机械制造工艺与夹具设计_CA6140车床拨叉.doc

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1、目录序言2一、零件分析3（一）零件的作用（图）3（二）零件的工艺分析3二 、工艺规程设计4（一）确定毛坯的制造形式4（二）基面的选择4（三）精基准的选择6（四）制定工艺路线8（五）机械加工余量，工序尺寸及毛坯的确定11三、 夹具设计14（一）机床夹具的功用14（二）问题的提出14（三）夹具设计14（四）夹具各零件尺寸（图）17序言毕业设计是学生在学校完成了大学三年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节，是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计

2、思想和工作作风。毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题，在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。 本次设计是提高CA6140车床上拨叉的加工效率，设计正确的加工工艺路线，以及某道工序的夹具。这次设计涉及到机床，机械加工工艺，工装夹具等机制专业的几乎所有的专业基础知识。是一次全面地，系统地检查自己在大学期间对专业知识学习的情况，在整个设计过程中做到严谨认真，一丝不苟的精神，尽量使自己的设计达到理想的水平，通过独立的查找资料，分析，计算完成方案设计，图纸设计和编写技术文件等，设计了这套比较完整的加工工艺路线，使自己对机制专业有了更深刻的认识。 由于时间短促，经验不足以及水平有限，本次

3、设计难免许多不妥和错误之处，敬请批评指正，以便及时改正。一、零件分析（一）零件的作用（图）题目所给的零件是车床CA6140拔叉，型号为831007。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者要求工作，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，55半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴相接触，通过上方的力拨动下方的齿轮变速，俩件零件铸为一体，加工时分开。 （二）零件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，不适合磨削，以下则是拨叉零件需要加工的表面以及表面之间的位置要求。(1) 小孔以及与之相通的锥孔、螺纹孔。(2) 大头半圆孔55

4、(3) 拨叉底面，小头孔端面，大头半圆孔端面，大头半圆孔端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与之中心线的垂直度误差为0.05由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度，再根据加工方法的经济精度以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，所以根据上述要求，采用常规的加工工艺均可保证。二 、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件的材料为HT200，考虑零件在机床运行过程中所受的冲击力不大，零件制造又比较简单，故选择铸件毛坯，选用铸件公差等级为CT9级，已知该拨叉零件的生产纲领为5000件年，零件的质量为1.0

5、kg个，可确定该拨叉零件为大批生产，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（二）基面的选择基面的选择是工艺规程中的重要工作之一，基面选择正确与合理可以使加工质量得到保证，生产效率提高。（1）粗基准的选择在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余量，及保证不加工表面与加工表面间的尺寸，位置符合零件图样设计要求，粗基准的选择原则：（1） 重要表面余量均匀原则 必须首先保证工件重要表面具有较小的加工余量，应选择该表面为粗基准（2） 表面间的相互位置要求原则 必须保工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，应以不加工表面作为粗基准，如果在

6、工件上有很多不加工表面，应以其中与不加工表面相互位置要求较高的不加工表面作为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等（3） 余量足够原则 如果零件上各个表面均需加工，则以加工余量较小的表面作为粗基准（4） 定位可靠性原则 作为粗基准的表面，应选用比较可靠，平整光洁的的表面，以便定位准确，夹紧可靠在铸件上不应该选择有浇冒口的表面，分型面，有毛刺或夹砂的表面作为粗基准；在锻件上不应该伴有飞边的表面作为粗基准，若工件上没有合适的表面作为粗基准，可以先铸出或焊上几个凸台，以后再去掉（5） 不重复使用原则 粗基准的定位精度低，在同一尺寸方向上只允许使用一次，不能重复使用对于一般类的叉杆类零件而言，以孔和端面作为粗

7、基准，是完全合理的。对于本零件而言，尽可能选择不加工便面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与不加工表面要求要求相对位置精度较高的不加工表面为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等。根据这个基准选择原则，现选取22孔的不加工外轮廓作为粗基准，利用俩个V型块支撑22俩个外轮廓表面作为粗基准的定位面，限制5个自由度在利用一个销钉限制一个自由度达到完全定位然后进行铣削。对于拨叉零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与不加工表面为粗基准，根据这个基准选择原则，现选取拨叉俩个22孔德下端面为粗基准，利用俩个22的外轮廓作为主要定位面，再以一个销钉限制最后一个自

8、由度，达到完全定位。（三）精基准的选择精基准的选择原则主要考虑如何减少误差，保证加工精度和安装方便以及以及设计基准和工序基准重合问题。当二者不重合时，应该进行换算。（1） 基准重合原则 应尽可能选择零件的设计基准作为定位基准，以避免产生基准不重合原则。（2） 基准统一原则 应尽可能选用精基准定位加工各表面，以保证各表面之间的位置精度。采用统一基准的好处在于：可以在一次安装中加工几个表面，减少安装次数和安装误差，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度；有关工序所采用的夹具结构比较统一，简化夹具的设计与制造，缩短生产准备时间，便于采用高效率的专用设备，大幅度的提高生产率。（3） 自为基准原则 有些

9、精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面为精基准。（4） 互为基准反复加工原则 有些相互位置精度要求较高的表面，可以采用互为基准反复加工的原则来保证（5） 定位可靠性原则 精基准应凭整光洁，具有相应的精度，确保定位简单准确，便于安装，夹紧可靠。（6） 如果工件上没有能作为精基准选用的恰当表面，可以在工件专门加工出定位基面，这种精基准成为辅助基准，辅助基准在零件的的工作中不起任何作用它仅仅是为加工的需要而设计的。（7）加工阶段的划分该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。(8）工序的集中和分散本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生

10、产类型为成批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。(9) 加工原则:1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准拨叉下端面2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。3）遵循“先主后次”原则. 4）遵循“先面后孔”原则.考虑保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准统一和基准重合”原则,以粗加工底面为定 位粗基准。（四）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几乎形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理保证，再

11、生产纲领已确实，为大批量生产的条件下，可以考虑使用万能机床配以专用的夹具，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降低。1工艺路线方案一工序粗铣40孔的两头的端面，73 mm孔的上下端面。工序精铣40孔的上下端面。工序粗车,半精车, 精车55至图样尺寸。工序钻，扩铰两端22孔至图样尺寸。工序钻M8的螺纹孔，钻8的锥孔钻到一半攻M8的螺纹。工序铣断保证图样尺寸。工序去剌，检查。2工艺路线方案二工序一：退火工序二：粗、精铣22 mm、55 mm的下表面，保证其粗糙度为3.2 um工序三：以22 mm的下表面为精基准，粗、精铣22 mm的孔的上表面，保证其粗糙度

12、为3.2 um,其上、下表面尺寸为50mm工序四：以22 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰22 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um，垂直度误差不超过0.05mm 工序五：以22 mm的下表面为精基准，粗、半精镗55 mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2 um工序六；以22 mm的下表面为精基准，粗、精铣55mm的上表面，保证其与孔的垂直度误差不超过0.07mm，其上、下表面尺寸为30mm工序七：铣断工序八：以22 mm的孔为精基准，钻8 mm的锥孔的一半，装配时钻铰 工序九：以22mm的孔为精基准，钻6 mm的孔，攻M8的螺纹 工序十：以22 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗

13、糙度为6.3um 工序十一：检查3工艺路线方案三工序一；退火工序二：粗、精铣22 mm、55 mm的下表面，保证其粗糙度为3.2 um工序三：以22 mm的下表面为精基准，粗、精铣22 mm、55 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um，22 mm的上、下表面尺寸为50mm，55 mm的上、下表面尺寸为30mm工序四：以22 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰22 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um，垂直度误差不超过0.05 mm 工序五：以22 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗55 mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2 um工序六：以22 mm的孔为精基准，钻8 mm的

14、锥孔的一半，装配时钻铰 工序七：以22 mm的孔为精基准，钻6mm的孔，攻M8的螺纹工序八：铣断 工序九：以22 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为6.3um工序十：检查3.工艺方案的分析与比较。上述工艺方案的特点在于：方案一是光加工与22mm 的孔有垂直度要求面再加工孔，而方案二恰恰相反，先是加工完22mm的孔，在以孔的中心轴线来定位加工与之有垂直度要求的三个孔面，方案一装夹次数少，但在加工22mm的时候最多只能保证一个面定位面与之与之有垂直度要求，其他两个面很难保证，因此，此方案有很大弊端。方案二在加工三个面时都是用22孔的中心轴线来定位，这样很容易就可以保证其余三个面的为制度要求。

15、所以综上最终方案为：工序粗铣40孔的两头的端面。工序钻，扩铰两端22mm孔至图样尺寸。工序粗铣中间孔上端面。工艺方案的分析与比较。上述工艺方案的特点在于：方案一是光以拔叉底面为精基准，加工22两小孔，然后再加工55孔，而方案二则与此相反光以22外圆为基准加工55孔，在通过定位加工22两小孔，两相比较可以看出，先加工22小孔，再加工55孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹都比较方便，而且两方案中的工序嗾使相等的，只需将方案一与方案二中的某些工序相接合，取长补短，做出更好的工艺路线，具体工艺过程如下：工序一；退火工序二：粗、精铣22 mm、55 mm的下表面，保证其粗糙度为3.2 um，可采

16、用X6140卧式铣床专用夹具。工序三：以22 mm的下表面为精基准，粗、精铣22 mm、55 mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2 um，22 mm的上、下表面尺寸为50mm，55 mm的上、下表面尺寸为30mm。工序四：以22 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰22 mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6 um，垂直度误差不超过0.05 mm ，可采用多刀具组合机床。 工序五：以22 mm 的下表面为精基准，粗、半精车55 mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2 um，采用T616卧式镗床专用夹具。工序六：以22 mm的孔为精基准，钻8 mm的锥孔的一半，装配时钻铰 ，采用Z525立式钻

17、床加专用夹具。 工序七：以22 mm的孔为精基准，钻6mm的孔，攻M8的螺纹，采用Z525立式钻床专用夹具。工序八：铣断，去毛刺，采用X60卧式铣床加专用夹具。 工序九：以22 mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为6.3um，采用X60卧式铣床加专用夹具。工序十：检查，入库。（五）机械加工余量，工序尺寸及毛坯的确定“CA6140拨叉”零件材料為HT200，硬度為190-210HB,重量為1.0kg，生產类型为重中批生产，采用在金属模机器造型，查机械制造工艺简明手册以下简称简明手册表2.2-5知；毛坯的加工余量的等级为4，尺寸公差 CT为8查表2.2-4单侧加工时，其加工余量为2.0mm,双

18、侧加工时，每册加工余量为1.5mm1.根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：（1）22孔的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表2.3-8得，各加工余量分别为精绞0.06mm、粗绞0.14mm、扩孔1.8mm、钻孔20mm，总余量为22mm（由于该处孔径较小，未先预铸孔，故用20的钻头钻出20的孔）。（2）55孔的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表2.3-9得，各加工余量分别为粗镗4mm、半精镗0.5mm、总余量为5mm（该处先已预铸出50的孔）。（3）22的两个上端面的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表2.3-21得，各加工

19、余量分别为精铣1mm、粗铣2mm，总余量为3mm。（4）拨叉底面的加工余量的确定查机械制造工艺设计简明手册表2.3-21得，其粗铣的加工余量为2mm。2、为了更直观一些，做表如下加工孔加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸55孔铸件5CT12502.8粗车3IT12520.15半精车0.5IT1153.250+0.122孔钻20IT11200+0.13扩1.8IT921.80+0.052粗铰0.14IT821.940+0.033精铰0.06IT7220+0.021加工平面加工内容加工余量基本尺寸铸件6.0粗铣22孔下端面4.056.0粗铣55孔下端面4.031.0粗铣22孔上端面4.052.

20、0精铣22孔下端面1.051.0精铣22孔上端面1.050.0精铣55孔上端面1.0230.0工件如图所示三、 夹具设计（一）机床夹具的功用1、稳定保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，是一批工件的加工精度趋于一致。2、减少辅助工时，提高生产率使用夹具装夹工件无需划线找证，可显著地减少辅助工时，方便快捷；可提高工件刚性，使用较大的切削用量；可实现多件、多工位同时装夹，可采用高效夹紧机构，提高劳动生产率。3、扩大机床使用范围，实现一机多能根据加工机床的成形运动，附以不通类型的夹具，可扩大机床的工艺范围，为了提高劳动生产率，保证加工质

21、量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。（二）问题的提出本夹具主要用来钻M8两个小孔，这两个小孔对40上端面有个的位置度要求。（三）夹具设计1、定位基准的选择 由零件图可知，M8两小孔相对于两个40孔上端面有位置度要求，其设计基准就是40孔上端面，为了使定位误差为零，应选择以22孔为定位基准，采用“一面两孔”进行定位，即用一个平面，限制3个自由度和一个短圆柱销，一个销边销共限制了3个自由度，达到完全定位。2、定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个平面、以短圆柱销一个销边销，短圆柱销和销边销的尺寸与公差现规定与本零件22孔的尺寸与公差相同:即22+00.021所谓定位误

22、差，是指由于定位造成的加工面相对于工序基准的位置误差，因为对于一批工件而言，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在 加工尺寸方向上的最大变动量。（2）造成定位误差的原因：由于定位基准与工序基准不一定引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准对定位基准在加工方向上的最大变动量，用B表示。由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称为基准定位误差，即定位误差的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量。3、夹紧装置的设计要求夹紧装置是夹具的重要组成部分，合理设计夹紧装置有利于保证工件的加工质量。提高生产率和减轻工人的劳动强度，因此对夹紧装置

23、提出以下要求：（1）工件在夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所获得的正确位置（2）夹紧力的方向应可靠、适当。也就是即要保证工件在加工过程中不产生移动或震动，同时又必须使工件不产生不适当的变形和表面损伤（3）夹紧动作要准确迅速，以便提高生产效率（4）操作简便，省力，安全，以改善工人的劳动条件，减轻劳动强度（5）结构简单，易于制造4、夹紧力的方向（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件的准确性和可靠性，一般要求夹紧力的方向应指向主要定位基面，把工件压向定位元件的主要定位表面上。（2）夹紧力方向应使工件变形尽可能变小，使工件的夹紧部分属于套筒零件，显然轴向夹紧要比要比径向夹紧使工件变形要小。（3）夹紧力方向

24、应使所需夹紧力可能小，在保证夹紧可靠的前提下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便，紧凑以及减少工件变形，为此，应使加紧力Q的方向最好与切削力下，工件重力G的方向，这时所需夹紧力为最小。5、夹紧力的作用点（1）夹紧力作用点应靠近支撑元件的几何中心，或几个支撑元件所形成的支撑面内（2）夹紧力的作用点应落在工件刚度较好的部位上（3）夹紧力的作用点应尽可能靠近被加工表面，这样可以减小切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支撑并施加附加夹紧力。（四）夹具各零件尺寸（图） 整体结构图中间螺柱设计图衬套图钻套螺钉图钻套图垫片定位圆柱销及削边销图设计总结

25、夹具课程设计即将结束。回顾整个过程，经过老师和同学的帮助，还有自己不懈的努力，终于定时定量的完成了这次课程设计。课程设计作为机械制造与自动化专业的重点，使理论与实践结合，对理论知识加深了理解，使生产实习中的理解和认识也到了强化。本次课程设计主要是机械加工工艺规程设计和专用夹具设计。机械加工工艺规程设计运用了基准选择等知识，夹具设计的运用了工件定位、夹紧机构等知识。通过此次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。本次设计还存在很多不足之处。由于对知识的掌握不够扎实，在设计过程中不能全面地考虑问题。仍需要进一步研究

26、和实践。这次设计，让我对基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了思考、解决问题，创新设计的能力。为以后的设计工作打下了较好基础。本设计存在很多不足之处，最后恳请各位老师批评指正！参考文献1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(2版),机械工业出版社,2006年。2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001年。3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年。4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年。5、金属切削卧式机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年。6.机械制造工艺设计简明手册/李益民主编.北京：机械工业出版社，1993年6月。7.机械制造工艺学/陈明主编.北京：机械工业出版社，2005.8。8.机械制造工艺学课程设计机床专用夹具图册/李旦，王杰等著.2版。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.2。24