“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程与典型夹具

1、机械制造技术课程设计讲稿XXX机械与材料工程学院机械制造技术课程设计任务书机械与材料工程学院专业200 年级学生:题目：设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程与典型夹具(中批量生产)主要容：1绘制零件的毛坯图或零件毛坯综合图(A3) 2设计零件的机械加工工艺规程，并填写：（1）整个零件的机械加工工艺过程卡（A4）；（2）所设计夹具对应工序的机械加工工序卡（A4）。3设计某工序的夹具一套，绘出总装图（A2）。4编写设计说明书。指导教师：班 级：学 生：年 月 日附一：零件图机 械 制 造 技 术课程设计说明书设计题目: 设 计 者学 号指导教师XXXX 机械与材料工程学院2010 年

2、 月 日摘 要（仅供参考）初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成了一项工程基本训练。运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决××零件在加工中的定位，夹紧以与合理制订工艺规程等问题的方法。对××零件××道工序进行了夹具设计，学会了工艺装备设计的一般方法，提高了结构设计的能力。18 / 24前 言机械制造技术课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以与专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系

3、实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以与今后的工作打下一定的基础。对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。由于所学知识和实践的时间以与深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。目 录第1章 机械加工工艺规程设计11.1零件的分析2（省略若干容）第2章

4、 机械加工工序设计162.1工序简图的绘制18（省略若干容）第3章 夹具设计313.1概述32（省略若干容）设计小结41参考文献53目录：要求到二级目录，每节的标题首行缩进1中文字符。使用“两端对齐”。注意空格的数量和英文的大小写。第1章 机械加工工艺规程设计1.1 零件的分析（1）零件的作用题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）它位于车床变速机构中，主要起换档的作用，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拨动滑移齿轮时，如果槽的尺寸精度不高或间隙很大，滑移齿轮就得不到很高的位置精度，所以，宽度为18+0.0120mm的槽和滑

5、移齿轮的配合精度要求很高。（2）零件图的工艺审查了解产品的工作原理和主要性能、明确零件在机器中的安装位置与作用；分析零件图上主要表面的尺寸公差和技术要求，明确主要技术条件的合理性与关键性技术问题；审查零件的结构工艺性；检查零件图的完整性（尺寸、视图、技术条件等）。工艺审查的作用：零件图的工艺分析是制订工艺规程的准备工作，着重了解、分析设计对象，为工艺设计打下基础。工艺审查中可对不合理的设计提出修改意见，会同有关设计部门共同研究，按规定手续进行必要的修改。以拨叉为例讲解零件的工艺分析：CA6140拨叉共有两组加工表面：以花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括Ø25+0.230mm的六

6、齿方花键孔、Ø22+0.280花键底孔两端的2×150倒角和距中心线为27mm的平面。以工件右端面为基准的8+0.030 mm的槽和18+0.0120mm的槽。经上述分析可知， 对于两组加工表面，可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。1.2 确定毛坯根据生产类型，零件的结构、形状、尺寸与材料等选择毛坯的制造方式和精度。（1）选择毛坯的类型和制造方法零件的材料与力学性能当零件的材料选定后,毛坯的类型就大致确定了。例如，材料为铸铁，就选择铸造毛坯；材料是钢材且力学性能要求高时，可选锻件等。零件的结构、形状、尺寸形状复杂的毛坯常用铸造方法。薄壁零件不可用砂型铸造

7、；常见的一般用途的钢质阶梯轴零件，如各台阶的直径相差不大，可用棒料；如各台阶的直径相差较大，宜用锻件等。生产类型大量生产时应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如金属型铸造、精密铸造、模锻、冷冲压、粉末冶金等，使毛坯的形状更接近于零件的形状。在单件小批生产中，一般采用木模手工砂型铸造和自由锻造。生产条件充分考虑使用新工艺、新技术和新材料的可能性。确定毛坯精度查阅有关工艺手册。（2）绘制毛坯图查阅有关机械加工工艺手册，确定各表面的机械加工总余量与余量公差，并绘制毛坯图。绘制毛坯图的步骤：用双点画线画出经简化了次要细节的零件图的主要视图，将已确定的加工余量加在各相应的被加工表面上，用粗实线表示，

8、即得到毛坯轮廓。在图上标出毛坯主要尺寸与公差，标出加工余量的名义尺寸。标明毛坯的技术要求，如毛坯精度、热处理与硬度、圆角尺寸、分型面、起模斜度、表面质量要求等。以拨叉为例讲解毛坯的确定：零件材料HT250、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。经查金属机械加工工艺人员手册表5-5取等级为2级精度底面与侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。毛坯零件图如下图：1.3 工艺路线的拟定（1）定位基准的选择基准选择是拟定零件加工工艺路线的关键，应将粗

9、、精基准的选择原则结合被加工零件的结构特点和技术要求灵活运用，并加以论证。以拨叉为例:精基准的选择为保证定位基准和工序基准重合，以零件的A面为精基准。粗基准的选择因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以40的外圆表面作为粗基准。（2）零件表面加工方法的确定依据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再考虑各粗、精加工阶段的加工方法。决定各表面加工方法时还应对照每种加工方法所能达到的经济加工精度，先主要表面，后次要表面。加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra（m）加工方案备注花键底孔IT73.2钻扩拉查表槽8+0.030mmIT81.6粗铣精铣查表槽18+0.01

10、20mmIT63.2粗铣精铣磨查表B面IT93.2粗铣精铣查表端面AIT93.2粗车精车查表端面CIT116.3粗车精车查表（3）热处理工序的安排模锻成型后切边,进行调质,调质硬度为241HBS285HBS。槽两侧面在精加工之前进行局部高频淬火，提高耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。（4）工序的集中与分散由于中批量生产，采用工序的分散。粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角作为一道工序。工序二拉花键，工序三铣削B面，工序四铣削8+0.030mm的槽，工序五铣削18+0.0120mm的槽。（5）工艺路线的拟订方案一粗、精车端面钻、扩花键底孔倒两端15°倒角粗、精铣削

11、B面铣削8+0.030mm的槽铣削18+0.0120mm的槽磨18+0.0120mm的槽拉花键。 方案二粗、精车端面钻、扩花键底孔倒两端15°倒角拉花键铣削B面铣削8+0.030mm的槽铣削18+0.0120mm的槽磨18+0.0120mm的槽。方案分析：上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案中铣削B面和上下两槽等工序时，很难对工件进行定位和夹紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的后面几道工序就很容易对工件进行定位与夹紧，即以花键中心线和A面作为后面几道工序的定位基准，通过螺旋夹紧。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合

12、理。以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程卡片”1.4 加工设备和工艺装备的选择（1）机床的选择粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。以40mm圆柱面为粗基准。选用C3163-1转塔式六角车床与三爪卡盘夹具。拉花键。以A面为基准，选择卧式拉床。铣削槽B面。以花键的中心线与A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具。铣削8+0.030mm的槽。以花键的中心线与A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具。铣削18+0.0120mm的槽。以花键的中心线与A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具，立轴矩台平面磨床。（2）刀具的选择直径20mm钻头，直径21mm扩孔钻，倒角刀具1

13、5°锪钻，单面齿升量为0.06mm的花键拉刀，直径为50mm齿数Z8标准镶齿圆柱铣刀，高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8），砂轮GZ46KV6P350×40×127。1.5 机械加工工艺过程卡片的填写详见附表1“机械加工工艺过程卡片”。第2章 机械加工工序设计2.1 工序简图的绘制（1）工序简图的绘制原则工序简图以适当的比例，最少的视图，表示出工件在加工时所处的位置状态，与本工序无关的部位可不必表示。一般以工件在加工时正对操作者的实际位置为主视图。工序简图上应标明定位、夹紧符号，以表示出该工序的定位基准、定位点、夹紧力的作用与作用点。本工序的各加工表面用粗实线表示，

14、其他部位用细实线表示。加工表面上应标注出相应的尺寸、形状、位置精度要求和表面粗糙度要求。与本工序加工无关的技术要求一律不标。定位与夹紧符号按标准的规定选用。（/T5061-2006）（2）举例2.2 工序余量的确定工序余量是指在一道工序中所切除的金属层厚度。确定工序余量的方法有计算法、经验估计法、查表法。一般按查表法确定工序间的加工余量。其选用的原则如下：应采用最小的加工余量。加工余量应保证得到图样上规定的精度和表面粗糙度。要考虑零件热处理时引起的变形。要考虑所采用的加工方法、设备以与加工过程中零件可能产生的变形。要考虑被加工零件尺寸，尺寸越大，加工余量越大。要考虑被加工零件工序尺寸公差的选择

15、。本道工序余量应大于上道工序留下的表面缺陷层厚度。本道工序余量应大于上道工序尺寸公差和几何形状公差。举例：铣削8+0.030mm槽工序加工工件尺寸：8+0.030mm , 长度L=40mm，加工总余量为8 mm。粗铣加工余量6 mm，精铣加工余量1 mm。2.3 工序尺寸的确定（1）工艺基准与设计基准重合时工序尺寸与公差的计算只要确定了各工序的加工余量和各工序所能达到的经济精度之后，就可以计算出各工序的尺寸与公差。步骤：先订工艺路线，查工艺手册，得出加工余量，确定经济加工精度与表面粗糙度，查表由最后一道工序向前推算出各工序尺寸、公差等（2）工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸与公差的计算需要解算

16、尺寸链（3）举例：2.4 切削用量的确定首先选取尽可能大的被吃刀量；其次根据机床动力和刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选取尽可能大的进给量；最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定切削速度。举例（1）选择刀具：由加工尺寸公差0-0.3 。所以铣刀精度为精密级K8铣刀参数：L=8mm D=63 d=22 d1=34 ro=15°ao=12°an=6°Z=16（2）选择切削用量：由于槽的深度为8mm, 故一次走完，ae=8mm ap=8mm由切削用量简明手册表3.3 确定f=0.15-0.3mm/r 现取f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z

17、（3） 选择铣刀磨钝标准与刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：T=100min其中（4） 决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由切削用量简明手册3.27的公式Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)·Kv Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)&#

18、183;Kv =82.86m/minn=1000×Vc/do=1000×82.86/3.14×63=418.87r/min根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min实际速度Vc=donc/1000=74.2m/min 选Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min 根据X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/minfzc=110/375×16=0.018mm/z（5）机床功率：根据切削用量简明手册表3.28 公式 圆周力 fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF)KFC KTV=0.90 KMFC=0.94由表28 得 C

19、F=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83，KFC=1.28 Fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF)KFC=30 X 8 X 0.018 X 8/ 63 X 375 =505.6 N M=FCdo/2×103=15.9NM Pc=FcVc/1000=1.18km 根据X62W型铣床说明书，功率足够。2.5 时间定额的计算基本工时：根据 切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)/Vf=(40+14)/110=0.49（min） L1+=14mm2.6 机械加工工序卡片的填写第3章 夹具设计3.1 概述（1）专用夹具设计的基本要

20、求保证被加工要素的加工精度。提高劳动生产率。具有良好的使用性能。经济性。（2）专用夹具设计的一般步骤和需要完成的任务明确设计要求，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部件装配图，了解零件的作用、结构特点和技术要求；其次，要认真研究加工件的工艺规程，充分了解本工序的加工容和加工要求，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。拟定夹具的结构方案,绘制夹具草图拟定夹具的结构方案时，主要解决以下问题：a.确定工件的定位方式，设计定位装置；b.确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置；c.确定对刀或导向方式，选择或设计对刀块或导

21、向元件。d.确定其他元件或装置的结构形式，例如分度装置、定位键等。e.确定夹具的总体结构与夹具在机床的安装方式。在确定夹具结构方案的过程中，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。方案审查必要的加工精度分析计算，必要的夹紧力分析计算，必要的零部件强度和刚度分析计算，请相关专业人员进行审查，方案优化。绘制夹具总图应按国家规定标准绘制，尽量采用1：1的比例，工件用双点划线绘制，并把工件视为透明体，尽量清楚表明夹具的定位原理与各元件的位置关系。夹具总图绘制顺序为：工件定位元件导引元件夹紧装置其它装置夹具体标注必要尺寸公差与技术要求编制夹具明细表与标题栏。对于夹具非标准零件要按总

22、图提出要求，画出零件图，并标注出全部尺寸，表面粗糙度、尺寸和形位公差、材料与热处理和技术要求。夹具总图上应标注的尺寸与公差在夹具总图上标注尺寸和技术要求的目的是为了便于绘制零件图、装配和检验。应有选择地标注以下容：a.夹具的外形轮廓尺寸；b.与夹具定位元件、导向元件以与夹具安装甚而有配合尺寸、位置尺寸与公差；c.夹具定位元件与工件的配合尺寸；d.夹具引导元件与刀具的配合尺寸；e.夹具与机床的联接尺寸与配合尺寸；f.其它主要配合尺寸。绘制夹具零件图夹具中非标准零件都必须绘制零件图，在确定这些零件尺寸、公差或技术要求时，应注意使其满足夹具总图的要求。3.2 夹具总体方案设计设计第4道工序铣宽为80

23、+0。03mm槽的铣床夹具。本夹具将用与X63卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀对工件进行加工。由于采用宽为80+0。022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。（1）确定定位方案，设计定位元件由零件图可知，宽为80+0。03mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。定位方案如图,采用一台阶面加一个轴定位，心轴限制，台阶面限制三个自由度，故重复限制，属过定位。但由于工件定位端面A与定位孔均精加工过，其垂直度要求比较高，另定位心轴与台阶端面垂直度要求

24、更高，这种过定位是可以采用的。定位心轴的左端面前方带一凸台,与工件花键配合,可限制一个自由度。（2）导向和夹紧方案，与其元件的设计为了确定刀具相对于工件的位置，夹具上应设置对刀元件，采用直角对刀块。夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。由于工件的批量不大，宜用简单的手动夹紧装置。如图，采用带开口垫圈的螺旋夹紧机构，使工件装卸迅速、方便。切削力与夹紧力的计算：刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，Ø63mm, Z=14Fz=CP·t0.83·Sz0.65·D-O.83·B·Z·kP (见切削

25、手册3-56表)解得 Fz =200 (N)其中CP=52， t=8mm, Sz=0.08mm/s, B=8mm, D=63mm, Z=14, kP=(HB/198)0.55在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K= k1 k2 k3 k4水平切削分力FH=1.1 Fz =220 (N)垂直切削分力Fv=0.3 Fz=60 (N)其中： k1为基本安全系数1.5 k1为加工性质系数1.1 k1为刀具钝化系数1.1 k1为断续切削系数1.1F,=KFH =1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 200=400 (N)实际加紧力为WK= KFH/U1U2=400/0.5=800 (N)

26、其中U1和U2为夹具定位面与加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为W=2M/D2tg(a+655)+0.66(D3- d3/ D2- d2)解得： W=1O405 (N)其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029, D=23mm d=16mm此时螺母的夹紧力W已大于所需的800(N)的夹紧力，故本夹具可安全工作。（3）夹具体设计夹具的定位、对刀、夹紧装置均装在夹具体上，使其成为一体，并能正确地安装在机床上。图采用铸造夹具体的铣槽工序专用夹具。夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置。定位心轴与

27、夹具体采用过渡配合，用锁紧螺母把其夹紧在夹具体上，用防转销钉保证定位心轴凸台朝前。夹具装配时，待定位心轴位置调整准确后，再拧紧锁紧螺母。此方案结构紧凑，安装稳定，具有较好的抗压强度和抗振性，但生产周期长，成本略高。（4）夹具装配总图与尺寸标注在上述方案确定基础上绘制夹具草图，征求各方意见，对设计方案进行改进，在方案正式敲定基础上，绘制夹具总装配图。标注尺寸与技术要求，根据其提供的方法与原理，可按下列步骤进行标注。标注夹具轮廓尺寸 如图所示，其最大轮廓尺寸（SL）为150mm（长），80mm(宽)，121mm（高）。影响定位精度尺寸 如图所示，心轴与工件配合尺寸22 H7/f6，该尺寸与公差影响定位精度，其公差选取按表选取。影响对刀精度的尺寸 直角对刀块水平面与心轴中心线尺寸为19 F7