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机 械 制 造 技 术 基 础
课程设计说明书

题目： CA6140车床拨叉831008的机械加工
工艺规程制定及铣断工序专用夹具的设计

姓 名:
专业年级:
院 系：机械工程学院
指导教师：
完成日期：

一.零件的工艺分析
1.零件的功用
题目所给的零件是CA6140车床中的一个拨叉，它位于车床的变速操纵机构中，主要起调速换挡的作用。它左侧的fai20孔与操纵机构杠杆相连，右侧的fai50半孔与主轴相连，其两侧是两个齿数不同的齿轮，分别控制不同的速度.工作时，通过左侧杠杆轴的作用使拨叉沿孔的中心线方向移动，从而控制fai50半孔两侧齿轮分别接入系统，使主轴获得不同的回转速度和扭矩。

2。零件的工作条件和结构特点
在系统卸载以后，通过手柄带动杠杆，使拨叉改变位置，因此拨叉移动时不受重载.而孔的端面受到挤压，因此对孔端面的强度硬度要求较高。
该拨叉结构简单，无复杂面，用普通机床和刀具即可加工。

3.主要加工面
(1).以fai20孔为中心的加工面：
a。fai20孔及其上下端面
b。fai20孔壁上的M6螺纹孔
c。底部与对称中心面成47du的斜面
d.孔壁上有装配时需要钻铰的fai8锥孔
（2)。以fai50半孔为中心的加工面：
a。fai50孔及其上下端面
（fai20孔与fai50半孔下端面为同一加工面）

4.设计基准
拨叉下端面为高度方向设计基准，空的中心线为径向设计基准.设计基准如图1.1.4.

图1.1.4
如图：
面B、C、D、E以面A为基准；
面G以面E为基准;
面F以面B为基准；
螺纹孔M6中心线以截面H—H为基准；
锥孔fai8中心线以螺纹孔M6中心线为基准;
面M以截面J—J和截面K—K为基准;
fai50孔中心线以fai20孔中心线为基准；
fai20孔与fai50孔径向尺寸分别以各自中心线为基准。

5。零件形状与位置精度分析
fai20孔的上端面对其中心线的垂直度误差为0.05mm，且表面粗糙度值为Ra=3。6um；
孔fai50孔上端面和拨叉下端面对fai20孔中心线的垂直度误差为0.07mm，且表面粗糙度值为Ra=3.2um;
底部斜面粗糙度值为Ra=12。5um;
fai50孔内壁粗糙度值都为Ra=3.2um；
fai20孔内壁粗糙度值都为Ra=1.6um。
由[1］P129表5。8知，普通机床加工均可达到以上精度要求.

二。毛坯的选择
1。毛坯的类型及制造方法
考虑拨叉在工作时端面承受压力，且不受重载冲击，断面硬度要高,耐磨性要好。因此，使用HT200作为制造材料。又因为零件结构简单，生产类型为大批量,故选择砂型铸造，采用机器造型。另外，考虑到零件结构的特殊性，可将两个零件铸在一起，fai50孔需要铸出,而fai20孔不必铸出，可在钻床上加工出来。

2.加工总余量的确定
查［2］P18表2-2,选用铸件尺寸公差等级为CT9，加工余量等级MA为G级，可以确定各个加工面的余量，如下表2.2.1。
表2.2.1
铸件图
加工面
基本尺寸
加工余量
备注

D1
20
20
未铸出孔
D2
50
2.5＊2
孔降一级双侧加工
T2
30
2。5
单侧加工
T3
12
2。5
单侧加工
T4
12
2。5
铸造分模面在上降一级
T1
30
2.5

3。铸件尺寸及其偏差的确定
考虑加工余量，查[2］的铸件尺寸及偏差,如下表2.3。1。
表2。3.1
工序号
毛坯元素
偏差值
尺寸值
10
小端高度
±0。9
35±0.9
20
fai32外圆面
±0。9
32±0.9
30
大端高度
±0.85
17±0。85
40
fai50孔径
±1.4
45±1。4
50
fai72外圆面
±1。1
72±1。1
60
加强筋
±0.75
8±0.75

4.毛坯简图

图2。4.1

三。零件工艺规程的设计
1.定位基准的选择
（1)。粗基准的选择
选择时,应选择不加工的面作为粗基准。而在所有不加工表面中,应以与加工表面有相互位置精度要求的表面作为粗基准.对此零件来说,fai32外圆面为不加工表面，且零件上下表面与此圆柱中心线有垂直度要求，因此选取fai32外圆面为粗基准.分析零件的加工工艺，fai32外圆面只在第一道工序中使用一次，因此选取此面作为粗基准较为合适。
(2).精基准的选择
考虑零件的尺寸关系,依据“基准不变"与“基准重合”原则,选择粗铣后的底面和fai20孔的中心线作为精基准。

2。工艺路线的制定
（1）.根据零件尺寸及精度要求确定表面加工方案
查[3］P137表5.8，P138表5.9,[1]P129表5。8可知：
a.端面尺寸精度和粗糙度要求经粗铣后精铣均可达到；
b.fai20和fai50两孔的上下表面要求粗糙度为Ra=3.2um,粗铣后半精铣即可达到；
c。fai20孔要求公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra=1.6um，钻孔后扩孔,再铰孔即可达到;
d.fai50孔要求公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra=3。2um,粗镗后半精镗即可达到；
e.铣断零件时要求断面粗糙度为Ra=6。3，粗铣即可达到；
f。47du斜面要求表面粗糙度为Ra=12。5um，粗铣即可达到；
g。fai8锥孔可先钻出fai6的通孔，装配时再钻铰。
（2).工艺路线方案的设定与比较
方案一：
工序号
工序名称
定位基准
10
粗、精铣fai20与fai50下端面
fai32外圆面
20
粗、精铣fai20上端面
fai20下端面
30
粗、精铣fai50上端面
fai50下端面
40
钻、扩、铰、精铰fai20孔
fai20下端面
50
粗镗、半精镗fai50孔
fai20孔
60
铣断零件
fai20孔
70
钻M6底孔，攻丝
fai20孔上端面、零件对称中心线
80
铣47du斜面
fai20孔下端面、零件对称中心线
90
钻fai8锥孔的底孔fai6
fai20孔上端面、零件对称中心线
100
去毛刺

110
检验

方案二：
工序号
工序名称
定位基准
10
粗铣fai20与fai50下端面
fai32外圆面
20
粗铣fai20上端面
fai20下端面
30
粗铣fai50上端面
fai50下端面
40
钻、扩、粗铰fai20孔
fai20下端面
50
粗镗fai50孔
fai20孔
60
精铣fai20与fai50下端面
fai20上端面、fai20孔
70
精铣fai20孔上端面
fai20下端面、fai20孔
80
精铣fai50孔上端面
fai50下端面、fai20孔
90
精铰fai20孔
fai20上端面
100
半精镗fai50孔
fai20孔
110
铣断零件
fai20孔
120
钻M6底孔、攻丝
fai20孔上端面、零件对称中心线
130
钻fai8锥孔的底孔fai6
fai20孔上端面、零件对称中心线
140
铣47du斜面
fai20孔下端面、零件对称中心线
150
去毛刺

160
检验

方案的比较：方案一中，粗加工与精加工混在一起，使得粗加工后要重新对刀进行精加工，因此效率很低,不经济，在整体上不符合“先粗后精"的加工原则。方案二为此作了修改，将粗加工与精加工分开，提高了效率.因此,方案而更为合理。

四.加工设备与工艺装备的选择
1。机床设备及刀具的选择
根据各个工序的加工方式查［7]可得到各加工方法所用到的机床和刀具如下:
a.工序10、20、30、60、70、80：X52K立式铣床，套式面铣刀;
b.工序40：组合机床,高速钢麻花钻、锥柄扩孔钻、高速钢铰刀；
c。工序50、100：T68卧式镗床，单刃镗刀；
d。工序90：Z525立式钻床,高速钢铰刀;
e。工序110：X61卧式铣床，细齿锯片铣刀；
f.工序120：组合机床，高速钢麻花钻、机用丝锥;
g.工序130：Z525立式钻床，高速钢麻花钻；
h。工序140：X52K立式铣床，三面刃铣刀。
2.量具的选择
查[7]可选择各个工序的量具，铣断面可用游标卡尺，测量孔径可用内径百分尺和塞规，测量螺纹精度可用螺纹塞规。
五。机械加工工序设计
1.圆柱表面工序尺寸
查[5]得各工序尺寸如下表：
加工表面
工序号
加工内容
加工量
精度等级
加工后尺寸
fai20
40
钻孔
18
IT11
fai
40
扩孔
1.8
IT10
fai
40
粗铰
0.14
IT8
fai
40
精铰
0。06
IT7
fai
fai50

铸件
2.5(单边）
CT9
fai
50
粗镗
2。0（单边）
IT12
fai
100
半精镗
0。5（单边)
IT12
fai

2.平面工序尺寸
查［5]得各工序尺寸如下表：
工序号
工序内容
加工余量
公差等级
基本尺寸
fai20端面
fai50端面

铸件

CT9
35.0±0.9
17。0±0。85
10
粗铣fai20与fai50下端面
2。0
IT13

20
粗铣fai20上端面
2.0
IT13

30
粗铣fai50上端面
2.0
IT13

60
精铣fai20与fai50下端面
0.5
IT11

70
精铣fai20孔上端面
0。5
IT11

80
精铣fai50孔上端面
0。5
IT11

3。切削用量的确定
(1).工序10：粗铣fai20与fai50下端面
本工序选用YG6硬质合金套式面铣刀，齿数=10，直径=80mm。
因为是粗加工，故选背吃刀量=2。0mm，一次走刀即可完成。
查[7］P9。36表9-10,得到每齿进给量的推荐值为=0.14—0.24mm/z，加工铸铁可取大值,即=0。24mm/z。
查［7］P9.40表9—14知=60—120m/min。粗加工为提高生产效率，可选较大转速，取机床主轴转速n=475r/min，m/min，在推荐范围内，因此铣削速度=119m/min。
（2）。工序20:粗细fai20上端面
本工序选用YG6套式面铣刀，齿数=10，直径=63mm。
背吃刀量与每齿进给量确定与工序10相同，即=2。0mm，=0。24mm/z。
选取主轴转速n=600r/min,m/min。
（3)。工序30：粗铣fai50上端面
背吃刀量与每齿进给量确定与工序10相同，即=2。0mm，=0。24mm/z。
刀具选择与工序10相同，故m/min。
(4)。工序40:钻、扩、粗铰fai20孔
a。钻fai18的孔
根据[6]选高速钢麻花钻头，d=18mm.
查［7］P118表3-38，进给量=0。43—0。53mm/r,取=0.53mm/r。
查[7]P123表3-42，切削速度为m/min.
b。扩孔至fai19。8
查[7］P183表3—121知扩孔速度=0。166—0.3m/s，取=0。25m/s。
进给量=0.2—0。25mm/r，取=0。25mm/r。
c.粗铰孔至fai19.94
选用高速钢铰刀,进给量为=1.0mm/r。
机床主轴转速为n=140r/min,故8。77m/min.
（5）工序50：粗镗fai50孔
本工序选用T68卧式镗床,单边加工余量为2.0mm，因此背吃刀量为=2。0mm。
查［7]P101表3-22，得进给量=0.52mm/r。
（6)。工序60:精铣零件下端面
本工序刀具选择与工序10相同，精加工=0.5mm,每齿进给量取较小值，即=0。14mm/z.切削速度=119m/min.
(7）。工序70:精铣fai20上端面
本工序刀具选择与工序20相同，切削用量与工序60相同.
(8）。工序80:精铣fai50上端面:
本工序刀具选择与工序10相同,切削用量与工序60相同.
(9）.工序90：精铰fai20孔
本工序加工余量为0。06mm，进给量=0。48mm/r。
当主轴转速为n=140r/min,切削速度为m/min。
(10）.刚需100:半精镗fai50孔
本工序加工余量为1mm,一次切除.
取背吃刀量=0.5mm，查［6]得进给量=0.25—0。4mm/r，取=0。3mm/r。
查［7］P213表4—7-1,主轴转速n=630r/min，故m/min，取=100m/min。
（11).工序110：铣断零件
本工序选用X61卧式铣床，刀具为细齿锯片铣刀，D=160mm，齿数=50，宽度B=4.0mm。
每齿进给量取=0。1mm/z。
去主轴转速为n=100r/min，则切削速度为m/min.
(12).工序120：钻M6底孔，攻丝
a。钻M6底孔
查[6］P6。38表6-23，得钻底孔选钻头直径为=5mm。
进给量可查［6］P7.21表7-9,取=0。24mm/r，钻削速度=25m/min。
b.攻丝
查[6]P6.37表6-22,选机用丝锥M6，P=1mm.
机床主轴转速为n=400r/min，则m/min。
（13）.工序130:钻fai8锥孔的底孔
本工序选用Z525立式钻床，钻头直径为=6mm。
查［6]得进给量=0。22—0.26mm/r，取=0。22mm/r。
选主轴转速n=680r/min，m/min。
(14）。工序140:铣47du斜面
本工序选用X51立式铣床，刀具选用YG6型三面刃铣刀,查[6］P9.15取D=63mm，=16。
每齿进给量=0。1mm/z。
主轴转速查［7］P226表4—16—1，得n=100r/min。
工作台每分钟进给量mm/min,查[7］P226表4-16—2，取工作台每分钟进给量为=165mm/min。

六.专用夹具的设计
1.工件定位方案的确定与定位装置的确定
fai50孔的中心线与fai20孔的中心线间有位置精度要求,因此选fai20孔为主要定位基准。定位元件采用支撑板、一个圆柱定位销和一个菱形定位销.其中，支撑板在零件底部,限制三个自由度,圆柱销和菱形销限制三个自由度,原理图如下图6。1.1.

图6.1。1

2.夹具的确定
结合定位方案和定位元件，因生产类型为大批量生产，快速夹紧是关键，故采用移动压板式偏心夹紧机构.

3。夹紧力的确定
铣断时用高速钢细齿锯片铣刀,=160mm，齿数=50，查［7］P105表3-25得铣削力计算公式为

其中，=30，=12mm，=0。1mm/z，=4mm。
则=156.48N
查[7]P103图3-2、图3-3，知：
逆铣时水平分力为=(1—1.2） ，顺铣时水平分力为=(1-1。2） .
取大者,即=1。2，因此==187。78N.
考虑安全系数,
其中，为基本安全系数，=1.5；
为加工性质系数,=1。1；
为刀具钝化系数，=1。1；
为断续切削系数，=1。1。
则总的水平分力。
要克服水平铣削力，实际夹紧力为，则有下面的关系:。
其中,、 分别为工件底部与支撑板和工件上部与压紧件之间的摩擦系数,,
因此,即夹紧力为750N。

4。对刀块的选择
考虑铣断时刀具纵向与横向尺寸都需确定,因此选用指教对刀块,对刀块尺寸见P13.

5。夹具的选择
查［8］P34表2-19，可得偏心夹紧机构参数推荐值。当作用力为15公斤力，偏心轮与加紧面和轴销的夹角均为6du时,直径D=70mm偏心轮可提供夹紧力194公斤力，合1901。2N，满足要求。偏心轮尺寸如下图6。5.1

图6.5。1
6。定位误差分析
定位元件为一个圆柱销和一个菱形销,查[8]P95表，选两个定位销的尺寸为fai，公差等级为6级，则一个定位销与一个fai20孔的定位误差为mm，故零件的定位误差mmmm(0。2mm为fai20孔与fai50孔中心线间的定位误差），即定位误差满足要求。

七.主要定位元件、夹紧件尺寸的确定
1圆柱销

2.菱形销

3。球面垫圈

4.偏心轮用压板

5。支撑板

6。定位键
X61卧式铣床工作台T形槽宽B=14mm。

7。直角对刀块

八。设计小结
本次设计以机械制造基础为主，结合了各个基础学科，综合性较强。由于初次设计机床夹具，定会存在许多问题，还有很多方面没有考虑到。本设计存在不足，比如：工序130中采用立式钻床钻孔不太合理。因为孔的位置在零件侧面,钻孔时零件需要侧向放置,对夹具要求较高,因此选用摇臂钻床可改变钻头进给方向，更为合理。在设计夹具时应考虑尽量增多同时加工的零件的数量,以进一步提高生产率.
九。参考文献
[1］《机械精度设计与检测基础》 刘品 李哲 主编 哈尔滨工业大学出版社
［2]《实用铸工速查手册》 刘瑞玲 谭剑波 编 河北科学技术出版社
[3］《机械制造技术基础》 曾志新 吕明 主编 武汉理工大学出版社
[4］《使用机械加工手册》 马贤智 主编 辽宁科学技术出版社
［5]《机械加工工艺设计手册》 陈宏 主编 机械工业出版社
［6]《金属切削手册》第二版 上海市金属切削技术协会 编 上海科学技术出版社
［7]《机械制造工艺设计手册》 王绍俊 主编 哈尔滨工业大学出版社
[8]《机床夹具设计手册》 上海科学技术出版社
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