CA6140车床拨叉(831005)零件的机械加工工艺规程及夹具设计.doc

机械制造工艺学

机械制造技术课程设计
说明书

设计题目：设计拔叉零件的机械加工工艺规程及铣 mm槽工序的专用夹具

姓 名： 李康
学 号： 110125135
班 级: 起机111
指导教师: 安林超

河南机电高等专科学校
2013年11月1日
机械制造技术课程设计
任务书

题目：设计转速器盘零件的机械加工工艺规程及钻2×Ф9孔工序的专用夹具
内容：（1）零件——毛坯合图 1张
（2）机械加工工艺规程卡片 1套
（3）夹具装配图 1张
（4）夹具体零件图 1张
（5）课程设计说明书 1份
原始资料：该零件图样一张；生产纲领为8000件/年；每日
一班。

2013年10月14日
前 言
通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《公差于配合》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺》等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
在些次设计中我们主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点.

目录
前 言 3
第一章设计的目的 6
第二章零件的分析 7
（一）、零件的作用 7
（二）、零件的工艺分析 7
第三章工艺规程设计 8
(一)确定毛坯的制造形成 8
（二）基准的选择 8
（三）制定工艺路线 8
（四）机械加工余量 9
(五)确定切削用量及基本工时。 9
第四章夹具设计 23
（一）问题的提出 23
（二）夹具设计 25
参考文献 28
小 结 29
械加工工序卡片 30

第一章 设计的目的
机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：
1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。

第二章 零件的分析
（一）、零件的作用：
题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）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进行工作。宽度为mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。
（二）、零件的工艺分析：
CA6140拨叉共有两组加工表面
1. 以花键孔的中心线为基准的加工面
这一组面包括mm的六齿方花键孔、花键底孔两端的倒角和距中心线为27mm的平面。
2. 以工件右端面为基准的 mm的槽和mm的槽
经上述分析可知， 对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。

第三章 工艺规程设计
(一) 确定毛坯的制造形成
零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。根据经验可得取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。
（二）基准的选择
1. 粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以Φ40的外圆表面的粗基准。
2. 精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的A面为精基准。
（三）制定工艺路线
方案一
工序：
1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
2. 粗、精铣削B面。
3. 铣削mm的槽。
4. 铣削0mm的槽。
5. 拉花键。
方案二
工序：
1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
2. 以Ф40mm圆柱面为粗基准。选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。
3. 拉花键。以A面为基准，
4. 铣削槽B面。以花键的中心线及A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具
5. 铣削mm的槽。以花键的中心线及A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具。
6. 铣削mm的槽。以花键的中心线及A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具。
方案分析：
上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案中2.3.4工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的3.4.5道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和A面作为3.4.5道工序的定位基准。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”
机械加工余量
CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量为6 kg、生产类型为由大、中批量生产，采用模锻锻模。
根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下：
1. A面的加工余量
A面有3±0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除
2. 矩形花键底孔。
要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸，参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-28确定孔加工余量的分配。
钻孔Φ20mm
扩孔Φ21mm
拉花键
花键孔要求以外径定心：拉削时加工余量参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》取 Z=1mm
3. B面的加工余量。
此工序分2个工步 1、粗铣B面 2、精铣B面。
精加工余量为0.2mm
粗铣加工余量为2.8mm
确定切削用量及基本工时
工序 Ⅰ ：车削A面
1．加工条件
工件材料：灰口铸铁HT200、 、铸造
加工要求：粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，
机床C3163-1。转塔式六角卧式车床。
刀具：刀具的几何角度。
2、计算切削用量
（1）已知长度方向的加工余量为3±0.8mm 。实际端面的最大加工余量为3.8mm 。故分二次加工（粗车和半精车）。长度加工公差级 取-0.46mm（入体方向）
（2）进给量、根据《切削简明手册》（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为16mm×25mm,时，以及工件直径为60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取60mm）ƒ=0.6-0.8mm/ｒ.
按CA6140－１　车床说明书　取ƒ=0.6 mm/n。
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=0.6×0.8=0.48 mm/ｒ
按CA6140－１　车床说明书　ƒ＝0.53ｍｍ／ｒ
（3）计算切削速度。按《切削简明手册》表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）
刀具材料YG6

其中：=158 =0.15 =0.4 =0.2修正系数Ko见《切削手册》表1.28
=1.15 =0.8 =0.8 1.04 =0.81
∴
（4）确定机床主轴转速
按C３１６３－１　车床说明书　ｎ＝200 r／min
所以实际切削速度V=40.8m/min
（5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1
由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备

2、精车
1) 已知粗加工余量为0.5mm
2) 进给量f. 根据《切削用量简明手册》表1.6,　按C３１６３－１　车床说明书
计算切削速度 按《切削用量简明手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

3) 确定机床主轴转速. 按C3163－１　车床说明书　　
实际切削速度
4) 切削工时，查《工艺手册》表6.2-1

由于下一道工序是钻孔，所以留下的台阶，所以

3、钻孔、扩孔、倒角。
（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）：双锥修磨具刃，钻头参数：

根据《切削用量简明手册》表2-9确定
ａ、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,当
可确定。
按C3163-1　车床说明书　　　取
ｂ、 决定钻头磨钝标准及寿命 表2.21，当钻头最大磨损量取0.6 寿命.
ｃ、切削速度　由《切削用量简明手册》，表2.15得
由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min 取280n/min
取=280m/min. 实际=17 m/min
ｄ、 基本工时，
入切量及超切量由表2.29. 查出Ψ+△=10mm
所以
（2）、扩孔
刀具直径；刀具几何参数同上。
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，所以同上
倒角刀具15°锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。
（3）、倒角
刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。
检验机床功率 按《切削用量简明手册》表 1.2４
可以查出　当＝160～245HBS

按C３１６３－１　车床说明书　主电机功率
可见Ｐｃ比Ｐ小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求
钻削功率检验按《切削用量简明手册》表 2.21
当
查得转矩
《切削用量简明手册》表由表2.32　得功率公式

按C３１６３－１　车床说明书　主电机功率
可见ＰC比Ｐ小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要
工序Ⅱ 拉花键孔
单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿
为0.06mm,
拉削速度
切削工时
式中： 单面余量1.5mm(由Φ21mm拉削到Φ25mm)；
拉削表面长度，80mm；
考虑校准部分的长度系数，取1.2；
考虑机床返回行程系数，取1.4 ；
拉削速度（m/min）；
拉刀单面齿升；
拉刀同时工作齿数，Z=l/p；
拉刀齿距。

∴拉刀同时工作齿数
∴其本工时
工序Ⅲ 粗铣，精铣B面。
加工要求：粗铣B面，精铣B面，。
用标准镶齿圆柱铣刀粗铣 加工余量3mm
机床 ：Ｘ62W
加工工件尺寸：宽度：40mm 长度：28mm
1. 粗铣
1) 选择刀具
　故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀
铣刀几何参数（表3.2）
2) 切削用量
留精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度，由于加工表面精度要求.根据表3.5得每转进给量就能满足要求，但考虑到Ｘ62W功率为，机床为中等系统刚度和Ｘ62W铣床说明书 所以每转进给量
3) 选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据《切削用量简明手册》表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀， 刀具寿命 T=120min（表3.8）
4) 决定切削速度、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

解得

根据X62W型铣床说明书选

选实际
5) 机床功率：根据《切削用量简明手册》表3.20

切削功率的修正系数：
根据X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为
故因此所决定的切削用量可以采用。

6) 基本工时根据 《切削用量简明手册》表3.5

2. 精铣
1）选择刀具
刀具与上道工步是同一把刀。
2）切削用量
精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度

3） 决定切削速度、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

根据X62W型铣床说明书选

4）基本工时基本工时根据 《切削用量简明手册》表3.5

工序Ⅳ 铣削mm槽。
加工工件尺寸：mm , 长度L=40mm
加工要求：高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）加工余量8 用乳化液冷却
机床：X62W
选择刀具：由加工尺寸公差。所以铣刀精度为精密级K8
铣刀参数：

选择切削量
由于槽的深度为8mm, 故一次走完，
由《切削用量简明手册》表3.3 确定 现取
选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：T=100min其中
决定切削速度和每齿进给量、由《切削用量简明手册》3.27的公式

解得

根据X62W型铣床说明书选
实际速度
根据X62W型铣床说明书选

机床功率：根据《切削用量简明手册》表3.28 公式
圆周力

由表得

解得：
根据X62W型铣床说明书，功率足够。 基本工时基本工时根据 《切削用量简明手册》表3.5

工序Ⅴ铣宽为槽
加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽，长L=40mm，加工余量23mm
由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，，
1) 选择刀具
铣刀参数：

2) 选择铣削用量
由于槽的宽度为18mm, 故二次走完，
由《切削用量简明手册》表3.3 确定f=0.5mm/r 现取f=0.8mm/r
3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：T=100min其中
4）确定切削速度和每齿进给量：决定切削速度和每齿进给量、由《切削用量简明手册》3.27的公式

解得

根据X62W型铣床说明书选
实际速度
选 根据X62W型铣床说明书选选

5） 基本工时基本工时根据 《切削用量简明手册》表3.5

i=2(走两次)
工序Ⅵ 磨18mm槽，
保证尺寸18mm
1) 选择砂轮。
见《切削手册》第三章中磨料选择各表，结果为
GZ46KV6P350×40×127其含义为：磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为46#，硬度为软2级。 平型砂轮，其尺寸为16×6×40（D×d×H）。
2) 切削用量的选择。砂轮转速n砂=3000r/min(见机床说明书)，
v砂=2.5m/s
进给量f=50mm/min 双单行程 fr=0.015mm
3) 切削工时。当加工1个表面时
Tm=(L+y+△)•i K/50=3.1min
最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。
第四章 夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
4.1.提出问题
（1）怎样限制零件的自由度；V形块加小平面限制5个自由度，定位销限制1个自由度。
（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合V形块夹紧工件。
（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用拉刀拉削，通过下底面排削。
（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。
4.2.设计思想
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。
本夹具主要用来对φ6孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为H7，表面粗糙度Ra3.2。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工，考虑到提高劳动生产率，降低劳动强度，采用一次拉削完成。
4.3、夹具设计

零件的上半部分为圆柱型，根据这个特点采用V型块、小平面的夹具来定位。
4.3.1、定位分析
（1）定位基准的选择
据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。宽为mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面为定位基准。因此选用工件以加工右端面和花键心轴的中心线为主定位基准。
（2）定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为V形块与定位块，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△B=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。
△Y=0.707δd=0.707×0.025mm=0.0177mm
4.3.2、切削力、夹紧力、切屑用量和切屑速度的计算
1.进给量：该工序就是通过一次走刀，完成花键槽的拉削加工。由于加工方法的特殊性，刀具选择的特殊性，被吃刀量暂不用选择。只要选择合适的切削速度和进给量就可以。根据机床刚度和刀具尺寸，此工序需要一次走刀，完成要求的机械加工要求。加工总深度为Z=76mm。总走刀次数为1次。
2.切屑速度：
根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿为0.06mm,拉削速度 v=0.06m/s(3.6m/min)
切削工时
式中： 单面余量1.5mm(由Φ21mm拉削到Φ25mm)；
拉削表面长度，80mm；
考虑校准部分的长度系数，取1.2；
考虑机床返回行程系数，取1.4 ；
拉削速度（m/min）；
拉刀单面齿升；
拉刀同时工作齿数，Z=l/p；
拉刀齿距。
P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm
∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7
∴其本工时 Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min) 。
3. 切削力及夹紧力的计算
刀具：花键拉刀。
切削力：由于本工序拉刀由上至下垂直向下拉，切削力方向也是由上向下，只要底面三个支承钉能够保证强度，刚度。就能精确加工。保证加工精度。而支承钉能够保证。所以此处不用算切削力。
由于切削力和夹紧力的方向垂直。平面定位。
Fj=KFL\(H+L)=2.5*250*24/46+24=214N
夹紧力的计算：由于切削力和夹紧力的方向一致。所以夹紧力定位较小夹紧力来防止工件在加工过程中产生振动和转动。

4.3.3、夹具操作说明
如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸。

第五章 体会与展望
夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组五名同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为《机械制造工艺学》、《机床夹具设计》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。主要是钻模板与钻套的选择与设计。本设计采用了快换钻套和手动螺旋快速加紧机构，从而大大提高了由于钻、扩、绞孔而频繁换钻套的生产效率，夹具的加工精度都采用普通级，充分考虑了制造成本。缺点是本设计的操作需要人力，所以在生产自动化方面有待改进。
通过本次课程设计，使我将所学理论与生产实践相结合，得到了解决问题和分析问题的能力的初步培养，另外也为以后搞好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练。
本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。
总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

第六章 参考文献
1、朱淑萍主编. 机械加工工艺及装备.北京：机械工业出版社，1999
2、李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994
3、孙本绪、熊万武编.机械加工余量手册.北京：国防工业出版社，1999
4、机床夹具设计手册.北京：中国科学技术出版社
5、赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.北京.机械工业出版社，2000
6、田春霞主编.数控加工工艺.北京：机械工业出版社，2006
7、吴拓、方琼珊主编. 机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书.北京：机械工业出版社，2005
8、黄云清主编.公差配合与测量技术.北京：机械工业出版社，2001
9、梁炳文主编，机械加工工艺与窍门精选，北京：机械工业出版社，2001
10、杨峻峰主编，

小 结
为期两周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组五名同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为《机械制造工艺学》、《机床夹具设计》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。
总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

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