夹具课程设计说明书

1、.机械制造技术课程设计任务书题目:设计CA6140拨叉831003零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具内容:1,零件图 1张2,毛坯图 1张3,机械加工工艺过程综合卡片 1张(或机械加工工艺规程卡片一套)4,夹具装配图 1张5,夹具体零件图 1张6,课程设计说明书 1份原始资料: 该零件图样,中大批量生产班 级 学 号 : 机自0801 0401080124学 生 : 王称心指 导 老 师 : 吉卫喜2011 年 7 月 8 日 一、CA6140拨叉831003的机械加工工艺规程设计1.1.零件的工艺分析及生产类型的确定1.1.1零件的作用本设计所设计的零件是CA6140拨叉831003

2、，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进行工作。各部分尺寸零件图中详细标注。 CA6140拨叉831003零件图1.1.2 零件的工艺分析通过对CA6140拨叉831003零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差以及技术要求齐全。通过对零件图的详细审阅，该零件的基本工艺状况已经大致掌握。主要工艺状况如下叙述：零件的材料为HT200，较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。 灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，但是塑性较差、脆性较高、不适合磨削，而且加工面主要集中在平面加工和孔的加工。根据

3、对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：1. 80mm左边大端面粗糙度要求为3.4；2. 72mm上端80mm×30mm的粗糙度要求是3.2，但是该平面与的中心线的平行度是0.10，相对为之精度有要求，它右侧小台阶面的粗糙度也是3.2，3. 下面沟槽的尺寸精度为H11，两侧粗糙度要求为3.2，而且相侧面与中心有垂直度为0.08的要求，沟槽底部的粗糙度要求是6.34.花键内圆为 的孔，尺寸精度为12级，内孔表面粗糙度要求为6.3，花键外圆尺寸是 ，精度是H7，且花键槽两侧的粗糙度为3.2，槽底的粗糙度为1.6，槽宽6mm,精度为H91.2 选择毛坯种类，绘制

4、毛坯图1.2.1 选择毛坯种类 机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。为了提高毛坯的制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。（1）.材料的工艺性能（2）.毛坯的尺寸、形状和精度要求（3）.零件的生产纲领根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为HT200，首先分析灰铸铁材料的性能，灰铸铁是一种脆性较高，硬度较低的材料，因此其铸造性能好，切削加工性能优越，故本零件毛坯可选择铸造的方法；其次，观察零件图知，本设计零件尺寸并不大，而且其形

5、状也不复杂，属于简单零件，除了几个需要加工的表面以外，零件的其他表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得，若要使其他不进行加工的表面达到较为理想的表面精度，可选择砂型铸造方法；但是查阅金属加工工艺及工装设计表1-3各种铸造方法的经济特性可知，砂型铸造进行批量生产并不经济，而金属型铸造符合要求；而且金属型铸造精度比较高，零件的加工表面并不多，精度高的毛坯可以提高粗基准的定位精度。再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产，可选择金属型的铸造方法，较大的生产批量可以分散单件的铸造费用。因此，综上所述，本零件的毛坯种类以金属型铸造的方法获得。1.2.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量 根据零件图计算零件的

6、轮廓尺寸为长80mm，宽40mm，高75mm。查阅金属加工工艺及工装设计，了解毛坯余量的选择规则，查表1-9得100mm以下的铸件的切削加工余量为3.0，由表1-2查得金属型铸造的尺寸精度为CT7CT9，取精度为CT8，查表1-11得该尺寸的公差数值为1.6，由于孔和槽的尺寸比较小，直接铸出会增加成本，所以留在加工车间去除。将总的加工余量统一为一个值最后得表， 毛坯尺寸及机械加工总余量表加工表面基本尺寸铸件尺寸公差机械加工总余量铸件尺寸80mm左边大端面1.63上端面下端面1.631.2.3 绘制毛坯图1.3 选择加工方法，制定工艺路线分析本零件，根据CA6140拨叉831003零件图，本零件

7、时带有孔的形状比较简单的零件，花键中心，72mm上端面，80mm左端大端面均为零件设计基准，均可选为定位基准。以外圆和80mm右侧小端面作为粗基准加工花键的内孔80mm左侧大端面，然后以大端面精基准加工钻的孔，然后以孔中心和80mm左侧大端面为定位精基准，粗铣72mm上端平面，然后以72mm上端面为互为基准扩孔到，然后以孔中心和80mm左端面作为定位精基准精铣72mm上端面，再以孔中心和72mm上端面为精基准加工下面的沟槽，最后再拉削完成花键的加工。 1.3.1 零件的表面加工方法的选择 根据本零件图上所标注的各加工表面的技术要求，查阅金属加工工艺及工装设计（P77），通过对各加工表面所对应的

8、各个加工方案的比较，最后确定本零件各加工表面的加工方法如下表： CA6140拨叉831003各加工表面方案需加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/加工方案沟槽两侧面IT113.2粗铣半精铣沟槽底面面IT126.3粗铣半精铣72mm上端面及右侧小台阶面IT143.2粗铣半精铣80mm左侧大端面IT143.2粗铣半精铣内圆孔IT126.3钻扩花键底面IT71.6拉花键两侧面IT93.2拉1.3.2 确定工艺路线 （1） 在综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，确定了该CA6140拨叉831003零件的工艺路线如下 定位面,加工面代号指示图方案一：工序：以外圆表面定位，钻孔，然后扩孔到；工序：以孔中心

9、D为定位精基准，先粗铣80mm左端面K，再半精铣；工序：倒锥角工序：以孔中心D和80mm左端面K为定位精基准，先粗铣72mm上端面A和C，再半精铣；工序：以孔中心D和80mm左端面K为定位精基准，先粗铣沟槽两侧面H、F和底面G，再半精铣；工序：以孔中心D和80mm左端面K为定位精基准，钻的锥孔，打螺纹孔；工序：攻螺纹工序：钳工去毛刺，清洗；工序：以72mm上端面A和沟槽为定位精基准，拉花键；工序：终检。 方案二：工序：以外圆和80mm右端面E为粗基准粗铣半精铣80mm左端面K；工序：以K为精基准钻花键内孔到；工序：以孔中心D和左端面K为精基准，粗铣72mm上端阶梯面A和C；工序：以A和K为精基

10、准扩孔到；工序：以D为精基准半精铣A和C；工序：以孔中心D和A面为精基准粗铣半精铣沟槽F、G、H面；工序：钻M8螺纹孔； 工序：攻螺纹工序：倒锥角；工序：钳工去毛刺，清洗工序：以A和沟槽面为精基准拉花键槽工序：终检方案一的第一道工序已经违背了先面后孔的加工顺序，虽然方案一工序比较集中，粗精加工在一道工序完成，但是它不好保证零件要求的相互位置精度；方案二工序较为分散，遵循了先面后孔先粗后精的原则，而且工序和工序互为基准，保证了位置度要求。综合考虑，选择方案二。1.3.3 加工设备及工艺装备选择 机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效

11、率和制造成本。 1.机床的选择原则 机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应； 机床的精度应与工序要求的精度相适应； 机床的功率应与工序要求的功率相适应； 机床的生产率应与工件的生产类型相适应； 还应与现有的设备条件相适应。 2.夹具的选择 本零件的生产类型为大批量生产，为提高生产效率，所用的夹具应为专用夹具。 3.刀具的选择 刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用符合刀具和其他专用刀具。查机械制造工艺设计简明手册13所选择的加工工艺装备如下表所示： CA6140车床拨叉83

12、1003加工工艺装备选用工序号机床设备刀具工序 铣立式铣床X51镶齿铣刀工序 钻立式钻床 Z535莫氏锥柄麻花钻, 工序 铣立式铣床莫氏椎柄立铣刀工序 钻立式钻床 Z535锥柄扩孔钻工序 铣立式铣床 X51 莫氏椎柄立铣刀工序 铣卧式铣床X61镶齿三面刃铣刀工序 钻立式钻床 Z535莫氏锥柄麻花钻, 工序 攻丝立式钻床Z535高速钢锥丝 工序 倒角台式钻床专用刀具 工序 钳工 （免填） 工序 拉 卧式拉床拉刀 工序 检（免填）1.3.4确定切削用量及基本时间 切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定、f，再确定v。查机械制造技术基础课程设计指南，并综合对毛坯尺寸以及已经

13、确定的机械加工工艺路线的分析，确定各工序间加工余量如下表： 机械加工工序间加工余量表工序号工步号工步内容加工余量/mm工序1粗铣80mm左端面K2.32半精铣80mm左端面K0.7工序1钻孔10工序 1粗铣72mm上端面A、C2.3工序1扩孔到1工序1半精铣72mm上端面A、C0.7工序1粗铣沟槽152半精铣沟槽3工序1钻两个内孔3.5工序1攻螺纹0.3工序1拉花键槽1.5工序：粗铣半精铣80mm左端面 工步1：粗铣 背吃刀量：=2.3。 进给量的确定：机床的功率4.5Kw,工件夹具系统的刚度为中等条件，查金属加工工艺及工装设计表4-75，选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。 铣削速度：

14、参考机械制造技术基础课程设计指导教程表5-9得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/d可以得:n=1000×40/×80=159.24r/min 参考机械制造技术基础课程设计指南表5-72，选取X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=160×3.14×80/1000=40.19m/min 基本时间t: 根据面铣刀平面（对称铣削、主偏角=90°）的基本时间计算公式:t=()/。其中，=75mm，=13mm，取=2mm，=40m

15、m。则有： =0.5（d- ）+(1 3)=0.5(80-)+2=7.36mm。=×n=×z×n=0.2×10×160=320mm/mint=()/=(75+7.36+2)/320=0.264min15.82s 工步2：半精铣 背吃刀量的确定：=0.7mm . 进给量的确定：查金属加工工艺及工装设计表4-75，按表面粗糙度为=3.2m的条件选取，该半精铣的每转进给量f=0.8mm/r。 铣削速度的计算：参考机械制造技术基础课程设计指导教程表5-9，按镶齿铣刀，d/z=80/10，=0.08mm/z 的条件选取，铣削速度v为： v=57

16、.6mm/min。由公式：n=1000r/d可以求得铣刀转速n=229.3r/min 。参照机械制造技术基础课程设计指导教程中4-15的X51型立式铣床的主轴转速，选取转速为n=210r/min。再将此转速代入上面公式，可以求得：v= nd/1000=52.78mm/min。 基本时间的确定：根据机械制造技术基础课程设计指导教程中表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角=90°）的基本时间公式t=()/，可以求得该工序的基本时间，其中=75mm，=13mm，取=2mm，=40mm，=7.36mm，得=×n=0.8mm/r×210r/min=168mm/mint=

17、()/=(75+2+7.36)/168=0.502min30.13s工序：钻的孔 背吃刀量：=10，进给量：查金属加工工艺及工装设计表4-64高速钢钻头钻孔进给量得孔的进给量为0.700.86，结合机械制造技术基础课程设计指南表5-66查得的Z535立式钻床的进给量，取f=0.72mm/r；削速度的确定：根据金属加工工艺及工装设计 表4-66，确定:高速钢钻灰铸铁的切削速度 v=0.45m/s=27m/min， 由公式n=1000v/d。可以得n=1000×27/20=429r/min,由机械制造技术基础课程设计指南表5-65查得立式钻床Z525的各级转速，选取n=400r/min，

18、得实际切削速度v= 基本时间t:： 参考机械制造技术基础课程设计指南表2-26得钻床机动时间，其中=80mm, =10×0.707+1=8.07mm, =14mm, 取=2mm。所以基本时间t为：: 工序：粗铣72mm上端面A及阶梯面C 背吃刀量： 进给量的确定：参考金属加工工艺及工装设计表4-77，取高速钢立铣刀的d =32/6从中选取f=0.12mm/z； 铣削速度：参考机械制造技术基础课程设计指导教程得，由表5-13其中在d/z=32的条件下选取铣削速度为v=42m/min。有公式n=1000v/d可以得到：n=1000×42/×32=427.99r/min

19、 由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=490r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=460×3.14×32/1000=46.22m/min 基本时间t:据立铣刀铣平面不对称铣削的计算时间计算公式：其中,=×n=×z×n=0.12×6×490=352.8mm/min,，取=4，则 工序：扩孔到至符合要求背吃刀量：=1，进给量：查金属加工工艺及工装设计表4-67高速钢钻头钻孔进给量得扩孔的进给量为0.901.1，结合机械制造技术基础课程设计指南表5-66查得的Z535立式钻床的进给量，取进给量f=0.96

20、mm/r；削速度的确定：根据金属加工工艺及工装设计 表4-66，确定:高速钢钻灰铸铁的切削速度 v=0.45m/s=27m/min， 由公式n=1000v/d。可以得n=1000×27/20=429r/min,由机械制造技术基础课程设计指南表5-65查得立式钻床Z535的各级转速，选取n=530r/min，得实际切削速度v= 基本时间t:： 参考机械制造技术基础课程设计指南表2-26扩孔的机动时间，其中=80mm, =，所以基本时间t为：: 工序：半精铣72mm上端面A及阶梯面C背吃刀量：进给量的确定：参考金属加工工艺及工装设计表4-77取高速钢立铣刀的d =32从中选取f=0.18

21、mm/z 铣削速度：参考机械制造技术基础课程设计指导教程得，由表5-13其中在d/z=32/6的条件下选取铣削速度为v=39m/min。有公式n=1000v/d可以得到：可以得到：n=1000×39/×32=388.14r/min，在X51型立式铣床的主轴转速中n=380r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=380×3.14×32/1000=38.18m/min 基本时间t:据立铣刀铣平面不对称铣削的计算时间计算公式：其中,=×n=×z×n=0.18×6×380=410.4mm/min,

22、，取=4，则 工序:铣沟槽 工步1：粗铣加工余量：由机械制造技术基础课程设计指导教程表3-28选择粗铣镶齿三面刃铣刀尺寸为D=100，d=27,l=14,Z=12,取， 进给量的确定：查机械制造技术基础课程设计指导教程表5-20,取进给量f=0.12mm/z 铣削速度：参考机械加工工艺手册得切削速度为有公式n=1000v/d可以得到：可以到,n=1000×42/×100=133.76r/min，在X51型立式铣床的主轴转速中取n=160/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=160×3.14×100/1000=50.24m/min基本时间t

23、:根据三面刃铣刀铣槽的计算时间计算公式：，取=3，则工步2：半精铣 加工余量：由机械制造技术基础课程设计指导教程表3-28选择粗铣镶齿三面刃铣刀尺寸为D=100，d=27,l=18,Z=14,取，进给量的确定：查机械加工工艺手册表2.1-71,进给量f=0.5-1.2mm/r，取f=1.2mm/r铣削速度：参考机械加工工艺手册得切削速度为, 由公式n=1000v/d可以得到：可以到,n=1000×34/×100=108.28r/min，在X51型立式铣床的主轴转速中取n=125/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=125×3.14×100

24、/1000=39.25m/min 基本时间t:根据三面刃铣刀铣槽的计算时间计算公式：，取=3，则工序:钻两个的孔背吃刀量：=3.5，进给量：查金属加工工艺及工装设计表4-64高速钢钻头钻孔进给量得孔的进给量为0.360.44，结合机械制造技术基础课程设计指南表5-66查得的Z535立式钻床的进给量，取f=0.43mm/r；削速度的确定：根据金属加工工艺及工装设计 表4-66，确定:高速钢钻灰铸铁的切削速度 v=0.45m/s=27m/min， 由公式n=1000v/d。可以得n=1000×27/7=1228r/min,由机械制造技术基础课程设计指南表5-65查得立式钻床Z525的各级

25、转速，选取n=1225r/min，得实际切削速度v= 基本时间t:： 参考机械制造技术基础课程设计指南表2-26得钻床机动时间，其中=11mm, =5.5×0.707+1=4.89mm, =14mm, 取=2mm。所以基本时间t为：: 工序：攻螺纹 本工序为攻螺纹，刀具选用高速钢锥丝，进给量0.5mm/r，切削速度4m/min，主轴转速800r/min，攻两个直径为8mm的螺纹，基本时间约为10s。工序：倒角 本工序倒两个的小锥角。由于在台式钻床上用专用刀具加工，不仅不 用夹紧，还可以可一次成形，因此加工效率比较高。估计单件用时3秒工序：拉花键孔 单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔

26、时花键拉刀的单面齿为0.06mm,拉削速度 v=0.06m/s(3.6m/min)切削工时 t=Zblk/1000vfzZ式中： Zb 单面余量1.5mm(由21mm拉削到25mm)； L 拉削表面长度，80mm； 考虑校准部分的长度系数，取1.2； k 考虑机床返回行程系数，取1.4 ； v 拉削速度（m/min）； fz 拉刀单面齿升； Z 拉刀同时工作齿数，Z=l/p； P 拉刀齿距。 P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 拉刀同时工作齿数z=l/p=80/127 其本工时 Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000

27、5;3.6×0.06×7=0.13(min)=7.8s二、CA6140拨叉831003零件专用夹具的设计 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。经过分析并与指导老师协商，决定设计第道工序加工80mm左边大端面通专用夹具，本夹具将用于立式铣床X51，刀具为镶齿端面铣刀。（1）问题提出 本工序主要保证80mm的14级尺寸精度以及其3.2的表面粗糙度值，如下图所示本工序的加工要求；（2）定位方法：为了满足加工要求，理论上只要限制三个自由度，既沿长度方向的移动和两个转动。由于是毛坯件，没有精基准，所以选择三个圆头支撑钉作为定位基准，限制一个移动和两个转动

28、。但实际上要用V形块限制零件另外两个移动自由度和另外一个转动以保证工件完全定位，在机床上有一个确定的位置以利于零件的加工和保证精度（3）定位误差的计算：由于定位基准和设计基准重合，所以不存在基准不重合误差。查机械制造技术基础课程设计指南表5-162得圆头支撑钉尺寸为，所以定位误差为0.075，而80mm的尺寸公差为0.74，显然定位误差小于尺寸公差的三分之一，所以符合要求（4）夹紧方案的确定由于零件主要在上端承受铣削力，所以夹紧力要尽量靠经上端面，以保证加工过程中的稳定性。所以在零件左侧用螺钉顶住，右侧用压块压紧，以保证夹紧可靠。（5）夹紧力的计算查机械制造技术基础课程设计指南表2-18得铣削力的计算公式为 ，其中，z=10, ,所以由表3-6查得夹紧力（5）对刀装置：用方形对刀块（6）夹具使用说明首先把零件的校端放在球头支撑钉