，以处理制造业面临越来越多加工难题。
目前，切削技术快速发展，已经进入了现代切削技术新阶段，刀具材料、刀具结构均取得了全方面进步，加工效率也在成倍提升。同时，切削技术和刀具也成为制造业开发新产品和新工艺、应用新材料基础工艺和建立创新体系关键技术。

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。它在车床变速机构中，关键起换档，使主轴回转运动根据工作者要求工作，取得所需速度和扭矩作用。

2.2 拨叉1工艺分析
拨叉1是一个很关键零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键精度要求较高，另外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。其底槽侧面和花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面和花键孔轴线有平行度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，和各表面表面质量均影响机器或部件装配质量，进而影响其性能和工作寿命，所以它们加工是很关键和关键。

2.3 拨叉1工艺要求
一个好结构不仅要应该达成设计要求，而且要有好机械加工工艺性，也就是要有加工可能性，要便于加工，要能够确保加工质量，同时使加工劳动量最小。而设计和工艺是亲密相关，又是相辅相成。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑怎样从工艺上确保设计要求。

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） 侧面加工关键是为了后续工序中能有愈加好定位面，确保后续加工所要求精度，粗糙度在6.3即可。
（2） 认为关键加工面，拉内花键槽，槽数为6个，其粗糙度要求是底边，侧边，内孔粗糙度。
（3） 另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度要求为。
（4） 第三组为粗精铣18H11底槽，该槽表面粗糙度要求是两槽边，槽底表面粗糙度要求是。
（5） 钻并攻丝2-M8，确保两螺纹孔中心距为25mm。

2.4毛坯选择
拨叉1毛坯选择铸件，因为生产率很高，所以能够免去每次造型。工件尺寸较小单边余量通常在，结构细密，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
经过对拨叉1工艺分析，为以后工序设计安排，夹具设计打下理论基础，在对拨叉1进行工艺分析时，要充足考虑工件材料、形状尺寸，确保工件加工时良好工艺性，经过对拨叉1分析，确定毛坯为铸件，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。该拨叉零件关键加工表面是平面、内花键和槽系。通常来说，确保平面加工精度要比确保内花键加工精度轻易。所以，对于拨叉1来说，加工过程中关键问题是确保内花键尺寸精度及位置精度，处理好内花键和平面之间相互关系和槽各尺寸精度。
由上工艺分析知，上端面和槽边均和花键轴有位置度公差，所以，确保内花键高精度是此次设计关键、难点。

3.2确定各表面加工方案
一个好结构不仅应该达成设计要求，而且要有好机械加工工艺性，也就是要有加工可能性，要便于加工，要能确保加工质量，同时是加工劳动量最小。设计和工艺是亲密相关，又是相辅相成。对于设计拨叉1加工工艺来说，应选择能够满足内花键加工精度要求加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要合适考虑经济原因。在满足精度要求及生产率条件下，应选择价格较底机床。
3.2.1选择加工方法时，需考虑原因
（1） 要考虑加工表面精度和表面质量要求，依据各加工表面技术要求，选择加工方法及分几次加工。
（2） 依据生产类型选择，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常见通用设备和通常加工方法。
（3） 考虑被加工材料性质。
（4） 考虑工厂或车间实际情况，同时也应考虑不停改善现有加工方法和设备，推广新技术，提升工艺水平。
（5） 另外，还要考虑部分其它原因，如加工表面物理机械性能特殊要求，工件形状和重量等。
选择加工方法通常先按这个零件关键表面技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序加工方法。
3.2.2 面加工
侧面加工关键是为后续加工做准备，所以，在选择加工方法上能够选择一次性铣面，表面粗糙度为6.3。上端面查参考文件[5]表2.1-12能够确定，上端面加工方案为：粗铣——精铣（），粗糙度为6.3~0.8，通常不淬硬平面，精铣粗糙度能够较小。
3.2.3 孔加工
（1） 加工内花键前预制孔加工
查参考文件[5]表2.3-47，因为预制孔精度为H12，所以确定预制孔加工方案为：一次钻孔，因为在拉削过程中才能确保预制孔表面精度，所以，在加工内花键前预制孔精度可合适降低。
（2） 内花键加工
经过拉刀实现花键加工，因为拉削精度高，所以能满足花键表面精度，同时也能确保预制孔表面精度。
（3） 2-M8螺纹孔加工
加工方案定为：钻，攻丝。
3.2.4 槽加工
查参考文件[5]表2.1-12能够确定，槽加工方案为：粗铣——精铣（），粗糙度为6.3~0.8，设计要求为6.3和3.2，粗铣时，精度可合适降低。

3.3 确定定位基准
3.3.1 粗基准选择
选择粗基按时，考虑关键是怎样确保各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间尺寸、位子符合图纸要求。
粗基准选择应该满足以下要求：
（1） 粗基准选择应以加工表面为粗基准。目标是为了确保加工面和不加工面相互位置关系精度。假如工件上表面上有好多个不需加工表面，则应选择其中和加工表面相互位置精度要求较高表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
（2） 选择加工余量要求均匀关键表面作为粗基准。比如：机床床身导轨面是其它量要求均匀关键表面。所以在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这么就能确保均匀地去掉较少余量，使表层保留而细致组织，以增加耐磨性。
（3） 应选择加工余量最小表面作为粗基准。这么能够确保该面有足够加工余量。
（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大表面作为粗基准，以确保定位正确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺表面不宜选作粗基准，必需时需经初加工。
（5） 粗基准应避免反复使用，因为粗基准表面大多数是粗糙不规则。数次使用难以确保表面间位置精度。
要从确保孔和孔、孔和平面、平面和平面之间位置，能确保拨叉1在整个加工过程中基础上全部能用统一基准定位。从拨叉1零件图分析可知，选择作为拨叉1加工粗基准。
3.3.2 精基准选择标准
（1） 基准重合标准。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这么能够避免定位基准和设计基准不重合而引发基准不重合误差。
（2） 基准统一标准，应尽可能选择统一定位基准。基准统一有利于确保各表面间位置精度，避免基准转换所带来误差，而且各工序所采取夹具比较统一，从而可降低夹具设计和制造工作。比如：轴类零件常见顶针孔作为定位基准。车削、磨削全部以顶针孔定位，这么不仅在一次装夹中能加工大多书表面，而且确保了各外圆表面同轴度及端面和轴心线垂直度。
（3） 互为基准标准。选择精基按时，有时两个被加工面，能够互为基准反复加工。比如：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，这么能确保齿面余量均匀。
自为基准标准。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，能够选择加工表面本身为基准。比如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位。另外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，全部是自为基准例子。
另外，还应选择工件上精度高。尺寸较大表面为精基准，以确保定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
要从确保孔和孔、孔和平面、平面和平面之间位置，能确保拨叉1在整个加工过程中基础上全部能用统一基准定位。从拨叉1零件图分析可知，它内花键槽，适于作精基准使用。
选择精基准标按时，考虑关键是有利于确保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，通常总是首先加工出统一基准。拨叉1加工第一个工序也就是加工统一基准。具体安排是：先加工预制孔，再加工花键槽，最终以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔。
后续工序安排应该遵照粗精分开和先面后孔标准。

3.4.1 加工阶段划分
零件加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为多个阶段：
（1） 粗加工阶段
粗加工目标是切去绝大部分多出金属，为以后精加工发明很好条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发觉毛坯缺点，给予报废或修补，以免浪费工时。
粗加工可采取功率大，刚性好，精度低机床，选择大切前用量，以提升生产率、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，所以加工精度低，粗糙度值大。通常粗加工公差等级为IT11~IT12。粗糙度为Ra=80~100μm。
（2） 半精加工阶段
半精加工阶段是完成部分次要面加工并为关键表面精加工做好准备，确保适宜加工余量。半精加工公差等级为IT9~IT10。表面粗糙度为Ra=10~1.25μm。
（3） 精加工阶段
精加工阶段切除剩下少许加工余量,关键目标是确保零件形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各关键表面达成图纸要求.另外精加工工序安排在最终,可预防或降低工件精加工表面损伤。
精加工应采取高精度机床小切前用量，工序变形小，有利于提升加工精度．精加工加工精度通常为IT6~IT7，表面粗糙度为Ra10~1.25μm。
（4） 光整加工阶段
对一些要求尤其高需进行光整加工，关键用于改善表面质量，对尺度精度改善极少。通常不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级通常为IT5~IT6,表面粗糙度为Ra1.25~0.32μm。
另外，加工阶段划分后，还便于合理安排热处理工序。因为热处理性质不一样，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正确。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小工件，和运输装夹费事重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必需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分。比如工序定位精基准面，在粗加工阶段就要加工很正确，而在精加工阶段能够安排钻小空之类粗加工。
3.4.2 加工工艺路线方案确实定
在确保零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产能够考虑采取专用机床，方便提升生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订一个加工工艺路线方案，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
铸造
金属型浇铸
铸件毛坯尺寸：
长： 宽： 高：
预制孔、底槽不铸出
020
热处理
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
检验
入库

3.5 拨叉1毛坯结构工艺分析
拨叉1其材料是HT200，采取是金属型铸造，生产类型为大批量生产。
3.5.1 毛坯结构工艺要求
（1） 拨叉1为铸造件，对毛坯结构工艺有一定要求：
① 铸件壁厚应适宜、均匀，不得有忽然改变。
② 铸造圆角要合适，得有尖棱、尖角。
③ 铸件结构要尽可能简化。
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，应有很好可铸性。
（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可能简单。
② 工艺基准以设计基准相一致。
③ 便于装夹、加工和检验。
④ 结构要统一，尽可能使用一般设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。即使毛坯形状尺寸和零件靠近，能够降低加工余量，提升材料利用率，降低加工成本，但这么可能造成毛坯制造困难，需要采取昂贵毛坯制造设备，增加毛坯制造成本。所以，毛坯种类形状及尺寸确实定一定要考虑零件成本问题但要确保零件使用性能。在毛坯种类形状及尺寸确定后，必需时可据此绘出毛坯图。

3.6 确定切削用量及基础时间
工序1：铣侧面
机床：卧式铣床
刀具：依据参考文件[4]表10-231，选择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：查参考文件[5]表2.4-75，，取。
铣削速度：查参考文件[4]表11-94，得，取
机床主轴转速：

查参考文件[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：查参考文件[4]表10-175，选高速钢直柄麻花钻，钻预制孔到21.2mm，所以。
进给量：依据参考文件[5]表2.4-38，取
切削速度：参考参考文件[5]表2.4-41，取
机床主轴转速，有：
，
根据参考文件[5]表3.1-36，取
所以实际切削速度：
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：依据参考文件[4]表21-5选择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：查参考文件[5]表2.4-75，得，取。
铣削速度：查参考文件[8]表30-33，得
机床主轴转速：

查参考文件[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：
依据参考文件[5]表查得：进给量,查参考文件[5]表2.4-82得切削速度，
机床主轴转速：
，
查参考文件[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：依据参考文件[4]表10-231，选择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：查参考文件[5]表2.4-75，，取。
铣削速度：查参考文件[4]表11-94，得，取
机床主轴转速：

查参考文件[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：
依据参考文件[4]表11-91查得：每齿进给量,取，依据参考文件[4]表11-94查得切削速度
机床主轴转速：
，
根据参考文件[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：依据参考参考文件[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，依据上文所加工余量先钻孔到再攻丝，所以。
钻削深度：
进给量：依据参考文件[5]表2.4-38，取
切削速度：参考参考文件[5]表2.4-41，取
机床主轴转速，有：
，
根据参考文件[5]表3.1-31取
所以实际切削速度：
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：查参考文件[5]表1.8-1得所加工螺纹孔螺距,所以进给量
切削速度：参考参考文件[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
本章确定了零件工艺路线，和设计夹具前定位基准选择，为后续专用夹具设计做好准备，依据毛坯尺寸及设计要求确定各个加工方案，再由各个加工方案选择机床类型、刀具类型、切削用量和机械加工时间并编入工艺文件中。

4 专用夹具设计

为了提升劳动生产率，确保加工质量，降低劳动强度。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
利用本夹具关键用来钻两个6.7mm孔并攻M8螺纹。加工时应确保螺纹孔和侧面位置距离及螺纹孔中心线和锥孔中心线距离。为了确保技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑怎样提升劳动生产率和降低劳动强度。
4.1.2 定位基准选择
由零件图可知：两螺纹孔和侧面有位置要求，在对螺纹孔进行加工前，花键孔已进行了拉削加工。所以，选底侧面定位，花键内圆孔定心限制了除在X轴旋转自由度以外全部自由度，为了限制X轴旋转自由度，可在工件边装一挡销，从而来满足螺纹孔和端面位置要求。
4.1.3 夹具方案设计选择
方案一：利用移动弯压板夹紧。
方案二：采取夹紧定位一体，即在定位心轴上加工一段螺栓，利用螺栓、螺母夹紧。
方案三：采取两短圆锥销装夹在花键孔两端，两短圆锥销利用气压夹紧并定位。
依据任务书要求，两螺纹孔分布在零件两端，利用心轴上加工螺栓来夹紧，其夹紧刚度比较低，且夹紧、定位在一起相互有一定影响。方案三中，夹紧力比较理想，但夹具装备比较复杂，成本也高，所以选择方案一采取移动弯压板夹紧，夹紧、定位分开，且夹具装备简单。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
由参考文件[10]查表可得：
切削力公式：
式中
查表得：
即：
实际所需夹紧力：由参考文件[10]表得：

安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：

式中：为多种原因安全系数，见参考文件[10]表 可得：

所以
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，决定选择手动螺旋夹紧机构。
取，，
螺旋夹紧时产生夹紧力，有：：

式中参数由参考文件[10]可查得：

其中：
由参考文件[10]表得：原动力计算公式：
由上述计算易得：
所以采取该夹紧机构工作是可靠。
4.1.5 夹具设计及操作简明说明
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。采取手动螺旋移动弯压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。

4.2 本章总结
本章经过前边设计内容，针对此次任务，对钻螺纹孔进行了专用夹具设计，在夹具设计时应充足考虑零件良好可加工性，夹具结构努力争取简单、可靠，确保工人劳动强度小，夹具结构经济性也是设计中关键考虑问题。

5 结 论

课程设计是大三一次很难得理论和实际相结合机会，经过此次设计，对拨叉1加工工艺及其夹具设计分析，对工艺和夹具、刀具设计有了深入认识，从书上理论知识转换到实际利用，是一个漫长而艰苦过程，在设计过程中碰到了很多自己不能独立处理问题，在李老师指导下，问题得以一一处理。
在此次设计中，对零件工艺分析是整个设计前提，一个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展现实状况，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．设计图实用标准手册[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，.