拨叉零件的加工工艺-设计钻Φ12H7和Φ25H7孔的钻床夹具.doc

机械制造技术课程设计说明书

设计题目：制定拨叉零件加工工艺，设计钻Φ12H7和Φ25H7孔的钻床夹具

专 业： 机械电子工程
班 级： 12-3
学 号： 1230120323
姓 名： 王 浩
指导教师： 张中然

机械工程系

2015年11月21日
23 / 25
目录

序言
机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。
支架的加工工艺规程及其车Φ60孔夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。
本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。

第1章 零件的分析
1.1 零件的作用
我所选的题目是CA6140型车床上的拨杆零件。它位于车床上的变速机构中。主要用来换挡，使主轴的回转运动按照工作者的要求工作，从而获得所需要的速度和扭矩的作用。零件上的φ12孔与操作机构相连接，通过φ22孔则是用于所控制齿轮所在的轴配合，通过φ12孔所受的力拨动φ22孔这端的齿轮变速，达到所需的作用。
1.2 第二节 确定毛坯
（一）确定毛坯的种类
毛坯的确定包括确定毛坯的种类和制造方法两个方面。毛坯的种类选择铸件。考虑到零件在机床运行过程中所受的冲击不大，零件的材料选择HT200。铸件选择砂型铸造毛坯。
（二）绘制铸件的零件图

1.3 确定毛坯的制造形式
零件材料为45，在工作过程中经常受到冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用锻造，锻造精度为2级，能保证锻件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。
1.4 基面的选择的选择
1、粗基准选择应当满足以下要求：
（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。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的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，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的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。
（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。
（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。
基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取Φ60孔及其端面作为定位基准。
2、 精基准的选择
精基准的选择应满足以下原则：
（1）“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。
（2）“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。
（3）“自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。
（4）“互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。
（5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。以基准面A及另外两侧面作为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。
1.5 制定工艺路线
制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。
工序01：铸造
工序02：时效处理
工序03：粗铣、精铣基准面A
工序04：粗铣、半精铣D面
工序05：粗铣、半精铣B面
工序06：粗铣、半精铣C面
工序07：钻φ25的孔
工序08：钻φ12的孔
工序09：钻Φ10孔
工序10：检验至图纸要求
工序11：入库
1.6 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
支架材料为HT200、 由于零件不算是比较的复杂，所以这里采用铸件，中大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用铸造成型。这对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。
基准面A的加工余量
基准面A的表面粗糙度Ra3.2，尺寸公差等级CT7，加工余量等级MA-E，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得，单边加工余量Z=2.0mm，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，需要经过粗铣——精铣方能满足其精度要求。
粗铣 单边余量Z=1.5mm
精铣 单边余量Z=0.5mm

2、D面的加工余量
D面的表面粗糙度Ra6.3，尺寸公差等级CT9，加工余量等级MA-E，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得，单边加工余量Z=2.0mm，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，需要经过粗铣——半精铣方能满足其精度要求。
粗铣 单边余量Z=1.5mm
半精铣 单边余量Z=0.5mm
3、B面的加工余量
B面的表面粗糙度Ra6.3，尺寸公差等级CT9，加工余量等级MA-E，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得，单边加工余量Z=2.0mm，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，需要经过粗铣——半精铣方能满足其精度要求。
粗铣 单边余量Z=1.5mm
半精铣 单边余量Z=0.5mm
C面的加工余量
C面的表面粗糙度Ra6.3，尺寸公差等级CT9，加工余量等级MA-E，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得，单边加工余量Z=2.0mm，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，需要经过粗铣——半精铣方能满足其精度要求。
粗铣 单边余量Z=1.5mm
半精铣 单边余量Z=0.5mm
φ25孔的加工余量
φ25孔的表面粗糙度Ra3.2，尺寸公差等级CT8，加工余量等级MA-E，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得，单边加工余量Z=1.5mm，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-7知，需要经过粗车——半精车——精车方能满足其精度要求。
粗车 单边余量Z=1.0mm
半精车 单边余量Z=0.4mm
精车 单边余量Z=0.1mm
φ12的孔的加工余量
φ12的孔表面粗糙度Ra3.2，尺寸公差等级CT9，加工余量等级MA-E，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得，单边加工余量Z=2.0mm，由《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-8知，需要经过粗铣——半精铣方能满足其精度要求。
粗铣 单边余量Z=1.5mm
半精铣 单边余量Z=0.5mm
Φ10孔的加工余量
Φ10孔尺寸不大，故采用实心铸造，由《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-20知。
不加工表面的加工余量
不加工表面，直接铸造即可满足其精度要求。
1.7 确定切削用量及基本工时
工序01：铸造
工序02：时效处理
工序03：粗铣、精铣基准面A
工步一：粗铣基准面A
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝400

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工步二：精铣基准面A
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝400

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序04：粗铣、半精铣D面
工步一：粗铣D面
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝500

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工步二：半精铣D面
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝500

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序05：粗铣、半精铣B面
工步一：粗铣B面
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝400

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工步二：半精铣B面
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝400

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序06：粗铣、半精铣C面
工步一：粗铣C面
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝500

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工步二：半精铣C面
1. 选择刀具
刀具选取端面铣刀，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定铣削用量
1）决定铣削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据X52型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝500

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序07：钻φ25的孔
选择刀具
1） 车削深度， ap=1.0mm。
2）机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据Z3025钻床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校验机床功率 查《切削手册》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,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(15+1+3)/（4750.16）min=0.250min。
工序08：钻φ12的孔
1. 选择刀具
刀具选取麻花钻，刀片采用YG8,
，，，。
2. 决定钻削用量
1）决定钻削深度

2）决定每次进给量及切削速度
根据Z3025钻床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。
根据表查出 ，则

按机床标准选取＝500

3）计算工时
切削工时：，，，则机动工时为

工序09：钻Φ10孔
选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）
由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得
（《切削》表2.15）
468r/min
按机床选取n=500r/min

切削工时： ，，则机动工时为

工序11：检验至图纸要求
工序12：入库

第2章 夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
由指导老师的分配工序07和08：钻φ25的孔和钻φ12的孔的车床夹具。
2.1 问题的提出
本夹具主要用于钻φ25的孔和钻φ12的孔，精度等级8级，表面粗糙度Ra3.2，与基准A的平行度公差为0.02，这些加工的时候要考虑在内。
2.2 定位基准的选择
本道工序加工钻φ25的孔和钻φ12的孔，采用基准面A及两侧面作为定位基准。
2.3 切削力和夹紧力的计算
（1）刀具：采用内孔车刀
机床：CA6150卧式车床
由[3] 所列公式 得

查表 9.4—8 得其中： 修正系数

z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。
安全系数 K=
其中：为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以
（2）夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机 由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
F=+G G为工件自重

夹紧螺钉：公称直径d=6mm，材料45钢 性能级数为6.8级

螺钉疲劳极限：
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
满足要求

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠。
2.4 定位误差分析
一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。
形成原因有两个，一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。
根据零件图可知，T=0.28mm， Td=0.25mm，，。
已知孔的形状公差为0.28，根据经验公式，易知此结果符合。
2.5 夹具操作的简要说明
基准面A作为第一定位基准，与支承板1相配合限制三个自由度，60×15端面作为第二定位基准，与支承板相配合限制两个自由度，70×15端面作为第三定位基准，与一圆柱销相配合限制一个自由度，工件六个自由度被完全限制，属于完全定位。

图3-1 夹具体

图3-2 装配图

总结
设计是大学学习中最重要的一门科目，它要求我们把大学里学到的所有知识系统的组织起来，进行理论联系实际的总体考虑，需把金属切削原理及刀具、机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。
设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理论与实践相结合的综合训练。这次设计虽然只有三个月时间，但在这三个月时间中使我对这次课程设计有了很深的体会。 这次设计使我以前所掌握的关于零件加工方面有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等方面的知识； 以及自己独立思考能力和创新能力得到更进一步的锻炼与提高；再次体会到理论与实践相结合时，理论与实践也存在差异。
这次设计虽然顺利完成了，也解决了许多问题，也碰到了许多问题，老师的辛勤指导下，都迎刃而解。同时，在老师的身上我也学得到很多额外的知识，在此我表示深深的感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位教研室指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献
[1] 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年
[2] 机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年
[3] 机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年
[4] 机床夹具设计手册，东北重型机械学院、洛阳工学院、一汽制造厂职工大学编，上海科学技术出版社出版，1990年
[5] 金属机械加工工艺人员手册，上海科学技术出版社，1981年10月
[6] 机械制造工艺学，郭宗连、秦宝荣主编，中国建材工业出版社出版，1997年