拨叉课程设计设计说明书

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1、 摘 要 此次设计任务是对拨叉1零件的加工工艺、夹具，该工件由于上端面和底槽均与花键孔中心有位置关系，因此在工序安排上，先加工花键孔，再通过花键孔定位加工底槽和上端面，最后攻螺纹孔，其中各种夹具均采用专用夹具，由于该零件的尺寸小，所需的夹紧力不大，因此都采用手动夹紧，它的机构设计简单、方便，且满足夹紧要求。关键词 拨叉1，加工工艺，定位，夹紧 1 引言夹具设计作为高等工科院校教学的基本训练科目，在课程设计中占极其重要的位置。夹具结构设计在加深对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥着极其重要的作用。本次所选拨叉1的工艺分析及夹具设计内容主要包括：拨叉1工艺路线的确定，夹具

2、方案的优选，装配图、零件图的绘制，设计说明书的编写等。夹具是工艺装备的主要组合部分，在机械制造中占有重要地位，夹具对保证产品质量，提高生产率，减轻劳动强度，缩短产品生产周期等都具有重要意义。随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，各企业迫切需要提高夹具设计的效率。刀具行业是一个比较特殊的行业，肩负着为制造业提供关键装备、数控刀具的重任，制造业的水平如何往往会受刀具行业整体水平的较大影响，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展，两者可以说是相互影响相互制约。随着制造业的持续发展，为制造业提供关键装备的刀具行业必将快速、稳步发展，根据制造业发展的需要

3、，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具必将成为时代的新宠，面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须在改进原有的刀具材料、研发新的刀具材料及寻找更合理的刀具结构方面多下功夫，以解决制造业面临的越来越多的加工难题。当前，切削技术快速发展，已经进入了现代切削技术新阶段，刀具材料、刀具结构均取得了全面的进步，加工效率也在成倍提高。同时，切削技术和刀具也成为制造业开发新产品和新工艺、应用新材料的基础工艺和建立创新体系的关键技术。2 拨叉1的分析2.1 拨叉1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。2

4、.2 拨叉1的工艺分析拨叉1是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。2.3 拨叉1的工艺要求一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要

5、考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。图1.1 拨叉1零件图其加工有五组加工：铣侧面；拉内花键孔；粗精铣上端面；粗精铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。（1） 侧面的加工主要是为了后续工序中能有更好的定位面，确保后续加工所要求的精度，粗糙度在6.3即可。（2） 以为主要加工面，拉内花键槽，槽数为6个，其粗糙度要求是底边，侧边，内孔粗糙度。（3） 另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度要求为。（4） 第三组为粗精铣18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边，槽底的表面粗糙度要求是。（5） 钻并攻丝2-M8，保证两螺纹孔中心距为25mm。2.4毛坯的选择拨叉1毛坯选择

6、铸件，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。工件尺寸较小单边余量一般在，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。生产类型为大批量生产。2.5 本章总结通过对拨叉1的工艺分析，为以后工序的设计安排，夹具的设计打下理论基础，在对拨叉1进行工艺分析时，要充分考虑工件的材料、形状尺寸，保证工件加工时的良好工艺性，通过对拨叉1的分析，确定毛坯为铸件，在后续设计中以此分析为前提，优化夹具方案。3 工艺规程设计3.1加工工艺过程由以上分析可知。该拨叉零件的主要加工表面是平面、内花键和槽系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证内花键的加工精度容易。因此，对于拨叉1来说，加工过程中的主要问题是保证内花键

7、的尺寸精度及位置精度，处理好内花键和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。由上工艺分析知，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，所以，保证内花键高精度是本次设计的重点、难点。3.2确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于设计拨叉1的加工工艺来说，应选择能够满足内花键加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。3.2.1选择加工方法时，

8、需考虑的因素（1） 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。（2） 根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。（3） 考虑被加工材料的性质。（4） 考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。（5） 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法。3.2.2 面的加工侧面的加工主要是为后续加工做准备，因此，在选择加工

9、方法上可以选用一次性铣面，表面粗糙度为6.3。上端面的查参考文献5表2.1-12可以确定，上端面的加工方案为：粗铣精铣（），粗糙度为6.30.8，一般不淬硬的平面，精铣的粗糙度可以较小。3.2.3 孔的加工（1） 加工内花键前的预制孔加工查参考文献5表2.3-47，由于预制孔的精度为H12，所以确定预制孔的加工方案为：一次钻孔，由于在拉削过程中才能保证预制孔表面精度，所以，在加工内花键前预制孔的精度可适当降低。（2） 内花键的加工通过拉刀实现花键的加工，由于拉削的精度高，所以能满足花键表面精度，同时也能保证预制孔表面精度。（3） 2-M8螺纹孔的加工加工方案定为：钻，攻丝。3.2.4 槽的加工

10、查参考文献5表2.1-12可以确定，槽的加工方案为：粗铣精铣（），粗糙度为6.30.8，设计要求为6.3和3.2，粗铣时，精度可适当降低。3.3 确定定位基准3.3.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位子符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：（1） 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如

11、：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉1在整个加工过程中

12、基本上都能用统一的基准定位。从拨叉1零件图分析可知，选择作为拨叉1加工粗基准。3.3.2 精基准选择的原则（1） 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。（2） 基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。（3） 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个

13、被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉1在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉1零件图分析可知，它的内花键槽，适于作精基准使用。选择精基准的原则时

14、，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。3.4 工艺路线的拟订对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。拨叉1的加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是：先加工预制孔，再加工花键槽，最后以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。3.4.1 加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：（1） 粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性

15、好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为IT11IT12。粗糙度为Ra=80100m。（2） 半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为IT9IT10。表面粗糙度为Ra=101.25m。（3） 精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采

16、用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为IT6IT7，表面粗糙度为Ra101.25m。（4） 光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5IT6,表面粗糙度为Ra1.250.32m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提

17、下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。3.4.2 加工工艺路线方案的确定在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订一个加工工艺路线方案，加工工艺过程表。见表3.1。表3.1加工工艺过程表工序号工 种工作内容说 明010铸造金属型浇铸铸件毛坯尺寸：长： 宽： 高：预制孔、底槽不铸出020热处理退火030铣

18、铣侧面专用铣夹具装夹；卧式铣床（X52K）040钻钻预制孔专用夹具装夹；轻型圆柱立式钻床050拉拉内花键专用夹具装夹；卧式拉床（L6120）060铣铣底槽18H11，深35mm专用夹具装夹；卧式铣床（）070铣粗、精铣上端面专用夹具装夹；卧式铣床（）080钻攻丝钻通孔6.7mm攻M8螺纹专用夹具装夹；摇臂钻床090去毛刺清洗100检验入库3.5 拨叉1的毛坯结构工艺的分析拨叉1其材料是HT200，采用的是金属型铸造，生产类型为大批量生产。3.5.1 毛坯的结构工艺要求（1） 拨叉1为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求： 铸件的壁厚应合适、均匀，不得有突然变化。 铸造圆角要适当，得有尖棱、尖角。

19、 铸件的结构要尽量简化。 加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。 铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。（2） 设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： 各加工面的几何形状应尽量简单。 工艺基准以设计基准相一致。 便于装夹、加工和检查。 结构要统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类形状及尺寸确定后，必要时可据此绘

20、出毛坯图。3.6 确定切削用量及基本时间工序1：铣侧面机床：卧式铣床刀具：根据参考文献4表10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为：，齿数为12齿。铣削深度：每齿进给量：查参考文献5表2.4-75，取。铣削速度：查参考文献4表11-94，得，取机床主轴转速： 查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： =82mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：工序2：钻预制孔机床：轻型圆柱立式钻床刀具：查参考文献4表10-175，选高速钢直柄麻花钻，钻预制孔到21.2mm，所以。进给量：根据参考文献5表2.4-38，取切削速度

21、：参照参考文献5表2.4-41，取机床主轴转速，有：，按照参考文献5表3.1-36，取所以实际切削速度：切削工时 被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取走刀次数为1机动时间： 工序4：粗、精铣18H11底槽机床：立式升降台铣床（）刀具：根据参考文献4表21-5选用高速钢镶齿三面刃铣刀。外径160mm，内径40mm，刀宽粗铣16mm，精铣18mm，齿数为24齿。（1） 粗铣16槽铣削深度：每齿进给量：查参考文献5表2.4-75，得，取。铣削速度：查参考文献8表30-33，得机床主轴转速：查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知

22、刀具切入长度： =81mm刀具切出长度：取走刀次数1次机动时间： （2） 精铣18槽 切削深度：根据参考文献5表查得：进给量,查参考文献5表2.4-82得切削速度，机床主轴转速：，查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知， 刀具切入长度： =81mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 本工序机动时间工序5：粗、精铣上端面机床：卧式铣床刀具：根据参考文献4表10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为：，齿数为12齿。（1） 粗铣上端面铣削深度：每齿进给量：查参考文献5表2.4-75，取。铣削速度：查参考文献4表11-94，得，取机

23、床主轴转速： 查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： =82mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： （2） 精铣上端面 切削深度：根据参考文献4表11-91查得：每齿进给量,取，根据参考文献4表11-94查得切削速度机床主轴转速：，按照参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： =81mm刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 本工序机动时间工序6：钻孔并攻丝机床：摇臂钻床刀具：根据参照参考文献5表4.3-9硬质合金锥柄麻花钻头。（1） 钻孔mm

24、钻孔前铸件为实心，根据上文所的加工余量先钻孔到再攻丝，所以。钻削深度：进给量：根据参考文献5表2.4-38，取切削速度：参照参考文献5表2.4-41，取机床主轴转速，有：，按照参考文献5表3.1-31取所以实际切削速度：被切削层长度：刀具切入长度： 刀具切出长度： 取走刀次数为1，钻孔数为2个机动时间： （2） 攻2-M8螺纹通孔刀具：钒钢机动丝锥 进给量：查参考文献5表1.8-1得所加工螺纹孔螺距,因此进给量切削速度：参照参考文献5表2.4-105，取机床主轴转速：，取丝锥回转转速：取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：，加工数为2机动时间：本工序机动时间：。3.7 本

25、章总结 本章确定了零件的工艺路线，以及设计夹具前的定位基准选择，为后续的专用夹具设计做好准备，根据毛坯尺寸及设计要求确定各个加工方案，再由各个加工方案选择机床类型、刀具类型、切削用量以及机械加工时间并编入工艺文件中。4 专用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。在加工拨叉1零件时，需要设计专用夹具。4.1 钻、攻2M8螺纹孔夹具设计4.1.1 研究原始质料利用本夹具主要用来钻两个6.7mm孔并攻M8螺纹。加工时应保证螺纹孔与侧面的位置距离及螺纹孔中心线与锥孔中心线距离。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。4.1.2 定位基准的

26、选择由零件图可知：两螺纹孔与侧面有位置要求，在对螺纹孔进行加工前，花键孔已进行了拉削加工。因此，选底侧面定位，花键内圆孔定心限制了除在X轴的旋转自由度以外的所有自由度，为了限制X轴的旋转自由度，可在工件边装一挡销，从而来满足螺纹孔与端面的位置要求。4.1.3 夹具方案的设计选择方案一：利用移动弯压板夹紧。方案二：采用夹紧定位一体，即在定位心轴上加工一段螺栓，利用螺栓、螺母夹紧。方案三：采用两短圆锥销装夹在花键孔两端，两短圆锥销利用气压夹紧并定位。根据任务书要求，两螺纹孔分布在零件两端，利用心轴上加工螺栓来夹紧，其夹紧刚度比较低，且夹紧、定位在一起相互有一定影响。方案三中，夹紧力比较理想，但夹具

27、装备比较复杂，成本也高，因此选用方案一采用移动弯压板夹紧，夹紧、定位分开，且夹具装备简单。压板形状见图4.2。 图4.2 钻孔用移动弯压板4.1.4 切削力及夹紧力的计算由参考文献10查表可得：切削力公式： 式中 查表得： 即：实际所需夹紧力：由参考文献10表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献10表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，螺旋夹紧时产生的夹紧力，有：式中参数由参考文献10可查得： 其中： 由参考文献10表得：原动力计算公式：由上述计算易得： 因此采用该夹紧

28、机构工作是可靠的。4.1.5 夹具设计及操作的简要说明本夹具用于在钻床上加工拨叉1上端面的两螺纹孔。工件以侧面和花键内孔为定位基准，在挡销和定位块上实现完全定位。采用手动螺旋移动弯压板机构夹紧工件。该夹紧机构操作简单、夹紧可靠。4.2 本章总结 本章通过前边设计的内容，针对此次任务，对钻螺纹孔进行了专用夹具设计，在夹具设计时应充分考虑零件的良好可加工性，夹具结构力求简单、可靠，保证工人劳动强度小，夹具结构的经济性也是设计中重点考虑的问题。 5 结 论课程设计是大三的一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过本次设计，对拨叉1的加工工艺及其夹具设计分析，对工艺和夹具、刀具设计有了进一步认识，从书

29、上的理论知识转换到实际运用，是一个漫长而艰苦的过程，在设计过程中遇到了很多自己不能独立解决的问题，在李老师的指导下，问题得以一一解决。在本次设计中，对零件的工艺分析是整个设计的前提，一个好的工艺规程应考虑加工工艺装备等，如工序的合理性、工人的劳动强度等。设计夹具时综合分析夹具发展现状，即高精、高效、经济。参 考 文 献1 李旦，邵东向，王杰机床专用夹具图册M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2005.2 李大磊，王栋机械制造工艺学M，北京：机械工业出版社，2014.3 陈宏钧实用金属切削手册M，北京：机械工业出版社，2005.4 陈宏钧实用机械加工工艺手册M，北京：机械工业出版社，2003. 5 李洪机械加工工艺手册M，北京：机械工业出版社，1990.6 李庆余，张佳机械制造装备设计 M，北京：机械工业出版社，2003.7 强毅设计图实用标准手册M，北京：科学出版社，2000.8 杨叔子机械加工工艺师手册M，北京：机械工业出版社，2001.10 王光斗，王春福机床夹具设计手册M，上海科学技术出版社，2000.