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湘潭大学
机械制造工艺学课程设计说明书
题目：设计“CA6140车床拨叉”零件的机械加工艺规程及工艺装备（年产量为4000件）
内容：1. 零件图 1张
2. 毛坯图 1张
3. 机械加工工艺过程综合卡片 1张
4. 结构设计装配图 1张
5. 结构设计零件图 5张
6．课程设计说明书 1份
班 级 05 机 三
学 生
指 导 老 师
教研室主 任
二零一零年 一 月
序言
机械制造工艺学课程设计使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深入的综合性的总复习,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“四化”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φ22孔与操纵机构相连，二下方的φ55mm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
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求
需要加工的表面：
1.小孔的上端面、大孔的上下端面；
2.小头孔mm以及与此孔相通的mm的锥孔、螺纹
孔；
3.大头半圆孔mm；
位置要求：
小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm。
由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二、 工 艺 规 程 设 计
（一）确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200。考虑到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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级CT9级，已知此拨叉零件的生产纲领为4000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，可确定该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
（二）基面的选择
基面的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，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。
（1） 粗基准的选择：以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。这样就可以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。
（2） 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基准。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算，此处不再重复。
（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。再生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。处此之外，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Ⅰ 粗铣Ф40mm孔的两头的端面，Ф73mm孔的上下端面。
工序Ⅱ 精铣Ф40mm孔的两头的端面，Ф73mm孔的上下端面。
工序Ⅲ 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
工序Ⅳ 钻、扩、铰两端Ф22mm孔至图样尺寸。
工序Ⅴ 钻M8的螺纹孔，钻Ф8的锥销孔钻到一半，攻M8的螺纹。
工序Ⅵ 铣断保证图样尺寸。
工序Ⅶ 去毛刺，检查。
2.工艺路线方案二
工序Ⅰ 粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
工序Ⅱ 钻、铰两端Ф22mm孔之图样尺寸。
工序Ⅲ 粗铣中间孔上端面至Ф25mm，周径至Ф71mm；粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；精铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm；
工序Ⅳ 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
工序Ⅴ 钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。
工序Ⅵ 铣断保证图样尺寸
工序Ⅶ 去毛刺，检查。
3. 工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工完与Ф22mm的孔有垂直度要求的面再加工孔。而方案二悄悄相反，先是加工完Ф22mm的孔，再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的三个面。方案一的装夹次数少，但在加工Ф22mm的时候最多只能保证一个面定位面与之的垂直度要求。其他两个面很难保证。因此，此方案有很大的弊端。方案二在加工三个面时都是用Ф22mm孔的中心轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要求。这样也体现了基准重合的原则。很是审美！其他的工序尤为平常简单无需再议。这样一比较最终的工艺方案为：
工序Ⅰ 粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
工序Ⅱ 钻、铰两端Ф22mm孔之图样尺寸。
工序Ⅲ 粗铣中间孔上端面至Ф25mm，周径至Ф71mm；粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；精铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm；
工序Ⅳ 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
工序Ⅴ 钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。
工序Ⅵ 铣断保证图样尺寸
工序Ⅶ 去毛刺，检查。
以上工艺过程详见“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，毛坯重量约为1.6㎏,生产类型为大批生产，采用砂型铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，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（Ф40mm及Ф73mm外表面）
考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度CT9即可。又因它们是对称的两个零件最后还需铣断，故对Ф40mm的中心轴线的尺寸偏差为120±1.25的范围内。
2. 两小孔
毛坯为实心，两内孔精度要求界于IT7~IT8之间，参照《切屑加工简明实用手册》表8-21确定工序尺寸及余量：
钻孔：Ф21.8mm 2Z=21.8mm
铰孔：mm 2Z=0.2mm
3.中间孔（Ф55mm及Ф73mm）
中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺设计手册表1-13得：孔的铸造毛坯为Ф49. Ф73的孔是在Ф55孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距离为30mm，由于其对轴向的尺寸要求不高，直接铸造得到。参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф73mm工序尺寸及余量：
粗铣：Ф71mm Z=4mm
精铣：Ф73mm Z=1mm
参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф55mm工序尺寸及余量：
粗 镗：Ф53mm 2Z=4mm
半精镗：Ф54mm
精 镗：Ф55mm
4.螺纹孔及销孔
无可非议此销尺寸铸造为实体。
参照《切屑加工简明实用手册》表8-70确定钻Ф8螺纹孔和Ф8圆柱销孔及螺纹孔的攻丝。
5.铣断
（五）确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ 粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
1. 加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：粗铣两头端面至51mm、粗铣大孔端面至30mm。
机床：X52K立式铣床参数。
刀具：涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm，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.计算切削用量
1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）计算切削速度 按《简明手册》
V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据X52K立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14×80×475/1000=1.06m/s,实际进给量为
f zc=V fc/ncz=475/(300×10)=0.16mm/z。
3)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=1.06m/s，f z=0.15mm/z。
4）计算基本工时
tm＝L/ Vf=9.4s。
工序Ⅱ 钻、铰两端Ф22mm孔之图样尺寸。
1. 加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：钻孔至Ф21.8mm，精铰至Ф22mm，保证孔壁粗糙度Ra=1.6μm。
机床：Z512台式钻床。
刀具：YG8硬质合金麻花钻Ф21.8mm，钻头采用双头刃磨法，后角＝12°、二重刃长度=2.5mm、横刀长b=1.5mm、宽l=3mm、棱带长度 、° °、°。YG8硬质合金铰刀Ф22mm。
2.计算切削用量
1）查《切削用量简明手册》 。
按钻头强度选择 按机床强度选择，
最终决定选择机床已有的进给量 。
2）钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命．
3）切削速度
查《切削用量简明手册》 修正系数 故。
查《简明手册》机床实际转速为。
故实际的切削速度。
3. 计算基本工时
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。
钻和精铰的切削用量如下：
钻孔： 。
精铰： 。
工序Ⅲ 粗铣中间孔上端面至Ф25mm，周径至Ф71mm；粗铣中
间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；精铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm。
1. 加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：粗铣中间孔上端面至Ф25mm，周径至Ф71mm；粗铣
中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；保证粗糙度Ra=3.2μm；精铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至保证20mm,周径至Ф73mm，保证端面粗糙度Ra=3.2μm，保证孔壁粗糙度Ra=6.3μm。
机床：X63卧式铣床。
刀具：涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm，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.计算切削用量
1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=4mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）计算切削速度 按《简明手册》
V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=780r/min,Vf=490mm/s
据X52K立式铣床参数，选择nc=750r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14×80×750/1000=1.78m/s,实际进给量为
f zc=V fc/ncz=750/(300×10)=0.25mm/z。
3)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=2kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1mm，nc=750r/min,Vfc=475mm/s，V c=1.78m/s， f z=0.15mm/z。
4）计算基本工时
粗铣中间孔上端面至Ф25 mm，周径至Ф71mm；tm1=L/ Vf=13s
粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；tm2=L/ Vf=13s
精铣小孔上端面至50mm，tm3=L/ Vf=8s；
精铣中间孔上端面至周径至Ф73mm，tm4= L/ Vf=10s；
精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm，tm5= L/ Vf=10s。
工序Ⅳ 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
1. 加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：粗镗中间孔至Ф53mm、半精镗中间孔至Ф54mm、精镗中间孔至Ф55mm。
机床：T616卧式镗床。
刀具：YG8硬质合金镗刀。
2.计算切削用量
单边余量 分三次切除，则 第一次。根据《简明手册》4.2-20查得，取 。根据《简明手册》4.2-21查得，取：。
3.计算切削基本工时：
同理，当第二次，第三次时，进给量和，机床主轴转速都取64r/min，切削基本工时分别为100s和80s。
工序Ⅴ 钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，然后与轴配做钻通，再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。
1. 加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：先钻Ф8mm的锥销孔，钻到一半后将与该孔配合的轴安装进去，把两者配做加工，为的使保证孔与轴的同轴度，同时在尺寸上保证距上端面10mm；再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。
机床：组合机床。
刀具：Ф8mm麻花钻、Ф7.5mm麻花钻、Ф8mm的丝锥。
2.计算切削用量
（1）钻Ф8mm的锥销孔
根据《切削手册》查得，进给量为0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：
查《简明手册》表4.2-15，取。所以实际切削速度为：
计算切削基本工时：
（2）钻M8的螺纹孔
刀具：Ф7.5mm麻花钻。
根据《切削手册》查得，进给量为0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：
查《简明手册》表4.2-15，取。所以实际切削速度为：
计算切削基本工时：
（3）攻M8x1mm的螺纹
刀具：丝锥M6，P=1mm
切削用量选为：，机床主轴转速为：，按机床使用说明书选取：，则 ；机动时，，计算切削基本工时：
工序Ⅵ 铣断保证图样尺寸
1. 加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：铣断后保证两边对称相等。
刀具：YG硬质合金圆盘铣刀，厚度为4mm。
机床：组合机床。
2.计算切削用量
查《切削手册》，选择进给量为：,切削速度为：，则：
根据《简明手册》表4.2-39，取，故实际切削速度为：
查《切削手册》表4.2-40，刚好有。
计算切削基本工时：
工序Ⅶ 去毛刺，检查。
三、 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，需要设计专用夹具。并设计工序Ⅰ 粗铣Ф40mm孔的两头的端面。
(一)问题的提出
本夹具是用来粗铣Ф40mm孔的两头的端面,包括后面工序的精铣，该工序完成后此端面主要作为后道工序的精基准，所以主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度和表面粗糙度要求。
(二)夹具设计
1．定位基准选择
由于是第一道工序，只能是以底面为粗基准。由于底面是粗基准，所以采用四个球头支撑钉。
2．切削力及夹紧力计算
1）.切削力
查表得其中： 修正系数
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。
安全系数 K=
其中：为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以
2) 夹紧力
采用V型块夹紧
防止转动
=
K=2.5
=0.16
R=18
得出
=11.2
防止移动
=
K=2.5
=0.2
得出
=8686.1N
由于工件所受夹紧力大于工件所受的切削力，而且实际夹紧力大于所需夹紧力。故本夹具安全可靠。
3.具体夹具的装配图见附图
4.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。本道工序为镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。
参考文献:
1.黄如林.切屑加工简明实用手册 北京：化学工业出版社,2004.7.
2.王绍俊.机械制造工艺手册. 北京:机械工业出版社,1985.
3.孟少农.机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社,1991.
4. 杨叔子.机械加工工艺师手册.北京:机械工业出版社，2001.
5. 王光斗、王春福．机床夹具设计手册．上海：上海科学技术出版社，2001.
6.吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册. 北京:高等教育出版社2006.附件图纸
V形块
对中块
滑块
夹具体零件图
螺杆
毛坯
工艺卡片
理工大学零件号８３１００7材料HT200编制 ２００５.１２２１
机械加工工艺过程综合卡片零件名称 拨叉毛胚重量１.０KG指导老师
生产类型大批量 毛胚种类铸件审核
工序安装（工位）工步工序说明工序简图机床辅助工具或夹具刀具量具走刀次数走刀长度切削深度进给量主轴转速切削速度工作定额（min)
基本时间辅助时间工作的服时务间
０１０１１粗铣两小头孔端面T3至 粗铣上侧面T3 X6140卧式铣床。专用夹具YG8硬制合金刀具千分表１１１９５ ９１２.５ ２.５１.５ １.５２２０ ２２０６９.１ ６９.１０.５９ ０.５９
０２０ １１粗铣中间孔上端面T2至X6140卧式铣床。专用夹具YG8硬制合金刀具千分表１１１９５ ２.５ １.５ ２２０６９.１０.５９
030 1 1 粗铣中间孔下端面至X6140卧式铣床专用夹具铣刀1 135 359 0.90.45 0.8135 687.6 4.21.8 0.75
040 1 1 2精铣两小头上端面至摇臂钻床Z3025B专用夹具铣刀1 120 352 0.880.7 0.868 6810.3 10.60.54 0.75
050 1 1 精铣中间孔上端面至 摇臂钻床Z3025B专用夹具铣刀1 115 352.5 40.2 0.2960 96015.1 24.1０.２２ ０.６４
０６０１１精铣中间孔下端面至攻丝机专用夹具铣刀１８０.５１１９５３.７０.１７
07011扩两端小头孔至21.88立式升降台铣床XQ5025A专用夹具YG8硬质合金刀片千分表１２５４１２２０４１.５０.４
08011精铰两端小头孔至立式升降台铣床XQ5025A专用夹具YG8硬质合金刀片千分表１１９５１０.８３００９４.２０.５４
090 1 1 粗镗中间孔至55.8立式升降台铣床XQ5025A专用夹具硬质合金刀片千分表１ １１９５ ９１１ １０.８ ０.８３００ ３００９４.２ ９４.２０.５４ ０.５４
100 1 1半精镗中间孔至摇臂钻床Z3025B专用夹具硬质合金刀片塞规１４６０.１３０.４６５１０.２１.９２
110 1 1钻2-锥销孔、螺纹孔、功螺纹组合机床专用夹具麻花钻刀具塞规１４００.０７０.３１６０１０.１２.７７
120 1 1铣断组合机床专用夹具圆盘铣刀塞规１３８０.０３0.3956.02.11
13011去毛刺专用铣断机床专用夹具
14011检查
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