拨叉加工工艺及专用夹具设计

学院（系）：机电信息工程学院专

业：机械设计制造及其自动化

学生姓名：学

号：

指导教师：评阅教师：完成日期：

2013.6.14

拨叉加工工艺及专用夹具设计摘要拨叉在车床中的变速机构里面起换档的作用，在同其他零件配合改变转速需要承受轻微载荷，因此加工同时应该保证重要表面应该达到技术要求。对于零件本身而言，加工时尽量选择不需要加工的表面作粗基准。而有几个不需要加工表面的零件，就应该以与加工表面有相对位置精度要求的不加工表面当做粗基准。因为该零件的上端面还有底槽两边均与花键孔中心轴有位置关系，所以我们首先应该加工花键预制孔，通过花键预制孔来定位底槽还有上端面，最后再钻、攻螺纹孔。此零件铣18H11槽所使用的夹具应该是专用夹具，由于拨叉属于车床里面的一个小的零件，它的的尺寸比较小，加工的时候需要夹紧力并不是很大，因此加工时候大都使用用手动夹紧的方法，并且还因为拨叉的机构简单，容易满足夹紧所需要求。

关键词：拨叉；加工工艺；定位；夹具

-I-拨叉加工工艺及专用夹具设计AbstractTheforkintheshiftingmechanismoflatheplaysaroleofgear,anditneedstochangespeedtowithstandaslightloadwhilecooperatingwithotherparts,soitisnecessarytoensuretheimportantsurfacemeetthetechnicalrequirementsduringtheprocessperiod.Tothepartitself,itisbettertochooseanotprocessingsurfaceascrudebenchmarks.Whenthereexistsmanyunnecessarysurface,itistochoosethesurfacewhichhasrelativepositionaccuracyasthecrudebenchmarks.Becausethereexistslocationrelationshipbetweentheupperendfacethecenteraxisofthesplinehole,sodoesthebottomgrooveandthehole,soweshouldprocesstheprefabricatedholesofthesplineatfirst,throughwhichwecouldlocatethebottomgrooveandtheupperendface,andfinallydrillandtapholes.Thispartusesdedicatedjigtomillthe18H11groove.Sincetheforkisasmallpartofthelathe,anditissmallinsize,whichcausesthattheclampingforceisnotlargewhenprocessingit,soitisbettertousemanualmethodtoclamp,andalsoeasytomeettheclamprequirementsbecauseofitssimplemechanism.

Keywords：Fork;ProcessingTechnology;Positioning;Clamp

-II-拨叉加工工艺及专用夹具设计目摘

录要.........................................................................................................................................I

Abstract...................................................................................................................................II2.拨叉的分析.............................................................................................................................2

2.1拨叉的功用.................................................................................................................22.2拨叉的工艺分析..........................................................................................................22.3毛坯的选择..................................................................................................................2

2.3.1拨叉对毛坯的工艺要求..................................................................................22.3.2设计毛坯的形状和尺寸还应该考虑到.........................................................3

3工艺规程设计.........................................................................................................................5

3.1拨叉的加工工艺过程..................................................................................................53.2确定各表面加工方案..................................................................................................5

3.2.1面的加工.........................................................................................................53.2.2孔的加工.........................................................................................................53.2.3槽的加工.........................................................................................................53.3确定加工的定位基准.................................................................................................6

3.3.1粗基准的选择原则.........................................................................................63.3.2精基准选择的原则.........................................................................................63.3.3工艺规程的设计原则.....................................................................................63.3.4工序加工阶段的划分......................................................................................73.3.5机械加工工艺路线方案的确定.....................................................................73.4拨叉的偏差，加工余量，工序尺寸的确定.............................................................83.5确定切削用量及基本工时（机动时间）................................................................11

3.5.1.铣侧面...........................................................................................................113.5.2.钻预制孔.......................................................................................................123.5.3.精铣18槽.................................................................................................123.5.4.粗、精铣上端面...........................................................................................133.5.5.钻M8孔并攻丝.............................................................................................14

4.应用软件...............................................................................................................................16

4.1AutoCAD的介绍........................................................................................................164.2UG的介绍..................................................................................................................165.铣18H11槽的专用夹具设计...............................................................................................18

-III-拨叉加工工艺及专用夹具设计5.1定位基准的选择........................................................................................................185.2定位误差分析............................................................................................................185．3夹具设计方案确定..................................................................................................185．4切削力及夹紧分析计算.........................................................................................225.5误差分析与计算.......................................................................................................23结致

论...................................................................................................................................24谢...................................................................................................................................26参考文献.............................................................................................................................25

-IV-拨叉加工工艺及专用夹具设计1.绪论普通车床在车床中是使用最为广泛的一种，大约占车床类别总数的三分之二，因为它的主轴是水平方式放置的，因此我们通常称它为卧式车床。

CA6140车床的主要组成结构有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杆、丝杠和床身八个。其中的进给箱体，又被称为走刀箱，进给箱里面装有车床的变速机构，而拨叉就在就在这个变速机构中，起到给主轴转速换挡的作用。

机械制造技术基础这门课程是在机械设计领域中比较重要的课程，工件的工艺规程设计以及其夹具结构的设计需要对所学专业知识有很全面的理解以及应用的能力，更是对未来工作中做相关工作的一次预热，加强了以后处理实际问题的能力，因此，我很高兴能选择这一课题进行研究。

本次所选831003拨叉的工艺分析还有它的夹具设计的内容主要包括：拨叉加工工艺规程设计还有铣18H11槽的专用夹具设计，夹具属于工艺装备的重要组成部分，在机械加工领域里面占有很重要的地位，它对保证产品加工质量，提高产品的生产效率，减轻工人的劳动强度，缩短生产周期……都有着突出的贡献。

图1.1拨叉零件图–1–拨叉加工工艺及专用夹具设计2.拨叉的分析2.1拨叉的功用

毕业课题我选择的是车床拨叉（831003）的工艺设计还有它的18H11槽的夹具设计。它是被安装在车床进给箱里的变速机构中，其主要作用是换挡，使车床主轴的回转运动能按照使用者的要求来工作，获得所需要的扭矩和回转速度。

2.2拨叉的工艺分析

一个成熟的零件不仅需要达到预期的设计要求，还需要有好的机械加工工艺性，也就是说需要保证加工质量同时也要让工件加工方便。拨叉在车床上是一个很重要的零件，但其零件尺寸较小，内花键的精度要求较高，还有上端面需要以内花键为基准加工，所以拨叉的加工精度也要求很高。拨叉底槽两边侧面与花键孔的中心轴有垂直度公差要求，它的上端面与花键孔的中心轴有平行度公差要求。因为它的尺寸精度，还有各表面的表面加工质量都会影响机器的装配质量，从而进一步影响其性能与工作寿命，因此加工工艺规程设计是否完美是非常关键和重要的。

拨叉加工的步骤应该按照以下几个原则来说：首先加工基面再加工主要表面，先安排进行粗加工的工序再安排精加工工序，先铣出平面再加工孔。根据这几条原则来进行分析，我们就可以把拨叉加工的步骤划分为五步：1.铣侧面；2.拉内花键；3.粗精铣上端面；4.粗精铣底槽；5.钻通孔，并攻丝。

（1）侧面需要最先加工是因为在后面的工序中需要一个好的定位面，粗糙度要求是Ra=6.3。

（2）以Ø22H12当做主要的加工面，拉内花键槽Ø25H7，键槽槽个数为6个，键槽的粗糙度要求底边为Ra=1.6，侧边为Ra=3.2，Ø22H12内孔壁粗糙度Ra=6.3。

（3）粗、精铣上端平面，它的表面粗糙度要求是Ra=3.2。

（4）粗、精铣18H11底槽，槽两边的粗糙度要求是Ra=3.2，槽底边要求的是Ra=6.3。

（5）钻、攻丝2-M8，并需要保证两螺纹孔的中心距为50mm。

2.3毛坯的选择

2.3.1拨叉对毛坯的工艺要求

1.铸件的壁应该薄厚均匀，不能有形状突变。

–2–拨叉加工工艺及专用夹具设计2.铸造圆角的大小要合适，不能有尖棱、尖角。3.铸件的形状要尽可能的简化。

图2.1拨叉三维图4.肋板的厚度和位置分布必须要合理，防止冷却的时候铸件变形甚至产生裂纹。5.铸件材料的选择要适当，应该充分的考虑到材料的性能应该有较好的可铸造性。2.3.2设计毛坯的形状和尺寸还应该考虑到

1.所有加工面的形状尽量要求简单。2.工艺基准同设计基准应该相一致。3.方便加工时装夹和检查。

4.结构统一，尽可能的使用普通机床和标准刀具进行加工。

提高毛坯的制造质量，可以在一定程度上减少机械加工的劳动强度，降低生产成本，

–3–拨叉加工工艺及专用夹具设计但于此同时也会增加铸造毛坯的成本，所以在我们选择毛坯的时候应该多方面考虑。在拨叉工作时会受到冲击载荷还有变载荷，所以我们本次设计选择的毛坯材料为HT200的锻件[1]，以确保金属材料里面的金属纤维不会被切断，保证零件的使用可靠性和使用寿命。由于设计要求中未规定生产批量，我们暂定为中批生产，因为零件的尺寸不是很大，则可以采用模锻成型。通过查询《金属机械加工工艺人员手册》得到等级为2级精度，底面还有侧面已经确定待加工余量是3±0.8mm。

2.2毛坯图–4–拨叉加工工艺及专用夹具设计3工艺规程设计3.1拨叉的加工工艺过程

通过对拨叉零件的分析我们可以知道。拨叉零件主要的加工表面是内花键槽、平面还有槽。而上端面还有槽侧边都与花键孔中心轴有平行度公差要求和垂直度公差要求。就加工精度而言，加工时平面的加工精度比内花键的加工精度哥那个容易达到高水平的精度要求。所以对于本次设计的拨叉零件来说，在加工过程当中保证内花键的尺寸精度还有位置精度就是本次设计的首要问题。

3.2确定各表面加工方案

选择加工方法需考虑很多因素，通常我们需要考虑零件材料的性质。还有设计时候的加工精度要求和表面质量的要求，通过对要求的理解分析选择加工方法以及加工的次数。根据生产类型来选择加工生产设备。选择加工方法的时候一般按照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3.2.1面的加工

侧面的加工是为后面加工孔还有花键时候做基准面，因此，加工方法可以选择一次铣面，粗糙度Ra为6.3。加工上端面选择的方案是：粗铣——精铣（IT7~IT9），粗糙度为Ra=6.3~0.8。3.2.2孔的加工

拨叉零件孔的加工分为三种，内花间预制孔、内花键还有螺纹孔（1）加工内花键的预制孔Φ22H12的加工

因为预制孔精度要求为H12，我们可以得出它的加工方案为：一次钻孔[5]。（2）内花键的加工

因为拉刀加工的精度高，可以保证键槽的精度，所以我们选择用拉刀来加工花键。（3）2-M8螺纹孔的加工螺纹孔的加工方案为钻孔、攻丝。3.2.3槽的加工

槽的加工方案为：粗铣——精铣（IT7~IT9）[5]，粗糙度为Ra=6.3~0.8，设计要求为6.3和3.2，粗铣时，精度可适当降低。

–5–拨叉加工工艺及专用夹具设计3.3确定加工的定位基准3.3.1粗基准的选择原则

工件加工时在第一道加工工序中所使用的基准都用粗基准，粗基准是否选择正确，不仅仅与第一道工序的加工有关，而且对整个的加工过程都有重要的影响。选择粗基准的标准一般遵循这几项原则：

（1）需要保证零件的加工表面同不被加工表面有位置精度要求：在被加工零件上如果有无需再加工的表面应选择此加工面为粗基准，这样就可以保证两个面的位置关系。

（2）合理分配工件毛坯的加工余量：从需要保证重要表面的加工余量均匀的角度上来考虑，应该尽量选择重要的表面作为粗基准。

（3）便与装夹：所选用的粗基准能尽量的平整、光洁，不可以有锻造飞边，铸造浇口残留或者其他的尺寸缺陷并且有还要足够的支撑面积。

（4）在同一个尺寸方向上粗基准一般不允许重复使用：多次使用难以保证各个表面间的位置精度。

本次设计既要保证拨叉面与面间的位置关系，又得保证拨叉在整个的加工过程里基本上都能用统一的基准来定位。所以我们从零件图上分析可知，选择侧面作为拨叉的加工粗基准。

3.3.2精基准选择的原则

（1）基准重合原则：我们尽量使用设计基准来当做定位基准。这样就可以避免定位基准同设计基准不是一个基准，从而引起基准不重合误差。

（2）基准统一原则：应该尽最大的可能来选择同一组精基准去加工工件上尽可能多的表面，以保证被加工的各个表面之间都具有准确的相对位置精度。

（3）互为基准的原则：当工件上的两个被加工面间有很高的位置精度要求，我们就可以让这两个加工表面互为基准。

（4）自为基准原则：在有些精加工的工序中或者要求加工余量很小并且均匀，就可以用加工表面本身来作为精基准进行加工。

在本次设计中，用精度较高的Ø25H7内花键槽为精基准面。3.3.3工艺规程的设计原则

工艺规程设计要遵从以下的原则：

–6–拨叉加工工艺及专用夹具设计（1）所设计的工艺过程一定要保证机器零件的加工质量还有它们的装配质量，让零件达到设计图上规定的各项技术要求。

（2）工艺过程应该让生产具有较高的生产效率，让产品能尽早的投放市场。（3）尽量减少制造成本。

（4）尽可能的减轻生产工人的劳动强度，保证生产安全。工序集中和分散原则

集中原则：就是每个工序中要包含尽可能多的加工内容，组成一个大的集中工序；最大限度的工序集中是在一个工序内就能完成工件所有的表面加工。

分散原则：就是每个工序中所含的加工内容尽量少些；最大限度的分散就是使每个工序只包括一个简单工步。3.3.4工序加工阶段的划分

为了保证零件的加工质量，还有及时的发现毛坯缺陷并得到及时有效的处理，并且合理的利用机床的性能，我们吧加工阶段分为粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段和光整加工

（1）粗加工阶段：快速高效的切除加工面上的大部分余量，让毛坯在形状和尺寸上都接近成品。

（2）半精加工阶段：改善粗加工留下的误差以及缺陷，让被加工的工件达到一定的精度，为精加工做好准备，并完成一些不重要的表面加工。

（3）精加工阶段：精细加工来保证各个主要表面都达到零件图规定的加工质量要求。

（4）光整加工阶段：对精度要求极高的零件需要进行光整加工，主要的任务就是降低表面粗糙度和进一步提高尺寸精度和形状精度。3.3.5机械加工工艺路线方案的确定

根据工序规程设计原则，工序的加工阶段划分原则，在保证拨叉尺寸公差、位置公差还有表面粗糙度的情况下，拟订一下两个工艺路线用作比较。方案一：

1.铣后侧面，以前侧面、上端面为定位基准。2.钻22H12的花键预制孔，以底面、后侧面为定位基准。3.粗、精铣上端面，以孔22H12、侧面为定位基准。–7–拨叉加工工艺及专用夹具设计4.粗、精铣18H11底槽，以孔22H12、侧面为定位基准。5.钻2-M8通孔，攻丝，以孔22H12、侧面为定位基准。6.拉内花键25H7，孔22H12、侧面。7.去毛刺，清洗。8.检验入库。方案二：

1.铣后侧面，以前侧面、上端面为定位基准。2.钻22H12的花键预制孔，以底面、后侧面为定位基准。3.拉内花键槽25H7，以孔22H12、后侧面为定位基准。4.粗铣18H11底槽，以花键槽、侧面为定位基准。5.粗铣上端面，攻丝，以花键槽、侧面为定位基准。6.精铣上端面，以花键槽、侧面为定位基准。。7.精铣18H11底槽，以花键槽、侧面为定位基准。8.钻孔，锥孔，攻丝铰锥孔，以花键槽、侧面为定位基准。。9.去毛刺，清洗。10.检验，入库。工艺路线的对比确定：

两个工艺路线的区别是从上表面的加工开始的，它们选择的定位基准不一样，粗、精铣分开等。在第一个方案中预制孔成为了主要的定位基准，第二个方案则把键槽当做是主要定位基准。很明显用花键槽当定位基准的时候，工艺设计精度更高，更符合工艺规程设计的原则，而且花键中轴与其他的加工面都有位置精度要求。

所以经过以上分析，选择方案二是合适的。其具体的工艺过程详见表3.1。

3.4拨叉的偏差，加工余量，工序尺寸的确定

（1）后侧面的偏差和加工余量的计算

此次加工面为后面加工的定位面，一次铣削要达到要求的尺寸80mm，后侧面的加工偏差是±0.3mm[12]。

（2）预制孔和花键槽的偏差以及加工余量的计算

–8–拨叉加工工艺及专用夹具设计加工预制孔的时候，因为孔没铸出，并且加工为一次钻孔，通过拉削来保证键槽的

表3.1加工工艺过程表工序号5工种铸造工序内容金属型铸造备注80mm宽：40mm高：铸件毛坯尺寸：长：75mm，孔和底槽不铸出101520热处理铣扩、锪退火铣后侧面钻预制孔22H12，热处理车间专用夹具；立式铣床专用夹具；轻型圆柱立式钻床25拉拉内花键25H7专用夹具；拉床3035铣铣粗铣底槽18H11，粗铣上端面专用夹具；立式铣床专用夹具；立式铣床404550铣铣半精铣上端面半精铣底槽18H11，专用夹具；立式铣床专用夹具；立式铣床专用夹具；摇臂钻床钻，攻丝，钻通孔6.7，攻丝铰、锪M8，铰锥孔55去毛刺清洗钳工台60检验入库尺寸精度25H7mm，预制孔的尺寸精度是22H12，拉花键槽的加工余量是0.7—0.8mm，

–9–拨叉加工工艺及专用夹具设计本次选择0.8mm，即为预制孔可以直接加工到21.2mm，可以一次拉削成功至设计要求，

0.45mm得花键的偏差为0[5]。

（3）上表面的加工偏差和加工余量的计算

根据工序的要求，其加工可以分类为粗、精铣。各个步骤的余量经过查寻书籍得到信息如下：

粗铣：粗铣的余量值为2.7~3.4mm[5]，我们选择3.0mm。表3.2-27粗铣平面的厚度偏差我们选择00.28mm。

精铣：精细的余量值被设置为1mm[5]。

所以毛坯形状的基本大小就可以算出来时72+3.0+1=76mm。铸件的尺寸公差等级我们选用IT7[5]，铸件尺寸的公差是1.1mm[5]。

毛坯名义上的尺寸：72毛坯最小尺寸：76毛坯最大尺寸：76

-+

+

3.0+1=

76mm0.55=0.55=

75.45mm76.55mm72.72mm粗铣后的最大尺寸：72+1=73mm粗铣后的最小尺寸：73-0.28=

精铣后我们必须保证所需要的尺寸达到与零件图上的要求尺寸一样，就是保证工件的尺寸72mm，（20+10）×80面与花键轴平行公差要求保证在0.1mm。

0.018（4）18H11（180）槽的偏差以及加工余量：

铸造时没有将槽铸出来[8]，粗铣槽两边的加工余量是2Z=2.0mm，槽深的加工余量

0.1100.013[3]是2.0mm，刀具选择得到它的极限偏差：粗加工的是0，精加工的是0。

粗铣两边的工序尺寸：18粗铣后的最大尺寸：16

+

-2=16mm；

0.11=16.11mm；

粗铣后的最小尺寸：16+0=16mm；粗铣槽底面的工序尺寸：33mm；精铣它的两边工序尺寸：18（5）螺纹的偏差和加工余量：

钻孔精度的等级是：IT=12[5]，表面粗糙度为Ra=12.5um[5]，尺寸偏差是0.15mm它的工序尺寸还有加工余量是[5]：本组加工孔的工艺：钻—攻丝钻孔：Φ6.7mm0.0130.018

，已经达到它的加工要求：18。00–10–拨叉加工工艺及专用夹具设计攻丝：攻2-M8螺纹孔。

3.5确定切削用量及基本工时（机动时间）

3.5.1.铣侧面

机床选择是卧式铣床

刀具选用高速钢错齿三面刃铣刀[4]，规格是：

D=160mm,d=40mm,L=32mm，铣刀的齿数为12。铣削的背吃刀量ap每齿的进给量af[5]：ap=1mm，af=0.2~0.3

mm/z，取af=0.3mm/z=3.6mm/r。

铣削的速度V0.3m/s机床的主轴回转速度公式：

n

1000Vd[4]：得到V=15~20m/min=0.25~0.33m/s，本次选择V=

（3.1）

则算得n：n

1000V1000X0.3X60

35.85r/mind3.14X160选用n=37.5r/min[5]铣床的实际切削速度公式：

v

DN

1000（3.2）

则算得v：v

DN

0.31m/s1000

铣刀进给量公式：

VfafZn

（3.3）

则算得Vf：VfafZn123.637.5/6027mm/s工作台每分钟的进给量fm：fmVf27mm/s1620mm/min

75mm被切削层的长度l：这个是由毛坯尺寸确定的l=

–11–拨叉加工工艺及专用夹具设计刀具的切入长度l1：l=0.5D+(1~2)=82mm刀具的切出长度l2：此次选择l2走刀次数为1机动时间tj1 :tj13.5.2.钻预制孔

机床选择的是轻型圆柱立式钻床

刀具本次选择高速钢直柄麻花钻[4]，钻预制孔到

ll1l20.1minfm=2mmΦ21.2mm，所以d=21.2mm。钻床的进给量是f切削速度V[5][5]：选择f=0.5mm/r：选择V=0.45m/s1000v

405.6r/mind机床主轴的转速n：n

dn

0.52m/s1000

切削层的长度l：l=80mm所以实际的切削速度v：v钻头切入的长度公式：

l1

d

ctgkf(1~2）2（3.4）

则算得l1

d21.2ctgkf(1~2）ctg120。15.9mm6mm22

钻头切出的长度l2加工的次数为1机动时间tj1：tj13.5.3.精铣18槽

：l2=1~4mm取l2=3mmll1l240812

0.85minfm144背吃刀量ap：ap=35mm根据参考文献[5]表2.4-76查得：铣刀的进给量af的切削速度为V=23m/min[5]，

铣床主轴回转速度n：n

1000V1000X23

45.8r/mind3.14X160=0.05mm/z,得到铣刀

–12–拨叉加工工艺及专用夹具设计选择n=

47.5r/min[5]dn

0.40m/s1000

进给量Vf：VfafZn0.052447.5/600.95mm/s铣刀实际的切削速度v：v

工作台每分钟的进给量为fm：fmVf0.18mm/s57mm/min槽的被切削层长度l：这个是由毛坯尺寸确定l=40mm，铣刀的切入长度l1铣刀的切出长度l2走刀次数为1机动时间tj1：tj1

ll1l240812

1.52minfm57

：l=0.5D+(1~2)=81mm：选择l2=2mm本工序的总机动时间tj=tj1+tj2=2.37min3.5.4.粗、精铣上端面

机床选择的是卧式铣床

刀具选择高速钢错齿三面刃铣刀[4]，规格是：

D=160mm,d=40mm,L=32mm，铣刀齿数是12个齿。（1）粗铣上端面背吃刀量ap:ap3mm铣刀每齿进给量af铣床的铣削速度V[5][4]：af=0.15~0.25mm/z，取af=1.8mm/r：V=15~20m/min=0.25~0.33m/s，V=0.3m/s

1000V10000.360

35.83r/mind3.14X160

机床的主轴转速n：n取n=37.5r/min[5]dn

0.31m/s1000进给量Vf：VfafZn1.81237.5/6013.5mm/s实际加工的切削速度v：v

铣床工作台每分钟的进给量fm：fmVf13.5mm/s810mm/min被切削层长度l：这个由毛坯尺寸来决定l=80mm刀具的切入长度l1：l1=0.5D+(1~2)=82mm刀具的切出长度l2走刀的次数为1

：选择l2=2mm–13–拨叉加工工艺及专用夹具设计机动时间tj1：tj1（2）精铣上端面铣刀切削深度ap它的切削速度[4]ll1l280812

0.3minfm810

：ap=1mm=0.01~0.02mm/z，我们选择af=0.24mm/r，

铣刀每个铣齿进给量[4]为afV=30m/min

1000V100030

59.7r/min我们选择n=60r/mind3.14X160

铣床的主轴转速n[5]：n实际的切削速度v：v

dn

0.50m/s1000

进给量Vf：VfafZn0.241260/602.88mm/s

铣床工作台每分钟的进给量fm：fmVf2.88mm/s172.8mm/min切削层的长度l：这个由毛坯尺寸得到l=刀具的切入长度l1刀具的切出长度l2走刀次数为1机动时间tj1：tj1

ll1l280812

0.95minfm172.8

80mm：l1=0.5D+(1~2)=81mm

：取l2=2mm此次工序机动的总时间：tjtj1tj20.30.951.25min3.5.5.钻M8孔并攻丝

此次工序的机床使用摇臂钻床刀具使用硬质合金锥柄麻花钻头[5]。（1）钻孔Φ6.7mm

钻孔是在实心铸件上加工，根据之前找到的加工余量数据先钻孔到Φ6.7mm再攻丝，所以D=6.7mm。

钻削的深度ap：ap9.5mm进给量f[5]：取f=0.33mm/r1000V10000.4160

0.56r/mind3.146.7

钻头的切削速度V[5]：取V=0.41m/s钻床的主轴回转速度n，有：n被切削层长度l：l=42mm–14–拨叉加工工艺及专用夹具设计刀具的切入长度l1：l1刀具的切出长度l2

d6.7ctgkf(1~2）ctg120。12.89mm3mm22

：l2=1~4mmL

20.5minfm选择l2=2mm走刀次数为1，钻孔个数为2个机动时间tj1：tj1（2）攻2-M8螺纹通孔

刀具选择钒钢机动丝锥

进给量f：需要加工螺纹孔的螺距p=1.25mm刀具切削速度V[5][5],因此进给量f=1.25mm/r：我们使用V=0.133m/s=7.98m/min

n

1000V10007.89

317.68r/min，取n=350r/mind3.148机动丝锥的主轴转速n:丝锥的回转速度n回：取n=350r/min实际丝锥的切削速度V：V切削层的长度l：l=9.5mm刀具的切入长度l1：刀具的切出长度l2：机动时间tj2：tj1(本工序的机动总时间tjd。n

0.15m/s1000

l1=(1~3)f=3´1.25=3.75mml2=（2~3）f=3´1.25=3.75mm，加工数为2

ll1l2ll1l2）20.13minfnfn回：tj=tj1+tj2=0.5+0.13=0.63min。

–15–拨叉加工工艺及专用夹具设计4.应用软件本次毕业设计涉及到二维制图和三维制图，za5设计中我应用到的软件为AutoCAD,还有UG。

4.1AutoCAD的介绍

AutoCAD是美国Autodesk公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，它的功能有二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。并且现在已经成为广泛运用的绘图工具。这款制图软件具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。1.平面绘图

能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。·绘图辅助工具。AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。2.编辑图形

AutoCAD具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。标注尺寸。可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。书写文字。能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。图层管理功能。图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。3.三维绘图

可创建3D实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。网络功能。可将图形在网络上发布，或是通过网络访问AutoCAD资源。数据交换。AutoCAD提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。二次开发。AutoCAD允许用户定制菜单和工具栏，并能利用内嵌语言Autolisp、VisualLisp、VBA、ADS、ARX等进行二次开发。4.2UG的介绍

UGNX5软件是由多个模块组成的，主要包括CAD、CAM、CAE、注塑模、钣金件、Web、管路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以Gateway环境为基础，它们之间既有联系又相互独立。

–16–拨叉加工工艺及专用夹具设计1．实体建模

实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，使用户能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、布尔运算及其表达式。实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。2．特征建模

UG特征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持，常用的特征建模方法包括圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等。为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。3．自由形状建模

UG自由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。它是实体建模和曲面建模技术功能的合并，包括沿曲线的扫描，用一般二次曲线创建二次曲面体，在两个或更多的实体间用桥接的方法建立光滑曲面。还可以采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，或通过引入数学方程控制、编辑模型。4．工程制图

UG工程制图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。在模型改变时，工程图将被自动更新。制图模块提供自动的视图布局（包括基本视图、剖视图、向视图和细节视图等），可以自动、手动尺寸标注，自动绘制剖面线、形位公差和表面粗糙度标注等。利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。5．装配建模

UG装配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。装配建模的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件以逻辑对齐、贴合和偏移等方式被灵活地配对或定位，改进了性能和减少存储的需求。参数化的装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同创建的紧固件组和共享，使产品开发并行工作。

–17–拨叉加工工艺及专用夹具设计5.铣18H11槽的专用夹具设计为了考虑让零件在满足所有的技术要求的前提下，降低加工时候劳动者所要付出的工作时间、劳动强度，提高产品的生产效率，我们需要在特定的工序中加入专用夹具。本次设计的任务是根据任务要求，设计出铣18H11槽的专用夹具。

5.1定位基准的选择

由零件图可知：槽两侧面面对花键孔的中心线有尺寸要求及垂直度要求，其设计基准为花键孔的中心线。为了使定位误差达到要求的范围之内，在此选择以花键孔中心线为主要定位基准，则由定位其准不重合引起的误差较小，这种定位在结构上也简单易操作。

采用花键轴定心定位的方式，保证底槽加工的技术要求。同时，应加一圆柱销固定好花键轴，防止花键轴带动工件在X方向上的旋转自由度。

其中花键轴限制五个自由度，包括3个转动自由度和两个移动自由度;平面限制轴向方向的移动自由度。

5.2定位误差分析

由于槽尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。

5．3夹具设计方案确定

根据图纸的要求，铣平面的时候首先要保证槽宽18H11，槽两边的粗糙度要求为Ra=6.3，而且保证底面与花键中心尺寸15mm，以及槽两侧面与花键孔中心轴的垂直度误差要小于0.08mm，现在夹具的设计方案分位两种：

方案一是使用压板，用螺栓连接，使用汽缸来夹紧，使用这种夹紧方式的夹紧力可靠，需要安装的时间短，工人所需的劳动强度小，但是成本高。

方案二是使用用压板，用螺栓、螺母来连接，手动夹紧，使用这种夹紧方式的夹紧力小，但成本低。

拨叉零件的在生产过程中，要求成本低廉，并且加工过程里对夹紧力要求不高，因此设计的夹具方案选择第二种，使用螺栓、螺母利用手动夹紧。

–18–拨叉加工工艺及专用夹具设计综上所述,在设计夹具的时候,我们需要注意提高生产者的劳动效率.为此,在使用螺母夹紧时垫片选择使用开口垫圈,以方便工人装卸,在夹具体底座上设计出两个定位键以便夹具在铣床的工作台上能有正确快速的的安装定位,加快生产速度。

在使用此夹具工作的时候，先把工件花键孔安装在定位心轴，加开口垫圈，然后用螺母拧紧，工作就完成了。

图5.1夹具底座–19–拨叉加工工艺及专用夹具设计图5.2花键中心轴图5.3对刀块–20–拨叉加工工艺及专用夹具设计图5.4螺母图5.5装配图–21–拨叉加工工艺及专用夹具设计5．4切削力及夹紧分析计算

刀具使用的是高速钢镶齿三面刃铣刀跟刀具有关的技术参数：0100~150080~120n50~80150~250D63mmZ8

af0.25mm/zap2.0mm

切削力计算公式[13]：

.10.72FCCpa1D1.1B0.9zKPpfz（5.1）

其中Cp510[13]对于HT200灰铸铁：Kp(

HB0.55)190

我们选择HB175，即Kp0.96因此

FC5102.01.10.250.72631.1600.980.96640.69(N)

垂直方向上的切削力[3]：FCN0.9FC576.62N背向力为：FP0.55FC352.38N

依据工件受到的切削力还有夹紧力的影响情况，寻找到在加工过程里对夹紧伤害最大的瞬时状态，按照静力平衡的原理算出理论夹紧力。为了保证夹紧的可靠性，再乘安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：WKKF

安全系数K的计算公式：

KK0K1K2K3K4K5K6（5.2）

式中：K0~K6是各种因素下的安全系数[13]。

K1.21.21.01.21.31.01.02.25

所以

WKKFC640.692.251441.55NWKKFCN576.722.251297.62NWKKFP352.382.25792.86N

根据计算得到的数据，拨叉的夹紧力需要的并不是很大，为了使夹具的结构简单化，我们就更确定了选择方案二的正确性。

单个螺旋在夹紧的时候产生夹紧力的大小按照以下公式来计算：

W0QL

tg1ztg(2)

式中各种参数可以在《机床夹具设计手册》得到：

–22–拨叉加工工艺及专用夹具设计0219

2950

L120(mm)Q25(N)

则螺旋夹紧力得到：W01923.08(N)则W0WK经过比较实际夹紧力远远大于所需要的夹紧力，所以用手动加紧的夹具还是可靠的。

5.5误差分析与计算

该夹具是用平面来定位，用心轴来定心，定心元件的中心线与底槽两个侧面的垂直

0.11

度偏差是0.08mm，由上面分析得到槽的公差是0mm。为了达到加工工序的要求，必须

让本工序的误差之和小等于该工序规定的公差。

jwg(5.3)

机床夹具相关的加工误差j，可用通过以下的式子表示：

jWZDADWjjjM（5.4）

由参考文献[13]可得：

⑴平面定位心轴定心的定位误差：DW0⑵夹紧的误差：jj(ymaxymin)cos加紧过程中接触变形的位移：

y(kRaZRaZ

kHBN

c1)(Z)n0.004mmHB19.62ljjycos0.0036mm

⑶因为磨损而造成的加工误差：jM一般不超过0.005mm⑷夹具相对于刀具的位置误差：DA取0.01mm误差总和：jw0.0522mm0.11mm

由此可以得出，我们所设计的夹具能满足零件的铣削加工的精度要求。

–23–拨叉加工工艺及专用夹具设计结论毕业的日子一天天的近了，毕业设计也进入了答辩的阶段，经过三个月的努力，我的毕业设计终于完成了。在刚接到这个题目的时候我对我这个课题进行着思考，如何才能做到尽善尽美的毕业设计，让我大学的最后一笔画上的是个完美的句号。之前我们也做过相似的课程设计，但是这次要全面很多专业很多，并且需要我们自己一点点的寻找我们想要的答案。在设计进行的过程中，我忽然发现我的基础知识真的掌握的不是很牢固，以前在老师讲解的时候都以为会了，可是现在知道自己眼高手低了，知道不等于了解，了解不等于会实际运用。在以后工作的道路上我应该时刻都记得充实自己的大脑，让自己在工作岗位上无可替代。

这次毕业设计的题目是拨叉的工艺规程设计还有上端面的夹具设计，在设计的过程中对工件加工工艺、夹具还有机床刀具的选择都有了更深一步的认识。设计工艺规程需要的是对加工方法，机床功能，刀具的特性，金属材料的性能都要充分的了解，在以后的工作过程当中没有人会给你三个月来完成一个这样结构简单的零件的工艺规程的设计，并且那时候的要求也不仅仅只是一篇文章，几张图纸而是能用在生产线上的计划。

毕业设计过程也是对我自身的提高，比如对word的操作，公式的打法，直径符号的查找，格式的规划还有对图片的处理等等。在班级内我们也加深了合作，有不知道的地方我就会去求助同学，在我们要踏出校园之前的最后一刻让我们知道我们是一个集体。大学最后的这次我们的光芒绽放时候让我收获良多。

–24–拨叉加工工艺及专用夹具设计参考文献[1]《机械工程材料》于永泗/齐民主编大连理工大学出版社（第八版）。[2]贵州工学院机械制造工艺教研室．机床夹具结构图册[M]，贵阳：贵州任命出版社，1983。[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]《机械加工工艺手册[M]》李洪主编机械工业出版社，1990。[6]马贤智．机械加工余量与公差手册[M]，北京：中国标准出版社，1994。[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。[9]四川省机械工业局．复杂刀具设计手册[M]，北京：机械工业出版社，1979。[10]东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学．机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1980。[11]李庆余，张佳．机械制造装备设计[M]，北京：机械工业出版社，2003。[12]廖念钊，莫雨松，李硕根．互换性与技术测量[M]，中国计量出版社，2000：9-19。[13]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。[14]何玉林，沈荣辉，贺元成．机械制图[M]，北京：机械工业出版社，2000。[15]邓文英．金属工艺学[M]，北京：高等教育出版社，2001.[16]MachineToolsN.chernor1984.[17]DesignofMachineryRobertL.Norton机械工业出版社2003–25–拨叉加工工艺及专用夹具设计致谢首先，我要感谢于善平老师对我毕业设计的指导。在毕业设计过程中，每一周于老师都会检查我们的设计进度，并且针对我们每个人的设计做出相应的指导和建议，并且给我们在网上找相关的视频，让我们对我们所设计的东西有更直观的认识，在下一阶段的设计过程中有了更明确地研究方向，让我们的道路更平坦。衷心的感谢您，我敬爱的于老师，您辛苦了！！还有我们的导师唐建波老师，您在这四年中一直以一种像对待自己孩子一样的心来对待我们，教授我们如何选择职业，如何摆渡好自己的小船在社会的大海上，您传授的一切我们终生受用谢谢您！与此同时也感谢在在这四年中传授我知识的老师们，是你们辛勤的劳动让我收获了在社会立足的根本，感谢你们！最后，我感谢阅读这篇设计论文的老师们，谢谢你们抽出宝贵的时间来审阅这篇论文。谢谢！

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