毕业设计任务书(拨叉2)

CA6140普通车床“拨叉（2）”零件的工艺工装设计 潘明翔

毕业设计（论文）

设计题目 CA6140普通车床“拨叉（2）”零件

的工艺工装设计

专 业 机 械 制 造 及 其 自 动 化 班 级 机制2091 学 生 指导教师 张 辛 喜

西安理工大学函授部

二零一一年九月

CA6140普通车床“拨叉（2）”零件的工艺工装设计 潘明翔

CA6140普通车床“拨叉（2）”零件工艺工装设计

摘要 ....................................................................................................................................... 1 1、设计的目的： ............................................................................................................... 2 2、零件的分析： ............................................................................................................... 2 2.1.零件的作用： ........................................................................................................... 2 2.2拨叉（2）的工艺分析............................................................................................. 3 2.3拨叉（2）的工艺要求............................................................................................. 3 2.4拨叉（2）零件的结构特点 .................................................................................... 4 2.5生产纲领、生产类型的确定 .................................................................................. 4 3、工艺规程设计 ............................................................................................................... 5 3.1确定毛坯的制造形成 ............................................................................................... 5 3.2加工工艺过程............................................................................................................ 6 3.3确定各表面加工方案 ............................................................................................... 6 3.4 确定定位基准 ........................................................................................................... 7 3.5 工艺路线的拟订....................................................................................................... 9 3.6拨叉（2）的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ...................... 14 3.7 确定切削用量及基本工时（机动时间） .......................................................... 16 3.8 时间定额计算及生产安排................................................................................... 24 4、专用夹具设计 ............................................................................................................. 29 4.1 铣槽夹具设计 ......................................................................................................... 29 4.2 钻、攻2—M8螺纹孔夹具设计 .......................................................................... 34 5 花键孔Ф25H7拉刀设计 ............................................................................................ 37 5.1 拉刀的结构参数..................................................................................................... 37 5.2 拉刀切削部分的设计 ............................................................................................ 38 5.3拉刀其他部分设计 ................................................................................................. 42 5.4 拉刀强度及拉床拉力校验 ................................................................................... 46 结 论 ................................................................................................................................ 48 致 谢 ................................................................................................................................ 49 参 考 文 献...................................................................................................................... 50

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摘要

摘 要：摘 要：C6140普通车床“拨叉（2）”零件工艺工装设计是

在我们学完了全部基础课、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,它在我们的学习生活中占有重要的地位。此次设计任务是对拨叉2零件的加工工艺、夹具以及拉刀设计，该工件由于上端面和底槽均与花键孔中心有位置关系，因此在工序安排上，先加工花键孔，再通过花键孔定位加工底槽和上端面，最后攻螺纹孔，其中各种夹具均采用专用夹具，由于该零件的尺寸小，所需的夹紧力不大，因此都采用手动夹紧，它的机构设计简单、方便，且满足夹紧要求。在设计拉刀时，根据零件材料、切削余量等，选择并计算拉刀的各种参数，如拉刀的容屑槽、拉刀齿升量、拉刀齿型及齿数等。

关键词： 拔叉；工艺规格设计；定位夹紧；夹具设计，拉刀

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1、设计的目的：

CA6140普通车床“拨叉（2）”零件工艺工装设计,是在学完夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：

1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。

3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。

2、零件的分析：

2.1.零件的作用：

题目给定的零件是CA6140拨叉（2）（见图表2-1）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进行工作，获得所需的速度和扭矩的作用。

图表2-1

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（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（2）在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉（2）零件图分析可知，选择作为拨叉（2）加工粗基准。

3.4.2 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。

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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（2）在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉（2）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。

3.5 工艺路线的拟订

对于成批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉（2）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。

3.5.1 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

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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。保证零件内部基本无杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留物。

3.5.2 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。

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3.5.3 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，

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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。

3.5.4 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。如下表（表格3-1） 表格3-1加工工艺路线方案比较表

工序号 工序内容 定位基准 工序内容 定位基准 方案1 方案2 Ⅰ 铣左侧面 右侧面和上端面 铣左侧面 右侧面和上端面 Ⅱ Ⅲ 钻预制孔 粗、精铣上端面 底面和侧面 已加工预制孔和侧面 钻预制孔 拉内花键 ? 25H7 底面和侧面 已加工预制孔和侧面 Ⅳ 粗、精铣18H11底槽 已加工预制孔和侧面 已加工预制孔和侧面 已加工预制孔和侧面 粗、精铣18H11底槽 粗、精铣上端面 钻2-M8通孔，攻丝 内花键和侧面 内花键和侧面 内花键和侧面 Ⅴ 钻2-M8通孔，攻丝 Ⅵ 拉内花键 ? 25H7 Ⅶ Ⅷ 去毛刺，清洗 检验 去毛刺，清洗 检验 第 12 页 毕业设计 共 50 页

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加工工艺路线方案的论证：

方案1、方案2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1选用预制孔为主要定位基准，方案2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2为合理、经济的加工工艺路线方案。具体的工艺过程见表格3-2。

表格3-2 加工工艺过程表 工序号 Ⅰ 工 种 铸造 工作内容 金属型浇铸 说 明 铸件毛坯尺寸： 长：80mm 宽：40mm 高：75mm 预制孔、底槽不铸出 Ⅱ Ⅲ 热处理 铣 退火 铣侧面 专用铣夹具装夹； 卧式铣床（X52K） Ⅳ 钻 钻预制孔?22H12 专用夹具装夹；轻型圆柱立式钻床(ZQ5035) Ⅴ 拉 拉内花键?25H7 专用夹具装夹； 卧式拉床（L6120） Ⅵ 铣 铣底槽18H11， 深35mm Ⅶ 铣 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） Ⅷ 钻 攻丝 攻M8螺纹 Ⅸ Ⅹ 去毛刺，清洗 检验， 入库 钻通孔?6.7mm 专用夹具装夹； 摇臂钻床(Z3025) 第 13 页 毕业设计 共 50 页

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3.6拨叉（2）的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

拨叉（2）其材料是HT20～40，采用的是金属型铸造，生产类型为中批量生产。

3.6.1 毛坯的结构工艺要求

（1）拨叉（2）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。

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。

3.6.2拨叉（2）的偏差计算

（1） 侧面加工的偏差及加工余量计算

本次加工面用于以后加工中的定位面，一次性铣削到尺寸80mm，查参考文献《互换性与技术测量》表1-25，得侧面加工偏差为?0.3mm。

（2） 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，查参考文献《机械加工工艺手册》

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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.mm2，一次拉削到设计要求，查参考文献《机械加工工艺手册》表1.12-11，

?0.0450得花键偏差为

mm。

（3）拨叉（2）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：参照参考文献《机械加工工艺手册》表3.2-23。其余量值规定为

2.7~3.4mm，现取3.0mm。表3.2-27粗铣平面时厚度偏差取

0?0.28mm。

精铣：参照参考文献《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。根据参考文献《机械加工工艺手册》表2.3-11,铸件尺寸公差等级选用IT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公

1m。差为1.m

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。

?0.018（4） 18H11（

180）槽偏差及加工余量：

铸造时槽没铸出，参照参考文献《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《实用金属切削手册》表21-5的刀具选择可得其极限偏差：粗加工

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为

?0.1100，精加工为

?0.0130。

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； 精铣两边工序尺寸为：

180?0.013，已达到其加工要求：

180?0.018。

（5） 2-M8螺纹偏差及加工余量：

参照参考文献《机械加工工艺手册》表2.2-2，2.2-25,2.3-13和参考文献《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 查参考文献《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。

3.7 确定切削用量及基本工时（机动时间）

工序1：铣侧面

机床：卧式铣床

刀具：根据参考文献《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。

apap?1mm铣削深度：

af

每齿进给量：查参考文献《实用机械加工工艺手册》表2.4-75，

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af?0.2~0.3mmz，取

mm?af?0.3z3.m6mr。

铣削速度V：查参考文献《实用机械加工工艺手册》表11-94，得

V?15~2m0?minm0.25~m0.33V?0.3s，取s

机床主轴转速n：

n?1000V?1000?0.3?603.14?160?35.83r/min?D

查参考文献《实用机械加工工艺手册》表3.1-74取n?37.5r/min 实际切削速度v：进给量

Vfv??Dn1000?3.14?160?37.51000?60?0.31m/s

：

Vf?afZn?3.6?12?37.5/60?27mm/s工作台每分进给量

fm：

fm?Vf?27mm/s?1620mm/min被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l?75mm 刀具切入长度l1：

l1?0.5D?(1~2)

=82mm

刀具切出长度走刀次数为1

tj1l2：取l2?2mm

tj1?l?l1?l2fm?75?82?21620?0.1min机动时间

：

工序2：钻预制孔

机床：轻型圆柱立式钻床(ZQ5035)

刀具：查参考文献《实用机械加工工艺手册》表10-175，选高速钢直柄

mm。 麻花钻，钻预制孔到?21.2mm，所以d?21.2进给量f：根据参考文献《实用机械加工工艺手册》表2.4-38，取

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