拨叉铣床夹具设计说明

1、目录*、设计题目.1二、拨叉的工-艺分析.2三、工-艺设计与计算.4四、工-艺路线的拟疋.6五、工序顺序的安排 .8六、确疋工路线.9七、工-艺装配选10算10九 、切削用量、时间定额的计算11十、时间定额的计算12十一、夹具设计 14十二、设计感想18参考资19十四、附录、设计题目图1-1为CA6140车床拨叉的零件图和三维图样。已知：Q=8500台/年，m=1件/台，7.0 10 6kg/mm，工件工作过程中不会受到冲击载荷，毛坯选用铸件。试为该拨叉零件编制工艺规程。图1-1拨叉零件图和三维图样二、拨叉的工艺分析1. 零件的作用题目给定的零件是CA6140车床拨叉，该拨叉主要位于机床的变速

2、机构中，主要起换挡作用，使主轴回转运动按照要求工作。拨叉头以孔套在变速叉轴上， 并用销钉经8mm孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需 要改变主轴回转速度的时候，扳动变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵 槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴 上滑动与其他齿轮啮合，从而改变主轴的回转速度。2. 零件的技术要求该拨叉全部技术要求全部列于表 3-1中。表2-1 CA6140车床拨叉技术要求表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/mm22mm 孔cc 0.02122o（H7）IT71.6拨叉头顶面50IT123.2拨叉脚两端

3、 面20 0.21IT113.2丄 0.07 A（d11）拨叉脚内表 面55。0.5（ H12）IT123.2拨叉脚两端侧面73 00 5（ H12）IT126.3M8螺纹孔M88锥销孔8IT71.6拨叉脚切断端面2IT146.33. 零件的分析1. 由表2-1可知,该拨叉共有两组加工表面,一组是22mm的孔及其上端面、 孔壁上8mm的锥销通孔和M8的螺纹孔；一组是73mm的两圆弧面和 55mm内 弧面。其中，拨叉脚两侧 73mm圆弧面和拨叉头上端面有一定的位置精度：（1）拨叉头上端面与 22mm的拨叉头孔的垂直度误差为0.05 ；（2）拨叉脚两侧73mm圆弧面与22mm的拨叉头孔的垂直度误差

4、为0.072. 为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷， 为增强其耐磨性，该表面 要求高频淬火处理，硬度为4858HRC4. 生产类型确定零件的年产纲领可按下式计算:N Qm(1+a% (1+b%式中N 零件的生产纲领（件/年）Q 产品的年产量（台、辆/年）M 每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）a% 备品率，一般取2%4%b% 废品率，一般取0.3%0.7%表2-2不同机械产品的零件质量型别表机械产品类别加工寒件的质虽/'kg隶私零件中墩零杵轻垦零件魁子工业机械>304-30<4机床>501

5、5-50< 15敢型机憾表2-3机械加工零件生产类型的< 100表2-3机械加工零件生产类型的划分年生r领丿件、产品娄瘟廉型忑件中槪零件轻唧零件由设计题目可知，产Q=8500台'，m=1 件/台，7.0 1Qo6Lkg/mm3，则其生产纲领N=8生 质量5001( 1+ ( 215-1044 0%、(1+ ( 03%20 - 200厶0 7%)、 =893194八100-50059件/年UUU1 - ( 1 T (厶中批/0 *T( 1 T ( U.O100-300200-500500-5000为 1.0kg%，查表 2-2可知属于轻型零件，再查表50D -23'得

6、该类拨叉的生产类型为大量生产。尢址生产1000血上5000500OOU±三、工艺设计与计算1. 选择毛坯零件材料为HT2O0因为零件在工作运行过程中不受任何冲击，且零件结构 又比较简单，故选择铸件毛坯。2. 毛坯尺寸公差与加工余量确定 求最大的轮廓尺寸由设计题目要求可知其轮廓尺寸，长 160mm宽73mm高50mm故最大轮廓尺 寸为140mm 选取公差等级CT由铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得公差等级CT范围812级,取10级。 求铸件尺寸公差拨叉头端面公差为2.8mm拨叉头22mm孔的公差为2.4mm拨叉脚55mm孔公差为2.8mm> 求加工余量等级由铸造方法按机

7、器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得机械加工余量等级范围为EG级，取为F级。 求RMA（要求的机械加工余量）由最大轮廓尺寸160mm机械加工余量等级为F级，查表得RMA数值为1.5mm求毛坯基本尺寸拨叉头孔壁上的锥销通孔和螺纹孔较小，铸成实心;（1）拨叉头顶面 单侧加工由式求出，即R F RMA CT/2 50 1.5 2.8/2 52.9mm（2） 拨叉脚两端面双侧加工由式求出，即R F 2RMA CT/2 20 3 1.224.2mm（3） 拨叉脚内表面内腔加工由式求出，即R F 2RMA CT/2 55 3 1.450.6mm（4） 拨叉脚两端面侧面单侧加工由式求出，即R F 2RMA CT

8、/2 73 3 1.6 68.4mm拨叉头铸件毛坯尺寸公差与加工余量见表2-4.加工表面铸件公差等级CT加工面基本尺寸mm铸件尺寸公差/mm机械加工 余量等级RMA /mm毛坯本尺寸mm拨叉头顶面10502.6F1.552.9拨叉脚两端面10202.2F1.524.2拨叉脚内表面10552.8F1.550.6拨叉脚两端面 侧面10732.8F1.568.43. 毛坯图的绘制根据以上所得参数，用UG软件制图四、工艺路线的拟定1. 定位基准的选择精基准选择根据该拨叉零件的技术要求，选择拨叉头叉轴孔22o0.021mm作为精基准，零件上的加工表面都可以采用它作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。

9、拨叉 轴孔22o0-021 mm的中心线是设计基准，选用其作精基准定位加工拨叉脚两侧73mm圆弧面和锁销孔8mm，实现了设计基准和工艺基准的重合， 保证了被加 工表面的垂直度要求。而选用拨叉头上端面作为精基准是遵循了 “基准重合”的原则，从设计图纸上可知拨叉头上端面与拨叉 头叉轴孔的中心线之间的位置精度较高，且该端面是拨叉脚两侧73mm圆弧面的设计基准粗基准选择该拨叉不加工表面只有底面和叉轴孔的外轮廓表面，为保证零件加工相对于不加 工表面具有一定位置精度的原则，选叉轴孔外轮廓表面作为粗基准。采用叉轴孔 外轮廓表面作粗基准加工叉轴孔面， 可以为后续工序准备好精基准；再采用加工 过的叉轴孔作为精基

10、准加工上端面， 这样遵循了粗基准不重复使用的原则， 同时能保证拨叉头上端面与22o0.021 mm叉轴孔的垂直度2. 零件表面加工方法选择根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加 工方法，如表3-1所示。表3-1拨叉零件各表面加工方案加工表面加工经济精度IT加工情况表面粗糙度Ra/ m备注拨叉头上端面IT10粗铳t精铳3.222 mm轴孔IT8钻-粗铰-精铰1.6铳拨叉脚73 mm圆弧IT12粗铳t半精铳t精铳3.2铳拨叉脚另一侧73 mm圆弧IT12粗铳T半精铳T精铳3.255 00.5mm 孔IT10粗镗T精镗3.2M8螺纹孔IT10钻t铰t攻螺纹3.28mm

11、锥销孔IT10钻T铰3.2拨叉切断面IT14粗铳端面6.33. 加工阶段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。在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头上端面和叉轴孔）准备好，使后续工序都 可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后完成拨叉头上端面、 拨叉脚两侧 73mm圆弧面和73。0.5mm孔的粗铣，55。0.5 mm孔的粗镗以及叉轴 孔、M8螺纹孔和8mm锥销孔的钻孔；半精加工阶段，完成拨叉脚上端面和拨叉 脚两侧73mm圆弧面的半精铣，叉轴孔、M8螺纹孔和8mm锥销孔的铰孔工艺 以及55o05mm孔的半精镗；在精加工阶段，进行拨叉脚两侧73

12、mm圆弧面的精铣、叉轴孔的精铰、M8螺纹孔的攻螺纹，以及最后铸件的切断。4. 工序的集中与分散本例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大量生产，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，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求五、工序顺序的安排1. 机械加工工序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准一拨叉头上端面和叉轴孔22 00021 mm。（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3 ）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面：拨叉头

13、上端面和叉轴孔2200021 mm，后加工次要表面：73o0.5mm孔。（4）遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉头上端面，再加工叉轴孔22o0.021mm孔；先铣拨叉脚两侧 73mm圆弧面，再钻或铰叉轴孔、M8螺纹孔和8mm锥销孔。2热处理工序铸件成型后，进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除 毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。 拨叉脚内孔两凹端面在精加工之 前进行局部高频淬火，提高其耐磨性。3辅助工序在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终 检工序。综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：基准加工一一主要表面粗加工及一些余量 大的表面粗加工一

14、一主要表面半精加工和次要表面加工一一热处理一一主要表 面精加工。六、确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表2- 11列出了拨叉的工艺路线表3-2拨叉工艺路线及设备、工装的选用工 序 号工序名称机床设备刀具量具1初检2退火3粗精铣拨叉头上端面立式铣床端铣刀游标卡尺4钻孔，粗扩、精扩、倒角、 铰直径22叉轴孔钻床麻花钻，扩孔 钻，铰刀游标卡尺，赛 规5粗铣，半精铣拨叉脚下端面 及拨叉脚直径55内圆表面， 与拨叉脚下端面侧面卧式铣床端铣刀，周铣 刀游标卡尺6粗铣，半精铣拨叉脚上端面 与拨叉脚上端面侧面卧式铣床端铣刀，周铣 刀游标卡尺7加工M8螺纹孔及攻螺纹钻床麻花钻、丝锥游标卡尺，赛

15、 规8加工8插销孔钻床麻花钻，扩孔 钻，铰刀游标卡尺、赛 规9精铣拨叉脚上下端面卧式铣床端铣刀游标卡尺10铣断铣床二面刃铣刀11中检赛规、百分 表、卡尺等12校正拨叉脚钳工台手挫13清洗清洗机14终检赛规、百分表、 卡尺等七机床设备及工艺装备的选用1、机床设备的选用根据加工条件：工件材料：HT20Q硬度190260HBS c b=0.16Gpa,铸造。加工要求：粗铣，半精铣，精铣拨叉脚上端面与拨叉脚上端面侧面加工需求，保证端面粗糙度 Ra=3.2卩m保证侧壁粗糙度 Ra=6.3卩m选用X63卧式 铣床。2、工艺装备的选用本例拨叉的生产类型为大批生产，所选用的夹具均为专用夹具。3、刀具的选用刀具

16、：涂层硬质合金盘铣刀45mm选择刀具前角丫 o= + 5°后角a o二8°,副 后角a o' =8°,刀齿斜角入s= 10° ,主刃Kr=60° ,过渡刃Kr £ =30° ,副刃Kr' =5°过渡刃宽b £ =1mm八、工序计算1.工序5 粗铳、精铳拨叉脚下端73mm圆弧面第5道工序的加工过程为：1） 用小环面、短定位销和削边销将拨叉可靠定位；（图3-3）2）粗铣73mm圆弧面，保证工序尺寸 P1;（图3-4） 3）精铣73mm圆弧面，保证工序尺寸 P2,达到零件图设计尺寸两端 73mm

17、圆弧面间距为20 0.07 mm的要求。(图3-5)图3-4粗铣加工余量示意图-io ZO O O 1IXJ 11rxj d1IOJZ |1图3-5精铣加工余量示意图(1)由图3-5可知，P仁P2+Z2其中Z2为精铣余量，查表得 Z2=1mm且由设 计零件图知P2=20 °.°7 mm ,所以P仁21mm由于工序尺寸P2是在粗铣加工中保证的，查表5-30-知，精铣铣工序的经济加工精度等级可达到73mm圆弧面的最终加工要求一一IT12，因此确定该工序尺寸公差为IT12，其公差值为0.21mm故0.035P1 210.105 mm。(2)由图 3-4 可知，P0=P1+Z1其中

18、 Z1为粗铣余量，Z1=5-Z2=4mm且P1210.0350.105 mm，所以P0 250.0350.105 mm九、切削用量、时间定额的计算1.粗铣拨叉脚下端73 mm圆弧面该工序分两个工步，工步1是粗铣 73 mm圆弧面；工步2精铣73 mm圆弧 面。由于这两个工步是在一台机床上经两次走刀加工完成的， 定位不必更改，但 两工步所选用的切削速度v、进给量f和背吃刀量都不同。（1）背吃刀量的确定 工步1的背吃刀量ap1取为z1，所以ap1=5-1=4mm（2） 进给量的确定按机床功率为7.5kW 工件一一夹具系统刚度为中等条件 查表5-144得该工序的每齿进给量fZ取为0.2mm/ z 1

19、。 铣削速度的确定按端铣刀，取 d=50mm z=8计算，查表有,6=18.9，qv=0.2，T=180,Xv=0.1，yv=0.4，Cvd 0qvvc-km Xv yv Uv PvT a p f z a e zUv=0.1， Pv =0.1， m=0.15, kv=1， ap1 =4mm18 .9500.279 m / min015 010401 0T 79 m / min1804 0.2 5082精铣拨叉脚另一端 73 mm圆弧面(1)背吃刀量的确定a p2 =Z2=1mm.(2)进给量的确定按镶齿铣刀，表面粗糙度Ra=3.2,所以该工序的每转进给量Z 取为 0.1mm/r。）铣削速度的确

20、定d=50mm> z=8 计算：Cv=25，qv=0.2，Xv=0.1 几=0.4，Uv=0.5， Pv =0.1， m=0.15,kv=1， a p2 =1mm,100,cvd 0qv ,Vckm Xv yv Uv P -T a p f z a e z35500.20.15 01041001 0.1 50y550 .6m / min8十、时间定额的计算1.基本时间tj的计算（1）粗铣根据铣刀铣平面的基本时间计算公式tj （l I1 l2）/（f n）可求出该工序的基本时间；其中l=73mnr，12 =1，l1 0.5dc0(d Co) 2 0.5 50、0.04 50(50 0.04

21、50) 2 15.2mmfMz = f x n= fz xzx n= 0.2mm/zx 8z/r x 503r/min = 804.8rnrn /min t j (l I 1 I 2)/( f n) =(73+15.2+1) /804.8=6.7s(2)精铣根据铣刀铣平面的基本时间计算公式t j (l丨1 l 2)/( f n)可求出该工序的基本时间；其中 l=73mm l2 =1， l2 =15.2mm fMZ =f x n = 0.8mm/r x 322r / min = 257.6rnrn /mint i(l l 1l 2) /( f n)t jl 1l 2= (73+15.2+1) /

22、257.6=20.8s2辅助时间ta的计算辅助时间tf与基本时间tj之间的关系为tf =(0.150.2) tj，这里取tf =0.15 tj , 则各工序的辅助时间分别为：t ft粗铣：=0.15 j =1s精铣：f =0.15 j =3.12s工序 5: 1+3.12=4.12s3, 其他时间的计算除了作业时间(基本时间与辅助时间之和)以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于拨叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间tb是作业时间的2%7%,休息与生理需要时间tx，是作业时间的2%4%, 本例均取

23、为3%，则各工序的其他时间(tb + tx)可按关系式(5%+ 3%) x (tj + tf )计算，它们分别为：粗铣其他时间：tb + tx=8%x( 6.7s + 1s) =0.616s ;精铣其他时间：tb + tx=8%x( 20.8s + 3.12s ) =1.91s ;4, 单件时间tdj的计算各工序的单件时间分别为：t .粗铣的单件时间：dJ = 6.7s + 1s + 0.616s = 8.316s ;t .精铣的单件时间：dj =20.8s + 3.12s + 1.91s=25.83s ;工序 5 的总时间 8.316+25.83=34.146s十一、夹具设计1. 机床夹具设

24、计要求1）保证工件加工的各项技术要求要求正确确定设计方案、夹紧方案，正确确定刀具的导向方式，合理制定夹具的 技术要求，必要时要进行误差分析与计算。2）具有较高的生产效率和较低的制造成本为提高生产效率，应尽量采用多件夹紧，联动夹紧等高效夹具，但结构应尽量简 单，造价要低廉。3）尽量选用标准化零部件尽量选用标准夹具元件和标准件，这样可以缩短夹具的设计制造周期，底稿夹具 设计质量和降低夹具制造成本。4）夹具操作方便安全，省力为便于操作，操作手柄一般应放在右边或前面 ：为便于夹紧工件，操纵夹紧件的 手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间：为减轻工人劳动强度，在条件允 许的情况下，应尽量采用气动，液压

25、等机械化夹紧装置。5）夹具应具有良好的结构工艺性所设计的夹具应便于制造，检验，装配，调整和维修。2. 机床夹具设计内容及步骤1）明确设计要求，收集和研究有关资料在接到夹具设计任务书后，首先要仔细阅读加工件的零件图和与之有关的不见装配图，了解零件的作用，结构特点和技术要求：其次要认真研究和加工件的 工艺规程，充分了解本工序的加工内容和加工要求， 了解本工序使用的机床和刀 具，研究分析夹具设计任务书上所选用的定位基准和工序尺寸。2）确定夹具的结构方案A. 确定定位方案，选择定位元件，计算定位误差。B. 确定夹紧方案，选择夹紧机构。C. 确定夹具具体的形式和夹具的总体结构。在确定夹具结构方案的过程中

26、，应提出几种不同的方案进行比较分析，选取其中 最为合理的结构方案。3）对夹具进行建模并绘制夹具的装配图夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均应按1:1绘制,以使所设计夹具有良 好的直观性。总图上的主观图，应尽量选取与操作者正对的位置。绘制夹具装配图可按如下顺序进行：画出工件；按夹紧状态画出夹紧装置：画 出其他元件或机构：最后画出家夹具体把上述组成部分联结成一体 ，形成完整的 夹具.在夹具装配图中，被加工件视为透明体。4）确定并标注有关尺寸，配合及技术要求A夹具总装配图上应标注的尺寸a. 工件与定位元件间的联系尺寸，例如,工件基准孔与夹具定位套的配合尺寸。b. 夹具与刀具的联系尺寸，例如钻套与定位

27、元件之间的位置尺寸及公差。c. 夹具内部的联系尺寸及关键件配合尺寸，例如,定位元件间的位置尺寸，定位元 件与夹具体的配合尺寸等。d. 夹具外形轮廓尺寸。B.确定夹具技术条件在装配图上需要标出与工序尺寸精度直接有关的下列各有 关夹具元件之间的相互位置精度要求。a. 定位元件之间的相互位置要求。b. 定位元件与联接元件（夹具以联接元件与机床相联）或找正基面间的相互位置 精度要求。c. 定位元件与导向元件的位置精度要求。5）绘制夹具零件图绘制装配图中非标准零件的零件图，其视图应尽可能与装配图上的位置一致3.专用铳床夹具设计切削力的计算：Cfa：f fzyza：fZFqv wfdo n查表得其中：修正

28、系数Kv 0.1Cf 30qf 0.83Xf 1.0Z=24yf 0.65U f 0.83ap 1.0Wf0代入求得F=889.4因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数k=k1k2k3k4其中：Ki为基本安全系数1.51K2为加工性质系数1.12K3为刀具钝化系数1.1K4为断续切削系数1.1所以最终求得F=1775.7夹紧力的计算：查表以及根据公式求得 Wf 8686.1Wk11.2由于工件所受夹紧力大于工件所受的切削力，而且实际夹紧力大于所需夹紧力 故本夹具安全可靠。1）夹具设计任务已知：工件材料为 HT20Q毛坯为沙型铸造机器造型，所用机床为卧式铣床X63,成批大量生产规模。试为该工序设计一铣床夹具。2）确定夹具的结构方案A确定定位元件根据工序简图规定的定位基准，选用两个小环面和一个短心轴及一个菱形销的定位配合，实现定位。其中两个小环面型块限 3个自由度，一个短心轴限制2 个自由度，一个菱形销限制1个自由度（即为一面两孔定位）。由上述分析可知，该定位方案合理、可行。b.确定夹紧机构针对成批大量生产的工艺特征，此夹具选用螺旋夹紧夹紧机构。螺旋夹紧机构 由压紧螺母、缺口村套、螺杆组成。采用手动夹紧装置。3）画夹具装配图4）在夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求夹具体上顶面与夹具体下平面平行度要求取 0.05，夹具体上装配菱形销，支 撑钉，短心轴处孔中心线与夹