全套CA6140车床的拨叉831003--课程设计说明书1

1.零件的工艺性分析
1.1拨叉的用途
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。

宽度
为30mm的面寸精度要求很高，因
为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。

所以，宽度为30mm的面的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。

1.2拨叉的技术要求
加工表面尺寸及偏差
mm
公差及精度等
级
表面粗糙度R
a
m
形位公差
mm
拨叉左端面80 3.2
拨叉上表面30 3.2 ∥0.10 A
花键小径φ22+
0.021IT7
花键大径φ25+
0.021IT7 1.6
通槽上底面35 6.3
通槽内侧面18+
0.11 3.2 ⊥0.08 A
通槽下底面35
2×M8通孔φ8
φ5锥孔配件φ5
1.3审查拨叉的工艺性
分析零件图可知，该拨叉形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。

除了拨叉上表面外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床等车床的粗加工就可以达
到加工要求；而主要工作表面----拨叉上表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。

由此可以见，该零件的工艺性较好。

2．确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，考虑到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。

零件形状简单，因此毛形状需要与零件的形状尽量接近，又因内花键较小，因此不可直接铸出。

2.2确定毛坯尺寸公差和机械加工余量
2.1.1 公差等级
由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为IT10。

2.2.2 铸件重量
已知机械加工后波插件的重量为0.84kg，由此可初步估计机械加工前铸件毛坯的重量为1kg。

2.2.3 零件表面粗糙度
由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6 m
2.2.4机械加工余量
由铸件铸造类型为金属型铸造，因此加工余量等级选为F。

项目机械加工余量mm 尺寸公差mm 公差等级
长度80 3 3.2 IT10
通槽深35 3 2.6 IT10
通槽宽18 3 2 IT10
2.3绘制铸件毛坯简图
3拟定拨叉工艺路线
3.1定位基准的选择
3.1.1 粗基准的选择
对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。

若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为粗基准。

如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。

为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。

应尽可能选择光滑平
整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。

粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。

因此，选择零件的右表面作为粗基准。

3.1.2 精基准的选择
应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。

所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。

该零件根据形位公差的要求，选择花键中心线为精基准。

3.2 表面加工方法的选择
本零件的毛坯为铸件，待加工面有内孔，端面，及锥孔，内倒角等。

公差等级及粗糙度要求参考零件图。

其加工方法的选择如下：
（1）：花键花键大径表面粗糙度为Ra1.6μm，毛坯孔未铸出，需钻，扩、铰孔、然后直接用拉刀拉出即可。

（2）：端面本零件的端面大部分尺寸精度要求不高，很大部分无需去除材料。

待加工的主要端面有零件的上端面和左端面以及通槽，除通槽内侧表面粗糙度为Ra3.2μm及Ra6.3μm，经粗铣和半精铣即可。

（4）：M8mm螺纹孔，由《机械加工工艺手册》查知.配钻方式加工。

在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。

（5）：内倒角加工角度为15度的内倒角，采用铣床加工即可。

3.3 工序集中与分散
选用工序集中原则安排拔叉的加工工序。

该拔叉的生产类型为中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。

3.4 工序顺序的安排
1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——拨叉左端面
2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。

3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——拔叉头左端面内花键孔，后加工次要表面——拨叉上端面和通槽底面及内侧面。

4）遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉左端面，再加工内花键孔；先拨叉上端面，再钻M8孔
3.5 确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了拨叉的工艺路线，如下：
4. 切削用量、时间定额的计算
4.1 切削用量的计算
工序6-----钻孔2×φ7
钻床：选用Z525立式钻床。

=34mm, 钻头：选用直柄麻花钻,钻头直d=7.0mm, l=74mm, l
1
d≈14.3mm
1
1）背吃刀量的确定查《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-52
取螺距为 1.0mm的普通细牙螺纹，攻螺纹前钻孔用麻花钻直径为7.0mm
a=7.0mm
所以背吃刀量取p
2）进给量的确定查《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-133，
选取该工步的每转进给量f
=0.16mm/r
3）
切削速度的计算 查《机械制造技术基础课程设计指南》由表
5-133，按工件材料为铸铁的条件选取，切削速度可取20m/min 。

由公式
1000/n v d π=可求的该工序的钻头转速为n =909.9r/min ，参照《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-65所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n =960r/min 。

再将此转速带入公式1000/n v d π=，可求出该工序的实际钻削速度/1000v n d π==960r/min ×π×7mm=21.1m/min 工序7----攻螺纹2×M8mm
1）
背吃刀量的确定 查《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-52 取
螺距为1.0mm 的普通细牙螺纹，攻螺纹前钻孔用麻花钻直径为7.0mm ，因此攻螺纹的背吃刀量
p
a =8mm-7mm=1mm
2） 进给量的确定 由于攻螺纹的进给量就是被加工螺纹的螺距，因此
f
=1mm/r
3）
切削速度的选择 查《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-141差的攻螺纹的切削速度v =5~10m/min ，所以暂取v =5m/min 。

由公式求得该
工序的主轴转速1000/n v d π==1000×5m/min/π×8mm ≈199.0r/min ，参照
《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-65所列Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n =272r/min 。

再将此转速带入公式1000/n v d π=，可求出该工序的实际钻削速度/1000v n d π==272r/min ×π×
8mm/1000=6.83m/min
4.2 时间定额的确定
4.2.1 基本时间的计算
1）钻孔工步 根据《机械制造技术基础课程设计指南》由表2-26，钻孔的基本时
间可由公式12
j l l l L T fn fn
++=
=求得。

式中l =9.5mm ，2l =1~4，取2l =2mm ， 1cot (1~2)2r D l k =
+=7cot 5412
o mm
mm +≈5.20；n =960r/min ；f
=0.16mm/r 。

将上述结果
带入公式，则该工序的基本时间9.5 5.220.16/960/min
j L mm mm mm
T fn mm r r ++=
=⨯≈0.11min=6.6s 2）攻螺纹工步根据《机械制造技术基础课程设计指南》由表5-97，选用细柄机用
丝锥，螺纹加工机动时间的计算由公式1212
(
)j l l l l l l T fn fn ++++=+求得。

式中l =9.5mm ，1l =（1~3）P ， 2l =（2~3）P ， P=1mm ，所以取1l =2mm ，2l =2mm ，
f
=1mm/r ；n =272r/min ；i 为丝锥数量1；0n =272r/min ，将上述结果带入公式，
求得9.5229.522(
)11/272/min 1/272/min
j mm mm mm mm mm mm
T mm r r mm r r ++++=+⨯⨯⨯ ≈5.96s ≈6.0s
4.2.2 辅助时间的确定
辅助时间f t 与基本时间j t 之间的关系为f t =（0.15~0.2）j t ，取f t =0.2j t ，则各工序的辅助时间分别为：钻孔工步的辅助时间f t =0.2×6.6s=1.3s
攻螺纹工步的辅助时间f t =0.2×6.0=1.2s
5.夹具的设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。

在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。

正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。

同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

5.1 夹具的选择
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。

设计工序为钻φ7mm孔、攻螺纹M8mm的专用机床夹具。

这类夹具定位准确、装卸工件迅速，但设计与制造的周期较长、费用较高。

因此，主要适用于产品相对稳定而产量较大的成批或大量生产。

5.2 定位方案的设计
5.2.1 夹具的设计思想
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。

本夹具主要用来对2×M8mm的通孔进行加工，这个螺纹孔尺寸精度要求一般，需要先钻出φ7mm孔，之后用丝锥攻螺纹M8mm。

所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。

5.2.2 工件在夹具中的定位与夹紧
定位：一个带键的长心轴限制4个自由度，在工件左端面用两个支承钉限制一个自由度，在工件右端面用夹紧件限制一个自由度。

这样就限制了工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据了惟一确定的位置。

夹紧：在工件两端用垫片和螺母实现螺旋夹紧。

5.3 夹具体的设计
5.3.1 定位基准的选择
在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。

据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。

所以加工2×M8mm的通孔时，选取工件左端面和花键心轴的中心线为主定位基准。

5.3.2 定位误差的分析
夹具的主要定位元件为一个面与两个孔的定位，因为该定位元件的定位基准和工序基准均为内花键的轴线，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度，所以不存在不重合误差和基准位移误差，基准重合△b=0，△j=0。

5.4 导向元件的设计
加工2×M8mm的通孔选用立式钻床，钻床夹具的刀具导向元件为钻套。

钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。

由于加工工序为先钻φ7mm孔，之后用丝锥攻螺纹M8mm。

所以选用快换钻套和钻套用衬套。

相关计算如下：1）钻套高度H
钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。

钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=(1～2.5)d，所以H=1.5×8mm=12mm。

2）排屑间隙h
钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。

h值太小，切屑难以自由排出，使加工表面损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用。

加工铸铁时，h=(0.3～0.7)d，所以h=0.5×8mm=4mm。

5.5 夹紧元件的设计
在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了
保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。

该工件选用螺旋夹紧机构，查机械加工工艺手册，夹紧力计算如下：
33
22
2
22tan()3FL
F D d d a f D d ϕ=
-++-，
a ----螺纹升角
ϕ----螺纹摩擦角
f ----螺母端面与工件之间摩擦系数 2d ----螺杆中径
则所需夹紧力F =298N
5.6 夹具操作的简要说明
此次设计的夹具夹紧原理为：通过花键孔轴线和拨叉左端面为定位基准，以钻模板上的快换钻套和钻套衬套引导刀具进行加工。

夹紧时采用手动螺旋夹紧机构作为夹紧工件。

同时为了保证定位基准的精度，采用十字垫圈。

如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。

为此，设计采用了快换装置。

攻螺纹时，取出快换钻套和钻套衬套，即可替换钻套，进行攻螺纹加工。

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。

本夹具操作简单，省时省力。

6.设计的感想与体会
为期三周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，经过老师和同学的帮助，还有自己不懈的努力，终于定时定量的完成了这次课程设计。

课程设计作为《机械制造技术基础》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。

第一阶段运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。

通过此次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、
专用夹具设计的方法和步骤等。

学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。

本设计还存在很多不足之处。

一是由于本人对CAXA画图软件的掌握还不够熟练,在画图遇到复杂图和难的地方时显得力不从心，使图不能达到预期设计出来的水平。

二是本人对换档叉结构和工作原理掌握的不够熟练，在设计过程中不能全面地考虑问题，造成走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。

总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。

提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

本设计还存在很多不足之处。

一是由于本人对CAXA画图软件的掌握还不够熟练,在画图遇到复杂图和难的地方时显得力不从心，使图不能达到预期设计出来的水平。

二是本人对拨叉结构和工作原理掌握的不够熟练，在设计过程中不能全面地考虑问题，造成走许多弯路，设计速度缓慢，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。

由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！
7. 参考文献
1、黄健求主编《机械制造技术基础》机械工业出版社 2005.11
2、崇凯主编《机械制造技术基础课程设计指南》化学工业出版社 2007.2
3、肖继德、陈宁平主编《机床夹具设计（第二版）》机械工业出版社 2000.5
4、秦国华、张卫红主编《机床夹具的现代设计方法》航空工业出版社 2006.11
5、秦宝荣主编《机床夹具设计》中国建材工业出版社 1998.2
6、陈国香主编《机械制造与模具制造工艺学》清华大学出版社 2006.5
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8、方子良主编《机械制造技术基础》上海交通大学出版社 2005.1
9、孙志礼、冷兴聚、魏延刚、曾海泉主编《机械设计》东北大学出版社 2000.9
10、孙丽媛主编《机械制造工艺及专用夹具设计指导》冶金工业出版社 2002.12
11、邹青主编《机械制造技术基础课程设计指导教程》机械工业出版社 2004.8。