机械制造工艺学课程设计 夹具设计说明书

课程设计说明书

设计题目：  设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工

工艺规程及工艺装备（中批量生产）

设计者                     

指导教师                                          

机械制造工艺学课程设计说明书

题目   设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）

内容   1.零件图                                                         一张

        2．毛坯图                                                         一张

    3．机械制造加工工艺过程综合卡片                           一张

4．结构设计装配图                                             一张

   5．结构设计零件图                                              一张

6．课程设计说明书                                             一份

前       言

通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《公差于配合》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺》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！

在些次设计中我们主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点。

  第6小组

2007年9月15日

一．设计的目的：

机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：

1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。

3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的工作能力。

二．零件的分析

（一）、零件的作用：题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）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进行工作。宽度为30+0.0120mm的面

寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑

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30+0.0120mm的面的槽和滑

移齿轮的配合精度要求很高。

（二）、零件的工艺分析：

CA6140拨叉共有两组加工表面。

1.以花键孔的中心线为基准的加工面

这一组面包括Ø26+0.230mm的六齿方花键孔、Ø23+0.280花键底孔两端的2X150到角和距中心线为22mm的平面。

2.以工件右端面为基准的6+0.030 mm的花键经上述分析可知， 对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。

二、工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形成。

    零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。经查《金属机械加工工艺人员手册》表5-5取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。毛坯零件图如下图：

（二）基准的选择。

1.粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以Φ40的外圆表面的粗基准。

2.精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的A面为精基准。

(二)制定工艺路线。

工序：

1.粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。   以Ф40mm圆柱面为粗基准。选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。

2.粗、精车B/C面

3.拉花键。以A面为基准，

4.以花键的中心线及A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具

5.开档，以花键的中心线为基准。

6.钻配作孔、螺纹孔

7.机械加工余量。

     CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量为1.0 kgσb =160MPa HBS  生产类型为由大、中批量生产，采用模锻锻模。

根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下：

1.A面的加工余量  

A面有3±0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除

2.矩形花键底孔。

要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为Φ23 0+0.28，见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》    表3-59确定孔加工余量的分配。

钻孔Φ20mm

扩孔Φ21mm

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 2Ζ=1mm

3.B面的加工余量。

此工序分2个工步1、粗铣B面    2、精铣B面。

精加工余量为0.2mm

粗铣加工余量为2.8mm

2、计算切削用量。

（1）已知长度方向的加工余量为3±0.8mm 。实际端面的最大加工余量为3.8mm 。故分二次加工（粗车和半精车）。长度加工公差IT １２级 取-0.46  mm  （入  体方向） 

（2）进给量、根据《切削简明手册》（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为16mm×25mm,ａｅ≤３mm时，以及工件直径为Φ60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取Φ60mm）

ƒ=0.6-0.8mm/ｒ.

按C３１６３－１　车床说明书　取ƒ=0.6   mm/n。

由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85  所以：实际进给量f=0.6×0.8=0.48 mm/ｒ

按C３１６３－１　车床说明书　ƒ＝0.53ｍｍ／ｒ

（3）计算切削速度。按《切削简明手册》表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

刀具材料YG6           

V=Cv/(Tm·ap xv·f yv) ·kv

其中：Cv=158   xv=0.15  yv=0.4  M=0.2修正系数Ko见《切削手册》表1.28

kmv=1.15    kkv=0.8    kkrv=0.8   ksv=1.04   kBV=0.81

∴Vc =158/( 600.2·20.15·0.53 0.4) ·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97

         =46.9(m/min)

（4）确定机床主轴转速   ns=1000vc/dw=229.8（r/min）

按C３１６３－１　车床说明书　ｎ＝200 r／min

所以实际切削速度V=40.8m/min 

3、钻孔、扩孔、倒角。

  （1）、钻孔

钻头选择：见《切削用量简明手册》表2.2

钻头几何形状为（表2.1及表2.2）：双锥修磨具刃，钻头参数：

ｄ＝Ф20ｍｍ β=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm ,ao=12°,

Ψ=55°,b=2mm，=4mm。

根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=0.48

ａ、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,当σb＝210MPa    

ｄ0＝20.5mm  可确定f=0.75。

     按C3163-1　车床说明书　　　取 f=0.62mm/n.

ｂ、 决定钻头磨钝标准及寿命 表2.21，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6 寿命T=45min.

ｃ、切削速度　由《切削用量简明手册》，表2.15得 Ｖ=21m/min

n=1000V/D=334.4  由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min  取280n/min

取n=280m/min. 实际Ｖ=17 m/min 

 ｄ、 基本工时，Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) 

入切量及超切量由表2.29. 查出Ψ+△=10mm   

所以Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) 

（2）、扩孔

刀具直径do=21mm；刀具几何参数同上。

   由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以Tm同上 Tm=0.32 

倒角刀具15°锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。

（3）、倒角 

刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。

检验机床功率  按《切削用量简明手册》表 1.2４

可以查出　当σｂ＝160～245HBS

ａｐ≤2.8ｍｍ　ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ　

Ｖｃ≤41ｍ／min　　Ｐｃ＝3.4kw

按C３１６３－１　车床说明书　主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见Ｐｃ比Ｐ小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求

钻削功率检验按《切削用量简明手册》表 2.21

当ｄｏ＝21 ｍｍ　ｆ＝0. ｍｍ

查得转矩Ｍ＝61.8　N.M

《切削用量简明手册》表由表2.32　得功率公式

ＰC＝McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67km

按C３１６３－１　车床说明书　主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见ＰC比Ｐ小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要

工序Ⅱ  拉花键孔

单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿

为0.06mm,

拉削速度          v=0.06m/s(3.6m/min)

切削工时          t=Zblηk/1000vfzZ

式中：     Zb     单面余量1.5mm(由Φ21mm拉削到Φ25mm)； 

                L      拉削表面长度，80mm；

               η      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）；

                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=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm

∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7

∴其本工时 Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min)

工序Ⅲ   粗铣，精铣B面。

加工要求：粗铣B面，精铣B面，Ra=3.2ｕｍ。

用标准镶齿圆柱铣刀粗铣  加工余量3mm

机床 ：Ｘ62W

加工工件尺寸：宽度：40mm 长度：28mm

1.  粗铣

1)选择刀具   

根据《切削用量简明手册》表3.1 铣削宽度ae≤5mm时。直径为do=50mm　故齿数Ｚ＝８，由于采用标准镶齿圆柱铣刀

铣刀几何参数（表3.2）rn=10°ao=16° 

2) 切削用量 

留精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度ac＝2.8±0.8ｍｍ，由于加工表面精度要求Ra=3.2 um.根据表3.5得每转进给量ｆ＝0.5～１mm/r就能满足要求，但考虑到Ｘ62W功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和Ｘ62W铣床说明书  所以每转进给量ｆ＝0.6mm/r

3)选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据《切削用量简明手册》表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm，            刀具寿命 T=120min（表3.8）

4)决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

Z=8, aP=40-70mm, ac=2.8±0.8ｍｍ, fz=f/z=0.0750.1mm/z

Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)  

Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12,

Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79

Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=23.7(m/min)  n=1000V/d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min   根据X62W型铣床说明书选n=160r/min

Vc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min  Vf=nf=160x0.6=96mm/min 

选Vf=80mm/min 实际fz=Vf/(nxz)=0.0625mm/z

5) 机床功率：根据《切削用量简明手册》表3.20 当  Vc=71m/min    ae=2.8mm    ap=41mm    fz=0.08   Kmpc=1.4kw 

切削功率的修正系数：

故Pct＜0.8,

根据X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为

Pcm=7.5×0.75=5.63kw    故Pcc＜Pcm  因此所决定的切削用量可以采用。     ae=2.8mm Vf=80m/minn=160r/min Vc=25.1m/min  fz=0.0625mmm/z

6) 基本工时根据   《切削用量简明手册》表3.5

Tm=(L+L1+△)/Vf=(28+14)/80=0.525（min）   L1+△=14mm

2.  精铣

1）选择刀具  

刀具与上道工步是同一把刀。 

2）切削用量 

精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度 

ae＝0.2mm，ｆ＝0.6

3）决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

ac=0.2mm, Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min 

n=1000V/d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min

Vf=nf=210x0.6=126mm/min、VF=125mm/min fz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z

4）基本工时基本工时根据  《切削用量简明手册》表3.5

Tm=(L+L1+△)/Vf=(28+14)/125=0.336（min）   L1+△=14mm

工序Ⅳ  铣削8+0.030mm槽。

      加工工件尺寸：8+0.030mm , 长度L=40mm

      加工要求：高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）加工余量8 用乳化液冷却

机床：X62W

1)选择刀具：由加工尺寸公差0-0.3 。所以铣刀精度为精密级K8

铣刀参数：L=8mm  D=63 d=22 d1=34 ro=15°

ao=12°an=6°Z=16

2)选择切削量

由于槽的深度为8mm, 故一次走完，ae=8mm ap=8mm

由《切削用量简明手册》表3.3  确定f=0.15-0.3mm/r  现取f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z

3)  选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：T=100min其中

4)  决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由《切削用量简明手册》3.27的公式

Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)·Kv                    

Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,

Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79        

Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)·Kv =82.86m/min

n=1000×Vc/do=1000×82.86/3.14×63=418.87r/min

根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min

实际速度Vc=donc/1000=74.2m/min 

选Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min   根据X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/min

fzc=110/375×16=0.018mm/z

5)机床功率：根据《切削用量简明手册》表3.28 公式 

圆周力   fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF)KFC    KTV=0.90    KMFC=0.94   

由表28 得 CF=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83，KFC=1.28

  Fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF)KFC=30 X 8 X 0.018 X 8/ 63 X 375 =505.6 N

      M=FCdo/2×103=15.9N•M 

      Pc=FcVc/1000=1.18km 根据X62W型铣床说明书，功率足够。

6)  基本工时基本工时根据   《切削用量简明手册》表3.5

Tm=(L+L1+△)/Vf=(40+14)/110=0.49（min）   L1+△=14mm

工序Ⅴ铣宽为180+0.12mm槽

加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽180+0.12mm，长L=40mm，加工余量23mm

    由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，ae=23，ap=10mm，

1)选择刀具

铣刀参数：L=10  D=100mm d=30mm ro=15°

ao=12°an=6°Z=24

2)选择铣削用量

由于槽的宽度为18mm, 故二次走完，ae=23mm 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

3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：T=100min其中

4）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》3.27的公式

Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)·Kv                    

Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,

Ksv=0.8,KTv=0.82,

Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79        

Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)·Kv =98.6m/min

n=1000×Vc/do=1000×98.6/3.14×100=314r/min

根据X62W型铣床说明书选nc=300r/min

实际速度Vc=donc/1000=94.2m/min 

选Vfc=ncf=300X0.5=150mm/min   根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/min

fzc=150/300×24=0.020mm/z

5）基本工时基本工时根据   《切削用量简明手册》表3.5

Tm=(L+L1+△)•i/Vf=(40+20)X2/150=0.8（min）   L1+△=20mm i=2(走两次)

夹具设计

（一）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2道工序——钻Φ22孔夹具。   

（二）夹具设计

     1．定位基准的选择

由零件图可知，其设计基准为上表面线和工件的下加工表面为定位基准。因此选用工件以下加工表面和上表面线为主定位基准。

2.定位误差分析

由于槽的轴向尺寸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，只需保证夹具的的制造精度和安装精度。

3．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圈,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。

夹具上装有钻套装置，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，以有利于钻加工。

钻床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图3附图4。

参考文献

为期3周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组4名同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为《机械制造工艺学》、《机床夹具设计》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。

通过此次设计，使我们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。

总的来说，这次设计，使我们在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。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！