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1、四川职业技术学院Sichuan Vocational and Technical College毕 业 设 计题 目CA6140拨叉(84009)夹具设计所属系部机械工程系所属专业机械设计与制造所属班级09级机制二班学 号091042012022学生姓名乐超指导教师蔡春堂起讫日期目录1前言12零件说明22.1零件的作用2.2零件的工艺3毛坯的确定34工艺规程44.1定位基准的选择4.2重点工序说明4.3制定工艺路线5机械加工余量的确定65.1前后端面的加工余量5.2矩形花键底孔的加工余量5.3顶面加工余量5.418H11槽的加工余量5.5切削用量的选择和时间定额的确定6夹具的设计96.1设计主
2、要问题的提出6.2夹具设计过程参考文献11拔叉工艺规程及夹具设计摘 要：机械制造工艺学课程设计是在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。关键词： 拔叉；工艺规格设计；定位夹紧；夹具设计The Design Of Fork-lever Processing and FixtureAbstract :The machine manufacture technology curriculum design was carried on
3、 after we studied universitys complete basic course ,the technical basic course as well as the majority of professional courses .This is a thorough comprehensive total review before we carry on the graduation project to studies various curricula ,also is an apply theory to reality training, therefor
4、e, it holds the important status in we four years university life.Key words: Fork-lever; Craft specification design; The localization clamps; Jig design1前言；机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼：能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的
5、加工质量。提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。学会使用手册及图表资料。培养了一定的创新能力。通过对CA6140拔叉的工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如互换性与测量技术基础、机械设计、金属切削机床概论、机械制造工艺学、金属切削原理与刀具等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！在此次设计中主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其
6、机制教研室的零件大致结构图2零件说明：2.1零件的作用；CA6140拨叉，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的要求进行工作。宽度为18mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拨动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为18mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。2.2零件的工艺分析；1.零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面，再以前端面为精基准加工左端面。2.以花键中心线为基准的加工面；这一组包括25H7的六齿方花键孔、22H12的花键底孔、两端的2X150倒角和花键中心线为22mm的上顶面；3.以工件
7、右端面为基准 18H11mm的槽、上顶面的2M8通孔和5锥孔4.花键加工精度要求为七级精度，根据经济精度，采用拉床；花键的精度要求：宽0.040/0.015;底圆直径0.075/0.032。零件的机构特点： 拨叉84009的毛坯为铸造件，在零件图上只有两处位置误差要求，即上顶面与花键中心的平行度误差0.10,18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差0.08。3毛坯的确定; CA6140车床拨叉，零件材料采用HT40，硬度190HB210HB，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按JZ6762规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在生产
8、大批量的铸件时，采用2级精度铸件，毛坯重量由金属机械加工工艺人员手册表，偏差为7%，故毛坯重量约为1.0千克，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表121加余量为30.8，其余部分均为实心部分。毛坯图4.工艺规程；4.1定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中得重要工作之一，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。4.11粗基准的选择 在选择粗基准时，一般遵循下列原则：保证相互位置要求原则；保证加工表面加工余量合理分配的原则；便于工件装夹原则；粗基准一般不得重复使用的原则；为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选
9、用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。两端面，后端面为精加工面，故在铣两端面时，先以后右端面为粗基准，粗铣前端面。加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面位粗基准加工花键底孔。4.12精基准的选择在选择精基准时要考虑的主要问题时如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则；基准重合原则；统一基准原则；互为基准原则；自为基准原则；便于装夹原则。为保证定位基准和工序基准重合，加工2M8螺纹孔、5锥孔，18H11槽以零件的左端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。 4.2重点工序的说明CA6140拨叉零件的重要加工面有花键底孔、两
10、端面，花键，槽，顶面，材料为HT200参考机械制造工艺设计简明手册，其加工方法选择如下；4.21加工前后两端面根据GB180079规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5um，要达到后端面Ra3.2um的技术要求，需经过粗铣精铣。4.22加工花键底孔此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。零件技术要求底孔的表面粗糙度达到Ra6.3um，毛坯为实心，故采用钻孔扩孔，可以达到要求。4.23加工外径为25的花键内孔零件要求花键底面粗糙度Ra1.6um，侧面Ra3.2um，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。4.24
11、加工上顶面零件上顶面为精加工，粗糙度要求为Ra3.2um，与花键中心线的平行度误差0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣精铣。4.25加工18H11槽零件技术要求槽底面邀达到表面粗糙度为Ra6.3um，侧面粗糙度为Ra3.2um，而且两侧面和花键中心线的垂直度0.08mm，本身有精度要求，18H11，故以花键中心线和左端面为精基准，用花键心轴定位，采用粗铣精铣。4.3制定工艺路线；制定的路线必须符合共建的加工要求，在大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用机夹具并尽量使工序分散来提高生产率。此处还要考虑经济效率，使成本量降低。4.31工艺路线：铸件；热处理；10粗铣前端
12、面及倒角；20粗精铣后端面；30钻、扩花键底孔；40粗精铣上顶面；50钻2-M8通孔；60钻5锥孔；70粗精铣18H11槽；80拉花键；90去毛刺；10终捡；4.32第二种方案：铸件；热处理；10粗铣前端面及倒角；20粗精铣后端面；30钻、扩花键底孔；40拉花键；50粗精铣上顶面；60钻2-M8通孔；70钻5锥孔；80粗精铣18H11槽；90去毛刺；.100终捡.；4.33两种工艺路线的比较与分析； 上述两种方案，工艺路线一：把拉花键放在铣削18H11槽之后，在此，工序30、工序40、工序50、工序60、工序70中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。工艺路线二：一把花键底孔钻出来之后紧
13、接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，就是以花键进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。 通过以上两种工艺路线的优缺点的比较分析，最后确定工艺路线二为该零件的加工路线。工艺过程详见机械加工工序卡片。5机械加工余量的确定； 确定工序（或工步）尺寸的一半方法；由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已经根据有关资料查出了零件各个表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。 CA6140的拨叉材料为HT200，毛坯重量为1.0kg，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，精度为2级铸件，大体尺寸确定，外表面加工
14、面少，根据以上原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下：5.1前后端面的加工余量 前后端面有30.8mm的加工余量，足以把铸件的硬质表面层切除。 前端面粗车一次即可，加工余量3mm，工序基本尺寸为83mm,工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，上下偏差按“入体原则”确定。 后端面粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.8mm,工序经济精度为IT11，公差值0.22mm，精加工余量0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm,表面粗糙度Ra3.2um，工序基本尺寸为80mm。5.2矩形花键底孔要求以矩形花键的外径定心，故先钻中心孔，再扩，最
15、后拉削，内孔尺寸为22H12，见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册 表433孔加工余量的分配。钻孔20mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.13mm。扩孔21mm，工序经济精度等级为IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3um。拉花键 花键孔要求以外径定心：拉削时加工余量参照金属机械加工工艺人员手册取 2=1mm。5.3顶面的加工余量此工序分为两个工步：粗铣顶面；精铣顶面。粗铣加工余量为2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm。精铣加工余量为0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2um。5.418H11槽的加工余量粗铣的
16、加工余量：槽底面的铣削余量为50mm，槽侧面的铣削余量为17.9mm，工序经济精度等级为IT12，公差值0.25mm，槽底面表面粗糙度Ra6.3um。精铣的加工余量：槽侧面的铣削余量为0.5mm，工序经济精度等级为IT9，公差值为0.043mm，侧面粗糙度为Ra3.2um。5.5切削用量的选择和时间定额的确定；工序一铣前端面的切削用量和时间定额的确定加工条件1. 工件材料；HT200，铸件2. 加工要求；3. 刀具；高速钢车刀4. 切削液；乳化液5. 加工设备；车床6. 确定背吃刀量7. 切削速度查表切削简明手册得到8. 切削工时F:主轴每转切削进给量L:加工长度n:机床主轴转速i:进给次数工
17、序二粗精铣后端面的切削用量和时间定额的确定加工条件工件材料；HT200，铸件加工要求；表面粗糙度3.2um刀具；圆柱铣刀切削液；乳化液加工设备；铣床切削速度根据表切削简明手册得到切削工时；L;加工长度L1；切入长度L2；超出长度Fn；工作台的每分钟进给量I；行程次数工序三钻、扩花键底孔的切削用量和时间定额的确定加工条件工件材料；HT200，铸件加工要求；花键底孔粗糙度3.2um刀具；麻花钻切削液；乳化液加工设备；钻床切削速度根据表切削简明手册得到切削工时；L;加工长度L1；刀具的切入长度L2；刀具的超出长度f；刀具或零件的进给量n；刀具或零件的转速工序4拉花键的切削用量和时间定额的确定加工条件
18、：工件材料：HT200，铸件；加工要求：花键底孔粗糙度Ra3.2m，键槽侧面粗糙度Ra3.2m，键槽底面粗糙度Ra1.6m，键槽尺寸6mm，偏差代号H9；刀具：高速钢拉刀；切削液：乳化液；、加工设备：拉床。、确定齿升量：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升量为0.06mm；、切削速度：查有切削简明手册有切削速度为0.06m/s（3.6m/min）；、切削工时 t=Zblk/1000vfzZ式中： Zb 单面余量1.5mm(由22mm拉削到25mm)； L 拉削表面长度，80mm； 考虑校准部分的长度系数，取1.2； k 考虑机床返回行程系数，取1.4 ； v 拉削速度（m/min）；
19、 fz 拉刀单面齿升； Z 拉刀同时工作齿数，Z=l/p； P 拉刀齿距。 P=(1.251.9)sqrtL 所以 P=(1.251.9)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 因为拉刀同时工作齿数z=l/p=80/127所以其本工时 Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min)工序五粗精铣上顶面的切削用量和时间定额的确定加工条件工件材料；HT200，铸件加工要求；表面粗糙度3.2um刀具；圆柱铣刀切削液；乳化液加工设备；铣床切削速度根据表切削简明手册得到切削工时；L;加工长度L1；切入长度L2；超出长度Fn；工作台的每分钟进给量I；行程次数工序六钻2-Mg
20、8的切削用量和时间定额的确定加工条件；工件材料；HT200，铸件；加工要求；刀具；麻花钻切削液；乳化液加工设备；钻床切削速度根据表切削简明手册得到切削工时；L;加工长度L1；刀具的切入长度L2；刀具的超出长度f；刀具或零件的进给量n；刀具或零件的转速工序七钻5锥孔的切削用量和时间定额的确定加工条件工件材料；HT200，铸件加工要求； 刀具；锥刀切削液；乳化液加工设备；钻床切削速度根据表切削简明手册得到切削工时；L;加工长度L1；刀具的切入长度L2；刀具的超出长度f；刀具或零件的进给量n；刀具或零件的转速5.51工序8铣削18H11的切削用量和基本工时的计算加工要求：用乳化液冷却，加工工件，槽宽
21、18mm，公差代号H11，长40mm，槽的侧面与花键孔中心线的垂直度误差0.08mm，底面粗糙度为Ra5m。加工余量：25mm。由于零件此处的设计精度比较高，用铣削很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序精铣的加工余量，分两步走，ae=25，ap=10mm。选择刀具铣刀参数：L=10 D=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6Z=24 选择铣削用量由于槽的宽度为18mm, 故二次走完，ae=25mm ap=10mm由切削用量简明手册表3.3 确定f=0.5mm/r 现取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册
22、表3.7,得最大精铣量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：T=120。确定切削速度Vc和每齿进给量：决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由切削用量简明手册的公式 Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12, n=1000Vc/do=100098.6/3.14100=314r/min根据金属机械加工工艺人员手册X62W型铣床说明选nc=300r/min实际速度Vc=donc/1000=94.2m/min 选Vfc=ncf=3000.5=150mm/min 根据X62W型铣床说明书选Vf=150mm/minfzc=150/30024=
23、0.020mm/z基本工时基本工时根据切削用量简明手册表3.5Tm=(L+L1+)i/Vf=(40+20)2/150=0.8（min） L1+=20mm i=2(走两次)6夹具的设计6.1 设计主要问题的提出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，经过与指导老师协商，决定设计第8道工序铣宽为18H11mm槽的铣床夹具。本夹具将用与X62W卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。本夹具主要用来铣宽为18H11mm的槽，采用宽为15mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，二次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。6.2 夹具设计过程6.2.1
24、定位基准的分析由零件图可知，18H11槽设计基准为花键孔中心线和工件的右端面为定位基准。因此选用工件以加工了的右端面和花键心轴的中心线为主定位基准。6.2.2 切削力及夹紧力的计算刀具：高速钢直齿三面刃铣刀铣刀参数：L=10 D=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6Z=24 （由金属切削原理与刀具表15.7查得）CFc =282 ap =10mm fZ = 0.02mm/s ae =25mm do=100 Z= 24 kFc=(HB/198)0.55解得Fc=200N在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K= k1 k2 k3 k4查资料，有： k1为基本安全系数1.5
25、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1.1切削力为F=KFc=1.51.11.11.1200=400N实际夹紧力为Fj= FK/U1U2=400/0.5=800N，其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1U2=0.5螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，由机械设计螺纹联接的预紧力公式，产生的加紧力为：其中： T=19000 N.M d2=14.8mm =2029, fc=1.5(f为摩擦系数，无润滑时f0.10.2)解得F0=10405N此时螺母的夹紧力F0已大于所需的800(N)的加紧力，故本夹具可安全工作。6.2.3 定位误差分析由于槽的轴向尺寸
26、的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。6.2.4 夹具设计及操作说明如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫块,以便装卸,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。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，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一正确的安装位置，以有利于铣削加工。参考文献1 王先逵.机械制造工艺学.机械工业出版社，20062 徐学林.互换性与测量技术基础.湖南大学出版社，20053 朱张校.工程材料.清华大学出版社，20054 周静卿.机械制图与计算机绘图.中国农业大学出版社，20045 韩荣第，等.金属切削原理与刀具.哈尔滨工业大学出版社，20046 贾亚洲.金属切削机床概论.机械工业出版社，19967 陈宏钧.机械加工工艺手册.机械工业出版社，20038 濮良贵，等.机械设计.高等教育出版社.20019 单根全，等.夹具结构图册.电子工业出版社，1991