机械制造工艺与夹具设计_CA车床拨叉夹具设计钻M

1、序言 2一、零件分析 3（一）零件的作用（图） 3（二）零件的工艺分析 3二 、工艺规程设计 4（一）确定毛坯的制造形式 4（二）基面的选择 4（三）精基准的选择 6（四）制定工艺路线 8（五）机械加工余量，工序尺寸及毛坯的确定 11三、 夹具设计 15（一）机床夹具的功用 15（二）问题的提出 15（三）夹具设计 15（四）夹具各零件尺寸（图） 18序言毕业设计是学生在学校完成了大学三年的全部课程， 并在进行了 生产实习的基础上进行的一个教学环节， 也是学生在校学习阶段的最 后一个重要的教学环节， 是完成工程师基本训练的一个必不可少的过 程。通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业

2、一般工 程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题， 在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。本次设计是提高 CA6140 车床上拨叉的加工效率，设计正确的加 工工艺路线，以及某道工序的夹具。这次设计涉及到机床，机械加工 工艺，工装夹具等机制专业的几乎所有的专业基础知识。 是一次全面 地，系统地检查自己在大学期间对专业知识学习的情况， 在整个设计 过程中做到严谨认真， 一丝不苟的精神， 尽量使自己的设计达到理想 的水平，通过独立的查找资料，分析，计算完成方案设计，图纸设计 和编写技术文件等， 设计了这套比较完整的加工工艺路线， 使自己对

3、 机制专业有了更深刻的认识。由于时间短促，经验不足以及水平有限，本次设计难免许多不妥 和错误之处，敬请批评指正，以便及时改正。、零件分析(一) 零件的作用(图)题目所给的零件是车床 CA6140 拔叉，型号为 831007 。它位于车床 变速机构中， 主要起换挡使主轴回转运动按照工作者要求工作， 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，55 半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴相接触， 通过上方的力拨动下方 的齿轮变速，俩件零件铸为一体，加工时分开。(二) 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，不适合磨削， 以下

4、则是拨叉零件需要加工的表面以及表面之 间的位置要求。(1) 小孔以及与之相通的锥孔、螺纹孔。(2) 大头半圆孔 55(3) 拨叉底面，小头孔端面，大头半圆孔端面，大头半圆孔端面与小 头孔中心线的垂直度误差为 0.07mm ，小头孔上端面与之中心线 的垂直度误差为 0.05由上面分析可知， 可以粗加工拨叉底面， 然后以此为粗基准采用专用 夹具进行加工， 并且保证位置精度， 再根据加工方法的经济精度以及 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， 所以根据上述要求，采用常规的加工工艺均可保证 二 、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件的材料为 HT200 ，考虑零件在机床运行

5、过程中所受的冲击力不 大，零件制造又比较简单，故选择铸件毛坯，选用铸件公差等级为CT9级，已知该拨叉零件的生产纲领为 5000件/年，零件的质量为 1.0kg /个，可确定该拨叉零件为大批生产，所以初步确定工艺安排 为；加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为 主（二）基面的选择基面的选择是工艺规程中的重要工作之一， 基面选择正确与合理可以 使加工质量得到保证，生产效率提高。（1 ）粗基准的选择 在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余 量，及保证不加工表面与加工表面间的尺寸， 位置符合零件图样设计 要求，粗基准的选择原则：（1 ） 重要表面余量均匀原则 必须

6、首先保证工件重要表面具有较小 的加工余量，应选择该表面为粗基准（2） 表面间的相互位置要求原则 必须保工件上加工表面与不加工 表面之间的相互位置要求，应以不加工表面作为粗基准，如果 在工件上有很多不加工表面，应以其中与不加工表面相互位置 要求较高的不加工表面作为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等（3） 余量足够原则 如果零件上各个表面均需加工，则以加工余量 较小的表面作为粗基准（ 4） 定位可靠性原则 作为粗基准的表面，应选用比较可靠，平整 光洁的的表面，以便定位准确，夹紧可靠 在铸件上不应该选择有浇冒口的表面， 分型面， 有毛刺或夹砂的表面 作为粗基准； 在锻件上不应该伴有飞边的表面作为粗基准，

7、 若工件上 没有合适的表面作为粗基准， 可以先铸出或焊上几个凸台， 以后再去 掉（5） 不重复使用原则 粗基准的定位精度低，在同一尺寸方向上只 允许使用一次，不能重复使用对于一般类的叉杆类零件而言， 以孔和端面作为粗基准， 是完全合理 的。对于本零件而言，尽可能选择不加工便面为粗基准，而对于有若 干个不加工表面的工件， 则应以与不加工表面要求要求相对位置精度 较高的不加工表面为粗基准， 以求壁厚均匀外形对称等。 根据这个基 准选择原则，现选取22孔的不加工外轮廓作为粗基准，利用俩个V 型块支撑22俩个外轮廓表面作为粗基准的定位面，限制5个自由度在利用一个销钉限制一个自由度达到完全定位然后进行铣

8、削。 对于拨叉零件而言， 尽可能选择不加工表面为粗基准， 而对于有若干 个不加工表面的工件， 则应以与不加工表面为粗基准， 根据这个基准 选择原则，现选取拨叉俩个©22孔德下端面为粗基准，利用俩个©22 的外轮廓作为主要定位面， 再以一个销钉限制最后一个自由度， 达到 完全定位。（三）精基准的选择精基准的选择原则主要考虑如何减少误差， 保证加工精度和安装方便 以及以及设计基准和工序基准重合问题。 当二者不重合时， 应该进行 换算。（1）基准重合原则 应尽可能选择零件的设计基准作为定位基准， 以避免产生基准不重合原则。（2）基准统一原则 应尽可能选用精基准定位加工各表面，以保

9、证 各表面之间的位置精度。采用统一基准的好处在于：可以在一 次安装中加工几个表面，减少安装次数和安装误差，有利于保 证各加工表面之间的相互位置精度；有关工序所采用的夹具结 构比较统一，简化夹具的设计与制造，缩短生产准备时间，便 于采用高效率的专用设备，大幅度的提高生产率。（3）自为基准原则 有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而 均匀，应选择加工表面为精基准。（4）互为基准反复加工原则 有些相互位置精度要求较高的表面， 可以采用互为基准反复加工的原则来保证（5）定位可靠性原则 精基准应凭整光洁，具有相应的精度，确保 定位简单准确，便于安装，夹紧可靠。（6）如果工件上没有能作为精基准选用的恰当

10、表面， 可以在工件专 门加工出定位基面，这种精基准成为辅助基准，辅助基准在零 件的的工作中不起任何作用它仅仅是为加工的需要而设计的。（7）加工阶段的划分该拨叉加工质量要求较高， 可将加工阶段划分成粗加工、 半精加 工和精加工几个阶段。（8）工序的集中和分散 本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。 该拨叉的生产类 型为成批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产 率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少， 不但可缩短辅助时 间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面， 有利于保证加工表面之 间的相对位置精度要求。（9）加工原则 : 1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准拨叉下端

11、 面2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工 序。3 ）遵循“先主后次”原则 .4 ）遵循“先面后孔”原则 .考虑保证零件的加工精度和装夹准确方便， 依据“基准统一和基准重 合”原则 ,以粗加工底面为定 位粗基准。四）制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几乎形状，尺寸精度及位 置精度等技术要求能得到合理保证， 再生产纲领已确实， 为大批量生 产的条件下， 可以考虑使用万能机床配以专用的夹具， 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 本尽量降低。1工艺路线方案一工序I粗铣40 ©孔的两头的端面，©73 mm孔的上

12、下端面。工序H精铣©40孔的上下端面。工序皿粗镗，半精镗,精镗©55至图样尺寸。工序W钻，扩铰两端©22孔至图样尺寸。工序V钻M8的螺纹孔，钻©8的锥孔钻到一半攻M8的螺纹。工序W铣断保证图样尺寸。工序去剌，检查。2工艺路线方案二工序一：退火工序二：粗、精铣 22 mm、55 mm 的下表面，保证其粗糙度为 3.2 um工序三：以22 mm 的下表面为精基准，粗、精铣 22 mm 的孔的上表面，保证其粗糙度为 3.2 um, 其上、下 表面尺寸为 50mm工序四：以22 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精 铰22 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6

13、 um , 垂直度误差不超过 0.05mm工序五：以22 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗55 mm 的孔，保证其内表面粗糙度为 3.2 um工序六；以22 mm的下表面为精基准，粗、精铣 55mm 的 上 表 面 ， 保 证 其 与 孔 的 垂 直 度 误 差 不 超 过 0.07mm ，其上、下表面尺寸为 30mm工序七：铣断工序八：以22 mm的孔为精基准，钻8 mm的锥孔的一 半，装配时钻铰工序九：以22mm 的孔为精基准，钻6 mm的孔，攻M8 的螺纹工序十：以22 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为 6.3um工序十一：检查3工艺路线方案三工序一；退火工序二：粗、精铣 22

14、 mm、55 mm 的下表面，保证其粗 糙度为 3.2 um工序三：以22 mm 的下表面为精基准，粗、精铣22 mm、55 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um ,22 mm 的上、下表面尺寸为 50mm ,55 mm 的上、下表面尺寸为 30mm工序四：以22 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精 铰22 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um , 垂直度误差不超过 0.05 mm工序五：以22 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗 55 mm 的孔，保证其内表面粗糙度为 3.2 um工序六：以22 mm的孔为精基准，钻 8 mm的锥孔的一 半，装配时钻铰工序七：以22 mm

15、的孔为精基准，钻 側mm的孔，攻M8 的螺纹工序八：铣断工序九：以22 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为 6.3um工序十：检查3.工艺方案的分析与比较。上述工艺方案的特点在于：方案一是光加工与©22mm 的孔有垂直度要求面再加工孔，而方案二恰恰相反，先是加工完©22mm的孔，在以孔的中心轴线来定位加工与之有垂直度要求的三个孔面， 方案一 装夹次数少，但在加工 ©22mm 的时候最多只能保证一个面定位面与 之与之有垂直度要求，其他两个面很难保证，因此，此方案有很大弊 端。方案二在加工三个面时都是用 ©22 孔的中心轴线来定位，这样很容易就可以保证

16、其余三个面的为制度要求。所以综上最终方案为： 工序I粗铣©40孔的两头的端面。工序H钻，扩铰两端©22mm孔至图样尺寸。工序皿粗铣中间孔上端面。工艺方案的分析与比较。 上述工艺方案的特点在于：方案一是光以拔叉底面为精基准，加工 © 22 两小孔，然后再加工 ©55 孔，而方案二则与此相反光以 ©22 外圆 为基准加工 ©55 孔，在通过定位加工 ©22 两小孔，两相比较可以看 出，先加工 ©22 小孔，再加工 ©55 孔，这时的位置精度较易保证， 并且定位及装夹都比较方便， 而且两方案中的工序嗾使相等的，

17、 只需 将方案一与方案二中的某些工序相接合， 取长补短， 做出更好的工艺 路线，具体工艺过程如下：工序一；退火工序二：粗、精铣 22 mm、55 mm 的下表面，保证其粗 糙度为 3.2 um ，可采用 X6140 卧式铣床专用夹具。工序三：以22 mm 的下表面为精基准，粗、精铣22 mm、55 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um , 22 mm 的上、下表面尺寸为 50mm ,55 mm 的上、下表面尺寸为 30mm ，采用 X6140 卧式铣 床专用夹具。工序四：以22 mm的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰22 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um ,垂直度误差不超过

18、0.05 mm ，可采用多刀具组合 机床。工序五：以22 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗 55 mm的孔，保证其内表面粗糙度为 3.2 um，采用T616卧式镗床专 用夹具。工序六：以22 mm的孔为精基准，钻 8 mm的锥孔的一 半，装配时钻铰 ，采用 Z525 立式钻床加专用夹具。工序七：以22 mm 的孔为精基准，钻側mm的孔，攻M8 的螺纹，采用 Z525 立式钻床专用夹具。工序八：铣断，去毛刺，采用 X60 卧式铣床加专用夹具。工序九：以22 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为 6.3um ，采用 X60 卧式铣床加专用夹具。工序十：检查，入库。（五）机械加工余量，工序尺寸

19、及毛坯的确定“CA6140 拨叉”零件材料 為 HT200 ，硬度為 190-210HB, 重量為1.0kg ，生產类型为重中批生产，采用在金属模机器造型，查机械 制造工艺简明手册以下简称简明手册表 2.2-5 知；毛坯的加工 余量的等级为4，尺寸公差CT为8查表2.2-4单侧加工时，其加工 余量为 2.0mm, 双侧加工时，每册加工余量为 1.5mm1. 根据上述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) ©22孔的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表2.3-8得，各加工余量分别为精绞0.06mm、粗绞0.14mm、扩孔1.8mm、

20、钻孔20mm，总余量为 22mm (由于该处孔径较小，未先预铸孔，故用©20的钻头钻出©20 的孔)。(2) ©55孔的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表 2.3-9得，各加工余量分别为粗 镗4mm、半精镗0.5mm、总余量为 5mm (该处先已预铸出©50 的孔)。(3) ©22的两个上端面的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表 2.3-21得，各加工余量分别为精铣1mm、粗铣2mm，总余量为3mm。(4) 拨叉底面的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表 2.3-21得，其粗铣的加工余量 为 2mm。2、为了更直观一些，做

21、表如下加工孔加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸©55孔铸件5CT12©50 ±2.8加工平面加工内容加工余量基本尺寸铸件6.0粗铣©22孔下端面4.056.0粗铣©55孔下端面4.031.0粗铣©22孔上端面4.052.0精铣©22孔下端面1.051.0精铣©22孔上端面1.050.0精铣©55孔上端面1.0 X230.0粗铰精铰0.06IT7©22o+°.°21©21.94 o+°.°33粗镗半精镗0.5IT12IT11©22孔

22、20IT111.8IT9©52 ±0.15©53.25 o+w©20o+°.13©21.8o+°.°520.14IT8工件如图所示三、 夹具设计 （一）机床夹具的功用1、稳定保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证， 不受工人技术水平的影响，是一批工件的加工精度趋于一致。2、减少辅助工时，提高生产率 使用夹具装夹工件无需划线找证， 可显著地减少辅助工时， 方便快捷； 可提高工件刚性，使用较大的切削用量；可实现多件、多工位同时装 夹，可采用高效夹紧机构，提高劳动生产率。3、扩大机

23、床使用范围，实现一机多能根据加工机床的成形运动， 附以不通类型的夹具， 可扩大机床的工艺 范围，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。（二）问题的提出本夹具主要用来钻M8两个小孔，这两个小孔对©40上端面有 个的位置度要求。（三）夹具设计1、定位基准的选择由零件图可知，M8两小孔相对于两个©40孔上端面有位置度 要求，其设计基准就是©40孔上端面，为了使定位误差为零，应选 择以 ©22 孔为定位基准，采用“一面两孔”进行定位，即用一个平 面，限制 3 个自由度和一个短圆柱销，一个销边销共限制了 3 个自 由度，达到完全定位。

24、2、定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差的确定。 夹具的主要定位元件为一个平面、 以短圆柱销一个销边销， 短圆柱销和销边销的尺寸与公差现规定与本 零件©22 孔的尺寸与公差相同 :即©22+00.021所谓定位误差， 是指由于定位造成的加工面相对于工序基准的位置误 差，因为对于一批工件而言，刀具经调整后位置是不动的，即被加工 表面的位置相对于定位基准是不变的， 所以定位误差就是工序基准在 加工尺寸方向上的最大变动量。（2）造成定位误差的原因： 由于定位基准与工序基准不一定引起的定位误差，称基准不重 合误差，即工序基准对定位基准在加工方向上的最大变动量， 用AB表示。由于定位

25、副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称为基 准定位误差，即定位误差的相对位置在加工尺寸方向上的最大 变动量。3、夹紧装置的设计要求 夹紧装置是夹具的重要组成部分，合理设计夹紧装置有利于保证 工件的加工质量。 提高生产率和减轻工人的劳动强度， 因此对夹紧装 置提出以下要求：（1）工件在夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所获得的正确位置（2）夹紧力的方向应可靠、适当。也就是即要保证工件在加工过程 中不产生移动或震动， 同时又必须使工件不产生不适当的变形和表面 损伤（3）夹紧动作要准确迅速，以便提高生产效率（4）操作简便，省力，安全，以改善工人的劳动条件，减轻劳动强 度（5）结构简单，易于制造4、

26、夹紧力的方向（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件的准确性和可靠性，一般要求 夹紧力的方向应指向主要定位基面， 把工件压向定位元件的主要定位 表面上。（2）夹紧力方向应使工件变形尽可能变小，使工件的夹紧部分属于 套筒零件，显然轴向夹紧要比要比径向夹紧使工件变形要小。（3）夹紧力方向应使所需夹紧力可能小， 在保证夹紧可靠的前提下， 减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度， 提高生产效率， 同时可以使机 构轻便，紧凑以及减少工件变形， ，为此，应使加紧力 Q 的方向最好 与切削力下，工件重力 G 的方向，这时所需夹紧力为最小。5、夹紧力的作用点（1）夹紧力作用点应靠近支撑元件的几何中心，或几个支撑元件所形成的支撑面内(2) 夹紧力的作用点应落在工件刚度较好的部位上(3) 夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面，这样可以减小切削 力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支 撑并施加附加夹紧力。(四) 夹具各零件尺寸(图)ft&qu