拨叉完整课程设计

 零件的作用：

题目给定的零件是CA6140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进行工作。获得所需要的速度和扭矩，宽度为40mm的面寸精度要求很高，因为在拨叉拨动滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不够或间隙很大时，滑移齿轮得不到高的位置精度，所以宽度为40mm的面槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。

 零件的工艺分析：

分析零件图可知，该拨叉形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可得到基本形状，减少了工序加工，又节约了材料。除了拨叉上表面外，其余加工表面精度低，不需要高度机床加工，可通过铣削、钻床等车床的粗加工就可以达到要求；而拨叉上表面加工精度虽然较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。由此可见，该零件工艺性较好。CA6140拨叉共有三组加工表面

（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：这一组面包括?25H7的六齿方花键孔、?22H12的花键底孔、两端的2X150倒角和距花键中心线为22mm的上顶面；

（3)以工件右端面为基准的18H11mm的槽、上顶面的2-M8通孔和?5锥孔。

经上述分析可知， 对于后两组加工表面，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

确定毛坯制造方法，初步确定毛坯形状:

零件材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能良好，考虑到零件加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既没有变载荷，又属间歇性工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。

零件的形状简单，因此毛坯形状需要与零件形状尽量接近，又因内花键较小，因此不可直接铸出。

基准的选择

基准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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚着，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

1）粗基准的选择

选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续的工序提供精基准。选择粗基准的出发点是：一要考虑如何分配各加工表面的余量：二要考虑怎样保证不加工面与加工面间的尺寸及相互位置要求。这两个要求常常是不能兼顾的，但对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。对本零件而言，由于每个表面都要求加工，为保证各表面都有足够的余量，应选加工余量最小的面为粗基准（这就是粗基准选择原则里的余量足够原则）现选取外圆柱面和端面作为粗基准。在车床上用带有子口的三爪卡盘夹住工件，消除工件的5个自由度，达到完全定位。

2）精基准的选择

     精基准的选择主要考虑基准重合与统一基准原则。以R20mm孔为精基准。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，此处不在重复。

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。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外好应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

1)工艺路线方案一

工序10：粗、精铣后端面；

工序20：粗、精铣上顶面；

工序30：钻、扩花键底孔Φ22H12；

工序40：倒角1 X 15°；

工序50：拉内花键Φ25H7

工序60：粗、精铣18H11底槽；

工序70：钻2—M8通孔并攻丝；

工序80：钻Φ4锥孔底孔，配做；

工序90：挫圆角R3-5；

工序100：去毛刺，清洗；

工序110: 终检入库。

2）工艺路线方案二

工序10：粗、精铣后端面；

工序20：钻、扩花键底孔Φ22H12；

工序30：倒角 X 15°；

工序40：粗、精铣上顶面；

工序50：粗、精铣18H11底槽；

工序60：钻2-M8通孔并攻丝；

工序70：钻Φ5锥孔；

工序80：拉内花键Φ25H7；

工序90：挫圆角；

工序100：去毛刺，清洗；

工序110：终检入库。

3）工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：方案二把拉内花键Φ25H7放在粗、精铣18H11底槽之后，这样后面的工序50、工序60、工序70很难对工件进行定位和夹紧。造成生产率的下降。而工艺路线一把花键底孔Φ22H12钻削出来并倒角后紧接着就拉内花键Φ25H7。这样后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键中心线进行定位、进行螺旋夹紧。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。方案一将铣上平面放在铣后端面后面一个工序，使两道工序可以连续在同一机床加工，使整体加工过程更方便简单

通过以上两种工艺路线的优缺点分析。最后确定工艺路线一为该零件的加工路线，工艺过程详见加工工艺过程卡。

 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

分别参照《机械制造技术》表4-9，表4-10；《互换性与测量技术基础》表2-2；《机械制造工艺设计简明手册》表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：（单位mm）

工件材料：HT200，  ,铸造。

工序10:以Φ40外圆为基准，粗、精铣后端面。

1.加工条件：

加工要求：粗、精铣后端面，尺寸保证80mm。

机床：由《机械制造工艺设计简明手册》表选择卧式铣床X61，功率为4kw

刀具：由《机械制造工艺设计简明手册》表，表选择圆柱形铣刀，材料为高速钢，并得d=50mm，D=22mm，L=50mm，Z=6.

2.计算切削用量：

工步1：粗铣

背吃刀量为

进给量的确定：机床的功率4kw，由《机械制造技术课程设计指导书》表1-147选取该工序的每齿进给量为。

铣削速度：由《机械制造技术课程设计指导书》得，选用圆柱形铣刀，其中在的条件下选取。铣削速度为 可以得到：。

由《机械制造工艺设计简明手册》表得

卧式铣床X61的主轴转速为，所以，实际铣削速度为：。

基本时间t：查《机械制造工艺设计简明手册》表，根据圆柱形铣刀铣平面（对称铣削、主偏角）的基本时间计算公式：。其中，

，，取，。则有：

。

工步2：精铣

背吃刀量的确定。

进给量的确定：由《机械制造工艺学课程设计指导书》中表5-27，按表面粗糙度为的条件选取，该工序的每齿进给量为。

铣削速度的计算：由《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-30选取铣削速度为。

==min

查表《机械制造工艺设计简明手册》表选取n=80r/min

可求实际切削速度

。

基本时间的确定：根据《机械制造工艺设计简明手册》中表中圆柱形铣刀铣平面（对称铣削、主偏角）的基本时间公式，可以求得该工序的基本时间，其中，，取，，，得：

。

该工序总工时

工序20：粗、精铣上端面

1.加工条件：

工件材料：HT200，  ,铸造

加工要求：粗、精铣上端面，尺寸保证10mm，高72mm。

机床：由《机械制造工艺设计简明手册》表选择卧式铣床X61，功率为4kw

刀具：由《机械制造工艺设计简明手册》表，表选择圆柱形铣刀，材料为高速钢，并得d=50mm，D=22mm，L=50mm，Z=6.

2.计算切削用量：

工步1：粗铣宽度29mm

背吃刀量为

进给量的确定：机床的功率4kw，由《机械制造技术课程设计指导书》表1-147选取该工序的每齿进给量为。

铣削速度：由《机械制造技术课程设计指导书》得，选用圆柱形铣刀，其中在的条件下选取。铣削速度为 可以得到：。

由《机械制造工艺设计简明手册》表得

卧式铣床X61的主轴转速为，所以，实际铣削速度为：。

基本时间t：查《机械制造工艺设计简明手册》表，根据圆柱形铣刀铣平面（对称铣削、主偏角）的基本时间计算公式：。其中，

，，。则有：

。

工步2：精铣

背吃刀量的确定。

进给量的确定：由《机械制造工艺学课程设计指导书》中表5-27，按表面粗糙度为的条件选取，该工序的每齿进给量为。

铣削速度的计算：由《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-30选取铣削速度为。

==min

查表《机械制造工艺设计简明手册》表选取n=80r/min

可求实际切削速度

。

基本时间的确定：根据《机械制造工艺设计简明手册》中表中圆柱形铣刀铣平面（对称铣削、主偏角）的基本时间公式，可以求得该工序的基本时间，其中，，取，，，得：

。

该工序总工时

工序30：以Φ40mm外圆为基准钻、扩花键底孔Φ22H12mm

1.加工条件：

工件材料：HT200，  ,铸造。

加工要求：钻花键底孔，尺寸保证20mm。

机床：由《机械制造工艺设计简明手册》表选取

刀具材料：由《机械制造工艺设计简明手册》表选取高速钢直柄麻花钻，d=20mm

由《机械制造工艺设计简明手册》表选取锥柄扩孔钻

2.计算切削用量：

工步1：钻Φ20mm花键底孔

背吃刀量：

进给量的确定：由《机械制造技术课程设计指导书》表1-160选取该工步的每齿进给量 。

切削速度：因为该工件的材料为HT200，所以选取切削速度为。由式可以求得：

参照《机械制造工艺设计简明手册》中表所列的的主轴转速。取

实际切削速度

工步2：扩Φ20mm花键底孔至Φ22H12mm

背吃刀量：。

进给量：由《机械制造工艺设计简明手册》中表选取该工件的没转进给量。

切削速度的确定：根据相关资料，确定：

由公式。可以得到：

由《机械制造工艺设计简明手册》表选取，

工序40：以Φ40mm外圆为基准，车倒角1 X 15°

1.加工条件

工件材料：HT200,   ,铸造。

加工要求：倒角115°

机床：由《机械制造工艺设计简明手册》表选车床CA6140

刀具材料：专用刀具YT15。

此工步使用到专用刀具与手动进给。

工序50：拉内花键Φ25H7

1、加工条件：

工件材料：HT200,   ,铸造。

加工要求：花键底孔粗糙度μm，键槽侧面粗糙度μm，键槽底面粗糙度μm，键槽尺寸6mm，偏差代号H7；

机床：由《机械制造工艺设计简明手册》表选取拉床L6120

刀具：由《机械制造工艺设计简明手册》表选取矩形齿花键拉刀

2.切削用量：

     进给量：查《机械制造技术课程设计指导书》表1-168取值为0.1mm

     切削速度：查《机械制造技术课程设计指导书》表1-169取值为5m/min

工序60：粗、精铣18H11底槽

1.加工条件

工件材料：HT200,   ,铸造。

加工要求：以后端面为基准，粗精铣18H11底槽、底面表面粗糙度、侧面表面粗糙度。

机床：由《机械制造工艺设计简明手册》表选取立式升降台铣床

刀具材料：根据《机械制造工艺设计简明手册》表选用硬质合金直齿三面刃铣刀。d=50mm，D=16mm，L=5mm，齿数为14

2.切削用量

工步1、粗铣16槽

铣削深度：=35mm

每齿进给量：查《机械制造技术课程设计指导书》表1-147，得=~z，取。

铣削速度：查《机械制造技术课程设计指导书》表1-148，得V=60m/min

机床主轴转速：

查《机械制造工艺设计简明手册》表取n=375r/min

实际切削速度：

工步2、精铣18H11槽

    切削深度：

每齿进给量：根据《机械制造技术课程设计指导书》表1-147查得：=z

切削速度：查《机械制造技术课程设计指导书》表1-148得切削速度V=50m/min

机床主轴转速：

查《机械制造工艺设计简明手册》表取n=300r/min

实际切削速度：

工序70：钻孔并攻丝

1.加工条件

工件材料：HT200,   ,铸造。

加工要求：以后端面为基准，保证尺寸螺纹孔据端面15mm，两螺纹孔间距50mm。

机床：根据《机械制造工艺设计简明手册》表选取摇臂钻床

刀具：根据《机械制造工艺设计简明手册》表选取直柄麻花钻。

工步1、钻孔

2.切削用量

钻孔前铸件为实心，根据上文所的加工余量先钻孔到再攻丝，所以D=7mm。

钻削深度：

进给量：由《机械制造技术课程设计指导书》表1-160选取该工步的每齿进给量 。

切削速度：切削速度：因为该工件的材料为HT200，所以选取切削速度为。由式可以求得：

按照《机械制造工艺设计简明手册》表取n=1000r/min

所以实际切削速度： 

工步2、攻2-M8螺纹通孔

刀具：根据《机械制造工艺设计简明手册》表选择手用细牙普通螺纹丝锥M81

手工进给攻螺纹

工序70：钻R2孔，配做锥孔

1.加工条件

工件材料：HT200,   ,铸造。

加工要求：以螺纹孔为基准，保证间距25mm。

机床：根据《机械制造工艺设计简明手册》表选取摇臂钻床

刀具：根据《机械制造工艺设计简明手册》表选取直柄麻花钻。

工步1、钻孔R2

2.切削用量

钻孔前铸件为实心，根据上文的加工余量钻孔R2，所以D=4mm。

钻削深度：

进给量：由《机械制造技术课程设计指导书》表1-160选取该工步的每齿进给量 。

切削速度：切削速度：因为该工件的材料为HT200，所以选取切削速度为。由式可以求得：

按照《机械制造工艺设计简明手册》表取n=1000r/min

所以实际切削速度： 

底孔钻好后，锥孔配做

三．夹具设计

   设计要求：为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。（以工序10：粗，精铣后端面提出相应夹具设计方案）

问题的提出

  本夹具主要用来加工拨叉后端面，此平面的表面要求中等，无特殊要求，且加工此平面时需要用到辅助定位。因此在本道工序，在保证提高劳动生产率，降低劳动强度的同时可以设计选用比较简单的夹具

定位方案

如图3-1，3-2，粗铣后端面，需要零件X轴移动及绕X，Y，Z轴的转动4个自由度，在左右方向上可直接用虎钳定位夹紧，这样加工起来方便快捷。

夹紧方案

3.3.1 定位基准的选择

例如：由零件图可知，加工平面需保证80mm，本设计选用以45mm的前端面和80mm的右端面为主要定位基面，另选用图示标示1处作为辅助定位基准。 为了降低生产成本，本设计选择采用螺纹夹紧的方式

3.3.2夹紧力方向作用点及夹紧机构

    夹紧力作用点在图示左右端面，方向水平。夹紧机构为螺旋夹紧机构，选用虎钳夹紧装置

3.3.3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。

夹具体的相关内容

3.4.1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，可显着地减少辅助工时，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，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

3.4.2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

3.4.3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。为了提高生产率和降低生产成本，考虑简单、经济、实用, 减轻工人劳动强度，采用虎钳夹紧,操作非常简单,先拧松夹紧螺母,将虎钳口松开适当位置，将工件放置在虎钳上，在肋板下放一块斜面铁块，再将工件滑移至斜面铁块处，保持后端面水平，拧紧螺母达到夹紧要求即进行铣加工.本工序采用的是X61W卧室铣床，圆柱形铣到，因而夹紧力适中，而且可以采用长柄扳手，只需拧松两个夹紧螺母即可，因而工人的劳动强度不大。

3.4.4夹具体的材料和毛坯形式

夹具体材料为铸铁，毛坯形式为铸件

对刀引导装置

3.5.1对刀、引导元件的确定

夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能正确定位）等原件构成。本工序加工方法可以不用对刀装置，可直接采用手动对刀。

装夹过程概述

3.6.1工件装夹方法

1、用找正法装夹：

1)方法：

a) 把工件直接放在机床工作台上或放在四爪卡盘、机用虎钳等机床附件中，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧；

b)先按加工要求进行加工面位置的划线工序，然后再按划出的线痕进行找正实现装夹。

2)特点：

a)这类装夹方法劳动强度大、生产效率低、要求工人技术等级高；

b)定位精度较低，由于常常需要增加划线工序，所以增加了生产成本；

c)只需使用通用性很好的机床附件和工具，因此能适用于加工各种不同零件的各种表面，特别适合于单件、小批量生产。

2、用夹具装夹安装：

1)工件装在夹具上，不再进行找正，便能直接得到准确加工位置的装夹方式。

2)特点：避免了找正法划线定位而浪费的工时，还可以避免加工后的工件的加工误差分散范围扩大，夹装方便。

3.6.2虎钳对工件的装夹

    先拧松夹紧螺母,将虎钳口松开适当位置，将工件放置在虎钳上，由于本工序用到辅助支撑，在肋板下放一块斜面铁块，再将工件滑移至斜面铁块处，保持后端面水平，拧紧螺母达到夹紧要求即进行铣加工

3.6.3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。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，夹具体底面上的定位斜面铁块可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置。

四、心得体会

两周的《机械工艺课程设计》结束了，不仅让我学到了一些实际应用的知识，同时还巩固了其他相应专业课的知识。这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，

通过本次的课程设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习提高了我了思考问题，解决问题的能力以及创新设计的能力，为以后的设计工作打下了坚实的基础。

最后，在这里，十分感谢***老师的认真指导。

参考文献

1、毛平准主编《互换性与测量技术基础》.   北京：  机械工业出版社　2010年

2、李益民主编：《机械制造工艺设计简明手册》.   北京：  机械工业出版社，1993年

3、鲁昌国，何冰强主编《机械制造技术》.    大连：   大连理工大学出版社   2009年

4、王栋主编《机械制造工艺学课程设计指导书》.   北京:  机械工业出版社　

5、宁传华主编《机械制造技术课程设计指导》.    北京:   理工大学出版社  

6、何庆  李郁主编《机床夹具设计教程》.   北京：  电子工业出版社