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拔叉设计说明书

24
2020年4月19日
文档仅供参考
沈阳城市学院

《 机械制造技术》

拨叉CA6140设计说明书

学 院： 机械电子工程学院
班 级： 11 级 机自4班
姓 名： 黄维乐
学 号：
时 间： .6.30-7.18

课程设计任务书
学院
机电学院
班级
11机自4班
姓名

地点
D301
起止日期
.6.30-7.18
设计题目：拨叉CA6140设计
设计任务：

所要完成的任务如下
1 根据所给的零件草图，画出零件工作图。
2 完成拨叉工件的专用夹具总装配工作图。
3 完成专用夹具部分零件工作图。
4 编写设计计算说明书。
5 总工作量要求：总图量为：1#2#3#4#图纸各1张；设计计算说明书

机械制造技术课设成绩评定表
项目
分值

出勤情况
10
缺勤一次扣2分；迟到、早退以及各项违纪行为，一次扣1分。（注：此项分数若为0分，则该生课设总成绩为不及格）

学习态度
10
学习态度认真，遵守纪律

质
疑
答
辩

第一次
10
零件分析准确完整，毛坯选择合理，问题回答全部正确（10分）零件分析正确、毛坯选择合理度、问题回答正确率在80%以上（9-6分）零件的精度分析正确度、毛坯选择合理度、问题回答正确率在60%以上（5-3分）

第二次
10
工艺、刀具设计合理，问题回答全部正确（10分）；1-5处不合理、问题回答正确率80%以上（9-8分）；6-10处不合理、问题回答正确率60%以上（7-5分）

第三次
10
夹具设计合理，问题回答全部正确（10分）；1-5处不合理、问题回答正确率80%以上（9-8分）；6-10处不合理、问题回答正确率60%以上（7-5分）

答辩
20
答辩

说明书质量
30
内容完整（5分），结构设计合理（5分），计算准确（5分） ，结论准确（5分），撰写规范工整（5分），排版准确（5分）

总 分

注：最终成绩按5级计分
教师签字：
年 月 日
目 录

第1章课程设计目的 5
第2章 工艺规程的设计 6
2.1 确定毛坯的制造形式 6
2.2 基面的选择 6
2.3 制订工艺路线 6
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7
2.5确定切削用量及基本工时 7
第3章夹具的设计 11
3.1 夹具的选择 11
3.2 定位方案的设计 12
3.2.1 夹具的设计思想 12
3.2.2 工件在夹具中的定位与夹紧 12
3.3 夹具体的设计 12
3.3.1 定位基准的选择 12
3.3.2 定位误差的分析 12
3.4 导向元件的设计 13
3.5 夹紧元件的设计 13
3.6 夹具操作的简要说明 13
结 论 15
致 谢 16
参考文献 17

第1章课程设计目的

经过设计能获得综合运用过去的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求同学们综合运用课程的理论和实践知识，进行零件和机床夹具设计。其目的是：
（1）培养学生综合运用机械制造工程原理及专业课的理论知识，总合生产学习中的实践知识，独立的分析和解决机械加工工艺问题，初步具有设计能力。
（2）培养学生熟悉运用有关手册、图表、规范的能力。
（3）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术资料。
（4）培养学生独立思考和独立工作的能力。

机床夹具的作用可归纳为以下四个方面：
1 保证加工精度 机床夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，能够保证加工精度。
2 提高生产效率 机床夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。
3 减少劳动强度 采用机械、气动、液动等夹紧机构，能够减轻工人的劳动强度。
4 扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大，例如在卧式车床刀架处安装镗孔夹具，可对箱体孔进行镗孔加工。

第2章 工艺规程的设计

2.1 分析零件图
图1

2.2 确定毛坯的制造形式
零件的材料是HT200，工作环境良好，不会承受较大的冲击载荷，由于年生产量为 件，已经达到了中批量生产，而且材料可铸。因此从提高生产率，保证经济性的角度讲，应该采用铸造成型中的“金属模机械砂型”铸造的方法制造毛坯。

图2

2.3 基面的选择
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，能够使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会出现很多问题，使生产无法正常进行。
（1） 粗基准的选择
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。因此选择右端R20的端面，上顶端40×80的面和右侧75×80的面为粗基准。
（2） 精基准的选择
精基准的选择有利于保证加工精度，并使工件装夹方便。在选择时，主要应该考虑基准重合、基准统一等问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。精基准选择为花键孔和72×40的端面，在加工中采用专用夹具夹持。

2.4 制订工艺路线
制订工艺路线的出发点，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。在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，能够考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量是工序集中来提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以使生产成本尽量下降。
1.工艺路线方案一：
工序1：粗铣铣左端面；
工序2：粗铣上表面80×10；
工序3：粗铣18×35槽；
工序4：精铣左端面；
工序5：钻Ø20花键底孔；
工序6：扩Ø22花键孔；
工序7：精铣上表面80×10；
工序8：精铣18×35槽；
工序9：锪A、B两端2×15°倒角；
工序10：拉削Ø25花键孔；
工序11：钻螺纹孔,攻螺纹至M8
工序12：钻锥孔；
工序13：去毛刺；
工序14：终检。
2.工艺路线方案二：
工序1：粗铣铣左端面；
工序2：粗铣上表面80×10；
工序3：粗铣18×35槽；
工序4：钻Ø20花键底孔；
工序5：精铣左端面；
工序6：扩Ø22花键孔；
工序7：拉削Ø25花键孔；
工序8：精铣上表面80×10；
工序9：精铣18×35槽；
工序10：锪A、B两端2×15°倒角；
工序11：钻螺纹孔,攻螺纹至M8
工序12：钻锥孔；
工序13：去毛刺；
工序14：终检。

上述两方案中，区别在于工艺路线方案一把拉花键放在靠后的工序而工艺路线方案二把锪倒角放在了靠后的工序。工艺路线一中是在完成前面5道工序后，因此花键底孔及右端面上一点，及端面8×10上两点为定位基准加工花键孔，能较好的保证花键孔的位置尺寸精度；而在工艺路线方案二中，在工序Ⅰ、Ⅱ完成后就开始以花键底孔、A端面一点及端面80×10上两点为定位基准拉花键孔，这样重复采用了粗基准定位，不能保证花键孔与18×35槽的位置精度，最终达不到零件技术要求，甚至会造成偏差过大而报废；而且在方案一中锪倒角工序在拉削花键孔工序之前完成，防止了在方案二中锪倒角时使花键由于切削冲击力而产生变形的可能！
经过对以上两种工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为拔叉的加工工艺路线。
工艺路线方案
工序号
工序名称
机床设备
刀具

量具

1
粗铣左端面
立式铣床
YG硬质合金端铣刀
游标卡尺
2
粗铣上端80×10的面
立式铣床
YG硬质合金端铣刀
游标卡尺
3
粗铣18×35的槽
立式铣床
Ф16锥柄键槽铣刀
游标卡尺
4
精铣左端面
立式铣床
YG硬质合金端铣刀
游标卡尺
5
钻孔Ф20的底孔
立式钻床
Ф20高速钢锥柄麻花钻
游标卡尺
6
扩孔Ф22
立式钻床
Ф22高速钢锥柄麻花钻
游标卡尺
7
精铣上端80×10的端面
立式铣床
YG硬质合金端铣刀
游标卡尺
8
精铣18×35的槽
立式铣床
Ф16的立铣刀
游标卡尺
9
锪钻两端2×15°的倒角
立式钻床
Ф40mm150°直柄锥面锪钻

10
拉Ф25花键孔
卧式拉床
矩形花键拉刀
游标卡尺
13
钻螺纹孔,攻螺纹至2×M8
立式钻床
Ф7的钻头，丝锥
千分尺
14
钻锥孔
立式钻床
Ф4的钻头，Ф5的锥刃钻头
游标卡尺
13
去毛刺
钳工台
平锉

14
终检

塞规、卡尺、百分表等
2.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“拨叉”零件的材料为HT200，净重量为0.84千克，生产类型为中批量生产，能够采用“金属模机械砂型”铸造的方法进行毛坯的制造。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
考虑到零件的很多表面没有粗糙度要求，不需要加工。从铸造出来即可符合使用要求，因此，只采取75×40的表面留有2.5×75×40的加工余量。毛坯的尺寸公差为CT8,能够从《机械制造设计工艺简明手册》得到CT8=1.6mm。相应计算如下：
最大极限尺寸=80+2.5+CT8/2=83.3mm
最小极限尺寸=80+2.5-CT8/2=81.7mm
75×40的端面的精加工余量为1mm，粗加工余量2.5-1=1.5m

2.6确定切削用量及基本工时
工序1：铣75×40的端面至符合要求。
工步1：粗铣
背吃刀量为=2.5-1.0=1.5mm。
进给量的确定：机床的功率5~10Kw,工件夹具系统的刚度为中等条件，按《切削用量简明手册》中表3.3选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。
铣削速度：参考《机械制造技术基础课程设计指导教程》得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/πd能够得到:n=1000×40/π×80=159.15r/min
由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,因此，实际的铣削速度为：V=nπd/1000=160×3.14×80/1000=40.19m/min
基本时间t: 根据面铣刀平面（对称铣削、主偏角=90°）的基本时间计算公式:t=()/。其中，=75mm，=1~3mm，取=2mm，=40mm。则有：
=0.5（d- ）+(1~ 3)=0.5(80-)+2=7.36mm。
=×n=×z×n=0.2×10×160=320mm/min
t=()/=(75+7.36+2)/320=0.264min≈15.82s
工步2：精铣
背吃刀量的确定：=1mm .
进给量的确定：由《切削用量简明手册》中表3.3，按表面粗糙度为=3.2μm的条件选取，该工序的每转进给量f=0.8mm/r。
铣削速度的计算：根据其它有关资料确定，按镶齿铣刀，d/z=80/10，=0.08mm/z 的条件选取，铣削速度v为： v=57.6mm/min。由公式：n=1000r/πd能够求得铣刀转速n=229.3r/min 。参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》中4-15的X51型立式铣床的主轴转速，选取转速为n=210r/min。再将此转速代入上面公式，能够求得：
v= nπd/1000=52.78mm/min。
基本时间的确定：根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》中表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角=90°）的基本时间公式t=()/，能够求得该工序的基本时间，其中=75mm，=1~3mm，取=2mm，=40mm，=7.36mm，得
=×n=0.8mm/r×210r/min=168mm/min
t=()/=(75+2+7.36)/168=0.502min≈30.13s
工序2：钻φ20mm的孔，扩孔至φ22mm。
工步1：钻φ20mm的孔。
背吃刀量=20mm
进给量的确定：选取该工步的每齿进给量f=0.3mm/r。
切削用量的计算：因为该工件的材料为HT200，因此选取切削速度v=22m/min。由式n=1000v/πd能够求得：
n=1000×22/(π×20)=350.32r/min
参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》中表4-9所列的Z525 型立式钻床的主轴转速，选取n=392r/min，再将n代入n=1000v/πd中，得到：v=392×π×20/1000=24.6m/min
基本时间t:
其中=80mm，==10×1.66+1=12.66mm，=1~4mm,取=2mm。因此基本时间t为：

工步2：扩φ20mm的孔至φ22mm。
背吃刀量的确定：取=1mm。
进给量的确定：由《切削用量简明手册》中表2.10的资料，选取该工件的每转的进给量f=1.1 mm/r 。
切削速度的确定：根据相关资料，确定: v=0.4=0.1×22=8.8m/min
由公式n=1000v/πd。能够得到：n=1000×8.8/22π=127.4r/min
按机床选取n=140r/min，得切削速度v=
基本时间t:
其中=80mm, ==1×1.66+1=3.66mm/min, =1~4mm, 取=2mm。因此基本时间t为：

工序3：粗铣沟槽，上平面
工步1：粗铣沟槽。
背吃刀量的确定：双边背吃刀量为=16mm。
进给量的确定：按《切削用量简明手册》中表3.14中资料选择刀具为“直柄立铣刀”，d/z=16/3;铣刀每齿进给量为=0.04mm/z。
铣削速度=18mm/min。主轴转速为n=358r/min。
基本时间t: 按 《机械制造技术基础课程设计指导教程》中表5-43得： ， 式中=0.5d+(1~2)，=1~3mm，，
其中h为沟槽深度，为铣削轮廓的实际长度，为沟槽深度的背吃刀量。，取=2mm,i=34/17=2,

工步2: 铣上平面
由工序1可知，精加工余量为1mm,背吃刀量为3-1=2
进给量的确定：机床的功率按5~10Kw，按《切削用量简明手册》中表3.3选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。
铣削速度：参考《机械制造技术基础课程设计指导教程》得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/πd能够得到: n=1000×40/π×80=159.15r/min
由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,因此，实际的铣削速度为：V=nπd/1000=160×3.14×80/1000=40.19m/min
基本时间t据面铣刀铣平面不对称铣削的计算时间计算公式：

按《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-45切入和切出行程速度,
=×n=×z×n=0.2×10×160=320mm/min
t=(80+29)/320=0.34min20.7s。

第3章夹具的设计

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。

图2
3.1 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。
3.2 定位方案的设计
3.2.1 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。因此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。
3.2.2 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。
3.3 夹具体的设计
3.3.1 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。因此加工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。
3.3.2 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，因此不存在不重合误差和基准位移误差，基准重合△b=0，△j=0。
3.4 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。因此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，因此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，因此h=0.5×8mm=4mm。
3.5 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：，
----螺纹升角
----螺纹摩擦角
----螺母端面与工件之间摩擦系数
----螺杆中径
则所需夹紧力=298N
3.6 夹具操作的简要说明
此次设计的夹具夹紧原理为：经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。

结 论

在经过两周的设计之后，使我们了解到了有关机械制造技术基础的一些知识，切身地体会到了从毛坯到成品的一个工艺设计过程，从而对于本课程有一个较为清晰的轮廓印象。由于我们在这次的课程设计过程中所学有限，对这门课程只是有了一个初步的认识，因此请老师多多指正与批评。如果要想更好地掌握好这门技术，还需要我们进一步的学习与实践，在实际工作中不断地积累经验，这样我们才能更好的学好这门技术，更好地了解机械制造基础工业，从而为以后的工作打下坚实的基础。

致 谢

为期两周的课程设计转眼就过去了。在课程设计中，发现自己在理论与实践中有很多的不足，自己知识中存在着很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论到实践的能力还急需提高。
我非常感谢我的指导教师张福老师。两周来，我时刻体会着老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，不论天气有多么的炎热，都会在我们身边细心指导。每次去老师那里，老师都会在百忙之中给我们足够的时间去问问题，有时还会和我坐下来一起讨论设计的方案。整个过程，老师都倾注了大量的心血。正是在老师科学、严谨的指导下，我的课程设计才能顺利进行，这篇论文也才得以顺利完成。
这次课程设计虽然我完成的不是很成熟，可是经过老师的帮助和自己的努力完成课程设计还是让我有一种自豪感，这是我自己真的去思考，设计，查询资料得来的成果。在这次课程设计结束的时候，我感到有一种轻松感，不是因为课程设计不用再做了，而是因为我从这次课程设计中获得了知识，有所学、有所用。更加知道我们将来能做什么，会做什么，该做什么。让我们对行业有了了解，让我们对自己的未来有了规划。
感谢老师的细心指导！

参考文献

[1] 吴宗泽.罗圣国,机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社
[2] 李庆余.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社
[3] 张海华.机械制造装备设计指导书[M].沈阳：机械工程系
[4] 薛源顺.机床夹具图册[M].北京：机械工业出版社