课程设计说明书

河南工业职业技术学院

机械加工技术 课程设计说明书

设计题目 设计“拨叉（一）”零件的机械加工

工艺规程及工艺装备(生产纲领：5000件)

班 级： 机制1002班 设 计 者： 岳大原 指导教师： 兰建设 评定成绩：

设计日期： 2012.06

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设计任务书

河南工业职业技术学院 机械加工技术课程设计任务书

设计题目:

“CA6140拨叉(一)”零件的机械加工 工艺规程

设计内容：1．产品零件图

2．产品毛坯图

3．机械加工工艺过程卡片 4．机械加工工序卡片 5．课程设计说明书

班 级：机制1002 设 计 者：岳大原 指 导 教师：兰建设 教研室主任：刘吉彪

2012年06月8日

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目 录

设计任务书??????????????????????1 摘要?????????????????????????3 序言?????????????????????????3 一、拔叉C的分析??????????????????3 二、工艺规程设计??????????????????4 1、加工工艺过程??????????????????4

2、确定各表面加工方案???????????????4 3、确定定位基准??????????????????4 4、工艺路线的拟定?????????????????5 5、拔叉的加工、偏差余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定??8 6、确定切削量及基本工时??????????????8 7、时间定额计算及生产安排????????????11 三、专用夹具设计??????????????????13 1、铣槽夹具设计?????????????????14 2、钻、攻2-MB螺纹孔夹具设计???????????16 3、钻顶面四孔夹具设计??????????????18 四、课程设计心得体会????????????????19 五、参考文献????????????????????19

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摘 要

在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。

序言

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生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己末来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

1. 拨叉C的分析

1.1 拨叉C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。

1.2 拨叉C的工艺分析

拨叉C是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。其底槽侧边与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。

1.3 拨叉C的工艺要求

一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

其余2-M8通孔5锥孔配作未注明圆角半径R3~5mm图1.1 拨叉C零件图

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其加工有四组加工：?25H7内花键孔；粗精铣上端面；粗精铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。

（1）．以?22H12为主要加工面，拉内花键槽?25H7，槽数为6个，其粗糙度要求是底边Ra侧边Ra?1.6，

?3.2，?22H12内孔粗糙度Ra?6.3。

?3.2。 （3）．第三组为粗精铣18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边Ra?3.2，槽底的表面粗糙度要求是Ra?6.3。

（4）钻并攻丝2-M8。

（2）．另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度要求为Ra1.4毛坯的选择

拨叉C毛坯选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在1~3mm，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其年产量是5000件，查《机械加工工艺手册》表2.1-3，生产类型为中批量生产。

2. 工艺规程设计

2.1加工工艺过程

由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、内花键和槽系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证内花键的加工精度容易。因此，对于拨叉C来说，加工过程中的主要问题是保证内花键的尺寸精度及位置精度，处理好内花键和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。

由上工艺分析知，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，所以，保证内花键高精度是本次设计的重点、难点。

2.2确定各表面加工方案

一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于设计拨叉C的加工工艺来说，应选择能够满足内花键加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。

2.2.1在选择各表面、内花键及槽的加工方法时，要综合考虑以下因素

（1）．要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

（2）．根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。

（3）．考虑被加工材料的性质。 （4）．考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

（5）．此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。 选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法。

2.2.2 上端面的加工

查《机械加工工艺手册》表2.1-12可以确定，上端面的加工方案为：粗铣——精铣（IT7?粗糙度为Ra?6.3~0.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。 2.2.3 孔的加工

（1） 加工内花键前的预制孔?22H12加工

查《机械加工工艺手册》表2.3-47，由于预制孔的精度为H12，所以确定预制孔的加工方案为：一次钻孔，由于在拉削过程中才能保证预制孔表面精度，所以，在加工内花键前预制孔的精度可适当降低。

（2） 内花键的加工

通过拉刀实现花键的加工，由于拉削的精度高，所以能满足花键表面精度，同时也能保证预制孔表面精度。

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IT9），

（3）2-M8螺纹孔的加工 加工方案定为：钻，攻丝。

2.3 确定定位基准

2.3.1 粗基准的选择

选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。

粗基准选择应当满足以下要求： （1）．粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

（2）．选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3）．应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 （4）．应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。

（5）．粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉C零件图分析可知，选择作为拨叉C加工粗基准。 2.3.2 精基准选择的原则

（1）．基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

（2）．基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。

（3）．互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉C零件图分析可知，它的?25H7内花键槽，适于作精基准使用。

选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。

2.4 工艺路线的拟订

对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉C的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是：先加工预制孔，再加工花键槽，最后以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔。

后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 2.4.1 工序的合理组合

确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：

（1）．工序分散原则

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

（2）．工序集中原则

工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在80?90?c的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚

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硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。

2.4.2 工序的集中与分散

制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。

（1）．工序集中的特点

工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

（2）．工序分散的特点

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。 2.4.3 加工阶段的划分

零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： （1）．粗加工阶段

粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。

粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。粗糙度为Ra=80~100μm。

（2）．半精加工阶段

半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9~IT10。表面粗糙度为Ra=10~1.25μm。

（3）．精加工阶段

精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。

精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6~IT7，表面粗糙度为 Ra10~1.25μm。

（4）．光整加工阶段

对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5~IT6,表面粗糙度为Ra1.25~0.32μm。

此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。

但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。 2.4.4 加工工艺路线方案的比较

在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。见下表：

表1.1加工工艺路线方案比较表 工序号 方案Ⅰ 方案Ⅱ 工序内容 010 钻预制孔 定位基准 底面和侧面 工序内容 钻预制孔 定位基准 底面和侧面 200mg 7

020 030 040 050 060 070 粗、精铣上端面 已加工预制孔和侧面 拉内花键 ? 25H7 粗、精铣18H11底槽 粗、精铣上端面 已加工预制孔和侧面 内花键和侧面 内花键和侧面 粗、精铣18H11底已加工预制孔和侧槽 面 钻2-M8通孔，攻丝 已加工预制孔和侧面 拉内花键 已加工预制孔和侧面 ? 25H7 去毛刺，清洗 检验 钻2-M8通孔，攻丝 内花键和侧面 去毛刺，清洗 检验 加工工艺路线方案的论证： 方案Ⅰ、Ⅱ主要区别在于在加工上端面及以下工序时，所选定位基准不同，方案Ⅰ选用预制孔为主要定位基准，方案Ⅱ选用花键作主要定位基准，很显然选用内花键做定位基准更符合设计要求，因为其表面精度更高，且和某些需加工面有位置精度要求。

由以上分析：方案Ⅱ为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程如下表：

表1.2加工工艺过程表 工序号 工 种 工作内容 说 明 010 铸造 金属型浇铸 铸件毛坯尺寸： 长：80mm 宽：40mm 高：75mm 020 030 040 热处理 钻 拉 退火 钻预制孔?22H12 拉内花键?25H7 预制孔、底槽不铸出 专用夹具装夹；轻型圆柱立式钻床(ZQ5035) 专用夹具装夹； 卧式拉床（L6120） 050 060 铣 铣 铣底槽18H11，深35mm 粗、精铣上端面 专用夹具装夹； 卧式铣床（X52K） 专用夹具装夹； 卧式铣床（X52K） 070 钻、铰、攻丝 去毛刺 清洗 检验 入库 钻通孔?6.7mm 攻M8螺纹 专用夹具装夹； 摇臂钻床(Z3025) 组合攻丝机 080 090 8

2.5 拨叉C的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

拨叉C的制造采用的是金属型浇铸，其材料是HT200，生产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。 2.5.1 毛坯的结构工艺要求

（1）．拨叉C为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： ①、铸件的壁厚应合适、均匀，不得有突然变化。 ②、铸造圆角要适当，的得有尖棱、尖角。

③、铸件的结构要尽量简化，并要有合理的起模斜度，以减少分型面、芯子。并便于起模。 ④、加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 ⑤、铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。 （2）．设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： ①、各加工面的几何形状应尽量简单。 ②、工艺基准以设计基准相一致。 ③、便于装夹、加工和检查。

④、结构要统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。

在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类

形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。 2.5.2 拨叉C的偏差计算

（1）．预制孔及花键孔的偏差及加工余量计算

加工预制孔时，由于铸造是没铸出，且为一次钻出，通过拉削后保证花键尺寸?25H7mm，预制孔尺寸?22H12mm，查《机械加工工艺手册》表2.3-54，得花键拉削余量为0.7~0.8mm，取0.8mm，即预制孔加工到?21.2mm，一次拉削到设计要求，查《机械加工工艺手册》表1.12-11，得花键偏差为0（2）．拨叉上端面的偏差及加工余量计算

根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：

粗铣：参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2-23。其余量值规定为2.7表3.2-27粗铣平面时厚度偏差取?0.28mm。

精铣：参照《机械加工工艺手册》表2.3-59，其余量值规定为1mm。

铸造毛坯的基本尺寸为72?3.0?1?76mm。根据《机械加工工艺手册》表2.3-11,铸件尺寸公差等级选用CT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为1.1mm。

? 毛坯的名义尺寸为：72?3.0?1?76mm。毛坯最小尺寸为：76?0.55?75.45mm 毛坯最大尺寸为：76?0.55?76.55mm 粗铣后最大尺寸为：72?1?73mm

粗铣后最小尺寸为：73?0.28?72.72mm

精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即保证尺寸72mm，表面与花键轴的平行度公差为0.1mm。 （3）．18H11（180?0.018?0.045mm

~3.4mm，现取3.0mm。

）槽偏差及加工余量：

?0.110铸造时槽没铸出，参照《机械加工工艺师手册》表21-5，得粗铣其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，再由参照参考文献[1]表21-5的刀具选择可得其极限偏差：粗加工为0加工为0?0.013，精

。

粗铣两边工序尺寸为：18?2?16mm；

粗铣后毛坯最大尺寸为：16?0.11?16.11mm； 粗铣后毛坯最小尺寸为：16+0=16mm； 粗铣槽底工序尺寸为：33mm；

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精铣两边工序尺寸为：180?0.013，已达到其加工要求：180?0.018。

（4）、2-M8螺纹偏差及加工余量：

参照《机械加工工艺手册》表2.2-2，2.2-25,2.3-13和《互换性与技术测量》表1-8，可以查得： 钻孔的精度等级：IT?12，表面粗糙度Ra?12.5um，尺寸偏差是0.15mm 查《机械加工工艺手册》表2.3-47，表2.3-48，表2.3-71。确定工序尺寸及加工余量为：

加工该组孔的工艺是：钻——攻丝 钻孔： ?6.7mm

攻丝：攻2-M8螺纹孔。

2.6 确定切削用量及基本工时

工序1：钻预制孔

机床：轻型圆柱立式钻床(ZQ5035)

刀具：查《实用机械加工工艺手册》表10-175，选高速钢直柄麻花钻，钻预制孔到?21.2mm，所以

d?21.2mm。

进给量f：根据《机械加工工艺手册》表2.4-38，取f?0.5mm/r 切削速度V：参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取V?0.45m/s

机床主轴转速n，有：

1000v1000?0.45?60??405.6r/min， ?d3.14?21.2按照《机械加工工艺手册》表3.1-36，取n?475r/min

?dn3.14?21.2?475??0.52m/s 所以实际切削速度v：v?10001000?60n?切削工时 被切削层长度l：l刀具切入长度l1： 机动时间tj1：tj12．精铣18槽 切削深度ap：ap?80mm

?l?l1?l240?81?2??0.85min

fm144?35mm

根据《机械加工工艺手册》表2.4?76查得：进给量af表2.4-82得切削速度V机床主轴转速n：

?0.05mm/z,查《机械加工工艺手册》

?23m/min，

1000V1000?23??45.8r/min，

?d3.14?160查《机械加工工艺手册》表3.1-74取n?47.5r/min

?Dn3.14?160?47.5??0.40m/s 实际切削速度v：v?10001000?60进给量Vf：Vf?afZn?0.05?24?47.5/60?0.95mm/s

n?fm： fm?Vf?0.18mm/s?57mm/min

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l?40mm， 刀具切入长度l1：

l1?0.5D?(1~2)

工作台每分进给量

=81mm

刀具切出长度l2：取l2走刀次数为1

?2mm

10

机动时间t?l?l1?l2j1：tj1f?40?81?2?1.52min

m57本工序机动时间tj?tj1?tj2?0.85?1.52?2.37min

工序4：粗、精铣上端面

机床：立式升降台铣床X5012

刀具：根据《实用机械加工工艺手册》表10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为：

D?160mm,d?40mm,L?32mm，齿数为12齿。

（1）、粗铣上端面 铣削深度ap：ap?3mm

每齿进给量af：查《机械加工工艺手册》表2.4-75，af?0.15~0.25mmz，取

af?0.20mmz。

铣削速度V：查《实用机械加工工艺师手册》表11-94，得V?15~20mmni205.~303.?取V?0.3ms

机床主轴转速n：

n?1000V1000?0.3?60?D?3.14?160?35.83r/min

查《机械加工工艺手册》表3.1-74取n?37.5r/min

实际切削速度v：v??Dn1000?3.14?160?37.51000?60?0.31m/s 进给量Vf：Vf?afZn?0.2?12?37.5/60?1.5mm/s

工作台每分进给量

fm： fm?Vf?1.5mm/s?90mm/min

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l?80mm 刀具切入长度l1：

l1?0.5D?(1~2)

=82mm

刀具切出长度l2：取l2?2mm

走刀次数为1 机动时间tj1：tj1?l?l1?l280f??82?2?1.82min

m902．精铣上端面 切削深度ap：ap?1mm

根据《实用机械加工工艺师册》表11-91查得：每齿进给量af?0.01~0.02mm/z,取

af?0.02mm/z，根据《实用机械加工工艺师册》表11-94

查得切削速度V?18m/min

机床主轴转速n：

n?1000V?d?1000?183.14?160?33.1r/min，

按照《机械加工工艺手册》表3.1-74取n?37.5r/min

实际切削速度v：v??Dn3.14?1000?160?37.51000?60?0.31m/s 进给量Vf：Vf?afZn?0.02?12?37.5/60?1.5mm/s

工作台每分进给量

fm： fm?Vf?1.39mm/s?83.6mm/min

ms，

11

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l?20mm，

刀具切入长度l1：

l1?0.5D?(1~2)

=81mm

刀具切出长度l2：取l2?2mm

走刀次数为1 机动时间tj1：t?l?l1?l2j1f?20?81?283.6?1.23min

m本工序机动时间tj?tj1?tj2?1.82?1.23?3.05min 工序5：钻M8孔并攻丝 机床：摇臂钻床Z3025

刀具：根据参照《机械加工工艺手册》表4.3-9硬质合金锥柄麻花钻头。 1．钻孔?6.7

钻孔前铸件为实心，根据上文所的加工余量先钻孔到?6.7mm再攻丝，所以D?6.7mm。

钻削深度ap：ap?9.5mm

进给量

f：根据《机械加工工艺手册》表2.4-38，取

f?0.33mm/r

切削速度V：参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取V?0.41m/s

机床主轴转速n，有：

n?1000v?d?1000?0.41?603.14?6.7?1169.31r/min， 按照《机械加工工艺手册》表3.1-31取n?1600r/min

所以实际切削速度v：v??dn?16001000?3.14?6.71000?60?0.56m/s

切削工时 被切削层长度l：l?42mm

刀具切入长度l1：

lD1?2ctgk?(1~2)?6.7r2ctg120??1?2.89mm?3mm 刀具切出长度l2：l2?1~4mm 取l2?2mm

走刀次数为1，钻孔数为2个 机动时间tL42?3?2j1：tj1?fn?2?0.33?1600?2?0.5min 2．攻2-M8螺纹通孔

刀具：钒钢机动丝锥

进给量f：查《机械加工工艺手册》表1.8-1得所加工螺纹孔螺距

p?1.25mm,因此进给量

f?1.25mm/r

切削速度V：参照《机械加工工艺手册》表2.4-105，取V?0.133m/s?7.98m/min

机床主轴转速n：n?1000V1000??d?7.983.14?8?317.68r/min，取n?350r/min

0丝锥回转转速n回：取n回?350r/min

实际切削速度V?：V???d0n1000?3.14?8?3501000?60?0.15m/s 被切削层长度l：l?9.5mm

刀具切入长度l1：l1?(1~3)f?3?1.25?3.75mm

12

刀具切出长度l2：l2机动时间tj2：

?（2~3）f?3?1.25?3.75mm，加工数为2

tj2?（l?l1?l2l?l1?l29.5?3.75?3.759.5?3.75?3.75?）?2?（?）?2?0.13min fnfn回1.5?3501.5?350?tj1?tj2?0.5?0.13?0.63min。

本工序机动时间tj：tj

2.7 时间定额计算及生产安排

根据设计任务要求，该拨叉C的年产量为5000件。一年以240个工作日计算，每天的产量应不低于21件。设每天的产量为21件。再以每天8小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于22.8min。

参照《机械加工工艺手册》表2.5-2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为：

td?(tj?tf)(1?k%)?tzz/N （大量生产时tzz/N?0）

因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为：

td?(tj?tf)(1?k%)

其中：

td—单件时间定额 tj—基本时间（机动时间）

tf—辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装

卸工件时间和有关工步辅助时间

k—布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值 2.7.1 钻预制孔

加工机动时间tj：tj?0.37min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5-41，取工步辅助时间为1.55min。由于在生产线上装卸工件时间很短，并查《机械加工工艺手册》表2.5-42，取装卸工件时间为1min。则

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5-43，k?12.14

单件时间定额td有：

td?(tj?tf)(1?k%)?(0.37?2.55)(1?12.14%)?3.27min＜22.8min

因此应布置一机床即可以完成此此工序的加工，达到生产要求。 2.7.2 拉?25H7内花键

机动时间tj：tj?0.14min

辅助时间tf：参照参考文献[3]表2.5-66，取工步辅助时间为1.4min。查《机械加工工艺手册》表2.5-67取装卸工件时间为0.5min。则

tf?1.4?0.5?1.9min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5-68得k?11.6 单间时间定额td有：

td?(tj?tf)(1?k%)?(0.14?1.9)(1?11.6%)?2.28min＜22.8min

因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求 2.7.3 粗、精铣18H11底槽

（1）、粗铣16槽

机动时间tj粗：tj粗?0.85min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5-45，取工步辅助时间为0.41min。查《机械加工工艺手册》表2.5-46取装卸工件时间为1min，单件加工时已包括布置、休息时间，由于此次工序中装夹了两个加工件，应乘以多件装夹系数，查该表注释得两件装夹系数为0.6，因此装卸工件时间

13

1??1?0.6??1.6min，则

tf?0.85?1.6?2.45min。

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5-48，k?13 单间时间定额td有：

td?(tj粗?tf)(1?k%)?(0.85?2.45)(1?13%)?3.73min＜22.8min

因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。 （2）、精铣18H11槽 机动时间tj精：tj精?1.52min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5-45，取工步辅助时间为0.41min。查《机械加工工艺手册》表2.5-46取装卸工件时间为1min，单件加工时已包括布置、休息时间，由于此次工序中装夹了两个加工件，应乘以多件装夹系数，查该表注释得两件装夹系数为0.6，因此装卸工件时间

1??1?0.6??1.6min，则

tf?1.52?1.6?3.12min。

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5-48，k?13 单间时间定额td有：

td?(tj精?tf)(1?k%)?(1.52?3.12)(1?13%)?5.24min＜22.8min

因此应布置一台机床即可以完成本工序的加工，达到生产要求。 2.7.4 粗、精铣上端面

加工机动时间tj：tj?3.05min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5-45，取工步辅助时间为0.41min。查《机械加工工艺手册》表2.5-46取装卸工件时间为1min。则：

tf?0.41?1?1.41min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5-48，k?13

单间时间定额td有：

td?(tj?tf)(1?k%)?(3.05?1.41)(1?13%)?5.04min＜22.8min

因此应布置一台机床即可以完成此道工序的加工，达到生产要求。 5．钻、攻2-M8螺纹孔 （1）、钻?6.7mm孔 机动时间tj：tj?0.5min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5-41，取工步辅助时间为1.55min。查《机械加工工艺手册》表2.5-42取装卸工件时间为1min。则：

tf?1.55?1?2.55min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5-43，k?12.14

单间时间定额td有：

td?(tj?tf)(1?k%)?(0.5?2.55)(1?12.14%)?3.42min＜22.8min

因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求 （2）、攻2-M8螺纹孔 机动时间tj：tj?0.13min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5-41，取工步辅助时间为1.55min。查《机械加工工艺手册》表2.5-42取装卸工件时间为1min。则：

tf?1.55?1?2.55min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5-43，k?12.14

14

单间时间定额td有：

td?(tj?tf)(1?k%)?(0.13?2.55)(1?12.14%)?3.01min＜22.8min

因此应布置一台机床即可完成本工序的加工，达到生产要求

3． 专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工拨叉C零件时，需要设计专用夹具。 根据任务要求中的设计内容，需要设计加工底槽夹具及钻、攻丝2-M8螺纹孔夹具各一套。其中加工底槽的夹具将用于

X52K卧式镗床，刀具采用三面刃铣刀，而加工上端面上的两螺纹孔的刀具分别为麻

花钻、丝锥，机床采用摇臂钻床，另一任务要求为拉?25H7花键孔的拉刀设计，详见拉刀设计说明书。

3.1 铣槽夹具设计

3.1.1 研究原始质料

利用本夹具主要用来粗、精铣底槽，该底槽侧面对花键孔的中心线要满足尺寸要求以及垂直度要求。在粗铣此底槽时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 3.1.2 定位基准的选择

由零件图可知：粗铣平面对花键孔的中心线有尺寸要求及垂直度要求，其设计基准为花键孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选用特制心轴找中心线，这种定位在结构上简单易操作。

采用心轴定心平面定位的方式，保证底槽加工的技术要求。同时，应加一圆柱销固定好心轴，防止心轴带动工件在X方向上的旋转自由度。 3.1.3夹具方案的设计选择

3.1.4 切削力及夹紧分析计算

刀具材料：W18Cr4V（高速钢镶齿三面刃铣刀）

?100~150 ?0?80~120 ?n?50~80 ??150~250

D?63mm Z?8 af?0.25mm/z ap?2.0mm

刀具有关几何参数：?0由《机床夹具设计手册》表1-2-9 可得铣削切削力的计算公式：

.10.72FC?Cpa1D?1.1B0.9zKP 式（2.1） pfz查《机床夹具设计手册》表1?2?10得：Cp对于灰铸铁：Kp?510

HB0.55) 式（2.2） 190取HB?175 ， 即Kp?0.96

?(所以 FC?510?2.01.1?0.250.72?63?1.1?600.9?8?0.96?640.69(N)

由《金属切削刀具》表1-2可得： 垂直切削力 ：FCN?0.9FC?576.62(N)（对称铣削） 式（2.3） 背向力：FP?0.55FC?352.38(N)

根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：

WK?K?F 式（2.4）

安全系数K可按下式计算：

K?K0K1K2K3K4K5K6 式（2.5）

15

K0~K6为各种因素的安全系数，见《机床夹具设计手册》表1?2?1可得：

K?1.2?1.2?1.0?1.2?1.3?1.0?1.0?2.25

所以 WK?K?FC?640.69?2.25?1441.55(N) 式（2.6） WK?K?FCN?576.72?2.25?1297.62(N) 式（2.7） WK?K?FP?352.38?2.25?792.86(N) 式（2.8）

式中：

由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。

单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：

式（2.9） W0?QL??tg?1??ztg(???2)式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：

????0 ??2?19? ?2?9?50?

其中：L?60(mm) Q?25(N)

螺旋夹紧力：W0?1923.08(N)

易得：W0?WK

经过比较实际夹紧力远远大于要求的夹紧力，因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 3.1.5 误差分析与计算

该夹具以平面定位心轴定心，心轴定心元件中心线与底槽侧面规定的垂直度偏差0.08mm，槽的公差为0

?0.11

mm。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

?j??w??g

与机床夹具有关的加工误差?j，一般可用下式表示：

?j??W?Z??D?A??D?W??j?j??j?M 式（2.10）

由《机床夹具设计手册》可得：

⑴、平面定位心轴定心的定位误差 ：?D?W⑵、夹紧误差 ：?j?j其中接触变形位移值：

?0

?(ymax?ymin)cos? 式（2.11）

?y?(kRaZRaZ??j?jkHBN?c1)(Z)n?0.004mm 式（2.12） HB19.62l??ycos??0.0036mm

⑶、磨损造成的加工误差：?j?M通常不超过0.005mm ⑷、夹具相对刀具位置误差：?D?A取0.01mm 误差总和：?j??w?0.0522mm?0.11mm

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 3.1.6 夹具设计及操作的简要说明

如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费

时费力。由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。

此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，心轴采用可换的。以便随时根据情况进行调整。

16

3.2 钻、攻2—M8螺纹孔夹具设计

3.2.1 研究原始质料

利用本夹具主要用来钻两个?6.7mm孔并攻M8螺纹。加工时应保证螺纹孔与侧面的位置距离及螺纹孔中心线与锥孔中心线距离。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 3.2.2 定位基准的选择

由零件图可知：两螺纹孔与侧面有位置要求，在对螺纹孔进行加工前，花键孔已进行了拉削加工。因此，选底侧面定位，花键内圆孔定心限制了除在X轴的旋转自由度以外的所有自由度，从而来满足螺纹孔与端面的位置要求。 3.2.3 切削力及夹紧力的计算

镗刀材料：YT5（硬质合金镗刀） 刀具的几何参数：K?粗?60? K?精?90? ???10? ?s?0? ???80?

f0.75KP 式（2.13）

由参考文献[16]《机床夹具设计手册》查表1?2?3可得： 圆周切削分力公式：FC?902ap式中 ap?1.8mm f?0.4mm/r

Kp?KmpKk?pK?opK?spKrp 式（2.14）

HBn) 取HB?175 n?0.4 150由表1?2?6可得参数：Kk?p?0.94 K?op?1.0 K?sp?1.0 Krp?1.0

查表1?2?4得：Kmp?(即：FC?766.15(N)

同理：径向切削分力公式 ： FP式中参数： Kk?p即：FP?530ap0.9f0.75KP 式（2.15）

?0.77 K?op?1.0 K?sp?1.0 Krp?1.0

?347.71(N)

轴向切削分力公式 ： Ff式中参数： Kk?p即：Ff?451apf0.4KP 式（2.16）

?1.11 K?op?1.0 K?sp?1.0 Krp?1.0

?624.59(N)

根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平

衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：

WK?K?F

安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：：

K?K0K1K2K3K4K5K6

式中：K0~K6为各种因素的安全系数，见《机床夹具设计手册》表1?2?1可得： KC?1.2?1.2?1.0?1.2?1.3?1.0?1.0?2.25

KP?1.2?1.2?1.2?1.2?1.3?1.0?1.0?2.7 Kf?1.2?1.2?1.25?1.2?1.3?1.0?1.0?2.81

所以，由式（2.6）有：WK?KC?FC?1743.54(N)

由式（2.7）有：WK?KP?FP?937.31(N) 由式（2.8）有：WK?Kf?Ff?1753.85(N)

17

螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算，由式（2.9）有： W0?QL??tg?1??ztg(???2)式中参数由参考文献[16]《机床夹具设计手册》可查得：

???9.33 rz?5.675 ?1?90? ?2?9?50? ??1?36?

其中：L?140(mm) Q?80(N)

螺旋夹紧力：W0?5830(N)

该夹具采用螺旋夹紧机构，用螺栓通过弧形压块压紧工件。受力简图如下：

116229图2.1 弧形压块受力简图

由表1?2?26得：原动力计算公式 W0即：WK

?WK?l1?L?0

??W0L?0l??5830?229?0.98?11279.04(N) 式（2.15）

116??WK

由上述计算易得： WK由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 3.2.4 误差分析与计算

该夹具以两个平面定位，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差以及孔轴线与底平面的平行度公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

孔?40轴线与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由参考文献[15]《互换性与技术测量》表1?25可知：

取m（中等级）即 ：尺寸偏差为37?0.3 由[16]《机床夹具设计手册》可得： ⑴ 、定位误差（两个垂直平面定位）：当?度为H；且满足h ?D?W??90?时；侧面定位支承钉离底平面距离为h，侧面高

?H2；则：

?2(H?h)tg??g?0.0068mm

?(ymax?ymin)cos?

n⑵ 、夹紧误差 ，由式（2.11）有：：?j?j其中接触变形位移值：

NZ?y?[(kRaZRaZ?KHB?HB)?c1]?0.014mm 式（2.16）

9.81Sm?j?j??ycos??0.0128mm

⑶、磨损造成的加工误差：?j?M通常不超过0.005mm ⑷、夹具相对刀具位置误差：?D?A取0.01mm

18

误差总和：?j??w?0.0586mm?0.35mm

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

3.3钻顶面四孔夹具设计

3.3.1 研究原始质料

利用本夹具主要用来钻、铰加工顶面的四孔，其中包括钻顶面四孔（其中包括钻孔4??10mm和扩孔2??13mm，铰孔2??10mm，以及锪孔2??20，?13mm）。加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足孔轴线对底平面的平行度公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑

如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 3.3.2 定位基准的选择

由零件图可知：顶面四孔的轴线与左侧面和后侧面的尺寸要求要求，在对孔进行加工前，底平面进行了铣加工，后侧面也是一直都不加工的侧面，因此，选后侧面和做侧面面为定位精基准（设计基准）来满足拨叉C顶面四孔加工的尺寸要求。

由零件图可以知道，图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择左侧面和后侧面为定位基准来设计钻模，从而满足孔轴线和两个侧面的尺寸要求。工件定位用底面和两个侧面来限制5个自由度。 3.3.3 切削力及夹紧力的计算

由资料《机床夹具设计手册》查表1?2?7可得：

?412D1.2f0.75KP 式（2.17）

式中 D?6.7mm f?0.33mm/r

HB0.6)?0.95 查表1?2?8得：Kp?(190即：Ff?1980.69(N)

切削力公式：Ff实际所需夹紧力：由《机床夹具设计手册》表1?2?11得：

WK?Ff?K

安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：

K?K0K1K2K3K4K5K6

式中：K0~K6为各种因素的安全系数，见《机床夹具设计手册》表1?2?1 可得： K?1.2?1.2?1.0?1.2?1.3?1.0?1.0?2.25 所以 WK?K?Ff?1980.69?2.25?4456.55(N)

由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。

取K?2.25，?1?0.16，?2?0.2

螺旋夹紧时产生的夹紧力，由式（2.9）有：：

W0?QL?(N)

?tg?1??ztg(???2)?5830式中参数由《机床夹具设计手册》可查得：

???9.33 rz?5.675 ?1?90? ?2?9?50? ??1?36?

Q?80(N)

由《机床夹具设计手册》表1?2?26得：原动力计算公式： 由上述计算易得： W0??WK

因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 其中：L?80(mm)

19

3.3.4 误差分析与计算

该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由参考文献《互换性与技术测量》表1?25可知：

取m（中等级）即 ：尺寸偏差为15?0.2、107由《机床夹具设计手册》可得： ⑴、定位误差：定位尺寸公差?即：故?D.W?0.3

?0.2mm，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。

?0.2mm

⑵、夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： ?j?j?0

⑶、磨损造成的加工误差：?j?M通常不超过0.005mm

⑷、夹具相对刀具位置误差：钻套孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一取。即

?D?A?0.06mm

误差总和：?j??w?0.265mm?0.5mm

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。 3.3.5 夹具设计及操作的简要说明

本夹具用于在钻床上加工后托架的底孔、锥孔。工件以底平面、侧面和顶端为定位基准，在支承钉和支承板上实现完全定位。采用手动螺旋压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。

课程设计心得体会

通过本次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、铣镗钻夹具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。

参考文献

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