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家具课程设计说明书

机械制造工艺学

夹具课程设计

专业：

机械工程及其自动化

：

罗世杰

学号：

1

指导老师：

大海

2010.12.13

前言

机械制造工艺学设计是在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学习中占有重要的地位。

通过机床工艺及夹具设计，将所学专业知识（如《互换性与测量技术》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺学》等）融为一体。

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！

在此次课程设计过程中，我通过查阅相关资料和设计手册，并在大海老师的指导下选择完成了831005型号拨叉零件铣宽度为8.030mm槽的铣床夹具，在此表示感！

由于设计者能力有限，本次设计方案中可能有些许不足之处，敬请原谅。

一、设计题目4

二、设计目的4

三、机械加工工艺4

3.1零件分析4

3.11零件的作用4

3.12零件的工艺分析4

3.2工艺设计4

3.21毛坯分析4

3.22确定定位基准5

3.23确定工艺路线5

3.3激光焊接技术5

3.31工序1的加工5

3.32工序2的加工7

3.33工序3的加工7

3.34工序4的加工8

3.35工序5的加工8

3.36工序6的加工9

四、工艺装备设计9

4.1设计原则9

4.2工艺设计9

4.21工序分析9

4.22确定装夹方案9

4.23计算定位误差10

4.24计算夹紧力10

4.3工艺装备10

4.31夹具组成10

4.32夹具工作原理11

参考文献11

一、设计题目

设计拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（生产纲领为年产30000件，属于中批量生产）。

1.零件图一

2.毛坯图一

3．机械加工工艺过程综合卡片一

4．工艺装备设计方案及草图一

5．工艺装备主要零件图一

6．课程设计说明书一份

二、设计目的

本次课程设计是机械制造工艺学教学过程后期一个重要环节，通过本次课程设计有助于

自己正确编制工艺规程和解决生产中的实际工艺问题的能力。

2.1:

运用机械制造工艺学的基本理论和实践知识，正确解决一般复杂程度零件毛坯的选择，

确定加工中的定位、工艺尺寸、机床和工艺装备等，并正确填写工艺文件。

2.2:

学会使用有关设计手册、标准和资料。

三、机械加工工艺

3.1零件分析

3.11零件的作用

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，使主轴回转运动按要求进行工作。

宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高，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18+0.0120mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。

3.12零件的工艺分析：

拨叉共有两组加工表面。

拨叉成形图

以花键孔的中心线为基准的加工面，这一组面包括Ø25+0.230mm的六齿方花键孔、Ø22+0.280花键底孔两端的2X150到角和距中心线为27mm的平面。

以工件右端面为基准的8+0.030mm的槽和18+0.120mm的槽。

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。

3.2工艺设计

3.21毛坯分析

零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中并有拨

变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽叉

量不被切断，保证零件的工作可靠。

由于生产纲领为中毛

批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。

坯

经查《金属机械加工工艺人员手册》表5-5取等级为2图

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。

3.22确定定位基准

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。

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。

3.23确定工艺路线

考虑到加工时定位基准的难易程度及定位精度的高低，选用如下工艺路线对拨叉毛坯件进行加工。

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。

拉花键。

以A面为基准。

铣削槽B面。

以花键心轴的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

铣削8+0.030mm的槽。

以花键心轴的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

铣削18+0.0120mm的槽。

以花键心轴的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

磨削18+0.0120mm的槽。

以花键心轴的中心线及A面为基准。

选用磨床加专用夹具。

3.3机械加工过程

3.31工序1的加工

确定加工余量：

拨叉材料为HT200。

毛坯重量为1.0kgσb=160MPaHBS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，工序尺寸以及毛坯尺寸如下：

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。

矩形花键底孔。

要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工孔尺寸为Φ220+0.28，见零件图，确定孔加工余量的分配。

钻孔Φ20mm、扩孔Φ22mm；拉花键，花键孔要求以外径定心。

B面的加工余量：

此工序分2个工步，粗铣B面和精铣B面。

精加工余量为0.2mm，粗铣加工余量为2.8mm。

工序1包括粗车端面A、精车端面A、钻花键底孔、扩花键底孔、倒角2x15°。

毛坯件夹具为通用夹具即可。

工序1零件图工序1三维图

粗车：

加工条件：

工件材料：

灰口铸铁HT200。

σb=145MPa。

铸造。

加工要求：

粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，Ra=3.2µm。

机床C3163-1。

转塔式六角卧式车床。

刀具：

刀片材料。

r=12、ao=6-8、b=-10、o=0.5、Kr=90、n=15。

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IT１２级取-0.46mm。

（2）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=0.6mm/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=0.48mm/ｒ，按C３１６３－１　车床说明书　ƒ＝0.53ｍｍ／ｒ。

切削速度：

查表计算可得Vc=158/（600.2·20.15·0.530.4）·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97=46.9（m/min）。

精车：

精车已知粗加工余量为0.5mm。

进给量f.根据《切削用量简明手册》表1.6，f=0.15－0.25mm/r。

按C３１６３－１　车床说明书　ｆ＝0.16mm/r。

切削速度：

按《切削用量简明手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）V=Cv/（Tm·apxv·fyv）·kv=158/（600.2·20.15·0.160.4）·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97=83.85（m/min）。

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。

切削用量：

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=17m/minｄ、基本工时，Tm=L/nf=（80+10）/280x0.62=0.32（min）。

切削速度：

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）。

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。

倒角：

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＝160～245HBSａｐ≤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＝21ｍｍ　ｆ＝0.64ｍｍ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。

3.32工序2的加工

工序2为拉六齿方型花键，对于此工步需采用专用夹具来保证其加工尺寸要求。

工序2零件图工序2三维图

刀具：

高速钢拉刀。

进给量：

经查表计算可得切削进给量为0.06mm/r。

进给速度：

查表计算可得进给速度为0.06m/s。

3.33工序3的加工

工序3包括B面的粗加工与精加工。

均采用铣削加工。

鉴于拨叉结构需采用专用夹具。

工序3零件图工序3三维图

粗铣：

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°。

切削用量：

留精铣的加工余量为0.2mm，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=3.2um.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，所以每转进给量ｆ＝0.6mm/r。

切削速度：

根据X62W型铣床说明书选

n=160r/min,Vc=3.14nd/1000=25.1m/min,Vf=nf=160x0.6=96mm/min。

精铣：

刀具：

与上道工步是同一把刀。

采用标准镶齿圆柱铣刀。

铣刀几何参数（表

3.2）rn=10°ao=16°。

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

=0.6mm/r。

切削速度：

根据X62W型铣床说明书选

n=210r/min,Vf=nf=210x0.6=126mm/min,Vf=125mm/min,fz=0.074mm/z。

3.34工序4的加工

工序4为铣削8+0.030mm槽。

加工工件尺寸：

8+0.030mm,长度L=40mm。

采用专用夹具（即本次课程设计所选择完成的的工装夹具）。

工序4零件图工序4三维图

加工要求：

高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）加工余量8，机床：

X62W。

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=8mmD=63

d=22，d1=34，ro=15°，ao=12°，an=6°，Z=16。

铣削用量：

由于槽的深度为8mm,故一次走完，ae=8mmap=8mm，由《切削用量简

切削速度：

根据X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/min，fzc=0.018mm/z。

3.35工序5的加工

工序5铣宽为180+0.12mm槽，需使用专用夹具。

工序5零件图工序5三维图

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。

刀具：

铣刀参数：

L=10D=100mmd=30mmro=15°ao=12°an=6°Z=24。

铣削用量：

由于槽的宽度为18mm,故二次走完，ae=23mmap=10mm，由《切削用

量简明手册》表3.3确定f=0.5mm/r现取f=0.8mm/rfz=0.5/24=0.02mm/z。

铣削速度：

根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/min，fzc=0.020mm/z。

3.36工序6的加工

工序6为磨18mm槽，加工要求保证尺寸18mm。

采用专用夹具。

工序6零件图工序6三维图

磨轮：

磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为46#，

度为软2级。

平型砂轮，其尺寸为16×6×40（D×d×H）。

磨削用量：

砂轮转速n砂=3000r/min（见机床说明书），v砂=2.5m/s，进给量f=50mm/min双单行程fr=0.015mm。

四、工艺装备设计

4.1设计原则

工装夹具对于工序加工起着重要的作用，优良的夹具设计方案有益于加工工件时定位的精度和装夹的方便，同时有利于于加工成本的降低。

因此，在确定夹具的设计方案时应当遵循以下几条原则:

确保加工质量，结构尽量简单，操作省力高校，制造成本低廉。

这四条原则如果单独拿出来分析，有些是相互矛盾的。

因此在设计实践中，应该综合上述四条原则，通盘考虑，灵活运用所学知识，结合实际情况，注意分析研究，考虑互相制约的各种因素，确定最合理的设计方案。

4.2工艺设计

4.21工序分析

经过综合比较与分析，本次将针对第4步工序进行工艺装备（夹具）的设计，工序4为铣宽度为80+0。

03mm的槽，由于采用宽为80+0。

022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度

4.22确定装夹方案

由零件图可知，宽为80+0。

03mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（A）为定位基准。

因此采用刚性花键心轴与孔套进行过盈配合加以定位，工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。

两端使用垫圈和螺母进行加紧。

4.23计算定位误差

由于所铣削的槽轴向设计基准为花键心轴的中心线，而所选定位基准也为花键孔中心线，故轴向无基准不重合误差，即

=0。

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。

本工序所铣削的槽要求保持槽底与孔中心线的距离尺寸为19mm，而且采用刚性花键心轴与空套过盈配合，因此一批工件定位时定位基准（即心轴中心线）位置没有任何变动，即

=0。

所以可以得到，使用本定位方案时

=

+

=0+0=0。

因此，不必考虑定位误差，只需要保证夹具中刚性花键心轴的制造精度与安装精度即可。

4.24计算夹紧力

水平切削分力FH=1.1Fz=220（N），垂直切削分力Fv=0.3Fz=60（N）

其中：

k1为基本安全系数1.5

k1为加工性质系数1.1

k1为刀具钝化系数1.1

k1为断续切削系数1.1

F=KFH=1.51.1×1.1×1.1×200=400（N），实际加紧力为WK=KFH/U1U2=800（N）

其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025

螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为：

W=2M/D2tg（a+6’55）+0.66（D3-d3/D2-d2）=1O405（N）

其中：

M=19000N.MD2=14.8mma=2029,D=23mmd=16mm

此时螺母的加紧力W已大于所需的800（N）的加紧力，故本夹具可安全工作。

4.3工艺装备

4.31夹具组成

本夹具共包括五大部分

①定位机构：

刚性花键心轴

②夹紧机构：

螺母与止动垫圈

③对刀机构：

对刀块

④找正元件：

定位键

⑤连接装置：

底座

夹具工作图花键心轴三维图

4.32夹具工作原理

如图所示为专为机械加工拨叉零件工序4（铣宽为80+0。

03mm的槽）而设计的夹具，加工前需先将夹具的位置找好。

为此，首先将夹具放在工作台上，底座的底面与工作台面相接触，定位键嵌在工作台的T型槽。

然后用对刀块几塞尺调整夹具相对铣刀的位置，使铣刀侧刃与周刃与对刀块的距离恰好为3mm（此为塞尺厚度），机床工作台（连同夹具）纵向进给的终止位置则由行程挡铁控制，其位置可通过试切一个或几个工件确定。

加工时每次装夹一个工件，装夹过程为：

先沿底座上花键孔的方向插入花键心轴（花键相互配合），然后装上垫圈并用螺母旋紧心轴的左边部分，接着沿花键心轴装上工件，抵紧底座侧面表面后，心轴右边用螺母旋紧，通过止动垫圈与螺母将工件夹紧，保证加工工件的过程中工件位置保持不变。

参考文献

【1】·家齐，《机械制造工艺学课程设计指导书》，工业大学；

【2】·王启平，《机械制造工艺学》,工业大学；

【3】·可桢，《机械零件设计》，高等教育；

【4】·军，《互换性与测量技术基础》，华中科技大学；

【5】·戴曙，《金属切削机床》，机械工业。