1 / 13 拨叉零件的工艺规程及夹具设计1前言机械制造工艺学课程设计使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总复习,也是一次理 论 联 系 实 际 的 训 练 , 因 此 , 它 在 我 们 四 年 的 大 学 生 活 中 占 有 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 予 指 导 。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。零件上方的22孔与操纵机构相连，二下方的55 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 ：2.2.1小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔2.2.2大头半圆孔2.2.3 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的垂直度误差 为0.07mm， 小 头 孔 上 端 面 与 其 中 心 线 的 垂 直 度 误 差 为0.05mm。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，叉零件加工完成图所示拨叉零件加工。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页2 / 13 图 1 拨叉一、分析零件工艺结构性；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。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。1）以 14 为中心的加工表面这一组加工表面包括：14 的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求2）以 40 为中心的加工表面这一组加工表面包括：40 的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求, 即40 的孔上下两个端面与14 的孔有垂直度要求。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。二、选用毛坯或明确来料状况；零件材料为ZG45 。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，故选择铸件毛坯。有的采用HT200 三、基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取14 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V 形块精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页3 / 13 支承这两个 25 作主要定位面，限制5 个自由度，再以一个销钉限制最后1 个自由度，达到完全定位 , 然后进行铣削2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。四、制订工艺路线制定工艺路线得出发点, 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 , 在生产纲领已确定的情况下, 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。工序一以 5 外圆为粗基准，粗铣14 孔下端面。工序二精铣 14 孔上下端面。工序三以 14 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰14 孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7 。叉零件加工完成图所示拨叉零件加工。图 1 拨叉一、分析零件工艺结构性；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。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。1）以 14 为中心的加工表面这一组加工表面包括：14 的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页4 / 13 2）以 40 为中心的加工表面这一组加工表面包括：40 的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求, 即40 的孔上下两个端面与14 的孔有垂直度要求。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。二、选用毛坯或明确来料状况；零件材料为ZG45 。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，故选择铸件毛坯。有的采用HT200 三、基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取14 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V 形块支承这两个 25 作主要定位面，限制5 个自由度，再以一个销钉限制最后1 个自由度，达到完全定位 , 然后进行铣削2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。四、制订工艺路线制定工艺路线得出发点, 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 , 在生产纲领已确定的情况下, 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。工序一以 5 外圆为粗基准，粗铣14 孔下端面。工序二精铣 14 孔上下端面。工序三以 14 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰14 孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7 。叉零件加工完成图所示拨叉零件加工。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页5 / 13 图 1 拨叉一、分析零件工艺结构性；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。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。1）以 14 为中心的加工表面这一组加工表面包括：14 的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求2）以 40 为中心的加工表面这一组加工表面包括：40 的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求, 即40 的孔上下两个端面与14 的孔有垂直度要求。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。二、选用毛坯或明确来料状况；零件材料为ZG45 。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，故选择铸件毛坯。有的采用HT200 三、基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取14 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V 形块精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页6 / 13 支承这两个 25 作主要定位面，限制5 个自由度，再以一个销钉限制最后1 个自由度，达到完全定位 , 然后进行铣削2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。四、制订工艺路线制定工艺路线得出发点, 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 , 在生产纲领已确定的情况下, 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。工序一以 5 外圆为粗基准，粗铣14 孔下端面。工序二精铣 14 孔上下端面。工序三以 14 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰14 孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7 。所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。3 确定生产类型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。4 确定毛坯4.1 确定毛坯种类：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，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。查机械制造工艺及设备设计指导手册 后称指导手册）选用铸件尺寸公差等级CT9 级。4.2 确定铸件加工余量及形状：机械制造工艺及设备设计指导手册325 页表 15-7 ，选用加工余量为MA-G 级，并查表15-8 确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者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等级加工余量说明 D1 22mm G 3.02 孔降一级双侧加工 D2 55mm G 3.02 孔降一级双侧加工 T2 73mm 3 单侧加工 T3 50mm G 2.5 单侧加工 T4 73mm 3 单侧加工表 1 4.3 绘制铸件零件图：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页7 / 13 5 工艺规程设计5.1 选择定位基准：工序工序内容定位基准工序工序内容定位基准010 粗铣两端小头孔上端面 T1 及小头孔外圆 090 扩中间孔 T1 及小头孔外圆020 粗铣中间孔上端面 T1 及小头孔外圆 100 半精镗中间孔 T1 及小头孔外圆030 粗铣中间孔下端面 T3 及小头孔外圆 110 钻 2-锥销孔、螺纹孔、功螺纹 T1 及小头孔040 精铣两端小头孔上端面 T1 及小头孔外圆 120 铣断 T1 、 D1 050 精铣中间孔上端面 T1 及小头孔外圆 130 去毛刺060 精铣中间孔下端面 T3 及小头孔外圆 140 检查070 扩两端小头孔 T1 及小头孔外圆 150 若某道工序有误返工080 精铰两端小头孔 T1 及小头孔外圆表 2 5.1.1 粗基准的选择：以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。5.1.2 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，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。5.2 制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,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。查指导手册，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：5.3 选择加工设备和工艺设备 5.3.1 机床的选择：工序 010060 均为铣平面，可采用XA5032 立式铣床。工序 070080 采用 Z550 钻床。工序 090100 采用镗床。工序 110 采用钻床。多刀具组合机床。工序 120 采用铣断机床。 5.3.2 选择夹具：该拨叉的生产纲领为中批生产，所以采用专用夹具。 5.3.3 选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。 5.3.4 选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页8 / 13 5.3.5 其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。5.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定5.4.1 圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度工序余量最小最大D2 ）铸件 6 CT9 扩孔 5.8 IT12 6.3 2.0 6.25 半精镗 0.2 IT10 3.2 0.05 0.25 扩孔 5.84 IT12 6.3 2.0 6.25 精铰孔 0.06 IT7 1.6 0.05 0.25 表 3 5.4.2 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 2.5 CT9 010 粗铣两端小头孔上端面 2 50.5 12 1.60 3.60 020 粗铣中间孔上端面 2.5 27 12 1.65 6.5 030 粗铣中间孔下端面 2.5 21 12 1.75 6.5 040 精铣两端小头孔上端面 0.5 50 11 0. 35 1.16 050 精铣中间孔上端面 0.5 20.5 10 0.47 1.12 060 精铣中间孔下端面 0.5 20 10 0.47 1.12 表 4 5.4.3 确定切削用量及时间定额：工序 010 以 T1 为粗基准，粗铣22孔上端面。5.4.4. 加工条件工件材料： HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：粗铣 22 孔上端面。机床： XA5032 立式铣床。刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6 。铣削宽度ae=60, 深度 ap=4, 齿数 z=10, 故据切削用量简明手册=0.16mm/z。5.4.6 校验机床功率查简明手册Pcc=1.1kw, 而机床所能提供功率为PcmPcc 。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm ，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。5.4.7 计算基本工时tm L/ Vf=(32+80/475=0.09min。5.5.工序 020 和工序 030 以 T1 及小头孔外圆为基准55孔上下端面。5.5.1. 加工条件工件材料： HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：精铣55上端面。机床： XA5032 立式铣床。刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6 。铣削宽度ae=60, 深度 ap=0.16mm/z。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页10 / 13 5.5.2.5 校验机床功率查简明手册Pcc=1.1kw, 而机床所能提供功率为PcmPcc 。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。5.5.2.6 计算基本工时tm L/ Vf=(32+80/475=0.09min。工序 070 和 080 以 T1 及小头孔外圆为基准，扩、精铰22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7 。5.5.3. 选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm ，钻头采用双头刃磨法，后角o 12 ，二重刃长度 b=2.5mm,横刀长 b=1.5mm, 宽 l=3mm, 棱带长度 5.5.4. 选择切削用量5.5.4.1 ）决定进给量查切所以，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。5.5.4.2 ）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度查简明手册）为0.5 .mm ，寿命5.5.4.3 ）切削速度查切修正系数故。查简明手册机床实际转速为故实际的切削速度5.5.5. 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：精铰：5.6.工序 090 和 100 T1 及小头孔外圆为基准，扩、半精镗55孔。5.6.1. 选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm ，钻头采用双头刃磨法，后角o 11 ，二重刃长度b=11mm,横刀长 b=5mm, 弧面长 l=9mm, 棱带长度 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页11 / 13 5.6.2. 选择切削用量5.6.2.1 ）决定进给量查简明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。5.6.2.2 钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度查简明手册）为0.81.2mm ，寿命扩孔后刀面最大磨损限度查简明手册）为0.9 .mm ，寿命铰和精铰孔后刀面最大磨损限度查简明手册）为. .mm ，寿命5.6.2.3 切削速度查切修正系数故。查简明手册机床实际转速为故实际的切削速度扩铰和半精铰的切削用量同理如下：扩钻：半精铰：5.6.3. 计算工时所有工步工时相同。6 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。并设计工序110 钻 2-锥销孔。本夹具将用于组合机床，刀具为两根麻花钻，对两个孔同时加工。6.1 问题的提出本夹具是用来钻两个22mm 的小头孔 ,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外 ,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题. 6.2 夹具设计6.2.1 定位基准选择底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准.由于铸件的公差要求较大 ,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页12 / 13 的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个 8mm 的通孔 . 6.2.2 切削力及夹紧力计算由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V 型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此 ,无须再对切削力进行计算. 6.2.3 定位误差分析零件图规定大孔与小孔的中心距为65mm. 采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块螺杆以及滑块的制造误差.同时 ,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm. 在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm. 因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为 0.08+0.05=0.130.2mm 所以能满足精度要求. 6.2.4 该夹具用于加工位置在同一中心线上的非回转零件上半径R=520 的孔，被加工孔中心距可达 123 。使用时，只需按被加工零件的要求，配置专门的钻模板，通过手柄，使丝杆带动V 型块做自定心式移动，以便夹紧或松开零件。6.3 钻床夹具的装配图见附图）7 参考文献赵家奇编 ,机械制造工艺学课程设计指导书2 版.- 北京 :机械工业出版社,2000.10. 李云主编 ,机械制造及设备指导手册.- 北京 :机械工业出版社,1997.8 孟少农主编 ,机械加工工艺手册.-2- 北京 :机械工业出版社,1991.9. 徐圣群主编，简明加工工艺手册。上海科学技术出版社，1991.2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页13 / 13 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页