拨叉的机械加工工艺规程及工艺装备

1、设计拨叉的机械加工工艺规程及工艺装备 1引言 机械制造技术基础是我们联系大学所学的专业知识的一门的综合的学科，也是让我们对所 学的课程的一次复习和综合的运用。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。因此在我们的大学学习中占有重要的地位。 在此次设计中我们主要是设计KCSJ-10拨叉的铳床夹具。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，在此表示感谢！ 2设计目的 （1 ）在加工中的定位、夹紧及工艺路线安排。工艺尺寸的确定，保证零件的加工质量。 （2）提高结构设计的能力，使其设计高效

2、、省力、经济合理。 （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。 3零件的分析 3.1零件的作用 拨叉它位于 CA6140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18+0012cmm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 度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以宽度为18+0.012omm的槽精度要求较 高 3.2零件的工艺分析 拨叉共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下： 铳40X 47mm的平面，保证长度尺寸80mm钻、扩花键底孔

3、，保证尺寸C22；28mm拉花 键，保证尺寸C25；.23mm 倒15 角，铳28 x 40mn平面，铳宽度为800.03 mm的槽，铳宽度为的槽。 由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以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，并且保证他们的表面质量要求。 4毛坯的选择 题目给定的是拨叉零件，该零件年为中批或大批生产，设定产量为4000件，设其备品率a 为4%机械加工废品率 B为1%则该零件的年生产纲领为： N=Qn（1 + a %） （ 1+3 %）=4200（件/年）。 查表可知该产品为批量生产。考虑到机床在运行中要经常地变速，以及实现正反转，零件 在工作工程中经常承

4、受变载荷，又由于零件结构比较复杂，零件毛坯比较适合铸造成型。因 此，应选用HT250,以保证足够的强度、硬度，从而保证零件的工作可靠性。由于零件批量生 产，已经达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用金属模机器造型砂型铸 造。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。 5机械加工工艺路线的制定 拨叉的工艺特点是：外形较复杂，尺寸精度、形状精度、和位置精度及表面粗糙度要求较 高。上诉工艺特点决定了拨叉在机械加工时存在一定的困难，因此在确定拨叉的工艺过程时应 注意定位基准的选择，以减少定位误差；夹紧力方向和夹紧点的选择要尽量减少夹紧变形；对 于主要表面，应粗、精加工分阶段进行，以

5、减少变形对加工精度的影响。 5.1定位基准的选择 基面选择是工艺规程中的重要工作之一。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，还会造成零件的大批报 废，使生产无法正常运行。 5.1.1粗基准的选择 零件加工时粗基准是必须选用的。在选用时要考虑如何保证各个加工表面有足够的余量， 如何保证各个表面间的相互位置精度和自身的尺寸精度。因此，选择粗基准时，应遵循以下几 个原则：以不加工表面为粗基准；选择毛坯余量最小的表面作为粗基准；选择零件上重要的表 面作为粗基准；选择零件上加工面积大，形状复杂的表面作为粗基准；粗基准在同一尺寸方向 上通

6、常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位误差。 按照有关粗基准的选择原则（选择零件的不加工平面为粗基准；若零件有若干个不加工平面 时，则应以与加工表面面积较大的为粗基准），选择 40的端面为粗基准，利用一组一长一短两 个V型块夹紧零件的圆柱轮廓部分作为定位面，以消除X方向的移动，X方向的转动，Y方向 的移动和转动，Z方向的转动，以达到完全定位。 5.1.2精基准的选择 精基准的选择应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，同时还应使加工过程操 作方便，夹具结构简单。选择时应遵循以下原则：基准重合；一次安装的原则；互为基准的原 则；自为基准的原则。 主要应该考虑基准重合的问题。当设

7、计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换 算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 5.2拟定工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以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大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用 工夹具，并尽量是工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本 尽量下降。 5.2.1工艺路线的拟定 工艺路线方案一 工序 10 铳40 x 47mm的平面 工序 20 铳 28 x 40mm平面 工序 30 铳宽度为800.03mm的槽 工序 40 铳宽度为180.012mm的槽 工序 50 扩花键底孔

8、工序 60 拉花键 工序 70 锪15 工艺路线方案二 工序 10 铳40 x 47mm的平面 工序 20 铳 28 x 40mm平面 工序 30 铳宽度为800.03mm的槽 工序 40 铳宽度为180.012mm的槽 工序 50 扩花键底孔 工序 60 拉花键 工序 70 锪15角 5.2.2工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先钻、扩花键底孔，保证尺寸22：28，然后铳 28x 40mm平面，以车削的方法来倒15角。方案二是先铳28x 40mm平面，然后再钻、扩花键 底孔，并其以锪的方式倒15角。总体上来看，两个方案各有优缺点：方案一先钻、扩花键底 孔、拉花键槽，然

9、后以花键孔的中心为基准铳28 x 40mm平面，这样就能保证设计基准与工艺基 准的重合，尺寸精度和位置精度都易于实现，且定位和装夹也易于实现。但是，方案一中倒角 采用车削的方法，由于零件结构的不规则性，不易于定位与装夹，若要保证尺寸及位置精度还 要设计专用夹具，这样不利于生产效率的提高和成本的降低；方案二刚好与方案一相反，先铳 28x 40mm平面，然后铳宽度为 8；03 mm的槽，再钻、扩花键底孔，这样设计基准与工艺基准就不 重合，容易产生加工误差，若要尺寸精度和位置精度，还需要基准的转换，这样就给设计与计 算带来不便。但是，方案二采取锪的方式倒15角，这样的加工易于实现。因此，综合以上两

10、个方案得出具体合理的工艺过程如下： 工序10铳40 x 47mm的平面 工序20钻、扩花键底孔 工序30拉花键 工序40锪15角 工序50铳28 x 40mm平面 工序60铳宽度为8；.03 mm的槽 工序70铳宽度为180.012mm的槽 工序80检验 5.3加工余量和工序尺寸的拟定 “拨叉”零件材料为铸铁HT250,生产类型为中批量生产（300010000件） 采用金属型铸造法铸造毛坯件。 根据上述原始材料以及加工工艺，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. 40 x 47mm端面 考虑零件加工长度并无要求，40 X 47表面粗糙度要求为，参照机械制造工艺设计

11、简明手册查表得知粗铳至精铳的工艺路线可以满足要求，需两次加工可达到精度。因此确定 加工余量Z=3mn可以满足加工要求。其中第一步粗铳要求达到长度80.2mm。 2 钻扩孔 C22+）.28mm6,3/ 毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度粗糙度要求 。需要由钻孔，扩孔，铰孔的工艺路线 可以达到要求。内孔尺寸为：C22；28。参照机械制造工艺设计简明手册查表得知孔的加工 余量分配如下： 钻孔：$ 20mm 扩孔：$ 22mm 2Z=1.8mm 精镗：C22+0.28 mm 2Z=0.2mm 3 .花键孔（I25+）.03mm 花键要求外径定心，拉削时的加工余量参照工艺手册，应取2Z=2mm但查刀具尺寸

12、可 知花键拉刀标准尺寸为 $ 22mm $ 25mm此步骤不要求加工余量。 4 .铳削28 X 40mm的平面 铳削余量：铳削的公称余量（单边）为： Z=2.0-0.2=1.8mm 由于毛坯及以后每道工序（或工步）的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量只是名 义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。由于本设计规定零 件为中批量生产，此加工表面要求达到粗糙度。因此在计算最大、最小加工余量时，应查 表予以确定。查工艺手册，确定加工路线为粗铳到精铳的两步加工。查得单边铸造余量为 Z=3mm要求精铳铳削余量为 0.2mm,所以第一步粗铳余量为：铳削余量：Z= 3-0.2 =

13、 2.8mm 5 .铳削槽 800.03 mm 单边铸造余量为 Z=3mm槽两侧面精度要求达到/，精铳可以达到此精度。查表取两边精铳 加工余量为0.5mm,槽底面加工余量为 1mm粗铳单边加工余量为 Z=3-仁2mm选用硬质合金三面 刃圆盘铳刀。 6 .铳削槽 1800.012 mm 因为平面没有精度要求，故铸造时平面无加工余量。槽内底面与两侧面要求达到表面粗糙 度 。参照机械制造工艺设计简明手册，查表取底面精铳加工余量为1mm两侧面留加工 余量0.5mm=粗铳分4次进刀达到精铳加工余量。 5.4切削用量的确定 5.4.1铳削40 X 47mm端面。本工序采用计算法确定切削用量。 1. 加工条

14、件 工件材料：HT250铸铁d =200N/mm 加工要求：铳40X 47mm平面达到，粗铳，精铳。 机床：X63卧式铳床 刀具：高速钢圆柱铳刀 2. 计算切削用量 （1） 粗铳40 X 47mm平面，保证尺寸 80.2mm 铳削深度因为切削量较小，故可选择ap =2.8mm, 一次走刀即可完成所需长度。 每齿进给量查切削用量简明手册表 3-5，得 fz = 0.2 0.3mm/ z , 由于是对称铳，选较小量 f=0.2 mm/z 查后刀面最大磨损及寿命 查切削用量简明手册表 3.7，后刀面最大磨损为 0.50.8mm。 查切削用量简明手册表 3.8，寿命T=180min。 切削速度：参考切

15、削用量简明手册表 3-11，查得v=19m/min 1000v 1000 X19. ns 二=75.6r / min ndw3.14 X80 4.2-39 ) 现采用X63卧式铳床，根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表 取=75r/min 故实际切削速度为： nw 1000 = 3.14 X30 X75 1000 = 18.84m/min 当 =75r/mi n时，工作台的进给量f 应为: fm = fzZnW =0.2 X6 X75 =90mm/min 查机床使用说明书，选用fm = 95mm/min。 校验机床功率：查切削用量简明手册表 PcmPcc故校验合格。 3-19得，P

16、cc=1.1kw.而机床所能提供的功率为 切削工时：铳刀行程1+12=48+18+4 = 70 其中 l1 = . ae(dw ae)+(13)(l2=25) 所以机加工工时为： tm l +l1 +l 2 fm 70 =95 =0.74min （2）精铳40 X 47mm平面，保证尺寸 80mm 每齿进给量查切削用量简明手册表 3-5，得fz =0.20.3mm/Z 由于是精 铳，选较小量 f=0.2 mm/z 查后刀面最大磨损及寿命 查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为 0.30.5mm。 查切削用量简明手册表 3.8，寿命T=180min。 _切削速度：由于是精加工，铳削速度放大

17、30%故v = 24.7m/min 采用高速钢圆柱铳刀，dw=80mm齿数Z=6 ns = 1000v =1000 X24.7 =98r/ m in ndw3.14 X80 现采用 X63卧式铳床，根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表4.2- 39） 取 nw =95r/min 故实际切削速度为: =加4 旳 05 = 23.86m/min 1000 1000 当nw =95r/min时，工作台的进给量fm应为: fm = fzZnw = 0.2 X X95 = 114mm/ min 查机床使用说明书，选用fm =118mm/min。 切削工时：铳刀行程1+12=48+18+4 =

18、 70 其中 h=. ae(dw-ae)+(13) 02=25) 所以机加工工时为: tm l +l1 +l 2 fm =70 118 = 0.59 min 5.4.2钻、扩0 22mm花键孔 1 .钻孔 0 20mm 选择机床：立式钻床 Z525 选择钻头：高速钢麻花钻钻头取d0 =20mm 按加工要求确定进给量，根据切削用量简明手册，当材料为HT250硬度d 200HBS, d0 =20mm时，f取0.700.86 mm/r。由于本零件在加工 0 20孔时属于低刚度零件，故 进给量应乘以系数 0.75 所以f应为0.525 0.645mm/r 按钻头强度选择f =1.75mm/r 按机床进

19、给机构强度选择f =0.53mm/r 根据表2-35，立式钻床 Z525，进给量范围 0.10.81mm/r 故取f =0.62mm/r经校验Ff =6090N Fmax，校验成功。 钻头磨钝标准及寿命：查切削用量简明手册表2.12，后刀面最大磨损限度为 0.50.8mm, 寿命 T=60min。 切削速度：根据切削用量简明手册，查得切削速度 v=18m/min。所以， ns =286.6r /min = 1000v = 1000 X18 ndw3.14 X20 根据机床说明书，取 nw =272r/min。故实际切削速度为: v= ndwnw = 1000 3.14 X20 X272,. =

20、 17m/ m in 1000 校验扭矩功率：查切削用量简明手册表2-20 Mc =60N/m 查表 2-35 , Z525 钻床 Mm=144.2N/m。所以 McMm 查表2-23 P =1.72.0kwPcc故校验合格。 切削工时：铳刀行程 I +h +|2 =48+18+4=70 其中 h= ae(dw ae)+(13) (l2 =25) 所以机加工工时为： tm l +li + l2 fm =0.74min 95 (2)精铳28 X 40平面，保证尺寸 27mm 每齿进给量查切削用量简明手册表 3-5，得fz =0.20.3mm/z由于是精铳，选 较小量f=0.2 mm/z 查后刀面

21、最大磨损及寿命 查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为 0.30.5mm。 查切削用量简明手册表3.8，寿命T=180min。 切削速度：由于是精加工，铳削速度放大30%故v =24.7m/min 采用高速钢圆柱铳刀，dw=80mm齿数Z=6 1000v1000 X24.7“. ns 二 =98r / min ndw3.14 X80 现采用X63卧式铳床，根据机床使用说明书(见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39 ) 取 nw = 95r / m in 故实际切削速度为：v = ndw = 3.14 80 95 =23.86m/min 1000 1000 当nw=95r/min时，工作

22、台的进给量 fm应为： fm = fzZnw =0.2 X 95=114mm/ min 查机床使用说明书，选用 fm =118mm/min。 切削工时：铳刀行程l+h+|2 =48+18+4 = 70 其中 l1 =ae(dw-ae)+(13)(l2=25) 所以机加工工时为： +h +l2 = 70 =0.59min fm118 5.4.6铳宽为80 . mm的槽 工件材料：HT250铸铁d =200N/mmiy 加工要求：铳28 X 40mm平面达到，粗铳，精铳。 机床：X63卧式铳床 刀具：涂层硬质合金错齿三面刃铳刀 (1)粗铳 每齿进给量查切削用量简明手册表 3-5，得 fz = 0.

23、2 0.3mm/ z 查后刀面最大磨损及寿命 选较小量f=0.2 mm/z 查切削用量简明手册表 3.7，后刀面最大磨损为0.50.8mm。 查切削用量简明手册表 3.8，寿命T=120min。 切削速度：参考切削用量简明手册表 3-17，查得v=75m/min 采用错齿三面刃盘铳刀，dw =80mm齿数Z=16 1000v1000 X75 ccc ,. ns 二 =299r / min nd w 3.14 X80 现采用X63卧式铳床，根据机床使用说明书(见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39 ) 取nw = 300r/min 故实际切削速度为： d wn w 1000 =3.14 X80

24、 X300 1000 =75.36m/min 当nw =300r/min时，工作台的进给量 fm应为: fm = fzZnw =0.2 X16 X300 = 960mm/ min 查机床使用说明书，选用 fm =950mm/min。 校验机床功率：查切削用量简明手册表 3-19得，Pcc=1.1kw.而机床所能提供的功 率为PcmPcc故校验合格。 切削工时： 铳刀行程+l1 +|2 =48+18+4 = 70 其中 l1= .ae(dw-ae)+(13)仇=25) 所以机加工工时为： _丨 +|1 +|2 _ t m fm 70 =0.74min 95 (2)精铳 每齿进给量查切削用量简明手

25、册表 3-5，得fz =0.20.3mm/z由于是精铳，选 较小量f=0.2 mm/z 查后刀面最大磨损及寿命 查切削用量简明手册表3.7，后刀面最大磨损为 0.30.5mm。 查切削用量简明手册表 3.8，寿命T=120min。 切削速度：由于是精加工，铳削速度放大30%故v =24.7m/min 采用高速钢圆柱铳刀，dw=80mm齿数Z=6 ns = 1000v =1000 X24.7 ndw3.14 X80 = 98r / min 现采用X63卧式铳床，根据机床使用说明书(见机械制造工艺设计简明手册表 取 nw = 95r / m in 故实际切削速度为：v =皿=314X80X5 =2

26、3.86m/min 1000 1000 当nw=95r/min时，工作台的进给量 fm应为： fm = fzZnw =0.2 X6 X95=114mm/ min 查机床使用说明书，选用fm=118mm/min。 切削工时： 铳刀行程|+h+|2 =48+18+4 = 70 (mr)i 其中 11 珀ae(dw-ae)+(13)仇=2 5) 4.2-39 ) 所以机加工工时为: tm I+I1+I270 = 0.59 min 118 5.4.7加工下面的槽1800.012 (1)粗铳 选择细齿盘铳刀， d=100 L=16 Z=20 ap=16 ae=23 选择X63型铳床，铳床功率为 7.5

27、kW 查切削用量简明手册表 3-3得fz =0.2 0.3mm/Z，此时取fz =0.2mm/Z 切削速度 v= T TmapXvfzyyaeUvZ pv Kv ap=16 ae=22 经计算，v=9.9m/min n=08 = 31.5r /min nd 实际切削速度：v = -ndn =11.7m/min 1000 铳床实际进给量fm =fzZn= 0.2 20 X37.5 =150mm/ min 查机床使用说明书，fm=150mm/min (2)精铳： 选高速钢错齿三面刃铳刀d=80 D=27 L=8 Z=16 选用X63卧式铳床铳床功率为7.5KW 查切削用量简明手册表 3-3得fz

28、=0.2 0.3mm/Z，此时取fz = 0.2mm/Z 切削速度： v=Tx7qvZpvKv TmapXvfzyyaeUvZP 其中 Cv = 35 qv = 0.2 uv = 0.5 pv = 0.1 m = 0.15 T=100min X v = 0.1 yv = 0.4 1000 37.3 n148r/min nd 查表4.2-39得 则实际切削速度 铳床实际进给量 查表4.2-20得 经计算，v=112/3 m/min =37.3m/min n =150r/min 兀dn v37.17m/min f理Z n=0.2 16 150 =480mm/min fm = 475mm/min 最

29、后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工 工序卡片，见附表。 6夹具的设计 机床夹具(简称夹具)是在机械加工中使用的一种工艺装备，它的主要功能是实现对被加 工工件的定位和夹紧。通过定位，使各被加工工件在夹具中占有一个正确的加工位置；通过夹 紧，克服加工中存在的各种作用力，使这一正确的位置得到保证，从而使加工过程得以顺利进 行。 专用夹具是针对某一种工件机械加工工艺过程中的某一工序而专门设计的。由于不需要考 虑通用性，因此夹具的结构紧凑，操作迅速方便。按实际需要可采用各种省力机构、动力装 置、防护装置、分度装置等。因此，专用夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产

30、率。专用夹 具通常由使用厂根据要求自行设计与制造，它的设计与制造周期较长。当生产的产品或工艺过 程变更时，往往无法继续使用，故此类夹具只适合在产品固定工艺过程稳定的大批量生产中使 用。 夹具的设计是工艺设计与机械制造中的一项重要内容，它对机床性能的发挥与延伸、生产 率的高低、生产成本的控制、工件的加工质量都有很大的影响，在其设计时应特别注意以下几 个问题； 1. 所设计的专用夹具，应当既能保证工序的加工精度又能保证工序的生产节拍。特别对于大批 量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。 2. 夹具的操作要方便、省力和安全。若有条件，尽可能采用气动、液压以及其它机 械化自动化的夹紧

31、机构，以减轻劳动强度。同时，为保证操作安全，必要时可设计和配备 安全防护装置。 3. 能保证夹具一定的使用寿命和较低的制造成本。夹具的复杂程度应与工件的生产批量相适 应，在大批量生产中应采用气动、液压等高效夹紧机构；而小批量生产中、则宜采用较简单 的夹具结果。 4. 适当提高夹具元件的通用化和标准化程度，选用标准化元件，特别应选用商品化的标准元 件，以缩短夹具的制造周期，降低夹具成本。 5. 应具有良好的结构工艺性，以便于夹具的制造和维修。 6.1问题的提出 本夹具主要用来铳宽度为8 00.03 mm的槽，保证两侧的粗糙度等级为1.6，底部的粗糙度等 级为6.3。这一槽对 40X 47mm的端面有一定的位置与尺寸要求。加工本道工序时，40X 47mm的 端面已经加工出来，这样就保证了设计基准与工艺基准的重合，保证了加工精度，避免了加工 误差。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产效率，降低劳动强度。 6.2定位基准的选择 由零件可知，宽为 800.03的槽对40 x 47mm的端面有尺寸要求，故其设计基准为40X 47mm的 端面。为了使定位误差为零，应该选择自动定心夹具。但这种自动定心夹具在结构上过于复 杂，