哈工大夹具设计课程设计831003

1、 机械制造工艺学课程设计 一、序言机械制造工艺学课程设计是我们学完大学的全部基础课、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。前面机械原理学习的是利用机械机构来实现预定的功能，机械设计则是根据要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力、零件尺寸、材料等进行分析计算。而机械制造是根据零件的参数确定其加工流程和装配方法。可见这三门课程是循序渐进的。 我希望通过这次课程设计，能够锻炼自己对知识的综合运用能力，以及小组合作解决问题的能力。设计中存在的不足，欢迎老师批评指正。二、零件的工艺性分析 （一）拨叉的用途 本次

2、课程设计题目为CA6140车床的拨叉（831003）。它位于车床变速机构中，它的作用是换档，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。 （二）拨叉的技术要求加工表面尺寸及偏差mm公差及精度等级表面粗糙度Ram形位公差mm拨叉左端面803.2拨叉上表面303.20.10A花键小径22+00.021IT7花键大径25+00.021IT71.6通槽上底面356.3通槽内侧面18+00.113.20.08A通槽下底面352×M8通孔85锥孔配件5 （三）拨叉的工艺性分析其加工有四组加工：（1）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。（2）

3、另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度要求为。（3）第三组为粗精铣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。（4）钻并攻丝2-M8。3、 工艺规程设计 （一）确定毛坯的制造形式零件材料由题目已知为HT200，其生产工艺简单，铸造性能优良，考虑到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。内花键和螺纹孔、锥孔较小，不可直接铸出。 （二）基面的选择 选择基面是工艺规程制定中最为重要的环节之一，机敏选择合理与否，直接关系到零件加工质量、生产效率和废品率的高低。 1.粗基准的选择

4、 对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为粗基准。如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。从这些原则出发，结合零件分析，选择拨叉的右表面作为粗基准。 2.精基准的选择应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的

5、精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。根据形位公差的要求，选择花键中心线为精基准。 （三）表面加工方法的选择本零件的毛坯为铸件，待加工面有内孔，端面，及锥孔，内倒角等。公差等级及粗糙度要求可见前面的分析和零件图。其加工方法的选择如下： （1）花键：花键大径表面粗糙度为Ra1.6m，毛坯孔未铸出，需钻，扩、铰孔、然后直接用拉刀拉出。 （2）端面：本零件的端面大部分尺寸精度要求不高，很大部分无需去除材料。待加工的主要端面有零件的上端面和左端面以及通槽，除通槽内侧表面粗糙度为Ra3.2m及Ra6.3m，经粗铣和半精铣即可。 （3）M8mm螺纹孔：配钻方式加工。 （4）内倒角：加工角

6、度为15度的内倒角，采用钻床加工即可。 （四）工序顺序的安排 1.“先基准后其他”原则，首先加工基准拨叉左端面 2.“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 3.“先主后次”原则，先加工主要表面拔叉头左端面内花键孔，后加工次要表面拨叉上端面和通槽底面及内侧面。 4.“先面后孔”原则，先加工拨叉左端面，再加工内花键孔；先加工拨叉上端面，后钻M8孔 （五） 确定工艺路线 在考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定工艺路线方案如下： 1.工艺路线方案一工序：粗铣左端面工序：钻孔20mm 、扩孔至22+00.021mm Ra=3.2m工序：拉花键，保证尺寸25H7和6H9工序：精铣左端面至

7、80mm Ra=3.2m 工序：粗铣沟槽16工序：精铣沟槽 18+00.11×35槽底Ra=6.3m 槽内侧Ra=3.2m工序：粗铣上平面工序：精铣上平面 Ra=3.2m工序：钻孔2×6.7，攻螺纹2×M8mm工序：倒角0.4×15°工序：去毛刺、清洗工序：检验 2.工艺路线方案二工序：粗铣左端面工序：精铣左端面至80mm，Ra=3.2m工序：钻孔20mm 、扩孔至22+00.021mm Ra=3.2m工序：倒角0.4×15°工序：拉花键，保证尺寸25H7和6H9工序：粗铣沟槽 16工序：精铣沟槽 18+00.11×

8、;35槽底Ra=6.3m 槽内侧Ra=3.2m工序：粗铣上平面 工序：精铣上平面 Ra=3.2m工序：钻孔2×6.7，攻螺纹2×M8mm工序：去毛刺、清洗工序：检验3.工艺方案的比较分析与选择上述两种方案均是符合工序安排原则的，但在部分细节排序上有所不同。而诸如先精加工槽或者表面后加工花键等明显不符合原则的方案则直接略去，在此列举没有意义。而粗加工和精加工也应该分开，否则粗加工精加工机床的特性不同可能造成加工精度的不够。虽然粗加工有时候能达到所要求的精度条件，但考虑工人水平和机床的可能不是很好，所以采用粗、精加工的方式。方案一的左端面的粗、精加工是断开的，而方案二则是放在了

9、一起连续进行。该零件的精基准是花键中心，所以精加工应尽量以其为基准，所以建议左端面的精铣应放在花键的加工之后。这样更加符合“先基准后其他”“先粗后精”的原则。再来看倒角，方案一的倒角工序放在了拉花键之后，这样做的结果是在倒角过程中切削量变化很大，造成刀具收到冲击，降低了刀具的寿命甚至于损坏刀具。所以方案二对于倒角工序的安排更加合理。本次产品车床拨叉是中批量生产，所以工序太多必然会增加机床和人力成本，但是工序太集中又会使得生产效率低下，所以一个工序中尽量最多安排两个工步。 根据上述分析，最终确定工艺方案路线如下表： 工序名称设备工艺装备粗铣左端面X52K立式铣床端铣刀、卡尺钻孔20mm 、扩孔至

10、22+00.021mm Ra=3.2mZ525立式钻床麻花钻、扩孔钻、卡尺、塞规倒角0.4×15°Z525立式钻床卡尺拉花键卧式拉床L6120拉刀、卡规精铣左端面至80mm Ra=3.2mX52K立式铣床端铣刀、卡尺粗铣沟槽 、精铣沟槽 18+00.11×35槽底Ra=6.3m 槽内侧Ra=3.2mX62卧式铣床三面刃铣刀、卡规、深度卡尺粗铣上平面 、精铣上平面 Ra=3.2mX62卧式铣床端铣刀、卡尺钻孔2×6.7Z525立式钻床麻花钻、塞规攻螺纹2×M8mmZ525立式钻床丝锥钻、铰5锥销孔立式钻床麻花钻、锥度铰刀、塞规、卡尺去毛刺钳工台平

11、锉清洗清洗机清洗机终检塞规、百分表、卡尺等四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 （一）余量计算C6140拨叉是中批量生产，材料为HT200，毛坯质量为0.84kg，。根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。 1.零件长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。选取公差等级CT由机械制造工艺设计课程简明手册中表2.2-3可查得毛坯件的公差等级为7-9级，取为8级。铸件尺寸公差可以根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由机械制造工艺设计课程简明手册中表2.2-1可查得尺寸公差为CT=1.6mm。 2.求机械加工余量由机

12、械制造工艺设计课程简明手册表2.2-5查得机械加工余量等级范围为F。求要求的机械加工余量对所有的加工表面取同一数值，由机械制造技术基础课程设计指南表2.2-4查得最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为F级，为MA=2.0mm。3.求毛坯尺寸，2-M8通孔和5锥孔较小铸成实心；所有面单侧加工即： 长度R=F+MA+CT/2=80+2+1.6/2=82.8mm 高度R=F+MA+CT/2=72+2+1.6/2=74.8mm 为了简化铸件的形状取高75mm和高83mm，同理于通槽，加工余量选择3mm。由手册表2.2-8可得最小铸造斜度选择30。 （二）粗，精加工分配：1.顶面的单边总加工余量为Z2.

13、8mm。查机械制造工艺设计课程简明 手册表2.3-21粗加工后余量为1.0mm,故粗加工量为Z2mm。2.左端面面精加工余量同C面Z1mm故D面粗加工余量Z2mm。3.通槽：精加工余量Z1mm故粗加工余量Z2mm。 4.花键孔：故采用拉削加工，内孔尺寸为22H12。由机械制造工艺设计课程简明手册表2.3-9确定孔的加工余量分配： 钻孔：20mm 扩孔：22mm 拉花键孔：(6-25H7*22H12*6H9) 5.螺纹孔：钻孔6.7后攻螺纹。5、 确定切削用量及基本工时（机动时间）在工艺文件中还要确定每一步的切削用量背吃刀量、进给量及切削速度。确定方法是：先确定切削速度（由工序或者工步余量确定切

14、削深度精、半精加工全部余量在一次走刀中去除：粗加工全部余量也最好在一次走刀中全部去除，在中等功率计床上一次走到可以达到8-11mm）和进给量（根据本工序或工步的加工表面粗糙度确定进给量，对粗加工工序或工步，根据加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床的结构强度），在确定切削速度（可用查表法或者计算法），用切削速度换算出转速，据此在选择的机床实有的转速表中选择接近的主轴转速作为实际转速，在换算出填入工艺文件。对于粗加工，选取、后，还有校验机床功率是否足够。 （一）铣左端面粗铣：1.加工条件工件材料：HT200，硬度190-210HBS，铸造。加工要求：粗铣左端面至工件长度为81mm,切削宽度为40

15、mm。机床：X52K立式铣床；刀具：由工艺手册表3.1-27，选择端铣刀，切削手册表1.2，刀具材料可选择YG6。再根据切削手册表3.1可知，铣削深度小于=4mm时，已知铣削宽度为40mm，可以选择细齿端铣刀直径为=60mm。根据选择刀具齿数z=6。根据切削手册表3.2，选择刀具前角，后角，副后角，主偏角，过渡刃倾角，副偏角，刀齿斜角刀齿过渡刃宽度。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量铣削深度：由于粗铣单边的加工余量为2mm，故=2mm。每齿进给量：由切削手册表3.30可得X52K铣床的功率为7.5KW，根据表3.5可得=0.14-0.24mm/z，可取=0.18mm/z。铣刀磨钝标

16、准以及耐用度：由切削手册表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为1-1.5mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=180min。切削速度：根据切削手册表3.16可查得并未给出数值，所以自行计算，根据表3.27可得铣削时的切削速度公式为： 式中各项分别为：，。则有：。 根据切削手册表3.30，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据切削手册表3.30，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：校验机床功率：根据切削手册表3.28，铣削功率为式中，（表1.28）由切削手册表3.30可知道X52K铣床电机功率为7.5KW，效率0.75，显然满足使用要求。最终确定的切削用量为:,3.

17、计算基本工时由工艺手册表6.2-7可知端铣刀铣平面的时间为，取10；，取2则精铣1.加工条件加工要求：粗铣左端面至工件长度为80mm,Ra3.2，切削宽度为40mm。机床：X52K立式铣床；刀具：选择端铣刀，切削手册表1.2，刀具材料可选择YG3。铣刀直径为=60mm刀具齿数z=6，刀具角度参数与工序一相同。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量铣削深度：由于精铣单边的加工余量为1mm，故=1mm。每齿进给量：根据表3.5可得=0.5-1.0mm/r，可取=0.1mm/z。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.3-0.5mm；根据表3.8查得铣刀

18、的平均寿命为T=180min。切削速度：根据表3.16可由插值法得铣削时的切削速度为：。 根据切削手册表3.30，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为: 根据切削手册表3.30，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：最终确定的切削用量为:,3. 计算基本工时 由，而和粗铣相同。则 （二）钻扩22孔+倒角钻孔：1.加工条件加工要求：钻孔直径20mm,钻通。机床：Z525立式钻床；刀具：选择硬质合金麻花钻，切削手册表1.2，刀具材料可选择YG6。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量进给量：由实用金属切削加工工艺手册可得当d=20mm,加工材料为HT200时，=0.2-0.

19、4mm/r，根据切削手册表2.35钻床参数，=0.22mm/r。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表2.12可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.4-0.8mm；平均寿命为T=60min。切削速度：根据切削手册表2.18可查得，,取。 根据切削手册表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度：最终确定的切削用量为:, 3.计算基本工时由切削手册表2.29可知入切量和超切量为则扩孔：1.加工条件加工要求：扩孔直径22mm，Ra3.2。机床：Z525立式钻床；刀具：选择硬质合金扩孔钻，切削手册表1.2，刀具材料可选择YG6。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量进给量：由切削手册表2.10可得=

20、1.0-1.2mm/r，根据切削手册表2.35得=0.81mm/r。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表2.12可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.8-1.4mm；平均寿命为T=40min。切削速度：根据实用金属切削加工工艺手册表8.84可查得，,则根据切削手册表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度：最终确定的切削用量为:, 3.计算基本工时 倒角：为缩短辅助时间，钻床主轴转速与扩孔相同，采用150°锪孔钻，手动进给。 （三）拉花键 1.加工条件加工要求：拉花键25H7机床：卧式拉床L6120。刀具：矩形花键拉刀，W18Cr4V做拉刀材料，柄部40Cr材料。单面的齿升量由切削加工简

21、明实用手册表8-160可得为0.04-0.1mm，取0.05mm。 2.确定切削用量及基本用时 由表8-161，可得拉削速度=45m/min，取=4m/min。拉削工件长度：；拉刀长度：；根据以上数据代入公式（公式由工艺手册表6.2-15得）式中参数来自工艺手册表6.2-15。，k=1.4,， （四）粗铣精铣通槽粗铣：1.加工条件加工要求：粗铣至通槽宽度为16mm，背吃刀量4mm。机床：X62卧式铣床；刀具：由工艺手册表3.1-27，选择细齿三面刃铣刀，切削手册表1.2，刀具材料可选择高速钢。铣刀直径为=125mm，厚度L=16mm刀具齿数z=20。根据切削手册表3.2，选择刀具前角，后角（周

22、齿），（端齿），主偏角，过渡刃倾角，副偏角，螺旋角。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量铣削深度：由于粗铣两边的加工余量为4mm，故=4mm。每齿进给量：由切削手册表3.30可得X62铣床的功率为7.5KW，根据表3.3可得=0.15-0.30mm/z，可取=0.15mm/z。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.5-0.8mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。切削速度：式中各项分别为：，。则有：。 根据工艺手册表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据工艺手册表4.2-40，工作台进给量可选。实

23、际上每齿的进给量为：校验机床功率：铣削功率为式中，（表1.28）X62铣床电机功率为7.5KW，效率0.75，满足使用要求。最终确定的切削用量为:, 3.计算基本工时由工艺手册表6.2-7可知细齿三面刃铣刀铣槽时间为，取58；，取4,。则精铣：1.加工条件加工要求：精铣至通槽宽度为18mm，槽侧面Ra3.2，顶面Ra6.4。机床：X62卧式铣床；刀具：选择细齿三面刃铣刀，刀具材料为高速钢。铣刀直径=125mm，厚度L=18mm，刀具齿数z=20。刀具角度参数与粗铣相同。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量铣削深度：由于粗铣两边的加工余量为2mm，故=2mm。每齿进给量：根据表3.3可

24、得=0.5-1.2mm/r，可取=0.04mm/z。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.2-0.3mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。切削速度： 式中各项分别为：，。则有：。 根据工艺手册表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据工艺手册表4.2-40，工作台进给量可选。最终确定的切削用量为:,4. 计算基本工时 由，而和粗铣相同。则 （五）粗铣、精铣上平面1.加工条件加工要求：粗铣至工件高度为73mm,宽度为30mm。机床：X62卧式铣床；刀具：由工艺手册表3.1-27，选择细齿三面刃铣刀，切削手册表

25、1.2，刀具材料可选择高速钢。铣刀直径为=100mm，厚度L=35mm刀具齿数z=20。根据切削手册表3.2，选择刀具前角，后角（周齿），（端齿），主偏角，过渡刃倾角，副偏角，螺旋角。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量铣削深度：粗铣的加工宽度为30mm，故=30mm。每齿进给量：由切削手册表3.30可得X62铣床的功率为7.5KW，根据表3.3可得=0.15-0.30mm/z，可取=0.15mm/z。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.5-0.8mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。切削速度：式中各项分别为：，。则有：。

26、根据工艺手册表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据工艺手册表4.2-40，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：校验机床功率：铣削功率为式中，（表1.28）X62铣床电机功率为7.5KW，效率0.75，满足使用要求。最终确定的切削用量为:, 3.计算基本工时由工艺手册表6.2-7可知细齿三面刃铣刀铣槽时间为，取15；，取5,。则精铣：1.加工条件加工要求：精铣至工件高度为72mm,宽度为30mm，Ra3.2。机床：X62卧式铣床；刀具：选择细齿三面刃铣刀，材料选高速钢。铣刀直径为=100mm，厚度L=35mm，刀具齿数z=20，角度参数与粗铣相同。2.确定切

27、削用量及基本用时 （1）确定切削用量铣削深度：精铣的加工宽度为30mm，故=30mm,。每齿进给量：由切削手册表3.30可得X62铣床的功率为7.5KW，根据表3.3可得=0.5-1.2mm/r，可取=0.04mm/z。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表3.7可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.2-0.3mm；根据表3.8查得铣刀的平均寿命为T=120min。切削速度：式中各项分别为：，。则有：。 根据工艺手册表4.2-39，选取主轴转速为，实际切削速度：工作台每分钟进给量为:根据工艺手册表4.2-40，工作台进给量可选。实际上每齿的进给量为：最终确定的切削用量为:, 3.计算基本工时由工艺

28、手册表6.2-7可知细齿三面刃铣刀铣槽时间为，取15；，取5,。则 （六）钻2×6.7孔，攻丝钻孔：1.加工条件加工要求：钻孔直径6.7mm,钻通；机床：Z525立式钻床；刀具：选择高速钢麻花钻。2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量进给量：由切削手册表2.7可得：，由钻床参数取=0.22mm/r。铣刀磨钝标准以及耐用度：由切削手册表2.12可得，铣刀刀齿后面最大磨损限度为0.5-0.8mm；平均寿命为T=35min。切削速度：根据切削手册表2.30可得钻孔计算公式：式中各项分别为：，。则有：。 根据切削手册表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度：最终确定的切削用量为:,

29、3.计算基本工时由切削手册表2.29可知入切量和超切量为则攻螺纹：1.加工条件加工要求：攻螺纹至M8。机床：Z525立式钻床；刀具：硬质合金丝锥2.确定切削用量及基本用时 （1）确定切削用量 切削速度：可查得，可以选择。根据切削手册表2.35，选取主轴转速为，实际切削速度： 3.计算基本工时其中p为螺距，为退出转速，为丝锥切削长度。6. 夹具的设计 （一）夹具的选择夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，为了提高加工精度和生产率，降低制造成本，减轻劳动强度，设计专用夹具。根据任务分配设计钻6.7mm孔、攻螺纹M8mm的专用夹具，应用与Z525立式钻床上。夹具应定位准确

30、，装卸工件迅速。 （二）定位方案的设计1. 定位基准的选择 在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。所以加工2×M8mm的通孔时，选取工件左端面和花键心轴的中心线为主定位基准。2. 工件在夹具中的定位夹紧 定位：一个花键轴限制5个自由度，在工件左端面用小平面限制一个自由度，在工件右端面用圆形压块夹紧。这样就限制了工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据了惟一确定的位置。夹紧：用气缸带动连杆最后用圆形压块压紧。 3.定位误差的分析 夹具的主要定位元件为一个面与两

31、个孔的定位，因为该定位元件的定位基准和工序基准均为内花键的轴线，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度，所以不存在不重合误差和基准位移误差，基准重合b=0，j=0。 （三）夹具体的设计1. 导向元件设计 加工2×M8mm钻床夹具的刀具导向元件为钻套。钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。由于加工工序为先钻6.7mm孔，之后用丝锥攻螺纹M8mm。所以选用快换钻套和钻套用衬套。相关计算如下：1）钻套高度H钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(12.5)d，所以H=1.5×8mm=12mm。 2）排屑间隙h钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。h值太小，切屑难以自由排出，使加工表面损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用。加工铸铁时，h=(0.30.7)d，所以