拨叉夹具工艺课程设计说明书.doc

青岛理工大学琴岛学院
课程设计说明书

课题名称：
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指导老师：

青岛理工大学琴岛学院教务处
年 月 日
《机械制造工艺与机床夹具课程设计》说明书
《机械制造工艺与机床夹具课程设计》评阅书
题目
拨叉的机械加工工艺设计
学生姓名

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年 月 日
答辩评语及成绩

答辩教师签名：
年 月 日
教研室意见

总成绩：

室主任签名：
年 月 日

《机械制造工艺与机床夹具课程设计》说明书

摘 要
正文部分小四字体：汉字用小四宋体；英文数字Times new roman
机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课、专业基础课以及专业课后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，他在我们的大学生活中占有重要的地位。
我这次设计的是拨叉831006，有零件图一张，机械加工工艺过程卡片和对应那道工序的工序卡片各一张。首先我们要熟悉零件，题目所给的零件是拨叉831006。了解了拨叉的作用，接下来根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。然后我们再根据定位基准先确定精基准，后确定粗基准，最后拟定拨叉的工艺路线图。
就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。
由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。

关键字： 拨叉831006 机械加工工艺 工序

I
《机械制造工艺与机床夹具课程设计》说明书

目 录
摘要………………………………………………….…………...............Ⅰ
1 序言.......................................................................................................1
2 零件的分析
2.1
2.2
3 工艺规程设计
3.1
3.2
4 总结
5 参考文献
II
1 序言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的联接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给与指教。

2 零件的分析
2.1零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。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工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件的φ25孔与操纵机构相连，φ55半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。
2.2零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1．小头孔φ25；
2．大头半圆孔φ55及其端面；
3．16×8槽；
4．φ40外圆斜面；
5．大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm；
6. 槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证

3 工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形式
已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。
3.2基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。
1． 粗基准的选择：按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。对本零件而言，则应以零件的底面为主要的定位粗基准。
2．精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则。对本零件而言，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm，槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08mm，则应以φ25小头孔为精基准。
3.3热处理工序的安排
在切削加工前宜安排正火处理，能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。
3.4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达到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具,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。
1．工艺路线方案一
工序1 备料
工序2 铸造
工序3 热处理
工序4 粗车φ55圆，半精车φ55圆
工序5 粗车φ55圆一端面，半精车φ55圆
工序6 粗车φ55圆另一端面，半精车φ55圆另一端面
工序7 热处理
工序8 铣断，使之为两个零件
工序9 铣16×8槽16
工序10 铣斜面35×15
工序11 加工φ25的孔
工序12 热处理
工序13 终检。
2．工艺路线方案二
工序1 备料
工序2 铸造
工序3 热处理
工序4 铣断，使之为两个零件
工序5 加工φ25的孔
工序6 热处理
工序7 铣16×8槽16
工序8 粗车φ55圆，半精车φ55圆
工序9 粗车φ55圆一端面，半精车φ55圆一端面
工序10 粗车φ55圆另一端面，半精车φ55圆另一端面
工序11 热处理
工序12 铣斜面35×15
工序13 终检。
3．工艺方案的比较与分析
上述两个方案的特点在于：方案一是先加工φ55圆与两端面，以便于后续加工，并利用了两件合铸的优势，提高了工作效率，然后在铣床上把所有铣的工序全部弄完，省去了在各机床间切换的麻烦，最后加工孔；方案二是先切开工件，分别加工，然后加工小头孔，再铣、再车、再铣……显然，工序上不如方案一效率高。但由于圆与槽都与小头孔有垂直度要求，可以先加工小头孔，后加工槽；圆应该利用两件合铸的优势，所以还是先加工φ55大圆。故可以将工序定为：
工序1 备料
工序2 铸造
工序3 热处理
工序4 粗车φ55圆，半精车φ55圆
工序5 粗车φ55圆一端面，半精车φ55圆一端面
工序6 粗车φ55圆另一端面，半精车φ55圆另一端面
工序7 热处理
工序8 铣断，使之为两个零件
工序9 加工φ25的孔
工序10 热处理
工序11 铣16×8槽16
工序12 铣斜面35×15
工序13 终检。
这样，看起来工序简洁且保证了垂直度的要求，还能充分利用两件合铸的优势。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”。
3.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“CA6140车床拨叉”，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量约为1.5kg，生产类型为大批量生产，铸造毛坯。
根据以上原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差（φ25，φ55端面）。
查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5
车削加工余量为：
φ25，φ55端面长度余量均为2.5（均为双边加工）
φ55圆的加工余量：
粗车 0.3mm
精车 0.12mm
φ55圆的端面的加工余量：
粗车 0.3mm
精车0.12mm
键槽铣削加工余量为：
粗铣 1mm
精铣 0mm
2. 内孔（φ55已铸成孔）
查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ55已铸成孔长度余量为3，即铸成孔直径为49mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔 2mm
扩孔 0.125mm
铰孔 0.035mm
精铰 0mm
3. 其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。
3.6确立切削用量及基本工时
工序一 粗，精车φ55圆
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗，精车φ55圆。
机床：卧式车床CA6140
刀具：YW2内圆车刀
2. 计算切削用量
1）车削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm。
2）每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14～0.24mm/z。由于是对称铣，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》

算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据卧式车床CA6140车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/mi实际进给量为fzc=V fc/ncz=475/(300*10)=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=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，
fz=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序二 粗半精加工φ55上端面
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗，半精铣φ55圆的上下端面。
机床：卧式车床CA6140
刀具：YW3端面车刀
2. 计算切削用量
1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14～0.24mm/z。由于是对称铣，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》

算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据卧式车床CA6140铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/mi实际进给量为fzc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，
fz=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序三 粗半精加工φ55下端面
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗，半精铣φ55圆的下端面。
机床：卧式车床CA6140
刀具：YW3端面车刀
2. 计算切削用量
1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=15mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14～0.24mm/z。由于是对称铣，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》

算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据卧式车床CA6140铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/mi实际进给量为fzc=V fc/ncz=475/(300*10)=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=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，
fz=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序四 铣断，使之为两个零件
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：铣断，使之为两个零件
机床：X60铣床。
刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀
工序五 加工φ25小头孔
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190～241,铸造。
加工要求：加工φ25小头孔
机床：立式钻床Z535
选择钻头：选择高速钢麻花钻头φ25mm，钻孔至φ23mm， 扩孔至φ24.8mm，铰孔至φ24.94mm，精铰孔至φ25mm
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切削手册》
所以，
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.5～0.8mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切削手册》 修正系数
故。

查《切削手册》机床实际转速为
故实际的切削速度

（4）校验扭矩功率
所以
故满足条件，校验成立。
3.计算工时

由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
扩铰和精铰的切削用量如下：
扩钻：
铰孔：
精铰：
工序六 铣16×8槽
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：铣16×8槽
机床：X60铣床
选择钻头：高速钢镶齿三面刃铣刀
（1）决定进给量
查《切削手册》
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.8～1.2mm，寿命
扩孔后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.9～1.4mm，寿命
铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.6～0.9mm，寿命
（3）切削速度
查《切削手册》 修正系数
故。

查《切削手册》机床实际转速为
故实际的切削速度
3.计算工时

所有工步工时相同。
工序七 铣φ40外圆斜面
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190～241,铸造。
加工要求：铣16×8槽
机床：X60铣床
选择钻头：高速钢镶齿三面刃铣刀。

4 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。
经过与指导老师协商，决定设计加工孔φ25工序的夹具。本夹具将用于立式钻床Z535，刀具为麻花钻头φ25mm，对工件φ25孔进行钻加工。
4.1问题的提出
在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在夹紧的方便与快速性上。
4.2夹具设计
定位基准的选择
出于定位简单和快速的考虑，工件以φ40外圆、平面和侧面为定位基准，在V形块、支承板和挡销上实现完全定位。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。

切削力和卡紧力计算
本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的夹紧。
轴向力
扭矩
由于扭矩很小，计算时可忽略。
夹紧力为
取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1
则实际夹紧力为 F’=S1*S2*S3*S4*F=10.06N
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。
3. 定位误差分析
本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。
4. 夹具设计及操作的简要说明
夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。
夹具上设置有钻套，用于确定的钻头位置。

5 总结
紧张而又辛苦的课程设计结束了，当我快要完成老师下达的任务时，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高峰之巅，眼前豁然开朗。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实际训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深的体会到这句话的真正含义。我今天认真地进行了课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
说实话，课程设计真是有点累，然而，当我一着手清理自己的设计成果，仔细回味这2周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。虽然这是我刚学会的第一步，是我人生中的一点小小的胜利，然而他令我感觉自己成熟了很多，令我有以一种“春眠不觉晓”的感悟。
通过课程设计，使我深深的体会到，干任何事都必须耐心、细致。课程设计过程中，许多的计算有时不免令我感到有些心烦意乱；有两次因为不小心我计算出错，只能毫不留情的重来。但是一想起老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。
短短的课程设计时间过去了，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的匮乏，自己综合应用所学的专业知识的能力是如此的不足，几年来学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的有点心急。老师却对我们说，这说明课程设计确实使你有收获了。老师的亲切勉励像春雨注入了我的心田，使我更加的自信了。
最后，我要衷心的感激老师。是您的眼里批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您谆谆教诲启发了我，是您的殷切期望鼓舞了我。我感激老师您今天又为我增添了一副坚硬的翅膀。

参考文献
[1] 王先逵. 机械制造工艺学（第2版）. 机械工业出版社. 2006.
[2] 周静卿等. 机械制图与计算机绘图. 中国农业大学出版社. 2007.
[3] 王伯平. 互换性与测量技术基础（第3版）. 机械化工业出版社. 2009.
[4] 韩荣第. 金属切削原理与刀具（第3版）. 哈尔滨工业大学出版社. 2007.
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