机械制造工艺与夹具设计CA6140车床拨叉 夹具设计 钻M8.docx

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机械制造工艺与夹具设计CA6140车床拨叉夹具设计钻M8

序言

毕业设计是学生在学校完成了大学三年的全部课程，并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，也是学生在校学习阶段的最后一个重要的教学环节，是完成工程师基本训练的一个必不可少的过程。

通过毕业设计培养学生综合运用所学知识独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。

毕业设计是在毕业实习的基础上进行的，根据自己的设计课题，在毕业实习期间认真调查研究、搜索资料。

本次设计是提高CA6140车床上拨叉的加工效率，设计正确的加工工艺路线，以及某道工序的夹具。

这次设计涉及到机床，机械加工工艺，工装夹具等机制专业的几乎所有的专业基础知识。

是一次全面地，系统地检查自己在大学期间对专业知识学习的情况，在整个设计过程中做到严谨认真，一丝不苟的精神，尽量使自己的设计达到理想的水平，通过独立的查找资料，分析，计算完成方案设计，图纸设计和编写技术文件等，设计了这套比较完整的加工工艺路线，使自己对机制专业有了更深刻的认识。

由于时间短促，经验不足以及水平有限，本次设计难免许多不妥和错误之处，敬请批评指正，以便及时改正。

一、零件分析

（一）零件的作用（图）

题目所给的零件是车床CA6140拔叉，型号为831007。

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要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用，零件上方的φ22孔和操纵机构相连，Φ55半孔则是用于和所控制齿轮所在的轴相接触，通过上方的力拨动下方的齿轮变速，俩件零件铸为一体，加工时分开。

（二）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，不适合磨削，以下则是拨叉零件需要加工的表面以及表面之间的位置要求。

（1）小孔以及和之相通的锥孔、螺纹孔。

（2）大头半圆孔Φ55

（3）拨叉底面，小头孔端面，大头半圆孔端面，大头半圆孔端面和小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面和之中心线的垂直度误差为0.05

由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度，再根据加工方法的经济精度以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，所以根据上述要求，采用常规的加工工艺均可保证。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

零件的材料为HT200，考虑零件在机床运行过程中所受的冲击力不大，零件制造又比较简单，故选择铸件毛坯，选用铸件公差等级为CT9级，已知该拨叉零件的生产纲领为5000件∕年，零件的质量为1.0kg∕个，可确定该拨叉零件为大批生产，所以初步确定工艺安排为；加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主

（二）基面的选择

基面的选择是工艺规程中的重要工作之一，基面选择正确和合理可以使加工质量得到保证，生产效率提高。

（1）粗基准的选择

在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余量，及保证不加工表面和加工表面间的尺寸，位置符合零件图样设计要求，粗基准的选择原则：

（1）重要表面余量均匀原则必须首先保证工件重要表面具有较小的加工余量，应选择该表面为粗基准

（2）表面间的相互位置要求原则必须保工件上加工表面和不加工表面之间的相互位置要求，应以不加工表面作为粗基准，如果在工件上有很多不加工表面，应以其中和不加工表面相互位置要求较高的不加工表面作为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等

（3）余量足够原则如果零件上各个表面均需加工，则以加工余量较小的表面作为粗基准

（4）定位可靠性原则作为粗基准的表面，应选用比较可靠，平整光洁的的表面，以便定位准确，夹紧可靠

在铸件上不应该选择有浇冒口的表面，分型面，有毛刺或夹砂的表面作为粗基准；在锻件上不应该伴有飞边的表面作为粗基准，若工件上没有合适的表面作为粗基准，可以先铸出或焊上几个凸台，以后再去掉

（5）不重复使用原则粗基准的定位精度低，在同一尺寸方向上只允许使用一次，不能重复使用

对于一般类的叉杆类零件而言，以孔和端面作为粗基准，是完全合理的。

对于本零件而言，尽可能选择不加工便面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以和不加工表面要求要求相对位置精度较高的不加工表面为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等。

根据这个基准选择原则，现选取Φ22孔的不加工外轮廓作为粗基准，利用俩个V型块支撑Φ22俩个外轮廓表面作为粗基准的定位面，限制5个自由度在利用一个销钉限制一个自由度达到完全定位然后进行铣削。

对于拨叉零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以和不加工表面为粗基准，根据这个基准选择原则，现选取拨叉俩个φ22孔德下端面为粗基准，利用俩个φ22的外轮廓作为主要定位面，再以一个销钉限制最后一个自由度，达到完全定位。

（三）精基准的选择

精基准的选择原则主要考虑如何减少误差，保证加工精度和安装方便以及以及设计基准和工序基准重合问题。

当二者不重合时，应该进行换算。

（1）基准重合原则应尽可能选择零件的设计基准作为定位基准，以避免产生基准不重合原则。

（2）基准统一原则应尽可能选用精基准定位加工各表面，以保证各表面之间的位置精度。

采用统一基准的好处在于：

可以在一次安装中加工几个表面，减少安装次数和安装误差，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度；有关工序所采用的夹具结构比较统一，简化夹具的设计和制造，缩短生产准备时间，便于采用高效率的专用设备，大幅度的提高生产率。

（3）自为基准原则有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面为精基准。

（4）互为基准反复加工原则有些相互位置精度要求较高的表面，可以采用互为基准反复加工的原则来保证

（5）定位可靠性原则精基准应凭整光洁，具有相应的精度，确保定位简单准确，便于安装，夹紧可靠。

（6）如果工件上没有能作为精基准选用的恰当表面，可以在工件专门加工出定位基面，这种精基准成为辅助基准，辅助基准在零件的的工作中不起任何作用它仅仅是为加工的需要而设计的。

（7）加工阶段的划分

该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。

（8）工序的集中和分散

本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。

该拨叉的生产类型为成批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。

（9）加工原则:

1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——拨叉下端面

2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。

3）遵循“先主后次”原则.

4）遵循“先面后孔”原则.

考虑保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准统一和基准重合”原则,以粗加工底面为定位粗基准。

（四）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几乎形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理保证，再生产纲领已确实，为大批量生产的条件下，可以考虑使用万能机床配以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。

1．工艺路线方案一

工序Ⅰ粗铣40φ孔的两头的端面，φ73mm孔的上下端面。

工序Ⅱ精铣φ40孔的上下端面。

工序Ⅲ粗镗,半精镗,精镗φ55至图样尺寸。

工序Ⅳ钻，扩铰两端φ22孔至图样尺寸。

工序Ⅴ钻M8的螺纹孔，钻φ8的锥孔钻到一半攻M8的螺纹。

工序Ⅵ铣断保证图样尺寸。

工序Ⅶ去剌，检查。

2．工艺路线方案二

工序一：

退火

工序二：

粗、精铣Ф22mm、Ф55mm的下表面，保证其粗糙度为3.2um

工序三：

以Ф22mm的下表面为精基准，粗、精铣Ф22mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2um,其上、下表面尺寸为50mm

工序四：

以Ф22mm的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰Ф22mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6um，垂直度误差不超过0.05mm

工序五：

以Ф22mm的下表面为精基准，粗、半精镗Ф55mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2um

工序六；以Ф22mm的下表面为精基准，粗、精铣Ф55mm的上表面，保证其和孔的垂直度误差不超过0.07mm，其上、下表面尺寸为30mm

工序七：

铣断

工序八：

以Ф22mm的孔为精基准，钻Ф8mm的锥孔的一半，装配时钻铰

工序九：

以Ф22mm的孔为精基准，钻Ф6mm的孔，攻M8的螺纹

工序十：

以Ф22mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为6.3um

工序十一：

检查

3．工艺路线方案三

工序一；退火

工序二：

粗、精铣Ф22mm、Ф55mm的下表面，保证其粗糙度为3.2um

工序三：

以Ф22mm的下表面为精基准，粗、精铣Ф22mm、Ф55mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2um，Ф22mm的上、下表面尺寸为50mm，Ф55mm的上、下表面尺寸为30mm

工序四：

以Ф22mm的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰Ф22mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6um，垂直度误差不超过0.05mm

工序五：

以Ф22mm的下表面为精基准，粗、半精镗Ф55mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2um

工序六：

以Ф22mm的孔为精基准，钻Ф8mm的锥孔的一半，装配时钻铰

工序七：

以Ф22mm的孔为精基准，钻Ф6mm的孔，攻M8的螺纹

工序八：

铣断

工序九：

以Ф22mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为6.3um

工序十：

检查

3.工艺方案的分析和比较。

上述工艺方案的特点在于：

方案一是光加工和φ22mm的孔有垂直度要求面再加工孔，而方案二恰恰相反，先是加工完φ22mm的孔，在以孔的中心轴线来定位加工和之有垂直度要求的三个孔面，方案一装夹次数少，但在加工φ22mm的时候最多只能保证一个面定位面和之和之有垂直度要求，其他两个面很难保证，因此，此方案有很大弊端。

方案二在加工三个面时都是用φ22孔的中心轴线来定位，这样很容易就可以保证其余三个面的为制度要求。

所以综上最终方案为：

工序Ⅰ粗铣φ40孔的两头的端面。

工序Ⅱ钻，扩铰两端φ22mm孔至图样尺寸。

工序Ⅲ粗铣中间孔上端面。

工艺方案的分析和比较。

上述工艺方案的特点在于：

方案一是光以拔叉底面为精基准，加工φ22两小孔，然后再加工φ55孔，而方案二则和此相反光以φ22外圆为基准加工φ55孔，在通过定位加工φ22两小孔，两相比较可以看出，先加工φ22小孔，再加工φ55孔，这时的位置精度较易保证，并且定位及装夹都比较方便，而且两方案中的工序嗾使相等的，只需将方案一和方案二中的某些工序相接合，取长补短，做出更好的工艺路线，具体工艺过程如下：

工序一；退火

工序二：

粗、精铣Ф22mm、Ф55mm的下表面，保证其粗糙度为3.2um，可采用X6140卧式铣床专用夹具。

工序三：

以Ф22mm的下表面为精基准，粗、精铣Ф22mm、Ф55mm的孔的上表面，保证其粗糙度为3.2um，Ф22mm的上、下表面尺寸为50mm，Ф55mm的上、下表面尺寸为30mm，采用X6140卧式铣床专用夹具。

工序四：

以Ф22mm的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰Ф22mm的孔，保证其内表面粗糙度为1.6um，垂直度误差不超过0.05mm，可采用多刀具组合机床。

工序五：

以Ф22mm的下表面为精基准，粗、半精镗Ф55mm的孔，保证其内表面粗糙度为3.2um，采用T616卧式镗床专用夹具。

工序六：

以Ф22mm的孔为精基准，钻Ф8mm的锥孔的一半，装配时钻铰，采用Z525立式钻床加专用夹具。

工序七：

以Ф22mm的孔为精基准，钻Ф6mm的孔，攻M8的螺纹，采用Z525立式钻床专用夹具。

工序八：

铣断，去毛刺，采用X60卧式铣床加专用夹具。

工序九：

以Ф22mm的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为6.3um，采用X60卧式铣床加专用夹具。

工序十：

检查，入库。

（五）机械加工余量，工序尺寸及毛坯的确定

“CA6140拨叉”零件材料為HT200，硬度為190-210HB,重量為1.0kg，生產类型为重中批生产，采用在金属模机器造型，查《机械制造工艺简明手册》以下简称《简明手册》表2.2-5知；毛坯的加工余量的等级为4，尺寸公差CT为8查表2.2-4单侧加工时，其加工余量为2.0mm,双侧加工时，每册加工余量为1.5mm

1.根据上述原始资料及加工工艺，分别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：

（1）φ22孔的加工余量的确定

查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-8得，各加工余量分别为精绞0.06mm、粗绞0.14mm、扩孔1.8mm、钻孔20mm，总余量为22mm（由于该处孔径较小，未先预铸孔，故用φ20的钻头钻出φ20的孔）。

（2）φ55孔的加工余量的确定

查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-9得，各加工余量分别为粗镗4mm、半精镗0.5mm、总余量为5mm（该处先已预铸出φ50的孔）。

（3）φ22的两个上端面的加工余量的确定

查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-21得，各加工余量分别为精铣1mm、粗铣2mm，总余量为3mm。

（4）拨叉底面的加工余量的确定

查《机械制造工艺设计简明手册》表2.3-21得，其粗铣的加工余量为2mm。

2、为了更直观一些，做表如下

加工孔

加工表面

加工内容

加工余量

精度等级

工序尺寸

φ55孔

铸件

5

CT12

φ50±2.8

粗镗

3

IT12

φ52±0.15

半精镗

0.5

IT11

φ53.250+0.1

φ22孔

钻

20

IT11

φ200+0.13

扩

1.8

IT9

φ21.80+0.052

粗铰

0.14

IT8

φ21.940+0.033

精铰

0.06

IT7

φ220+0.021

加工平面

加工内容

加工余量

基本尺寸

铸件

6.0

粗铣φ22孔下端面

4.0

56.0

粗铣φ55孔下端面

4.0

31.0

粗铣φ22孔上端面

4.0

52.0

精铣φ22孔下端面

1.0

51.0

精铣φ22孔上端面

1.0

50.0

精铣φ55孔上端面

1.0×2

30.0

工件如图所示

三、夹具设计

（一）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，可显著地减少辅助工时，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。

（二）问题的提出

本夹具主要用来钻M8两个小孔，这两个小孔对φ40上端面有个的位置度要求。

（三）夹具设计

1、定位基准的选择

由零件图可知，M8两小孔相对于两个φ40孔上端面有位置度要求，其设计基准就是φ40孔上端面，为了使定位误差为零，应选择以φ22孔为定位基准，采用“一面两孔”进行定位，即用一个平面，限制3个自由度和一个短圆柱销，一个销边销共限制了3个自由度，达到完全定位。

2、定位误差分析

（1）定位元件尺寸及公差的确定。

夹具的主要定位元件为一个平面、以短圆柱销一个销边销，短圆柱销和销边销的尺寸和公差现规定和本零件φ22孔的尺寸和公差相同:

即φ22+00.021

所谓定位误差，是指由于定位造成的加工面相对于工序基准的位置误差，因为对于一批工件而言，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。

（2）造成定位误差的原因：

由于定位基准和工序基准不一定引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准对定位基准在加工方向上的最大变动量，用ΔB表示。

由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称为基准定位误差，即定位误差的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量。

3、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

4、夹紧力的方向

（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件的准确性和可靠性，一般要求夹紧力的方向应指向主要定位基面，把工件压向定位元件的主要定位表面上。

（2）夹紧力方向应使工件变形尽可能变小，使工件的夹紧部分属于套筒零件，显然轴向夹紧要比要比径向夹紧使工件变形要小。

（3）夹紧力方向应使所需夹紧力可能小，在保证夹紧可靠的前提下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便，紧凑以及减少工件变形，，为此，应使加紧力Q的方向最好和切削力下，工件重力G的方向，这时所需夹紧力为最小。

5、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。

（四）夹具各零件尺寸（图）

整体结构图

中间螺柱设计图

衬套图

钻套螺钉图

钻套图

垫片

定位圆柱销及削边销图

设计总结

夹具课程设计即将结束。

回顾整个过程，经过老师和同学的帮助，还有自己不懈的努力，终于定时定量的完成了这次课程设计。

课程设计作为机械制造和自动化专业的重点，使理论和实践结合，对理论知识加深了理解，使生产实习中的理解和认识也到了强化。

本次课程设计主要是机械加工工艺规程设计和专用夹具设计。

机械加工工艺规程设计运用了基准选择等知识，夹具设计的运用了工件定位、夹紧机构等知识。

通过此次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。

学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。

本次设计还存在很多不足之处。

由于对知识的掌握不够扎实，在设计过程中不能全面地考虑问题。

仍需要进一步研究和实践。

这次设计，让我对基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。

提高了思考、解决问题，创新设计的能力。

为以后的设计工作打下了较好基础。

本设计存在很多不足之处，最后恳请各位老师批评指正！

参考文献

1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书（2版）,机械工业出版社,2006年。

2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:

武汉理工大学出版社,2001年。

3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年。

4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年。

5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年。

6.机械制造工艺设计简明手册/李益民主编.——北京：

机械工业出版社，1993年6月。

7.机械制造工艺学/陈明主编.——北京：

机械工业出版社，2005.8。

8.机械制造工艺学课程设计机床专用夹具图册/李旦，王杰等著.——