机械制造工艺夹具课程设计

序言 ................................................................................................ 2 1、零件的分析 .............................................................................. 3 1.1零件的结构分析 ............................... 3 1.2零件的技术要求分析 ........................... 4 2.工艺规程设计 ............................................................................ 5 2.1 确定毛坯的制造形式 .......................... 5 2.2 基面的选择 .................................. 5 2.3 制订工艺路线 ................................ 5 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ....... 7 2.5确定切削用量及基本工时 ....................... 7 3.时间定额计算 .......................................................................... 24 4.夹具设计 .................................................................................. 28 4.1定位基准的选择 .............................. 28 4.2夹具方案的确定 .............................. 28 4.3定位误差分析 ................................ 28 4.4切削力及夹紧力的计算 ........................ 29 4.5定向键与对刀装置的选择 ...................... 30 4.6 本章小结 ................................... 31 参考文献 ...................................................................................... 32 致 谢 ............................................................................................ 33

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序言

机械制造技术基础课程设计是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。它是主要是对零件的加工工艺和对零件的某几个工序加工进行专用夹具的设计，从零件的工艺来说，它主要是分析零件在进行加工时应注意什么问题，采用什么方法和工艺路线加工才能更好的保证精度，提高劳动生产率。就专用夹具而言，好的夹具设计可以提高产品生产率、精度、降低成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。在本设计中，就针对拨叉A的加工工艺进行分析，制定和比较加工工艺路线，选择较好的加工工艺路线进行加工。并对拨叉叉口两侧面、55孔和槽进行专用夹具的设计，在这过程中，制定多套夹具方案分别对各夹具的定位误差和精度进行分析计算，选择其一进行下一步的设计，以完成本次设计。通过这次设计，培养了编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，这也是在进行毕业之前对所学课程进行的最后一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。

由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。

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1、零件的分析

1.1零件的结构分析

题目所给的零件是CA6140机床上的拨叉，他位于机床变速箱内。主要作用是用于机床的换挡变速作用，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需要的速度和扭矩。

如图（a）所示，25的孔与操作机构相连接，55的半孔与所控制的齿轮所在的轴相连接，通过操作机构拨动25的孔，从而带动55的半孔，使齿轮变换从而实现变速。

A （a）

如图（b）所示，轴Ⅱ上的双联滑移齿轮和轴Ⅲ上的三联滑移齿轮用一个手柄操作。变速手柄每转1转，变换全部6种转速，故手柄共有均布的6个位置。

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（b）

变速手柄装在主轴箱的前壁上，通过链转动轴4。轴4上装有盘形凸轮3和曲柄2。凸轮3上有一条封闭的曲线槽，由两段不同半径的圆弧和直线组成。凸轮上有①~⑥共6个变速位置。位置①、②、③，杠杆5上端的滚子处于凸轮槽曲线的大半径圆弧处。杠杆5经拨叉6将轴Ⅱ上的双联滑移齿轮向左端移动。位置④、⑤、⑥则将双联滑移齿轮移向右端位置。

曲柄2随轴4转动，带动拨叉1拨动轴Ⅲ上的三联齿轮，使他处于左、中、右3个位置，顺次的转动手柄，就可使两个滑移齿轮的位置实现6种组合，使轴Ⅱ得到6种速度。

1.2零件的技术要求分析

由图（a）可知，其材料为HT200，该材料有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，试用于较大的应力、要求耐磨零件。

CA6140车床拨叉共有四处加工表面，其间有一定位置要求。 分述如下：

1、以25孔为中心的加工表面，包括：2500.3的孔，以及其右端面。 2、以φ55为中心的加工表面 3、斜面的加工 4、拨槽的加工

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。

图（a）中，75圆的两端面与25孔的中心轴和16x8的槽与25孔的中心轴的垂直度0.1直接影响拨叉工作的精度和稳定性。

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2.工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式

零件的材料为HT200铸铁，质量为1.12kg，考虑到零件的几何形状比较复杂，所以用铸造的形式进行毛坯的制造。由于零件的55孔需铸出，故应安装型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。

2.2 基面的选择

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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。

2.2.1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孔的内表面作为定位基准，利用一短销大平面，限制5个自由度，再以一个菱形销限制最后1个自由度，达到完全定位,再用螺栓夹紧，然后进行铣削。

2.2.2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

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不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。例如：轴类零件常用顶针孔作为定位基准。车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。

互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。例如：磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置出发，进而保证拨叉A在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从拨叉A零件图分析可知，该零件的底平面与小头孔，适于作精基准使用。但用一个平面和一个孔定位限制工件的自由度是不够的，它只限制了五个自由度，如果采用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。

选择精基准的原则时，重点考虑的是有利于保证工件的加工精度并使装夹更为方便。

2.3 制订工艺路线

工艺路线方案

工序：

10） 铸造

20） 时效处理

30） 铣40圆柱右端面 40） 钻，扩，铰25孔 50） 检查 60） 铣断

70） 粗、精铣两端面

80） 粗、精镗55孔 90） 铣3240面 100） 铣16mm槽

110） 铣40圆柱斜面 120） 去毛刺

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130） 检查

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

根据加工工艺，分别对各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定如下：

“CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛皮重量1.12kg，生产类型大批量，铸造毛坯。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ25，φ55端面）。 查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5，取φ25，端面长度余量为4mm 铣削加工余量为： 粗铣 3mm 精铣 1mm

2. 内孔（φ55已铸成孔）

查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ55已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为50mm。φ25孔钻削加工出。 φ55工序尺寸加工余量： 钻孔 2mm 扩孔 0.125mm 铰孔 0.035mm

φ25孔钻削工序尺寸 钻孔 23.5mm 扩孔 24.7mm 铰孔 25mm

3. 其他尺寸直接铸造得到

由于本设计规定的零件为大批量生产，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。

2.5确定切削用量及基本工时 工序10铸造 工序20时效处理 工序30铣40圆柱右端面

（1）加工材料：HT200, b200MPa,硬度200HBS

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（2）工件尺寸：直径为d040mm的圆柱端面 （3）加工要求：加工余量h=4mm （4）机床：XA5032型立式铣床 （5）选择刀具： 选择刀具YG813

①铣削深度ap4mm时， 最大铣削宽度aemax40mm，根据《切削用量简明手册第三版》表3.1，端铣刀直径d0为80mm，选择Z=5

②铣刀几何形状，根据《切削用量简明手册第三版》表3.2 a080 a0100

's100 080 Kr85o Kr'2o

①确定铣削深度 ap

由于加工余量不大，可在一次走刀内完成ap4mm。 ②确定每齿进给量 fz

采用不对称端铣以提高进给量，根据《切削用量简明手册第三版》表3.5，当使用XA5032型立式铣床功率为7.5Kw时，fz0.20~0.29mm/z

③选择铣刀磨铣标准及耐用度

根据《切削用量简明手册第三版》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为

1.0~1.5mm；由于铣刀直径d080mm故耐用度T180min10.8103s

（6）选择切削用量

④确定切削速度v和每分钟进给量vf

可根据《切削用量简明手册第三版》表2.7中公式计算，也可直接由表中查出

切削速度根据《切削用量简明手册第三版》表3.16，当d080mm ap4mm

af0.25mm/z 时

vt77m/min nt153r/min vft470mm/min 各修正系数为 kmvkmnkmv0.89 ksvksnksv0.7 故：vvtkv770.890.747.98m/min

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nntkn1530.890.795.32r/min vfvftkvf4700.890.7292.8mm/min

根据XA5032型立铣床说明书（根据《切削用量简明手册第三版》表3.30）选择：

nc118r/min vf300mm/min 因此实际切削速度和每齿进给量： vc3.148011829.64m/min

10001000d0nvfcncz afc3000.5mm/z

1205（7）校验机床功率

根据《切削用量简明手册第三版》表3.23

当b200MPa，aemax40mm42mm，ap4mm ，fz0.5mm/z，d0=80mm，

vf300mm/min，近似为：

Pcc1.6KW

根据XA5032型立铣床说明书（根据《切削用量简明手册第三版》表3.30），机床主轴允许的功率为：

PCM7.50.755.63KW

故PccPCM，因此选择的切削用量可以采用。即：

aemax40mm42mm ap4mm fz0.5mm/z vf300mm/min

vc29.64m/min

（8）计算基本工时 tmL vf式中：Lly，L40mm。查表3.26，不对称安装铣刀入切削量及超切削量 y25mm L45mm

故tm650.22min 300 9

工序40钻，扩，铰25mm孔 1、钻孔

（1）加工材料：HT200 铸造 b200HBS

（2）工艺要求：孔径d=23.5mm，孔深80mm，通孔，精度为H12~H13 （3）机床：Z525型立式钻床

（4）选择钻头：选择高速钢麻花钻头，直径d023.5mm

根据《切削用量简明手册第三版》表2.1及表2.2，钻头几何形状为：双锥修磨横刃棱带，300 1700 be4.5mm a0140 500 b2.5mm

l5mm l12mm

（5）选择切削用量 ①确定进给量

根据《切削用量简明手册第三版》表2.7,当加工要求为12~13级精度，材料铸铁，d023.5mm时,进给量f0.47~0.57mm/r。由L/d80/253.2时得：

mm/r kf0.99 f(0.47~0.57)0.990.4653~0.5643按钻头强度确定进给量：

根据《切削用量简明手册第三版》表2.8， 当灰铸铁硬度 170~241HBS时

d023.5mm时：f2.0mm/r

按机床进给机构强度确定进给量：

根据《切削用量简明手册第三版》表2.9,当灰铸铁HB210时，d023.5mm时，机床机构允许的轴向力为8830N（《切削用量简明手册第三版》表3.36），进给量 f0.81mm/r

由上面三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为

f0.4653~0.5643mm/r，根据Z525钻床说明书，选择f0.48mm/r。

由于是加工通孔，为避免孔即将钻穿时钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。

机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来校验。根据《切削用量简明手册第三版》表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当

f0.48mm/r，d025mm时，轴向力为Ft8740N，轴向力的修正系数均为1.0，

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故Ft8740N。

根据Z525钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax8830N，故FtFmax，故f0.48mm/r可用 ②确定钻头磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明手册第三版》表2.19，d023.5mm时 钻头后刀面最大磨损量取为1.1mm，耐用度 T75min ③确定切削速度

由于切削铸铁，根据《切削用量简明手册第三版》表2.15，当f0.48mm/r，修磨双锥横刃磨的钻头，d023.5mm时，vt19m/min，切削修正系数ktv1.0

kxv1.0 kmv0.88 klv1.0故：

vvtkv191.01.00.881.016.72m/s

n1000v100019257.5r/min d03.1423.5根据Z525钻床说明书，转速可考虑272r/min 故选择v16.72m/s n272r/min

（6）校验机床功率及扭矩

根据《切削用量简明手册第三版》表2.21，当f0.51mm/r，d025mm时，

Mc73.57Nm，扭矩的修正系数均为1.0。故Mc73.57Nm，根据Z525钻床说明书，当n272r/min时，Mm144.2Nm。

根据《切削用量简明手册第三版》表2.23，当b170~213f0.53mm/r，vc17.4m/s时，Pc1.3KW

MPa，d026.5mm，

根据Z525钻床说明书，Pe2.80.812.26KW 由于McMm,PcPE，故选择切削用量可用，即

vt19m/min f0.48mm/r n272r/min （7）计算加工工时

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tmL nf式中，Lly，l80mm，入切量及超切量根据《切削用量简明手册第三版》表2.29，y12mm

所以 tm80120.7min

0.482722、扩孔

（1）加工材料：HT200 铸造 b200HBS

（2）工艺要求：孔径=24.7mm，孔深80mm，通孔，精度为H12~H13 （3）机床：Z525型立式钻床

（4）选择刀具：选择硬质合金扩孔钻，直径d024.7mm

刀具几何角度：00o 08o K45o Kr30o

（5）选择切削用量

根据《切削用量简明手册第三版》表2.10，进给量f1.1mm/r

查表2.12，刀具的后刀面最大磨钝限度为0.8~1.4mm，寿命为T40min 根据表2.32得切削速度：

cvd0zv68.224.70.4vmxvyv0.427.9m/min 0.150.45Tapf40801.1ns1000v100027.9359.7r/min dn3.1424.7按机床取 nw392r/min 所以实际切削速度 v（6）计算工时

切入 Lly l80mm y11mm 所以 tmLnwf80110.21min

3921.124.7392100030.4m/min

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2、铰孔

（1）加工材料：HT200 铸造 b200HBS

（2）工艺要求：孔径=25mm，孔深80mm，通孔，精度为H12~H13 （3）机床：Z525型立式钻床

（4）选择刀具：硬质合金铰刀，直径d025mm

刀具几何角度：015o 120o 05o （5）选择切削用量

根据《切削用量简明手册第三版》表2.11及表2.12，进给量f1.3mm/r，后刀面最大磨损限度为0.8mm，刀具寿命T75min

vcvd0zvyvTmbfxv109250.2kv0.4526.1m/min 00.575801.3ns1000v100026.1332.5r/min dw3.1425取机床标准392r/min 所以实际切削速度：

25392v30.77m/min

1000（6）计算工时：

8011tm0.18min

3921.3工序50检查 工序60铣断

（1）加工材料：HT200 铸造 b200HBS （2）工艺要求：铣断

（3）选择刀具：高速钢锯片铣刀

根据《切削用量简明手册第三版》表3.2，取直径d0100mm，z20 刀具几何角度： kr'1o （4）选择铣削用量

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①根据《切削用量简明手册第三版》表3.2，当铣削宽度 ae12mm，ap4mm，

d0100mm时，每齿进给量fz0.013~0.023mm/z ②确定铣刀的磨钝标准及寿命

根据《切削用量简明手册第三版》表3.7，查得磨钝标准为0.15~0.20mm，寿命T75min。

③确定切削速度v和每分钟进给量vf

可根据《切削用量简明手册第三版》表3.27中公式计算：

vc当

Cvd0qvkyvuvpvvmxvTapfzaez

ap4mmae12mmfz0.02mm/z，，，加工灰铸铁时 Cvd0qv10.51000.2k85.2m/minyvuvpvvmxv0.150.20.40.50.1Tapfzaez7540.021220vcn1000vc100085.2271.3r/mind03.14100

（5）计算基本工时 tmL vf式中，Lly，L75mm

根据《切削用量简明手册第三版》表3.26，不对称安装铣刀入切削量及超切削量 y31mm L106mm

tm1060.98min271.30.0220

故

工序70粗、精铣两侧面

（1）粗铣两侧面

机床：组合铣床

YT15，D100mm ，刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：齿数Z5，

此为粗齿铣刀。

因其单边余量：Z=2mm

所以铣削深度ap：ap2mm

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每齿进给量af：根据《机械加工工艺手册》表2.4—73，取af0.18mm/Z铣削速度V：参照《机械加工工艺手册》表2.4—81，取V2.47m/s

机床主轴转速n：由式（4.1）得

1000V10002.4760n471.97r/min，

d3.14100按照《机械加工工艺手册》表3.1—74 n475r/min

实际铣削速度v：vdn10003.141004752.49m/s

100060进给量Vf：VfafZn0.185475/607.12mm/s 工作台每分进给量fm：fmVf7.12mm/s427.5mm/min

a：根据《机械加工工艺手册》表2.4—81,a60mm 切削工时

被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm， 刀具切入长度l1：

l10.5(DD2a2)(1~3) 式（4.4）

0.5(1001002752)(1~3)19mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1 机动时间tj1：tj1ll1l2751920.224min fm427.5（2）精铣两侧面

机床：组合铣床

刀具：硬质合金可转位端铣刀（面铣刀），材料：YT15，D100mm ，齿数8，此为细齿铣刀。

精铣该平面的单边余量：Z=1.0mm

铣削深度ap：ap1.0mm

每齿进给量af：根据《机械加工工艺手册》表2.4—73，取af0.15mm/Z铣削速度V：参照《机械加工工艺手册》表2.4—81，取V2.8m/s

机床主轴转速n：由式（4.1）得

1000V10002.860n535r/min，

d3.14100

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按照《机械加工工艺手册》表3.1—31 n600r/min 实际铣削速度v：vdn10003.141006003.14m/s

100060进给量Vf：VfafZn0.158600/6012mm/s 工作台每分进给量fm： fmVf12mm/s720mm/min 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l75mm 刀具切入长度l1：精铣时l1D100mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1 机动时间tj2：tj2ll1l27510020.26min fm720工序80粗、精镗55孔

机床：卧式镗床T618

刀具：硬质合金镗刀，镗刀材料：YT5 （1）粗镗55孔

切削深度ap：ap2.2mm，毛坯孔径d052mm。

进给量f：根据《机械加工工艺手册》表2.4—66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为2.2mm。因此确定进给量f0.2mm/r。

切削速度V：参照《机械加工工艺手册》表2.4—9取V2.5m/s150m/min

机床主轴转速n：由式（4.1）得

1000V1000150n918.67r/min，

d3.1452按照《机械加工工艺手册》表3.1—41取n1000r/min

实际切削速度v：vdn10003.145210002.72m/s

100060工作台每分钟进给量fm：fmfn0.21000200mm/min 被切削层长度l：l12mm 刀具切入长度l1：l1

aptgkr(2~3)2.225.81mm tg3016

刀具切出长度l2：l23~5mm 取l24mm 行程次数i：i1 机动时间tj1：tj1（2）精镗55孔

切削深度ap：ap0.8mm，半精镗后孔径d54.2mm

进给量f：根据《机械加工工艺手册》表2.4—66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为0.8mm。因此确定进给量f0.15mm/r

190.8m/min切削速度V：参照《机械加工工艺手册》表2.4—9，取V3.18m/s机床主轴转速n：

ll1l2125.8140.11min fm200

n1000V1000190.81121.1r/min，取n1000r/min d03.1454.2实际切削速度v，：vdn143.254.10101060842./ms

工作台每分钟进给量fm：fmfn0.151000150mm/min 被切削层长度l：l12mm 刀具切入长度l1：l1aptgkr(2~3)0.823.5mm tg30刀具切出长度l2：l23~5mm 取l24mm 行程次数i：i1 机动时间tj1：tj1ll1l2123.540.13min fm150所以该工序总机动工时tj0.110.130.24min

工序90铣3240面 粗铣3040面

（1）加工材料：HT200, b200MPa,硬度200HBS

17

（2）工件尺寸：宽度ae30mm，长度l40mm的平面 （3）加工要求：加工余量h=2mm （4）机床：XA5032型立式铣床

（5）选择刀具：硬质合金端铣刀，材料：YG813

根据《切削用量简明手册第三版》表3.1，得d080mm ，齿数Z5，此为粗齿铣刀。

查表3.2，刀具几何角度：05o 0'8o s10o （6）确定切削用量

①确定铣削深度 ap：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成ap2mm ②确定每齿进给量 fz：采用不对称端铣以提高进给量，根据《切削用量简明手册第三版》表3.5，当使用XA5032型立式铣床功率为7.5Kw时

fz0.20~0.29mm/z

③选择铣刀磨铣标准及耐用度

根据《切削用量简明手册第三版》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为

1.5~2.0mm；由于铣刀直径d080mm故耐用度T180min10.8103s

④确定切削速度v和每分钟进给量vf

可根据《切削用量简明手册第三版》表3.27中公式计算，也可直接由表中查出

切削速度根据《切削用量简明手册第三版》表3.16，当d080mm ap2mm

fz0.25mm/z 时

vt77m/min nt153r/min vft470mm/min 各修正系数为 kmvkmnkmv0.89 ksvksnksv0.7 故： vvtkv770.890.747.98m/min nntkn1530.890.795.32r/min vfvftkvf4700.890.7292.8mm/min

根据XA5032型立铣床说明书（根据《切削用量简明手册第三版》表3.30）选

18

择

nc118r/min vf300mm/min 因此实际切削速度和每齿进给量：

vfc3.1480118300vc29.64m/min afc0.5mm/z

10001000ncz1205d0n（7）校验机床功率

根据《切削用量简明手册第三版》表3.23

当b200MPa ae30mm42mm ap2mm fz0.5mm/z d0=80mm

vf300mm/min 近似为：

Pcc1.6KW

根据XA5032型立铣床说明书（根据《切削用量简明手册第三版》表3.30），机床主轴允许的功率为：

PCM7.50.755.63KW

故PccPCM，因此选择的切削用量可以采用。即：

ae40mm42mmvc29.64m/min

ap2mmfz0.5mm/z

vf300mm/min

（8）计算基本工时 tmL vf式中 Lly L40mm 查表3.26，不对称安装铣刀入切削量及超切削量 y25mm L65mm

故 ：tm650.22min 300精铣3040面

（1）加工材料：HT200, b200MPa,硬度200HBS （2）工件尺寸：宽度ae30mm，长度l40mm的平面 （3）加工要求：加工余量h=1mm （4）机床：XA5032型立式铣床 （5）选择刀具：高速钢端铣刀

19

根据《切削用量简明手册第三版》表3.1，得d080mm ，齿数Z8，为细齿铣刀。

查表3.2，刀具几何角度：010o 08o Kr60o Kr30o 15o

Kr'1o

（6）确定切削用量

①确定铣削深度 ap：由于加工余量不大，可在一次走刀内完成ap1mm ②确定每齿进给量 fz：采用不对称端铣以提高进给量，根据《切削用量简明手册第三版》表3.3，当使用XA5032型立式铣床功率为7.5Kw时

fz0.15~0.30mm/z

③选择铣刀磨铣标准及耐用度

根据《切削用量简明手册第三版》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为

0.3~0.5mm；由于铣刀直径d080mm故耐用度T180min10.8103s

④确定切削速度v和每分钟进给量vf

可根据《切削用量简明手册第三版》表2.7中公式计算 当d080mm ap1mm fz0.25mm/z时

vcCvd0qv18.9800.2k139.7m/minyvuvpvvmxv0.150.10.40.10.1Tapfzaez18010.25308

n1000vc1000139.7556r/min d03.1480vffznz0.2555681112mm/min

根据XA5032型立铣床说明书（根据《切削用量简明手册第三版》表3.30）选择

nc600r/min vf1180mm/min 因此实际切削速度和每齿进给量

vfc3.14806001180vc150m/min afc0.25mm/z

10001000ncz6008d0n（8）计算基本工时 tmL vf 20

式中 Lly L40mm 查表3.26，不对称安装铣刀入切削量及超切削量 y25mm L65mm

故：tm650.06min 1180工序100铣168mm槽 粗铣168mm槽

（1）工件材料：HT200 b200MPa,硬度200HBS

（2）加工要求：槽底面粗糙度为Ra6.3，侧面粗糙度为Ra3.2，保证侧面与孔的垂直度为0.08mm；槽深8mm，槽宽16mm，槽长40mm （3）机床：X52K万能铣床

（4）刀具：高速钢直齿三面刃圆盘铣刀，整体式，Z=20，D=100mm

刀具几何角度：08o 06o Kr'2o 15o （5）选择切削用量 ①确定铣削宽度

由于加工余量不是很大，所以一次走刀完成 ae6mm

②铣刀磨钝标准及耐用度

根据《切削用量简明手册第三版》表3.7，最大磨损量为0.5~0.8mm 耐用度为：T120min

③查《机械加工工艺手册》表2.4-76得：

进给量fz0.06,根据参考文献[5]表3—32查得切削速度mm/zV24m/min，

机床主轴转速n：由式（4.4）得：

1000V100024n76.4r/min

d3.14100按照参考文献[3]表3.1—74取n95r/min

实际切削速度v：vDn10003.14100950.50m/s

100060进给量Vf：VfafZn0.062095/601.9mm/s 工作台每分进给量fm： fmVf1.9mm/s114mm/min 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm 刀具切入长度l1：

21

l10.5D(1~2)=52mm 刀具切出长度l2：取l22mm 走刀次数为1 机动时间tj1：tj1ll1l2405220.82min fm114精铣16mm槽

（1）工件材料：HT200 b200MPa,硬度200HBS

（2）加工要求：槽底面粗糙度为Ra6.3，侧面粗糙度为Ra3.2，保证侧面与孔的

垂直度为0.08mm；槽深8mm，槽宽16mm，槽长40mm （3）机床：X52K万能铣床

（4）刀具：高速钢直齿三面刃圆盘铣刀，整体式，Z=20，D=100mm

刀具几何角度：08o 06o Kr'2o 15o 切削宽度ae：ae2mm

根据《机械加工工艺手册》表2.4—76查得：进给量af0.12mm/z,根据《实用机械加工工艺手册》表30—32查得切削速度V23m/min， 机床主轴转速n：由式（4.1）得

1000V100023n73.2r/min，

d3.14100按照《机械加工工艺手册》表3.1—74取n75r/min 实际切削速度v：vDn10003.14100750.40m/s

100060进给量Vf：VfafZn0.121275/601.8mm/s 工作台每分进给量fm： fmVf1.8mm/s108mm/min 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l40mm， 刀具切入长度l1：

l10.5D(1~2)=52mm

刀具切出长度l2：取l22mm 机动时间tj1：tj1

ll1l2405220.87min fm10822

本工序机动时间tjtj1tj20.820.871.69min

工序110铣40圆柱斜面

（1）工件材料： HT200，铸造。 （2）机床：X52K。

（3）刀具：硬质合金三面刃圆盘铣刀（面铣刀），材料：YT15，D100mm ，齿数Z8，此为粗齿铣刀。 （4）确定切削用量

因其单边余量：Z=3mm，所以铣削深度ap：ap3mm

每齿进给量af：根据参考文献[3]表2.4—75，取af0.12mm/Z参照参考文献[5]表30—34，取V1.33m/s 机床主轴转速n：由式（4.1）得

n1000Vd10001.33603.14100254r/min

按照《机械加工工艺手册》表3.1—74 n300r/min

实际铣削速度v：vdn10030010003.141000601.57m/s

进给量Vf：VfafZn0.128300/604.8mm/s 工作台每分进给量fm：fmVf4.8mm/s288mm/min

a：根据零件图可知 a35mm

切削工时，被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l21mm。 刀具切入长度l1：

l10.5D(1~3)0.5100(1~3)52mm 刀具切出长度l2：取l22mm 机动时间tl1l2j1：tj1lf215220.26min m288工序120去毛刺 工序130检查

23

铣削速度V：3.时间定额计算

粗、精铣25孔上平面

粗加工机动时间tj：tj粗0.17min 精加工机动时间tj：tj精0.25min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—45，取工步辅助时间为

0.41min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为1min。则

tf0.4111.41min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—48，k13

单间时间定额td，由式（4.8）有：

td粗(tj粗tf)(1k%)(0.221.41)(113%)1.84min

钻、扩、铰25孔

t1.080.540.522.14mint机动时间j：j 辅助时间

tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—41，取工步辅助时间为

1.775min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为1min。则

tf1.77511.775min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—43，k12.14

单间时间定额td：由式（4.8）得

td(tjtf)(1k%)(1.091.775)(112.14%)3.21min

铣断

t0.98mint加工机动时间j：j

24

辅助时间

tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—45，取工步辅助时间为

0.41min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为1min。则

tf0.4111.41min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—48，k13

单间时间定额td，由式（4.8）有：

td(tjtf)(1k%)(0.981.41)(113%)2.7min

粗、精铣两侧面

粗加工机动时间tj：tj粗0.224min 精加工机动时间tj：tj精0.26min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—45，取工步辅助时间为

0.41min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为1min。则

tf0.4111.41min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—48，k13

单间时间定额td，由式（4.8）有

td粗(tj粗tf)(1k%)(0.2241.41)(113%)1.85min22.8min td精(tj精tf)(1k%)(0.261.41)(113%)2.11min22.8min 因此，达到生产要求。

粗、精镗55孔

（1）粗镗55孔

机动时间tj：tj粗0.11min

辅助时间tf：参照参考文献[3]表2.5—37，取工步辅助时间为0.81min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为3min。则

25

tf0.8133.81min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—39，k14.83

单间时间定额td，由式（4.8）有：

td(tj粗tf)(1k%)(0.113.81)(114.83%)4.50min22.8min 因此，达到生产要求。 （2）精镗55孔到要求尺 机动时间tj：tj精0.13min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—37，取工步辅助时间为

0.81min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为3min。则

tf0.8133.81min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—39，k14.83

单间时间定额td，由式（4.7）得

td(tj精tf)(1k%)(0.133.81)(114.83%)4.53min22.8min 因此，达到生产要求。

粗、精铣32mm平面

粗加工机动时间tj：tj粗0.22min 精加工机动时间tj：tj精0.06min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—45，取工步辅助时间为

0.41min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为1min。则

tf0.4111.41min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—48，k13

单间时间定额td，由式（4.8）有：

td粗(tj粗tf)(1k%)(0.221.41)(113%)1.84min

26

td精(tj精tf)(1k%)(0.061.41)(113%)1.66min 因此，达到生产要求。

0.120粗、精铣160槽

加工机动时间tj：t粗0.82min t精1.69min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—45，取工步辅助时间为

0.41min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为1min。则

tf0.4111.41min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—48，k13

单间时间定额td，由式（4.8）有：

t精(tjtf)(1k%)(0.821.41)(113%)2.52min t精(tjtf)(1k%)(1.691.41)(113%)3.5min

粗铣斜平面

粗加工机动时间tj：tj粗0.26min

辅助时间tf：参照《机械加工工艺手册》表2.5—45，取工步辅助 间为0.41min。由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为

1min。则tf0.4111.41min

k：根据《机械加工工艺手册》表2.5—48，k13，单间时间定额t，由式

d（4.8）有：td粗(tj粗tf)(1k%)(0.261.41)(113%)1.89min22.8min

本章小结

本章主要讲述的是毛坯零件尺寸的确定、加工工时计算和时间定额计算。它主要是保证零件在加工时能够有足够的余量进行粗、精加工保证精度，同时，对在加工中所需的机床、刀具等都进行选择。再查阅工具书确定切削进给量、机床转速等进行计算工时，将所计算的各结果填写到相应的工序卡片中，并与所给的任务书进行用量比较，看能否完成加工。

27

4.夹具设计

根据零件的加工要求的，需要设计加工铣168mm槽夹具。铣槽夹具将用于万能铣床，刀具为高速钢直齿三面刃圆盘铣刀。

本夹具主要用来粗、精铣168mm槽。由加工本道工序的工序简图可知。粗、

0.12精铣168mm槽时，槽宽尺寸要求160mm，槽深尺寸8mm，槽两侧与25mm孔

轴线分别有垂直度的要求，以及两侧面均有表面粗糙度要求。本道工序仅是对槽进行粗、精铣加工，因此在加工时，主要考虑提高生存率，降低劳动强度，同时应保证加工尺寸精度和表面质量。

4.1定位基准的选择

由零件图可知，进行168mm槽加工时，25mm孔已经加工出16mm槽对25孔有垂直度要求，则用25孔来定位，再用短销大平面来限制五个自由度，再以大头孔做定位基面，加挡销来辅助，限制了工件的一个自由度，用螺纹夹紧。实际就变为短销大平面和挡销定位的夹具。

4.2夹具方案的确定

本夹具主要用来加工拨叉168mm拨槽的，由于零件是批量加工，就要求所设计的专用夹具不仅要求保证加工精度，而且要保证要有较高劳动生产率，能顺利的完成加工要求。

从定位分析可知，采用的是一面两销的定位，在25孔用一短销定位，限制两个自由度，再紧贴一大平面，限制三个自由度，在55孔中用一定位块来限制工件的转动，这样就限制了六个自由度，实现了完全定位。

4.3定位误差分析

夹具的主要定位元件为25孔的定位销，孔与销间隙配合。工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则

28

其定位误差为： Td=（Dmax-Dmin）

本工序采用一定位销，一部分圆销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。

4.4切削力及夹紧力的计算

切削刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，则

主切削力

Fz9.81CFapfafxyFaeFZud0nwF60wFKFz

式中:CF30 xF1.0 yF0.65 uF0.83 wF0 qF0.83

ap16mma0.12kFz1.06 ae8mm f

计算结果 Fz = 29171.06=3092N

查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为：

FL/FE0.4 FV/FE0.9 Fx/FE0.53 （式6.2）

FL0.4FE0.430921236.8N FV0.9FE0.930922782.8N Fx0.53FE0.5330921638.8N

铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力和心轴平衡:

'FL 即： F （0.3查表可得）

F

FL'1236.84122.7N0.3

计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力F' 即： F'kF 取k=2 F'24122.78245.4N 而心轴产生的夹紧力FF/。

垂直分力由支承板来相互平衡，支承板为固定的实体，它所受的只是挤压力，它所产生的支撑力FF/。

29

轴向分力是夹紧螺母所产生的夹紧力来平衡，由表可知， 螺母产生的夹紧力F5380N

所以，FF/，螺母夹紧满足设计要求。

4.5定向键与对刀装置的选择

4.5.1定向键

定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。定向键可承受铣削时产生的扭转力矩，可减轻夹紧夹具的螺栓的负荷，加强夹具在加工中的稳固性。

根据GB2207—80定向键结构如图6.3：

×o

图6.3 夹具体槽形与螺钉

根据T形槽的宽度 a=16mm 定向键的结构尺寸如表4.1：

表4.1 定向键尺寸 夹具体槽形尺寸 B L 公称尺寸 16 允差d 允差d4 公称尺寸 -0.012 -0.035 25 15 4 12 3 16 允差D +0.019 12 H h D h1 B2 h2 4.5.2对刀块及塞尺

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。

由于本道工序是完成车床拨叉左右侧的粗、精铣加工，所以选用直角对刀块。根据GB2243—80直角对刀块的结构和尺寸如图6.4：

30

图4.4 双面直角对刀块

塞尺选用平塞尺，其结构如图6.5：

×四周倒圆标记

图4.5 塞尺 表4.2 塞尺尺寸 公称尺寸H 2 允差d -0.006 C 0.25 4.6 本章小结

0.12本章主要根据任务书的要求，对加工160槽进行专用夹具的设计，经过上文

的分析及计算可知，所设计的专用夹具达到了任务书的精度要求。在设计过程中，由于设计经验太少也曾遇到许多问题，如我在选择定位和夹紧的时候，由于基准和机构的选择不合理引起干涉问题。在本设计中主要采用了典型的一面两销定位，限制工件的六个自由度，实现完全定位。最后，对该定位方案的定位误差和精度进行了分析，计算满足要求，由于该零件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。因此，夹紧方式采用螺母夹紧，其夹紧简单，机构的操作更为方便，满足夹紧要求。经过上述的分析，该夹具的设计满足设计任务书的要求，并保证零件的加工精度，提高产品的劳动生产率，降低成本。

31

参考文献

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[2] 《机床夹具设计手册》 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院编 上海：上海科学技术出版社，1979

[3] 《切削用量手册》 艾兴，肖诗纲主编 北京：机械工业出版社 [4] 《机械加工工艺手册》 李洪主编 北京：北京出版社，1998

[5] 《机床夹具设计》 王启平主编 哈尔滨，哈尔滨工业出版社，2005

[6] 《画法几何及机械制图》 李爱军、陈国平主编，中国矿业大学：中国矿业大学出版社，2007

[7] 《几何精度与公差》 甘永立主编，上海：上海科学技术出版社，2010 [8] 《机械制造工艺基础》 李硕、栗新主编，北京：国防工业出版社，2006 [9] 《机械制造工程原理》 冯之敬主编，北京：清华大学出版社，2008

[10]《机械制造装备设计》 关慧贞、冯辛安主编，北京：机械工业出版社，2009 [11]《实用机械工人切削手册》 陈家芳主编，南京：江苏科学技术出版社，2007

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致 谢

本论文是在机电学院杨海峰老师的悉心指导下完成的，在我即将完成学业之际，衷心感谢杨老师给我的关心和帮助。杨老师渊博的学识、严谨的治学态度、平易近人的作风和认真负责的工作态度让我收益匪浅。从杨老师处我学到了许多的专业知识和相关的设计方法。最重要的是学习到怎样把我们课本上所学的知识运用在生产实际中的方法和技巧。在此，谨向恩师表示最真诚的感谢，感谢杨老师在百忙中给予我的指导。

在论文撰写过程中，也得到了老师和同学无私的帮助，在此对他们表示衷心的感谢。

同时还要感谢徐海学院，学院让我有这么好的学习条件，通过三年的学习，在我即将成为有用之才时，也是学院给我了这次课程设计机会，让我们在走上工作岗位前好好的锻炼一下自己，自己也非常珍惜这次机会也把握了这次机会，最后自己再次对在这次课程设计中给予自己帮助和指导的杨老师和院上各位老师表示最真诚的感谢。

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