拨叉831003铣平面夹具课程设计.docx

一、绪论
一、设计任务内容
设计针对拨叉831003某工序的专用夹具。

二、设计要求
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。
三、设计目的
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。

二、零件的分析说明
一、零件的结构特点
普通车床的主要组成结构有:主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杆、丝杠和床身八个。其中的进给箱体，又被称为走刀箱，进给箱里而装有车床的变速机构，而拨叉就在就在这个变速机构中，起到给主轴转速换挡的作用。

二、加工工艺性
拨叉813003零件是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。其底槽侧边与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与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，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。

三、技术条件和技术要求
一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。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的要求。
其加工有四组加工：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）侧面而需要最先加工的是因为在后面的工序中需要一个好的定位面，粗糙度要求是 。
（2）．以为主要加工面，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）．粗精铣上端面，表面粗糙度要求为。
（4）．粗精铣18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，槽底的表面粗糙度要求是。
（5）钻并攻丝2-M8，并保证两螺纹孔中心距为50mm。

三、毛坯的确定
拨叉毛坯选择金属型浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。并且此零件为批量生产。

拨叉的制造采用的是金属型浇铸，其材料是HT200，生产类型为中大批量生产，采用铸造毛坯。
1、毛坯的结构工艺要求
（1）．拨叉为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求：
①、铸件的壁厚应合适、均匀，不得有突然变化。
②、铸造圆角要适当，不得有尖棱、尖角。
③、铸件的结构要尽量简化，并要有合理的起模斜度，以减少分型面、型芯。并便于起模。
④、加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。
⑤、铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。
（2）．设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：
①、各加工面的几何形状应尽量简单。
②、工艺基准以设计基准相一致。
③、便于装夹、加工和检查。
④、结构要统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。

四、加工工序基准的选择
一、粗基准
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。
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。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉零件图分析可知，选择拨叉的后端面作为拨叉加工粗基准。

二、精基准
精基准选择的原则
（1）．基准重合原则。即尽可能选择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合而引起的基准不重合误差。
（2）．基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常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，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
（3）．互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，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要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。
此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉零件图分析可知，它的内花键槽，适于作精基准使用。
选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。

五、工艺过程制定
一、制定工艺路线
对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉813003零件的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是：先加工后端面，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。

二、重点工序的说明（工序尺寸 、尺寸链）

三、不同工艺过程方案的比较分析

工序号
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序内容
定位基准
工序内容
定位基准
010
前后端面
底面和侧面
前后端面
底面和侧面
020
钻预制孔
底面和侧面
钻预制孔
底面和侧面
030
粗、精铣上端面
已加工预制孔和侧面
拉内花键
25H7
已加工预制孔和侧面
040
粗、精铣18H11底槽
已加工预制孔和侧面
粗、精铣18H11底槽
内花键和侧面
050
钻2-M8、锥孔，通孔，攻丝
已加工预制孔和侧面
粗、精铣上端面
内花键和侧面
060
拉内花键
25H7
已加工预制孔和侧面
钻2-M8、锥孔，通孔，攻丝
内花键和侧面
070
去毛刺，清洗

去毛刺，清洗

080
检验

检验

加工工艺路线方案的论证：
方案Ⅰ、Ⅱ主要区别在于在加工上端面及以下工序时，所选定位基准不同，方案Ⅰ选用预制孔为主要定位基准，方案Ⅱ选用花键作主要定位基准，考虑到花键的加工精度最高，，所以选择第二种加工方案。
由以上分析：方案Ⅰ为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：

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
去应力退火

1
铣削
以前端面为基准面 1，粗铣后端面（40*75端面）Ra=6.3
卧室铣床
2
钻孔、扩孔
以已加工的左端面为基准面 1，钻孔∅20；2扩孔至∅22
立式钻床
3
铣削
以右端面为基准面和孔∅22的轴线为基准线 1，精铣后端面（40*75端面至80mm）Ra=3.2
卧室铣床
5
拉花键
1，以左端面和孔∅22为基准，拉花键 ∅25H7
拉床
6
铣削
以花键孔的轴线和左端面为基准 1，粗铣沟槽 18H11； Ra=6.3um
卧室铣床
7
铣削
以花键孔的轴线和左端面为基准 1，精铣沟槽18H11，(槽底Ra=6.3um，槽内侧Ra=3.2um)
卧室铣床
8
铣削
以花键孔的轴线和左端面为基准 1，粗铣上平面 Ra=6.3
立式铣床
9
铣削
以花键孔的轴线和左端面为基准 1，精铣上平面 Ra=3.2
立式铣床
10
钻孔、攻螺纹
以花键孔的轴线和左端面为基准 1，钻孔2*∅6 2，攻螺纹2*M8mm
立式钻床
11
钻、铰、锥销孔
以花键孔的轴线和左端面为基准 1，钻铰 锥销孔
立式钻床
12
去毛刺

钳工台
13
清洗

清洗机
14
检验

检验车间

四、加工余量及公差确定
（1）预制孔及花键孔的偏差及加工余量计算
加工预制孔时，由于铸造是没铸出，且为一次钻出，通过拉削后保证花键尺寸，预制孔尺寸，查《机械加工工艺手册》表2.3-54，得花键拉削余量为0.7~0.8mm，取0.8mm，即预制孔加工到，一次拉削到设计要求，查《机械加工工艺手册》表1.12-11，得花键偏差为
（2）．拨叉上端面的偏差及加工余量计算
根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：
粗铣参照《机械加工工艺手册》。其余量值规定为，现取。粗铣平面时厚度偏差取。
精铣：参照《机械加工工艺手册》，其余量值规定为。
铸造毛坯的基本尺寸为根据《机械加工工艺手册》,铸件尺寸公差等级选用CT7，再查表可得铸件尺寸公差为
毛坯的名义尺寸为：
毛坯最小尺寸为：
毛坯最大尺寸为：
粗铣后最大尺寸为：
粗铣后最小尺寸为：
精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即保证尺寸72mm，表面与花键轴的平行度公差为0.1mm。
（3）．18H11（）槽偏差及加工余量：
铸造时槽没铸出，参照《机械加工工艺手册》，得粗铣其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由刀具选择查表得可得其极限偏差：粗加工为，精加工为。
粗铣两边工序尺寸为：；
粗铣后毛坯最大尺寸为：；
粗铣后毛坯最小尺寸为：16+0=16mm；
粗铣槽底工序尺寸为：33mm；
精铣两边工序尺寸为：，已达到其加工要求：。
（4）、2-M8螺纹偏差及加工余量：
由《机械加工工艺手册》可以查得：
钻孔的精度等级：，表面粗糙度，尺寸偏差是
查《机械加工工艺手册》，确定工序尺寸及加工余量为：
加工该组孔的工艺是：钻——攻丝
钻孔：
攻丝：攻2-M8螺纹孔。

五、切削用量选择
工序1：钻预制孔
机床：轻型圆柱立式钻床
刀具：查《实用机械加工工艺手册》表10-175，选高速钢直柄麻花钻，钻预制孔到21.2mm，所以。
进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4-38，取
切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取
机床主轴转速，有：
，
按照《机械加工工艺手册》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2．拉内花键
机床：卧式拉床L6120。
刀具：查《复杂刀具设计手册》表1.3-1，选择拉刀类型为矩形花键拉刀第三型号，该刀具特点：拉削长度大于30mm，同时加工齿数不小于5。材料：W18Cr4V做拉刀材料，柄部采用40Cr材料（具体刀具设计见拉刀设计）。
拉削过程中，刀具进给方向和拉削方向一致，拉刀各齿齿升量详见拉刀设计，拉削的进给量即为单面的齿升量。查《机械加工工艺手册》表2.4-118和2.4-119，确定拉削速度=0.116~0.08，取。
拉削工件长度：；
拉刀长度：（见拉刀设计）；
拉刀切出长度=5~10mm，取。
走刀次数一次。
根据以上数据代入公式（计算公式由《机械加工工艺手册》表2.5-20获得），得机动时间

工序3．粗、精铣18H11底槽
机床：立式升降台铣床（）
刀具：根据《实用机械加工工艺师手册》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《机械加工工艺手册》表2.4-75，得，取。
铣削速度：查《机械加工工艺师手册》表30-33，得
机床主轴转速：

查《机械加工工艺手册》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：
根据《机械加工工艺手册》表查得：进给量,查《机械加工工艺手册》表2.4-82得切削速度，
机床主轴转速：
，
查《机械加工工艺手册》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4：粗、精铣上端面
机床：立式升降台铣床
刀具：根据《实用机械加工工艺手册》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《机械加工工艺手册》表2.4-75，，取。
铣削速度：查《实用机械加工工艺师手册》表11-94，得，取
机床主轴转速：

查《机械加工工艺手册》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：
根据《实用机械加工工艺师册》表11-91查得：每齿进给量,取，根据《实用机械加工工艺师册》表11-94
查得切削速度
机床主轴转速：
，

按照《机械加工工艺手册》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：钻孔并攻丝
机床：摇臂钻床
刀具：根据参照《机械加工工艺手册》表4.3-9硬质合金锥柄麻花钻头。
（1）、钻孔
钻孔前铸件为实心，根据上文所的加工余量先钻孔到再攻丝，所以。
钻削深度：
进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4-38，取
切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取
机床主轴转速，有：
，
按照《机械加工工艺手册》表3.1-31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，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《机械加工工艺手册》表1.8-1得所加工螺纹孔螺距,因此进给量
切削速度：参照《机械加工工艺手册》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：。

六、工艺过程卡（附录）

六、夹具设计原理图
根据选定的工序，分析零件加工所需要限制的自由度，采用的
定位元件
夹紧方式
工作过程的简要说明

分析和判断切削力的性质和方向
确定工件定位方案和刀具的对刀，导向方式

七、切削力和夹紧力计算
切削力计算根据手册
夹紧力计算：
原始力的提供
力的大小（油缸、气缸的直径面积计算）

八、附录
工艺过程卡
工序卡

九、设计体会