CA6140拨叉工艺工装及铣8槽夹具毕业设计论文.docx
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CA6140拨叉工艺工装及铣8槽夹具毕业设计论文
机械技术学院
毕业设计论文
“CA6140”拨叉工艺工装及铣8槽夹具设计
学生姓名：
指导教师：
陆威
教师职称：
高工
所在班级机制10832所在专业机械制造与其自动化
论文提交日期20年月日论文答辩日期20年月日
答辩委员会主任主答辩人
机械技术系
2011年4月28日
机械技术学院
毕业设计任务书
课题名称“CA6140”拨叉工艺工装及铣8槽夹具设计
指导教师（学院）陆威职称高工
指导教师（企业）职称
专业名称机械制造与自动化班级机制10832
学生姓名学号31
课题需要完成的任务：
1．绘制零件图及毛坯综合图各一张；
2．编制机加工工艺文件（机械加工工艺过程卡一份、机械加工工艺卡一份、机械加工工序卡二份，其中指定夹具设计工序一份）；
3．绘制夹具装配图及全套夹具非标准零件图；
4．编写设计说明书（20-30页）；
5．专业外文翻译（大于3000英文字符）。
课题计划：
1.3月1日—3月7日：
布置课题，收集相关资料；专外翻译；
2．3月8日—3月21日（第二—第三周）：
工艺规程设计；
3．3月22日—3月28日（第四周）：
编制工序卡；
4．3月29日—4月11日（第五—第六周）：
工装设计；
5.4月12日—4月18日（第七周）：
编写说明书；
6.4月19日—4月25日（第八周）：
4月19日前交齐所有设计资料，参加毕业答辩。
计划答辩时间：
2011年4月19日——2011年4月25日
机械技术学院
2011年2月26日
目录
序言……………………………………………………………………………………2
一、“CA6140车床”拨叉零件的三维造型………………………………………3
二、零件的分析………………………………………………………………………8
1.零件的作用……………………………………………………………………8
2.零件的工艺分析………………………………………………………………8
三、工艺规程设计……………………………………………………………………9
1.确定毛坯的制造形式…………………………………………………………9
2.定位基准的选择………………………………………………………………9
3.零件加工表面的选择………………………………………………………10
4.制定工艺路线………………………………………………………………11
5.确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………………12
6.确定切削用量及基本工时…………………………………………………13
四、专用夹具设计……………………………………………………………………23
1.问题的提出…………………………………………………………………23
2.夹具设计的有关计算………………………………………………………23
（1）定位基准的选择…………………………………………………………23
（2）切削力及夹紧力的计算…………………………………………………23
（3）定位误差分析……………………………………………………………24
3.夹具结构设计及操作简要说明……………………………………………24
五、设计毕业小结……………………………………………………………………26
六、致谢………………………………………………………………………………26
七、参考文献…………………………………………………………………………28
序言
通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如《互换性与测量技术》、《零件制造工艺与装备》、《金属切削机床》、《机械设计基础》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！
通过工艺规程及工艺装备设计，我们应达到：
1、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；
2、掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；
3、掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；
4、学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。
由于能力有限，设计存在许多不足之处，恳请各位老师给予指教，谢谢！
一、“CA6140车床”拨叉零件的三维造型
1.打开ProE，创建一个新对象，单击零件，实体，不使用缺省模板，如1.1图所示。
新文件选项mmns_part_solid,如图1.2所示。
图1.2新文件选项
图1.1创建对象
2.点击Top平面草绘工具，如图1.3所示，选择草绘平面和草绘方向，点击确定进入草绘器，如图1.4所示：
图1.4草绘平面和草绘方向向
图1.3草绘工具
3.在草绘器里，右击鼠标选择中心线，画一条水平的中心线。
在点击右边工具栏里的创建2点线图标，在草绘器里绘制形如下图的图形，线得水平或者垂直于中心线。
如图1.5所示：
图1.5草绘图形
4.在草绘器里，单击右边工具栏创建定义尺寸图标，在已绘制图形中绘制标注尺寸线，框选全部图形，单击工具栏中修改尺寸值，样条几何或文本图元图标。
取消再生，在窗口中依次修改尺寸，完毕后单击√。
弹出窗口如图1.6所示。
草绘器里的图形修改如下图1.7所示
图1.7修改后的草绘图形
图1.6修改尺寸
5.在右边的工具栏里单击√，进入ProE主窗口。
在右边的工具栏里单击拉伸工具图标，窗口下面的对话框，进行如下修改，如图1.8所示。
单击右下角的√，完成拉伸操作，生成的图形如图1.9所示：
图1.8拉伸参数
图1.9拉伸的图形
6.在主窗口里选中如图1.10所示的平面，单击右边工具栏里的草绘工具图标，进入草绘器弹出窗口如图1.11所示，单击草绘。
图1.11草绘平面和草绘方向
图1.10选择草绘平面
7.在草绘器里单击工具栏里草绘图标选择参照如图1.12，1.13所示，单击图形左右轮廓线和中心线，单击草绘器工具栏里通过拾取圆心和原上一点创建圆图标，选择中点绘制Ø40mm的圆，单击右边的工具栏里单击√，完成草绘进入主窗口。
图1.13草绘参照
图1.12草绘工具栏
8.在右边的工具栏里单击拉伸工具图标，窗口下面的对话框进行修改，如图1.14所示。
单击√生成图形，如图1.15所示：
图1.15拉伸圆柱
图1.14拉伸参数设定
9.在主窗口里选择Top平面，单击工具栏里草绘工具，进入草绘器，单击右边工具栏里草绘图标，选择肋板边上的线条作为参照线，草绘如图1.16所示。
单击右边的工具栏里单击√，完成草绘进入主窗口。
图1.16草绘肋板
10.在主窗口右边的工具栏里单击拉伸工具图标，窗口下面的对话框进行修改，如图1.17所示。
单击√生成图形，如图1.18所示
图1.18拉伸肋板
图1.17拉伸肋板参数
11.在主窗口选择右边的工具栏里单击倒圆角图标，窗口下面的对话框进行如下图的修改，如图1.19所示。
单击主窗口右下角的√生成图形，如图1.20所示：
图1.20倒圆角
图1.19倒圆角参数设定
12.在主窗口里选择圆柱左端面为草绘平面，草绘视图方向为反向，参照方向为左方向，如图1.20所示。
进入草绘器。
图1.22草绘参照
图1.21草绘平面
13.单击右边工具栏里草绘图标，选择圆柱左端面的圆为参照圆。
如图1.22所示。
单击草绘器工具栏里通过拾取圆心和原上一点创建圆图标和创建2点线图标，绘制花键孔完成单击右边工具栏里√，进入主窗口。
在右边的工具栏里单击拉伸工具图标，窗口下面出现的对话框，进行如下修改，如图1.23所示。
单击√生成图形，如图1.24所示：
图1.24花键孔
图1.23拉花键孔参数
14.最终的“CA6140”拨叉零件模型如图1.25所示
图1.25“CA6140”拨叉零件模型
二、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给的零件是CA6140拨叉零件，CA6140车床的拨叉位于车床的变速机构中，只要起换挡，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，零件上包括宽度为8
mm的槽和宽度为18
mm的槽，宽度为18
mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拨动使滑移齿轮移动时，如果槽的尺寸精度不高或是间隙太大，滑移齿轮得不到很高的位置精度。
所以，宽度为18
mm的槽和滑移出论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Φ25
mm的六齿方花键孔，Φ22
mm的花键底孔两端的2X15°倒角和距花键孔中心线27mm的平面
2.以工件右端面为基准的8
mm的槽和18
mm的槽
综上分析，对于以上两组加工表面，可先加工其中的一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证他们之间的位置精度要求
三、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。
为此需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密切配合，合理地确定毛坯的种类，结构形状，并绘出毛坯图。
根据零件的功用分析，可确定零件的材料是HT200。
考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构比较简单，生产类型为中批生产，故选择木模手工砂型铸造毛坯，考虑到零件在工作过程中有冲击载荷，并为了改善零件的切削加工性，故零件毛坯采用时效及退火处理，毛坯外形如图3.1所示：
图3.1“CA6140”拨叉零件毛坯图
（二）定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中最重要的工作之一，定位基准选择的准确、合理，可以保证领进的加工质量，提高生产率，否则就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。
定位基准可分为粗基准和精基准：
用毛坯上未经加工的表面作为定位基准的称为粗基准；用经过切削加工的表面作为定位基准的称为精基准。
1.粗基准的选择
粗基准的选择原则：
1，重要表面原则2，不加工表面原则3，余量最小原则4，使用一次原则5，平整光洁原则。
该零件属于一般轴类零件，以外圆为粗基准就合理了，保证右端面与花键孔轴线垂直，以便于保证以该两面为定位精基准时其它表面的尺寸精度加工要求，可以把右端面与花键底孔放在一个工序中加工，因而该工序总共消除X，Y，Z，X，Y五个自由度（建立空间坐标系为：
以花键孔轴线方向为Z轴，垂直花键孔轴线，平行槽、花键、肋板对称线并且从槽18
mm指向8
mm的方向为X轴，同时垂直于X轴、Z轴的方向为Y轴，取坐标原点为花键孔轴线与A面的交点为原点），用三爪卡盘卡夹持外圆柱面。
消除X，Y,X，Y四个自由度，再用一个浮动支承顶住底面，消除Z自由度，达到完全定位。
2.精基准的选择
选择精基准时，主要应考虑保证加工精度和装夹可靠。
一般应考虑以下原则：
（1）基准重合原则
（2）基准统一原则（3）自为基准原则（4）互为基准原则（5）所选基准应保证工件定位基准准确，夹紧可靠，操作方便。
（三）零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有端面、内孔、花键、槽等，材料为HT200灰铸铁，参考《机械制造工艺设计简明手册》，其加工方法选择如下：
1.右端面
根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5um，要达到零件的技术要求，公差等级为IT9，表面粗糙度为Ra3.2um，需要经过粗铣
2.花键底孔
公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra6.3um，毛坯为实心，未冲出孔，故采用粗铣
3.左端面
零件技术要求表面粗糙度达到Ra3.2，而毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5，故需要采用粗铣——>半精铣。
4.8
mm的槽
零件技术要求槽的两侧端面表面粗糙度为Ra1.6um，槽的底端面为Ra6.3um，需要采用粗铣——>精铣，就可以达到公差等级为IT8表面粗糙度Ra1.6um。
5.18
mm的槽
零件技术要求槽的各端面要达到的表面粗糙度为Ra3.2um，需要采用粗铣——>半精铣
6.花键孔
零件技术要求槽的各端面要达到的表面粗糙度为Ra3.2um，需要采用粗铣——>半精铣
7.两处倒角
Φ25mm花键底孔两端处的2×75°倒角，表面粗糙度为Ra6.3um，为了使工序集中，所以花键底孔的两端面的2×75°倒角在Z525立式钻床上采用锪钻的方法即可。
（四）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，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，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
工艺路线方案一：
工序：
1.铸件
2.热处理
3.粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
4.检验
5.粗、精铣削上端面。
6.检验
7.铣削8
mm的槽。
8.检验
9.铣削18
mm的槽。
10.检验
11.拉花键。
12.检验
工艺路线方案二：
工序：
1.铸件
2.热处理
3.粗、精车右端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。
4.检验
5.拉花键。
6.检验
7.铣削8
mm槽的上端面。
以花键的中心线及右端面为基准。
8.检验
9.铣削8
mm的槽。
以花键的中心线及右端面为基准。
10.检验
11.铣削18
mm的槽。
以花键的中心线及右端面为基准。
12.检验
方案分析：
上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。
但此方案中2.5.7工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的3.7.9道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和右端面作为3.7.9道工序的定位基准。
此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。
（五）确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
CA6140的拨叉材料为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，工序尺寸以毛坯尺寸如下：
１、右端面毛坯余量：
加工表面形状简单，由铸件重量为1.3kg，加工精度Ra3.2um，保证长度尺寸为80mm，查《工艺手册》表2.2-4得加工单边余量为5.5mm，另查《工艺手册》表1.4-24得长度尺寸公差范围为±0.27，即长度方向毛坯尺寸为85.5±0.27mm。
②、宽为8
mm的槽上端面毛坯余量：
由毛坯重1.3kg，加工精度为Ra3.2um，加工表面形状简单，从孔的中心线到端面的长度尺寸为27mm，查《工艺手册》表2.2-4得单边余量为Z=5.5，另查《工艺手册》表1.4-24得长度方向尺寸公差为±0.195，即长度方向毛坯尺寸为32.5±0.195mm。
③、孔Φ22mm、槽8
mm和槽18
mm均为实心，未铸造出来。
⑵、确定工序余量，工序尺寸及其公差：
确定工序尺寸的一般方法是：
由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸只与工序的加工余量有关。
前面已经根据有关资料查出零件各加工表面的加工总余量，将加工总余量分配给各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。
本零件各加工表面的工序的经济精度，表面粗糙度的确定，除最后工序是按零件图样要求确定外，其余工序主要是根据《工艺手册》表1.4-7、表1.4-8及参考表1.4-17定公差等级（即IT）和表面粗糙度。
公差等级确定后，查《工艺手册》表1.4-24得出公差值，然后按“入体”原则标注上下偏差。
本零件的各加工表面的工艺路线，工序余量，工序尺寸及其公差，表面粗糙度如表：
表1各加工表面的工艺路线、工序、工序尺寸及其公差、表面粗糙度（未注单位：
mm）
加工表面
工序名称
工序
余量
工序=基本尺寸
工序=经济精度
工序=尺寸及其偏差
表面粗糙度（um）
工序基本尺寸
公差等级
公差值
右端面
精车
Z=0.5mm
80
IT9
0.074
Ra3.2
80
粗车
Z=5
80.5
IT11
0.22
Ra6.3
80.5
毛坯
Z=5.5
85.5
IT13
0.54
Ra12.5
85.5
花键底孔
扩
2Z=2
Φ22
IT11
0.28
Ra6.3
Φ22
钻
2Z=20
Φ20
IT12
0.37
Ra12.5
Φ20
毛坯
实心
—
—
—
—
—
—
右端面倒角
2×75°
0.21
左端面倒角
2×75°
0.39
8+0.030槽的上端面
半精铣
Z=1
27
IT10
0.084
Ra3.2
27
粗铣
Z=4.5
28
IT12
0.15
Ra6.3
28
毛坯
Z=5.5
32.5
IT13
0.39
Ra12.5
32.5
8+0.030槽
精铣
2Z=1
8
IT8
0.012
Ra1.6
8
粗铣
2Z=7
7
IT12
0.11
Ra6.3
7
毛坯
实心
—
─
─
—
─
—
18+0.120mm槽
半精铣
2Z=1
18
IT8
0.012
Ra3.2
18
粗铣
2Z=6
17
IT9
0.043
Ra6.3
17
毛坯
2Z=7
11
IT12
0.18
Ra12.5
11
花键孔
拉削
2Z=3
Φ25
IT8
0.023
Ra1.6
Φ25
毛坯
圆环
Φ22
IT11
0.28
Ra6.3
Φ22
（六）确定切削用量及基本工时
工序3：
车削右端面。
1．加工条件。
工件材料：
灰口铸铁HT200。
σb=145MPa。
铸造。
加工要求：
粗、半精车右端面并保证28mm的工序尺寸，Ra=3.2µm
机床C3163-1。
转塔式六角卧式车床。
刀具参数：
Kr=90°γ0=12°α0=8°λs=-10°
刀片材料：
钨钴类YG6
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IT12级取-0.46mm（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,αｅ≤3mm时，以及工件直径为Φ60mm时（由于凸台上端面的存在所以直径取Φ60mm）
f=0.6-0.8mm/r
按C3163-1 车床说明书 取f=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 f＝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=
其中：
Cv=158xv=0.15yv=0.4M=0.2
修正系数Ko见《切削手册》表Ko=1.28
kmv=1.15kkv=0.8k×krv=0.8ksv=1.04kbv=0.81
∴Vc=158/（600.2×20.15×0.530.4）×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＝200r／min
所以实际切削速度V=40.8m/min
（5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1
由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备
L=（65-0）/2=32.5L1=3、L2=0、L3=0
Tm=
=0.33（min）
2、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
计算切削速度按《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=
=158/（600.2×20.15×0.16×0.4）×1.15×0.8×0.8×0.81×0.97
=83.85（m/min）
确定机床主轴转速.nw=1000Vc/
dw=410.8（r/min）
按C3163－１ 车床说明书 取nw=400（r/min）
实际切削速度V=57.1m/min
切削工时，查《工艺手册》表6.2-1
由于下一道工序是钻孔，所以留下Ø20mm的台阶，所以L=（65-20）/2=22.5mmL1=3L2=0L3=0
Tm=
=0.35（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＝Ф20ｍｍβ=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm,ao=12°,
Ψ=55°,b=2mm，
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=
=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/min
ｄ、基本工时，
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=10mm
所以Tm=
=（80+10）/280×0.62=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（min）
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
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