CA6140拨叉课程设计解析.docx
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CA6140拨叉课程设计解析
机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目：
设计拨叉（CA6140车床）（三）零件的机械加工工
艺规程及工艺装备
级:
名:
指导教师:
自2010年6月28—日至2010年_1__月_9_日
机械制造技术基础课程设计任务书
题目：
设计拨叉（CA6140车床）（三）零件的机械加工工艺规
程及相关工序的专用夹具
1.零件图
1张
2.毛坯图
1张
3.机械加工工艺过程综合卡片
1张
机械加工工艺过程卡片
2张
4.夹具装配图
1张
5.夹具体零件图
2张
6.课程设计说明书
1张
该零件图样，Q=4000台/年，
n=1件/台，每
内容:
原始资料:
级:
名:
指导教师:
自2010年_6—月.28—日至2010年7月9日
序言
、零件的工艺分析及生产类型的确定
1、零件的作用
2、零件的工艺分析
3、零件的生产类型
、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
....3
1、选择毛坯
2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
3、设计毛坯图
三、选择加工方法，制定工艺路线
1、定位基准的选择
2、零件表面加工方法的选择
3、制订工艺路线
四、工序设计……
1、选择加工设备与工艺装备
2、确定工序尺寸
五、确定切削用量及基本时间
1、工序10切削用量及基本时间的确定
2、工序20切削用量及基本时间的确定
9
11
六、夹具设计……
15
1、定位方案
2、夹紧机构
3、夹具与机床连接元件
4、夹具体
5、使用说明
16
16
16
16
6结构特点
17
设计小结
18
参考文献
19
序言
机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学和大部分专业课，并进
行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备,提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指
教。
一、零件的工艺分析及生产类型的确定
1、零件的作用
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①2200.021孔与
操纵机构相连，下方的①5500.5半孔则是用于与控制齿轮所在的轴接触。
通过上方的力拨动
F方的齿轮变速。
两件零件铸为一体，加工时分开。
舛0
気删£HT200.氣藝［啊
2、零件的工艺分析
拨叉（CA6140车床）共有三处加工表面，其间有一定位置要求。
分述如下:
1）以①22；.021为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
①2200.021孔的内表面，以及其上端面，上端面与孔有位置要求，孔
壁上有一个装配时钻铰的锥销孔，一个M8的螺纹孔。
这两个都没有高的位置度要求。
2）、以①55产为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
①5500.5孔的内表面，以及其上下两个台阶面。
这两组表面有一定的位置度要求,即①5500.5的孔上下两个端面与①2200.021的孔有垂直度要求。
由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。
3、零件的生产类型
依设计题目知：
Q=4000件/年
零件是CA6140车床的拨叉，质量为1kg,查表2-1（生产类型与生产纲领的关系）可知其属轻型零件，生产类型为中批生产。
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1、选择毛坯
零件材料为HT200毛坯重量约1.0Kg生产中批。
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，故选择砂型铸造机器造型毛坯。
2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
参见参考文献【"第五章第一节《铸件尺寸公差与机械加工余量（摘自GB/T6414-1999）»确
定，步骤如下
1）由于工件较小，为方便加工节省材料将两件铸在一起，同时加工。
2）、铸件的圆角半径按参见参考文献【2】表1-16选择砂型铸造R=3-5mm
3）、两内孔①22^'',考虑其孔径较小铸造困难，为简化铸造毛坯外型，现直接将©40圆柱铸成实心的。
4）求最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长160mm宽73mm高50mm故最大轮廓尺寸为160mm
5）选取公差等级CT由参见参考文献【1】表5-1，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得公差等级CT范围8~12,取为10级。
6）求铸件尺寸公差根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。
7）求机械加工余量等级由由参见参考文献【1】表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级范围E~G级，取为F级。
8）求RMA（要求的机械加工余量）对所有加工表面取同一个数值，由由参见参考文献【1】
表5-4查最大轮廓尺寸为160mm机械加工余量等级为F级，得RMA数值为1.5mm
9）求毛坯基本尺寸①8和M8孔较小，铸成实心；圆筒上顶面单侧加工，应由式（5-1）求出，即
R=F+RMA+CT/2=50+1.5+2.8/2=52.9
①55孔属于内腔加工，应由式（5-3）求出，即
R=F-2RMA-CT/2=55-2x1.5-2.8/2=50.6
拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表
拨叉铸件毛坯尺寸公差与加工余量
项目
圆筒上顶面
①55孔
①8、
①2200.021和
M8孔
①40圆柱
①7300.5及台
阶
公差等级CT
10
10
加工面基本尺寸
50
55
铸件尺寸公差
2.8
2.8
机械加工余量等级
F
F
RMA
1.5
1.5
毛坯基本尺寸
52.9
50.6
0
①40
①7300.5厚30
3、设计毛坯图
根据以上各步分析得毛坯图如下:
三、选择加工方法，制定工艺路线
1、定位基准的选择
基面选择得正确与合理可以使加工质量得到
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
保证，生产率得以提高。
否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。
而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。
根据这个基准选择原则，现选取©40圆柱的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用零件下底面支承限制
自由度，两块V形块夹紧这两个©40圆柱面作主要定位面再限制3个自由度，达到完全定位，
然后进行车削。
（2）精基准的选择。
主要应该考虑基准重合的问题。
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。
2、零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有内孔、端面、台阶面、小孔、螺纹等，材料为铸铁。
以形位公差和粗糙度要求，参考参考文献⑴有关资料，其加工方法选择如下。
1）
①55广内孔公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra3.2Pm，需粗镗、半精镗（表5-15）。
2）
3）
4）
①73』5台阶孔公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra6.3Pm，需粗镗（表5-15）。
①40端面为未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra3.2卩m,需粗车、半精车（表5-16）
①22』021内孔公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra1.64m，需进行钻、扩、粗铰、精铰
（表5-15）
3、制订工艺路线
制定工艺路线得出发点，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，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应当考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。
1）工艺路线方案一：
工序00
铸造毛坯
工序10
钻、扩、粗铰、精铰两孔①22』021
工序20
粗车、半精车①40端面
工序30
粗镗、半精镗孔①5500-5
工序40
粗镗台阶面①73』5
工序50
钻锥孔©8及M8底孔
工序60
攻螺纹M8
工序70
磨拨叉圆柱端面，对孔①2200.021垂直度＜0.05
工序80
铣断使之为两个零件
工序90
校正拨叉脚端面，对孔①22：
.021垂直度＜0.07
工序100
拨叉脚局部淬火，硬度＞50HRC淬深0.7-1.2mm
工序110
去毛刺
工序120
清洗
工序130
终检
2）工艺路线方案二：
工序00
铸造毛坯
工序10
粗车、半精车①40端面
工序
20
钻、扩、粗铰、精铰两孔①22；021
30
粗镗、半精镗孔①55f.5
40
粗镗台阶面①7家.5
50
钻锥孔©8及M8底孔
60
攻螺纹M8
70
磨拨叉圆柱端面，对孔
①2200.021垂直度<0.05
80
铣断使之为两个零件
90
校正拨叉脚端面，对孔
①2200.021垂直度<0.07
100
拨叉脚局部淬火，硬度
>50HRC淬深0.7-1.2mm
110
去毛刺
120
清洗
130
终检
工序
工序
工序
工序
工序
工序
工序
工序
工序
工序
工序
3）、工艺方案比较分析：
上述两方案：
方案一是先加工内孔①22』021,再以①22』.021孔为基准加工顶面，然后加工
①55』5内孔等；而方案二先加工顶面,以顶面为基准加工两台阶面及①2200.021和①5500.5内孔.由
方案一可见①22』.021孔为基准加工顶面，精度易于保证,但加工①73了5台阶面时不符合定位基准与设计基准重合原则且需另外设计一套夹具。
由方案二可见①40圆柱端面为基准加工其他各面更合理，且仍可用前面所用的夹具，而且也能很好地保证垂直度要求，保证便于定位加工，符合中批生产要求，较为合理。
因此，最后的加工路线确定如下
四、工序设计
1、选择加工设备与工艺装备
1）选择机床根据不同的工序选择机床
a、工序10、30、40是粗车和半精车。
各工序的步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。
本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用C630车床
即可。
（参考文献【"表5-55）
b、工序20是钻、扩、粗铰、精铰孔。
由于加工的零件外廓尺寸不大，故宜在车床上进行加工，因此仍可选用C630车床。
（参考文献⑷表5-58）
选用夹具。
本零件除车床上需要专用夹具外，其他各机床上均可选用通用夹具即可。
选择刀具根据不同的工序选择刀具。
选择量具
本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。
根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考本书有关资料，选择如下。
工
序
加工面尺寸
尺寸精度
量具
10
车上顶面保证尺寸50mm
0.1
读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺
20
1、钻孔①22誥021至①20
0.001
分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺
2、扩孔①22誥021至①21.8
0.001
分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺
3、粗铰孔①22』021至
①21.94，精铰孔①22』021达要
求
0.001
分度值0.001，测量量程10-50，内径千分尺
30
车内孔①55』5至图样要求
0.1
读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺
40
车上下台阶孔c>7300'5保证尺寸
0.1
读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺
50‘
、钻孔①8
0.1
读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺
2、钻螺纹孔M8的底孔①6.6
0.1
读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺
60
攻螺纹孔M8
螺纹直径8,粗牙1.25，螺纹塞规
70
磨拨叉圆柱端面，对孔
①220临021垂直度<0.05
0.01
垂直度测量仪
80
铳断使之为两个零件
0.1
读数值0.05，测量范围0-125，三角游标卡尺
90
校正拨叉脚端面，对孔
①22。
临021垂直度<0.07
0.01
垂直度测量仪
100
拨叉脚局部淬火，硬度
>50HRC淬深0.7-1.2mm
0.01
硬度计
2、确定工序尺寸
加工表
面
工序双（单）边余量
公序尺寸及公差
表面粗糙度
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
车上顶面保证尺寸
50mm
1.9
（单）
1
（单）
51
50
Ra6.3
Ra3.2
1、钻孔
①220书.021
至①20
10
①20
Ra12.5
2、扩孔
①22严1
至①21.8
0.9
021.8
Ra6.3
3、粗铰
孔
①220书.021
至
①21.94，
精铰孔
①22严1
达要求
0.07
0.03
①21.94
①2200.021
Ra3.2
Ra1.6
2、车内孔
①55；.5至
图样要求
3.4
1.1
①53.9
①55
Ra6.3
Ra3.2
3、车上下台阶孔
①73；.5保
证尺寸
23
①73
Ra6.3
五、确定切削用量及基本时间
切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度V。
确定顺序是先确定ap、f，再确定V。
1、工序10切削用量及基本时间的确定。
（1）切削用量本工序为粗车、半精车①40圆柱端面。
已知加工材料为HT20Q机床为C63Q工位夹具为专用车床夹具。
由于车床C630的中心高280mm参考文献【表5-55）,故选刀杆尺寸为BXH=20mmX30mm.
1）粗车①40圆柱端面时
a、确定背吃刀量ap粗车单边余量为1.9mm则ap=1.9mm
b、确定进给量f根据参考文献【"表5-114，在粗车铸铁、刀杆尺寸为BXH=20mmX30mm
ap<3mm，工件直径为40mm寸，f=0.4-0.5,选择f=0.42
c、确定切削速度V根据参考文献【"表5-121，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁,
ap=1.9mmf=0.42时，切削速度v=101m/min。
查参考文献【"表5-56，车床C630接近转速为750r/min,取ns=750r/min
2）半精车①40圆柱端面时
a确定背吃刀量ap粗车单边余量为1mm则ap=1mm
b、确定进给量f根据参考文献【0表5-116，在半精车铸铁、表面粗糙度Ra=3.2、刀尖
圆弧半径Tg=1mm时，f=0.25-0.40,选择f=0.30
c、确定切削速度V根据参考文献⑷表5-121，当用YG6硬质合金刀切削灰铸铁，ap=1mm
f=0.30时，切削速度v=114m/min。
兀X40
查参考文献【"表5-56，车床C630接近转速为945r/min,取n^=945r/min
（2）基本时间
1）确定粗车①40圆柱端面的基本时间。
根据参考文献"】表2-24，车端面基本时间
pl
式中，L二?
十"1+12+13,11二
f=0.42,n=750r/min,i=1
20+2
Tj10.42x750/60=8.4
2）确定半精车①40圆柱端面的基本时间。
根据参考文献【"表2-24，车端面基本时间
dap0
十，L=-+I1+I2+I3,l1+（2~3）,kY=9O0,l1=2,l2=0,l3=0,
式中，2tanky'
f=0.30,n=945r/min,i=1
20+2
Tj2=2x=9.4'
0.3x945/60
3）确定辅助时间
查参考文献【2】表4-106得辅助时间大约为粗车的1'22''和半精车的1'37''。
4）工序工时总工序时间为
Tj-Tj,+Tj2+丁辅=8.4"+9.4"+1'22''+1'37''=3'17"
2、工序20切削用量及基本时间的确定。
（1）切削用量本工序为钻、扩、粗铰、精铰①220.021。
已知加工材料为HT20Q机床为C63Q
工位夹具为专用车床夹具。
1）钻孔①220'"'021至①20时
a确定背吃刀量ap根据参考文献"】表5-42查得钻头直径应该选用①20，则ap=10mm
b、确定进给量f
根据参考文献【"表5-127，在高速钢钻头钻孔时进给量，钻头直径
d0=8~20mm时，切削速度v=50~70m/min，取切削速度v=70m/min。
a、确定背吃刀量ap扩孔双边余量为1.8mm则ap=0.9mmb、确定进给量f根据参考文献"】表5-128，在高速钢和硬质合金扩孔，扩孔钻直径d^20~25mm，f=1.0-1.2,选择f=1.0
c、确定切削速度V根据参考文献【2】表4-68扩钻与扩孔的切削用量，切削速度
Vc=（1/2~1/3V钻，取切削速度v=35m/min。
查参考文献【"表5-56，车床C630转速最高为478r/min,取ns=478r/min
故实际的切削速度
查参考文献【"表5-56，车床C630转速最高为149r/min,取n^=149r/min
故实际的切削速度
确定进给量
d0=10~25mm,
f根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孑L,铰刀直径背吃刀量ap=0.03~0.06时，f=0.2~0.3,选择f=0.25
c、确定切削速度V根据参考文献【1】表5-136，在硬质合金铰刀铰孔，铰刀直径
do=10~25mm,v=8~12,选择v=10m/min。
故实际的切削速度
（2）基本时间
式中，l=50mm,h=Dcotk丫+（1~2）,l^0,^=450
50+20/2+2=4.92'
j0.8x945/60
fn
3）确定粗铰孔①22^''至①21.94的基本时间。
根据参考文献【"表2-26，扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间
式中，l=50mm,l1
1cotky+（1~2）,J=0,ky=45°
0.4x149/60
Tj3=50+（21.94-21.8）/2+2=52.4'
4）确定精铰孔①22^''至①22^''的基本时间。
根据参考文献【表2-26，扩钻、扩孔和铰圆柱孔的基本时间
TLl+l1+l2
Tj——
fnfn
式中，丨=50mm,l1='^^cotkY+（1~2）,l2=0,約=450
「4_50+（22-21.94）/2+2_83&
j4"0.25x149/60-.
5）确定辅助时间
查参考文献【2】表4-106得辅助时间大约为钻孔的1'24''、扩孔的2'40''、粗铰孔的8'10''和精铰孔的1'20''0
6）工序工时总工序时间为
Tj=5+Tj2+Tj3+Tj4+丁辅=4.92"+6.6"+52.4'+838+1'24"+2'40'+8'10'+1'20''=16'2"
夹具是工序10（车上顶面保证尺寸50mm、工序20（钻、扩、粗铰、精铰孔①2200.021）、
工序30（车内孔①5500-5至图样要求）、工序40（车上下台阶孔①7300-5保证尺寸），在车床C630
上进行加工的专用夹具，零件图如下所示。
所设计的夹具装配图及工序简略如附图所示。
有关说明如下。
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2、秫辭■■起斛应秋
弍柿轧HT200.氣itsiOAg”
拨叉零件图
1、定位方案
方案一：
中间使用定位销定位，从而实现三位移动定位。
工件以下底面及两个①40圆柱面为定位基准，采用平面与V形块组合定位方案，在燕尾槽平面上定位，限制3个自由度，另外固定V形块限制2个自由度，活动V形块限制1个自由度。
共限制六个自由度。
由活动V形块进行夹紧。
燕尾槽可在导轨上滑动，且导轨两端使用挡销定位，
方案二:
案，在燕尾槽平面上定位，
销限制1个自由度。
共限制六个自由度。
由偏心夹紧机构进行夹紧。
燕尾槽可在导轨上滑动，且导轨两端使用挡销定位，中间使用定位销定位，从而实现三位移动定位。
比较上述两个方案可以看出它们各在估缺点。
方案一、二的定位基准与设计基准均重合，这是它个共同的优点。
方案二，使用两个①22』.021内表面能更好地保证定位加工精度，但需要在钻床上加工孔之后才可进行,
①40圆柱面
这样就增加了工序和其他的设备，且夹紧方案仍较繁锁。
方案一，使用两个
为定位基准，这样在一次夹紧后可加工多处，精度也较高，夹紧方案也较容易实现。
固米用方案一较好。
2、夹紧机构
根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。
采用螺旋夹紧装置，结构简单，容易制造。
3、
通过拧紧右侧夹紧螺母使活动V形块压紧工件，实现夹紧，有效提高了工作效率。
活动V形块夹紧力主要作用是防止工件在装夹时掉落，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。
在燕尾槽一端使用压块压紧，实现不同位置的夹紧。
夹具与机床连接元件
采用参考文献【2】表5-56中所示的三爪卡盘用过渡盘，保证夹具体与车床的正确定位及夹紧。
4、夹具体
工件的定位元件和夹紧元件由燕尾槽和两块V形块实现，其中一块固定，一块活动且通过盖板压紧，燕尾槽又可在导向槽上移动，并通过楔形压紧块在不同的加工工位进行压紧，楔形块通过辅助块限制定位，以上所述导向槽和辅助块通过螺栓固定于过渡盘上，过渡盘上设有定位挡销，导轨中间设有定位销。
这样该夹具便有机连接起来，实现定位、夹紧、移位等功能。
夹具体结构如下所示：
5、使用说明
安装工件时，松开右边铰链螺栓上的螺母，将活动V形块后撤，把工件装在燕尾槽的平面上并靠紧固定V形块，再将活动V形块前移，然后旋紧螺母夹紧工件。
燕尾槽沿导向方向移动。
为了实现移位定位，过渡盘上设有定位挡销，为保证精度，挡销位置应该较精确。
导向槽中间设有定位销，夹紧的燕尾槽和V形块一起沿导向槽运动，实现三位定位。
当加工当加式工序10（车上顶面保证尺寸50mm、工序20（钻、扩、粗铰、精铰孔①2200.021）时分别使用左右两端定位挡销，当加工工序30（
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