后托架设计书

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。零件上方的φ25孔与操纵机构相连，二下方的φ60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

CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：

1. 以φ25mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ25H7mm的孔，以及φ42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为φ25H7mm通孔。

2. 以φ60mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ60H12的孔，以及φ60H12的两个端面。主要是φ60H12的孔。

3. 铣16H11的槽

这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm的槽的底面，

16H11mm的槽两侧面。

4. 以M22×1.5螺纹孔为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：M22×1.5的螺纹孔，长32mm的端面。

主要加工表面为M22×1.5螺纹孔。

这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：

（1） φ60孔端面与φ25H7孔垂直度公差为0.1mm.。

（2） 16H11mm的槽与φ25H7的孔垂直度公差为0.08mm。

由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

二、 工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

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，故选择铸件毛坯。

（二）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。根据《机械制造技术基础》212页上的基准选择原则对以下基准进行确定。

（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φ25

0.0210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

φ42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。

（2）精基准的选择。

主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

（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

工序一 粗、精铣φ25孔上端面。

工序二 粗、精铣φ25孔下端面。

工序三 钻、扩、铰、精铰φ25孔。

工序四 钻、扩、铰、精铰φ60孔。

工序五 粗、精铣φ60孔上端面

工序六 粗、精铣φ60孔下端面。

工序七 铣螺纹孔端面。

工序八 钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）。

工序九 攻M22×1.5螺纹。

工序十 粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面。

工序十一 粗、半精铣 精铣16H11的槽。

工序十二 切断。

工序十三 检查。

2.工艺路线方案二

工序一 以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔下端面。

工序二 精铣φ25孔上下端面。

工序三 以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔,孔的精度达到IT7。

工序四 以φ25孔为精基准，粗铣φ60孔上下端面。

工序五 以φ25孔为精基准，精铣φ60孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1。

工序六 以φ25孔为精基准，钻、镗、铰φ60孔，保证空的精度达到IT8。

工序七 以φ25孔为精基准，铣螺纹孔端面。

工序八 以φ25孔为精基准，钻φ20孔（装配时钻铰锥孔）。

工序九 以φ25孔为精基准，钻一个φ20孔，攻M22×1.5螺纹。

工序十 以φ25孔为精基准，铣槽端面。

工序十一 两件铣断

工序十二 以φ25孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08。

工序十三 检查。

3.对上面工艺方案的分析

第一个方案有先钻孔再铣平面的不足，加工的效率也不够高，所以这个方案不是最理想的工艺路线，而第二个方案虽然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了（多次加工φ60、φ25孔是精度要求所致）。而且这个方案中也避免了先钻孔再铣平面的不足，根据小组讨论，以上面的工艺方案来填写工艺过程卡片。（工艺卡片另附）

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

“CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1.45kg，铸造毛坯。

据以上毛配材料的确定及加工路线，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（φ42）

考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，

没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。

2. 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ25，φ60端面）。

查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1～26，取φ25，φ60端面长度余量均为2.5

（均为双边加工）

铣削加工余量为：

粗铣 2mm

半精铣 0.7mm

3. 内孔（φ60已铸成φ50的孔）

查《工艺手册》表2.2～2.5，为了节省材料，取φ60孔已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为50mm。

工序尺寸加工余量：

钻孔 5mm

粗镗孔 0.1mm

精镗孔 0mm

同上，零件φ25的孔也已铸出φ15的孔。

工序尺寸加工余量：

钻孔至φ23 余量为8mm

扩孔钻 1.8 mm

粗铰孔 0.14 mm

精铰孔 0.06 mm

4. 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量

铸出槽端面至中心线47mm的距离，余量为3mm。

工序尺寸加工余量：

粗铣端面 2.1 mm

半精铣 0.7 mm

精铣 0.2 mm

5. 螺纹孔顶面加工余量

铸出螺纹孔顶面至φ25孔轴线且垂直轴线方向40mm的距离，余量为4 mm

工序尺寸加工余量：

粗铣顶面 3.1 mm

半精铣 0.7 mm

精铣 0.2 mm

6. 其他尺寸直接铸造得到

由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（五）确立切削用量及基本工时

工序一 以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,铸造。

加工要求：粗铣φ25孔上下端面。

机床： X53立式铣床。

刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝0°后角αo＝15°，副后角αo’=10°，刀齿斜角λs=－15°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1.5mm。

2. 切削用量

1）铣削深度

因为切削量较小，故可以选择ap=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。

2）每齿进给量

机床功率为10kw。查《机械切削用量手册》f=0.08~0.15mm/z。由于是对称铣，选

较小量f=0.15 mm/z。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min

4）计算切削速度 按《课程设计指导教程》第五章表，

V=1.84

n=7.32

Vf=6.44

5）计算基本工时

tm＝L/ Vf=(90+36)/6.44=6.99min。

工序二 精铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,铸造。

加工要求：精铣φ25上下端面。

机床： X6140卧式铣床。

刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae<=60,深度ap<=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。

2. 切削用量

1） 铣削深度

因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。

2） 每齿进给量

机床功率为7.5kw。查《切削手册》表5 f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。

3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表8，寿命T=180min

4） 计算切削速度 按《切削手册》表14，查得 Vf＝6.44mm/s，

5） 计算基本工时

tm＝L+182/ Vf=(2+182)/6.44=5.9min。

工序三 以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔，孔的精度达到IT7。

1. 选择钻床及钻头

选择Z5125A钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=23mm，钻头采用双头刃磨法，

2.选择切削用量

（1）决定进给量

由do=23mm,查《机械设计指导教程》第五章表

按钻头f0.47~0.57mm/r

按机床强度查[1]表10.1-2选择f0.056~1.8mm/r

最终决定选择机床已有的进给量f0.48mm/r

（2）耐用度

查《机械设计指导教程》第五章表

T=4500s=75min

（3）切削速度

n=50-2000r/min 取n=1000r/min.

３.计算工时

L80120.19minnf0.481000

tm1由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。

扩铰和精铰的切削用量如下：

扩钻：选高速钢扩孔钻 n1000r/min f0.7~0.8mm/r d024.8mm

L80120.12minnf0.751000

tm2铰孔：选高速钢铰刀 n1000r/min f1.3~2.6mm/r d024.94mm

L80120.07minnf1.31000

tm3精铰：选高速钢铰刀 n1000r/min f1.3~2.6mm/r d025H7

L80120.07minnf1.31000

tm4Tmtm1tm2tm3tm40.45min

工序四 以φ25孔为精基准，钻、粗镗、 精镗φ60孔，保证孔的精度达到IT7。

1. 选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=55mm，钻头采用双头刃磨法。

选择Z5163A钻床 n=22.4~1000r/min, f=0.063~1.2mm/r.

2.选择切削用量

（1）决定进给量

查《机械设计指导教程》第五章表

钻头进给量 f1.0~1.2mm/r

按钻头强度选择f1.0mm/r 按机床强度选择f0.9mm/r

最终决定选择Z5163A机床已有的进给量f0.8mm/r

（2）计算工时

选择n=600r/min所以tm(1223)/6000.80.07min

３.选择镗刀

选择高速钢镗刀， 粗镗时do=59.9mm

选择卧式镗床T68,

粗镗时 v=20-35 m/min,f=0.3-1.0 mm/r

精镗时 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r

工序五 粗铣 半精铣 槽16H11的端面

1. 选择机床刀具

选择立式铣床X53K硬质合金钢Yab端铣刀

ap60

2. 切削用量

查《机械设计指导教程》第五章表

f=0.14~0.24mm/r

T=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min

n=7.32r/min

Vf6.44m/min

3. 计算工时

L3244.19snf6.44

tm1半精铣

L2244.04snf6.44

tm2Tmtm1tm28.23s

工序六 精铣槽16H11

本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步，此工序精铣槽须满足各技术要求包括：槽宽16H11，槽深8H12，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。

1. 选择机床及刀具

机床 x61W型万能铣床

刀具 错齿三面刃铣刀铣槽do=16mm查[1]表8

国家标准 GB1118 D=160mm d=40mm

L=16mm 齿数z=24

2. 计算切削用量

（1） 《机械设计指导教程》第五章表得 （2） 铣刀磨钝标准和耐用度

由[1]表9.4—6查得 磨钝标准为 0.2~0.3

表9.4—7查得 耐用度为 T=150min

（3） 切削速度

qvvCVd0TmaXVaYVpauVfwzPVkv

查表 9.4—8 得其中：

走刀量 f=0.67 mm/r

修正系数kv1.0

CV40 qv0.2 Xv0.1

Yv0.4 uv0.5 pv0.1 m=0.5

f0.670.028mma6a8z24 w p

af 代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s

（4） 确定机床主轴速度

1000v6.5r/s390.5r/mindw

ns由[3] 按机床选取主轴转速为6.33 r/s

所以 实际切削速度为

nwdw3.27m/s196.2m/min1000

v

3. 计算切削工时

Lly32.77svfafznTm

工序七 铣螺纹孔顶面

1. 选择机床及刀具

机床：X53K立式铣床。

刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。

2. 切削用量

1） 铣削深度

因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。

2） 刀具耐用度

查《2》表 寿命T=180min。

3） 计算切削速度

查[2]得 Vc＝0.38mm/s，n=1.53r/min,Vf=1.42mm/s

L1.581.16snf28.20

tm三、 夹具设计

（一） 明确设计的任务

本夹具以φ25孔为精基准，钻、粗镗、 精镗φ60孔，保证孔的精度达到IT7。本道工序需要经过钻孔、镗孔之后才能达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应该考虑保证基准的重合来达到各加工精度，以及如何提高生产效率，降低劳动强度。

（二） 确定夹具的结构方案

1． 定位元件的选择

拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）

要求。

此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。Φ25孔和Φ60孔的端面已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ25孔和Φ60孔及侧板作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和浮动支撑板及已加工好的φ25孔作为定位夹具。

2． 导向装置的选择

本工序需要依次进行钻、粗镗、精镗等工步的加工，才能最终达到规定的精度要求，所以根据《机械制造技术指导教程》表9-7中，此夹具中选用快换钻套，作为导向元件。

3.夹紧机构的选择

针对成批生产的工艺特征，此夹具为了减少换工件的时间，提高加工效率，选用DQG型气缸和对称布置的两套铰链机构和压板进行夹紧。只要启动气缸就可以使铰链机构动作，从而实现夹紧，相反则放松。

（三）画夹具装配图（装配图另外附）

（四）在夹具装配图上标注尺寸、配合、技术要求等

1、根据工件图上两孔的中心距要求，确定钻套的中心线与定位销中心线之间的尺寸取为（126.11±0.02mm）；钻套中心线对定位销中心线的平行度公差取为0.02mm

2、定位销中心线与夹具底面的垂直度公差取为0.01mm

3、查看《机械制造技术指导教程》表8-7，标注关键部位的配合尺寸：Φ25H7/r6 、Φ60F7/m6

（五）夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。

只要操作气缸动作就可以夹紧和松开工件。本夹具的最大优点就是操作简单、容易夹紧，减少装夹工件时的时间，大大提高了效率。

参考文献

[1] 机械工业出版社，《机械制造技术基础》

[2] 机械工业出版社，《机械制造技术基础课程设计指导教程》

[3] 《机床夹具设计手册 》上海：上海科学技术出版社，1979

[4] 艾兴，肖诗纲主编。《切削用量手册 》机械工业出版社

[5] 《金属切削手册》 上海：上海科学文化技术出版社