CA6140拨叉的制造和夹具的设计

CA6140拨叉的制造和夹具的设计 赞

摘 要

这次设计的是CA6140车床的拨叉，包括零件图、毛坯图、装配图各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一张。首先我们要熟悉零件和了解其作用，它位于车床变速机构中，主要起换档作用。然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和械加工余量。最后拟定拨差的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习打好基础。

关键词：零件图，毛坯图，工艺规程，

前言

一、零件的分析 5

（一） 零件的作用 5

（二） 零件的工艺分析 5

二、工艺规程设计 5

(一)确定毛坯的制造形式 6

（二）基面的选择 6

（三）制定工艺路线 6

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 7

（五）确立切削用量及基本工时 8

三、夹具设计 12

（一） 问题的提出 12

（二） 夹具设计 12

致谢 14

参考文献 15

毕业设计在我们学院大专的全部基础课，技术基础课之后进行，这是我们在进行毕业设计对所学的各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次毕业设计之后，我的到一次在毕业工作前的综合训练，我在想我能在以下几个方面的到锻炼： 应用机械制作工艺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，加紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

提供结构设计能力，通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的要

求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。

（3） 学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的应用。

就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己的未来将从事的工作进行一次适应性训练，从而锻炼自己发现问题，分些问题和解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打一个良好的基础。

由于个人能力有限，设计上有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢。

本论

当人们谈起制造行业中的发展时，很少谈到工件夹具，但是在零件生产的基础领域，正吃着改革之风。一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大的稳定。尤其是那些外形轮廓结构比较复杂的，不规则的的拨叉类，杆类工件，几乎各道工序离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作的50%—80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫不亚于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优越起着举足轻重的作用。

夹具是机械加工中不可缺少的部件，在机床技术向高速，高效，精密，复合，智能，环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精，高效，模块，组合，通用，经济的方向发展。

随着科学技术的发展，各种新材料，新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量，高生产效率和降低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能，切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难以加工的材料，复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动力机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具，刀具，量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量，生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。

一、零件的分析

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φ25孔与操纵机构相连，二下方的φ60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。

零件的工艺分析

CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：

1. 以φ25mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ25H7mm的孔，以及φ42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为φ25H7mm通孔。

2. 以φ60mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ60H12的孔，以及φ60H12的两个端面。主要是φ60H12的孔。

3. 铣16H11的槽

这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面，

16H11mm的槽两侧面。

4. 以M22×1.5螺纹孔为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：M22×1.5的螺纹孔，长32mm的端面。

主要加工表面为M22×1.5螺纹孔。

这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：

φ60孔端面与φ25H7孔垂直度公差为0.1mm.。

16H11mm的槽与φ25H7的孔垂直度公差为0.08mm。

由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

二、工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

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，故选择铸件毛坯。

（二）基面的选择

基面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，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择。

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。

根据这个基准选择原则，现选取φ25孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利 用一组共两块V形块支承这两个φ42作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。

（2）精基准的选择。

主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

（三）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、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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夹具,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。

1. 工艺路线方案一

工序一 粗、钻、扩、铰、精铰φ25、φ60孔

工序二 粗、精铣φ60、φ25孔下端面。

工序三 粗、精铣φ25孔上端面

工序四 粗、精铣φ60孔上端面

工序五 切断。

工序六 铣螺纹孔端面。

工序七 钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）。

工序八 攻M22×1.5螺纹。

工序九 粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面

工序十 粗铣 半精铣 精铣16H11的槽。

工序十一 检查。

上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，对设备有一定要求。且看另一个方案。

2. 工艺路线方案二

工序一 以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔下端面。

工序二 精铣φ25孔上下端面。

工序三 以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔,孔的精度

达到IT7。

工序四 以φ25孔为精基准，粗铣φ60孔上下端面。

工序五 以φ25孔为精基准，精铣φ60孔上下端面，保证端面相对孔的

垂直度误差不超过0.1。

工序六 以φ25孔为精基准，钻、镗、铰φ60孔，保证空的精度达到IT8。 工序七 以φ25孔为精基准，铣螺纹孔端面。

工序八 以φ25孔为精基准，钻φ20孔（装配时钻铰锥孔）。

工序九 以φ25孔为精基准，钻一个φ20孔，攻M22×1.5螺纹。 工序十 以φ25孔为精基准，铣槽端面。

工序十一 以φ25孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直

度误差是0.08。

工序十二 两件铣断

工序十三 检查。

虽然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀

具不用调整）。多次加工φ60、φ25孔是精度要求所致。

以上工艺过程详见图3。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

“CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量

1.45kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

外圆表面（φ42）

考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，

没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。

2. 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ25，φ60端面）。

查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表3.1～26，取φ25，φ60端面长度余量均为2.5（均为双边加工）

铣削加工余量为：

粗铣 2mm

半精铣 0.7mm

3. 内孔（φ60已铸成φ50的孔）

查《工艺手册》表2.2～2.5，为了节省材料，取φ60孔已铸成孔长度

余量为3，即铸成孔半径为50mm。

工序尺寸加工余量：

钻孔 5mm

扩孔 0.5mm

铰孔 0.1mm

精铰 0mm

同上，零件φ25的孔也已铸出φ15的孔。

工序尺寸加工余量：

钻孔至φ23 余量为8mm

扩孔钻 1.8 mm

粗铰孔 0.14 mm

精铰孔 0.06 mm

4. 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量

铸出槽端面至中心线47mm的距离，余量为3mm。

工序尺寸加工余量：

粗铣端面 2.1 mm

半精铣 0.7 mm

精铣 0.2 mm

5. 螺纹孔顶面加工余量

铸出螺纹孔顶面至φ25孔轴线且垂直轴线方向40mm的距离，余量为4 mm 工序尺寸加工余量：

粗铣顶面 3.1 mm

半精铣 0.7 mm 精铣 0.2 mm 6. 其他尺寸直接铸造得到

由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（五）确立切削用量及基本工时

工序一 以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,铸造。

加工要求：粗铣φ25孔上下端面。

机床： X53立式铣床。

刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。

2. 切削用量

1）铣削深度

因为切削量较小，故可以选择ap=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。

2）每齿进给量

机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08~0.15mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.15 mm/z。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min

4）计算切削速度 按《2》表14，

V=1.84

n=7.32

=6.44

5）计算基本工时

tm=6.99min。

工序二 精铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,铸造。

加工要求：精铣φ25上下端面。

机床： X6140卧式铣床。

刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。

2. 切削用量

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。

2） 每齿进给量

机床功率为7.5kw。查《切削手册》表5 f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。

3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表8，寿命T=180min

4） 计算切削速度 按《切削手册》表14，查得 Vf＝6.44mm/s，

5） 计算基本工时

tm=5.9min。

工序三 以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔，孔的

精度达到IT7。

1. 选择钻床及钻头

选择Z5125A钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=23mm，钻头采用双头刃磨法，

2.选择切削用量

（1）决定进给量

由do=23mm,查《2》表5

按钻头

按机床强度查[1]表10.1-2选择

最终决定选择机床已有的进给量

（2）耐用度

查[2]表9

T=4500s=75min

（3）切削速度

查《1》表10.1-2

n=50-2000r/min 取n=1000r/min.

３.计算工时

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。 扩铰和精铰的切削用量如下：

扩钻：选高速钢扩孔钻

铰孔：选高速钢铰刀

精铰：选高速钢铰刀 工序四 以φ25孔为精基准，钻、粗镗、 精镗φ60孔，保证孔的精

度达到IT7。

1. 选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=55mm，钻头采用双头刃磨法。 选择Z5163A钻床 n=22.4~1000r/min, f=0.063~1.2mm/r.

2.选择切削用量

（1）决定进给量

查《2》表5钻头进给量

按钻头强度选择 按机床强度选择

最终决定选择Z5163A机床已有的进给量

（2）计算工时

选择n=600r/min所以

３.选择镗刀

选择高速钢镗刀， 粗镗时do=59.9mm

选择卧式镗床T68,

粗镗时 v=20-35 m/min,f=0.3-1.0 mm/r

精镗时 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r

工序五 粗铣 半精铣 精铣槽16H11的端面

1. 选择机床刀具

选择立式铣床X53K硬质合金钢Yab端铣刀 2. 切削用量

查2表5 f=0.14~0.24mm/r

T=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min

n=7.32r/min

3. 计算工时

半精铣

工序六 精铣槽16H11

本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步，此工序精铣槽须满足各

技术要求包括：槽宽16H11，槽深8H12，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。

1. 选择机床及刀具

机床 x61W型万能铣床

刀具 错齿三面刃铣刀铣槽do=16mm查[1]表8

国家标准 GB1118 D=160mm d=40mm

L=16mm 齿数z=24

2. 计算切削用量

（1） 由[1]表9.4—1和[3]查得 走刀量 f=0.67 mm/r

（2） 铣刀磨钝标准和耐用度

由[1]表9.4—6查得 磨钝标准为 0.2~0.3

表9.4—7查得 耐用度为 T=150min

（3） 切削速度

可得 v=49.5m/min=0.82m/s

（4） 确定机床主轴速度

由[3] 按机床选取主轴转速为6.33 r/s

所以 实际切削速度为

3. 计算切削工时

工序七 铣螺纹孔顶面

1. 选择机床及刀具

机床：X53K立式铣床。

刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。

2. 切削用量

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。

2） 刀具耐用度

查《2》表 寿命T=180min。

3） 计算切削速度

查[2]得 Vc＝0.38mm/s，n=1.53r/min,Vf=1.42mm/s

工序八 两件铣断

三、夹具设计

设计工序——精铣槽16H11的夹具。

问题的提出

本夹具要用于精铣槽16H11，对槽16H11的要求有：槽宽16H11 精度等级为IT12级，槽深8H12 精度等级为IT12级，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。本道工序只精铣一下槽即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证槽的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。 夹具设计

1．定位基准的选择

拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。Φ25的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ25孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的φ25孔的端面作为定位夹具。

为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。

2．切削力和夹紧力计算

（1）刀具： 高速钢错齿三面刃铣刀 φ160mm z=24

机床： x61W型万能铣床，可得 F=889.4N

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内,所以 .

(2)夹紧力的计算

选用螺钉夹紧机构 由

其中f为夹紧面上的摩擦系数，取

F= +G G为工件自重

夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级

螺钉疲劳极限：

极限应力幅：

许用应力幅：

螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，

使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力

3. 定位误差分析

（1） 定位元件尺寸及公差确定。

夹具的主要定位元件为一平面和两定位销，孔与销间隙配合。

（2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小

时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。

4. 夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。本工序为精镗切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。

本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

致谢

在毕业设计即将结束之际，我向所有帮助过我的老师和同学说一声，谢谢！我像没有他们的帮助，毕业设计就会做得很困难。

这次毕业设计是在张艳的老师悉心指导下完成的，张老师以及博学的知识，严谨的治学的风范，高度的责任感使我受益匪浅。在做设计的过程中也遇到了不少的问题，张老师给予了我许多的关怀和帮助，并随时询问我毕业设计的进展情况，细心的指导我们，也经常打电话或者发电子邮件过来指导我的设计。 在此设计及论文批写过程中的了班上许多同学的无私帮助，在此对你们表示忠诚的的感谢，感谢你们的鼎力帮助。

最后，在即将完成毕业设计之时，我再次感谢对我指导，关心和帮助过的老师及同学，谢谢了。

杨阳

2011年12月11日

参考文献

[1] 王先逵 机械制造工艺学 机械工业出版社

[2] 赵家齐主编 机械制造工艺学课程设计指导书。北京：机工业出版

[3] 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院编。

[4] 机床夹具设计手册 上海：上海科学技术出版社，1979

[5] 工业出版社 艾兴，肖诗纲主编。切削用量手

[6] 北京：机械工业出版社

[7] 金属切削手册 上海：上海科学文化技术出版社

同时分享这文章