设计描述：

文档包括:
Word版说明书一份，共10页，约7000字

CAD版本图纸，共5张
工序卡一套
过程卡一套

机械制造工艺学课程设计任务书
名  称 831003“拨叉”零件加工工艺规程编制及“第七工序加工槽18H11”的铣床夹具设计

1、课程设计基本要求：按指定零件，生产纲领为成批生产，采用通用机床加工。编制该零件的加工工艺规程，保证零件的加工精度及生产率。设计某道工序的专用夹具，要求该夹具定位正确，夹紧可靠，结构合理，操作方便。绘图符合国家标准。
2、主要设计内容：绘制指定零件的零件图、毛坯图、夹具体零件图各一张。该零件的加工工艺过程综合卡一张，工序卡若干张，第七道工序的夹具装配图一张（A2），设计说明书一份。

1、任务安排及课程设计介绍                     0.5天
2、阅读课程设计指导书,熟悉指定零件图及技术要求 0.5天
3、绘制指定零件的零件图及毛坯图                 1天
4、工艺规程设计及工序卡编制                     2天
5、夹具总装配图                               4天
6、编写说明书                                 2天

1 王先逵. 机械制造工艺学. 北京：机械工业出版社 ，1991
2 张耀宸  机械加工工艺设计手册. 北京：航空工业出版社 ，1987
3 艾兴 肖诗纲  切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，2000
4 王光斗 王春福机床夹具设计手册.上海：上海科学技术出版社，2000

序    言
 
通过所学的专业课知识（《互换性》、《工程材料》、《机械原理》、《机械设计》、《加工工艺》、《机械制造工艺学》等）和金工与洛阳一拖实习使我们对机械设计制造有了一定的感性和理性认识。这次机床工艺及夹具设计让我们对所学的专业课得以复习、巩固和应用，是理论和实践相结合的有效手段。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础。我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。
在设计中阅读大量的参考资料并且得到老师的指导，由于能力有限，在设计中难免有不足之处，恳请各位老师、同学批评指正。
。
一、零件的分析

（一）零件的作用
     题目给定的零件是CA6140拨叉，它位于车床变速机构中，主要其换挡作用。通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不同的齿轮啮合从而达到要求的主轴转速，获得所需的速度和扭矩的作用。宽度为30mm的面的尺寸精度要求很高，在拨叉工作工程中，和如果拨叉和槽的配合尺寸精度不高或者它们之间的空隙很大时。滑移齿轮就达不到很高的定位精度，这样滑移齿轮就不能很好的与其他齿轮进行正确有效的啮合。从而影响整个传动系统的工作。所以拨叉宽度为30mm的面和槽之间要达到很高的配合精度。
（二）零件的工艺分析
   CA6140拨叉共有两组加工表面：
       1、这一组加工表面包括:A端面和轴线与A端面相垂直的花键底孔
       2、这一组加工表面包括: 六个方齿花键孔，及Φ25mm花键底孔两端的
2×75°倒角。
由以上分析可知，对于两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。
二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
本设计的拨叉材料为HT200，零件为中批生产，零件为小件，依照《机械设计加工工艺手册》表3-3，采用机械沙箱铸造，铸造斜度1 o ～1.5 o。该零件能够承受较大载荷和冲击载荷，能够满足使用要求。因为零件形状简单，故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，可不铸出，以提高生产率。
                                                       
（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：因为要保证花键的中心线垂直于拨动滑移齿轮的右端面。所以以Φ40的外圆表面为粗基准。
2、精基准的选择：为了保证定位基准和加工工艺基准重合，所以选择零件的左端面为精基准。
（三）制订工艺路线
1.工艺路线方案一：
工序一：铸造毛坯
工序二：粗、半精铣左端面C面
工序三：钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×75°倒角
工序四：拉花键Φ25H7
工序五：粗、半精铣底面D面
工序六：钻锥孔配作、螺纹孔
工序七：粗、半精铣槽18H11
工序八：去毛刺
工序九：检查

2.工艺路线方案二：
工序一：铸造毛坯
工序二：粗、半精铣左端面C面
工序三：拉花键Φ25H7
工序四：粗铣底面D面及18H11槽
工序五：半精铣底面D面及18H11槽
工序六：钻锥孔配作、螺纹孔
工序七：去毛刺
工序八：钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×75°倒角
工序九：检查

3.工艺方案的比较与分析
比较两种工序加工方案，考虑到加工过程中粗精铣同一面可用同一夹具和刀具，为了减少换夹具及刀具的时间，缩短加工工时提高加工效率，故采用第一种加工方案。
（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
      CA6140拨叉，材料为HT200，毛坯质量为0.84kg，查得：δb=220MPa，HBS=157。生产类型为中批生产，采用机械沙箱铸造出毛坯，两个M8通孔和Φ5锥孔较小铸成实心，C、Ｄ面单侧加工（零件图标出C、Ｄ面）。
      根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。
      根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。
1.   D面（80mm×30mm）
     D面为单侧加工，加工面基本尺寸为72mm，为了简化铸件的形状，取R＝75mm。D面单边总加工余量为Z=3mm，根据《机械加工工艺设计手册》表8-27和表8-29，D面精加工余量取Z=1mm，D面粗加工余量取Z=2mm，已能满足要求。
2.   C面（75mm×40mm）
     C面为单侧加工，加工面基本尺寸为80mm，按照《机械加工工艺设计手册》表8-27，粗加工余量Z=1.5mm，由表8-29，半精铣C表面加工余量Z=1mm，故毛坯尺寸为80+1.5+1=82.5mm
3.    花键孔（Φ25H7）
花键孔要求以花键外径定心，故采用拉削加工。内孔尺寸为Φ22H12 。由《机械加工工艺设计手册》表8-16，确定孔的加工余量分配：
钻孔：Φ20mm
扩孔：Φ22mm
拉花键孔：(6-Φ25H7×Φ22H12×6H9)
4. 铣18H11槽
由《机械加工工艺设计手册》表8-29,查得粗铣后半精铣宽度余量Z＝3mm，粗铣后公差为+0.18～+0.27，半精铣后公差为+0.11（IT11）

由于毛坯及以后各道工序的加工都有公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。
毛坯名义尺寸37.5，        75，          82.5
毛坯最大尺寸38.2（+0.7）， 75.7（+0.7）， 83.2（+0.7）
毛坯最大尺寸36.8（-0.7）， 74.3（-0.7）， 81.8（-0.7）
（五）确定切削用量
工序一：铸造毛坯
因为零件为小件而且是中批生产，质量<100Kg, 依照《机械设计加工工艺手册》表3-3，采用机械沙箱铸造，铸造斜度1 o～1.5 o。

工序二：粗、半精铣左端面C面75×40
一、粗铣面75×40面
1、 背吃刀量的确定
因为切削余量较小故一次切削就可切除所有余量故ap=z=1.5mm。
2、 进给量的确定。
选用硬质合金端铣刀，刀具材料为YG6，铣刀直径为80mm，齿数为10，选用X5032，立式升降台铣床，功率为7.5KW。由《实用机械加工工艺手册》表11－92可查得每齿进给量fz＝0.14～0.24mm取fz＝0.2mm/z
3、 铣削速度的确定。
由《实用机械加工工艺手册》表11-94，可查得灰铸铁的硬度为150～225HBS，查得切削速度Vc=60～110m/min。则主轴转速为n=1000Vc/π×D=1000×（60～110）/π×80=（238.7～437.7）r/min 。每分钟进给速度fm= fz×Z×n=0.2×10×（238.7～437.7）=（477.4～875.4）r/mm。故取n=300r/min ，fm=600mm/min。
4、校验机床功率
根据《切削用量简明手册》表3.24，近似查得Pcc=2.3，根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5>Pcc，故校验合格。最终确定ap=1.5mm，n=300r/min ，fm =600mm/min，Vc=75 m/min，fz＝0.2mm/z
二、半精铣75×40面
1、 背吃刀量的确定
由《实用机械加工工艺手册》表6-30，查得半精铣的铣削用量为1mm ，即ap＝1mm。
2、 进给量的确定
选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由《实用机械加工工艺手册》表11-92，要求表面粗糙度为3.2，查得每转进给量为0.5～1.0 mm/r，故取0.5mm/r
3、 铣削速度的确定
由《实用机械加工工艺手册》查得铣削速度为60～110m/min则机床主轴转速n=1000×Vc/π×D=238.7～437.7r/mim取n＝300r/min，则每分钟进给速度fm = fz×Z×n=0.5×10×300=1500mm/min。
4、校验机床功率
根据《切削用量简明手册》表3.24，近似查得Pcc=1.3，根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5>Pcc，故校验合格。最终确定ap=1mm，n=300r/min ，fm=1500mm/min，Vc=75 m/min

工序三  钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×75°倒角
一、钻Φ20的孔。
1、 决定进给量
由《切削用量简明手册》表2.7，选择高速钢麻花钻头其直径do＝20mm。铸铁的硬度大于200HBS，查得进给量f=0.43～0.53mm/r
由《切削用量简明手册》表2.8可查得钻头强度允许的进给量为f＝1.75mm/r。
由《切削用量简明手册》表2.9可知机床进给机构强度所允许的钻削进给量。选用Z525钻床由表2.35查得进给机构允许的最大抗力Fmax＝8830N，do≤20.5，查f＝0.93mm/s，故取f＝0.48由《切削用量简明手册》表2.19查得高速钢钻头钻孔的轴向力F＝7330N小于Fmax，故可用。
2、 由《切削用量简明手册》表2.14和2.15查得Vc =14m/min
3、 确定切削速度
    n=1000×Vc/π×do=1000×14/3.14×20＝222.8r/min
   由《切削用量简明手册》表2.35取n＝272r/min
则实际切削速度Vc＝272×20×3.14/1000＝17.1 m/min。
4、检验机床扭矩及功率
   由《切削用量简明手册》表2.20，可查得f<=0.5 mm/r时，砖头扭矩Mc＝
76.81Nm。当nc＝272r/min时，由《切削用量简明手册》表2.35，可查得主轴能传递的扭矩Mm＝144.2Nm。
   由《切削用量简明手册》表2.23查得Pc＝1.1 kw。由表2.35，
Pe＝PE×(效率)=2.8×0.81＝2.27 kw。
   因为Mc<=Mm，Pc<=Pe，故所选切削用量可用。
   f＝0.48mm/r ，n＝nc＝272r/min。Vc＝17.1m/min。
二、扩Φ22孔。
1、确定背吃刀量
由《切削用量简明手册》查得背吃刀量为ap=2mm。
2、确定进给量
由《切削用量简明手册》表2.10，查的进给量f＝0.6～0.7mm/r，并根据机床规格选，f＝0.62mm/r
3、 计算切削速度
扩孔钻扩孔时的切削速度，根据其他有关资料，确定为，V=0.4 V钻，其中
V钻 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。故
V=0.4×17.1=6.84 m/min
    由此可知主轴的的转速为：n=1000×6.84/3.14×20=108.9 r/min
    根据机床说明书取n＝140r/min，则实际切削速度
v＝140×3.14×20 /1000=8.8 m/min
三、 锪2×75°倒角
采用1500锪钻。
为缩短辅助助间，取倒角的主轴转速与扩孔时相同：
n=140 r/min  
手动进给。

工序四  拉花键孔
1.确定单面齿升
由《机械加工工艺设计手册》表9-55拉削的进给量，查得矩形花键拉刀，工件材料铸铁的单面齿升为0.04～0.10mm，取单面齿升为0.06mm。
2. 确定拉削速度
拉削级别由《机械加工工艺设计手册》表9-56查得灰铸铁，硬度> 180HB，级别为Ⅱ ，拉削速度由《机械加工工艺设计手册》表9-57，查得表面粗糙度要切Ra＝1.6，拉削速度为 级的花键拉削速度为
   Vc＝0.05～0.08m/s，即Vc＝3～4.8 m/min 取Vc＝3 m/min

工序五  粗、半精铣80×30面
 一、粗铣80×30面
1、加工余量的确定
     由前面可知粗加工加工余量为2 mm，加工余量较小故采用一次切削故
ap＝2 mm。
  2、切削用量的确定
     由《机械加工工艺设计手册》表11-31，选择高速钢立铣刀，铣刀直径为
16 mm，齿数为3。
     由《机械加工工艺设计手册》表9-70，查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为aw＝do/4，铣刀的铣削速度为v＝0.32m/s即19.2m/min，每齿进给量为0.05～0.08mm/z
则主轴转速为
     n=1000×Vc/π×d=1000×19.2/π×16=382r/min
     按机床取n＝460r/min，由此可得
工作台每分钟进给量fm＝fz×Z×n =0.08×3×460＝110.4mm/min
二、 半精铣 80×30面
1、加工背吃刀量ap的确定
由前面可知道精铣的加工余量为1 mm，故ap＝1 mm
 2、 进给量的确定
选用与粗铣时同一铣刀和机床。
铣削宽度为aw＝3 mm时的每齿进给量为0.05～0.08 mm/z，因为表精度要求较高，故取fz＝0.05mm/z
 3、切削用量的确定
由《机械加工工艺设计手册》表9-70，查得铣刀的铣削速度为v＝0.32m/s即19.2m/min，则铣床的主轴转速：
    n=1000×Vc/π×d=1000×19.2/π×16=382r/min
按机床取n＝460 r/min。
 则工作台每分钟进给量fm＝fz×Z×n＝0.05×3×460=69 mm/min

工序六  钻两M8底孔及攻螺纹、钻Φ5锥孔配作
一、钻M8螺纹底孔
   1、选择切削用量
      选择高速钢直柄麻花钻直径为Φ7，钻头形状为双锥修磨横刃。由《切削用量简明手册》表2.7查得进给量f＝0.36～0.44mm/r，由《切削用量简明手册》表2.83和钻头允许的进给量确定进给量f＝0.86mm/r。由《切削用量简明手册》表2.9机床进给机构所允许的钻削进给量查得f＝1.6mm/r。故由Z525型立式钻创说明书取f＝0.40mm/r。
2、 确定切削速度
由《切削用量简明手册》表2.15，查得切削速度为V＝18m/min。则主轴转速 为  n＝1000×Vc/π×d=1000×/π×7＝818.5 r/min。
由Z525钻床说明书由就近原则取n＝680 r/min。故实际切削速度为
v＝n×π×d/1000 =680×π×/1000=14.9 m/min
二、攻M8螺纹
      由《机械设计加工工艺手册》表11-30，选用M8细柄机用丝锥，在普通钻床上攻丝。
      由《机械设计加工工艺手册》表9-33，在普通钻床上攻丝切削速度表查得Vc＝11～12 m/min。故钻床主轴的转速为：
      n＝1000×Vc/π×d=1000×11～12 /π×8=437.7～477.5r/min
      由Z525的说明书的参数可取n＝392 r/min。故实际切削速度为
       Vc＝n×π×d/1000 =392×π×8/1000=9.8 mm/min
三、钻Φ5的锥孔
       由《切削用量简明手册》查得，f=0.20mm/r，
由《切削用量简明手册》查得，v=22m/min
n＝1000×Vc/π×d=1000×22/π×5=1400.6 r/min
由Z525的说明书的参数，可取n＝1360 r/min。故实际切削速度为
       Vc＝n×π×d/1000 =1360×π×5/1000=21.4mm/min

工序七  粗、半精铣18H11的槽
一、粗铣18H11槽
1、选择与加工80×30平面同一规格的铣刀，同一铣床。
    因为槽深为35 mm 故铣18H11槽时底边留有5 mm的加工余量，精铣以达到图纸所规定的表面粗糙度的要求故ap＝30 mm
2、切削用量的确定
由《机械加工工艺设计手册》表9-70，查得加工材料为灰铸铁，铣刀的铣削速度为 v＝0.32m/s，即19.2m/min，每齿进给量为0.05～0.08mm/z，取fz＝0.08 mm/z
则铣床主轴转速为n＝1000×Vc/π×d=1000×19.2/π×16=382 r/min
根据机床说明书可取n＝460 r/min。则实际转速为
    fm＝fz×Z×n =0.08×460×3
               ＝110.4 mm/min
二、半精铣18H11槽
 1、选取与粗铣18H11槽同一规格的铣刀，背吃刀量ap＝5 mm。
 2、确定进给量
由《机械加工工艺设计手册》表9-69，查得每齿进给量为
fz＝0.05～0.08 mm/z取fz＝0.06 mm/z。
 3、切削用量的确定
由《机械加工工艺设计手册》表9-70，查得V＝21 m/min，则主轴转速
    n＝1000×Vc/π×d=1000×21/π×16=417.8r/min
根据机床的说明书确定主轴转速为n＝460 r/min。
则fm＝fz×Z×n =0.06×460×3=82.8 mm/min

最后，将以上各工序切削用量的计算结果，连同其他加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见附表1。

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。经分析，决定设计第七道工序，铣18H11槽的铣床专用夹具。
（一） 问题的提出
本夹具用来铣18H11槽，该槽相对于花键孔中心有一定的垂直度要求。因此在本道工序加工时，在考虑零件的技术要求的前提下，降低劳动强度提高劳动生产率，精度不是主要问题。
（二） 夹具设计
1、定位基准的选择
   由零件图可知，18H11槽的两边相对于花键孔中心线有垂直度要求，其设计基准是花键孔中心线，为了使定位误差为零，故选择以花键孔中心线为主要定位基准，所以由定位其准不重合引起的误差为零。   
2、铣削力及夹紧力的计算   
夹具的定位采用大端面短销定位，短销采用短花键销，实现六点定位。根据零件的定位方案、加工方法、生产率要求，运用手动夹紧可以满足。采用螺旋夹紧机构，这种夹紧结构简单，扩力比大，自锁性能好，行程不受限制，只是夹紧动作慢，通过手柄的旋转使工件夹紧，有效提高了工作效率。
通过《实用金属切削加工工艺手册》表3-16，查得加工材料影响系数CF，因为材料为铸铁，CF =30.
铣削力 Fc=CF×ap0.86×fz0.74×B×Z/D0.86
CF ----加工材料的影响系数
ap ----吃刀量
fz ----每齿进给量
B -----铣削宽度
Z -----铣刀齿数
D -----铣刀直径
Fc=30×300.86×0.080.74×18×3/160.86=4205.414N
通过《金属机械加工工艺人员手册》表9-27，选取的夹紧机构的螺栓直径为M12，手柄长140mm，夹紧力为5700N
3.对刀装置   
采用直角对刀块对刀，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）
4.夹具与机床连接元件   
夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。
5.使用说明   
安装工件时，先将工件花键孔装入定位花键轴，旋转手柄，夹紧工件。
6. 结构特点   
该夹具结构简单，操作方便，容易铸成，加工定位方便。

参考文献：

《互换性与技术测量》   韩进宏   机械工业出版社
《机械制造工艺学》     王先逵   机械工业出版社
《机械加工工艺设计手册》 张耀宸 航空工业出版社
《机械设计加工工艺手册》》 董杰  上海交通大学出版社
《实用机械加工工艺手册》 陈宏钧  机械工业出版社
《切削用量简明手册》 艾兴 肖诗纲 机械工业出版社
《金属机械加工工艺人员手册》 赵如福 上海科学技术出版社
《机床夹具设计》 王启平  哈尔滨工业大学出版社
《实用金属切削加工工艺手册》  陈家芳 上海科学技术出版社
《机床夹具设计手册》 王光斗 王春福  上海科学技术出版社
《机床夹具图册》孟宪栋 刘彤安 机械工业出版社