CA6140拔叉机械制造课程设计解析

中北大学课程设计说明书1 零件说明1.1零件的作用题目给定的零件是CA6140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进行工作。宽度为18mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为18mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。1.2零件的工艺分析拔叉84009的毛坯为铸造件，在零件图上只有2处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差0.10， 18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差0.08 。零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如下：图一零件大致结构图CA6140拔叉（型号：84009）共有3组加工表面：（1）D端面和轴线与D端面相垂直的花键底孔；（2）以花键中心线为基准的加工面：这一组面包括25H7的六齿方花键孔、22H12的花键底孔、两端的2150倒角和距花键中心线为22mm的上顶面；（3）以工件左端面为基准的18H11mm的槽、上顶面的2M8通孔和5锥孔。经上述分析可知， 对于后两组加工表面，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。2 生产类型和生产纲领的确定根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则该产品的年产量为600台，其设备利用率为5%，机械加工废品率为1%，现制定该齿轮零件的写加工工艺规程。N =Qn（1+%+%）=6001（1+5%+1%）件/年=636件/年。参考机械制造工艺设计手册，零件质量小于100kg，属于轻型，并且年产量处于5005000之间，所以生产类型为中批生产。3 毛坯的确定CA6140车床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB210HB，生产类型为中批生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按JZ67-62规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在中批量生产的铸件，采用2级精度铸件，毛坯重量由机械制造工艺设计手册表5-2有零件80kg，偏差为7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表5-4左右端面的加工余量为30.8，其余部分均为实心部分。故毛坯图如下：图二毛坯图4 工艺规程设计4.1定位基准的选择定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。4.1.1 粗基准的选择在选择粗基准时，一般遵循下列原则：保证相互位置要求原则；保证加工表面加工余量合理分配的原则；便于工件装夹原则；粗基准一般不得重复使用的原则；为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。左端面，在铣左端面时，先以右端面为粗基准，粗铣前端面。加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。4.1.2 精基准的选择在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则：基准重合原则；统一基准原则；互为基准原则；自为基准原则；便于装夹原则。为保证定位基准和工序基准重合，加工2-M8螺纹孔、5锥孔，18H11槽以零件的左端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。4.2 制订工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序分散来提高生产率，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。制定工艺路线：工艺路线方案一：工序一：铸造毛坯；工序二：粗、半精铣左端面C面，工序三：钻孔并扩花键底孔22并锪215倒角；工序四：拉花键25H7工序五：粗、半精铣顶面D面；工序六：钻配作孔、螺纹孔；工序七：粗、半精铣槽；工序八：去毛刺；工序九：终检，入库。工艺路线方案二：工序一：铸造毛坯；工序二：粗、半精铣左端面C面，工序三：终检，入库。工序四：拉花键25H7工序五：粗铣顶面D面及18H11槽；工序六：半精铣顶面D面及18H11槽；工序七：钻配作孔、螺纹孔；工序八：去毛刺；工序九：钻孔并扩花键底孔22并锪215倒角；比较两种工序加工方案，考虑到加工过程中粗精铣同一面可用同一夹具和刀具，为了减少换夹具及刀具的时间，缩短加工工时提高加工效率，故采用第一种加工方案。5工序内容以及工艺装备（机床、夹具、量具）的确定5.1重点工序的内容CA6140拔叉零件的重要加工面有花键底孔、左端面，花键，槽，顶面，材料为HT200，参考机械制造工艺设计手册，其加工方法选择如下：5.1.1加工前端面根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5m，要达到左端面Ra3.2m的技术要求，需要经过粗铣精铣。5.1.2 加工22花键底孔此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。零件技术要求底孔的表面粗糙度达到Ra6.3m，毛坯为实心，故采用钻孔扩孔，可以达到要求。5.1.3 加工外径为25的花键内孔零件要求花键底面粗糙度Ra1.6m，侧面Ra3.2m，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。5.1.4加工上顶面零件上顶面为精加工，粗糙度要求为Ra3.2m，与花键中心线的平行度误差0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣精铣。顶面的钻2-M8通孔和5锥孔工序不是很重要，在此不做详细说明，2-M8通孔先钻孔，再攻丝，5锥孔采用锥刀进行加工。5.1.5 加工18H11槽零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为Ra6.3m，侧面粗糙度为Ra3.2m，而且两侧面和花键中心线的垂直度0.08，本身有精度要求，18H11，故以花键中心线和左端面为精基准，用花键心轴定位，采用铣磨。5.2选择机床（1）工序2.5.7是粗铣或半精铣，各工序的加工步骤不多，成批生产不需要很高的生产率，故选用立式铣床就能满座要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的X5032立式铣床就能满足要求。（2）工序3.6是钻-扩-绞或者是钻-粗绞-精绞。由于加工的零件外廓尺寸不大，钻床不需要特别大。要求精度较高，白面粗糙度要求高，不是回转体，故可选用Z525圆柱立式钻床。（3）工序4是拉花键孔。选用L6110卧式内拉床。5.3选择夹具本零件由于属于冲动分离类零件，形状不规则，不常见且有三个分支且分支在不同方向，夹紧与支撑与一般零件不同。故各工序需要使用专用夹具。5.4选择刀具（1）在铣床上加工的工序，一般选用硬质合金铣刀，加工铸件用YG类硬质合金，选用硬质合金端铣刀YG6。（2）在钻床上，钻孔一般选用高速钢麻花钻，扩孔选用高速钢扩孔钻，倒角175，可用复合钻，高速钢锥柄扩孔钻。（3） 在拉床上，拉孔一般选用高速钢花键拉刀。5.5选择量具本零件属成批生产，一般采用通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。选择是采用其中的一种方法即可。（1）选择加工平面的量具零件平面的加工方法为粗铣或粗铣半精铣加工。尺寸公差等级，粗铣均为IT14，半精铣是都为IT12，均可选用分度值为0.02mm，测量范围0150mm的游标卡尺进行测量。孔的加工方法为钻孔或扩孔，选用游标卡尺进行测量。(2)拉孔加工选用花键量规进行测量。6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定C6140拨叉材料为HT200毛坯质量为0.84kg，b=220MPa，HBS=157。根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。（1）根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。（2）选取公差等级CT由机械制造技术基础课程设计指南中表5-1可查得毛坯件的公差等级为810级，取为10级。（3）求铸件尺寸公差 根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由机械制造技术基础课程设计指南中表5-3可查得尺寸公差为CT=3.2mm（4）求机械加工余量由机械制造技术基础课程设计指南表5-5查得机械加工余量等级范围为DF，取为E级（5）求RAM（要求的机械加工余量）对所有的加工表面取同一数值，由机械制造技术基础课程设计指南表5-4查得最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为E级，得RAM数值为0.7mm。（6）求毛坯尺寸 2-M8通孔和5锥孔较小铸成实心；C、面单侧加工，应由机械制造技术基础课程设计指南式5-2求出，即： R=F+RAM+CT/2=80+0.7+3.2/2=82.3mmD面为单侧加工，毛坯尺寸由机械制造技术基础课程设计指南式5-1求出，即：R=F+RAM+CT/2=72+0.7+3.2/2=74.3mm为了简化铸件的形状取R75mm 铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表：项目C面（7540）D面(8030)公差等级CT1010加工面基本尺寸8072铸件尺寸公差3.23.2机械加工余量等级EERAM0.70.7毛坯基本尺寸82.375(1)C面的单边总加工余量为Z2.3mm。查机械制造技术基础课程设计指南表5-49精加工余量故粗加工余量为Z1.3m(2)D面精加工余量同C面Z1mm故D面粗加工余量Z2mm粗铣加工余量为2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm。精铣加工余量为0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2m。(3)花键孔要求以花键外径定心，故采用拉削加工内空尺寸为。由机械制造技术基础课程设计指南表5-42却定孔的加工余量分配：钻孔20mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.13mm。扩孔21mm，工序经济精度等级为IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3m。 花键孔拉削时加工余量参照机械制造技术基础课程设计指南单面余量Z=1.5mm。(4)铣18H11槽铸造时槽没铸出，参照机械制造工艺设计手册表21-5，得粗铣其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，槽深机加工余量为2.0mm，又由刀具选择可得其极限偏差为：粗加工为，精加工为。粗铣两边工序尺寸为：18-2.0=16.0mm；粗铣后毛坯最大尺寸为：16+0.11=16.11mm；粗铣后毛坯最小尺寸为：16+0=16mm；粗铣槽底工序尺寸为：33mm；精铣两边工序尺寸为：，已达到其加工要求：。7 确定切削用量及基本工时工序一：铸造毛坯工序二：粗、半精铣左端面7540面即C面。一、粗铣面7540面(1)背吃刀量的确定因为切削余量较小故一次切削就可切除所有余量故a10=z=1.3mm。(2)进给量的确定。选用硬质合金端铣刀刀具材料为YG6铣刀直径为8mm齿数为10，选用X5032，立式升降台铣床，功率为7.5KW。由实用机械加工工艺手册表1192可查得每齿进给量fz0.140.24mm取fz0.2mm/z(3)铣削速度的确定。由实用机械加工工艺手册表11-94可查得灰铸铁的硬度为150225HBS，查得Vc=6010m/min。则主轴转速为n1000Vc/D238.8437.9r/min 。VffzZn477.6875.6r/mm。故取n300r/min ，Vf480mm/min。切削工时：由切削用量简明手册表3.26可查得入切量及超切量Y+=12mm。故 t0.18mim。二、 精铣7540面(1)背吃刀量的确定由实用机械加工工艺手册表6-30查得半精铣的铣削用量为1mm ，即ap1mm。(2)进给量的确定选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由实用机械加工工艺手册表11-92要求表面粗糙度为3.2查得每转进给量为0.51.0故取0.5mm/r(3)铣削速度的确定由实用机械加工工艺手册查得铣削速度为60110m/min则机床主轴转速n1000Vc/D=238.8437.9r/mim取n300r/min，则Vf150mm/min。(4)计算切削工时由切削用量简明手册表3.26查得入切量和超切量Y+12mm。则 t0.61mim工序三 钻22花键底孔，扩花键底孔22倒275o倒角一、钻20的孔。(1)决定进给量由切削用量简明手册表2.7选择高速钢麻花钻头其直径do20mm。铸铁的硬度大于200HBS查得进给量f=0.430.53mm/r由于Yd80/204查得修正系数Ktf0.95则f0.410.50mm/r。由切削用量简明手册表2.8可查得钻头强度允许的进给量为f1.75mm/r。由切削用量简明手册表2.9可知机床进给机构强度所允许的钻削进给量。选用Z525钻床由表2.35查得进给机构允许的最大抗力Fmax8830N，do20.5，查f0.93mm/s，故取f0.48由切削用量简明手册表2.19查得高速钢钻头钻孔的轴向力F5510N小于Fmax，故可用。(2)确定钻头的磨钝标准及寿命。由切削用量简明手册表2.12查的钻头后刀面最大磨损量取0.6mm，寿命为T=15mim。 (3) 确定切削速度=286.6r/min由切削用量简明手册表2.35取n272r/min则实际切削速度Vc17.1 m/min。(4)检验机床扭矩及功率 由切削用量简明手册表2.20可查得f0.5 mm/r时，Mc76.81Nm。当nc272r/min时由切削用量简明手册表2.35可查得Mm144.2Nm。由切削用量简明手册表2.23查得Pc1.1 kw。Pe2.60.817.76 kw。因为McMm，PcPe，故所选切削用量可用。f0.48mm/r ，nnc272r/min。Vc17.1m/min。计算基本工时：tm=式中参数：工作台行程长度L=80mm刀具切入长度L1刀具切出长度，扩钻、扩孔时，取0mm由切削用量简明手册表2.29查得入切量与切出量别为10mm和0mm。故：tm0.69 mim。二、扩22孔。(1)确定背吃刀量由切削用量简明手册查得背吃刀量为2mm。(2)确定进给量由切削用量简明手册查的f0.60.7mm/r。根据机床说明书取f0.62mm/r(3)计算切削速度5.78.5 m/min由此可知主轴的的转速为：n82.5r/min根据机床说明书取n140r/min，则实际切削速度Vc9.67 m/min(4)计算切削工时由切削用量简明手册表2.5可查得Kv3060，取Kv45。 由机械加工工艺手册表3.5.1查得tm，式中各参数：刀具或工作台行程长度L=80mm刀具切入长度L11.7072.107mm，取L12mm刀具切出长度，扩钻、扩孔时，取24mm故tm0.8min三、倒角215进给量f=0.05/r 切削速度=0.516m/s 主轴转速n=6.3r/s (378r/min) 按机床选取 n=380r/min=6.33r/s 切削工时 l=2.0mm，l= 2.5mm，t= =14s （0.23min）工序四 拉花键孔由机械加工工艺手册表4.1-42拉刀的齿开量查得矩形花键拉刀，工件材料铸铁的齿开量为0.040.1mm，取齿开量为0.06mm。拉削速度由机械加工工艺手册表4.165查得表面粗糙度要切Ra1.252.5，拉削速度为级的花键拉削速度为Vc4.53.5 m/min 取Vc3 m/min拉削级别由机械加工工艺手册表4.166查得。拉削加工工时t式中Zb为单面余量Zb 1.5 mmL为拉削表明长度 L80 mm为拉削系数，取1.2K 考虑机床返回行程系数取 k1.4v为拉削速度fz为拉刀单面齿开量z为拉刀同时工作齿数zL/PP为拉刀齿距 P（1.251.5）1.3512 mm所以拉刀同时工作齿数为zL/P=80/127所以t0.16 min工序五 粗、精铣8030面一、粗铣8030面(1)加工余量的确定由前面可知粗加工加工余量为2 mm，加工余量较小故采用一次切削故ap2 mm。(2)切削用量的确定由机械加工工艺手册表2.120选择高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm齿数为3。由机械加工工艺手册表2.196查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为awdo/4，铣刀的铣削速度为v18.29m/min，每齿进给量为0.0630.102 mm/z则主轴转速为n=358.3577.2 r/min取n460r/min，由此可得Vf0.093460124.2 mm/min(3)铣削加工工时的计算由机械加工工艺手册表2.194可查得t式中i为次给次数i 80.5do+（0.51.0）9 mm12 mm取2 mm则t85.84min精铣 8030面(1)加工背吃刀量ap的确定由前面可知道精铣的加工余量为1 mm，故ap1 mm(2)进给量的确定由机械设计课程设计手册表2.172查得高速钢立铣刀直径为16 mm，选用与粗铣时同一铣刀和机床。铣削宽度为aw3 mm是的每齿进给量为0.080.05 mm/z，因为表精度要求较高故fz0.06 mm/z(3)切削用量的确定由机械加工工艺手册表2.175查得铣刀磨钝标准查得后刀面最大磨损限度为0.20.25 mm。由机械加工工艺手册表2.176限度寿命查得限度寿命T=60min。由机械加工工艺手册表2.1-92查得Vc22 m/min，则铣床的主轴转速：n457.9 r/min取n460 r/min。 则Vffzzn0.063460=82.8 mm/min(4)计算铣削加工工时由上面可知t式中、与上述所相同。30/310将各参数代入上式可得： tm1011 min工序六 钻两M8底孔及攻螺纹一、钻两M8底孔(1)选择切削用量选择高速钢直柄麻花钻直径为7，钻头形状为双锥修磨横刃。由切削用量简明手册表2.7查得进给量f0.360.44mm/r，由切削用量简明手册表2.83和钻头允许的进给量确定进给量f0.86mm/r。由切削用量简明手册表2.9机床进给机构所允许的钻削进给量查得f1.6mm/r。故由Z525型立式钻床说明书取f0.36mm/r。(2)确定钻头磨钝标准及寿命由切削用量简明手册表2.12查得磨钝标准为0.50.8寿命为T35min。(3)确定切削速度由切削用量简明手册表2.15查得切削速度为V18m/min。则主轴转速为 n818.9 r/min。由Z525钻床说明书由就近原则取n680 r/min。故实际切削速度为v14.9 m/min(4)校核机床扭矩及功率由切削用量简明手册表2.20查得=420, =1 0.8，=0.206, 2.0, =0.8420720.360.811298.3 NMc0.206720.360.814.5 NmPc0.32 KW根据Z525机床说明书可知Mm=42.2 Nm, Pe=2.8*0.81=2.26 KW, Fmax=8830 N 由于上面所算出的的数据都小于机床的各个相应的参数，故机床符合要求。(5)计算钻削加工工时由切削用量简明手册表2.29查得入切量和超切量y的值为6 mm。故tm0.07 min因为表面存在俩加工孔故加工工时为T=2t0.14 min。二、攻M8螺纹由机械加工工艺手册表7.2-4选用M8细柄机用丝锥，在普通钻床上攻丝。由机械加工工艺手册表7.2-13在普通钻床上攻丝切削速度表查得Vc1112 m/min。故钻床主轴的转速为：n437.9 477.7 r/min由Z525的说明书的参数可取n392 r/min。故实际切削速度为Vc9.8 mm/min攻螺纹机动实际的计算tm其中：工件螺纹的长度10 mm。：丝锥切削长度22 mm。：攻螺纹是的超切量（23）P取3。：攻螺纹是的转速392 r/min。：丝锥退出时的转速680 r/min。P:螺距,P=1.25mm。所以tm0.113min工序七 铣18H11的槽一、粗铣18H11槽(1)选择与加工8030平面同一规格的铣刀，同一铣床。因为槽深为35 mm 故铣18H11槽时底边留有5 mm的加工余量，精铣以达到图纸所规定的表面粗糙度的要求故ap30 mm(2)切削用量的确定由机械加工工艺手册表2.1-96查得切削速度为V1829 m/min 每齿进给量为fz0.0630.102 mm/z取fz0.09 mm/z。则铣床主轴转速为n=358.3577.2 r/min根据机床说明书可取n460 r/min。则实际转速为Vffznz0.093460124.2 mm/min(3)切削加工工时由机械加工工艺手册表2.1-99查得0.82 min二、半精铣18H11槽