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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 31 頁 共 31 頁
目 錄
1 緒論 1
1.1 畢業(yè)設計的目的 1
1.2 撥叉工藝設計的基本情況 1
1.3 零件的作用分析 1
2 零件說明 2
2.1 零件的作用 2
2.2 零件的工藝分析 2
2.3 零件的結構特點 2
3 工藝規(guī)程設計 5
3.1 定位基準的選擇 5
3.2 重點工序的說明 5
3.3 制訂工藝路線 6
3.4 機械加工余量的確定 7
3.5 切削用量的選擇和時間定額的確定 8
4 夾具設計 13
4.1 夾具的概述 13
4.2 零件工藝性分析 15
4.3 定位基準的選擇 15
4.4 定位元件的選擇 15
4.5 夾緊元件的選擇 16
4.6 夾具設計及操作簡要說明 18
5 組合機床設計 19
5.1 組合機床總體設計----“三圖一卡” 19
結束語 25
致謝 26
參考文獻 27
1 緒論
1.1 畢業(yè)設計的目的
車床變速用撥叉是某企業(yè)產品的主要零件之一。本課題要求根據(jù)企業(yè)生產需要和車床變速用撥叉零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設計，在此基礎之上，選擇其關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計，并完成必要的設計計算。
通過這樣一個典型環(huán)節(jié)綜合訓練，達到綜合訓練學生運用所學知識，解決工程實際問題的能力。
1.2 撥叉工藝設計的基本情況
本課題要求根據(jù)企業(yè)生產需要和撥叉零件的加工要求，首先完成零件的加工工藝規(guī)程設計，在此基礎之上，選擇其關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計，并完成必要的設計計算。生產綱領：50000件/年。這屬于大批量生產。大批量生產中生產準備時間和終結時間較短，機動時間較長，靠提高切削速度來提高生產率效果比較明顯。于是需要設計關鍵工序的專用夾具及加工用組合機床，而且夾具采用液壓驅動，組合機床采用液壓滑臺。工藝設計以保證質量穩(wěn)定、生產可靠為原則。對工件進行加工時，為了保證加工要求，首先要使工件相對于刀具及機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動[1]。為此，在進行機械加工前，首先要將工件裝夾好。用夾具裝夾工件有下列優(yōu)點：能穩(wěn)定地保證工件的加工精度；能提高勞動生產率；能擴大機床的使用范圍；能降低成本。
1.3 零件的作用分析
撥叉是一種輔助零件，通過撥叉控制滑套與旋轉齒輪的接合?；咨厦嬗型箟K，滑套的凸塊插入齒輪的凹位，把滑套與齒輪固連在一起，使齒輪帶動滑套，滑套帶動輸出軸，將動力從輸入軸傳送至輸出軸。擺動撥叉可以控制滑套與不同齒輪的結合與分離，達到換檔的目的。分析這種動力聯(lián)接方式可知，車換檔時要減速，這樣可以減少滑套與齒輪之間的沖擊，延長零件的使用壽命[1]。
2 零件說明
2.1 零件的作用
題目給定的零件是CA6140撥叉，它位于車床變速機構中，主要起換檔，使主軸回轉運動按照工作者的要求進行工作。寬度為18mm的槽尺寸精度要求很高，因為在撥叉拔動使滑移齒輪時如果槽的尺寸精度不高或間隙很大時，滑移齒輪得不到很高的位置精度。所以，寬度為18mm的槽和滑移齒輪的配合精度要求很高。
2.2 零件的工藝分析
CA6140拔叉（型號：831003）共有3組加工表面：
零件兩端面，左端面加工精度高，可以先以左端面為粗基準加工右端面，再以右端面為精基準加工左端面；以花鍵中心線為基準的加工面：這一組面包括Φ25H7的三齒方花鍵孔、Φ22H12的花鍵底孔、兩端的2X150倒角和距花鍵中心線為22mm的上頂面；以工件右端面為基準的18H11mm的槽、上頂面的2-M8通孔和Φ5錐孔。
經上述分析可知，對于后兩組加工表面，可先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面。
2.3 零件的結構特點
拔叉831003的毛坯為鑄造件，在零件圖上只有2處位置誤差要求，即上頂面與花鍵中心線的平行度誤差≤0.10，18H11槽的兩側面與花鍵中心線的垂直度誤差≤0.08。
零件外形上大體上與六面體相似，形狀大體如圖1.1：
圖1.1 零件結構圖
2.3.1 生產綱領、生產類型的確定
根據(jù)指導老師要求，設計此零件為鑄件，成批大量生產，工藝的安排基本傾向于工序分散原則，設備的選用是通用設備和專用工裝，工藝手段以常規(guī)工藝為主，新工藝為輔的原則。
2.3.2 毛坯的確定
CA6140車床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB～210HB，生產類型為大批量生產，毛坯為鑄件，灰鑄鐵的機械加工余量按JZ67-62規(guī)定了灰鑄鐵鑄件的三種精度等級和相應的鑄件機械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生產的鑄件，采用2級精度鑄件，毛坯重量由《金屬機械加工工藝人員手冊》表5-2有零件≤80kg，偏差為7%，故毛坯估算約為1.0kg，采用2級精度鑄件，頂面的加工余量和底面的加工余量忽略不計，兩側面的加工余量也忽略不計，由表5-4左右端面的加工余量為3±0.8，其余部分均為實心部分。
故毛坯圖如下：
圖1.2 毛坯圖
3 工藝規(guī)程設計
3.1 定位基準的選擇
定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，定位基準的選擇得正確合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高[2]。
3.1.1 粗基準的選擇
在選擇粗基準時，一般遵循下列原則：
(1)保證相互位置要求原則；
(2)保證加工表面加工余量合理分配的原則；
(3)便于工件裝夾原則；
(4)粗基準一般不得重復使用的原則[3]。
為了保證所有加工表面有足夠的加工余量，選用加工余量小的表面作粗基準,不要用同一尺寸方向上。兩端面，后端面為精加工面，故在銑兩端面時，先以后端面為粗基準，粗銑前端面。
加工花鍵底孔時，利用兩邊側面找正對稱面和以底面為粗基準加工花鍵底孔。
3.1.2 精基準的選擇
在選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現(xiàn)以及裝夾準確、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原則：
(1)準重合原則；
(2)統(tǒng)一基準原則；
(3)為基準原則；
(4)自為基準原則；
(5)便于裝夾原則。[3]
為保證定位基準和工序基準重合，加工2-M8螺紋孔、Φ5錐孔，18H11槽以零件的坐端面和花鍵中心線為精基準，銑上頂面以花鍵中心線為精基準。
3.2 重點工序的說明
CA6140拔叉零件的重要加工面有花鍵底孔、兩端面，花鍵，槽，頂面，材料為HT200，參考《機械制造工藝設計簡明手冊》，其加工方法選擇如下：
3.2.1 加工前后兩端面
根據(jù)GB1800-79規(guī)定毛坯的公差等級為IT13，表面粗糙度為Ra12.5μm，要達到后端面Ra3.2μm的技術要求，需要經過粗銑→精銑。
3.2.2 加工Φ22花鍵底孔
此工序重點在于找正毛坯對稱面，故采用螺旋定心夾緊機構，找正對稱面，進行加工。零件技術要求底孔的表面粗糙度達到Ra6.3μm，毛坯為實心，故采用鉆孔→擴孔，可以達到要求。
3.2.3 加工外徑為Φ25的花鍵內孔
零件要求花鍵底面粗糙度Ra1.6μm，側面Ra3.2μm，由于此工序在鉆底孔工序之后，故采用拉花鍵孔的方法，一次拉削可以達到要求。
3.2.4 加工上頂面
零件上頂面為精加工，粗糙度要求為Ra3.2μm，與花鍵中心線的平行度誤差≤0.10mm，故以花鍵中心線為精基準，對上頂面進行粗銑→精銑。
3.2.5 加工18H11槽
零件技術要求槽底面要達到表面粗糙度為Ra6.3μm，側面粗糙度為Ra3.2μm，而且兩側面和花鍵中心線的垂直度≤0.08，本身有精度要求，18H11，故以花鍵中心線和左端面為精基準，用花鍵心軸定位，采用銑→磨。
頂面的鉆2-M8通孔和Φ5錐孔工序不是很重要，在此不做詳細說明，2-M8通孔先鉆孔，再攻絲，Φ5錐孔采用錐刀進行加工。
3.3 制訂工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的加工精度和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在此零件為大批量生產的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具并盡量使工序分散來提高生產率[4]，此外，還應考慮經濟效果，使生產成本盡量降低。
3.3.1 工藝路線方案一的制訂
工序Ⅰ：粗銑前端面
工序Ⅱ：粗、精銑后端面
工序Ⅲ：鉆、擴花鍵底孔
工序Ⅳ：粗、精銑上頂面
工序Ⅴ：鉆2-M8通孔
工序Ⅵ：鉆Φ5錐孔
工序Ⅶ：銑削18H11槽
工序Ⅷ：磨削18H11槽
工序Ⅸ：拉花鍵
工序Ⅹ ：銼圓角
工序Ⅺ：去毛刺
工序Ⅻ：終檢
3.3.2 工藝路線方案二的制訂
工序Ⅰ：粗銑前端面
工序Ⅱ：粗、精銑后端面
工序Ⅲ：鉆、擴花鍵底孔
工序Ⅳ：拉花鍵
工序Ⅴ：粗、精銑上頂面
工序Ⅵ：鉆2-M8通孔
工序Ⅶ：鉆Φ5錐孔
工序Ⅷ：銑削18H11槽
工序Ⅸ：磨削18H11槽
工序Ⅹ ：銼圓角
工序Ⅺ：去毛刺
工序Ⅻ：終檢
3.3.3 兩種工藝路線的比較與分析
上述兩種方案，工藝路線一把拉花鍵放在磨削18H11槽之后，在此，工序4、工序5、工序6、工序7、工序8中很難對工件進行定位和夾緊，造成生產率的下降。工藝路線二，一把花鍵底孔鉆削出來后緊接著就是拉花鍵，這樣，后面的工序就很容易對工件進行定位和夾緊，即以花鍵心軸進行定位，進行螺旋夾緊，此方案定位精度高，專用夾具結構簡單、可靠。
通過以上的兩種工藝路線的優(yōu)、缺點的分析，最后確定工藝路線二為該零件的加工路線。工藝過程詳見機械加工工序卡片。
3.4 機械加工余量的確定
確定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已經根據(jù)有關資料查出了零件各加工表面的加工總余量（即毛坯余量），將加工余量分配給各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸[5]。
CA6140 的撥叉材料為HT200。毛坯重量約為1.0 kg ，生產類型為由大批量生產，毛坯為鑄件，精度為2級鑄件，大體尺寸確定，外表面加工面少，根據(jù)以上原始資料加工工藝，分別確定各個加工表面的機械加工余量，工序尺寸及加工余量如下：
3.4.1 前后端面的加工余量
前后端面有3±0.8mm的加工余量，足以把鑄鐵的硬質表面層切除。
前端面粗銑一次即可，加工余量3mm，工序基本尺寸為83mm，工序經濟精度等級為IT11，公差值0.22mm，表面粗糙度Ra5μm，上下偏差按“入體原則”確定（以后按照此原則確定）[6]。
后端面粗銑一次，精銑一次，粗銑加工余量2.8mm，工序經濟精度等級為IT11，公差值0.22mm，精銑加工余量0.2mm，工序經濟精度等級為IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm，工序基本尺寸為80mm。
3.4.2 矩形花鍵底孔
要求以矩形花鍵的外徑定心，故先鉆中心孔，再擴，最后拉削，內孔尺寸為Φ22H12，見零件圖，參照《金屬機械加工工藝人員手冊》 表3-59確定孔加工余量的分配。
鉆孔Φ20mm，工序經濟精度等級為IT11，公差值0.13mm。
擴孔Φ21mm，工序經濟精度等級為IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3μm。
花鍵孔要求以外徑定心：拉削時加工余量參照《金屬機械加工工藝人員手冊》取 2Z=1mm。
3.4.3 頂面的加工余量
此工序分為兩個工步：(1)粗銑頂面；(2)精銑頂面。
粗銑加工余量為2.8mm，工序經濟精度等級為IT11，公差值0.22mm。
精銑加工余量為0.2mm，工序經濟精度等級為IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm。
3.4.4 18H11槽的加工余量
銑削的加工余量：槽底面的銑削余量為50mm，槽側面的銑削余量為17.9mm，工序經濟精度等級為IT12，公差值0.25mm，槽底面表面粗糙度Ra6.3μm。
磨削的加工余量：槽側面的磨削余量為0.5mm，工序經濟精度等級為IT9，公差值為0.043mm，側面粗糙度為Ra3.2μm。
3.5 切削用量的選擇和時間定額的確定
3.5.1 銑左端面切削用量和基本工時的計算
工步1：粗銑
背吃刀量為mm。
進給量的確定：機床的功率5Kw～10Kw,工件夾具系統(tǒng)的剛度為中等條件，按《切削手冊》中表3.3選取該工序的每齒進給量為=0.2mm/z。
銑削速度：選用鑲齒銑刀，其中在d/z=80/10的條件下選取。銑削速度為v=40m/min。有公式：
(3.1)
可以得到：r/min。
由于手冊中的X51型立式銑床的主軸轉速為n=160r/min,所以，實際的銑削速度為：m/min。
基本時間t：根據(jù)面銑刀平面（對稱銑削、主偏角=90°）的基本時間計算公式： (3.2)
其中，=75mm，=1mm～3mm，取=2mm，=40mm。則有：
mm (3.3)
=0.2×10×160=320mm/min (3.4)
t=()/=(75+7.36+2)/320=0.264min≈15.82s。
工步2：精銑
背吃刀量的確定：=1mm。
進給量的確定：由《切削手冊》中表3.3，按表面粗糙度為=3.2μm的條件選取，該工序的每轉進給量f=0.8mm/r。
銑削速度的計算：根據(jù)其他有關資料確定，按鑲齒銑刀，d/z=80/10，=0.08mm/z?的條件選取，銑削速度v為： v=57.6mm/min。由公式：可以求得銑刀轉速n=229.3r/min 。參照《機械制造技術基礎課程設計指導教程》中4-15的X51型立式銑床的主軸轉速，選取轉速為n=210r/min。再將此轉速代入上面公式，可以求得：
=52.78mm/min (3.5)
基本時間的確定：根據(jù)《機械制造技術基礎課程設計指導教程》中表5-43中面銑刀銑平面（對稱銑削、主偏角=90°）的基本時間公式t=()/，可以求得該工序的基本時間，其中=75mm，=1mm～3mm，取=2mm，=40mm，=7.36mm，
=×n=0.8mm/r×210r/min=168mm/min
t=()/=(75+2+7.36)/168=0.502min≈30.13s。
3.5.1 拉花鍵孔切削用量和基本工時的計算
加工條件：
（1）工件材料：HT200，鑄件；
（2）加工要求：花鍵底孔粗糙度Ra6.3μm，鍵槽側面粗糙度Ra3.2μm，鍵槽底面粗糙度Ra1.6μm，鍵槽尺寸6mm，偏差代號H9；
（3）刀具：高速鋼拉刀；
（4）切削液：乳化液；
（5）加工設備：拉床；
（6）確定齒升量：根據(jù)有關手冊，確定拉花鍵孔時花鍵拉刀的單面齒升量為0.06mm；
（7）切削速度：查有《切削簡明手冊》有切削速度為0.06m/s（3.6m/min）；
（8）切削工時 (3.6)
式中： Zb 單面余量1.5mm(由Φ22mm拉削到Φ25mm)；
L 拉削表面長度，80mm；
η 考慮校準部分的長度系數(shù)，取1.2；
k 考慮機床返回行程系數(shù)，取1.4 ；
v 拉削速度（m/min）；
fz 拉刀單面齒升；
Z 拉刀同時工作齒數(shù)，Z=l/p；
P 拉刀齒距。
所以mm
因為拉刀同時工作齒數(shù) (3.7)
所以其本工時。
3.5.2 銑削18H11槽的切削用量和基本工時的計算
加工要求：用乳化液冷卻，加工工件，槽寬18mm，公差代號H11，長40mm，槽的側面與花鍵孔中心線的垂直度誤差≤0.08mm，底面粗糙度為Ra6.3μm。
加工余量：25mm
由于零件此處的設計精度比較高，用銑削很難達到尺寸精度的要求，所以為了留給下一道公序磨削的加工余量，分兩步走，mmmm。
（1）選擇刀具
銑刀參數(shù)：mm,mm,。
（2）選擇銑削用量
由于槽的寬度為18mm,故二次走完，mm,mm。
由《切削用量簡明手冊》表3.3確定mm/r,現(xiàn)取mm/r, mm/z。
（3）選擇銑刀磨鈍標準及刀具壽命：根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.7,得最大磨損量為0.5 由表3.8確定刀具壽命：T=120min。
（4）確定切削速度Vc和每齒進給量：決定切削速度Vc和每齒進給量Vf、由《切削用量簡明手冊》的公式
(3.8)
m/min
r/min。
根據(jù)《金屬機械加工工藝人員手冊》選r/min，
實際速度m/min，
選mm/min,根據(jù)X62W型銑床說明書選mm/min,mm/z。
（5）基本工時基本工時根據(jù) 《切削用量簡明手冊》表3.5
(3.9)
mm, i=2(走兩次) 。
4 夾具設計
機床夾具是一種在金屬切削機床上實現(xiàn)裝夾任務的工藝裝備，是機械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分[7]。
4.1 夾具的概述
4.1.1機床夾具的基本組成部分
(1)定位元件及定位裝置 它與工件的定位基準相接處，用于確定工件在夾具中的正確位置，從而保證加工時工件相對于刀具和機床加工運動之間的相對正確位置。
(2)對刀及引導元件 這些元件的作用是保證工件與刀具之間的正確位置，用于確定刀具在加工前正確位置的元件，稱為對刀元件。用于確定刀具位置并引導刀具進行加工的元件，稱為引導元件。
(3)夾緊裝置 用于加緊工作，在切削時使使工件在夾具中保持既定位置。
(4)聯(lián)接元件 用以確定夾具在機床上的位置并于機床相連接。
(5)夾具體 用以聯(lián)接夾具各元件或裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上。
(6)其他聯(lián)接或裝置 除上述元件或裝置以外的元件或裝置。如某些夾具上的分度裝置、防錯裝置、安全保護裝置、為便于拆下工件而設置的頂出器等[7]。
4.1.2 機床夾具的作用
（1）保障加工質量
使用機床夾具的首要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件加工面與定位面之間以及被加工表面互相之間的位置精度。使用機床夾具后，這種精度主要是靠夾具和機床來保證，不再依賴于工人的技術水平。
（2）提高生產效率，降低生產成本
使用夾具后可以減少劃線、找正等輔助時間，而且易實現(xiàn)多件、多工位加工?，F(xiàn)代機床夾具中廣泛采用氣動、液壓等機動夾緊裝置，可使輔助時間進一步減少。
（3）擴大機床工藝范圍
在機床上使用可使加工變得方便，并可擴大機床的工藝范圍。例如，在車床或鉆床上使用鏜膜，可以代替鏜床鏜孔。又如，使用靠模夾具，可在車床或銑床上進行仿形加工。
（4）減輕工人勞動強度，保證安全生產[8]
4.1.3 機床夾具的分類
按機床夾具的使用范圍，可劃分為5種類型：
（1）通用夾具：如車床上常用的三爪自定心卡盤、頂尖，銑床上常用的平口鉗、分度頭、回轉工作臺等均屬此類夾具。該類夾具由于具有較大的通用性，故得其名。通用夾具一般以標準化，并有專門的專業(yè)工廠生產，常作為機床的標準附件提供給用戶。
專用夾具：這類夾具是針對某一工件的某一工序而專門設計的，因其用途專一而得名。專用夾具廣泛用于批量生產中。
（2）可調整夾具和成組夾具：這類夾具的特點是夾具的部分元件可以更換，部分裝置可以調整，以適應不同的零件的加工。用于相似零件成組加工的夾具，通常稱為成組夾具。與成組夾具相比，可調整夾具的加工對象不很明顯，適用范圍更廣一些。
（3）組合夾具：這類家具有一套標準化的元件，根據(jù)零件的加工要求拼裝而成，不同元件的不同組合和聯(lián)接可構成不同結構和用途的夾具。夾具用完以后，元件可以拆卸重復使用。這類夾具特別適合于新產品試制和小批生產。
（4）隨行夾具：這是一種在自動線或柔線制造系統(tǒng)中使用的夾具。工件安裝在隨行夾具上，除完成對工件的定位和夾緊外，還裝載著工件隨輸送裝置送往各機床，并在機床上被定位夾緊[8]。
為提高生產效率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用的夾具。根據(jù)我們所需加工的零件，由于其結構較為特殊，一般機床的通用夾具較難以定位及夾緊，因此每道工序都運用專用夾具來加工，加工本零件所需的專用夾具為四個。
4.1.4 夾具設計的基本要求
一臺優(yōu)良的機床必須滿足下列基本要求：
（1）保證工件的加工精度 保證加工精度的關鍵，首先在于正確的選定定位基準，定位方法和定位元件，必要時還需要進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零件的結構對加工精度的影響，確保夾具能滿足工件的加工精度要求。
（2）提高生產效率 專用夾具的復雜程度應與生產綱領相對應，應盡量采用各種快速高效的裝夾機構，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率。
（3）工藝性能好 專用夾具的結構應力求簡單、合理，便于操作、裝配、調整、檢驗、維修等。
（4）使用性能好 專用夾具的操作應簡便，省力，安全可靠。在客觀條件允許且又經濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾具裝置，以減輕操作者的勞動強度[9]。
4.1.5 夾具設計規(guī)范化的意義
研究夾具設計規(guī)范化程序的主要目的在于：
（1）保證設計質量，提高生產效率，夾具設計質量主要表現(xiàn)在：
（a）設計方案與生產綱領的適應性；
（b）高位設計與定位副設置的相容性；
（c）夾具設計技術經濟指標的先進性；
（d）精度控制項目的完備性以及各種控制項目公差數(shù)值規(guī)定的合理性；
（e）夾具結構設計的工藝性；
（f）家具制造成本低經濟型[10]。
有了規(guī)范的設計程序，可以指導設計人員有步驟、有計劃、有條理的進行工作，提高設計效率，縮短設計周期。
（2）有利于計算機輔助設計，有了規(guī)范化的設計程序，就可以利用計算機進行輔助設計，實現(xiàn)優(yōu)化設計，減輕設計人員的負擔。有利于計算機進行輔助設計，除了進行精度設計之外，還可以尋找最佳夾緊狀態(tài)，利用有限對零件的強度、剛度進行設計計算，實現(xiàn)包括繪圖在內的設計過程的全部計算機控制。
（3）有利于初學者盡快掌握夾具設計的方法。近年來，關于夾具設計的理論、研究和實踐經驗總結已日漸完備，在此基礎上總結出來的夾具規(guī)范化設計程序，使初級夾具設計人員的設計工作提高到了一個新的科學化水平。
4.2 零件工藝性分析
本夾具主要用來加工零件底面的18H11槽，加工此槽時表面粗糙度和尺寸都有要求，還有一個重要的要求就是于花鍵孔軸線的垂直度有較高的要求，因此在夾具設計過程中要考慮到這些問題，既要保證精度又要考慮到生產效率。
4.3 定位基準的選擇
由零件及加工工序可知，在本道工序前，75X40表面已經加工好了，花鍵孔也已經加工好了，考慮到與花鍵軸線的垂直度要求，因此以花鍵孔為定位基準，75X40左端面輔助定位。
4.4 定位元件的選擇
在設計夾具的過程中要考慮到工件是否正確定位，保證加工精度，縮短安裝時間，提高勞動生產率，擴大機床工藝范圍，實現(xiàn)一機多能，操作方便，可降低對工人的技術要求，還可減輕工人的勞動強度[11]。夾具包括定位元件裝置，夾緊裝置，對刀—導向元件，連接元件以及其他夾緊裝置和夾具體。
常見的定位元件有支撐釘、支撐板、定位銷、錐面定位銷、V形塊、定位套、錐度心軸等等。
4.5 夾緊元件的選擇
工件在夾具中定位后一般應夾緊，使工件在加工過程中保持以獲得的定位不被破壞。由于工件在加工過程中受切削力，慣性力、夾緊力等的作用，會形成變形或位移，從而影響工件的加工質量。所以工件的夾緊也是保證加工精度的一個十分重要的問題。為了獲得良好的加工效果，一定要把工件在加工過程中的位移、變形等控制在加工精度所允許的范圍之內[12]。夾緊時間的處理有時會比定位的設計更為困難，從設計難度上講，夾緊機構往往花費設計人員較多的心血。
夾緊機構設計時一般應滿足以下主要原則：
（1）夾緊時不能破壞工件在定位元件上所獲得的位置。
（2）夾緊力應保證工件位置在整個加工過程中不變或不產生不允許的振動。
（3）使工件不產生過大的變形表面損傷。
（4）夾緊機構必須可靠。夾緊機構各元件要有足夠的剛度和強度，手動夾緊機構必須保證自鎖，機動夾緊機構應有聯(lián)鎖保護裝置，夾緊行程必須足夠。
（5）夾緊機構必須安全、省力、方便、符合工人操作習慣。
（6）夾緊機構的復雜程度、自動化程度必須與生產綱領和工廠的條件相適應。[13]
夾緊元件是用以夾緊工件的，用于固定工件以獲得的正確的元件，本設計所選用的主要定位元件是心軸、對刀塊，它的優(yōu)點是：
（a）在夾緊過程中能保持撥叉安裝定位時獲得正確位置。
（b）操作方便、省力、安全。
（c）結構簡單，是標準化元件[14]。
切削力及夾緊力的計算：
本道工序主要的切削力是銑削過程中帶來的橫向的進給力
刀具：高速鋼直齒三面刃銑刀
銑刀參數(shù)：
(4.1)
mm
mm/s
mm
解得N。
在計算切削力時，必須考慮安全系數(shù)。安全系數(shù)。 (4.2)
查資料，有： k1為基本安全系數(shù)1.5
k2為加工性質系數(shù)1.1
k3為刀具鈍化系數(shù)1.1
k4為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
切削力為N。 (4.3)
實際夾緊力為N，其中U1和U2為夾具定位面及加緊面上的磨擦系數(shù)， =0.5。
螺母選用M16X1.5細牙三角螺紋，由《機械設計》螺紋聯(lián)接的預緊力公式，產生的加緊力為：
(4.4)
其中： =19000 N.M
=14.8mm
=2029
=1.5
(f為摩擦系數(shù)，無潤滑時f≈0.1～0.2)
解得F0=10405N
此時螺母的夾緊力F0已大于所需的800(N)的加緊力，故本夾具可安全工作。
4.6 夾具設計及操作簡要說明
如前所述,在設計夾具時,應該注意提高勞動率.為此,在螺母夾緊時采用開口墊塊,以便裝卸,夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有正確的安裝位置,以利于銑削加工。結果，本夾具總體的感覺還比較緊湊。
為了保證零件加工精度，我們采用可換定位銷來進行定心加緊。夾具體底面上的一對定位鍵與銑床工作臺的T型槽相連接，保證夾具與銑床縱向進給方向相平行的位置，使夾具在機床工作臺上占有一正確加工位置。此外，為了把夾具緊固在銑床工作臺上，夾具體兩端設置供T型螺栓穿過夾具用的兩個U型耳座。
夾具上裝有對刀塊裝置，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以有利于銑削加工。
5 組合機床設計
組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。組合機床可分為具有固定夾具的單工位組合機床、具有移動夾具的多工位組合機床和轉塔式組合機床三類[15]。
5.1 組合機床總體設計----“三圖一卡”
繪制組合機床“三圖一卡”，就是針對具體，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行組合機床總體方案圖樣文件設計。其內容包括：繪制被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸總圖和編制生產率計算卡等。
5.1.1 被加工零件工序圖
被加工零件工序圖是根據(jù)制訂的工藝方案，表示所設計的組合機床（或自動線）上完成的工藝內容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技術要求，加工用的定位基準、夾壓部位以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前加工余量、毛坯或半成品情況的圖樣。除了設計研究合同外，它是組合機床設計的具體依據(jù)，也是制造、使用、調整和檢驗機床精度的重要文件。被加工零件工序圖是在被加工零件工序圖基礎上，突出本機床或自動線的加工內容，并作必要的說明而繪制的。
其主要內容包括：
（1）被加工零件的形狀和主要輪廓尺寸以及與本工序機床設計有關部位結構形狀和尺寸。本工序加工部位用粗實線表示,其余部位用細實線表示。當需要設置中間導向時，則應把設置中間導向臨近的工件內部肋、壁布置及有關結構形狀和尺寸表示清楚，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否相互干涉。
（2）本工序所選用的定位基準、夾壓部位及夾緊方向。以便據(jù)此進行夾具的支撐、定位、夾緊和導向等機構設計。
（3）本工序所選用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求以及對上道工序的技術要求。本工序加工部位的位置尺寸應與定位基地直接發(fā)生關系。當本工序定位基準與設計基準不符時，必須對加工部位的位置精度進行分析和換算，并把不對稱公差換算為對稱公差。對工件毛坯應有要求，對孔的加工余量要認真分析。當本工序有特殊要求時必須注明。
（4）注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及加工部位的余量[16]。
5.1.2 加工示意圖
（1）加工示意圖的作用和內容
加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的，是表達工藝方案具體內容的機床工藝方案圖；是設計刀具，輔具，夾具，多軸箱和液壓、電氣系統(tǒng)以及選擇動力件，繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的主要依據(jù)；是對機床總體布局和性能的原始要求；也是調整機床和刀具所必需的重要技術文件。
加工示意圖應表達和標注的內容有：機床的加工方法，切削用量，工作循環(huán)和工作行程，工件、夾具、刀具及多軸箱之間的相對位置及其聯(lián)系尺寸，主軸結構類型、尺寸及外伸長度。
（2）繪制加工示意圖的注意事項
加工示意圖應繪制成展開圖，按比例用細實線畫出工件外形、加工部位，加工表面畫粗實線，必須使工件和加工方位與機床布局相吻合。為簡化設計，同一多軸箱上結構尺寸完全相同的主軸(即指加工表面，所用刀具及導向，主軸及接桿等規(guī)格尺寸，精度完全相同時，只畫一根，但必須在主軸上標注與工件孔號相對應的軸號)。一般主軸的布置不受真實距離的限制，當主細彼此間很近或需設置結構尺寸較大的導向裝置時，必須以實際中心距嚴格按比例畫，以便檢查相鄰主軸、刀具、輔具、導向裝置等是否相互干涉。
（3）選擇刀具、導向裝置及切削用量、轉矩、進給力、功率和有關聯(lián)系尺寸的計算。
(a)刀具的選擇
選擇刀具應考慮工件材質、加工精度、表面粗糙度、排屑及生產率等要求。只要條件允許，應盡量選用標準刀具[17]。本工序是粗銑加精銑，選用硬質合金銑刀配合通用銑刀桿。刀具尺寸應滿足加工要求。
(b)導向結構的選擇
導向裝置的作用：保證刀具相對工作的正確位置，保證刀具間正確的位置，提高刀具系統(tǒng)的支撐剛性。本工序的切削速度最大不過V =50m/min。
(c)確定切削轉矩、軸向力和切削功率
確定切削轉矩、軸向力和切削功率是為了分別確定主軸及其他傳動件尺寸、選擇滑臺、主電動機提供依據(jù)。
銑削轉矩、軸向力和切削功率根據(jù)《機械加工工藝手冊第二版》第1卷P1-61 表1.6-10可得：
粗銑周向力為3883.1N 功率為1.476kW,銑削轉矩為310N·mm。
(d)確定主軸類型及相關尺寸
主軸類型主要依據(jù)工藝方法和刀桿與主軸的聯(lián)結結構進行確定。主軸軸頸及軸端尺寸主要取決于進給力和主軸、刀具系統(tǒng)結構。主軸軸頸尺寸規(guī)格應根據(jù)切削轉矩T來確定。
強度條件下45鋼質主軸的直徑為：
=13mm (5.1)
剛度條件計算時：
=9mm (5.2)
因此粗銑時主軸直徑至少為13mm。查《組合機床設計簡明手冊》表5-16可確定使用的銑削頭為1TX25型頂置式齒輪傳動銑削頭。該銑削頭縱向總尺寸為750mm。
(e)銑刀刀桿尺寸的確定
銑刀刀桿直徑至少為65mm，但不能過大，否則強度不夠。銑刀刀桿伸出長度至少為53mm，但也不能過長否則影響加工精度。這里銑刀刀桿直徑取70mm，銑刀刀桿伸出長度取163mm。
(f)確定聯(lián)系尺寸
其中最重要的聯(lián)系尺寸是工件端面到軸箱端面之間的距離，它等于刀具懸伸長度、主軸外伸長度之和，再減去加工孔深（加工通孔時還包含刀具切出值）。為了使機床結構緊湊，應盡量使工件端面至軸箱距離最小。因此首先從所有刀具中找出影響聯(lián)系尺寸的關鍵刀具，使其接桿最短，以獲得加工終了時軸箱前端面到工件端面之間所需的最小距離，并據(jù)此確定全部刀具、接桿(或卡頭)、導向托架及工件之間的聯(lián)系尺寸。主軸端部須標注外徑和孔徑(D／d)、外伸長度L；刀具結構尺寸須標注直徑和長度；導向結構尺寸應標注直徑、長度、配合；工件至夾具之間的尺寸須標注工件離導套端面的距離；還須標注托架與夾具之間的尺寸。
本設計中工件端面到鏜削頭端面之間的距離定為125mm。
(g)標注切削用量
各主軸的切削用量應標注在相應主軸的后端。其內容包括：主軸轉速n、相應刀具的切削速度、每轉進給量或每分鐘進給量。
第一次進刀 n=200 r/min =50m/min =0.5mm/r
第二次進刀 n=200 r/min =50m/min =0.5mm/r
(h)動力部件工作循環(huán)及行程的確定
動力部件的工作循環(huán)是指加工時，動力部件從原始位置開始運動到加工終了位置，又返回到原位的動作過程。一般包括快速引進、工作進給和快速退回等動作。有時還有中間停止，多次往復進紿，跳躍進給，擋鐵停留等特殊要求[18]。
工作進給長度的確定
組合機床上有第一工作進給和第二工作進給之分。前者用于鉆、擴、鉸和鏜孔等工序；后者常用于鉆或擴孔之后需要倒大角等工序。工作進給長度，應等于加工部位長度與刀具切入長度和切出長度之和。
即mm
快速進給長度的確定：
快速進給市指動力部件把刀具送到工作進給位置，其長度按具體情況確定。工件離鏜削頭端面最大距離為：125mm，快速進給長度定為100mm。
快速退回長度的確定：
快速退回長度等于快速進給和工作進給長度之和?？焱碎L度L=153mm。
動力部件總行程確定：
動力部件的總行程除了滿足工作循環(huán)向前和向后所需的行程外，還要考慮因刀具磨損或補償制造、安裝誤差，動力部件能夠向前調節(jié)的距離(即前備量)和刀具裝卸以及刀桿同刀具一起從主軸孔中取出時，動力部件需后退的距離(刀具退離夾具導套外端面的距離應大于接桿插入主軸孔內或刀具插入接桿孔內的長度，即后備量)。因此，動力部件的總行程為快退行程與前后備量之和。
前備量取20mm；后備量取110mm；總行程為183mm。
5.1.3 機床聯(lián)系尺寸總圖
(1)機床聯(lián)系尺寸總圖的作用與內容
(a)機床聯(lián)系尺寸總圖的作用
機床聯(lián)系尺寸總圖是以被加工零件工序圖和加工示意圖為依據(jù)，并按初步選定的主要通用部件以及確定的專用部件的總體結構而繪制的，是用來表示機床的配置型式、主要構成及各部件安裝位置、相互聯(lián)系、運動關系和操作方位的總體布局圖，用以檢驗各部件相對位置及尺寸聯(lián)系能否滿足加工要求和通用部件選擇是否合適；它為多軸箱、夾具等專用部件設計提供主要依據(jù)；它可以看成是機床總體外觀簡圖，由其輪廓尺寸，占地面積、操作方式等可以檢驗是否適應用戶現(xiàn)場使用環(huán)境[19]。
(b)機床聯(lián)系尺寸總圖的內容：
表明機床的配置型式和總布局。以適當數(shù)量的視圖(—般至少兩個視圖，主視圖應選擇機床實際加工狀態(tài))，用同一比例畫出各主要部件的外廓形狀和相對位置。表明機床基本型式(臥式、立式或復合式、單面或多面加上、單工位或多工位)及操作者位置等。
完整齊全地反各部件間的主要裝配關系和聯(lián)系尺寸、專用部件的主要輪廓尺寸、運動部件的運動極限位置及各滑臺工作循環(huán)總的工作行程和前后行程備量尺寸。
標注主要通用部件的規(guī)格代號和電動機的型號、功率及轉速，并標出機床分組編號及組件名稱，全部組件應包括機床全部通用及專用零部件，不得遺漏。
(2)繪制機床聯(lián)系尺寸總圖之前應確定的主要內容
(a)選擇動力部件
動力部件的選擇主要是確定動力箱（或各種工藝切削頭）和動力滑臺。下圖中是根據(jù)已定的工藝方案和機床配置型式并結合使用及修理等因素，確定機床為臥式單面單工位液壓傳動組和機床，液壓滑臺實現(xiàn)工作進給運動，選用配套的動力箱驅動多軸箱鉆孔主軸。
動力滑臺的選擇
鏜削大頭孔工序，考慮到加工通孔，又為立式加工，因此選用1HY25MⅠ型液壓滑臺，以及相配套的1CL25M型立柱，1CD251M型立座側底座。
動力箱的選擇
在不需要精確計算主軸箱功率可按下列簡化公式進行估算：
(5.3)
式中，——消耗于主軸的切削功率的總和，單位為kW
——主軸箱的傳動效率，加工黑色金屬時取0.8——0.9，加工有色金屬時取0.7——0.8
粗銑溝槽 切削功率： =0.85kW 總功率： P=0.85/0.8=1.07kW
因此1TA20型鏜削頭滿足要求。
(b)確定機床裝料高度H
裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機床裝料高度時,首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滾道高度，以便允許內腔通過隨行夾具返回系統(tǒng)或冷卻排屑系統(tǒng)。其次是機床內部結構尺寸限制和剛度要求。考慮剛度、結構功能和使用要求等因素，裝料高度為1000mm。
(c)確定夾具輪廓尺寸
本工序夾具尺寸已知長688mm，寬160mm，高108mm 。
(d)確定工作臺
依據(jù)工序內容，及相應的1CL25M型立柱，1CD251M型立座側底座的尺寸選擇1AYU63型多工位移動工作臺。
5.1.4 機床機床生產率計算卡
生產率計算卡是反映所設計機床的工作循環(huán)過程、動作時間、切削用量、生產率、負荷率等的技術文件。通過其可以分析所擬定的方案是否滿足要求。
(1)理想生產率
=50000/2300= 21（件/h） (5.4)
式中A為年生產綱領取50000件
單班制取2300h
(2)實際生產率
min (5.5)
件/h
實際生產率大于理想生產率。因此本設計滿足要求。
(3)機床負荷率
(5.6)
機床負荷率不大于0.86～0.90。
結束語
由本文的論述，我們了解到，通過CA6140撥叉的加工設備及工藝的研究與應用，在機床、夾具、刀具、工藝流程等方面進行合理設計和選擇，有效提高了加工效率和產品質量，擴大了加工適應范圍，提高了可靠性，具備一定的先進性，取得了良好的經濟效益和社會效益，為解決此類多孔同時加工問題舉了一件實例。
本成果設計制造的機床為臥式組合機床。我們將主軸設為機械傳動，而進給系統(tǒng)為液壓控制，使在滿足使用要求的前提下降低了成本。作為關鍵部件的液壓滑臺采用國產通用部件。以比較簡單的方式完成旋轉運動和直線運動的同步進行，非常實用。
本機床所用夾具的通用性強，工件采用定位夾緊，快速方便。定位采用一面一銷一心軸的定位方式，夾緊采用液壓加緊，采用這種方式完全能夠滿足精度要求。而且簡易方便，制造成本低，通用性好。
在刀具方面，由于所加工孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不算高，采用三面刃銑刀。當加工工件時，切削力和切削熱隨鉆頭螺旋角的增大而減小(減少)，切削輕快，刀具耐用度高。在保證強度的前提下，有效降低了切削力和切削溫度，提高了刀具使用壽命和生產效率。
通過本成果的實施，18H11的溝槽加工質量和生產效率得到較大幅度提高，經濟和社會效益顯著。而且加工精度也完全能夠滿足設計要求。則在直接經濟效益方面，節(jié)省了大量加工工時。
由于能力所限，設計中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學們批評指正！
致 謝
經過近四個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個大學生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周的地方，如果沒有龔光容教授的督促指導，以及一起工作學習的同學、朋友們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。
在這里，首先要感謝的是給予我悉心指導龔光容教授。龔教授雖然工作繁忙，但是每周都不辭辛苦抽出時間親自指導和檢查督促我們做畢業(yè)設計，龔教授平日工作繁忙，但是在我做畢業(yè)設計的每個階段，從開題報告到查閱資料，從設計草案的確定、修改，到中期檢查，再到后期詳細設計，裝備草圖等等整個過程中龔教授都給予我悉心的指導。除了敬佩龔教授的專業(yè)水平以外，龔教授治學嚴謹?shù)膽B(tài)度，科學研究的精神是永遠值得我學習的榜樣，并會一直積極影響我今后的工作和學習。
其次我要感謝我的父母和與我一起做畢業(yè)設計的同學們。父母給了我強大的精神動力，同學們在本次設計中勤奮工作克服許多困難來完成此次設計，并分擔了許多工作。如果沒有他們的支持和努力，此次設計的過程將變得非常困難。
我還要感謝的是學校圖書館的開放，讓我們有足夠的資料可以參考，查閱。還要感謝四年以來所有的老師，為我打下了機械專業(yè)知識的基礎；同時感謝所有的同學們，正因為有了你們的支持，本次畢業(yè)設計才會順利完成。
通過畢業(yè)設計，使我對機械加工工藝這門課程進一步加深了理解。對于各方面知識之間的相互聯(lián)系有了實際的體會。同時也深深感到自己初步掌握的知識與實際需要還有相當?shù)木嚯x，還需進一步的學習和實踐。
本設計由于時間緊和對知識掌握的程度有限，在設計上不很周詳，許多應該考慮的因素可能沒有體現(xiàn)出來。在設計過程中，我得到了老師的精心指導和各方面的幫助，才得以順利進行，在這里再次對龔教授表達我的謝意。
最后感謝學院四年來對我的栽培！
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