CA6140车床拨叉夹具设计

题目：设计“CA6140车床拨叉”零件的机械加

工工艺规程及工艺设备（年产量4000件） 内容：1、零件图 1张

2、毛坯图 13、机械加工工艺过程综合卡片 14、结构设计装配图 15、结构设计零件图 16、课程设计说明书 1

张 张 张 张 份

一、零件的分析

（一）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。两件零件铸为一体，加工时分开。

（二）零件的工艺分析

零件实体图：

：

零件的材料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、工艺规程设计

（一）确定毛胚的制造形式

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。

（二）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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

（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。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，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。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以为，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

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Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准，采用X61卧式铣床加专用夹具；

工序02 粗铣Φ20上端面，以T1为定位基准，采用X61卧式铣床加专用夹具；

工序03 粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准，采用X61卧式铣床加专用夹具；

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X61卧式铣床加专用夹具； 工序07 精铣Φ20下端面，以T2为基准，采用X61卧式铣床加专用夹具； 工序08 精铣Φ20上端面，以T1为基准，采用X61卧式铣床加专用夹具； 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Φ50端面，以D1为基准，采用X61卧式铣床加专用夹具； 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。

（四）本工序加工要求，包括加工余量、工序尺寸确定

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 加工精度工序 尺寸 表面粗 糙度 铸件 7.0 4.0 3.0 CT12 IT12 IT10 432.8 工序余量 最小 最大 余量 等级 6.3 3.2 0.95 2.9 6.8 3.25 φ50IT12 粗镗 （D2） 半精镗 φ20IT7 （D1） 粗铰 精铰

2、平面工序尺寸：

工序号 工序 内容 铸件 钻 扩 4705000.250 0.10018 1.8 0.14 0.06 IT11 IT10 IT8 IT7 1800.110 6.3 3.2 1.6 17.89 18 19.800.0841.716 1.910 0.107 0.224 0.039 0.093 19.9402000.0330.021 加工 余量 5.0 基本 尺寸 经济 精度 CT12 工序尺寸偏差 2.5工序余量 最小 最大 01 粗铣下端面 4.0 36.0 12 00.25 1.5 7.75 02 粗铣φ20孔上端面 4.0 32.0 12 00.25 1.5 7.75 03 粗铣φ50孔上端面 4.0 14.0 12 00.180 1.8 6.38 07 精铣φ20孔下端面 1.0 31.0 8 00.033 0.75 1.283 08 精铣φ20孔上端面 1.0 30.0 8 00.033 0.75 1.283 10 精铣φ50孔端面 1.0×2 12.0 8 0.0160.016 0.951 1.016 3、确定切削用量及时间定额：

工序01 粗铣Φ20、Φ50下端面，1. 加工条件

T2为粗基准。

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：X61卧式铣床；

刀具：镶齿三面刃铣刀。铣削宽度ae≤32,深度ap≤6, ,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，L=25。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，X61卧式铣床）时： fz=0.14~0.24mm/z 故选择：fz=0.2mm/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《制造手册》表3.16，当d0=125mm，Z=10，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=60m/min,.

确定机床主轴转速： ns实际切削素的vdwnw1000100v010003.146015r3125dw/m。in

3.14125153100060m/min

实际进给量和每分钟进给量为：

fmfzznw0.1410153214mm/min

切削时候 工件不用铣刀的行程为ll1l2l3256mm 则工时tml1l2l3fm16844442141.2mim

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。 工序07 精铣Φ20上端面，以T2为基准。

刀具：镶齿三面刃铣刀； 机床：X61卧式铣床；

查《切削手册》表3.5，进给量为：fz0.2~0.3mm/min，取为0.3mm/r 参考有关手册，确定v120m/min，采用镶齿三面刃铣刀，dw125mm,z10，则：

ns1000vdw1000120125306r/min

现采用X61卧式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取nw300r/min，故实际切削速度： vdwnw10001253001000117.75m/min

当nw300r/min时，工作台每分钟进给量：

fmfzznw0.3123001080mm/min，取为980mm/min

本工序切削时间为：

t2tm2lfm21761259800.62min

工序03 粗铣Φ50上端面，以T4为定位基准

刀具：镶齿三面刃铣刀，d0125mm,Z10 机床：X61卧式铣床

根据《切削手册》查得，fz0.13mm/z,ap4mm。根据《简明手册》表

4.2-36查得，取：nw300r/min，故实际切削速度：

vdwnw10001253001000117.75m/min

当nw300r/min时，工作台每分钟进给量应为：

fmfzZnw0.1310300390mm/min

查说明书，取fm400mm/min

计算切削基本工时：

L72y721082mm

因此，tm

Lfm823900.205min

工序08 精铣Φ20上端面，以T1为基准。

切削用量同工序07 精铣时yd0125mm 基本工时：tmlfm1761259800.31

工序10 精铣Φ50端面，以D1为基准。

机床：X61卧式铣床

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：

v0.45m/s，d40,z6,fz0.08mm/minns1000v100027,即27m/min，因此，

dw40214r/min。现采用X61卧铣床，取 nw210r/min，

工作台每分钟进给量fm应为：fmfzznw0.086210100.8mm/min， 查机床使用说明书，取 fm100mm/min。

铣削基本工时：tm72121000.84min

2tm0.8421.68min

三、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。

按要求设计以上工序中铣Φ20和Φ50上下两端面的铣床夹具，本夹具将用于X51

卧式铣床。刀具是：YG6硬质合金端铣刀。对工件下端面面一刀加工，然后再翻转工件加工上端面。 (一)问题的提出

本夹具主要用来铣端面，该零件上下都有平面，容易定位。此外，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。 夹具设计 1、定位基准选择

由零件图可知，采用两销一面的定位方式，铣下端面的时候以Φ20孔的上端

面为定位基准，铣Φ20和Φ50上端面的时候以下端面为定位基准

为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。 2、切削力及夹紧力计算

刀具：镶齿三面刃铣刀，刀具直径d0=125mm。

查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为：

0.740.90 Ff9.8154ae.5fzapZ0d

铣Φ50端面时，

其中：Z12，ae72，d125mm，ap4mm fz0.18 切削力Ff13617.63N

4KPeGf2(r1r2r3r4)f2(r1r2r3r4)4f1L夹紧力WW=18911N

精铣Φ50端面时，

其中：Z12，ae72，d125mm，ap1mm fz0.05 切削力FFf2f29.8154.5720.080.740.901121250.1

570N

精铣Φ20端面时

其中：Z12，ae32，d125mm，ap1mm fz0.5 切削力FFf3f29.8154.5320.50.740.901121250.1

983N

3、定位误差分析

夹具采用一面两销的定位方法，因此不重合误差为0。定位误差的方向和铣销的时候方向不同，因此不用考虑定位误差。 4、夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了两

面一销的定位方法，以及利用螺旋压板夹紧机构夹紧工件。通过调节压板的高度可以对工件的上下端面及其单个孔的面进行铣削，效率较高。试用大批量生产。由于第一次做夹具设计，其实还有很多不足和错误，望指正。 5、铣床床夹具的装配图

参考文献

1、赵家齐,机械制造工艺学课程设计指导书(2版),机械工业出版社,2000年. 2、王宛山 刑敏主编,机械制造基础,:辽宁科学技术出版社,2002年. 3、王先逵主编,机械制造工艺学,机械工业出版社,2006年.

4、上海金属切削技术协会编,金属切削手册（电子版）,上海科学技术出版社,2000年. 5、机床夹具设计手册（电子版）,机械工业出版社.