车床拨叉钻螺纹底孔夹具设计项目说明指导书.doc

前言
机械制造工艺学课程设计是咱们学完了大学所有基本课、技术基本课以及大某些专业课之后进行.这是咱们在进行毕业设计之前对所学各课程一次进一步综合性总复习,也是一次理论联系实际训练,因而,它在咱们四年大学生活中占有重要地位。
就我个人而言，我但愿能通过这次课程设计，理解并结识普通机器零件生产工艺过程，巩固和加深已学过技术基本课和专业课知识，理论联系实际，对自己将来将从事工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题能力，为此后工作打下一种良好基本，并且为后续课程学习大好基本。
由于能力所限，设计尚有许多局限性之处，恳请各位教师予以指引。
一、零件分析
(一)零件作用
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。零件上方Φ20孔与操纵机构相连，二下方Φ50半孔则是用于与所控制齿轮所在轴接触。通过上方力拨动下方齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。
(二)零件工艺分析
零件材料为HT200，灰铸铁生产工艺简朴，锻造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此如下是拨叉需要加工表面以及加工表面之间位置规定：
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如下为所有文献列表截图，包括图纸和阐明书

1、小头孔Φ20以及与此孔相通Φ8锥孔、M6螺纹孔。
2、大头半圆孔Φ50。
3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线垂直度误差为0.05mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度规定。再依照各加工办法经济精度及机床所能达到位置精度，并且此拨叉零件没有复杂加工曲面，因此依照上述技术规定采用常规加工工艺均可保证。
二、拟定生产类型
已知此拨叉零件生产大纲为5000件/年，零件质量是1.0Kg/个，查《机械制造工艺设计简要手册》第2页表1.1-2，可拟定该拨叉生产类型为中批生产，因此初步拟定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序恰当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
三、拟定毛坯
1、拟定毛坯种类：
零件材料为HT200。考虑零件在机床运营过程中所受冲击不大，零件构造又比较简朴，生产类型为中批生产，故选取木摸手工砂型铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简要手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差级别为CT-12。
2、拟定铸件加工余量及形状：
查《机械制造工艺设计简要手册》第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4拟定各个加工面铸件机械加工余量，铸件分型面选用及加工余量，如下表所示：

简 图
加工面代号
基
本
尺
寸
加工余量级别
加工
余量
说

明

D2
50
H
3.52
孔降一级双侧加工
T2
30
H
5
单侧加工
T3
12
H
5
单侧加工
T4
12
H
5
单侧加工

3、绘制铸件零件图
四、工艺规程设计
(一)选取定位基准：
1 粗基准选取：以零件小头上端面为重要定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
2 精基准选取：考虑要保证零件加工精度和装夹精确以便，根据“基准重叠”原则和“基准统一”原则，以粗加工后底面为重要定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助定位精基准。
(二)制定工艺路线:
依照零件几何形状、尺寸精度及位置精度等技术规定，以及加工办法所能达到经济精度，在生产大纲已拟定状况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。查《机械制造工艺设计简要手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选取零件加工办法及工艺路线方案如下：
工序01 粗铣Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序02 粗铣Φ20上端面，以T1为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序03 粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序04 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序05 粗车Φ50孔，以D1为定位基准，采用CA6140车床加专用夹具；
工序06 铣斜肩，以D1和T2为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序07 精铣Φ20下端面，以T2为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序08 精铣Φ20上端面，以T1为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序09 粗铰、精铰Φ20孔，以T2和Φ32外圆为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序10 精铣Φ50端面，以D1为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序11 半精车Φ50孔，以D1做定位基准，采用CA6140车床加专用夹具；
工序12 钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序13 钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具；
工序14 铣断，以D1为基准，采用X60卧式铣床加专用夹具；
工序15 去毛刺；
工序16 终检。
（三）机械加工余量、工序尺寸及公差拟定:
1、圆柱表面工序尺寸：
前面依照资料已初步拟定工件各面总加工余量，当前拟定各表面各个加工工序加工余量如下：
加工
表面
加工
内容
加工余量
精度级别
工序
尺寸
表面粗
糙度
工序余量
最小
最大

φ50IT12
（D2）
铸件
7.0
CT12

粗镗
4.0
IT12

6.3
0.95
6.8
半精镗
3.0
IT10

3.2
2.9
3.25

φ20IT7
（D1）
钻
18
IT11

17.89
18
扩
1.8
IT10

6.3
1.716
1.910
粗铰
0.14
IT8

3.2
0.107
0.224
精铰
0.06
IT7

1.6
0.039
0.093
2、平面工序尺寸：
工序号
工序
内容
加工
余量
基本
尺寸
经济
精度
工序尺寸偏差
工序余量
最小
最大

铸件
5.0

CT12

01
粗铣φ20孔下端面
4.0
36.0
12

1.5
7.75
02
粗铣φ20孔上端面
4.0
32.0
12

1.5
7.75
03
粗铣φ50孔上端面
4.0
14.0
12

1.8
6.38
07
精铣φ20孔下端面
1.0
31.0
8

0.75
1.283
08
精铣φ20孔上端面
1.0
30.0
8

0.75
1.283
10
精铣φ50孔端面
1.0×2
12.0
8

0.951
1.016
（四）、拟定切削用量及时间定额：
工序01 粗铣Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准。
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =170~240MPa，锻造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;
加工规定：粗铣Φ20孔下端面，加工余量4mm;
机床：X51立式铣床；
刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故依照《机械制造工艺设计简要手册》（后简称《简要手册》）表3.1，取刀具直径d0=125mm。依照《切削用量手册》（后简称《切削手册》）表3.16，选取刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1）拟定切削深度ap
由于余量较小，故选取ap=4mm，一次走刀即可完毕。
2）拟定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。依照《切削手册》表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据《简要手册》表4.2-35，X51立式铣床）时：
fz=0.09~0.18mm/z
故选取：fz=0.18mm/z。
3）拟定刀具寿命及磨钝原则
依照《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据《简要手册》表3.8）。
4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf
依照《切削手册》表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：

其中 ，，，，，，，，，，，，，将以上数据代入公式：

拟定机床主轴转速： 。
依照《简要手册》表4.2-36，选取nc=300r/min,vfc=390mm/min,因而，实际进给量和每分钟进给量为：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校验机床功率
依照《切削手册》表3.24，近似为Pcc=3.3kw,依照机床使用阐明书，主轴容许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最后拟定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm.
查《切削手册》表3. 26，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则：
tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。
工序02 粗铣Φ20上端面，以T1为定位基准。
切削用量和时间定额及其计算过程同工序01。
工序03 粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准
刀具：YG6硬质合金端铣刀，
机床：X51立式铣床
依照《切削手册》查得，。依照《简要手册》表4.2-36查得，取：，故实际切削速度：

当时，工作台每分钟进给量应为：

查阐明书，取
计算切削基本工时：

因而，
工序04 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔精度达到IT10。
1. 选取钻头
依照《切削手册》表2.1.2.2，选取高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角αo＝12°，二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度，°，°
2.选取切削用量
（1）拟定进给量
按加工规定拟定进给量：查《切削手册》，，，由《切削手册》表2.7,系数为0.5,则：

按钻头强度选取:查《切削手册》表2.8,钻头容许进给量为：；
按机床进给机构强度选取：查《切削手册》表2.9，机床进给机构容许轴向力为8330N时，进给量为。
以上三个进给量比较得出，受限制进给量是工艺规定，其值为：0.215~0.265mm/r。依照《简要手册》表4.2-16,最后选取进给量。
由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。
依照《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。依照Z525立式钻床使用阐明书，机床进给机构容许最大轴向力为8830N﹥Ff，故所选进给量可用。
（2）拟定钻头磨钝原则及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《简要手册》）为0.6mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切削手册》表2.30，切削速度计算公式为：
（m/min）
其中，，，，，，，，，查得修正系数：，，，故实际切削速度：

（4）检查机床扭矩及功率
查《切削手册》表2.20，当f≤0.26，do≤19mm时，Mt=31.78N•m，修正系数均为1.0，故MC=31.78 N•m。
查机床使用阐明书：Mm =144.2 N•m。
查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。
查机床使用阐明书，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3、计算工时

4、扩孔至Φ19.8
查《切削手册》表2.10，扩孔进给量为：，并由机床使用阐明书最后选定进给量为：。
依照资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时切削速度，故：，，依照机床使用阐明书选用： 。
基本工时：
工序05 粗车Φ50孔，以D1为定位基准。
机床：CA6140车床
单边余量 可一次切除，则 。依照《简要手册》4.2-20查得，取 。依照《简要手册》4.2-21查得，取：。
计算切削基本工时：

工序06 铣斜肩，以D1和T2为定位基准。
刀具：硬质合金三面刃铣刀
机床：X51立式铣床
依照《简要手册》查得：。依照《切削手册》查得：因而：

现采用X51立式铣床，取：，故实际切削速度为：

当时，工作台每分钟进给量应为：

依照《切削手册》表4.2-37查得,取：。
计算切削基本工时：

因而：
工序07 精铣Φ20下端面，以T2为基准。
刀具：YG6硬质合金端铣刀；
机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：，取为0.5mm/r
参照关于手册，拟定，采用YG6硬质合金端铣刀，，则：

现采用X51立式铣床，依照《简要手册》表4.2-36，取，故实际切削速度：

当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min
本工序切削时间为：
min
工序08 精铣Φ20上端面，以T1为基准。
切削用量同工序07
精铣时
基本工时：
工序09 粗铰、精铰Φ20孔，以T2和Φ32外圆为基准。
（1）粗铰至
刀具：专用铰刀
机床：Z525立式钻床
依照关于手册规定，铰刀进给量为0.8～1.2mm/z,进给量取0.81mm/r，机床主轴转速取为=140r/min，则其切削速度为：
。
机动时切削工时，=38mm，

(2) 精铰至
刀具：
机床：Z525立式钻床
依照关于手册规定，铰刀进给量取0.48mm/r，机床主轴转速取为：=140r/min，则其切削速度为：
机动时切削工时，=38mm

工序10 精铣Φ50端面，以D1为基准。
机床：X51立式铣床
刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由《切削手册》表3.6查得：，,即27m/min，因而，。现采用X51立式铣床，取 ，工作台每分钟进给量应为：，
查机床使用阐明书，取 。
铣削基本工时：

工序11 半精车Φ50孔，以D1做定位基准。
单边余量,可一次切除，则 。
由《切削手册》表1.6查得，进给量取为0.27mm/r。由《切削手册》表1.1查得，，则：

查《简要手册》表4.2-20，取为630r/min。
加工基本工时：
工序12 钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准。
刀具：专用刀具
机床：Z525立式钻床
拟定进给量：依照《切削手册》表2.7查得，，查Z525机床使用阐明书，现取。查《切削手册》表2.15，，计算机床主轴转速：

按机床选用，因此实际切削速度为：

计算切削基本工时：

工序13 钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准
（1）钻螺纹底孔mm
机床：Z525立式钻床
刀具：高速钢麻花钻
依照《切削手册》查得，进给量为0.18～0.22mm/z,现取f=0.22mm/z，v=17m/min，则：

查《简要手册》表4.2-15，取。因此实际切削速度为：

计算切削基本工时：

（2）攻螺纹M6
机床：Z525立式钻床
刀具：丝锥M6，P=1mm
切削用量选为：，机床主轴转速为：，按机床使用阐明书选用：，则 ；机动时，，计算切削基本工时：

工序14 铣断，以D1为基准。
选取锯片铣刀，d=160mm，l=4mm，中齿，Z=40
采用X61卧式铣床
查《切削手册》，选取进给量为：,切削速度为：，则：

依照《简要手册》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：

五、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，需要设计专用夹具。并设计工序13——钻M6螺纹底孔夹具。本夹具将用于Z525立式钻床，刀具为高速钢麻花钻。
(一)问题提出
本夹具重要用来钻M6螺纹底孔，该孔为斜孔，跟拨叉中线有一定角度规定，在加工时应保证孔角度规定。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，减少劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是重要问题。
(二)夹具设计
1、定位基准选取
由零件图可知，M6螺纹孔为斜孔，相对于拨叉中线有规定，为使定位误差为零，应当选取拨叉中线为定位基准保证该角度。此外，还应以Φ20孔端面为基准，从而保证螺纹孔在拨叉体上位置。
为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。
2、切削力及夹紧力计算
刀具：硬质合金麻花钻，。
由实际加工经验可知,钻削时重要切削力为钻头切削方向,即垂直于工作台,查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为：

其中：，，，，，，与加工材料关于,取0.94；与刀具刃磨形状关于,取1.33；与刀具磨钝原则关于,取1.0，则：

在Φ20孔两个端面只需要采用开口垫圈和六角螺母恰当夹紧后本夹具即可安全工作.
3、定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差拟定。夹具重要定位元件为两个定位销，这两个定位销尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴尺寸与公差相似。此外，这两定位销共同保证加工孔偏斜角度，其中心连线与工作台面成10°角。
（2）计算钻套中心线与工作台垂直度误差。
钻套外径与衬套孔最大间隙为：

衬套外径与钻模板孔最大间隙为：

则钻套中心与工作台平面垂直度误差为：0.026-0.005=0.021。
（3）计算定位销轴与工作台平行度误差。
定位销轴与夹详细孔最大间隙为：

夹详细孔长度为22mm，则上述间隙引起最大平行度误差为：0.034/22，即0.155/100。
4、夹具设计及操作简要阐明
如前所述，在设计夹具时，应当考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母1~2扣，拔下开口垫圈，实现工件快换。攻螺纹时，松开压紧螺母即可替代可换钻套，进行攻螺纹加工。

参照文献
1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指引书(2版),机械工业出版社,.
2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基本,:武汉理工大学出版社,.
3、李益明主编,机械制造工艺设计简要手册,机械工业出版社,1993年.
4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.
5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.