2024年8月16日发(作者：太史茜茜)

cheng

拨叉的建模与加工仿真

一． 拨叉的三维建模

采用SolidWorks2008完成拨叉的三维建模的过程如下：

1. 绘制圆柱

首先，选择“前视基准面”进入草图绘制界面，以原点为圆心绘制直径为

40mm

的圆，如图1所示。然后，点击“退出草图”，选择特征栏里的“拉伸

凸体/基体”，输入拉伸长度为85mm，如图2所示。

图1

图2

2．建立拨叉的外轮廓

选择“右视基准面”进入草图绘制界面，绘制如图3所示的草图，并添加相

关的尺寸约束和几何约束。然后，点击“退出草图”，选择特征栏里的“拉伸凸

体/基体”，选择“两侧对称”，拉伸长度为40mm如图4所示。

图3

图4

3．建立拨叉的花键

选择拨叉的圆柱端面进入草图绘制界面，绘制如图5所示的直径为

22mm

的圆。然后，点击“退出草图”，选择特征栏里的“拉伸切除”，选择“完全贯

cheng

cheng

穿”，如图6所示。

图5 图6

4．建立花键孔两端倒角

选择孔的一端倒角，尺寸如图7所示，孔的另一端也进行倒角，结果如图8

所示。

图7 图8

5．建立花键的槽

首先，选择“前视基准面”进入草图绘制界面，绘制如图9所示的草图。然

后，点击“退出草图”。然后，选择特征栏里的“拉伸切除”，选择“完全贯穿”，

如图10所示。

图9 图10

cheng

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6．建立拨叉的槽

选择拨叉的一侧面进入草图绘制界面，绘制如图11所示的草图。然后，点

击“退出草图”。然后，选择特征栏里的“拉伸切除”，选择“完全贯穿”，如

图12所示。

图11 图12

7．添加肋板和倒圆角

图13

二． 拨叉的二维图

通过采用SolidWorks2008完成拨叉的三维建模，并通过其三维模型生成如

下图14所示拨叉的二维图。

cheng

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图14 拨叉的二维图

三．零件的分析

1．零件的作用

图纸中所给的零件是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，工作过程：拨叉零件是在传动系

统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速，转向。其花键孔

25mm

通过与轴的配合

来传递凸轮曲线槽传来的运动，零件的两个叉头部位与滑移齿轮相配合。

2．零件的工艺分析

CA6140车床共有两处加工表面，分述如下：

1．以花键孔的中心线为基准的加工面

0.0230.20

mm

的六齿方花键孔、

22

0

mm

花键底孔两端的这一组面包括

25

0

2x15

0

到角、工件右端面和距离中心线为27mm的平面。

0.030.012

mm

的槽和

18

0

mm

的槽 2．以工件右端面为基准的

8

0

经上述分析可知，对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于

专用夹具加工另一组表面。

四．拨叉工艺规程设计

cheng

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1．确定毛坯的制造形成

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。

2．基准的选择

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。

（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

22mm

孔的不加工外轮廓底面作为粗基准，利用圆

柱来定位，另外四爪握住两边来限制六个自由度，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。

3．制定工艺路线

制定工艺路线，在生产纲领确定的情况下, 根据零件的几何形状、尺寸精度

及位置精度等技术要求来制定工艺路线。可以考虑采用万能性机床配以专用工卡

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

工序一 铸坯。

工序二 粗铣圆柱底面。

工序三 钻圆柱成

20

的孔。

工序四 扩铰孔

20

到

22

。

工序五 粗车圆柱孔口斜度为15度。

工序六 粗铣右槽1侧平面和宽度为8mm，粗铣宽度为18mm的左槽2。

工序七 精铣槽1的上下面和和里面、侧面，精洗槽2的上下面和里面。

工序八 拉销孔

22

成花键。

工序九 去毛刺。

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工序十 检验。

工

序

号

01

02

03

04

05

06

07

08

9

10

工序内容

铸件

粗铣下端面

钻孔

扩孔

22

车倒角，角度为15度

铣左边键槽，铣右边键槽

精铣左右两槽

拉花键槽

去毛刺

终检

定位基准

孔的外圆，上端面

孔的外圆，下端面

孔的外圆，下端面

孔的上下端面

孔，下端面

孔，下端面

孔的外圆，下端面

（2）选择机床

工序二、工序六、工序七都为铣表面，可用XA5032铣床。工序三为钻孔，

工序四为扩孔工艺，可采用摇臂钻床Z305B。工序八为拉花键，采用普通拉床。

工序五用车床。

（3）选择夹具：每个工序都可以采用专用的夹具。

（4）选择刀具：在铣床上用高速钢立铣刀，铣上下两槽用三面刃铣刀，在车床

上选普通车刀，内拉床选矩形齿花键拉刀。

（5）选择量：精度要求较高的可用内径千分尺量程50～125mm，其余都用游标

卡尺分度值为0.02mm。

4．机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定

“CA6140车床拨叉”，零件材料为HT200，硬度190～210HB，生产类型

大批量，铸造毛坯。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺

寸及毛坯尺寸如下：

1. 查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）

铣削加工余量为：

cheng

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粗铣 2-4mm

半精铣 1-2mm

精铣 0-1mm

2. 圆柱（

40

用铸成）内孔

22

用钻和扩成，加工余量：

扩孔 1.2mm

3．粗车加工余量：

粗 车 1.2mm

半精车 0.8mm

4．右凹槽：对于右凹槽的加工，由于事先未被铸出，要满足其槽的深度先需要

粗铣，现确定其加工余量取8mm。为了保证槽两边的表面粗糙度和槽的水

0.03

平尺寸

8

0

的精度要求，需要进行精铣槽的两侧面，加工余量取0.5mm。

5．左凹槽：由于此平面没有加工，只加工平面的凹槽，其基本尺寸为槽宽

0.012

18

0

mm (精度较高，IT6级)，槽的深度为23mm，可事先铸出该凹槽，该槽的

三个表面的粗糙度都为

Ra3.2

，在粗铣后



精铣就能达到粗糙度要求。

6．孔：钻孔其尺寸为20mm，加工余量取2mm，扩孔钻，保留0.5mm的拉刀加

工余量。孔里的花键槽用组合装配式拉刀成型式的加工方式一次拉出。

7．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。

五．数控加工仿真

采用数控铣削加工槽1的上下面和和里面、侧面。步骤如下所示：

1．启动UG NX 5.0后，打开拨叉的模型文件“bocha.x-t”。选择“开始—加工”

命令，打开“加工环境”对话框。在“CAM设置”框中选择“mill-planar”选项，

然后单击“初始化”按钮，进入加工环境。

2．单击“创建几何体”工具按钮，打开“创建几何体”对话框。设置各个选项，

然后单击“应用”按钮，打开“工件”对话框，设置部件和毛坯。如图15所示。

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图15 “创建几何体”对话框和“工件”对话框

3．在“加工创建”工具条中单击“创建刀具”工具按钮，打开“创建刀具”对

话框。在对话框中设置各个选项，然后单击“应用”，在新的对话框中设置刀具

的各个参数。

4．单击“创建操作”按钮，打开“创建操作”对话框。设置各个选项后，单击

“应用”，打开“Face Milling Area”对话框，设置相应的各个选项。如图16所

示。

图16“创建操作”对话框和“Face Milling Area”对话框

5．在“Face Milling Area”对话框中单击“切削区域”按钮，然后在模型部件中

指定要进行铣削的区域。如图17所示。

cheng

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图17“切削区域”对话框和指定铣削的区域

6．

在“Face Milling Area”对话框中，设置其它选项，然后在 “操作”面板中

单击“生成”按钮，在模型部件中显示生成的刀轨。如图18所示。

图18“Face Milling Area”对话框和生成的刀轨

7．在“操作”面板中单击“确认”按钮，打开“刀轨可视化”对话框，进行3D

动画加工模拟演示，如图19所示。最后，在“刀轨可视化”对话框中单击“确

定”，完成操作。

cheng

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图19“刀轨可视化”对话框和加工模拟的演示效果

六．数控加工程序

选择MILL 3-AXIS数控铣床进行后处理操作，数控程序如下所示。

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

:0030 T00 M06

N0040 G1 G90 X.9843 Y1.5748 Z1.0564 F39.4 S0 M03 M08

N0050 Y1.2598 F9.8

N0060 Y1.1417

N0070 X.8858

N0080 X-.8858

N0090 Z.9121

N0100 X.8858

N0110 Z.7677

N0120 X-.8858

N0130 Z.6234

N0140 X.8858

N0150 Z.479

N0160 X-.8858

N0170 Z.3346

N0180 X.8858

N0190 Z.1903

N0200 X-.8858

N0210 Z.0459

N0220 X.8858

N0230 X.9843 F19.7

N0240 Y1.2598

N0250 Y1.5748 F39.4

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N0260 Z1.0564

N0270 Y1.2205 F9.8

N0280 Y1.1024

N0290 X.8858

N0300 X-.8858

N0310 Z.9121

N0320 X.8858

N0330 Z.7677

N0340 X-.8858

N0350 Z.6234

N0360 X.8858

N0370 Z.479

N0380 X-.8858

N0390 Z.3346

N0400 X.8858

N0410 Z.1903

N0420 X-.8858

N0430 Z.0459

N0440 X.8858

N0450 X.9843 F19.7

N0460 Y1.2205

N0470 Y1.5748 F39.4

N0480 Z1.0564

N0490 Y1.1811 F9.8

N0500 Y1.063

N0510 X.8858

N0520 X-.8858

N0530 Z.9121

N0540 X.8858

N0550 Z.7677

N0560 X-.8858

N0570 Z.6234

N0580 X.8858

N0590 Z.479

N0600 X-.8858

N0610 Z.3346

N0620 X.8858

N0630 Z.1903

N0640 X-.8858

N0650 Z.0459

N0660 X.8858

N0670 X.9843 F19.7

N0680 Y1.1811

N0690 Y1.5748 F39.4

cheng

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N0700 Z.6102

N0710 Y.9449 F9.8

N0720 Y.8268

N0730 X.8563

N0740 X-.8563

N0750 Z.4921

N0760 X.8563

N0770 X.9843 F19.7

N0780 Y.9449

N0790 Y1.5748 F39.4

N0800 Z.6102

N0810 Y.9055 F9.8

N0820 Y.7874

N0830 X.8563

N0840 X-.8563

N0850 Z.4921

N0860 X.8563

N0870 X.9843 F19.7

N0880 Y.9055

N0890 Y1.5748 F39.4

N0900 Z.6102

N0910 Y.8661 F9.8

N0920 Y.748

N0930 X.8563

N0940 X-.8563

N0950 Z.4921

N0960 X.8563

N0970 X.9843 F19.7

N0980 Y.8661

N0990 Y1.5748 F39.4

N1000 M02

%

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2024年8月16日发(作者：太史茜茜)

cheng

拨叉的建模与加工仿真

一． 拨叉的三维建模

采用SolidWorks2008完成拨叉的三维建模的过程如下：

1. 绘制圆柱

首先，选择“前视基准面”进入草图绘制界面，以原点为圆心绘制直径为

40mm

的圆，如图1所示。然后，点击“退出草图”，选择特征栏里的“拉伸

凸体/基体”，输入拉伸长度为85mm，如图2所示。

图1

图2

2．建立拨叉的外轮廓

选择“右视基准面”进入草图绘制界面，绘制如图3所示的草图，并添加相

关的尺寸约束和几何约束。然后，点击“退出草图”，选择特征栏里的“拉伸凸

体/基体”，选择“两侧对称”，拉伸长度为40mm如图4所示。

图3

图4

3．建立拨叉的花键

选择拨叉的圆柱端面进入草图绘制界面，绘制如图5所示的直径为

22mm

的圆。然后，点击“退出草图”，选择特征栏里的“拉伸切除”，选择“完全贯

cheng

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穿”，如图6所示。

图5 图6

4．建立花键孔两端倒角

选择孔的一端倒角，尺寸如图7所示，孔的另一端也进行倒角，结果如图8

所示。

图7 图8

5．建立花键的槽

首先，选择“前视基准面”进入草图绘制界面，绘制如图9所示的草图。然

后，点击“退出草图”。然后，选择特征栏里的“拉伸切除”，选择“完全贯穿”，

如图10所示。

图9 图10

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6．建立拨叉的槽

选择拨叉的一侧面进入草图绘制界面，绘制如图11所示的草图。然后，点

击“退出草图”。然后，选择特征栏里的“拉伸切除”，选择“完全贯穿”，如

图12所示。

图11 图12

7．添加肋板和倒圆角

图13

二． 拨叉的二维图

通过采用SolidWorks2008完成拨叉的三维建模，并通过其三维模型生成如

下图14所示拨叉的二维图。

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图14 拨叉的二维图

三．零件的分析

1．零件的作用

图纸中所给的零件是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，工作过程：拨叉零件是在传动系

统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速，转向。其花键孔

25mm

通过与轴的配合

来传递凸轮曲线槽传来的运动，零件的两个叉头部位与滑移齿轮相配合。

2．零件的工艺分析

CA6140车床共有两处加工表面，分述如下：

1．以花键孔的中心线为基准的加工面

0.0230.20

mm

的六齿方花键孔、

22

0

mm

花键底孔两端的这一组面包括

25

0

2x15

0

到角、工件右端面和距离中心线为27mm的平面。

0.030.012

mm

的槽和

18

0

mm

的槽 2．以工件右端面为基准的

8

0

经上述分析可知，对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于

专用夹具加工另一组表面。

四．拨叉工艺规程设计

cheng

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1．确定毛坯的制造形成

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。

2．基准的选择

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。

（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

22mm

孔的不加工外轮廓底面作为粗基准，利用圆

柱来定位，另外四爪握住两边来限制六个自由度，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。

3．制定工艺路线

制定工艺路线，在生产纲领确定的情况下, 根据零件的几何形状、尺寸精度

及位置精度等技术要求来制定工艺路线。可以考虑采用万能性机床配以专用工卡

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

工序一 铸坯。

工序二 粗铣圆柱底面。

工序三 钻圆柱成

20

的孔。

工序四 扩铰孔

20

到

22

。

工序五 粗车圆柱孔口斜度为15度。

工序六 粗铣右槽1侧平面和宽度为8mm，粗铣宽度为18mm的左槽2。

工序七 精铣槽1的上下面和和里面、侧面，精洗槽2的上下面和里面。

工序八 拉销孔

22

成花键。

工序九 去毛刺。

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工序十 检验。

工

序

号

01

02

03

04

05

06

07

08

9

10

工序内容

铸件

粗铣下端面

钻孔

扩孔

22

车倒角，角度为15度

铣左边键槽，铣右边键槽

精铣左右两槽

拉花键槽

去毛刺

终检

定位基准

孔的外圆，上端面

孔的外圆，下端面

孔的外圆，下端面

孔的上下端面

孔，下端面

孔，下端面

孔的外圆，下端面

（2）选择机床

工序二、工序六、工序七都为铣表面，可用XA5032铣床。工序三为钻孔，

工序四为扩孔工艺，可采用摇臂钻床Z305B。工序八为拉花键，采用普通拉床。

工序五用车床。

（3）选择夹具：每个工序都可以采用专用的夹具。

（4）选择刀具：在铣床上用高速钢立铣刀，铣上下两槽用三面刃铣刀，在车床

上选普通车刀，内拉床选矩形齿花键拉刀。

（5）选择量：精度要求较高的可用内径千分尺量程50～125mm，其余都用游标

卡尺分度值为0.02mm。

4．机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定

“CA6140车床拨叉”，零件材料为HT200，硬度190～210HB，生产类型

大批量，铸造毛坯。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺

寸及毛坯尺寸如下：

1. 查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）

铣削加工余量为：

cheng

cheng

粗铣 2-4mm

半精铣 1-2mm

精铣 0-1mm

2. 圆柱（

40

用铸成）内孔

22

用钻和扩成，加工余量：

扩孔 1.2mm

3．粗车加工余量：

粗 车 1.2mm

半精车 0.8mm

4．右凹槽：对于右凹槽的加工，由于事先未被铸出，要满足其槽的深度先需要

粗铣，现确定其加工余量取8mm。为了保证槽两边的表面粗糙度和槽的水

0.03

平尺寸

8

0

的精度要求，需要进行精铣槽的两侧面，加工余量取0.5mm。

5．左凹槽：由于此平面没有加工，只加工平面的凹槽，其基本尺寸为槽宽

0.012

18

0

mm (精度较高，IT6级)，槽的深度为23mm，可事先铸出该凹槽，该槽的

三个表面的粗糙度都为

Ra3.2

，在粗铣后



精铣就能达到粗糙度要求。

6．孔：钻孔其尺寸为20mm，加工余量取2mm，扩孔钻，保留0.5mm的拉刀加

工余量。孔里的花键槽用组合装配式拉刀成型式的加工方式一次拉出。

7．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。

五．数控加工仿真

采用数控铣削加工槽1的上下面和和里面、侧面。步骤如下所示：

1．启动UG NX 5.0后，打开拨叉的模型文件“bocha.x-t”。选择“开始—加工”

命令，打开“加工环境”对话框。在“CAM设置”框中选择“mill-planar”选项，

然后单击“初始化”按钮，进入加工环境。

2．单击“创建几何体”工具按钮，打开“创建几何体”对话框。设置各个选项，

然后单击“应用”按钮，打开“工件”对话框，设置部件和毛坯。如图15所示。

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图15 “创建几何体”对话框和“工件”对话框

3．在“加工创建”工具条中单击“创建刀具”工具按钮，打开“创建刀具”对

话框。在对话框中设置各个选项，然后单击“应用”，在新的对话框中设置刀具

的各个参数。

4．单击“创建操作”按钮，打开“创建操作”对话框。设置各个选项后，单击

“应用”，打开“Face Milling Area”对话框，设置相应的各个选项。如图16所

示。

图16“创建操作”对话框和“Face Milling Area”对话框

5．在“Face Milling Area”对话框中单击“切削区域”按钮，然后在模型部件中

指定要进行铣削的区域。如图17所示。

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图17“切削区域”对话框和指定铣削的区域

6．

在“Face Milling Area”对话框中，设置其它选项，然后在 “操作”面板中

单击“生成”按钮，在模型部件中显示生成的刀轨。如图18所示。

图18“Face Milling Area”对话框和生成的刀轨

7．在“操作”面板中单击“确认”按钮，打开“刀轨可视化”对话框，进行3D

动画加工模拟演示，如图19所示。最后，在“刀轨可视化”对话框中单击“确

定”，完成操作。

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图19“刀轨可视化”对话框和加工模拟的演示效果

六．数控加工程序

选择MILL 3-AXIS数控铣床进行后处理操作，数控程序如下所示。

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

:0030 T00 M06

N0040 G1 G90 X.9843 Y1.5748 Z1.0564 F39.4 S0 M03 M08

N0050 Y1.2598 F9.8

N0060 Y1.1417

N0070 X.8858

N0080 X-.8858

N0090 Z.9121

N0100 X.8858

N0110 Z.7677

N0120 X-.8858

N0130 Z.6234

N0140 X.8858

N0150 Z.479

N0160 X-.8858

N0170 Z.3346

N0180 X.8858

N0190 Z.1903

N0200 X-.8858

N0210 Z.0459

N0220 X.8858

N0230 X.9843 F19.7

N0240 Y1.2598

N0250 Y1.5748 F39.4

cheng

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N0260 Z1.0564

N0270 Y1.2205 F9.8

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N0580 X.8858

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cheng

cheng

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N1000 M02

%

cheng