湖南师范大学工学院
题目：设计“拨叉”零件的机械加工
工艺规程及相关工序的专用夹具
专 业：机械设计制造及其自动化
班 级： 08级
学 号： 200180213
姓 名： 刘志辉
指导老师： 尹克俭
序言
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专
业课的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，独立的分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来的工作打下了良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有很多不足之处，还希望各位老师多加指教。
（零件图）
批量生产工艺规程
一． 拨叉的结构特点及技术条件分析
（一）CA6140车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换挡作用，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。 （二）零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性优良，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的一些技术条件：
(1)轴孔Φ22+0.280 以及与此孔相通的花键250.0230 。
(2)拨叉上顶面、右端面及左右端面的倒角；上顶面8mm槽及下底面18mm槽，其公差分别为8+0.030 和18+0.0120 。
。 (3)铣前面（作为后面夹具的定位面）
8mm槽的左右面得粗糙度、花键顶面的表面粗糙度 (4)表面粗糙度：
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Ra=1.6, 18mm槽及花键的侧面的粗糙度Ra=3.2， 其余要加工表面的粗糙度均为6.3 。
由以上分析可知，可以加工拨叉右端面和中心孔，然后以此为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，做一根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二． 毛坯分析
零件材料为HT200铸件。根据制造厂现有的毛坯生产条件和主轴箱箱体零件属中批生产类型的生产纲领，因而采用木模手工造型的方法生产毛坯。这种毛坯的精度低，尤其是铸孔的形状精度及位置精度低，所留余量多而不均匀，选择粗基准时，应特别注意加工表面上的余量分配以及与不加工表面得位置与尺寸要求。并且，还必须注意合理安排消除毛坯内应力的热处理工序。
三． 工艺规程设计
（一）定位基面的选择与加工顺序的安排
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，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，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。根据这个基准选择原则，现选取φ22 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ40作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。另外取左端面B为粗基准，用一个面定位，加工右端面A。
（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。考虑到要加工的8mm槽有宽度的公差要求，且三个面上均有粗糙度要求，故以中心孔和端面A为精基准来加工。
结合粗、精基准面的选择，拨叉零件的加工顺序为先粗后精，先加工主要表面在加工次要表面，并且应该提高两个精基准的加工精度。 （二）加工方法的选择
拨叉各种表面的加工方法的加工方案，可参考《机械制造技术基础》表6-7及表6-8，由于拨叉的表面粗糙度都不是很高，故在成批生产条件下有：平面加工方案可选粗车—半精车—精车，内孔加工可选钻—扩—粗铰—精铰。
（三）热处理工序的安排
为了消除内应力，防止加工和装配后产生变形，所以应该合理的安排时效处理工序，此处可以采用粗加工之前即在毛坯铸造后进行人工时效，消除铸件内应力，以免除拨叉在机械加工车间和热处理车间之间的运输劳动量。为了进一步消除粗加工后的内应力，故将粗、精加工分开，并在粗加工以精加工以前，把工件存放一段时间，使之产生自然时效的作用，以利于保证精加工的质量。
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（四）检验工序的安排
在零件加工完成以后，按照零件图要求安排一次最终检查即可。 （五）工艺过程的拟定
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降。 批量生产工艺路线方案如下： 序号 1 2 3 4 工序名称 铸造 热处理 车右端面 钻扩Φ22孔 倒15角 拉花键 铣上顶面 车前面D面 铣8mm槽和18mm槽 去毛刺 检验 涂油 入库 o工序内容及要求 人工时效，消除内应力 （1）粗车A面 （2）半精车A面 由A面开始钻扩中心孔 基面 以B面为粗基准面 以不加工外表面Φ40为粗基准 以中心孔为精基准 以中心孔为精基准 以中心孔为精基准 以中心孔和右端面为精基准 设备 CA6140车床 高速钢麻花钻钻头 卧式铣床 CA6140车床 卧式铣床 5 6 7 8 9 （1）粗铣上顶面 （2）精铣上顶面 （1）粗车D面 （2）半精车D面 （1）铣8mm槽 （2）铣18mm槽 倒棱、去毛刺 按零件图要求进行最终检查 除锈斑、清洗上油 10 11 12 13 钳工台 检验平板 单件生产工艺规程
一． 拨叉的结构特点及技术条件分析
（一）CA6140车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换挡作用，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。 （二）零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性优良，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的一些技术条件：
(1)轴孔Φ22+0.280 以及与此孔相通的花键250.0230 。
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(2)拨叉上顶面、右端面及左右端面的倒角；上顶面8mm槽及下底面18mm槽，其公差分别为8+0.030 和18+0.0120 。
。 (3)铣前面（作为后面夹具的定位面）
8mm槽的左右面得粗糙度、花键顶面的表面粗糙度 (4)表面粗糙度：
Ra=1.6, 18mm槽及花键的侧面的粗糙度Ra=3.2， 其余要加工表面的粗糙度均为6.3 。
由以上分析可知，可以加工拨叉右端面和中心孔，然后以此为基准采用通用夹具进行加工，并且保证位置精度要求，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，做一根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二． 毛坯分析
零件材料为HT200铸件。根据制造厂现有的毛坯生产条件和主轴箱箱体零件属中批生产类型的生产纲领，因而采用木模手工造型的方法生产毛坯。这种毛坯的精度低，尤其是铸孔的形状精度及位置精度低，所留余量多而不均匀，选择粗基准时，应特别注意加工表面上的余量分配以及与不加工表面得位置与尺寸要求。并且，还必须注意合理安排消除毛坯内应力的热处理工序。
三． 工艺规程设计
（一）定位基面的选择与加工顺序的安排
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，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的报废，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。根据这个基准选择原则，现选取φ22 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ40作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。另外取左端面B为粗基准，用一个面定位，加工右端面A。
（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。考虑到要加工的8mm槽有宽度的公差要求，且三个面上均有粗糙度要求，故以中心孔和端面A为精基准来加工。
结合粗、精基准面的选择，拨叉零件的加工顺序为先粗后精，先加工主要表面在加工次要表面，并且应该提高两个精基准的加工精度。 （二）加工方法的选择
拨叉各种表面的加工方法的加工方案，可参考《机械制造技术基础》表6-7及表6-8，由于拨叉的表面粗糙度都不是很高，故在单件生产条件下有：平面加工方案可选粗车—半精车—精车，内孔加工可选钻—扩—粗铰—精铰。
（三）热处理工序的安排
为了消除内应力，防止加工和装配后产生变形，所以应该合理的安排时效处理工序，此处可以采用粗加工之前即在毛坯铸造后进行人工时效，消
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除铸件内应力，以免除拨叉在机械加工车间和热处理车间之间的运输劳动量。为了进一步消除粗加工后的内应力，故将粗、精加工分开，并在粗加工以精加工以前，把工件存放一段时间，使之产生自然时效的作用，以利于保证精加工的质量。 （四）检验工序的安排
在零件加工完成以后，按照零件图要求安排一次最终检查即可。 工艺过程的拟定。
（五）工艺过程的拟定
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降。 单件生产工艺路线方案如下： 序号 1 2 3 工序名称 铸造 热处理 钻扩Φ22孔 4 5 拉花键 车右端面、上顶面、前面D及倒15o角 （1）粗车A面 （2）半精车A面 （3）粗车上顶面 （4）精车上顶面 （5）车前面 （6）倒15o角 6 铣8mm槽和18mm（1）铣8mm槽 （2）铣18mm槽 以中心孔和右端面为精基准 卧式铣床 工序内容及要求 人工时效，消除内应力 由A面开始钻扩中心孔 基面 以不加工外表面Φ40为粗基准 以中心孔为精基准 车A面以左端面为粗基准，车顶面以中心孔为精基准 车床 设备 高速钢麻花钻钻头 7 槽及去毛刺 （3）去毛刺 检验、涂油按零件图要求进行最终检及入库 查，除锈斑、清洗上油 检验平板
（六）加工余量的确定
结合前人生产经验，毛坯长度方向加工余量取3mm(单边加工)，轴直径方向上取3mm,高度方向上取2mm。铸造圆角半径R3~5mm。
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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——铣8mm槽，本夹具将用于卧式铣床，刀具为三面刃立式铣刀。
（一）问题的提出
本夹具是用来铣8mm槽，零件图中槽的宽度有公差要求，且三面都有 粗糙度要求，因此 这个槽的深度也有一定的公差要求。
（二）夹具设计 方案一：
（1）定位基准的选择
由于槽的宽度有公差要求，因此应以A面为主要定位基准，由于铸件的公差要求较大，利于用孔的中心轴作为辅助定位基准，另外为了防止工件转动，在D面增加了一个辅助平面定位，另辅助一左端面为辅助定位，防止工件左右移动，因此为了满足这些要求，设计了压板结构，既可以满足轴向力的要求，又可以方便工件的安装。 （2）夹紧机构
根据生产率要求，运用手动夹紧（拧紧右侧螺母）可以满足。 （3）对刀装置
采用直角对刀块及平面塞尺对刀，安装在机床上。 （4）夹具与机床连接元件
采用圆柱销和螺钉把夹具体固定在机床上，具体大小要与机床大小相匹配。
（5）夹具体
用螺旋压板由螺母9压紧工件。 方案二：
（1）定位基准的选择
由于槽的宽度有公差要求，因此应以A面为主要定位基准，由于铸件的公差要求较大，利于用孔的中心轴作为辅助定位基准，另外为了防止工件转动，在中心轴上增加一个平键定位，另辅助一左端面为辅助定位，防止工件左右移动，因此为了满足这些要求，设计了压板结构，既可以满足轴向力的要求，又可以方便工件的安装。 （2）夹紧机构
根据生产率要求，运用手动夹紧（拧紧右侧螺母）可以满足。 （3）对刀装置
采用直角对刀块及平面塞尺对刀，安装在机床上。 （4）夹具与机床连接元件
采用圆柱销和螺钉把夹具体固定在机床上，具体大小要与机床大小相
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匹配。
（5）夹具体
用螺旋压板由螺母9压紧工件。
综合分析以上两种定位方案，方案一在铸造夹具体上相对简单些，故下面选第一种定位方案。
（三）定位误差分析
Φ8mm槽的设计基准和定位基准均为A面及中心孔，故不存在基准不重合误差，但是由于孔和销都有制造误差，为工件装卸方便，孔与轴之间还有最小间隙（此间隙可在调刀储存及对刀时消除），故存在基准位移误差 （D max-d min）/2-(D min-d max)/2= (0.28+0.023)/2= 0.1025 满足自由公差要求。
（四）铣床夹具的装配图
四．参考文献
1.《机械制造技术基础》第三版，卢秉恒主编，机械工业出版社 2，《机械制造工艺简明手册》。
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