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河北理工大学
机械制造工艺学课程设计任务书
题目：设计“拨叉”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量5000件）
内容：（1）零件图 1张
（2）毛坯图 1张
（3）机械加工工艺卡 1套
（4）夹具总装图 1张
（5）夹具零件图 1张
（6）课程设计说明书 1份
班级： 03机设2班
学生： 张 扬
指导教师： 孙丽媛
教研室主任：杨文生
2007-3
机 械 制 造 工 艺 学
课程设计说明书
题目：设计“拨叉”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量5000件）
设计人： 张扬
指导教师：孙丽媛
河北理工大学
机械制造教研室
2007-3-20
设 计 说 明
本次设计是在我们学完了大学的全部基础课，技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。
一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床的齿轮拨叉。它安装在花键轴上，用于传递运动，对车库的转速进行调节。此零件通过花键孔与花键轴的配合，固定在花键轴上，通过花键导向，拨动小叉头，使拨叉在花键轴上滑动，控制齿轮的啮合与分离，从而起到调速的作用。
（二）零件的工艺分析
CA6140车床拨叉共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：
1.以φ25mm花键孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ25mm的六齿花键孔，花键孔两端15°倒角，两叉槽的底平面。
2.以靠近小叉槽平面的基面的加工表面
这一组加工表面包括：小叉槽的两侧面，大叉槽的两侧面，由以上分析可知，对于两组加工表面而言，可以去加工一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。
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，考虑加工成本和性能要求故用铸造方式成形。一方面HT200有非常好的铸造性能，还具有减振性，纤小摩擦，以保证其他部件不被磨损，本次设计要求达到大批量生产的水平，故采用金属模砂型机械造型，这对于提高生产率，保证加工质量也是有利的。
（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。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。
（1）粗基准的选择。对于一般的轴类零件而言，以外圆做为粗基准是合理的。按照有关基准的选择原则，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φ40mm的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一V形块支承这个表面，作主要定位面，限制4个自由度，再以一个销钉限制1个自由度，再用一挡板挡住φ40的一侧面，限制最后一个自由度，达到完全定位的目的,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，本设计的精基准，可按照基准重合原则选择，φ25mm花键孔中心线作为精基准。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线得出发点,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,可以采用万能机床配以专用夹具,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 铣φ40mm的一侧端面。
工序二 铣小槽外端面。
工序三 铣小槽
工序四 铣大槽
工序五 钻孔并扩钻花键底孔φ22mm
工序六 镗花键底孔φ22mm
工序七 拉花键孔
工序八 倒2*15°角。
工序九 清洗，去毛刺
工序十 终检
2.工艺路线方案二
工序一 粗铣φ40mm的一侧端面
工序二 铣小槽外端面
工序三 钻孔并扩钻花键底孔φ22mm
工序四 镗花键底孔φ22
工序五 拉花键孔
工序六 倒2×15°角
工序七 铣小槽
工序八 铣大槽
工序九 清洗去毛刺
工序十 终检。
3.工艺方案的比较与分析
方案二是先加工以花键孔为中心的一组表面，然后再加工其他表面。方案一正好相反，想加工φ40mm的端面再加工叉槽。由比较可见，方案二更容易保证零件的尺寸。
因此最后的加工路线确定如下：
工序一 铣φ40mm一侧端面，以φ40mm的另一面作为粗基准，选用X63W铣床和专用夹具。
工序二 铣小槽外端面，选用铣床X60
工序三 钻孔并扩钻花键底孔φ22mm以φ40mm的外圆柱面的基准，选用Z525钻床及专用夹具。
工序四 镗φ22mm花键底孔，以φ40mm的外圆柱面为基准，选用TT40金刚镗床及专用夹具
工序五 拉花键孔φ25mm选用L6110。
工序六 倒角2*15°双侧。采用150°锪钻。
工序七 铣小槽，以φ22mm内圆柱面为基准，选用铣床X60。
工序八 铣大槽以φ22mm内圆柱面为基准，选用铣床X60
工序九 清洗去毛刺。
工序十 终检。
工序改进后，工作效率和加工精度都大大提高了。以上过程详见机械加工工艺过程综合卡片。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
”CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1kg，生产件数为4000件，类型大批量，铸造毛坯，采用金属砂型机械造型。
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.花键孔外端面的加工余量（计算长度为70mm，精度选择IT12，偏差为）
① 查《工艺手册》表2.2～2.5，CT为8-10取CT为9级。MA：G，再查《工艺手册》表2.2-4，加工余量为3.0mm再查《工艺手册》表2.2-1铸件尺寸公差值为2.2mm
②粗加工后精铣余量查《工艺手册》表2.3-21为1.0mm
铣削公差按加工精度ITB级，因此可知本工序的加工尺寸偏差为：-0.046mm
毛坯名义尺寸：70+3=73mm
毛坯最大尺寸：73+1.5=74.5mm
毛坯最小尺寸：73-0.7=72.3mm
精铣后最大尺寸：70+1=71mm
精铣后最小尺寸：70-0.3=70.7mm
2. 花键孔（6-φ25*φ22*φ6）要求花键孔的外径定心，故采用拉削加工。
内孔尺寸为φ22见图样参照《工艺手册》表2.3-9
确定孔的加工余量分配：
钻孔：φ22mm 扩钻：φ21.8mm 镗孔：φ22mm
拉花键孔： 6-φ25*φ22*φ6
花键孔要求外径定心，拉削时的加工余量参照《工艺手册》表2.3-19取2z=1mm
3.小槽端面，要求该面的中心线的距离为27mm，粗糙度值Ra：3.2，故采用粗铣后精铣，精铣的加工余量为1mm
4．小槽：查《工艺手册》表2.3-22
槽长：40mm，槽宽：8mm，槽深：8mm
粗铣后半精铣：2.0mm
半精铣后精铣：0.7mm
5．大槽：查《工艺手册》表2.3-22
槽长：40mm 槽宽：18mm 槽深：23mm
工序间余量可查得：
粗铣后半精铣余量：3.0mm
半精铣后精铣余量：1mm
（五）确立切削用量及基本工时
工序一：铣花键孔的一侧端面，保证长度尺寸为70mm。粗糙度值Ra3.2um
参考《切削手册》表3.3，Fz=01.5-0.3
切削速度：参照切削手册确定v=15-21m/min
取v=20m/min
刀具采用变速钢镶齿三面刃铣刀φ63mm齿数Z=16则：
=
先采用X63w铣床，根据机床使用说明书《工艺手册》表4.2-39
取=118r/min
则实际的切削速度为：
当=118r/min时，工作台每分钟进给量：
查《工艺手册》4.2-39则=75m/min，故直接选用该值。
切削加工时：查《工艺手册》表6.2-7铣削机动时间的计算公 式：
当主偏角Kr＜90°时
L1=0.5（d-）++（1-2）=7
L2=1-3 取L2=2mm
tm==0.6min
精铣时为减少辅助时间，采用相同的机床及转速切深为：1mm
切削工时同样为：0.6min工序二：铣小槽外端面
该工序采用花键孔定位，保证长度为27mm，粗糙度值：Ra=3.2um
参考切削手册表3.3
Fz=0.25-0.3mm/z
切削速度参照切削手册取：v=20m/min
刀具采用高速钢三面刃铣刀φ63mm齿数z=16
则：=
现采用X63w铣床 =118r/min
故实际的切削速度：
当=118r/min时，工作台进给量fm=75mm/min
切削工时：tm==0.6min
本工序与第一道工序基本相同，有利于提高机床的使用效率，提高生产率。工序三：钻孔并扩钻花键底孔
1 钻孔φ20
刀具：标准麻花钻，圆柱粗锥柄φ20mm
零件材料为HT200查手册可得硬度HBS200
查表《切削手册》表7.9进给量f=0.13-0.17mm/r
根据零件的相关尺寸，本道工序选用机床为Z525
再根据机床说明书选取：f=0.5mm/r
切削速度：根据《切削手册》查得：v=20m/min所以：
=
根据Z525钻床的说明书取： =272r/min
故实际的切削速度为：
切削工时：《工艺手册》表6.2-5钻削机动时间的计算公式tm=
由零件的工艺尺寸可知：l=70mm
L1=ctgkr+（1-2）=18mm l2=1-4取L2=1mm
tm==0.7min
故本工序的机动工时为：tm=0.7min
2 扩钻φ21.8mm
采用刀具：φ21.8专用扩孔钻
机床仍然选用Z525
进给量为：f=01.3-0.17mm/r
机床说明书机床Z525的进给范围0.1-0.81mm/r
取f=0.8mm/r
机床主轴转速选取n=272r/min
切削速度为：
机动工时：查《工艺手册》表6.2-5钻削机动时间的计算公式：tm=
由零件图可知：l=70mm
L1=ctgkr+1=2.6
L2=2-4mm取L2=2mm
故切削工时：tm==0.4min
由以上计算可知本工序的机动工时为：Tm=tm1+tm2=0.7+0.4=1.1min工序四：精镗φ22mm花键底孔
由于孔的直径比较小，又属于是精加工，故：选用机床：T740金刚镗床
单边余量为：z=0.1mm
一次镗去全部余量ap=0.1mm
进给量f=0.1mm/r
根据相关手册，确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min
=
由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工工时使用的转速。
切削工时：查《工艺手册》表6.2-1车削和镗削机动时间计算公式：tm=
L=70mm L1=+（2-3）=3mm L2=3mm
tm==0.5min
工序五：拉花键孔
机床选择：L6110卧式拉床
刀具选择：矩形齿花键拉刀，拉刀总长760mm
单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升为0.06mm/s
切削工时：t=
式中：Zb：单面余量1.5mm（由φ22拉削至φ25）
L：拉削长度：70mm
η：考虑校准部分的长度系数 取1.2
k：考虑机床返回行程系数取k=1.4
z：拉刀同时工作齿数Z=
p：拉刀齿距 p=（1.25-1.5）=12mm
所以拉刀同时工作齿数Z==6
则 t==0.14min
工序六 倒角2*15°双面，采用150°锪钻
为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与扩孔时相同
机床：Z525 转速：272r/min
手动进给，切削工时较短。 工序七 铣小槽
该槽的尺寸为：槽长40mm 槽宽 槽深8mm
加工余量：
粗铣后半精铣2.0mm 偏差：+0.09mm
半精铣后精铣0.7mm 偏差：+0.03mm
1．粗铣小槽
机床选择：X60铣床
刀具选择：高速钢直柄立铣刀d=6mm z=3
查《工艺手册》根据X60机床说明书，选择进给量45mm/min
F=45mm/min
主轴转速选择为1120r/min
则实际切削速度为：
切削工时：查《工艺手册》表6.2-7铣削机动时间的计算公式：tm=
L1=0.5d+2=5m L2=2m tm==1min
2．精铣
由于是在同一机床进行加工，可选用相同的进给量及主轴转速
刀具：高速钢直柄立铣刀 d=8mm z=6
所以所用机动工时基本相同 t=1min工序八 铣大槽
槽长40mm 槽宽18mm 槽深23mm
1．粗铣
机床：X63卧式铣床
刀具：细齿直柄立铣刀 铣刀直径d=16mm
Z=6 铣削速度v=20-25m/min f=0.10-0.05mm/齿 则：：=
根据机床使用说明书取=375r/min
工作台的进给量fm应为：
Fm=fznw=0.1*6*375=225mm/min
切削工时：tm==0.2min
2．精铣
精铣时由于是在同一机床进行加工，可选用相同的进给量及主轴转速所以tm=0.2min三、 专用夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计加用专用夹具。
经过与老师协商，决定设计第八道工序中——粗铣半精铣，及精铣大槽的铣床夹具。本夹具将用于X63立式铣床。刀具为直柄立铣刀。
（一）问题的提出
在给定的零件中，对本步加工的定位需要基准孔和平面保证垂直度，定位要求比较高。因此，本步的重点应在保证垂直度上。还应考虑如何提高生产率。
（二）夹具设计
1．定位基准的选择
出于定位简单和快速的考虑，选择∮22mm孔为基准，即以一面上一心轴（自由度限制数：4）配合以一菱形销（自由度限制数：1）及支承钉（自由度限制数：1）使工件完全定位。再使用钩行压板进行卡紧。
2．切削力和卡紧力计算
刀具为直柄立铣刀∮9mm，齿数为4。
F=
CF=119，ap=1.5mm，XF=1.0，Fz=0.1mm，yF=0.75，ae=23mm，uF=0.85，d0=9mm，WF=-0.13，Qf=0.73，Z=4
取系数 K1=1.2，K2=1.2，K3=1.0，K4=1.0。K=K1K2K3K4=1.44
则实际夹紧力为 F’=K1*K2*K3*K4*F=1012N
由于夹紧力方向和立铣刀的方向一致，不许用太大的夹紧力，因此本夹具安全工作。
3. 定位误差分析
本工序采用一定位轴，一菱形销，一支承钉定位，工件始终靠近定位轴的一面，菱形销和支承钉平行于夹具体平面达到一定垂直度，定位元件心轴与平面有较高的精度要求，取过盈配合，从而保证定位垂直要求。
4. 夹具设计及操作的简要说明
夹具的卡紧力大小要求不高，可使用手动夹紧。使用螺纹螺母和钩形压板进行夹紧，保证效率。夹具体上有对刀块，可使夹具在一批零件的加工 前很好地对刀（与塞尺配合使用），同时，夹具体低面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装的位置，以便于铣削加工。
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