机械制造工艺学与机床夹具课程设计说明书-变速箱拨叉零件的机械加工工艺规程及钻孔攻丝夹具设计

机械制造工艺学课程设计

设计题目：

设 计 者学 号：专 业：指导教师：日 期：

变速箱拨叉零件的机械加工

工艺规程

1

目录

机械制造课程设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4页 第1章 零件分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6页 1.1 零件的作用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6页

1.2 零件的工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„6页 1.3 确定零件的生产类型„„„„„„„„„„„„„„„„7页 第2章 确定毛培、绘制毛培简图„„„„„„„„„„„„„„„7页

2.1 选择毛坯„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7页 2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量„„„„„„„„„7页 2.3 绘制拨叉锻造毛坯简图„„„„„„„„„„„„„„„„9页第3章 工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9页

3.1 定位基准的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„9页 3.2 拟订工艺路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10页 3.3 加工设备及工艺装备的选用„„„„„„„„„„„„„„12页 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定„„„„„„„„„„„13页 3.5 切削用量的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„15页 3.6 时间定额的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„17页 第4章 专用钻床夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„21页

4.1 夹具设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21页 4.2 拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图„„„„„„„„„21页 4.3 绘制夹具装配总图„„„„„„„„„„„„„„„„„„23页 4.4 夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求„„„„„„„„23页 第5章 设计总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24页 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25页附件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26页

2

机制工艺课程设计任务书

一、课程设计任务书 课程编号 课程名称 机械制造技术课程设计 周数 2 论文 （设计） 进度 安排 上午指导教师布置课程设计任务。明确设计任务，阅读设计任务书和指导书，收集、借阅有关资料、手册。 对零件进行工艺分析，画出零件图；确定毛坯的制造方式，绘制毛坯简图。 制定机械加工工艺路线，选择定位基准。 选择机床及工、夹、量、刃具，确定加工余量及工序间尺寸与公差，确定切削用量。 画出毛坯图，填写工艺过程卡及工序卡。 针对选择的一道工序，确定该工序夹具设计方案，选择定位元件，计算所需夹紧力，选择夹紧方案。 绘制夹具装配图。 绘制夹具零件图。 整理设计说明书。 答辩、评定成绩。 具体设计方法、步骤见 《机械制造技术基础课程设计指导教程》和教材《机械制造技术基础》。 另外主要参考书目： 1．机床专用夹具图册 2．机械制造装备设计 3．机械制造工艺设计简明手册 4．机械制造工艺学课程设计指导书 5．实用机械加工手册 6．实用机械加工工艺手册 一、设计题目与要求 拨叉的机械加工工艺规程及钻孔攻螺纹夹具设计。年产量为5000件（大批生产）。（零件参考图附后） 二、设计内容 1．对零件进行工艺分析，画零件图； 论文 2．确定毛坯的制造方式，绘制毛坯简图； （设计） 3．制定零件的机械加工工艺路线，填写机械加工工艺过程卡； 4．对指定工序，选择机床及工、夹、量、刃具，确定加工余量及工序间尺寸与内容 公差，确定切削用量，填写机械加工工序卡； 5．对指定工序进行机床夹具设计计算和机构设计，画夹具装配图； 6．对夹具的一个零件设计零件图； 7．编写设计计算说明书。 设计工作要求提交： 1．零件图 1张（A4） 2．毛坯图 1张（A4） 3．机械加工工艺过程卡 1张 4．机械加工工序卡 至少3张 5．夹具结构设计装配图 1张（A2～A3） 6．夹具结构设计零件图 1张（A4） 7．课程设计说明书 1份，参考龙岩学院毕业设计说明书撰写格式 要求

二、设计题目与要求

3

如下图所示拨叉零件，材料为45#钢，毛坯为锻件，试编制零件的机械加工工艺规程及设计加工拨叉头螺纹孔的钻床夹具。

零件图

第1章 零件分析

1.1 零件的作用

拨叉是拖拉机变速箱的换档机构中的一个主要零件。拨叉头以24mm孔套在变速叉轴上，并用螺钉经M86H螺纹孔与变速叉轴联结，拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变拖拉机的行驶速度。

1.2 零件的工艺分析

由零件图1.1可知，其材料为45钢。该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。

该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，

4

该表面要求高频淬火处理，硬度为48～58HRC；为保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对

0.021叉轴孔240mm的垂直度要求为0.05mm，其自身的平面度为0.08mm。为保证拨叉在叉轴上有准

确的位置，改换档位准确，拨叉采用紧固螺钉定位。螺纹孔的尺寸为M86H。

拨叉头两端面和叉脚两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加

0.021工面积，又提高了换档时叉脚端面的接触刚度；240mm孔和M86H孔的端面均为平面，可以

防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面(拨叉脚两端面、变速

0.021叉轴孔240mm，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床、攻丝的

粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。

0.021该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔240mm(H7)，在设计工艺规程时应重点予以

保证。

图1.1（零件图）

1.3 确定零件的生产类型

依设计题目知：产品的年产量为8000台／年，每台产品中该零件数量为1件／台；结合生产实际，备品率%和废品率%分别取3%和0.5%，零件年产量为

N=8000台／年×1件／台×(1+3%)×(1+0.5%)=8281.2件／年

5

拨叉属轻型零件，该拨叉的生产类型为大量生产。

第2章 确定毛坯、绘制毛坯简图

2.1 选择毛坯

由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为5°。

2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

1．公差等级 由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 2．锻件重量

由于无法得到加工后拨叉的质量，所以先根据图纸画出三维图经过分析（如下截图）

得出质量为（密度取7.8×10-6kg／mm3） m=0.32783841kg≈0.33kg

可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为0.44kg。

3．锻件形状复杂系数 对拨叉零件图进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，即l=95mm， b=65mm，h=45mm；该拨叉锻件的形状复杂系数为

Smt/mN0.44/(lbh)=0.44kg／(95mm×65mm×45mm×7.8×10-6kg／mm3)≈0.44／2.17

≈0.203

6

由于0.203介于0.16和0.32之间，故该拨叉的形状复杂系数属S3级。

4．锻件材质系数 由于该拨叉材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65％的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级。

5．锻件分模线形状 根据该拨叉件的形位特点，选择零件高度方向通过螺纹孔轴心的平面为分模面，属平直分模线。

6．零件表面粗糙度 由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm。 根据上述诸因素，可查《机械制造设计基础课程设计》表2.13确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2.1中。

表2.1 拨叉机械加工余量及锻造毛坯尺寸公差

加工表面 拨叉头左右端面 零件尺寸/mm 机械加工余量/mm 毛坯公差/mm 毛坯尺寸/mm 4000.1 R25 01.5～2（取2） 1.5～2 （取1.5） 1.6 (0.5) 1.4(0.4) 1.4 (0.4) 1.4 (0.4) 1.01.01.01.144 (0.5) R23.5 (0.4) 16 (0.4) 1.0 20(0.4)1.01.01.1拨叉角内表面 拨叉角两端面 120.08 0.021 2401.5～2 （取2） 2.0 拨叉头孔 2.3 绘制拨叉锻造毛坯简图

由表2.1所得结果，绘制毛坯简图2.3所示。

7

图2.3（毛坯简图）

第3章 工艺规程设计

3.1 定位基准的选择

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。 1．精基准的选择

0.021叉轴孔240mm的轴线是拨叉脚两端面设计基准，拨叉头左端面是拨叉轴向方向上尺寸的设0.021计基准。选用叉轴孔240mm的轴线和拨叉头左端面作精基准定位加工拨叉脚两端面，实现了设

计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。另外，由于拨叉件刚性较差，受力易产生弯曲变形，选用拨叉头左端面作精基准，夹紧力作用在拨叉头的右端面上，可避免在机械加工中产生夹紧变形，夹紧稳定可靠。

2．粗基准的选择

选择叉轴孔24mm的外圆面和拨叉头右端面作粗基准。采用24mm外圆面定位加工内孔可保证孔的壁厚均匀；采用拨叉头右端面作粗基准加工左端面，可以为后续工序准备好精基准。

3.2

拟订工艺路线

工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。

因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。

1．表面加工方法的确定

根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案的经济精度和表面粗糙度；查《机械制造设计基础课程设计》表2.24孔加工法案的经济精度和表面粗糙度，确定拨叉零件各表面的加工方法，如表3.1所示。

表3.1 拨叉零件各表面加工方案

加工表面 拨叉角两端面

尺寸及偏差 mm 1200.08尺寸精度等级 IT10 8

表面粗糙度 Ra3.2 μm 加工方案 粗铣—半精铣—磨削 备注

拨叉头孔 螺纹孔 拨叉头左端面 0.021 mm 240IT7 IT6 IT10 Ra1.6 μm Ra3.2 μm Ra6.3 μm 钻—扩—粗—精铰 钻—丝锥攻内螺纹 粗铣—半精铣 M8-6H mm 4000.1 mm 4000.1R25 mm 12 mm 拨叉头右端面 拨叉角内表面 凸台 IT10 IT12 IT13 Ra3.2 μm Ra6.3 μm Ra12.5μm 粗铣—半精铣 粗铣 粗铣 2．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。在粗加工阶段，首先将精基准(拨叉头左端面和叉轴孔)准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、凸台。在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的半精铣加工和螺纹孔的钻孔丝锥攻丝；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。

3．工序的集中与分散

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大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、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，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。

4．工序顺序的安排 (1) 机械加工工序

0.021遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——拨叉头左端面和叉轴孔240mm；遵循“先

粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面—

0.021—拨叉头左端面和叉轴孔240mm和拨叉脚两端面，后加工次要表面——螺纹孔；遵循“先面后0.021孔”原则，先加工拨叉头端面，再加工叉轴孔240mm孔；先铣凸台，加工螺纹孔M8。由此初拟

拨叉机械加工工序安排如表3.2所示。

表3.2 拨叉机械加工工序安排（初拟）

工序号 10 20 30 40 50

工 序 内 容 粗铣拨叉头两端面 半精铣拨叉头左端面（主要表面） 扩、铰φ24孔（主要表面） 粗铣拨叉脚两端面（主要表面） 铣凸台（次要表面） 9 简 要 说 明 “先基准后其他” “先基准后其他”、“先面后孔”、“先主后次” “先面后孔” 、“先主后次” “先粗后精” “先面后孔”、“先主后次”

60 70 80 90 钻、攻丝M8孔（次要表面） 半精铣拔叉头右端面 半精铣拨叉脚两端面 磨削拨叉脚两端面 “先面后孔” （精加工开始） “先粗后精” “先粗后精” “先粗后精” (2) 热处理工序

模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241～285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。在表3.2中工序80和工序90之间增加热处理工序，即：拨叉脚两端面局部淬火。

(3) 辅助工序

粗加工拨叉脚两端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。

综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。

5．确定工艺路线

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定拨叉的工艺路线如表3.3所示。

表3.3 拨叉机械加工工艺路线（修改后）

工序号 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 工 序 内 容 粗铣拨叉头两端面 半精铣拨叉头左端面 钻、扩、粗绞、精绞φ24孔 粗铣拨叉脚两端面 校正拨叉脚 铣叉爪口内表面 半精铣拨叉脚两端面 半精铣拨叉头右端面 粗铣凸台 钻、攻丝M8螺纹孔 去毛刺 中检 热处理——拨叉脚两端面局部淬火 校正拨叉脚 磨削拨叉脚两端面 清洗 终检 定 位 基 准 端面、φ24孔外圆 右端面、φ24孔外圆 右端面、φ24孔外圆、叉爪口内侧面 左端面、φ24孔 左端面、φ24孔、叉爪口外侧面 左端面、φ24孔 左端面、φ24孔外圆 左端面、φ24孔、叉爪口内侧面 左端面、φ24孔、叉爪口内侧面 左端面、φ24孔 10

3.3 加工设备及工艺装备的选用

机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。

拨叉的生产类型为大批生产，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。各工序加工设备及工艺装备的选用如表3.4所示。

表3.4 加工设备及工艺装备

工序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 工 序 内 容 粗铣拨叉头两端面 半精铣拨叉头左端面 钻、扩、粗绞、精绞φ24孔 粗铣拨叉脚两端面 校正拨叉脚 铣叉爪口内侧面 半精铣拨叉脚两端面 半精铣拨叉头右端面 粗铣凸台 钻、攻丝M8螺纹孔 去毛刺 中检 热处理——拨叉脚两端面局部淬火 校正拨叉脚 磨削拨叉脚两端面 清洗 终检 加工设备 立式铣床X51 立式铣床X51 立式钻床525 卧式双面铣床 钳工台 立式铣床X51 卧式双面铣床 卧式双面铣床 卧式双面铣床 立式钻床525 钳工台 淬火机等 钳工台 平面磨床M7120A 清洗机 工艺装备 高速钢套式面铣刀、游标卡尺 高速钢套式面铣刀、游标卡尺 麻花钻、扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规 三面刃铣刀、游标卡尺 手锤、 铣刀、游标卡尺 三面刃铣刀、游标卡尺 三面刃铣刀、游标卡尺 三面刃铣刀、游标卡尺 复合钻头、丝锥、卡尺、塞规 平锉、 塞规、百分表、卡尺等 手锤 砂轮、游标卡尺 塞规、百分表、卡尺等 3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定

1、工序10 粗铣拨叉头两端面、工序20半精铣拨叉头左端面和工序80半精铣拨叉头右端面 工序10、工序20和工序80的加工过程如图3.1所示。

工序10：以右端面定位，粗铣左端面，保证工序尺寸L1；以左端面定位，粗铣右端面，保证工序尺寸L２；

工序20： 以右端面定位，半精铣左端面，保证工序尺寸L3。

工序80： 以左端面定位，半精铣右端面，保证工序尺寸L4，达到零件图设计尺寸L的要求，

L4000.1。

由图3.1所示加工过程示意图，建立分别以Z2、Z3和Z4为封闭环工艺尺寸链如图3.2所示。

11

图3.1 加工过程示意图 图3.2 工艺尺寸链图

1)求解工序尺寸L3：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面精加工余量，得半精铣余量Z4=1mm，由图3.1知L4L400从图3.2c知，则L3L4Z4401mm Z4L3L4，0.1mm，= 41 mm。由于工序尺寸L3是在半精铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到左端面的最终加工要求IT10，因此确定该工序尺寸公差为ITl0，其公差值为0.1mm，故L3410.05mm

2)求解工序尺寸L2：查《机械制造设计基础课程设计》表2.64平面精加工余量，得半精铣余量Z3=1mm，由图3.2（b）知， L2L3Z3= (41+1)mm=42mm。由于工序尺寸L2是在半精铣加工中保证的，查《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工法案和表面粗糙度知，半精铣工序的经济加工精度等即可达到左端面的最终加工要求IT10，因此确定该工序尺寸公差为ITl0，其公差值为0.1mm，故L2420.05mm。

3)求解工序尺寸L1：右端加工余量，即Z2=2- Z4=2-1=1，由图3.2（a）知，Z2L1L2， 则

L1L2Z2= (42+1)mm=43mm。由《机械制造设计基础课程设计》表2.25平面加工方案的经济度和

表面粗糙度，确定该粗铣工序的经济加工等级为IT13，其公差为0.39，故L1430.185mm。

为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。

1)余量Z4的校核 在图3.2c)所示尺寸链中Z4是封闭环，由竖式法(如表3.1)计算可得：

0.15Z410.05mm

12

表3.1 余量Z3的校核计算表

环的名称 L3(增环) L4(减环) Z4 基本尺寸 41 -40 1 上偏差 +0.05 +0.1 +0.15 下偏差 -0.05 0 -0.05

2)余量Z3的校核 在图3.2b)所示尺寸链中Z3是封闭环，由竖式法(如表3.1)计算可得：

0.1Z310.1mm。

表3.1 余量Z3的校核计算表

环的名称 L2(增环) L3(减环) Z3 基本尺寸 42 -41 1 上偏差 +0.05 +0.05 +0.1 下偏差 -0.05 -0.05 -0.1 3)余量Z2的校核 在图3.2c)所示尺寸链中Z2是封闭环，由竖式法(如表3.1)计算可得：

0.235Z210.235mm

表3.2 余量Z2的校核计算表

环的名称 L1(增环) L2(减环) Z2 基本尺寸 43 -42 1 上偏差 +0.185 +0.05 +0.235 下偏差 -0.185 -0.05 -0.235 余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。

00将工序尺寸按“入体原则”表示：L4400 mm，mm，L41L420.130.120.1mm，

L14300.39mm。

2、工序100钻、攻丝M8螺纹孔

由于M8螺距为1mm，则先钻孔余量为Z钻=7mm。由《机械制造设计基础课程设计》表2.67攻螺纹前钻孔用麻花钻直径为7mm。

3.5 切削用量的计算

1、工序10 粗铣拨叉头两端面

该工序分两个工步，工步1是以右端面定位，粗铣左端面；工步2是以左端面定位，粗铣右端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，因此它们所选用的切削速度v和进给量f是一样的。

(1) 背吃刀量 工步1的背吃刀量ap1取为Zl，Z1等于左端面的毛坯总余量减去工序2的余量Z3，

13

即Z1=2mm - 1mm = 1mm；而工步2的背吃刀量ap2取为Z2，故ap2= Z2=1mm。

(2) 进给量 由立式铣床X51功率为4.5kW，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序的每齿进给量fz取为0.08mm/z

(3) 铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、dw80 mm、齿数z10。查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度v44.9 m/min。

则 ns1000v100044.9178.65（r/min） d80由本工序采用X51-型立式铣床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6，取转速nw=160r／min，故实际铣削速度

vdnw100080160100040.2（m／min）

当nw=160r／min时，工作台的每分钟进给量fm应为

fmfzznw0.0810160128（mm／min）

可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为125（mm／min）

2、工序20 半精铣拨叉头左端面 (1) 背吃刀量 ap3Z3=1 mm。

(2) 进给量 由本工序表面粗糙度Ra,6.3μm，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀精铣平面进给量，每转进给量f取为0.4mm/r，故每齿进给量fz为0.04mm/z

(3)铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、dw80 mm、齿数z10、fz =0.04mm/z，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度v48.4 m/min。

则 ns1000v100048.4192.58（r/min） d80由本工序采用X51-型立式铣床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6，取转速nw=180r／min，故实际铣削速度

vdnw100080180100045.24（m／min）

当nw=210r／min时，工作台的每分钟进给量fm应为

fmfzznw0.041021084（mm／min）

14

可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为80（mm／min）

3、工序80 半精铣拨叉头右端面 (1) 背吃刀量 ap4Z4=1 mm。

(2) 进给量 由本工序表面粗糙度Ra,3.2μm，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀精铣平面进给量，每转进给量f取为0.4mm/r，故每齿进给量fz为0.04mm/z

(3)铣削速度 由本工序采用高速钢镶齿铣刀、dw80 mm、齿数z10、fz =0.04mm/z，查《机械制造设计基础课程设计》表5.8高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度v48.4 m/min。

则 ns1000v100048.4192.58（r/min） d80由本工序采用X51-型立式铣床，查《机械制造设计基础课程设计》表3.6，取转速nw=180r／min，故实际铣削速度

vdnw100080180100045.24（m／min）

当nw=210r／min时，工作台的每分钟进给量fm应为

fmfzznw0.041021084（mm／min）

可查《机械制造设计基础课程设计》表3.7得机床进给量为80（mm／min）

4、工序100钻、攻丝M8螺纹孔 (1) 钻7孔工步

由工件材料为45钢、孔7mm、高速钢钻头，查《机械制造设计基础课程设计》表5.19高速钢麻花钻钻销碳钢的切削用量得，切削速度Vc=20m/min，进给量f=0..20 mm／r。取ap=7mm。

则 ns1000v100020910（r/min） dw7由本工序采用Z525型立式钻床，取转速nw=960r／min，故实际切削速度

v(2)攻螺纹

dwnw10007960100021.1（m／min）

由于螺纹螺距为1mm则进给量为f=1mm/r，查《机械制造设计基础课程设计》5.35组合机床上加工螺纹的切削速度v=3--8m/min，取v=5 m/min所以该工位主轴转速

15

n1000v10005199(r/min) d8由本工序采用Z525型立式钻床，取转速n=195r／min，故实际切削速则

vdn1000819510004.89（m／min）

3.6 时间定额的计算

1．基本时间tj的计算

(1)工序10——粗铣拨叉头两端面

由于该工序包括两个工步，即两个工件同时加工，由面铣刀对称铣平面、主偏角r=90°，查《机械制造设计基础课程设计》表5.14铣削基本时间计算得：l10.5ddae1～3mm，l2=1～

223mm。

则l10.5ddae1～30.580803622221～36.5

l2＝2mm

l23672 mm

则该工序的基本时间

tjll1l2726.520.644min=38.6s。

fMZ128 (2)工序20——半精铣拨叉头左端面

同理，l10.5ddae1～30.580803622221～36.5

l2＝2mm

l36 mm

该工序的基本时间

tjll1l2366.520.556min = 33.4s

fMZ80(3)工序80——半精铣拨叉头右端面

同理，l10.5ddae1～30.580803622221～36.5

l2＝2mm

16

l36 mm

该工序的基本时间

tjll1l2366.520.556min = 33.4s

fMZ80(4)工序100——钻、攻丝M8螺纹孔

1)钻孔工步 查《机械制造设计基础课程设计》表5.39可知该工步

l1D7cotr1~2cot4513.5mm；l2＝１mm；l=9mm；则该工序的基本时间 22tjll1l293.510.07min=4.2s fn0.2*9602)攻丝 查《机械制造设计基础课程设计》表5.39可知该工步l=9mm，l1=1~3P=2mm，

l22~3P3mm；则该工序的基本时间

tjll1l29230.07min=4.2s fn1195

2．辅助时间tf的计算

辅助时间tf 与基本时间tj之间的关系为ta =(0.15～0.2) tj，取ta =0.15 tj则各工序的辅助时间分别为：

工序10 的辅助时间：tf=0.15×38.6s=5.79s； 工序20的辅助时间：tf=0.15×33.4s=5.01s； 工序80的辅助时间：tf=0.15×33.4s=5.01s；

工序90 钻孔工步的辅助时间：tf=0.15×4.2s=0.63s；

攻丝工步的辅助时间：tf=0.15×4.2s=0.63s ；

3．其他时间的计算

除了作业时间(基本时间与辅助时间之和)以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于拨叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间tb是作业时间的2％～7％，休息与生理需要时间tx是作

17

业时间的2％～4％，均取为3％，则各工序的其他时间(tb+tx)可按关系式(3％+3％) ×(tb+tx) 计算，它们分别为：

工序10 的其他时间：tb+tx =6％×(38.6s+5.79s)=2.66s； 工序20 的其他时间：tb+tx =6％×(33.4s+5.01s)=2.30s； 工序80 的其他时间：tb+tx =6％×(33.4s+5.01s)=2.30s； 工序100钻孔工步的其他时间：tb+tx =6％×(4.2s+0.63s)=0.29s；

攻丝工步的其他时间：tb+tx =6％×(4.2s+0.63s)=0.29s；

4．单件时间tdj的计算 各工序的单件时间分别为：

工序10 的单件时间：tdj=38.6s+5.79s+2.66s=47.05s； 工序20 的单件时间：tdj=33.4s+5.01s+2.30s=40.71s； 工序80 的单件时间：tdj=33.4s+5.01s+2.30s=40.71s； 工序100 的单件时间tdj为两个工步单件时间的和，其中 钻孔工步：tdj钻=4.2s+0.63s+0.29s=5.75； 攻丝工步：tdj攻丝=4.2s+0.63s+0.29s=5.75s；

因此，工序100的单件时间tdj=tdj钻+tdj攻丝=5.75s+5.75s=11.5s。

将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。如附表1、附表2、附表3、附表4和附表5所示，附表1为拨叉零件的机械加工工艺过程；附表2、附表3、附表4和附表5分别为拨叉加工第10、20、80、100四道工序的工序卡。

由于时间有限，所以只做10、20、80、100四道工序，其他工序略。

18

第4章 专用钻床夹具设计

4.1 夹具设计任务

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。为工序100设计钻床夹具，所用机床为Z525型立式钻床，成批生产规模。 1．工序尺寸和技术要求

0.1加工拨叉螺纹孔M8-H6，B面的尺寸为140.1mm，表面粗糙度Ra6.3μm。

2．生产类型及时间定额

生产类型为大批生产，时间定额20min。 3．设计任务书如表4.1

产品型号 专用工艺装备设计任务书 产品名称 钻床夹具 零件名称 拨叉 工装编号 工装名称 工装等级 工序号 100 旧工序号 设计理由 为避免零件加工时浪 编制 2011-6-20 审核 批准 费大量时间 设计

表4.1装用工艺装备设计任务书

2011-6-20 生产批量 5000件 使用车间 使用设备 立式钻床525 使用其他产品 工序内容 钻孔-攻M8-6H螺纹孔 库存数量 旧工装处理意见 零件图号 每台件数 1 4.2 拟定钻床夹具结构方案与绘制夹具草图

1、确定工件定位方案，设计定位装置

0.1分析工序简图可知，加工拨叉锁销孔M8-H6，距离B面的尺寸为140.1mm。从基准的重合原则和

19

0.021定位的稳定性、可靠性出发，选择B面为主要定位基准面，并选择240mm孔轴线和工件叉口面为

另两个定位基准面。

定位装置选用一面两销 (图4.1)，长定位销与工件定位孔配合，限制四个自由度，定位销轴肩小环面与工件定位端面接触，限制一个自由度，挡销与工件叉口接触限制一个自由度，实现工件正确定位。定位孔与定位销的配合尺寸取为24H7f6(在夹具上标出定位销配合尺寸24f6)。对于工序尺寸

0.1定位基准与工序基准重合，定位误差dw (14) = 0；加工孔径尺寸M7-6H由刀具直接保140.1mm而言，

证，dw (8)=0。由上述分析可知，该定位方案合理、可行。

图4.1 一面两销定位方案图

4.2 螺旋夹紧机构

2、确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置

钢套的轴向刚度比径向刚度好，因此夹紧力应指向限位台阶面。针对大批生产的工艺特征，此夹具

20

选用螺旋夹紧机构，如图4.2所示。螺旋夹紧机构中的各零件均采用标准夹具元件(参照《机械制造设计基础课程设计》中表6.23选螺母JB/T8004.1-1999M16*1.5和表6.38选垫圈JB/T8008.5-1999 A17*50)。

3、确定导向方案，设计导向装置

为能迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻夹具上都应设置引导刀具的元件—钻套。钻套一般安装在钻模板上，钻模板与夹具体连接，钻套与工件之间留有排屑空间。本工序要求对被加工孔依次进行钻、攻丝2个工步的加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用快换钻套作为刀具的导向元件，如图4.3所示 (参照《机械制造设计基础课程设计》中表6.50选快换钻套JB/T8045.2-19998F7*18k6*25 ，表6.51选钻套用衬套JB/T8045.4-1999A12*25和表6.54钻套螺钉螺钉JB/T8045.5-1999 M6*4)。

图4.3 导向装置简图

4、确定夹具体结构型式及夹具在机床上的安装方式

考虑夹具的刚度、强度和工艺性要求，采用铸造夹具体结构。 5、绘制夹具草图。（见装配图）

4.3 绘制夹具装配总图

钻模的装配总图上应将定位心轴、钻模板与夹具体的连接结构表达清楚。夹具装配总图如附图3所示。其中定位心轴与夹具体采用过渡配合15H7k6，用锁紧螺母固定。钻模板与夹具体用两个销钉、两个螺钉连接。夹具装配时，待钻模板的位置调整准确后再拧紧螺钉，然后配钻、铰销钉孔，打入销钉。

4.4 夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求

1、最大轮廓尺寸 90mm、183mm、199mm。

2、确定定位元件之间的尺寸与公差 定位销与削边销中心距尺寸公差取工件相应尺寸公差的1/3，偏差对称标注，即标注尺寸为84土0.02。

3、确定导向元件与定位元件之间的尺寸与公差 根据工序简图上规定的被加工孔的加工要求，确定钻套中心线与定位销定位环面(轴肩)之间的尺寸取为(14土0.03)mm其公差值取为零件相应尺寸

21

0.1140.1mm的公差值的1/3，偏差对称标注)。

4、确定定位元件与夹具体的尺寸与公差 定位销中心线与夹具底面的平行度公差取为0.02mm。 5、 标注关键件的配合尺寸如附图所示，7F7、24f6、12和15

H7H7H7H7、18、12、8n6n6k6r6H7。 k6第5章 实训总结

在匆忙中三周的时间过去了，终于完成了自己的机械制造课程设计。感触颇深，学到很多课堂上学不到的知识和经验。

由于理论知识不太全面，没有制造设计经验。万事开头难，一开始的时候无从下手。在老师的指导下我知道了设计要求并理清了设计思路。其实设计起来真的没那么简单，因为这里的每个数据都要有依据，在这个过程中遇到了很多问题，很多数据不知从何而来，在老师的帮助下查出了每一个数据。之后在画图时又强化了自己的CAD与proe知识，最终完成了我的任务。

在这样的实训过程中我感觉态度决定一切，无论知识全面与否，都要自己尝试去做并坚持下去，在这个过程中学到的知识是无穷的，课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在此要感谢老师对们悉心的指导，感谢老师们给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。更为一年之后走向社会起到了重要的作用。

参考文献：

[1] 尹成湖，李保章，杜金萍. 机械制造技术基础课程设计. 北京: 高等教育出版社, 2009.

22

[2] 尹成湖. 机械制造技术基础. 北京: 高等教育出版社, 2008.

[3] 孙开元，许爱芬. 机械制图与公差测量速查手册. 北京：化学工业出版社, 2008. [4] 邢邦圣. 机械制图与计算机制图. 第二版. 北京: 化学工业出版社，2008.

[5] 黄雨田，殷雪艳. 机械制造技术实训教程. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2009. [6] 机械设计手册编委会. 机械设计手册. 新版. 北京: 机械工程出版社, 2004.

[7] 钟日铭. Pro/ENGINEER野火版3.0完全实例导航. 北京: 机械工业出版社, 2006.

23

附表1 拨 叉 零 件 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片 产品型号 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片 产品名称 零件名称 每件毛坯 可制件数 拨叉 每台 件数 共2页 第1页 零件图号 材料牌号 45钢 毛坯种类 锻件 毛坯外形尺寸 1 1 备注 工序 号 10 20 30 40 50 描 图 描 校 90 底图号 装订号 工序名称 工 序 内 容 车工工 时 设 备 工 艺 装 备 准 立式铣床X51 立式铣床X51 立式钻床Z525 卧式双面铣床 钳工台 立式铣床X51 立式铣床X51 立式铣床X51 端铣刀、游标卡尺、专用夹具 端铣刀、游标卡尺、专用夹具 扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规 三面刃铣刀、游标卡尺、专用夹具 手锤 铣刀、游标卡尺、专用夹具 端铣刀、游标卡尺、专用夹具 端铣刀、游标卡尺、专用夹具 单 47.05s 40.71s 40.71s 间 段 0粗铣拨叉头两端面 半精铣拨叉头左端面 钻、扩、粗绞、精绞φ24 粗铣拨叉脚两端面 校正拨叉脚 铣叉爪口内表面 半精铣拨叉脚两端面 半精铣拨叉头右端面 粗铣拨叉头两端面Ral2.5μm、控尺寸420.1mm 半精铣拨叉头左端面Ra6.3μm、控尺寸410.1mm, 0.021钻、扩、粗绞、精绞240mm、Ral.6μm 0粗铣拨叉脚两端面Ral2.5μm、控尺寸12.80.35mm 0 铣叉爪口内侧面R6.3μm、控尺寸R25mm、 半精铣拨叉脚两端面Ra6.3μm、控尺寸0.160 70 80 12.50.1半精铣拨叉脚两端面Ra3.2μm、控尺寸400.1mm 0粗铣凸台 粗铣拨凸台、控尺寸21mm 立式铣床X51 端铣刀、游标卡尺、专用夹具 设计 (日期) 审核 (日期) 标准化 (日 标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 会签 (日期) 24

拨 叉 零 件 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片 （续）

产品型号 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 片 产品名称 零件名称 每件毛坯 可制件数 工段 签字 拨叉 每台件数 共2页 第2页 零件图号 材料牌号 工序 号 100 110 120 130 140 描 图 描 校 底图号 装订号 45钢 毛坯种类 锻件 毛坯外形尺寸 1 1 备注 工序名称 工 序 内 容 车间 0工 时 设 备 立式钻床Z525 钳工台 淬火机等 钳工台 磨床M7120A 清洗机 日期 设计 工 艺 装 备 准 钻头、丝锥、卡尺、塞规、螺纹尺规 平锉 塞规、百分表、卡尺等 手锤 砂轮、游标卡尺 塞规、百分表、卡尺等 审核 标准化 会签 单 11.5s 钻、攻丝M8螺纹孔 去毛刺 中检 热处理 校正拨叉脚 磨削拨叉脚两端面 清洗 终检 钻、攻螺纹，控制尺寸M8-H6 精铣拨叉脚两端面Ra3.2μm 、控尺寸120.08mm、 150 160终170 标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 (日期) (日期) (日期) (日期) 25

附表2 工序10 机械加工工序卡片

产品型号 产品名称 车间 毛坯种类 锻件 零件图号 零件名称 工序号 10 毛坯外形尺寸 设备型号 X51 机 械 加 工 工 序 卡 片 拨叉 工序名 粗铣拨叉头两面 每坯可制件数 1 设备编号 共16页 第1页 材料牌号 45钢 每台件数 1 同时加工件数 2 切削液 工序工时 设备名称 立式铣床 夹具编号 工位器具编号 工描 图 步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴 转速 r/min 粗铣A面Ral2.5μm、控尺寸430mm 0.35端铣刀、游标卡尺、 专用夹具 端铣刀、游标卡尺、 专用夹具 切削 速度 m/min 进给量 mm/r 夹具名称 专用夹具 工位器具名称 准终 背吃 刀量 mm 进给 次数 单件 47.05 s 工步工时 机动 辅助 描 校 1 160 40.2 0.8 1 1 19.3s 2.895s 底图号 2 标记 粗铣B面 Ral2.5μm、控尺寸420mm 0.1160 更改文件号 40.2 签字 0.8 日期 1 设计 审核 1 19.3s 会签 2.895s 装订号 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 26

标准化 (日期) (日期) (日期) (日期)

附表3 工序20 机械加工工序卡片

产品型号 产品名称 车间 毛坯种类 锻件 零件图号 零件名称 工序号 20 毛坯外形尺寸 设备型号 X51 机 械 加 工 工 序 卡 片 拨叉 工序名 半精铣拨叉头左面 共16页 第1页 材料牌号 45钢 每台件数 1 同时加工件数 1 切削液 工序工时 每坯可制件数 1 设备编号 设备名称 立式铣床 夹具编号 夹具名称 专用夹具 工位器具名称 准终 工位器具编号 单件 切削 速度 m/min 进给量 mm/r 背吃 刀量 mm 进给 次数 40.71s 工步工时 机动 辅助 工描 图 步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴 转速 r/min 半精铣A面 Ra6.3μm、控尺寸410.1mm, 0 描 校 1 端铣刀、游标卡尺、专用夹具 180 45.24 0.4 1 1 33.4s 5.01s 底图号 标记 处数 签字 处数 27

签字 日期 设计 审核 标准化 会签 装订号 更改文件号 日期 标记 更改文件号 (日期) (日期) (日期) (日期)

附表4 工序80 机械加工工序卡片

产品型号 产品名称 车间 毛坯种类 锻件 零件图号 零件名称 工序号 20 毛坯外形尺寸 设备型号 X51 机 械 加 工 工 序 卡 片 拨叉 工序名 半精铣拨叉头左面 共16页 第1页 材料牌号 45钢 每台件数 1 同时加工件数 1 切削液 工序工时 每坯可制件数 1 设备编号 设备名称 立式铣床 夹具编号 夹具名称 专用夹具 工位器具名称 准终 工位器具编号 单件 切削 速度 m/min 进给量 mm/r 背吃 刀量 mm 进给 次数 40.71s 工步工时 机动 辅助 工描 图 步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴 转速 r/min 半精铣B面 Ra3.2μm、控尺寸400.1mm 0 描 校 1 端铣刀、游标卡尺、专用夹具 180 45.24 0.4 1 1 33.4s 5.01s 底图号 标记 处数 签字 处数 28

签字 日期 设计 审核 标准化 会签 装订号 更改文件号 日期 标记 更改文件号 (日期) (日期) (日期) (日期)

附表5 工序100 机械加工工序卡片

机 械 加 工 工 序 卡 片 产品型号 产品名称 车间 毛坯种类 锻件 零件图号 零件名称 工序号 90 毛坯外形尺寸 设备型号 Z525 夹具名称 专用夹具 工位器具名称 拨叉 工序名 钻、铰φ8mm孔 每坯可制件数 1 设备编号 共16页 第9页 材料牌号 45钢 每台件数 1 同时加工件数 1 切削液 工序工时 设备名称 立式钻床 夹具编号 工位器具编号 工描 图 步号 1 描 校 钻 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴 转速 r/min 切削 速度 m/min 进给量 mm/r 背吃 刀量 mm 进给 次数 准终 单件 9.66s 工步工时 机动 辅助  7孔 钻头、游标卡尺 960 195 21.1 4.89 签字 0.2 1 日期 7 1 设计 审核 1 1 标准化 4.2s 4.2s 会签 0.63s 0.63s 底图号 2 攻M8-6H螺纹孔 丝锥、螺纹量规 装订号 标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 (日期) (日期) (日期) (日期)

29

附图1 拨叉零件图

30

附图2 拨叉毛坯简图

31

附图3 Pro-E夹具三维效果图

32

附图4 Pro-E夹具三维爆炸图

33