1、拨叉零件的工艺规程及夹具设计序言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，同时得到了宝贵的经验，特别是提高结构设计能力，学会使用手册及图表资料，进一步提高读图、制图和编写有关技术文件等方面的基本技能，能熟练操作 AutoCAD 进行绘图等都将成为我今后宝贵的财富，更为今后参加祖国的建设打下一个
2、良好的基础。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。目 录序言第一节 拔叉的工艺分析及生产类型的确定 3一、拔叉的作用 3二、拔叉的技术要求 3三、拔叉的工艺分析 4四、确定拔叉的生产类型 4每二节 确定毛坯 4一、选择毛坯种类5二、确定铸件加工余量及形状 5三、绘制铸件零件图 5第三节 拟定零件工艺路线 5一、选择定位基准 6二、制定工艺路线 6第四节 机床设备及工艺装备的选用7一、机床的选择 7二、选择夹具 7三、选择刀具 7四、选择量具 7五、其他 7第五节 加工余量、工序尺寸和公差的确定 8一、 圆柱表面工序尺寸 8二、 平面工序尺寸 9第六节 切削用量、时间定额的计
3、算 10一、切削用量的计算 10二、时间定额的计算 12第七节 夹具设计 15一、 问题提出 15二、 夹具设计 15第八节 参考文献16一、 拔叉的工艺分析及生产类型的确定(一) 拔叉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 22 孔与操纵机构相连，二下方的 55 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。（二）拔叉的技术要求将该零件拔叉的全部技术要求列于表 1 中。表 1 拔叉零件技术要求表加工表面尺寸及偏差mm公差
4、及精度等级表面粗糙度 ()Ram形位公差 /mm拔叉两端小头孔上端面50 IT11 3.2 0.05 A拔叉中间大头半圆孔两端面-0.721IT10 3.2 0.07 Amm 孔20.21 IT7 1.6mm 孔内表5面+.4 05IT10 3.2mm 孔内表73面+0.5 73IT12 6.3mm 锥销孔88IT7 1.6拔叉开口内侧面 4 IT12 6.3(三) 拔叉的工艺分析零件的材料为 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：1、小头孔 以及与此孔相通的 的锥孔、 螺纹孔0.21 88M2、大
5、头半圆孔 +.4 053、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。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。（四） 确定拔叉的生产类型依设计题目知：Q=4000 台/年，m=1 件/台；结合生产实际，备品率 a%和废品率 b%分别取 4%和 0.7%。代入公式(1-1)(机械制造技术基础课程设计指导教
6、程2 页)，得 N=Qm(1+a%)(1+b%)=40001(1+4%)(1+0.7%)件/年=4189.12 件/年拔叉重量为 1.0kg，由查表 1-3 知，拔叉属轻型零件；由表 1-4 知，该拔叉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。二、确定毛坯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。查机械制造技术基础课程设计指导教程23 页表 2-1 选用铸件尺寸公差等级 CT9 级。2、 确定铸件加工余量及形状：机械制造
7、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：表 23、绘制铸件零件图：见拔叉毛坯图简图加工面代号基本尺寸(mm)加工余量等级加工余量（mm）说明D1 22 G 3.0 2孔降一级双侧加工D255 G 3.0 2孔降一级双侧加工T2 73 5单侧加工T3 50 G 3.2单侧加工T4 73 5单侧加工三 、拟定零件工艺路线(一) 选择定位基准：定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1、 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
8、准重合”原则和“基准统一”原则，选择拔叉粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆表面为辅助的定位精基准。2、 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。(二) 制定工艺路线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。查机械制造工艺及设备设计指导手册346 页表15-32、15-33、15-34，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序 工序内容 定位基准 工序工
9、序内容 定位基准1粗铣两端小头孔上端面T1 及小头孔外圆6精铣中间孔下端面T3 及小头孔外圆2粗铣中间孔上端面T1 及小头孔外圆7扩两端小头孔T1 及小头孔外圆3粗铣中间孔下端面T3 及小头孔外圆8精铰两端小头孔T1 及小头孔外圆表 3四、机床设备及工艺装备的选用1、 机床的选择：工序 16 均为铣平面，可采用 X51 立式铣床。工序 78 采用钻床。工序 910 采用镗床。工序 11 采用钻床。多刀具组合机床。工序 12 采用铣断机床。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。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，
10、可采用硬质合金铰刀，513H在钻、扩孔时，可采用麻花钻。4、选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规，端面采用游标卡尺。4精铣两端小头孔上端面T1 及小头孔外圆9扩中间孔 T1 及小头孔外圆5精铣中间孔上端面T1 及小头孔外圆10半精镗中间孔T1 及小头孔外圆11钻、粗铰、精铰 2-锥销孔、8T1 及小头孔14去毛刺12钻 螺纹M孔、攻螺纹8T1 及小头孔15检查13铣断 T1、D116若某道工序有误返工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。五、加工余量、工序尺寸和公差的确定1、圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余
11、量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：工序余量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 ()Ram最小 最大铸件6 CT9 491.0扩孔5.5 IT11 0.195 6.3 4.5 6.69513H（D2）半精镗0.5 IT9 0.74 3.2 0.31 0.574铸件6 CT9 160.8扩孔5.8 IT11 0.132 6.3 5.0 6.730.21 精铰0.2 IT7 0.21 1.6 0.07 0.221孔表 42、 平面工序尺寸：工序余量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 最小 最大铸件 3.2 CT91粗铣两端小头孔上端面2.7 50.5
12、12 0.31.70 4.00铸件 5 CT92粗铣中间孔上端面4.5 25.5 12 0.211.60 3.193 粗铣中间孔下端面4.5 21 12 0.212.29 2.714 精铣两端小头孔上端面0.5 50 10 0.160.20 0.665 精铣中间0.5 20.5 10 0.60.23 0.56孔上端面6 精铣中间孔下端面0.5 20 10 0.60.38 0.62表 5六、切削用量、时间定额的计算一、切削用量的计算1、工序 1粗铣拔叉两端小头孔上端面（1） 背吃刀量的确定 取 ap=2.7mm（2） 进给量的确定 由表 5-7，按机床功率5kW、工件夹具系统刚度为中等条件选取，
13、该工序的每齿进给量 fz 取为 0.2mm/z。（3） 铣削速度的计算 由表 5-9，按镶齿铣刀、 d/z = 80/10 的条件选取，铣削速度 v 可取为 40m/min。由公式 n=1000v/ d 可求得铣刀转速n=100040m/min/ 80mm=159.15r/min,参照表 4-15 所列 X51 型立式铣床的主轴转速，取转速 n=160r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/ d，可求出该工序的实际铣削速度 v=n d/1000=160r/min 80mm/1000=40.2m/min。2、工序 2 和工序 3 粗铣中间孔上端面和下端面 该工序分两个工步，工步 1 是以
14、 T1 及小头孔外圆为基准，粗铣上端面；工步 2 是以 T3 及小头孔外圆定位，粗铣下端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，且它们加工的余量是相等的，因此它们所选用的切削速度 v、进给量 f 和背吃刀量是一样的。（1） 背吃刀量的确定 取 ap=2.5mm（2） 进给量的确定 由表 5-7，按机床功率5kW 、工件夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量 fz 取为 0.2mm/z。（3） 铣削速度的计算 由表 5-9，按镶齿铣刀、 d/z = 80/10 的条件选取，铣削速度 v 可取为 40m/min。由公式 n=1000v/ d 可求得铣刀转速n=100044.9
15、m/min/ 80mm=159.15r/min,参照表 4-15 所列 X51 型立式铣床的主轴转速，取转速 n=160r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/ d，可求出该工序的实际铣削速度 v=n d/1000=160r/min 80mm/1000=40.2m/min。3、工序 4、工序 5、工序 6精铣两端小头孔上端面、精铣中间孔上端面、精铣中间孔下端面由于精铣后，它们表面粗糙度要求是相同的，即 Ra3.2 ，故可以确定它m们的进给量是一样的，且它们的背吃刀量也是一样的，因此它们的铣削速度也一样的。（1） 背吃刀量的确定 取 ap=0.5mm（2） 进给量的确定 由表面粗糙度 R
16、a3.2 ，该工序的每齿进给量 f 取为m0.12mm/z。（3） 铣削速度的计算 由表 5-9，按镶齿铣刀、 d/z = 80/10 的条件选取，铣削速度 v 可取为 49m/min。由公式 n=1000v/ d 可求得铣刀转速n=100049m/min/ 80mm=194.96r/min,参照表 4-15 所列 X51 型立式铣床的主轴转速，取转速 n=210r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/ d，可求出该工序的实际铣削速度 v=n d/1000=210r/min 80mm/1000=52.78m/min。4、工序 7 和 8 以 T1 及小头孔外圆为基准，扩、精铰 22 孔
17、，保证垂直度误差不超过 0.05mm,孔的精度达到 IT7。（1） 扩孔工步1） 背吃刀量的确定 取 ap=5.8mm2） 进给量的确定 由表 5-22，选取该工步的每转进给量 f=0.28mm/r。3） 切削速度的计算 由表 5-22，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度 v 可取为 22m/min。由公式 n=1000v/ d 可求得钻头转速 n=100022m/min/18mm=389.05r/min,参照表 4-9 所列 Z550 型立式钻床的主轴转速，取转速n=351r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/ d，可求出该工序的实际钻削速度 v=n d/1000=351r/m
18、in 18mm/1000=19.85m/min。（2）精铰工步1） 背吃刀量的确定 取 ap=0.2mm2） 进给量的确定 由表 5-31，选取该工步的每转进给量 f=0.8mm/r。3） 切削速度的计算 由表 5-26，切削速度 v 可取为 4m/min。由公式n=1000v/ d 可求得该工序铰刀转速 n=10004m/min/ 22mm=57.87r/min, 参照表 4-9 所列 Z550 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=47r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/ d，可求出该工序的实际钻削速度 v=n d/1000=47r/min22mm/1000=3.25m/min。5
19、、工序 9 和 10 T1 及小头孔外圆为基准，扩、半精镗 55 孔（1） 扩孔1） 背吃刀量的确定 取 ap=5.5mm2） 进给量的确定 由表 5-22，选取该工步的每转进给量 f=0.40mm/r。3） 切削速度的计算 由表 5-22，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度 v 可取为 22m/min。由公式 n=1000v/ d 可求得钻头转速 n=100022m/min/48mm=145.89r/min,参照表 4-9 所列 Z550 型立式钻床的主轴转速，取转速n=125r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/ d，可求出该工序的实际钻削速度 v=n d/1000=125r
20、/min 48mm/1000=18.85m/min。（2）半精镗1） 背吃刀量的确定 取 ap=0.5mm2） 进给量的确定 由表 5-30，选取该工步的每转进给量 f=0.40mm/r。3） 切削速度的计算 由表 5-30，切削速度 v 可取为 60m/min。6、工序 12 以 T1 及小头孔为基准，钻 螺纹孔、攻 螺纹8M8（1）钻孔1） 背吃刀量的确定 取 ap=7mm2） 进给量的确定 由表 5-22，选取该工步的每转进给量 f=0.12mm/r。3） 切削速度的计算 由表 5-22，按工件材料为灰铸铁的条件选取，切削速度 v 可取为 22m/min。由公式 n=1000v/ d 可
21、求得钻头转速 n=100022m/min/7mm=1000.91r/min,参照表 4-9 所列 Z550 型立式钻床的主轴转速，取转速n=996r/min。再将此转速代入公式 n=1000v/ d，可求出该工序的实际钻削速度 v=n d/1000=996r/min 7mm/1000=21.90m/min。（2）攻螺纹1） 背吃刀量的确定 由表 2-39 查得，M8 的螺纹在加工前孔直径应为7mm,因此攻螺纹的背吃刀量 ap=1mm2） 进给量的确定 由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此f=1mm/r。3） 切削速度的确定 由表 5-37 查得攻螺纹的切削速度 v=510m/min，选
22、v=5m/min。由公式（ 5-1） （机械制造技术基础课程设计指导教程 ）求该工位的主轴转速 n=1000v/ d=10005m/min/ 8mm198.94r/min,又由表 4-9 所列 Z550 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=250r/min。再将此转速代入公式n=1000v/ d，可求出该工序的实际切削速度v=n d/1000=250r/min 8mm/1000=6.28m/min。4） 切削速度和进给量的校核刀具的每分钟进给量 fm、刀具转速 n 和进给量 f 之间的关系为 fm=nf，由此可分别求出钻孔和攻螺纹的每分钟进给量，即钻孔fm=996r/min0.12mm/r=11
23、9.52mm/min；攻螺纹fm=250r/min1mm/r=250mm/min。由于两者不相等，因此需对上述切削用量进行修改。因为攻螺纹时，f=250mm/min/996r/mm=0.25mm/r,所以对钻孔的进给量进行修改。令 f=0.25mm/r，则钻孔的每分钟进给量fm=996r/min0.25mm/r250mm/min,等于攻螺纹的每分钟进给量，这与组合机床切削用量的选择原则相符合。二、时间定额的计算1、基本时间 tm的计算（1）工序 1粗铣拔叉两端小头孔上端面根据表 5-43 中面铣刀铣平面（对称铣、主偏角 Kr=90）的基本时间计算公式 tj=(l+l1+l2)/fMz可求出该工
24、序的基本时间。式中 l=240mm=80mm ；l 1=12mm ；l 2=13mm,取 l2=1mm; fMz=fn=fzZn=0.2mm/z10z/r160r/min=320mm/min。将上述结果代入公式 tj=(l+l1+l2)/fMz，则该工序的基本时间tj=（80mm+12mm+1mm）/320mm/min0.29min=17.4s(2)工序 2 和工序 3 粗铣中间孔上端面和下端面根据表 5-43 中面铣刀铣平面（对称铣、主偏角 Kr=90）的基本时间计算公式 tj=(l+l1+l2)/fMz可求出该工序的基本时间。式中 l=110mm ；l 1=12mm ；l 2=13mm,
25、取 l2=1mm; fMz=fn=fzZn=0.2mm/z10z/r160r/min=320mm/min。将上述结果代入公式 tj=(l+l1+l2)/fMz，则该工序的基本时间tj=（110mm+12mm+1mm）/320mm/min0.38min=22.8s(3)工序 4粗铣拔叉两端小头孔上端面根据表 5-43 中面铣刀铣平面（对称铣、主偏角 Kr=90）的基本时间计算公式 tj=(l+l1+l2)/fMz可求出该工序的基本时间。式中 l=240mm=80mm ；l 1=12mm ；l 2=13mm,取 l2=1mm; fMz=fn=fzZn=0.12mm/z10z/r210r/min=2
26、52mm/min。将上述结果代入公式 tj=(l+l1+l2)/fMz，则该工序的基本时间tj=（80mm+12mm+1mm）/252mm/min0.369min=22.14s(4)工序 12 钻攻螺纹 M81）钻孔工步根据表 5-41 中钻孔的基本时间计算公式 可求出该工步的基本时间。2=jLfnt式中 L=9mm+3.5mm+1mm=13.5mm 。将上述结果代入公式 ，则该工序的基2jfnt本时间 tj=213.5mm/250mm/min0.108min=6.48s2)攻螺纹根据表 5-46 中攻螺纹的基本时间计算公式 可求出12120+=jllifnft该工步的基本时间。式中 l=9m
27、m ；l 1=1mm ；l 2=2mm，n 0=250r/min,i=1。将上述结果代入公式 ，则该工序的基本时间1220+j ifnfttj=20.096min=0.192min=11.52s2、辅助时间 tf的计算辅助时间 tf与基本时间 tj之间的关系 tf=（0.150.2）t j，取tf=0.15tj，则各工序的辅助时间分别为：工序 1 的辅助时间：t f=0.1517.4s=2.61s工序 2 的辅助时间：t f=0.1511.4s=1.71s工序 3 的辅助时间：t f=0.1511.4s=1.71s工序 4 的辅助时间：t f=0.1522.14s=1.52s工序 12 钻孔工
28、步的辅助时间：t f=0.156.48s=0.972s工序 12 攻螺纹的辅助时间：t f=0.1511.52s=1.728s3、其他时间的计算除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本设计拔叉的生产类型为中批量生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间 tb是作业时间的 2%-7%,休息与生理需要时间 tx是作业时间的 2%-4%，本设计均取为3%，则各工序的其他时间（t b+tx）可按关系式（3%+3%）（t j+tf）计算，它们分别为：工序 1 的其他时间：t b+tx=6%（17.4s+2.61s）=
29、1.2s工序 2 的其他时间：t b+tx=6%（11.4s+1.71s）=0.79s工序 3 的其他时间：t b+tx=6%（11.4s+1.71s）=0.79s工序 4 的其他时间：t b+tx=6%（22.14s+3.32s）=1.52s工序 12 钻孔工步的其他时间：t b+tx=6%（6.48s+0.972s）=0.447s工序 12 攻螺纹的其他时间：t b+tx=6%（11.52s+1.728s）=0.794s4、单件时间 tdj的计算工序 1 的单件时间：t dj=17.4s+2.61s+1.2s=21.21s工序 2 的单件时间：t dj=11.4s+1.71s+0.79s=
30、13.9s工序 3 的单件时间：t dj=11.4s+1.71s+0.79s=13.9s工序 4 的单件时间：t dj=22.14s+3.32s+1.52s=13.9s工序 12 的单件时间：tdj=6.48s+0.972s+0.447s+11.52s+1.728s+0.794s=21.941s七、夹具设计一、 问题的提出本夹具是用来粗铣和精铣两端小头孔上端面,此两道工序分别是粗加工和精加工,因此这两个工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,还要保持适当的精度.二、 夹具设计1 定位基准选择为了尽量的减小定位误差，应选拨叉下端面和两端 40 外圆表面为主要的定位基准，利用一个平面、
31、两个 V 形块定位，消除六个自由度，完全定位，以便达到所需要求。 2 切削力及夹紧力计算:刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀，牌号 YG6，d 0=80mm, 齿数 Z=10,由切削手册表 3.28 的公式：FFFxyupzenwofZFcadq其中： CF=54.5 xf=0.9 yF=0.74 uF=0.83 wF=0 qF=1 d0=80mm Z=10 ap=2.2mm ae=40 fz=0.13mm/z所以 F=121.7N水平分力：F H=1.1F=121.7*1.1=133.87N垂直分力：F V=0.3F=0.3*121.7=36.51N计算切削力时，必须把安全系数考虑在内，
32、安全系数 1234K其中 K 1为基本安全系数 1.5K2为加工性质系数 1.2K3刀具钝化系数 1.2K4为切削特点系数（断续切削）1.2所以 K=1.5x1.2x1.2x1.2=2.6F=KFH=133.87*2.6=347N为了克服水平方向的力，实际的夹紧力为4Nf=KFH解得：N=433.75N由以上的数据可知：所选的气缸提供的夹紧力大于所需的，且满足许用夹紧力，故本夹具可以安全工作。3 定位误差分析工件以平面和 V 形块为定位原件。当用已加工平面作为定位基面是，定位误差甚小，一般可忽略不计。参考文献1 邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社，2004.82 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,2000.10.3 李云主编.机械制造及设备指导手册.北京:机械工业出版社,1997.84 孟少农主编.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社,1991.9.5 徐圣群主编.简明加工工艺手册.上海科学技术出版社，1991.26 黄如林 汪群主编.金属加工工艺及工装设计.北京：化工工业出版社，2006.27 王兰美主编.机械制图.北京：高等教育出版社，2005
