机械制造工艺学课程设计任务书
题目: 设计”CA6140车床拨叉”零件的机械加工工艺规则及工艺装备
内容： 1.零件图1张
2.毛坯图1张
3. 机械加工工艺卡片2张
4. 夹具设计装配图1张
5. 夹具设计零件图1张
6. 课程设计说明书1份
指导教师：XXX
学生：XXX
班级：XXX
2010年7月6日
目录
一．序言 (3)
二．夹具的概述 (4)
三．零件的分析 (4)
3.1零件的作用 (4)
3.2零件的工艺分析 (4)
四．工艺规程设计 (5)
4.1确定毛坯的制造形式 (5)
4.2基面的选择 (6)
4.3制定工艺路线 (7)
4.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (9)
4.5确定切削用量及基本工时 (12)
五．夹具设计 (18)
5.1定位分析 (19)
5.2切削力及夹紧力计算 (19)
5.3夹具操作说明 (22)
5.4机械加工工艺过程卡 (23)
设计小结 (25)
参考文献 (26)
一、序言
机床夹具课程设计在我们学完夹具基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的，这也是我们即将步入大四对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做这次课程设计之中，我得到一次全面的综合性训练：（1）运用机械制造技术基础课程中的基本理论正确地解决一个零件在加工中的基准选择，定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。（2）提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。（3）学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。
我希望通过这次课程设计对自己的基本功进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力。
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。
2010年7月6日
二、机床夹具概述
夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。
现代夹具的发展发向
现代夹具的发展方向表现为：
1、精密化；
2、高效化；
3、柔性化；
4、标准化。
三、零件的分析
3.1零件的作用
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。零件的φ25mm 孔与操纵机构相连，φ55mm 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。 3.2零件的工艺分析
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φ25023.00
+mm ；
2．大头半圆孔Ф4
.00
55+mm 及其端面；
3．40×16槽；
4．大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm ； 5. 槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08mm 。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗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
该零件两个面都没有尺寸精度的要求，也无粗糙度的要求。φ25mm 的孔的粗糙度值要求1.6，需要精加工。因是大批量生产，所以需用钻削。保证其加工精度。下面的叉口有3.2的粗糙度的要求，所以采用先粗铣再精铣来满足精度的要求，同时保证φ25mm 的孔和叉口的垂直度。同时该零件上还需加
工40×16的槽，其粗糙度值为6.3，所以一次铣销即可。但同时要满足该槽与φ25mm的孔的垂直度。
四、工艺规程设计
4.1确定毛坯的制造形式
已知此拨叉零件的生产类型为大批量生产，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。
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，生产类型为大批量生产，故选择铸件毛坯。
根据《机械加工工艺师手册》（机械工业出版出版社、杨叔子主编），得知大批量生产的铸造方法有两种金属模机械砂型铸造和压铸，由于压铸的设备太昂贵，根据手册数据采用铸造精度较高的金属型铸造。
4.2基面的选择
1）粗基准的选择：
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。对本零件而言，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm，槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08mm，则应以φ25mm小头孔为精基准。
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，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，甚至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。
按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面
作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。对本零件而言，则应以零件的底面为主要的定位粗基准。 因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择Φ40mm 圆一个端面作为粗基准加工另一个端面。再加一个钩形压板和一个V 形块限制自由度，达到完全定位。 （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。对本零件而言，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.1mm ，槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08mm ，则应以φ25mm 小头孔为精基准。
主要因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。 4.3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级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情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，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。 工艺路线方案一：
工序Ⅰ： 钻、扩、粗铰、精铰Φ25mm 孔。以Φ40mm 外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床和专用夹具。
工序Ⅱ：铣φ55mm 的叉口及上、下端面。利用Φ25mm 的孔定位，以两个面作为基准，选用X60铣床和专用夹具。
工序Ⅲ：粗、精铣4
.0055+φ的叉口的内圆面。利用Φ25mm 的孔定位，以两
个面作为基准，选用X60铣床和专用夹具。
工序Ⅳ：粗铣40×16的槽，以Φ25mm 的孔定位，选用X60铣床加专用
夹具。
工序Ⅴ：切断φ55的叉口，用宽为4的切断刀，选用X60铣床加专用夹具。
工序Ⅵ：检验。 工艺路线方案二：
工序Ⅰ： 钻、扩、粗铰、精铰Φ25mm 孔。以Φ40mm 外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。
工序Ⅱ：铣φ55mm 的叉口及上、下端面。利用Φ25mm 的孔定位，以两个面作为基准，选用X60铣床和专用夹具。
工序Ⅲ：粗、精铣4
.0055+φ的叉口的内圆面。利用Φ25mm 的孔定位，以两
个面作为基准，选用X60铣床和专用夹具。
工序Ⅳ：切断φ55mm 叉口，用宽为4的切断刀，选用X60铣床加专用夹具。
工序Ⅴ：粗铣40×16的槽，以Φ25mm 的孔定位，选用X60铣床加专用夹具。
工序Ⅵ：检验。
以上加工方案大致看来是合理的，但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，主要表现在φ25mm 的孔及其16mm 的槽和φ55mm 的端面加工要求上,以上三者之间具有位置精度要求。图样规定：先钻25φmm 的孔。由此可以看出：先钻φ25mm 的孔，再由它定位加工φ55mm 的内圆面及端面，保证φ25mm 的孔与φ55mm 的叉口的端面相垂直。因此，加工以钻φ25mm 的孔为准。为了在加工时的装夹方便，因此将切断放在最后比较合适。为了避免造成一定的加工误差；通过分析可以比较工艺路线方案一最为合理。 具体方案如下：
工序Ⅰ： 钻、扩、粗铰、精铰Φ25mm 孔。以Φ40mm 外圆和其端面为
基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。
工序Ⅱ：铣φ55mm 的叉口及上、下端面。利用Φ25mm 的孔定位，以两个面作为基准，选用X60铣床和专用夹具。
工序Ⅲ：粗、精铣4
.0055+φ的叉口的内圆面。利用Φ25mm 的孔定位，以两
个面作为基准，选用X60铣床和专用夹具。
工序Ⅳ：粗铣40×16的槽，以Φ25mm 的孔定位，选用X60铣床加专用夹具。
工序Ⅴ：切断φ55mm 的叉口，用宽为4的切断刀，选用X60铣床加专用夹具。
工序Ⅵ：检验。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程卡”。 4.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“CA6140车床拨叉”，零件材料为HT200，硬度170~220HBS ，毛坯重量约1.5kg 。根据《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺手册》机械工业出版出版社、杨叔子主编）知生产类型为大批量生产，采用金属模铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1、毛坯余量及尺寸的确定
毛坯余量及尺寸的确定主要是为了设计毛坯图样，从而为工件毛坯的制造作准备，根据《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺手册》机械工业出版出版社、杨叔子主编），结合加工表面的精度要求和工厂实际，要合理地处理好毛坯余量同机械加工工序余量之间的不足。
（1）粗铣φ55mm 的叉口的上、下端面的加工余量及公差。
该端面的表面粗糙度为3.2，所以先粗铣再精铣。查《机械制造技术基础课程设计指导教材》（机械工业出版社、邹青主编）中的表2-1大量生产的毛
坯铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为8~10级，选用8级。由表2-5查表MA为F。再查表2-4查得加工余量为2.0mm。由表2-3至表2-4及工厂实际可得：Z=2.0mm，公差值为T=1.6mm。
（2）铣40×16的槽的上表面的加工余量及公差。
同上方法得：2Z=4.0mm，公差值为1.6 mm。
2、各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坏尺寸的确定
（1）钻φ25mm的孔加工余量及公差。
毛坯为实心，不冲出孔。参照表1-7该孔的精度要求为IT7，确定工序尺寸及余量为：
钻孔φ23mm 公差值T= 0.5mm，
扩孔φ24.8 mm 2Z=1.8 mm 公差值T=0.35 mm，粗铰孔φ25 mm 2Z=0.14 mm 公差值T= 0.15mm，
粗铰孔φ25 mm 2Z=0.06 mm 公差值T=0.05 mm，
由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整法加工，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定。
φ25 mm的孔的加工余量和工序间余量及公差分布图见图1。
由图1可知：
图1
由图可知：
铸件毛坯 钻孔 扩孔 粗铰 精铰
加工前尺寸 最大 φ23 φ24.8 φ24.94
最小
φ22.5 φ24.45 φ24.79 加工后尺寸 最大 φ23 φ24.8 φ24.94
φ25
最小
φ22.5 φ24.45 φ24.79 φ24.95 工序余量
1.8
0.14
0.06
工
序
加
工 尺 寸 及 公 差
毛坯名义尺寸： 42（mm）
钻孔时的最大尺寸： 23（mm）
钻孔时的最小尺寸： 22.5（mm）
扩孔时的最大尺寸： 23 +1.8=24.8（mm）
扩孔时的最小尺寸： 24.8-0.35=24.45（mm）
粗铰孔时的最大尺寸： 24.8+0.14=24.94（mm）
粗铰孔时的最小尺寸： 24.94-0.15=24.79（mm）
精铰孔时的最大尺寸： 24.94+0.06=25（mm）
精铰孔时的最小尺寸： 25-0.05=24.95（mm）
(2)铣φ55mm的叉口及上、下端面
因为叉口的粗糙度为3.2，所以粗铣再精铣。确定工序尺寸及余量为：
查表2-1，大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为8~10级，选用8级。MA为F。公差值T=1.4 mm 。
粗铣φ55mm的叉口及上、下端面余量1.0 mm。2Z=2.0mm
精铣φ55的叉口及上、下端面。2Z=2.0mm
（3）粗铣40×16的上表面
此面的粗糙度要求为3.2，所以分粗精加工即可。确定工序尺寸及余量为：大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公差等级CT分为8~10级，选用8级。MA为F。公差值T=1.6mm。
粗铣40×16的上表面2Z=2.0mm
（4）铣40×16的槽
此面的粗糙度要求为3.2，所以粗铣再精铣。确定工序尺寸及余量为：
大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公差等级CT分为8~10级，选
用8级。MA为F。公差值T= 1.6mm 。
粗铣40×16的槽2Z=2.0mm
精铣40×16的槽2Z=2.0mm
（5）切断φ55mm叉口
4.5确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ：钻、扩、粗铰、精铰Φ25mm孔。
1.加工条件
工件材料：灰铸铁HT200，σb =0.16GPa ，HB=190～241，铸造。
加工要求：钻Φ25mm的孔，其表面粗糙度值为Rz=1.6 μm；先钻Φ23mm的孔在扩Φ24.8mm的孔，再粗铰Φ24.94mm孔，再精铰Φ25mm孔。
机床：立式钻床Z525。
刀具：Φ23mm麻花钻，Φ24.8mm的扩刀，铰刀。
2.计算切削用量
（1）钻Φ23mm的孔。
①进给量
查《机械制造技术基础课程设计指导教材》（机械工业出版社、邹青主编）表5-23钻孔进给量f为0.75~0.8mm/r，由于零件在加工 23mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=(0.75~0.8)×0.75=0.56~0.6mm/r，查表4-10取f=0.62mm/r。此工序采用Φ23的麻花钻。
所以进给量f= 0.62mm/r
②钻削速度
切削速度：根据手册表5-24，查得切削速度V=100m/min。
min /13852314.3100
100010000r d v n s =??==
π
根据手册w n =1360r/min,故切削速度为
min)
/(981000
1360
231000
0m n d V w
=??=
=
ππ
③ 切削工时 l=23mm ，l 1=13.2mm.
根据表5-43切削工时计算公式：
(min)138.062.013602
.132380211=?++=++=
nwf l l l tm
（2）扩孔 ① 扩孔的进给量
查《切削用量手册》表2.10规定,查得扩孔钻扩Φ24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取
f =0.3 mm/r ②切削速度
扩孔钻扩孔的切削速度,根据《工艺手册》表28-2确定为 V =0.4V 钻
其中V 钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故 V =0.4×98=39.2m/min
min)/(5038.242.3910001000r dw v ns =??==
ππ
按机床选取nw =545r/mi n. ③切削工时
切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm
(min)51.03.05455
.18.180211=?++=++=nwf l l l tm
（3）粗铰孔 ① 粗铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故
f=1/3f 钻 =1/3×0.3=0.1mm/r V=1/3V 钻 =1/3×98=33m/min
min)/(42194.243310001000r dw v ns =??==
ππ
②切削速度
按机床选取nw =545r/min ,所以实际切削速度
min)/(68.421000
545
94.241000
m dwnw
V =??=
=
ππ
③切削工时
切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1=1.5mm.
(min)5.11.05455
.114.080211=?++=++=
nwf l l l tm
(4)精铰
① 精铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故
f =1/3f 钻=1/3×0.3=0.1mm/r V =1/3V 钻=1/3×98=33m/min
min)/(420253310001000r dw v ns =??==
ππ
②切削速度
按机床选取nw =545r/min ,所以实际切削速度
min)/(8.421000
545
251000
m dwnw
V =??=
=
ππ
③切削工时
切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.
(min)47.11.05450
06.080211=?++=++=
nwf l l l tm
工序Ⅱ：铣φ55的叉口的上、下端面。 ① 进给量
采用高速钢立铣刀，齿数5，每齿进给量f a =0.08mm/z （《机械制造技术基础课程设计指导教材》（邹青主编）表5-11）。 故进给量f=0.4mm ②铣削速度：
由《机械制造技术基础课程设计指导教材》（邹青主编）中表5-13查表得切削速度为39m/min ③切削工时
引入l=2mm ，引出l 1=2mm ，l3=75mm 。
查《工艺手册》P 9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
(min)
06.54.03975
223
11
1
=?++=
++=
nwf
tm l l l
工序Ⅲ：铣φ55的叉口 ①进给量
由《工艺手册》表3.1-29查得采用硬质合金立铣刀,齿数为5个，由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-5得硬质合金立铣刀每齿进给量f 为0.15~0.30，由手册得f 取0.15mm/z
故进给量f =0.75 mm/z.
②铣削速度：
由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-6得硬质合金立铣刀切削速度为45~90mm/min, 由手册得V 取70mm/min. ③切削工时
引入l=2mm ，引出l 1=2mm ，l3=75mm 。
查《工艺手册》P 9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
(min)
5.715.07075
223
1
1
=?++=
++=
nwf
tm l l l
工序Ⅳ：铣40×16槽的表面。
① 进给量
该槽面可用高速钢三面刃铣刀加工，由前定余量为2mm 故可一次铣出，铣刀规格为φ32，齿数为8。由《工艺手册》表 2.4-73，取每齿进给量为0.15mm/z,ap=2mm 故总的进给量为f=0.15×8=1.2 mm/z 。 ②切削速度
由《工艺手册》表3.1-74,取主轴转速为190r/min 。则相应的切削速度为：
min)
/(1.191000
190
321000
m Dn
v =??=
=
ππ
③切削工时
切入l=2mm 切出l1=2mm,行程量l3=40mm 。
查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
(min)
92.12.11.1940
223
2
1
=?++=
++=
nwf
tm l l l
工序Ⅴ：铣40×16的槽。 ①进给量
用高速钢三面刃铣刀加工，铣刀规格为φ16，齿数为10。由《机械加工工艺师手册》表21-5，取每齿进给量为0.15mm/z,ap=2mm ，故总的进给量为f=0.15×10=1.5 mm/r 。 ②切削速度
由《工艺手册》表3.1-74,取主轴转速为190r/min 。则相应的切削速度为：
min)
/(55.91000
190
161000
m Dn
v =??=
=
ππ
③切削工时
切入l=2mm ，切出l1=2mm 行程量l2=40mm 。
查《工艺手册》P 9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
(min)
0.35.155.940
222
1
1
=?++=
+=
nwf
＋tm l l l
工序Ⅵ：切断φ55叉口。 ① 进给量
采用高速钢切断铣刀，齿数36，由《机械制造技术基础课程设计指导教材》（邹青主编）P107表5-18查得每齿进给量f a =0.02mm/z 。 故进给量f=0.72mm/r ②铣削速度：
表5-17查得切削速度为44m/min ③切削工时
切出l=2mm ，切出l1=2mm,行程量=75mm 。
查《工艺手册》P 9-143表9.4-31，切削工时计算公式：
(min)
5.272.04475
222
1
1
=?++=
++=
nwf
tm l l l
工序Ⅷ：检验。
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。
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。
按指导老师的要求，本次要求设计加工孔φ25 H7工序的夹具。本夹具将用于立式钻床Z525，刀具为麻花钻头φ23mm，对工件φ25H7孔进行钻加工。
（一）提出问题
（1）怎样限制零件的自由度；V形块限制4个自由度，定位块限制1个自由度，限位销限制1个自由度。
（2）怎样夹紧；设计夹具由螺旋夹紧配合V形块夹紧工件，定位块起支撑工件的作用。
（3）设计的夹具怎样排削；此次加工利用麻花钻和扩刀、铰刀，排削通过钻模板与工件之间的间隙排削。
（4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。
（二）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φ25H7孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为H7，表面粗糙度Ra1.6，钻、扩、粗铰、精铰以可满足其精度。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。 （三）夹具设计 1、定位分析 （1）定位基准的选择
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。故加工φ25H7孔时，采用φ40的外圆面和其的下端面作为定位基准。 （2）定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为V 形块与定位块，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△B=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。
△Y=0.707δd =0.707×0.025mm =0.0177mm
2、切削力及夹紧力的计算
刀具：Φ23的麻花钻，Φ24.8的扩孔钻，铰刀。
①钻孔切削力：查《机床夹具设计手册》P 70表3-6，得钻削力计算公式：
HB
D S F 6.09.06.70???=
式中 F ───钻削力
S ───每转进给量, 0.62mm D ───麻花钻直径, Φ23mm HB ───布氏硬度，195HBS 所以
HB
D S F 6.09.06.70???=