拨叉零件机械加工工艺及夹具设计说明书.doc

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1、 . . 1 / 20目录1、零 件 的 分 析 31.1 零件的作用 31.2 零件的工艺分析 31.3 位置要求：32、工 艺 规 程 设 计 52.1 确定毛坯的制造形式 52.2 基面的选择 52.2.1 粗基准的选择：52.2.2 精基准的选择：52.3 制定工艺路线 62.3.1 工艺路线方案一：62.3.2 工艺路线方案二 62.3.3 工艺方案的比较与分析 72.4 机械加工余量、工序尺寸与公差的确定:83、 确定切削用量与基本工时 103.1 工序103.2 工序113.3 工序123.4 工序133.5 工序 V143.6 工序153.7 工序15 . . 2 / 203.

2、8 工序164、夹具设计 174.1 问题的提出 174.2 夹具设计 184.2.1 定位基准选择 184.2.2 切削力与夹紧力计算 184.2.3 定位误差分析 18参考文献:19 . . 1 / 201 零 件 的 分 析1.1 零件的作用题目所给的零件是 CA6140 车床的拨叉。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工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 22mm 孔与操纵机构相连，二下方的55mm 半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。1.2 零件的工艺分析零件的材料为 HT200，灰铸

3、铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以与加工表面之间的位置要求。需要加工的表面：1.小孔的上端面、大孔的上下端面；2.小头孔mm 以与与此孔相通的mm 的锥销孔、螺0.02102288M纹孔；3.大头半圆孔mm；551.3 位置要求：小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为 0.07mm。由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度与机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加 . . 2 / 20

4、工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证 . . 3 / 202 工 艺 规 程 设 计2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为 HT200。考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，应选择铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级 CT9 级，已知此拨叉零件的生产纲领为 5000 件/年，可确定该拨叉生产类型为大批生产，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，大量采用专用工装。2.2 基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺

5、过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无常进行。2.2.1 粗基准的选择： 以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。这样就可以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。2.2.2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔圆柱表面为辅助的定位精基准。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算，此处不再 . . 4 / 20重复。2.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度与位

6、置精度等技术要求能得到合理的保证。再生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。处此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。2.3.1 工艺路线方案一：工序 1 粗铣 40mm 孔的两头的端面，73mm 孔的上下端面。工序 2 精铣 40mm 孔的两头的端面，73mm 孔的上下端面。工序 3 粗镗、半精镗、精镗 55mm 孔至图样尺寸。工序 4 钻、扩、铰两端 22mm 孔至图样尺寸。工序 5 钻 M8 的螺纹孔，钻 8mm 的锥销孔钻到一半，攻 M8 的螺纹。工序 6 倒角，4R5mm。工序 7 铣断保证图样尺寸。工序 8

7、去毛刺，检验。2.3.2 工艺路线方案二工序 1 以毛坯底边为基准， 钻 20mm 孔, 扩孔至 21.8mm, 铰孔至 22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。工序 2 以底端面为基准，铣 40mm 上端面，保证其尺寸要求与粗糙度，与 22 的垂直度为 0.05。工序 3 以 40 为精基准，镗 55+0.5 0，镗 73+0.5 0 保 . . 5 / 20证其尺寸和粗糙度，与 22 孔的垂直度为 0.07。工序 4 以孔 40 为精基准，钻孔至 7mm, 铰孔至 8mm 确保孔粗糙度为 1.6。工序 5 以 22 孔为精基准，钻 7mm 孔。工序 6 以 40 上端面为精基准，攻 M8

8、mm 螺纹。工序 7 倒角，4R5mm。工序 8 以 22 孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为 4mm，使其粗糙度为 6.3。工序 9 去毛刺，检验。2.3.3 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工完与 22mm 的孔有垂直度要求的面再加工孔。而方案二悄悄相反，先是加工完22mm 的孔，再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的三个面。方案一的装夹次数少，但在加工 22mm 的时候最多只能保证一个面定位面与之的垂直度要求。其他两个面很难保证。因此，此方案有很大的弊端。方案二在加工三个面时都是用 22mm 孔的中心轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要

9、求。这样也表达了基准重合的原则。这样一比较最终的工艺方案为：工序 1 以毛坯底边为基准， 钻 20mm 孔, 扩孔至 21.8mm, 铰孔至 22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。工序 2 以底端面为基准，铣 40mm 上端面，保证其尺寸要求与粗糙度，与 22 的垂直度为 0.05。工序 3 以 40mm 为精基准，镗 55+0.5 0mm，镗 73+0.5 0mm 保证其尺寸和粗糙度，与 22mm 孔的垂直度为 0.07。 . . 6 / 20工序 4 以孔 40 为精基准，钻孔至 7mm, 铰孔至 8 确保孔粗糙度为 1.6。工序 5 以 22mm 孔为精基准，钻 7mm 孔。工序 6

10、 以 40mm 上端面为精基准，攻 M8mm 螺纹。工序 7 倒角，4R5mm。工序 8 以 22mm 孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4mm，使其粗糙度为 6.3。工序 9 去毛刺。工序 10 检验。2.4 机械加工余量、工序尺寸与公差的确定: “CA6140 车床拨叉”零件材料为 HT200，毛坯重量约为 1.6,生产类型为大批生产，采用砂型铸造毛坯。根据上述原始资料与加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸与毛坯尺寸如下：1.外圆表面（40mm 与 73mm 外表面）考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度 CT9 即可。又因它们是对称的两个零件最后还需铣断，故对 40

11、mm 的中心轴线的尺寸偏差为 1201.25mm 的围。2. 两小孔mm。0.21022毛坯为实心，两孔精度要求界于 IT7IT8 之间，参照切屑加工简明实用手册表 8-21 确定工序尺寸与余量：钻孔 21.8mm 2Z=21.8mm铰孔 mm 2Z=0.2mm0.210223.中间孔（55mm 与 73mm） . . 7 / 20中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺设计手册表1-13 得：孔的铸造毛坯为 49mm、 73mm 的孔是在 55mm 孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距离为 35mm，由于其对轴向的尺寸要求不高，直接铸造得到。参照切屑加工简明实用手册表 8-95

12、 确定 73mm 工序尺寸与余量：粗铣 71mm Z=4mm精铣 73mm Z=1mm参照切屑加工简明实用手册表 8-95 确定 55mm 工序尺寸与余量粗镗 53mm2Z=4mm半精镗：54mm精 镗：55mm4.螺纹孔与销孔无可非议此销尺寸铸造为实体。参照切屑加工简明实用手册表 8-70 确定钻 8mm 螺纹孔和8mm 圆柱销孔与螺纹孔的攻丝。5.铣断 . . 8 / 203 确定切削用量与基本工时3.1 工序 1以毛坯底边为基准，钻 20mm 孔, 扩孔至 21.8mm, 铰孔至22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。加工条件工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.1

13、6Gpa，铸造。加工要求：钻孔至 21.8mm，精铰至 22mm，保证孔壁粗糙度Ra=1.6m。机床：Z512 台式钻床。刀具：YG8 硬质合金麻花钻 21.8mm，钻头采用双头刃磨法，后角12、二重刃长度=2.5mm、横刀长 b=1.5mm、宽 l=3mm、ob棱带长度 、 、。YG8 硬mml5 . 11120210030质合金铰刀 22mm。计算切削用量查切削用量简明手册 。 rmmf/1 . 1 按钻头强度选择 按机床强度选择，rmmf/75. 1rmmf/53. 0最终决定选择机床已有的进给量 。rmmf/1 . 1钻头磨钝标准与寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册 ）为 0.5.mm

14、，寿命min60T切削速度查切削用量简明手册 修正系数 rmmvc/120 . 1TVK 故。0 . 1MVK0 . 1tvK0 . 1Kxv0 . 11vK10apvKrmmvc/12 . . 9 / 20，查简明手册机床实际转速为min/46510000rdvns。故实际的切削速度。min/460rncsmndvsc/52. 010000计算基本工时snfLtm745. 127210303.2 工序 2以底端面为基准，铣 40mm 上端面，保证其尺寸要求与粗糙度，与 22mm 的垂直度为 0.05。加工条件工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。加工要求

15、：粗铣两头端面至 51mm、粗铣大孔端面至 30mm。机床：X52K 立式铣床参数。刀具：涂层硬质合金盘铣刀 45mm，选择刀具前角 o5后角 o8，副后角 o=8，刀齿斜角 s=10,主刃Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr=5过渡刃宽 b=1mm。计算切削用量（1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。（2）计算切削速度 按简明手册V c=vpvvevzvpmvovKZuayfXaTqdC算得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据 X52K 立式铣床参数，选择 nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削

16、速度 V c=3.1480475/1000=1.06m/s,实际进给量为 . . 10 / 20f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。（3）校验机床功率 查简明手册Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为 PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=1.06m/s，fz=0.15mm/z。3.3 工序 3以 40 为精基准，镗 55+0.5 0mm，镗 73+0.5 0mm 保证其尺寸和粗糙度，与 22mm 孔的垂直度为 0.07。加工条件工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16G

17、pa，铸造。加工要求：粗铣中间孔上端面至 22mm，周径至 71mm；粗铣中间孔下端面至 24mm，周径至 71mm；精铣两头孔的端面至50mm；保证粗糙度 Ra=3.2m；精铣中间孔上端面至 20mm，周径至73mm；精铣中间孔下端面至保证 20mm,周径至 73mm，保证端面粗糙度 Ra=3.2m，保证孔壁粗糙度 Ra=6.3m。机床：X63 卧式铣床。刀具：涂层硬质合金盘铣刀 45mm，选择刀具前角 o5后角 o8，副后角 o=8，刀齿斜角 s=10,主刃Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr=5过渡刃宽 b=1mm。计算切削用量（1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=4m

18、m，一次走刀即可完成所需长度。（2）计算切削速度 按简明手册 . . 11 / 20V c=vpvvevzvpmvovKZuayfXaTqdC算得 Vc98mm/s，n=780r/min,Vf=490mm/s据 X52K 立式铣床参数，选择 nc=750r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.1480750/1000=1.78m/s,实际进给量为f zc=V fc/ncz=750/(30010)=0.25mm/z。（3)校验机床功率 查简明手册Pcc=2kw,而机床所能提供功率为 PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=1mm，nc=750r/min,Vfc=475m

19、m/s，V c=1.78m/s， f z=0.15mm/z。计算基本工时粗铣中间孔上端面至 25 mm，周径至 71mm；tm1=L/Vf=13s粗铣中间孔下端面至 22mm，周径至 71mm；tm2=L/Vf=13s精铣小孔上端面至 50mm，tm3=L/Vf=8s；精铣中间孔上端面至周径至 73mm，tm4= L/Vf=10s；精铣中间孔下端面至周径至 73mm，tm5= L/Vf=10s。3.4 工序 4粗镗、半精镗、精镗 55mm 孔至图样尺寸。加工条件工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。加工要求：粗镗中间孔至 53mm、半精镗中间孔至 54mm

20、、精镗中间孔至 55mm。机床：T616 卧式镗床。刀具：YG8 硬质合金镗刀。 . . 12 / 20计算切削用量单边余量 分三次切除，则 第一次。根据,3mmZ mmap2简明手册4.2-20 查得，取 。根据简明手册4.2-rmmf/121 查得，取：。min/245rn 3.计算切削基本工时：sfLtmm3052. 02001212同理，当第二次，第三次时，进给量mmap6 . 0mmap4 . 0和，机床主轴转速都取 64r/min，切削基rmmf/3 . 0rmmf/12. 0本工时分别为 100s 和 80s。3.5 工序 5以孔 40 为精基准，钻孔至 7, 铰孔至 8 确保孔

21、粗糙度为1.6。加工条件工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。机床：组合机床。刀具：8mm 麻花钻、7mm 麻花钻计算切削用量根据切削手册查得，进给量为0.180.33mm/z,现取ff=0.3mm/z，v=5m/min，则：min/1998510001000rdvnws查简明手册表 4.2-15，取。所以实际切削速min/195rnw度为： . . 13 / 20smndvww/1 . 0100019581000计算切削基本工时：sfyltmm3222. 0195463.6 工序 6以 22 孔为精基准，钻 7 孔。加工条件工件材料：HT200，硬度 1

22、90260HBS，b =0.16Gpa，铸造。机床：组合机床。刀具：7mm 麻花钻、8mm 的丝锥。计算切削用量刀具：7mm 麻花钻。根据切削手册查得，进给量为0.180.33mm/z,现取ff=0.3mm/z，v=5m/min，则：min/2125 . 7510001000rdvnws查简明手册表 4.2-15，取。所以实际切削速min/195rnw度为：smndvww/1 . 010001955 . 71000计算切削基本工时：sfyltmm323 . 019546 . . 14 / 203.7 工序 7以 40 上端面为精基准，攻 M8 螺纹。加工条件工件材料：HT200，硬度 1902

23、60HBS，b =0.16Gpa，铸造。机床：组合机床。刀具：8mm 的丝锥。切削用量刀具：丝锥 M6，P=1mm切削用量选为：，机床主轴转速为：smv/1 . 0，按机床使用说明书选取：，则 min/219rnsmin/195rnw；机动时，smv/1 . 0mml1046计算切削基本工时：sfyltmm323 . 0195463.8 工序 8倒角，4R5mm。以 22mm 孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为 4，使其粗糙度为 6.3加工条件工件材料：HT200，硬度 190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。加工要求：铣断后保证两边对称相等。刀具：YG 硬质合金圆盘铣刀，厚度为 4

24、mm。 机床：组合机床。计算切削用量查切削手册 ，选择进给量为：,切削速度为：rmmf/3 . 0 . . 15 / 20，则：smv/1min/10073110001000rdvnws根据简明手册表 4.2-39，取，故实际切削速min/100rnw度为：smndvww/11000100731000查切削手册表 4.2-40，刚好有。min/400mmfm计算切削基本工时：sfyltmm12640030724 夹具设计4.1 问题的提出本夹具是用来铣 73 的面,零件图小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个 . . 16 / 20侧平面的设计

25、基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.4.2 夹具设计4.2.1 定位基准选择 底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准.由于铸件的公差要求较大,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个 8mm 的通孔.4.2.2 切削力与夹紧力计算 由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个 V 型块适当夹紧

26、后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.4.2.3 定位误差分析零件图规定大孔与小孔的中心距为 65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块螺杆以与滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并的误差只有 0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为 0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为0.08+0.05=0.130.2mmA所以能满足精度要求. . . 17 / 20参考文献参考文献: :1柯建宏，机械制造技术基础课程设计（第二版）M，：华中科技大学，20122王先逵，机械制造工艺学（第三版）M，：机械工业，20133叔子，机械加工工艺师手册M，:机械工业业出版，2002 . . 18 / 204吴拓，方琼珊，机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书M，:机械工业出版 20055木绪，熊万武，机械加工余量手册M，19996云，机械制造工艺与设备指导手册M，:机械工业，19987土光斗，上春福，机床夹具设汁手册M，科学技术，2000