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机械课程设计 机械拨叉夹具设计
业 ：机械设计制造及其自动化级 ：10机制5班 名 ： 号 ： 教 师 ：
2013 年 12月 21 日
山西大同大学课程设计说明书
目录
设计清单……………………………………………………………03 设计内容……………………………………………………………03 原始资料……………………………………………………………03 一、零件分析………………………………………………………04 （一）零件的作用…………………………………………………04 （二）零件的工艺分析……………………………………………04 二、工艺规程设计…………………………………………………05 （一）确定毛坯制造形式…………………………………………05 （二）基面的选择…………………………………………………05 （三）制定工艺路线………………………………………………06 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定……………08 三、确定切削用量及基本工时……………………………………10 四、夹具设计………………………………………………………15 （一）任务的提出…………………………………………………15 （二）定位方案及定位装置的设计计算…………………………15 （三）夹紧方案及装置的设计计算………………………………18 参考文献……………………………………………………………21
设计清单：
1、零件图 1张 2、零件毛坯图1张
3、机械加工工艺过程综合卡片1套 4、夹具设计1套 5、课程设计说明书1套
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凌金锋 拨叉831007夹具设计
设计内容：
（1）画零件图 （2）绘制毛坯图
（3）填写机械加工工艺过程综合卡片 （4）选择夹具设计方案
（5）绘制某一工序夹具草图及零件图 （6）编写课程设计说明书
原始资料：拨叉零件图831007，生产纲领为5000件/年。
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一、零件分析 (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，主要起换挡，使主轴回转运动按工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ22孔语操作机构相连，下方的φ55半孔则是用于所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力波动下方的齿轮变速。两件铸为一体，加工时分开。 （二）.零件的工艺分析
零件的材料为HT200，灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，和适合磨削，为此以下是拨叉需要加工表面以及加工表面之间的位置要求。
需要加工的表面：
1.小孔的上端面、大孔的上下端面；
2.小头孔φ22mm以及与此孔相通的φ8mm的锥孔、M8螺纹孔； 3.大头半圆孔φ55mm； 位置要求：
小头孔上端面与小头空中心线的垂直度误差为0.05mm，打孔的上下断面与小头孔的中心线的垂直度误差为0.07mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后依次作为粗基准，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加工工艺均可保证。 二、工艺规程设计
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（一）.确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200，考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件架构又比较简单，生产类型为大批生产，故选用铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级CT9级，一直此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，科确定该批拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程工序划分阶段：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。 （二）.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。基面的选择的正确与合理，可以是加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常经行。
1.粗基准的选择：一零件的底面位置要定位粗基准，以两个小头孔外援表面为辅助粗基准。这样可以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。
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，一粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱便面为辅助精基准。当设计基准河工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算，此处不再重复。
（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。在声场工龄一确认为大批生产的条件下，可以考虑采用万能行机床配以专用夹具，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。
1.工艺路线方案一
工序1. 粗铣φ40mm孔两头的端面. 工序2. 钻,铰φ22mm孔至图样尺寸.
工序3. 粗镗中间孔上端面至26mm,周径至φ71mm;粗镗中间孔下端面至22mm;
工序4. 精镗中间孔上端面至21mm,周径至φ73+0.5 0mm;精镗中间孔下端面至20-0.07 -0.21mm.
工序5. 粗镗,半精镗φ55mm孔至图样尺寸.
工序6. 钻φ8的锥销孔到一半,然后与轴配做钻通,在钻M8mm的螺纹孔,攻螺纹孔.
工序7. 精铣两头孔端面至50mm
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工序8. 铣断. 工序9.去毛刺 工序10.终检. 2工艺路线方案二
工序1.粗铣φ40mm孔两头的端面, 精铣φ40mm孔两头的端面至图样尺寸.
工序2.粗镗φ73mm孔的上下端面
工序3.粗镗,半精镗φ55mm孔至图样尺寸.
工序4. 精镗φ73mm孔的上下端面至图样尺寸. 工序5.钻、铰φ22mm孔至图样尺寸.
工序6.钻M8螺纹孔,钻φ8的锥销孔到一半,攻螺纹孔. 工序7.铣断保证图样尺寸. 工序8.去毛刺 工序9.终检.
3.工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于: 方案一在加工三个面时都是用φ22mm孔的中心轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要求，这样也体现了基准重合原则。方案二先加工完φ22mm的孔有垂直度要求的前面在加工孔.而方案一恰恰相反,先加工完φ22mm的孔,再以孔的中心轴线来定位,加工完与之有垂直度要求的三个方面.方案二的装夹次数少,但在加工φ22mm孔的时候,最多只能保证一个面定位面与之的垂直度要求.其他两个面很难保证。因此，此方案有很大的弊端。其他的工序尤为平常简单，不必具体讨论，这样比较得一下工艺方案：
工序1. 粗铣两头孔上端面至54.5mm 工序2. 粗铣两端孔下端面至51mm 工序3. 钻两头孔至20mm
工序4. 精铰两端孔至22+0.021 0mm 工序5. 精铣两端孔上端面至50mm.
工序6. 粗镗中间孔下端面至26mm，周径至71mm，粗镗中间孔上端面至22mm
工序7. 粗镗中间孔直径至53mm
工序8. 精镗中间孔下端面至21mm周径至73+0.5 0mm，精镗中间孔上端面至20-0.07 -0.21mm.
工序9. 精镗中间孔直径至55+0.4 0mm 工序10. 钻直径为φ8mm的锥销孔
工序11. 钻直径为φ6.8mm的螺纹底孔 工序12. 攻丝
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工序13. 铣断 工序14. 去毛刺 工序15. 终检
(四)．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，毛坯重量为１ｋｇ,生产类型为大批生产，采用砂型铸造毛坯。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.外圆表面（φ40mm及φ73mm外表面）
考虑到此表面为非加工表面，其精度为在为铸造ＣＴ９即可。又因为它们是对称的两个零件最后还在需铣断，故对φ40mm的轴线的尺寸偏差为120＋ －1.25的范围内。
2.两小孔φ220.21 0mm
毛坯为实心，两孔精度要求介于ＩＴ７～ＩＴ８之间，参照《切屑用量加工简明手册》确定工序尺寸及余量： 钻孔：φ20mm ２Ｚ＝20mm
铰孔；φ22+0.21 0mm ２Ｚ＝2mm
3.中间孔（φ55mm及φ73mm）
中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺手册和可知：孔的毛坯为φ49mm，φ73mm的孔是在φ55mm孔的基础上镗削加工得到，其轴向尺寸上下表面为33.5mm，由于对轴向尺寸要求不高，科直接铸造得到，参照《切屑用量加工简明手册》确定φ73mm工序尺寸及余量：
粗镗：φ71mm Z1=6 mm Z2=5mm 精镗：φ73mm Z=1mm
参照《切屑用量加工简明手册》确定φ55mm工序尺寸及余量： 粗镗：φ53mm 2Z=4mm 精镗：φ55mm Z=1mm 4.螺纹孔及锥销孔 两孔都为实体
参照《切屑用量加工简明手册》确定钻φ8mm圆柱销孔及φ8mm圆柱销孔及螺纹攻丝。
5.铣断 6.去毛刺 7.终检
三、确定切削用量及基本工时
工序1. 粗铣上端面至54.5mm
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(1)计算切削用量：
采用高速钢齿三面刃铣刀D=45mm，Z=4，f=0.14-0.24mm/r, v=0.45m/s=27m/min,（文献4表13-5，文献1表8-98、8-99）
则ns=1000v/πD=1000*27/45π=190 r/min (2)选X52K立式铣床,由其参数校验得 取n=190r/min （文献2表2.2.1、4.2-36） 所以实际铣削速度是v=π*45*190/1000=26.8 mm/min
fm =f*n*z=0.15*4*190=114 mm/min
查机床说明书，选用fm=100mm/min 基本时间tm=l+l1+l2/fm =0.45 min 其中l1=3mm l2=2mm
(3)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
工序2. 粗铣两端孔下端面到51mm
f=0.14-0.24mm/r , v=0.45m/s, D =45mm , Z=4（文献4表13-5，文献1表8-98、8-99）
选X52K立式铣床,则ns=1000v/πD=1000*27/45π=190r/min 取n=190r/min （文献2表2.2.1、4.2-36） 所以实际铣削速度是v=π*45*190/1000=26.8mm/min
fm =f*n*z=0.15*4*190=114mm/min
基本时间tm=L/fm =0.252 min 工序3. 钻两端孔至φ21.8mm
f=0.39-0.47mm/r , v=18m/min, D =21.8mm。由于本零件在加工孔时属于低刚度零件，故进给量系数应乘以0.75，则 f=（0.39-0.47）*0.75=0.29-0.35（mm/r）（文献1表8-72、8-73 文献2
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表3.1-6）
nw=1000v/πD=1000*18/21.8π=263 r/min
选Z535立式钻床,取n=275 r/min （文献2表4.2-14、4.2-15） 所以实际速度是v=π*21.8*275/1000=18.8 mm/min 基本时间t =l+l1+l2/fm =0.84 min tm=2t=1.68 min l1=8mm l2=0mm
工序4. 精铰两端孔至22+0.021 0mm
查机床说明书选取，f=0.57mm/r d=22mm ae=1mm （文献1表8.2.3.3文献2表3.1-17）
nw=1000v/πD=1000*5/(22π)=51.6 r/min
选Z535立式机床,取n=68r/min（文献2表4.2-14、4.2-15） 所以实际钻削速度是v=22π*68/1000=4.7mm/min t=(l+l1+l2)/(fn)=(50+8)/(0.57*68)=1.5min 工序5. 精铣两头孔上端面至50mm
f=0.1 mm/r, v=1m/s, D =45mm, Z=4（（文献4表13-5，文献1表8-98、8-99）
选X52K立式铣床,则nw=1000v/πD=1000*60/45π=424.6 r/min 取n=475 r/min（文献2表4.2-35、4.2-36）
所以实际铣削速度是v=（π*45*475）/1000=67.12mm/min
fm =f*n*z=0.1*4*475=190 mm/min
基本时间tm=L/fm =0.24 min 工序6.
(1) 粗铣中间孔上端面至23mm周径至φ71mm f=0.2 mm/r, v=1m/s, D =50mm , Z=10（文献4表13-5，文献1表8-98、8-99）
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则nw=1000v/πD=1000*60/80π=382.116 r/min (2)选X52K立式铣床,由其参数校验得 取n=375r/min （文献2表2.2.1、4.2-36） 所以实际铣削速度是v=π*80*235/1000=58.9 mm/min
fm =f*n*z=0.2*10*235=750 mm/min
基本时间t总=L/f=0.76min
(2) 粗铣中间孔下端面至22mm周径至φ71mm f=0.2 mm/r, v=1m/s, D =45mm , Z=4（文献4表13-5，文献1表8-98、8-99）
则nw=1000v/πD=1000*60/80π=382.116 r/min (2)选X52K立式铣床,由其参数校验得 取n=375r/min （文献2表2.2.1、4.2-36） 所以实际铣削速度是v=π*80*235/1000=58.9 mm/min
fm =f*n*z=0.2*10*235=750 mm/min
基本时间t总=L/f=0.76min 工序7.
(1) 精铣中间孔下端面至25mm周径至φ73+0.5 0mm
f=0.2 mm/r, v=1m/s, D =50mm , Z=10（文献4表13-5，文献1表8-98、8-99）
则nw=1000v/πD=1000*60/80π=382.116 r/min 选X52K立式铣床,由其参数校验得
取n=375r/min （文献2表2.2.1、4.2-36） 所以实际铣削速度是v=π*80*235/1000=58.9 mm/min
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fm =f*n*z=0.2*10*235=750 mm/min
基本时间t总=L/f=0.78min
(2) 精铣中间孔下端面至20-0.07 -0.21mm周径至φ73+0.5 0mm f=0.2 mm/r, v=1m/s, D =50mm , Z=10（文献4表13-5，文献1表8-98、8-99）
则nw=1000v/πD=1000*60/80π=382.116 r/min (2)选X52K立式铣床,由其参数校验得 取n=375r/min （文献2表2.2.1、4.2-36） 所以实际铣削速度是v=π*80*235/1000=58.9 mm/min
fm =f*n*z=0.2*10*235=750 mm/min
基本时间t总=L/f=0.78min
工序8. 粗镗中间孔中间段周径至φ53mm
f=0.5mm/r , v=100m/min（文献1 表8-87） nw=1000v/πD=1000*100/53π=600 r/min
选T740卧式镗床,由于T740主轴转速为无级变速，所以取n=600r/min（文献2表4.2-19、4.2-20）
所以实际速度是v =π*53*600/1000=99.9 mm/min 基本时间 t=l/(f*n)= 28/(0.5*400)=0.14 min 工序9. 精镗中间孔直径至55+0.4 0mm
ap=1mm, f=0.2 mm/r, v=100m/min, （文献1 表8-88） 则nw=1000v/πD=1000*60/(55π)=347.42 r/min
选T740卧式镗床,取n=347 r/min（文献2表4.2-19、4.2-20） 所以实际镗削速度是v=π*55*347/1000=60 mm/min
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t=(l+l1+l2)/(f*n)=0.40 min 工序10. 钻M8锥销孔
f=0.5mm/r v=0.1m/s （文献1表8-70、8-72） nw=1000v/πD =(1000*6)/(8π)=238 r/min
选Z535立式钻床,取n=195r/min（文献2表4.2-14、4.2-15） 所以实际钻削速度是v=π*8*195/1000=4.9 mm/min t=(l+l1+l2)/(f*n)=(40+3.5+1)/(0.5*195）=0.4min 工序11. 钻M8螺纹孔 刀具：φ7.5mm 麻花钻
f=1 mm/r v=0.1m/s（文献1表8-70、8-72） 则nw=1000v/πD=(1000*6)/(7.5π)=255 r/min
选Z535立式钻床,取n=195 r/min（文献2表4.2-14、4.2-15） 所以实际钻削速度是v=π*7.5*195/1000=4.6mm/min T=l/(f*n)=13.5/(0.3*195)=0.14 min 工序12. 攻丝
ap=0.6 f=1.25 mm/r v=6 m/min （文献3表1-172） 则nw=1000v/πD=(1000*6)/( 8π)=238.9 r/min
选Z535摇臂钻床,取n=195 r/min（文献2表4.2-14、4.2-15） 所以实际钻削速度是v=（π*8*195）/1000=4.9 mm/min T=l/(f*n)=14/(1.25*195)=0.057 min 工序13. 铣断
f=400 mm/z z=4个 v=0.1m/s（文献4表13-5、13-9） nw=1000v/πD=1000*0.1*60/(45π)=42.46 r/min
选X52K立式铣床,取n=30r/min（文献2表4.2-35、4.2-36） 所以实际钻削速度是v=45π*30/1000=4.23 mm/min
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t=(l+l1+l2)/(fn)=（73+2)/400=0.18 min 工序14. 去毛刺 工序15. 终检
四、 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。并设计工序1. 粗铣上端面。 （一） 任务的提出
本夹具主要用来铣削上端面，使之成为下一道工序的基准，由于是大批量生产，因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。
（二）定位方案及定位装置的设计计算
1. 定位方案及定位装置的设计计算 1）定位基准的选择
根据零件的结构特性，结合工件加工精度要求和便于装夹的原则等因素，工件采用1个平面2个V型块定位。1个平面限制3个自由度，固定的V型块限制2个自由度活动的V型块限制一个自由度。
2）定位元件及装置的设计： 定位元件采用一面两销定位机构
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（三）夹紧方案及装置的设计计算
1 夹紧方案的确定 由于是大批量生产，为提高生产效率及产量，本夹具采用气动夹紧，方便拆卸工件。
夹紧力大小的分析计算： 铣削力计算： 由文献4表3.73查得切削力公式
FCf0.950.801.100.950.81.11.1afDZ4901.0420.145445290N其中pZkfae1.1cf490,ae1.10mm,ap2mm,Z4,Kf1.04
在计算切削力时必须把安全系数考虑在内， 安全系数KK0K1K2K3K4K5K6 其中，K1为基本安全系数1.2； K2为加工性质系数为1.3； K3为刀具钝化系数为1.2； K4为断续切削系数为1.3。 K5 =1 所以，
K=2.4
计算得Q=1160N 得所需的夹紧力最小为1160N.
参考文献
1黄如林主编.切削加工简明实用手册.北京：化学工业出版社 2李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社 3李洪主编.机械加工技术手册.北京：北京出版社
4宁传华主编.机械制造技术课程设计指导.北京：北京理工大学出版社
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凌金锋 拨叉831007夹具设计
5孙丽媛主编.机械制造工艺及专用夹具.北京：冶金工业出版社
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