1、 2010年 11 月 12日目 录序言 1一 零件的分析 11.1零件的作用11.2零件工艺分析2二 工艺规程设计22.1确定生产类型22.2确定毛坯制造形式22.3 基面选择22.3.1 粗基准选择 32.3.2 精基准选择42.4 加工阶段划分52.5 工序的集中和分散62.6 加工原则6三 制定工艺路线63.1 加工方案分析73.2 工艺路线的确定8四 确定机床及夹具10五 机械加工余量尺寸及公差11六 夹具设计156.1机床夹具的功用156.2问题的提出156.3夹具设计16七 设计总结19八 参考文献20序言机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专
2、业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习。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，并且为后续课程的学习大好基础。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一、零件的分析 （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。零件上方
3、的 22孔与操纵机构相连，二下方的 55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。（二） 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小头孔以及与此孔相通的的锥孔、螺纹孔 2大头半圆孔 55 3小头孔端面、大头半圆孔上下 73端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。 由上面分析可知，可以粗加小头孔端面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，
4、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。 二 工艺规程设计 一 确定生产类型 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。 二，确定毛坯的制造形式 确定毛坯种类：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，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。查机械制造工艺及设备设计指导手册324页表15-5（后称指导手册 ）选用铸件尺寸公差等级 CT9级。 三，基面的
5、选择 定位基准是影响拨叉零件加工精度的关键因素。基准选择得合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工过程中将问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 （一）粗基准的选择在选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够多的余量，及保证不加工表面与加工表面间的尺寸，位置符合零件图样设计要求，粗基准的选择原则：（1）重要表面余量均匀原则 必须首先保证工件重要表面具有较小的加工余量，应选择该表面为粗基准表面间的相互位置要求原则 必须保工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，应以不加工表面作为粗基准，如果在工件上有很多不加工表面，应以其中与不加工表面相互位置要求
6、较高的不加工表面作为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等（2）定位可靠性原则 作为粗基准的表面，应选用比较可靠，平整光洁的的表面，以便定位准确，夹紧可靠。在铸件上不应该选择有浇冒口的表面，分型面，有毛刺或夹砂的表面作为粗基准；在锻件上不应该伴有飞边的表面作为粗基准，若工件上没有合适的表面作为粗基准，可以先铸出或焊上几个凸台，以后再去掉（3）不重复使用原则 粗基准的定位精度低，在同一尺寸方向上只允许使用一次，不能重复使用。对于一般类的叉杆类零件而言，以孔和端面作为粗基准，是完全合理的。对于本零件而言，尽可能选择不加工便面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与不加工表面要求要求相对位置精度较
7、高的不加工表面为粗基准，以求壁厚均匀外形对称等。根据这个基准选择原则，现选取 22孔的不加工外轮廓作为粗基准，利用俩个 V 型块支撑 22俩个外轮廓表面作为粗基准的定位面，限制5个自由度在利用一个销钉限制一个自由度达到完全定位然后进行铣削。对于拨叉零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与不加工表面为粗基准，根据这个基准选择原则，现选取拨叉俩个 22孔德下端面为粗基准，利用俩个 22的外轮廓作为主要定位面，再以一个销钉限制最后一个自由度，达到完全定位。（二）精基准的选择精基准的选择原则主要考虑如何减少误差，保证加工精度和安装方便以及以及设计基准和工序基准重
8、合问题。当二者不重合时，应该进行换算。（1）基准重合原则 应尽可能选择零件的设计基准作为定位基准，以避免产生基准不重合原则。（2）基准统一原则 应尽可能选用精基准定位加工各表面，以保证各表面之间的位置精度。采用统一基准的好处在于：可以在一次安装中加工几个表面，减少安装次数和安装误差，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度；有关工序所采用的夹具结构比较统一，简化夹具的设计与制造，缩短生产准备时间，便于采用高效率的专用设备，大幅度的提高生产率。（3）自为基准原则 有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择加工表面为精基准。（4）互为基准反复加工原则 有些相互位置精度要求较高的表面，可以采
9、用互为基准反复加工的原则来保证（5）定位可靠性原则 精基准应凭整光洁，具有相应的精度，确保定位简单准确，便于安装，夹紧可靠。（6）如果工件上没有能作为精基准选用的恰当表面，可以在工件专门加工出定位基面，这种精基准成为辅助基准，辅助基准在零件的的工作中不起任何作用它仅仅是为加工的需要而设计的。考虑保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准统一和基准重合”原则,以粗加工底面为定位粗基准 四，加工阶段的划分该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。五，工序的集中和分散本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为成批生产，可以采用万能型机床配以专用工
10、、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。六， 加工原则:1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准 拨叉下端面2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。3）遵循“先主后次”原则. 4）遵循“先面后孔”原则.三，制定工艺路线 制定工艺路线得出发点,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,在生产纲领已确定的情况下, 可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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
11、降。工艺路线方案一: 工序1 铣 40上平面，保证表面粗糙度3.2 工序2 钻绞孔 22，保证表面粗糙度1.6 工序3 粗镗 半精镗孔 55，保证表面粗糙度3.2 工序4 铣 55上端面，保证表面粗糙度3.2 工序5 55下端面，保证表面粗糙度3.2 工序6 锥孔 8及 M8底孔 螺纹 M8 精绞锥孔 8，保证表面粗 糙度1.6 工序7 切断工序8毛刺 清洗工序9终验入库工艺路线方案二: 工序1 铣 40上平面，保证表面粗糙度 3.2 工序2 粗镗 半精镗孔55，保证表面粗糙度3.2 工序3 钻绞两孔 22，保证表面粗糙度 1.6 工序4 铣 55上端面，保证表面粗糙度3.2 工序5 铣 55
12、下端面，保证表面粗糙度 3.2 工序6 钻锥孔 8及M8底孔，攻丝，精绞锥孔 8，保证表面粗糙度1.6 工序7 切断 工序8毛刺 清洗工序9检验入库工艺路线方案三工序1 铸造毛坯， 55孔以铸出工序2 粗铣 40上端面（以 40下端面为粗基准）工序3 半精铣，精铣 40上端面工序4 钻两孔 22（孔采用钻 粗铰，粗铰就能达到要求）工序5加工 55孔， （采用：钻 扩 铰 就能达到要求）工序6 采用一面两孔制，以上端面定位，铣 73下端面工序7以 55下端面为基准加工 73上端面工序8 加工 8锥销孔工序9 加工 M8的螺纹孔，先打底孔 6工序10攻螺纹 M8工序11粗铰，精铰两孔 22工序12
13、切断工序13去毛刺 清洗工序14检验入库工艺方案比较分析 上述两方案: 方案一：是先加工内孔 22, 再以 22孔为基准加工 55内孔,而方案二：先镗孔 55,以底面及 22外圆面为基准，再以 55内孔及上平面加工 22孔。方案三，按原理应先加工 55孔，因为 55孔的中心线为设计基准，那样加工不易于夹具夹紧，给加工带来麻烦，生产效率低，方案三加工路线同样可以满足要求。故方案三较为合理。最终方案路线工序1 铸造毛坯， 55孔以铸出工序2 粗铣 40上端面（以 40下端面为粗基准）工序3 半精铣，精铣 40上端面工序4 钻两孔 22（孔采用钻 粗铰，粗铰就能达到要求）工序5加工 55孔， （采用
14、：钻 扩 铰 就能达到要求）工序6 采用一面两孔制，以上端面定位，铣 73下端面工序7以 55下端面为基准加工 73上端面工序8 加工 8锥销孔工序9 加工 M8的螺纹孔，先打底孔 6工序10攻螺纹 M8工序11粗铰，精铰两孔 22工序12切断工序13去毛刺 清洗工序14检验入库四 确定机床及夹具（一） 机床的选择：工序2，3，6 ，7采用 X6140卧式铣床。工序4，5，8 ，9，10，11采用摇臂钻床工序12铣断机床（二 ）选择夹具：该拨叉的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。（三）选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀
15、。（四）选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。（五）其他：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。五 机械加工余量，工序尺寸及公差（一）保证设计尺寸在工序6 -工序9应进行尺寸链换算 .（1）确定自由公差等级（查机械制造工艺设计简明手册P27页 表1.4 24）（2）确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图列竖式：计算工序尺寸 A：增环： 50 0 -0.1 减环： -25 0.084 0 -20 0.21 0.07封闭环： 5 0.294 -0.03 由计算可得 A 的基本尺寸为5，上偏差. 为0.294，下偏差为0.03 时，才能保证设计尺寸。250
16、-0.08420-0.07-0.02 500-0.01A（二）为保证加工 M8螺纹时，工序基准与定位基准重合，进行尺寸链换算.（1） 确定自由公差等级（查机械制造工艺设计简明手册P27页 表1.4 24）（2） 确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图。 列竖式：计算工序尺寸 A：增环： 30 -0.36 -0.52减环： 10 +0.36 0封闭环：20 0 -0.52只有 A 的基本尺寸为30，上偏差为-0.36，下偏差为-0.52是才的保证 M8螺纹的位置。100-0.36A200-0.52（三） 、圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余
17、量如下：加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度 工序余量最小 最大55IT12铸件 7.0 CT12 粗镗 4.0 IT12 6.3 0.95 6.8半精镗 3.0 IT10 3.2 2.9 3.2520IT7钻 20 IT11 17.89 18扩 1.8 IT10 6.3 1.716 1.910粗铰 0.14 IT8 3.2 0.107 0.224精铰 0.06 IT7 1.6 0.039 0.093(四）平面工序尺寸工序号 工序内容 加工余量 基本尺寸 经济精度 工序尺寸偏差 工序余量最小 最大铸件 5.0 CT12 01 粗铣 40孔下端面 4.0 58 12 1.
18、5 7.7502 粗铣 40孔上端面 4.0 54 12 1.5 7.7503 精铣 40孔上端面 4.0 50 8 1.8 6.3804 粗镗 55孔的上下端面 4.0 26 12 0.75 1.28305 精镗 55孔的上下端面 1.0X2 20 8 0.75 1.283六 夹具设计（一）机床夹具的功用1、稳定保证工件的加工精度用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，是一批工件的加工精度趋于一致。2、减少辅助工时，提高生产率使用夹具装夹工件无需划线找证，可显著地减少辅助工时，方便快捷；可提高工件刚性，使用较大的切削用量；可实现多件、多工位同时装夹
19、，可采用高效夹紧机构，提高劳动生产率。3、扩大机床使用范围，实现一机多能根据加工机床的成形运动，附以不通类型的夹具，可扩大机床的工艺范围，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。（二） 问题的提出：本夹具是用来钻 22孔，对 22孔的加工有一定的技术要求，但在加工本工序时，22 孔尚未加工，而且在扩 22孔后，需要精绞，以达到所要求的精度。（三）夹具设计：1，定位基准的选择：由零件图可知，22孔的轴线与 40的外圆的上表面有垂直度的要求，所以采用40的外圆的下表面作为主要的定位面，用一个固定 V 型块和一个活动 V 型块进行夹紧，夹紧方式采用手动夹紧。2 ，夹紧设计及
20、操作的简要说明：如前所述，在设计夹具时，应该注意提高生产率，为此，采用手动夹紧，此夹具的工作原理：利用零件的上表面作为主要定位面，用一个固定 V 型块和一个活动 V 型，采用手动螺纹夹紧。3，定位误差分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个平面、和一个固定 V 型块和活动 V 型块定位。所谓定位误差，是指由于定位造成的加工面相对于工序基准的位置误差，因为对于一批工件而言，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准的最大变动量。4 ，造成定位误差的原因：（1）由于定位基准与工序基准不一定重合引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基
21、准对定位基准在加工方向上的最大变动量，用 B 表示。（2）由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称为基准定位误差，即定位误差的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量。4 夹紧装置的设计要求夹紧装置是夹具的重要组成部分，合理设计夹紧装置有利于保证工件的加工质量。提高生产率和减轻工人的劳动强度，因此对夹紧装置提出以下要求：（1）工件在夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所获得的正确位置（2）夹紧力的方向应可靠、适当。也就是即要保证工件在加工过程中不产生移动或震动，同时又必须使工件不产生不适当的变形和表面损伤（3）夹紧动作要准确迅速，以便提高生产效率（4）操作简便，省力，安全，以改善工人的劳动条件，减轻劳动强度（5）结构简单，易于制造5、夹紧力的方向（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件的准确性和可靠性，一般要求夹紧力的方向应指向主要定位基面，把工件压向定位元件的主要定位表面上。（2）夹紧力方向应使工件变形尽可能变小，使工件的夹紧部分属于套筒零件，显然轴向夹紧要比要比径向夹紧使工件变形要小。（3）夹紧力方向应使所需夹紧力可能小，在保证夹紧可靠的前提下，减小夹紧力可以减轻工人的劳动强度，提高生产效率，同时可以使机构轻便，紧凑以及减少工件变形， ，为此，应使加紧力 Q 的方向最好与切削力下，工件重力 G 的方向，这时所需夹紧力为最小。6、夹紧力的作用点
