CA6140车床拨叉型号831002的夹具设计说明书.docx
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目录
一、参考资料
（2）
二、设计内容 （4）
三、零件分析 （4）
（一） 零件的作用 （4）
（二） 零件的工艺分析 （4）
四、确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯的形状 （4）
五、工艺规程的设计 （4）
（一） 定位基准的选择 （4）
（二） 零件表面加工方法的选择 （5）
（三） 制订工艺路线 （6）
（四） 确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸，设计、绘制
毛坯图 （8）
（五）确定切削用量及基本工时（机动时间） （11）
六、夹具的设计 （32）
（一） 问题的提出 （32）
（二） 夹具设计的有关设计 （33）
（三） 定位误差分析 （33）
七、设计感言 （36）
二、设计内容
设计题目：
设计CA6140车床拨叉（0402）零件的机械加工工艺规程及机床夹具。
CA6140车床拨叉（0402）零件图见附件。
本零件为中批量生产。
三、零件分析
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。
零件上方的φ25孔与操纵机构相连，下方的φ60半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。
通过上方的力拨动下方的齿轮变速，铸造时铸出完整的圆加工后切开。
2.零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、孔φ25H7、控制槽侧面，拨叉脚圆孔φ60及其两端面
2、螺纹孔M22×1.5及其端面、拨叉底面、φ25孔端面、拨叉脚φ60圆孔端面，拨叉脚两端面与φ25孔中心线的垂直度误差为0.1mm，控制槽两侧面与
小头孔φ25侧面的垂直度误差为0.08mm。
由上面分析所知，对于两组加工表面而言可以加工其中一组表面，然后借助专用夹具加工另外一组表面，并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
四、确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯的形状
零件材料为HT200（最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁）。
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，生产类型为中批量生产，故选择金属模机械砂型铸造毛坯。
零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近。
考虑铸造应力，φ25的通孔不必铸出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后决定，然后再设计、绘制毛坯图。
五、工艺规程的设计
1.定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的最重要的工作之一。
定位基准选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。
否则，加工工艺过程中就会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使工作无法正常进行。
1）.粗基准的选择
合理地选择定位基准，对于保证加工精度和确定加工顺序都有决定性的影响。
在最初的一道工序中，只能用毛坯尚未加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。
选择不加工表面作为粗基准可以保证加工面与不加工面之间的相互位置精度，故一般对于零件而言，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。
根据这个粗基准选择原则，现选取φ孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共四块短V形块支承这两个φ42mm作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，这样就达到了达到完全定位,然后进行铣削加工。
2）.精基准的选择
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和
“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，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，在此处不再重复。
2.零件表面加工方法的选择
本零件的加工面包括有：
端面、内孔、内螺纹、槽等。
材料为HT200。
参考《机械制造工艺设计简明手册》查表1.4—6、表1.4—7、表1.4—8、表
1.4—17确定其加工方法如下：
1）.φ42mm圆柱的端面
由于该端面为未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级按IT13，尽管表面粗糙的没有要求，但后续加工φ25mm的内孔要求很高，故选择进行粗加工+精加工。
（查表1.4—6）。
2）.Φ25H7通孔
由于其公差等级为IT7，内表面粗糙度为，故选择进行钻+粗镗+精镗。
（查表1.4—7）
3）.Φ60mm孔两端面（拨叉脚圆两端面）
由于两端面之间厚度的公差等级为IT11级，且表面粗糙度，故选择粗铣、半精铣即可，但考虑到同时还要保证与Φ25H7孔的中心线的垂直度误差不超过0.1mm。
故选择粗铣+精铣。
4）.Φ60mm孔
由于表面粗糙度为，选用粗镗+精镗。
5）.控制槽端面
两侧面之间的公差等级为IT11，槽端面表面粗糙度为。
故选择粗铣控制槽端面。
6）.控制槽（长90mm、宽16H11、深8mm）
由于槽两侧面之间宽度16H11的公差等级为IT11，两侧面表面粗糙度为，槽底面表面粗糙度为。
故选择粗铣+精铣。
7）.32mm×32mm螺纹孔端面
由于该端面为未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级按IT13
且表面粗糙度为，故只需粗铣。
8）.M22×1.5螺纹孔
由于该螺纹孔为未注公差尺寸，根据 GB1800-79规定其公差等级按
IT13，同时表面粗糙的没有要求，选择直接钻孔+攻螺纹。
9）.铣断拨叉脚Φ60圆孔
由于拨叉脚端面表面粗糙度为，故可选择直接铣断即可。
3.制订工艺路线
制订工艺路线的出发点，应当是零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面等技术要求能得到合理的保证。
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-6、1.4-7、1.4-8，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
（1）工艺路线方案一（加工单件）
工序一 以φ42mm外圆，φ42mm外圆一个端面为粗基准，粗铣φ25mm
孔两端面。
工序二 精铣φ25mm孔两端面。
工序三 以φ25mm孔一个端面为精基准，钻φ25mm孔，粗镗、精镗
φ25mm孔。
工序四 以φ25mm孔为精基准，粗铣φ60mm孔上下端面。
工序五 以φ25mm孔为精基准，精铣φ60mm孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1mm。
工序六 以φ25mm孔为精基准，铣螺纹孔端面。
工序七 以φ25mm孔为精基准，钻一个φ20mm孔。
工序八 攻M22×1.5螺纹。
工序九 以φ25mm孔为精基准，粗镗、精镗φ60mm孔。
工序十 以φ25mm孔为精基准，铣槽端面。
工序十一 以φ25mm孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08mm。
工序十二铣断工序十三检查
（2）工艺路线方案二（加工两件）
工序一 以φ42mm外圆，φ42mm外圆一个端面为粗基准，粗铣φ25mm
孔两端面。
工序二 精铣φ25mm孔两端面。
工序三 以φ25mm孔一个端面为精基准，钻φ25mm孔，粗镗、精镗
φ25mm孔。
工序四 以φ25mm孔为精基准，粗铣φ60mm孔上下端面。
工序五 以φ25mm孔为精基准，精铣φ60mm孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1mm。
工序六 以φ25mm孔为精基准，铣螺纹孔端面。
工序七 以φ25mm孔为精基准，钻一个φ20mm孔。
工序八 攻M22×1.5螺纹。
工序九 以φ25mm孔为精基准，粗镗、精镗φ60mm孔。
工序十 以φ25mm孔为精基准，铣槽端面。
工序十一 以φ25mm孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08mm。
工序十二两件铣断工序十三检查
（3）工艺路线的比较与分析
以上两个方案分别是加工单件与双件的，加工工艺过程基本一致。
但加工单件时不好装夹，效率较低；而加工双件的工件对称便于装夹且加工效率比单件加工大大提高，而且减少了零件装夹次数，避免多次装夹带来的加工误差。
因此应该选择双件加工。
按照切削加工顺序的安排原则：
先加工平面，再加工孔。
所以方案二先加工M22×1.5螺纹孔后加工控制槽端面及槽不合适。
工序三中加工φ25mm孔时钻基孔与镗孔应该分成两道工序。
因此，最后确定的加工工艺路线如下：
工序一 以φ42mm外圆，φ42mm外圆一个端面为粗基准，粗铣φ25mm
孔两端面。
工序二 精铣φ25mm孔两端面。
工序三 以φ25mm孔一个端面为精基准，钻φ25mm孔。
工序四 粗镗、精镗φ25mm孔。
工序五 以φ25mm孔为精基准，粗铣φ60mm孔上下端面。
工序六 以φ25mm孔为精基准，精铣φ60mm孔上下端面，保证端面相
对孔的垂直度误差不超过0.1mm。
工序七 以φ25mm孔为精基准，粗镗、精镗φ60mm孔。
工序八 中检。
工序九 以φ25mm孔为精基准，铣槽端面。
工序十 以φ25mm孔为精基准，粗、精铣16H11的槽的侧面保证相对
φ25mm孔的垂直度误差不超过0.08mm。
工序十一 以φ25mm孔为精基准，铣螺纹孔端面。
工序十二 以φ25mm孔为精基准，钻一个φ20.5mm孔。
工序十三 攻M22×1.5螺纹。
工序十四 两件铣断。
工序十五 检查。
4.确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸，设计、绘制毛坯图
1）、确定毛坯种类：
零件材料为HT200。
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，生产类型为中批生产，故选择金属型铸件毛坯。
查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT7-9。
2）、确定毛坯余量
（1）φ25mm孔外端面的毛坯余量材料为HT200，采用金属型铸造，查《工艺设计手册》表2.2-5得尺寸公差等级7～9，取8级，加工余量等级为F，查表2.2-4得加工余量数值为1.5～2.0mm，取单边余量
Z=2.0mm。
（2）
0.021
25
0 mm孔的毛坯为实心，未铸出孔。
（3）φ60mm孔外端面的毛坯余量 材料为HT200，采用金属型铸造，查
《工艺设计手册》表2.2-5得尺寸公差等级7～9，取8级，加工余量等级为F，查表2.2-4得加工余量数值为1.5～2.0mm，取单边余量
Z=2.0mm。
（4）6000.30mm孔的毛坯余量 材料为HT200，采用金属型铸造，查《工
艺设计手册》表2.2-5得尺寸公差等级7～9，取8级，加工余量等级为F，查表2.2-4得加工余量数值为1.5～2.0mm，取单边余量
Z=2.0mm。
（5）控制槽端面材料为HT200，采用金属型铸造，查《工艺设计手册》表2.2-5得尺寸公差等级7～9，取8级，加工余量等级为F，查表2.2-4得加工余量数值为1.5～2.0mm，取单边余量Z=2.0mm。
（6）32mm×32mm螺纹孔端面的毛坯余量 材料为HT200采用金属型，查
《工艺设计手册》表2.2-5得尺寸公差等级7～9，取9级，加工余量等级为F，查表2.2-4得加工余量数值为2.0～2.5mm，取单边余量
Z=2.5mm。
（7）M22×1.5螺纹孔毛坯为实心，未铸造出孔。
3）、确定工序余量，工序尺寸及其公差
确定工序（或工步）尺寸的一般方法是，由加工表面的最后工序（或工步）往前推算，最后工序（工步）的工序（工步）尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准转换时，同一表面多次加工的工序（或工步）尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。
当基准不重合时，工序（或工步）尺寸应用工艺尺寸链计算。
本零件各加工表面的加工方法（即加工工艺路线）已经在前面根据有关资料确定，本零件的各加工表面的各工序（或工步）的加工余量除粗加工工序（或工步）加工余量之外，其余工序（或工步）加工余量可以根据
《现代制造工艺设计方法》中的精、半精加工余量建议值来确定，粗加工工序（或工步）加工余量不是从表中查出确定，而为加工余量（毛坯余量）减去其余（后续）工序（或工步）各加工余量之和。
前面根据有关资料已查出本零件个加工表面的加工余量（即毛坯余量），应将加工总余量分配给各工序（或工步）的加工余量，然后由后往前计算工序（或工步）尺寸。
本零件各加工表面的工序（或工步）的尺寸精度，表面粗糙度，除了最后工序（或工步）是按零件图样要求确定外，其余工序（或工步）主要是根据《机械制造工艺设计简明手册》表1.4—7、表1.4—8等及参考表1.4
—17定公差等级（即IT）和表面粗糙度。
公差等级确定后，查《机械制造
工艺设计简明手册》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（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度如下表所示。
工序（或
加工
工步）
工序（或工步）余
工序（或工步）基
工序（或工步）经济精度
表面
工序（或
粗糙
工步）尺
度
表面
Φ25
精铣
2Z=1
80
IT9
0.074
800
0.074
3.2
粗铣
2Z=3
81
IT12
0.35
810
0.35
6.3
孔外端面
（mm）
量（mm）
本尺寸
（mm）
公差
公差（mm）
等级
寸及其偏
差（mm）
（m）
0
毛坯 2Z=4 84 84 ——
精镗 2Z=0.5 φ25 IT7 0.021
250.021
1.6
Φ25
粗镗
2Z=1.5
24.5
IT13
0.33
0.33
24.50
6.3
H7孔
钻孔
2Z=23
23
IT13
0.33
230.33
12.5
0
毛坯 实心 —— —— —— —— ——
拨叉 精铣 2Z=1 12 IT11 0.11（
脚圆
0.05
）
0.16
0.05
12
0.16
3.2
Φ60
孔外
粗铣 2Z=3 13 IT12 0.18
0
13
0.18
6.3
端面 毛坯 2Z=4 16 16 ——
拨叉脚孔Φ60H
精镗 2Z=0.4 φ60 IT12 0.30
粗镗 2Z=3.6 φ59.6 IT13 0.46
600.30
0
0
59.60.46
3.2
6.3
12 毛坯 2Z=4 φ56 Φ56 ——
控制 粗铣控
槽端 制槽端
Z=1.5 44 IT12 0.3
440
0.3
6.3
面 毛坯 Z=1.5 45.5 45.5 ——
半精铣
控制 控制槽
槽两 两侧面
侧面 粗铣控制槽
Z=2 16 IT11 0.11
Z=8 8 IT12 0.15
160.11
0
8
0.15
0
3.2
6.3
毛坯
实心
——
——
——
——
——
粗铣
Z=2
36
IT12
0.25
360
0.25
6.3
毛坯
Z=2
38
38 ——
攻螺纹
M22
M22
3.2
钻孔
2Z=20.5
20.5
20.5
3.2
毛坯
实心
——
——
——
——
——
铣断
Z=2
124.11
IT12
0.40
124.110
0.40
6.3
螺纹
孔端面M22×1.5
螺纹孔拨叉脚底
面
毛坯
Z=2
126.11
126.11
——
5.确定切削用量及基本工时（机动时间）
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量——背吃刀量（即切削用量）、进给量f及切削速度。
确定方法是：
先确定切削深度（由工序或工步余量确定切削
深度——精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；而粗加工全部余量也最好在一次走刀中去除，在中等功率机床上一次走刀可达8~11mm）和进给量（根据本工序或工步的加工表面粗糙度确定进给量，对粗加工工序或工步，根据加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度），再确定切削速度[可用查表法或计算法得出切削速度]，用《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）公式（m/min）换算出查表或计算法所得的转速，根据在选择的机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速作为实际的转速，用公式（m/min）再换算出实际的切削速度填入工艺文件中。
对粗加工，选取实际切削速度、实际进给量和背吃刀量之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺卡片中。
工序一切削用量的及基本时间的确定：
（1）加工条件
工件材料：
HT200：
σb=200MPa，硬度190~210HBS，铸造。
加工要求：
粗铣φ42两端面，保证两端面之间的尺寸为81mm，切削宽度
42mm,单边加工余量为z=1.5mm；机床为XA6132型万能升降台铣床；工件装夹在专用夹具上。
（2）确定切削用量及基本工时
切削用量的确定采用查表法和公式法。
①选择刀具
根据《工艺手册》表3.1-27，选择YG6硬质合金端铣刀，根据《切削用量简明手册》（以下简称《切削手册》）表3.1选取铣刀外径200mm，根据
《切削手册》表3.16选取铣刀齿数z=16。
根据《切削手册》表3.2，选择刀具前角＝0°，后角＝8°，副后角=10°，刀齿斜角=－20°,主偏角=30°,过渡刃倾角=30°,副偏角=5°过渡刃宽=1.5mm。
②确定切削用量
（a）.确定铣削深度：
由于单边加工余量z=1.5mm，粗铣一刀可以走完所有余量，故取=1.5mm。
（b）.确定每齿进给量：
根据《切削手册》表3.30，查得XA6132铣床功率为7.5kw，根据《切削手册》表3.5，查得=0.14~0.24mm/z取=0.18mm/z.
（c）.选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0~1.5mm；根据《切削手册》表3.8铣刀直径=200mm硬质合金端铣刀得耐用度T=240min。
（d）.确定切削速度：
可根据《切削手册》表3.16可知=89m/min。
则:
=1000vc查=1000
89=141.7r/min
π 200 π 200
根据《切削手册》表3.30，XA6132选取主轴转速=150r/min则实际的切削速度为:
πn机d0=π
150
200=94.2r/min。
=1000
1000
当=150r/min时，工作台每分钟进给量速度（）为：
===0.18×16×150=432mm/min
根据《切削手册》表3.30，XA6132铣床工作台进给量，没有=432mm/min。
故取=475mm/min
③计算基本工时
铣刀行程为294.22mm，查《切削手册》表3.26，取入切量及超切量y+
△=14mm,则基本工时为：
。
工序二切削用量的及基本时间的确定：
（1）加工条件
工件材料：
HT200：
σb=200MPa，硬度190~210HBS，铸造。
精铣φ25孔两端面，保证两端面之间的尺寸为80mm。
铣削宽度ae=42mm，单边加工余量z=0.5mm，选用XA6132型万能升降台铣床，使用专用铣床夹具。
（2）确定切削用量及基本工时
①选择刀具
根据《工艺手册》表3.1-27，选择YG6硬质合金端铣刀，根据《切削手册》表3.1，选取铣刀外径80mm，根据《切削手册》表3.16，选取铣刀齿数z=10。
根据《切削手册》表3.2，选择刀具前角＝0°，后角＝8°，副后角=10°，刀齿斜角=－20°,主偏角=30°,过渡刃倾角=30°,副偏角=5°过渡刃宽=1.5mm。
②确定切削用量
（a）.确定铣削深度：
由于单边加工余量z=0.5mm，可以精铣一刀走完所有余量，故取=1.5mm。
（b）.确定每齿进给量：
根据《切削手册》表3.30，查得XA6132铣床功率为7.5kw，根据《切削手册》表3.5由机床功率查得=0.05~0.1mm/z取=0.1mm/z.
（c）.选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.3~0.5mm；根据《切削手册》表3.8铣刀直径=80mm硬质合金端铣刀得耐用度T=180min。
（d）.确定切削速度：
可根据《切削手册》表3.27可知=124m/min。
则:
=1000vc查=1000
d0
124=437.7r/min
80
根据《切削手册》表3.30，XA6132选取主轴转速=475r/min则实际的切削速度为:
=πn机d0=
1000
475
1000
80=119.4r/min。
当=475r/min时，工作台每分钟进给量速度（）为：
===0.1×10×475=475mm/min
根据《切削手册》表3.30，XA6132铣床工作台进给量，故取vf=475mm/min。
③计算基本工时
铣刀行程为294mm，查《切削手册》表3.26，取入切量及超切量y+△
=14mm,则基本工时为：
t。
工序三切削用量的及基本时间的确定：
（1）加工条件
工件材料：
HT200：
σb=200MPa，硬度190~210HBS，铸造。
以φ25mm的孔的一个端面为精基准，钻φ23mm的孔，选用Z550立式钻床。
使用专用钻床夹具。
（2）确定切削用量及基本工时
①选择钻头
根据《工艺手册》表3.1-6，选取φ23mm硬质合金锥柄麻花钻。
②确定切削用量
根据《工艺手册》表3.1-6，选取f钻=0.19mm/r。
根据《切削手册》表2.18，选取=60
根据机床说明书（见《工艺手册》表4.2-15），选取.
实际切削速度：
③计算基本工时
钻头行程L=80mm，根据《切削手册》表2.29，选取入切量及超
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