拨叉的加工工艺设计及模具设计-设计说明书大学论文.doc

机械制造工程学
课程设计说明书

题 目：拨叉的加工工艺设计及模具设计
姓 名： 杨国侨
班 级： 机械122
学 号： 201233315238
日 期： 2016.1.4—2016.1.22

嘉兴学院机电工程学院

目录
序言…………………………………………………………………1
一. 零件分析 ……………………………………………………2
1.1 零件作用 ………………………………………………2
1.2零件的工艺分析 ………………………………………2
二、确定生产类型…………………………………………………3
三、确定毛坯………………………………………………………3
3.1、确定毛坯种类………………………………………………3
3.2、确定铸件加工余量及形状……………………………………3
四、工艺规程设计…………………………………………………4
4.1 选择定位基准…………………………………………………4
4.2 制定工艺路线…………………………………………………4
4.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定……………………5
4.4 确定切削用量及时间定额……………………………………7
五、夹具设计……………………………………………………19
5.1 问题的提出…………………………………………………19
5.2 夹具设计………………………………………………………19
5.3 切削力及夹紧力计算………………………………………19
5.4 定位误差分析……………………………………………20
5.5夹具设计及操作简要说明…………………………………21
致 谢……………………………………………………………21
参考文献…………………………………………………………21

序 言
机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。
拨叉831008的加工工艺规程及其铣端面的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。
本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。
一、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831008。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，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。两件零件铸为一体，加工时分开。
1.2 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、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、小头孔Φ20以及与此孔相通的Φ8的锥孔、M6螺纹孔。
2、大头半圆孔Φ50。
3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为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。
二、确定生产类型
已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主， 大量采用专用工装。
三、确定毛坯
3.1、确定毛坯种类：
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，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。
3.2、确定铸件加工余量及形状：
查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：

简 图
加工面代号
基
本
尺
寸
加工余量等级
加工
余量
备

注

D2
50
H
3.52
孔降一级双侧加工
T2
30
H
5
单侧加工
T3
12
H
5
单侧加工
T4
12
H
5
单侧加工
四、工艺规程设计
4.1 选择定位基准：
1 粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
2 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。
4.2 制定工艺路线:
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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。查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
工序01 粗铣Φ32、Φ72下端面，以T2为粗基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序02 粗铣Φ32上端面，以T1为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序03 粗铣Φ72上端面，以T4为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序04 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序05 粗镗Φ50孔，以D1为定位基准，采用T616卧式镗床加专用夹具；
工序06 铣斜肩，以D1和T2为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序07 精铣Φ32下端面，以T2为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序08 精铣Φ32上端面，以T1为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序09 粗铰、精铰Φ20孔，以T2和Φ32外圆为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序10 精铣Φ72端面，以D1为基准，采用X51立式铣床加专用夹具；
工序11 半精镗Φ50孔，以D1做定位基准，采用T616卧式镗床加专用夹具；
工序12 钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；
工序13 钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准，采用Z525立式钻床并采用专用夹具；
工序14 铣断，以D1为基准，采用X60卧式铣床加专用夹具；
工序15 去毛刺；
工序16 终检。
4.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定:
1、圆柱表面工序尺寸：
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：
加工
表面
加工
内容
加工余量
精度等级
工序
尺寸
表面粗
糙度
工序余量
最小
最大

φ50IT12
（D2）
铸件
7.0
CT12

粗镗
4.0
IT12

6.3
0.95
6.8
半精镗
3.0
IT10

3.2
2.9
3.25

φ20IT7
（D1）
钻
18
IT11

17.89
18
扩
1.8
IT10

6.3
1.716
1.910
粗铰
0.14
IT8

3.2
0.107
0.224
精铰
0.06
IT7

1.6
0.039
0.093
2、平面工序尺寸：
工序号
工序
内容
加工
余量
基本
尺寸
经济
精度

工序尺寸偏差
工序余量
表面粗糙度
最小
最大

铸件
5.0

IT12
12.5

01
粗铣φ32孔下端面
4.0
36.0
IT 12
6.3

1.5
7.75
02
粗铣φ32孔上端面
4.0
32.0
IT 12
6.3

1.5
7.75
03
粗铣φ72孔上端面
4.0
14.0
IT 12
6.3

1.8
6.38
07
精铣φ32孔下端面
1.0
31.0
IT 8
3.2

0.75
1.283
08
精铣φ32孔上端面
1.0
30.0
8
3.2

0.75
1.283
10
精铣φ72孔端面
1.0×2
12.0
IT 8
3.2

0.951
1.016
4.4 确定切削用量及时间定额：
工序01 粗铣Φ32、Φ72下端面，以T2为粗基准。
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =170~240MPa，铸造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;
加工要求：粗铣Φ20孔下端面，加工余量4mm;
机床：X51立式铣床；
刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后简称《切削手册》）表3.16，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角：
λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1）确定切削深度ap
因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。
2）确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据《简明手册》表4.2-35，X51立式铣床）时：
fz=0.09~0.18mm/z
故选择：fz=0.18mm/z。
3）确定刀具寿命及磨钝标准
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据《简明手册》表3.8）。
4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf
根据《切削手册》表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：

其中 ，，，，，，，，，，，，，将以上数据代入公式：

确定机床主轴转速： 。
根据《简明手册》表4.2-36，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校验机床功率
根据《切削手册》表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm.
查《切削手册》表3. 26，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则：
tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。
工序02 粗铣Φ32上端面，以T1为定位基准。
切削用量和时间定额及其计算过程同工序01。
工序03 粗铣Φ72上端面，以T4为定位基准
刀具：YG6硬质合金端铣刀，
机床：X51立式铣床
根据《切削手册》查得，。根据《简明手册》表4.2-36查得，取：，故实际切削速度：

当时，工作台每分钟进给量应为：

查说明书，取
计算切削基本工时：

因此，
工序04 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT10。
1. 选择钻头
根据《切削手册》表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角αo＝12°，二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度，°，°
2.选择切削用量
（1）确定进给量
按加工要求确定进给量：查《切削手册》，，，由《切削手册》表2.7,系数为0.5,则：

按钻头强度选择:查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为：；
按机床进给机构强度选择：查《切削手册》表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。
以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.215~0.265mm/r。根据《简明手册》表4.2-16,最终选择进给量。
由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。
根据《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830N﹥Ff，故所选进给量可用。
（2）确定钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.6mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切削手册》表2.30，切削速度计算公式为：
（m/min）
其中，，，，，，，，，查得修正系数：，，，故实际的切削速度：

（4）检验机床扭矩及功率
查《切削手册》表2.20，当f≤0.26, do≤19mm时，Mt=31.78N•m，修正系数均为1.0，故MC=31.78 N•m。
查机床使用说明书：Mm =144.2 N•m。
查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。
查机床使用说明书，。
由于，，故切削用量可用，即：
，，
3、计算工时

4、扩孔至Φ19.8
查《切削手册》表2.10，扩孔进给量为：，并由机床使用说明书最终选定进给量为：。
根据资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故：，，根据机床使用说明书选取： 。
基本工时：
工序05 镗、半精镗Φ50孔，以D1为定位基准。
机床：镗床T616
单边余量 可一次切除，则 。根据《简明手册》4.2-20查得，取 。根据《简明手册》4.2-21查得，取：。
计算切削基本工时：

工序06 铣斜肩，以D1和T2为定位基准。
刀具：硬质合金三面刃铣刀
机床：X51立式铣床
根据《简明手册》查得：。根据《切削手册》查得：因此：

现采用X51立式铣床，取：，故实际切削速度为：

当时，工作台每分钟进给量应为：

根据《切削手册》表4.2-37查得,取：。
计算切削基本工时：

因此：
工序07 精铣Φ32下端面，以T2为基准。
刀具：YG6硬质合金端铣刀；
机床：X51立式铣床；
查《切削手册》表3.5，进给量为：，取为0.5mm/r
参考有关手册，确定，采用YG6硬质合金端铣刀，，则：

现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取，故实际切削速度：

当时，工作台每分钟进给量：，取为980mm/min
本工序切削时间为：
min
工序08 精铣Φ32上端面，以T1为基准。
切削用量同工序07
精铣时
基本工时：
工序09 粗铰、精铰Φ20孔，以T2和Φ32外圆为基准。
（1）粗铰至
刀具：专用铰刀
机床：Z525立式钻床
根据有关手册的规定，铰刀的进给量为0.8～1.2mm/z,进给量取0.81mm/r，机床主轴转速取为=140r/min，则其切削速度为：
。
机动时切削工时，=38mm，

(2) 精铰至
刀具：
机床：Z525立式钻床
根据有关手册的规定，铰刀的进给量取0.48mm/r，机床主轴转速取为：=140r/min，则其切削速度为：
机动时切削工时，=38mm

工序10 精铣Φ72端面，以D1为基准。
机床：X51立式铣床
刀具：硬质合金立铣刀（镶齿螺旋形刀片），由《切削手册》表3.6查得：，,即27m/min，因此，。现采用X51立式铣床，取 ，工作台每分钟进给量应为：，
查机床使用说明书，取 。
铣削基本工时：

工序11 半精车Φ72孔，以D1做定位基准。
单边余量,可一次切除，则 。
由《切削手册》表1.6查得，进给量取为0.27mm/r。由《切削手册》表1.1查得，，则：

查《简明手册》表4.2-20，取为630r/min。
加工基本工时：
工序12 钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准。
刀具：专用刀具
机床：Z525立式钻床
确定进给量：根据《切削手册》表2.7查得，，查Z525机床使用说明书，现取。查《切削手册》表2.15，，计算机床主轴转速：

按机床选取，所以实际切削速度为：

计算切削基本工时：

工序13 钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准
（1）钻螺纹底孔mm
机床：Z525立式钻床
刀具：高速钢麻花钻
根据《切削手册》查得，进给量为0.18～0.22mm/z,现取f=0.22mm/z，v=17m/min，则：

查《简明手册》表4.2-15，取。所以实际切削速度为：

计算切削基本工时：

（2）攻螺纹M6
机床：Z525立式钻床
刀具：丝锥M6，P=1mm
切削用量选为：，机床主轴转速为：，按机床使用说明书选取：，则 ；机动时，，计算切削基本工时：

工序14 铣断，以D1为基准。
选择锯片铣刀，d=160mm，l=4mm，中齿，Z=40
采用X61卧式铣床
查《切削手册》，选择进给量为：,切削速度为：，则：

根据《简明手册》表4.2-39，取，故实际切削速度为：

此时工作台每分钟进给量应为：

查《切削手册》表4.2-40，刚好有。
计算切削基本工时：

五、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，需要设计专用夹具。并设计工序3——铣Φ32孔上端面的夹具。本夹具将用于X51立式铣床，刀具为高速钢端铣刀。
5.1 问题的提出
本夹具主要用来铣Φ32外圆上端面，该端面与其他面没有任何关系。在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。
5.2 夹具设计
定位基准选择
由零件图可知，铣Φ32外圆上端面，因为是粗加工，用Φ50的端面和外圆用一个固定V型块和一个活动V型块夹紧定位。
5.3 切削力及夹紧力计算
（1）刀具： 采用端铣刀 φ50mm z=24,用1把锯片铣刀保证同时安装在主轴上面中间用隔套把两把铣刀隔开，保证两把铣刀之间距离为7mm。这样就可以一次铣出两个面，并且尺寸易保证。
机床： x51W立式铣床
由[3] 所列公式 得

查表 9.4—8 得其中： 修正系数

z=24
代入上式，可得 F=889.4N

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数 K=
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
所以

（2）夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机 由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
F=+G G为工件自重

夹紧螺钉： 公称直径d=15mm，材料45钢 性能级数为6.8级

螺钉疲劳极限：
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
满足要求

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，

使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力
5.4 定位误差分析
工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在铣床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin
本工序采用一活动V型块，一挡快定位，工件始终靠近挡块的一面。但是，由于此道工序后还有精加工，因此本道工序要求不高，故应当能满足定位要求。
5.5 夹具设计及操作简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。
本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。
夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。
致 谢
这次本次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了课程设计。
参 考 文 献
1. 切削用量简明手册,艾兴、肖诗纲主编,机械工业出版社出版，1994年
2.机械制造工艺设计简明手册，李益民主编，机械工业出版社出版，1994年
3.机床夹具设计，哈尔滨工业大学、上海工业大学主编，上海科学技术出版社出版，1983年

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