拨叉零件的工艺规程及夹具设计 Mjrl KI}f/
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1前言 `6b!W0$
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机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、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各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,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 ~ &=-*
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。 #n 7uw
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 TDdFuO'}
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2零件的分析 C$xU!9K[+
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2.1零件的作用 GmB7@-[QA%
题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ55半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。 yK<%AV@v
pIk&NI
2.2零件的工艺分析 =u(. Y
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： _mKO 4Atw
2.2.1小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔 4,T!zT6&
2.2.2大头半圆孔Ф `itaQG LD
2.2.3拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。 [ottUS@
/+ v l({vV
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 iK1<4)
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9. Q;J#;1
3 确定生产类型 -4o6 OkK<
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已知此拨叉零件的生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。 R}a, .C
<*~vZT i(
Z +@"
4确定毛坯 xXM`f0s@+]
C ".&m
4.1 确定毛坯种类：零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》（后称《指导手册》）选用铸件尺寸公差等级CT9级。 <P7 f\$o~
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4.2 确定铸件加工余量及形状： b40zYH`'{
/Ws@YP
《机械制造工艺及设备设计指导手册》325页表15-7，选用加工余量为MA-G级，并查表15-8确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示： 0n|op:]BHM
8'_>A5L/C
tWD~|<\. )
简图 .R ;HH_
'H <?K
加工面代号 基本尺寸 加工余量等级 加工余量 说明 `UL #g![J
D1 22mm G 3.02 孔降一级双侧加工 as-
Z)h[B
D2 K_',Gd4L
55mm G 3.02 孔降一级双侧加工 ~sshhuF
T2 73mm 3 单侧加工 0#KDvCBJ
T3 50mm G 2.5 单侧加工
qm& }^S
T4 73mm 3 单侧加工 R3<>]/1p|P
表 1 ~T9%%W[
4.3绘制铸件零件图： u[dR*o0'
DTk)Y-eQ
e'mm4 2
5工艺规程设计 u{yENZ^P
2cr~/,YY
5.1选择定位基准： ge9j:S{
工序 工序内容 定位基准 工序 工序内容 定位基准 G2U= *|
010 粗铣两端小头孔上端面 T1及小头孔外圆 090 扩中间孔 T1及小头孔外圆 W) ihk\E
020 粗铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 100 半精镗中间孔 T1及小头孔外圆 V03U"eI="
030 粗铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 110 钻2-锥销孔、螺纹孔、功螺纹 T1及小头孔 >_(Xb %w
040 精铣两端小头孔上端面 T1及小头孔外圆 120 铣断 T1、D1 B1 oi]hDy
050 精铣中间孔上端面 T1及小头孔外圆 130 去毛刺 : I28Zi*
060 精铣中间孔下端面 T3及小头孔外圆 140 检查 r4k =i4
070 扩两端小头孔 T1及小头孔外圆 150 若某道工序有误返工 Nt9M$ ?\P
080 精铰两端小头孔 T1及小头孔外圆 ByoSwQ
表 2 \:]Clvc
}$s#H{T!
5.1.1 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。 RrRrB"!8nR
p<*3mbgGO
5.1.2 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，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。 OACRw%J:X{
u;p{&\(]
5.2制定工艺路线 3~}G~ t
XYhN;U}Z
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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下降。查《指导手册》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： o8.KakrPP
`@q[&^
5.3选择加工设备和工艺设备 n]?Yv E
G
<
Z)y#
5.3.1 机床的选择： y{+$B
Y$_
工序010～060均为铣平面，可采用XA5032立式铣床。 9&fS<Hk
工序070～080采用Z550钻床。 z$$ E7i
工序090～100采用镗床。 &[ $ qA
工序110采用钻床。多刀具组合机床。 ~+}w>jIm{|
工序120采用铣断机床。 k'E3{8<!
:0x,%V74_!
5.3.2 选择夹具：该拨叉的生产纲领为中批生产，所以采用专用夹具。 <|[G=GA\S!
x1</%y5ev
5.3.3 选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。 i"Hec9Ri
D*BZp0x
5.3.4选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。 >=BH$4Ce
=/Pmi_
5.3.5其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。 !|;^
kIhP 73M
5.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 B/.+&AJw
JpqZVu"7
5.4.1圆柱表面工序尺寸： |VxEW U/
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下： ".A+'p J
L)W1bW}
'QW/TJ=7r
'8\7(0$c
加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度 工序余量 @q:v?AO
最小 最大 |b"
h+
m}&cX Y
（D2） 铸件 6 CT9 /(Mi2$@v1
扩孔 5.8 IT12 6.3 2.0 6.25 t&}Z~ Zp
半精镗 0.2 IT10 3.2 0.05 0.25 S` g:z b_
扩孔 5.84 IT12 6.3 2.0 6.25 5Z"IM8?
精铰孔 0.06 IT7 1.6 0.05 0.25 I,;@\
表 3 T P7'tb
XCr\Y`,Z@
5.4.2 平面工序尺寸： .XDY1~w0
^'>kZ^w0
工序号 工序内容 加工余量 基本尺寸 经济精度 工序尺寸偏差 工序余量 6Y?%G>$6
最小 最大 l3kYfq{";"
铸件 2.5 CT9 :j_OO5b!
010 粗铣两端小头孔上端面 2 50.5 12 1.60 3.60 -5;Kyio
020 粗铣中间孔上端面 2.5 27 12 1.65 6.5 9 D@
$Y54
030 粗铣中间孔下端面 2.5 21 12 1.75 6.5 )c|S)iJ7=z
040 精铣两端小头孔上端面 0.5 50 11 0. 35 1.16 -(*<2Hy4
050 精铣中间孔上端面 0.5 20.5 10 0.47 1.12 ${I$@qq83
060 精铣中间孔下端面 0.5 20 10 0.47 1.12 7OuzQzhcK
表 4 & D@/_m $
GP=i6I6C
5.4.3确定切削用量及时间定额： l{q$[/J~)
工序010 以T1为粗基准，粗铣φ22孔上端面。 v `&
M]9oSi
5.4.4. 加工条件 PL vz1}ts
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 VG FWF3s
加工要求：粗铣φ22孔上端面。 7 0pt5O3]
机床：XA5032立式铣床。 T.ZPpxY
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》（后简称《简明手册》）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。 5A| 4
4cZig\mE;
5.4.5 切削用量 WZ}je!8 2
}{FKs!(4
5.4.5.1铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。 CbPCj.MH
+!_?f'kv`
5.4.5.2计算切削速度 按《简明手册》，V c= R}~p1=D
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s zx)^!dEMM
据XA5032立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 ?}f+PP,
e pz'GN]V
5.4.6)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。 IX/FKSuq
最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 :CH *~o
'p0|wM _
5.4.7计算基本工时 $x x5+A%,
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 VrG 4wLpLs
$E=t6WvA
5.5.工序020和工序030 以T1及小头孔外圆为基准φ55孔上下端面。 z9> yg_Q
gkxEy5c [
5.5.1. 加工条件 D@]gc&JN[
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 O[nl#$w
加工要求：精铣φ55上端面。 Y# <38+Gd
机床：XA5032立式铣床。 >&uG1q0p.
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《简明手册》取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°， m]g"]U:
刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。 {sn :Lj0
-
0t
5.5.2. 切削用量 fwR3=:5~
_-NS-E
5.5.2.1 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。 r 5$ (
`b(y 5 Z
5.5.2.2 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《简明手册》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。 :V)W?~ Z7B
#3uBq(-Z
5.5.2.3 查后刀面最大磨损及寿命 w1zI"G~4/Q
查《简明手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。 {?a9>g-BW
查《简明手册》表3.8，寿命T=180min p(2j7W -/
fVR:m`'Iq_
5.5.2.4 计算切削速度 按《简明手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s GPqF>
据XA5032立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 #xWC(*Ggp
*q5 '~)W<
5.5.2.5校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。 E\M{/.4 4
最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 Q: iW k6
?nm:e.S+?
5.5.2.6计算基本工时 id^U% 4J
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。 ?$O5w*
] o!#]]
工序070和080以T1及小头孔外圆为基准，扩、精铰φ22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。 wu*WA;FnA
3t(8uG<rL
5.5.3. 选择钻头 X,- '
v[z
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 ° ° ° dEXHd@"H
cz_4cMgxu
5.5.4.选择切削用量 -Q@jL{Ue
vP G! S{4
5.5.4.1）决定进给量 $s2-O!P?
查《切》 l+'1>T. I
所以， % iPu51+=
按钻头强度选择 按机床强度选择 N0s)Nao4
最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。 qa ![oMKc
{GF>HHQb
5.5.4.2）钻头磨钝标准及寿命 2|k*rv}l
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命． c$f|a$$b
UQ|zSalv,
5.5.4.3）切削速度 ^H+j;K{5,
查《切》 修正系数 bw*@0;
故。 $ Z;HE/ 3
?`F")y
查《简明手册》机床实际转速为 CiP-Zh[gZ
故实际的切削速度 LvpHR#K)F5
d9/E^)TT
5.5.5.计算工时 /,v:!*
@C=, >+D
由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 oB[3? e
扩铰和精铰的切削用量如下： ;>=hQC{f>
扩钻： l,/q# )5[
精铰： :C42yQAP
OU=9fw
5.6.工序090和100 T1及小头孔外圆为基准，扩、半精镗φ55孔。 F~d
!Ub$>
Ja- D}|;
5.6.1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝11°，二重刃长度bε=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度 ° ° ° .<Z7 K @
?xf59mY7
5.6.2.选择切削用量 | -Di/.
}wR)p
5.6.2.1）决定进给量 v\Y; )/!
查《简明手册》 Pi?*rr5WZ
按钻头强度选择 按机床强度选择 =nnS X-x
最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。 $2BRi@
dh/:H/k kR
5.6.2.2钻头磨钝标准及寿命 ) <.S 3
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.8～1.2mm，寿命 ?HIc=
扩孔后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.9～１.４mm，寿命 eEsEW<su
铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为０.６～０.９mm，寿命 lGB7(
;lGa.RD[a
5.6.2.3切削速度 NQfIY`lt'
查《切》 修正系数 HXU"]s2Z
故。 Ao96[2U6
wri[#D {
查《简明手册》机床实际转速为 af{;4Cr
故实际的切削速度 xSb/9 8;
扩铰和半精铰的切削用量同理如下： uMsKF %m
扩钻： v03~=(
半精铰： c%~'[W04\
mS~3 QV
5.6.3.计算工时 ` j>qOT
Lu:!vTRmw
所有工步工时相同。 cb%w,yXw
#Mbt%m
&P3B
6夹具设计 \g4\a?i
cD s#5,
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。并设计工序110——钻2-锥销孔。本夹具将用于组合机床，刀具为两根麻花钻，对两个孔同时加工。 8gC(N3/E"
Q Hs=Zh;"
6.1问题的提出 N83RsL "}_
]VJcV.7`
本夹具是用来钻两个22mm的小头孔,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题. '%RMpyK~
(f#W:]o/
6.2夹具设计 mA^>Y_:
!W$Br\<
6.2.1定位基准选择 /Hzh gMV3
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. Y SrFHVq
l}Xmm^@)
6.2.2切削力及夹紧力计算 `MTOe 1
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型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算. !y] Y'j
5 (H; x74
6.2.3定位误差分析 McsqMI6
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\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有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 b!.# `.
0.08+0.05=0.130.2mm /@#)j(
eY/
所以能满足精度要求. .j&jf^a5
[ z $J
6.2.4该夹具用于加工位置在同一中心线上的非回转零件上半径R=5~20㎜的孔，被加工孔中心距可达123㎜。 r LfS9H
使用时，只需按被加工零件的要求，配置专门的钻模板，通过手柄，使丝杆带动V型块做自定心式移动，以便夹紧或松开零件。 3b &W=1J
M3z7P.\G
6.3钻床夹具的装配图（见附图） Gj)Qw 6
*Mp<4B
5R ec}H
S?3{G@!
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b5)>h
/ 9;Pbxn
50R+D0^mh
{(MG:
B
Y-{spTI
blPC"3}3Vd
7参考文献 ud#8`/!mq
赵家奇编,机械制造工艺学课程设计指导书—2版.---北京:机械工业出版社,2000.10. r=[} 7N
李云主编,机械制造及设备指导手册.-- 北京:机械工业出版社,1997.8 Fh/C{cX9g
孟少农主编,机械加工工艺手册.---2---北京:机械工业出版社,1991.9. <1LuYED q
徐圣群主编，简明加工工艺手册。上海科学技术出版社，1991.2 :YI>AaYWDO
[p:1]
