拨叉零件的机械加工工艺及钻Φ20孔工序的专用夹具设计.doc

机械制造工艺学课程设计

题目：拨叉零件的机械加工工艺及钻Φ20孔工序的专用夹具设计

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目 录

1、零件的分析........................................1
1.1零件的作用...........................................1
1.2零件的工艺分析........................................1
2、工艺规程设计......................................2
2.1确定毛坯的制造形式.....................................2
2.2基面的选择...........................................2
2.3制定工艺路线..........................................2
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定.......................4
3、确立切削用量及基本工时.............................5
3.1钻Φ18孔..............................................6
3.2扩Φ19.8孔............................................7
3.3铰Φ19.94孔...........................................7
3.4、精铰Φ20孔...........................................8
4、卡具设计...........................................9
4.1问题的提出............................................9
4.2卡具设计..............................................9
5、设计体会..........................................10
参考文献.............................................11

1、零件的分析
1.1零件的作用
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。零件上方的φ20孔与操纵机构相连，二下方的φ50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。也可应用于控制离合器的啮合、断开的机构中，从而控制横向或纵向进给。两件零件铸为一体，加工时分开。
1.2零件的工艺分析
如图所示，拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、左端φ20孔，孔的精度达到IT7。以及与此孔相通的Φ8的锥孔、M6螺纹孔。
2、右端半圆孔φ50，孔的精度达到IT12。
3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面。φ50的孔上下两个端面与φ20的孔中心线的垂直度误差为0.07mm。上端面与孔有位置要求，垂直度误差为0.05mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，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。

2、工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
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，故选择铸件毛坯。查《机械加工工艺规程设计》第70页常用的毛坯类型，根据砂型铸造机器造型铸件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少加工余量，适用于中批或大批量生产的特点，选择砂型铸造机器造型毛坯。

2.2基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
2.2.1粗基准的选择
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。根据这个基准选择原则，现选取φ20mm孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ32mm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，达到完全定位,然后进行铣削。
2.2.2精基准的选择
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，此处不再重复。
2.3制定工艺路线
制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,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。现有三个方案进行比较参考：
工艺路线方案一
工序01 粗铣Φ20、Φ50下端面，以Φ20上端面为基准；
工序02 粗铣Φ20上端面，以Φ20下端面为基准；
工序03 粗铣Φ50上端面，以Φ50下端面为定位基准；
工序04 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和Φ20上端面为基准；
工序05 粗镗Φ50孔，以Φ20中心线为定位基准；
工序06 铣斜肩；
工序07 精铣Φ20下端面，以Φ20上端面为基准；
工序08 精铣Φ20上端面，以Φ20下端面为基准；
工序09 粗铰、精铰Φ20孔，以Φ20中心线为基准；
工序10 精铣Φ50端面，以Φ20中心线为基准；
工序11 半精镗Φ50孔，以Φ20中心线为定位基准；
工序12 钻、铰Φ8锥孔，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序13 钻M6底孔，攻螺纹，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序14 铣断，以Φ20中心线为基准；
工序15 去毛刺；
工序16 终检。
方案一分析：工序较多，工序太分散，可以适合大多数生产，但效率较低。

工艺方案二
工序一 粗、精铣φ20孔上端面。
工序二 钻、扩、铰、精铰φ20、φ50孔。
工序三 粗、精铣φ50孔上端面
工序四 粗、精铣φ50、φ20孔下端面。
工序五 切断。
工序六 钻φ8孔（锥孔加工一半，装配时钻铰）。
工序七 钻一个φ4孔，攻M6螺纹。
工序八 铣47°凸台。
工序九 检查。
方案二分析：上面工序加工效率较高，违背先面后孔原则，基准不合理，对机器要求高。

工艺方案三
工序一 粗铣Φ20、Φ50下端面，以φ32外圆为粗基准；
工序二 粗铣φ20孔上端面，以Φ20下端面为基准；
工序三 粗铣Φ50上端面，以Φ50下端面为基准；
工序四 以φ20孔上端面和φ32外圆为精基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7；
工序四 以φ20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰φ50孔，保证孔的精度达到IT12；
工序五 铣斜角；
工序六 以φ20孔为精基准，精铣φ20孔下端面；
工序七 以φ20孔为精基准，精铣φ50孔下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07；
工序八 以φ20孔为精基准，精铣φ20孔上端面；
工序九 以φ20孔为精基准，精铣φ50孔上端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07；
工序十 钻、铰Φ8锥孔，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序十一 钻M6底孔，攻螺纹，以Φ20下端面和零件中线为基准；
工序十二 铣断，以Φ20中心线为基准；
工序十三 去毛刺；
工序十四 终检。

经慎重比较，选择工序三。
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定
“CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度170～220HB，生产类型中批量，铸造毛坯
据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

图3-1 零件各部分标号
1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ20，φ50端面）。
查《机械制造加工工艺设计员手册》（以下称《工艺手册》）第171页表5-6及第182页表，选用加工余量
（1）φ20孔端面T2，余量为3mm，双边加工。
铣削加工余量为：粗铣 2.4mm，精铣 0.6mm，双边加工。
（2）Φ50孔端面T3，余量为3mm，双边加工。
铣削加工余量为：粗铣2.4mm，精铣0.6mm，双边加工。
（3）φ50内孔（已铸成孔）
取φ50已铸成孔单边余量为3.5mm，即铸成孔φ43mm；
工序加工后尺寸：
第一次钻孔：46mm；
第二次钻孔：48mm；
扩 钻 孔：φ49.93mm；
粗 铰：φ49.93mm；
精 铰：φ50mm；
（4）φ20H7内孔（已铸成孔）
取φ20已铸成孔单边余量为3mm，即铸成孔φ17mm；
钻孔：φ18mm；
扩 钻 孔：φ19.8mm；
粗 铰：φ19.94mm；
精 铰：φ20mm；
（5）Φ8锥孔，精度为IT9
钻孔：φ7.8mm；（公差书P140）
铰：φ8mm；（机械加工工艺学P159）
（6）Φ6孔
钻孔：φ4mm；
攻螺纹：φ6
（7）其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认
3、确立切削用量及基本工时
在设计夹具时以工艺方案三中的第四道工序来进行设计和计算。
工序四 以φ20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。工件材料为HT200，硬度170~220HB,表面粗糙度为Ra3.2μm，由《简明机械加工工艺手册》529页查得选用Z5040圆柱立式钻床。
3.1钻Φ18孔
3.1.1选择刀具
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 螺旋角°。
3.1.2选择切削用量
（1）决定进给量
按加工要求选择进给量：
根据《简明机械加工工艺手册》，由表10.4.1可查出：f=0.21—0.4mm/r
由孔深与孔径比 ，修正系数取=1.0
所以，f=0.21—0.4mm/r 。
按钻头强度选择：f=1.5mm/r 。
按机床强度选择：f=0.4mm/r。
最终决定选择机床已有的进给量f=0.4mm/r经校验 ，校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
查《简明机械加工工艺手册》824页表8-1得后刀面最大磨损限度为0.3～０.８mm，耐用度寿命．
（3）切削速度
查《实用切削加工手册》表3-52得，钻孔时理论切削速度为：20m/min
所以，Vc=Vt*K=20*0.8=16m/min 则
查《简明机械加工工艺手册》取机床转速为
故实际的切削速度
（4）校验扭矩P及功率M
因为，，查《实用切削加工手册》表2-21得：Mt=43.16N.m。修正系数Km=1.0，所以Mc=43.16N.m。
由《简明机械加工工艺手册》查得，当n=300r/min时，Mm=120N.m。Mc＜Mm，则校验扭矩成功。
因为，f＜0.5mm/r，Vc=16m/min，Pc=1.08kw。根据《简明机械加工工艺手册》得Pe=3*0.82=2.46kw，所以Pc＜Pe，选择的切削用量可用。
即：d=18mm，f=0.4mm/r，n=300r/min,v=16.96m/min。
3.1.3计算工时

3.2扩Φ19.8孔
3.2.1选择刀具
由《简明机械加工工艺手册》229页查得选择高速钢Φ19.8专用扩孔钻。
3.2.2选择切削用量
（1）决定进给量
根据《简明机械加工工艺手册》，查出：f=（0.8—1.1）*0.7=0.56-0.77mm/r
最终决定选择机床已有的进给量f=0.4mm/r。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
查《简明机械加工工艺手册》824页表8-1得后刀面最大磨损限度为0.3～０.８mm，耐用度寿命．
（3）切削速度
查《实用切削加工手册》表3-52得，扩孔时的切削速度为：V=0.4V钻
所以，V= 0.4V钻=0.4*16.96=6.78m/min 则
查《简明机械加工工艺手册》取机床转速为
3.2.3计算工时

3.3铰Φ19.94孔
3.3.1选择刀具
由《简明机械加工工艺手册》232页查得选择直柄机用绞刀（GB/T1132-2004），前角γ=5°，α=9°，kγ=4°，β=15°。
3.3.2选择切削用量
（1）决定进给量
根据《简明机械加工工艺手册》528页查出：f=0.2-0.35mm/r
最终决定选择机床已有的进给量f=0.35mm/r。
（2）切削速度
查《实用切削加工手册》表3-53得，扩孔时的切削速度为：Vc=8-15m/min，
所以，初选Vc=10m/min 则主轴转速
查《简明机械加工工艺手册》528页选择机床转速为
故实际的切削速度
3.3.3计算工时

3.4、精铰Φ20孔
3.4.1选择刀具
由于铰孔时所用的刀具精度满足精铰需求，为了节省工作时间，所以仍使用直柄机用绞刀。
3.4.2选择切削用量
（1）决定进给量
根据《简明机械加工工艺手册》查得，最终决定选择机床已有的进给量f=0.3mm/r。
（2）切削速度
查《实用切削加工手册》表3-52得，扩孔时的切削速度为：Vc=8 m/min，
3.4.3计算工时

则整个工序四的工艺卡片如图：

4、卡具设计
经过与小组成员协商，决定设计第四道工序——以孔上端面为精基准，钻扩铰精铰孔，保证垂直精度误差不超过0.05mm，孔精度达IT7。本卡具将用于Z5040圆柱立式钻床。钻头选用高速钢麻花钻。

4.1问题的提出
利用本夹具主要是钻两孔，且孔与端面有一定的位置精度要求。在本工序中，主要考虑保证其位置精度并提高劳动效率，及降低劳动强度。
4.2卡具设计
4.2.1定位基准的选择
由零件图可知，孔与其上下端面均有一定的垂直度要求，在本工艺中上下端面已铣并达到一定精度，故采用孔的上端面为主要定位基准，使用固定与活动V型块卡紧。
4.2.2卡紧力计算
本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。
由前计算可知：

在计算卡紧力时，只考虑扭矩的影响，查《手册》可得：
卡紧力：W=
使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。
4.2.3定位误差分析
本工序采用孔上端面定位，工序基准与定位基准重合，故其基准不重合误差为0，在本工艺中主要考虑钻套所形成的误差：，所以，所以可以保证孔的精度要求。
4.2.4卡具设计及操作的简要说明
卡具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。
卡具上设置有钻套，用于确定的钻头位置。安装工件时，将星形螺钉连同活动V形块向右拉，工件以其上端面放在支承套上，工件一圆弧面对准固定V形块，然后推动星形螺钉使活动V形块靠紧工件右端的圆弧面，拧紧星形螺钉，通过钢球使半圆锁紧块向两边张紧，从而锁紧工件。两V形块做成两侧带有斜度的斜面，在夹紧时产生向下的分力，防止工件产生上抬的趋势。由于孔需要扩铰，故采用快换钻套。
本夹具结构简单，操作方便，适用于成批生产小型连杆类零件。若将加工孔处的支承套做成浮动支承形式，则定位精度能进一步提高，但是相应结构要复杂些且增加了一些辅助时间。

5、设计体会
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部机械类基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的一次课程设计。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，这三个星期的课程设计无疑让我自身的机械基础知识又得到一次巩固，正所谓温故而知新，在同组队员和老师的帮助和指导下，完成这些任务更使自己有了史无前例的自豪感。我希望能通过这次三个星期的课程设计对自己未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，为以后自己在以后的学习和工作获得宝贵的经验和体会。
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。

参考文献

1. 陆玉主.《机械设计课程设计》. 机械工业出版社，2006
2. 王先逵.《机械制造工艺学》.机械工业出版社，1995年
3. 孙开元.《机械制图与公差测量速查手册》.化学工业出版社，2012年
4. 陈宏钧.《机械加工工艺设计员手册》.机械工业出版社，2009年
5. 陈宏钧.《机械加工工艺装备设计员手册》.机械工业出版社，2008年
6. 万书亭.《互换性与技术测量》.电子工业出版社，2012年
7. 陈宏钧.《简明机械加工工艺手册》.机械工业出版社，2008年