机械制造工艺学课程设计说明书设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）

1、机械制造工艺学课程设计说明书设计题目： 设计“ca6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产） 设计者 指导教师 青岛理工大学琴岛学院机械设计制造及其自动化072班2011年5月3日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工艺规程及工艺装备（中批量生产）内容 1.零件图 一张 2毛坯图 一张 3机械制造加工工艺过程综合卡片 一张4结构设计装配图 一张 5结构设计零件图 一张6课程设计说明书 一份前 言通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如公差于配合、机械零件设计、金属切削机床、机械制造工艺等)。让我们对所学的专业课得以巩固、

2、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！在些次设计中我们主要是设计ca6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其是教务处张永丹老师，我系刘学斌老师的大力帮助，在此表示感谢！ 机械设计制造及其自动化072班 2011年5月3日一 设计的目的：机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独

3、立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。二 零件的分析（一）、零件的作用：题目给定的零件是ca6140拨叉（见附图1）它位于车床变速机构中，主要起换

4、档，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。宽度为18+0.0120mm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18+0.0120mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。（二）、零件的工艺分析：ca6140拨叉共有两组加工表面。1. 以花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括25+0.230mm的六齿方花键孔、22+0.280花键底孔两端的2x150到角和距中心线为27mm的平面。2. 以工件右端面为基准的8+0.030 mm的槽和18+0.120mm的槽经上述分析可知， 对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，

5、然后借助于专用夹具加工另一组表面。二、工艺规程设计(一) 确定毛坯的制造形成。 零件材料ht200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。经查金属机械加工工艺人员手册表5-5取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为30.8mm。毛坯零件图如下图：（二）基准的选择。1. 粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以40的外圆表面的粗基准。2. 精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的a面为精基准。(二) 制定工艺路线。 方

6、案一工序：1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15倒角。2. 粗、精铣削b面。3. 铣削8+0.030mm的槽。4. 铣削18+0.0120mm的槽。5. 拉花键。 方案二工序：1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15倒角。 以40mm圆柱面为粗基准。选用c3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。2. 拉花键。以a面为基准，3. 铣削槽b面。以花键的中心线及a面为基准。选用x62w卧式铣床加专用夹具4. 铣削8+0.030mm的槽。以花键的中心线及a面为基准。选用x62w卧式铣床加专用夹具。5. 铣削18+0.0120mm的槽。以花键的中心线及a面为基准。选用x62w卧式铣床加专

7、用夹具。方案分析：上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案中2.3.4工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的3.4.5道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和a面作为3.4.5道工序的定位基准。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”(三) 机械加工余量。 ca6140的拨叉材料为ht200。毛坯重量为1.0 kgb =160mpa hbs 生产类型为由大、中批量生产，采用模锻锻模。根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工

8、序尺寸以毛坯尺寸如下：1. a面的加工余量 a面有30.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除2. 矩形花键底孔。要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为22 0+0.28，见零件图，参照金属机械加工工艺人员手册 表3-59确定孔加工余量的分配。钻孔20mm扩孔21mm拉花键 花键孔要求以外径定心：拉削时加工余量参照金属机械加工工艺人员手册取 2=1mm3. b面的加工余量。此工序分2个工步1、粗铣b面 2、精铣b面。精加工余量为0.2mm粗铣加工余量为2.8mm(五)确定切削用量及基本工时。工序 ：车削a面。 1加工条件。工件材料：灰口铸铁ht200。 b=145mpa。铸造

9、。加工要求：粗、半精车a面并保证28mm的工序尺寸，ra=3.2m机床c3163-1。转塔式六角卧式车床。刀具：刀片材料。 r =12. ao=6-8 b= -10 o=0.5 kr=90 n=15 2、计算切削用量。（1）已知长度方向的加工余量为30.8mm 。实际端面的最大加工余量为3.8mm 。故分二次加工（粗车和半精车）。长度加工公差it 级 取-0.46 mm （入 体方向） （2）进给量、根据切削简明手册（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为16mm25mm,mm时，以及工件直径为60mm时（由于凸台b面的存在所以直径取60mm）=0.6-0.8mm/.按c车床说明书取=0.6 mm/n

10、。由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.750.85 所以：实际进给量f=0.60.8=0.48 mm/按c车床说明书0.53（3）计算切削速度。按切削简明手册表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选t=60min）刀具材料yg6 v=cv/(tmap xvf yv) kv其中：cv=158 xv=0.15 yv=0.4 m=0.2修正系数ko见切削手册表1.28kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kbv=0.81vc =158/( 600.220.150.53 0.4) 1.150.80.80.810.97 =46.9(m/min)（4）确定机床主轴转速

11、ns=1000vc/dw=229.8（r/min）按c车床说明书200 rmin所以实际切削速度v=40.8m/min （5）切削工时，按工艺手册表6.2-1 由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备tm=(l+l1+l2+l3)/nw x f=0.33（min） l=(65-0)/2=32.5 l1=3、l2=0、l3=02、精车1) 已知粗加工余量为0.5mm。2) 进给量f. 根据切削用量简明手册表1.6 ， f=0.150.25mm/r按c车床说明书0.16 mm/r计算切削速度 按切削用量简明手册表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选t=60m

12、in）v=cv/(tmap xvf yv) kv=158/( 600.220.150.16 0.4) 1.150.80.80.810.97 =83.85(m/min)3) 确定机床主轴转速. nw=1000vc/ dw =410.8（r/min）按c3163车床说明书取nw=400（r/min）实际切削速度v=57.1m/min4) 切削工时，查工艺手册表6.2-1 tm=(l+l1+l2+l3)/nwxf=22.5/400x0.16=0.35（min） 由于下一道工序是钻孔，所以留下20mm的台阶，所以l=(65-20)/2=22.5 mm l1=3.l2=0. l3=0 3、钻孔、扩孔、倒

13、角。 （1）、钻孔钻头选择：见切削用量简明手册表2.2钻头几何形状为（表2.1及表2.2）：双锥修磨具刃，钻头参数：20 =30，2=118，2=70，b=3.5mm ,ao=12,=55,b=2mm，=4mm。根据切削用量简明手册表2-9确定f=0.48、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,当b210mpa 020.5mm 可确定f=0.75。 按c3163-1车床说明书取 f=0.62mm/n.、 决定钻头磨钝标准及寿命 表2.21，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6 寿命t=45min.、切削速度由切削用量简明手册，表2.15得 =21m/minn=1000v/d=334.4

14、 由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min 取280n/min取n=280m/min. 实际=17 m/min 、 基本工时，tm=l/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) 入切量及超切量由表2.29. 查出y+=10mm 所以tm=l/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min) （2）、扩孔刀具直径do=21mm；刀具几何参数同上。 由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以tm同上 tm=0.32 倒角刀具15锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。（3）、倒角 刀具：专用刀

15、具。此工步使用到专用刀具与手动进给。检验机床功率 按切削用量简明手册表 1.2可以查出当160245hbs2.80.641min3.4kw按c车床说明书主电机功率11可见比小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求钻削功率检验按切削用量简明手册表 2.21当21 0.64 查得转矩61.8n.m切削用量简明手册表由表2.32得功率公式cmcvc/30do=61.8x17/30x21=1.67km按c车床说明书主电机功率11可见c比小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要工序 拉花键孔单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿为0.06mm,拉削速度 v=0.06m/s(3.6m

16、/min)切削工时 t=zb lk/1000vfzz式中： zb 单面余量1.5mm(由21mm拉削到25mm)； l 拉削表面长度，80mm； 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1.4 ； v 拉削速度（m/min）； fz 拉刀单面齿升； z 拉刀同时工作齿数，z=l/p； p 拉刀齿距。 p=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm拉刀同时工作齿数z=l/p=80/127其本工时 tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min)工序 粗铣，精铣b面。加工要求：粗铣b面，精铣b面，ra=3.2。用标准镶齿圆柱铣

17、刀粗铣 加工余量3mm机床 ：62w加工工件尺寸：宽度：40mm 长度：28mm1. 粗铣1) 选择刀具 根据切削用量简明手册表3.1 铣削宽度ae5mm时。直径为do=50mm故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数（表3.2）rn=10ao=16 2) 切削用量 留精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度ac2.80.8，由于加工表面精度要求ra=3.2 um.根据表3.5得每转进给量0.5mm/r就能满足要求，但考虑到62w功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和62w铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r3) 选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据切削用量简明手册表3.7、铣刀刀齿后

18、刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm， 刀具寿命 t=120min（表3.8）4) 决定切削速度vc、可根据切削用量简明手册表3.9确定z=8, ap=40-70mm, ac=2.80.8, fz=f/z=0.0750.1mm/zvc=(cvdoqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv) cv=20,qv=0.7,xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,km=1.12,ksv=0.8,ktv=0.82,kv=kmxksvxktv=1.12x0.8x0.82=0.79vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvx

19、zpv)=23.7(m/min) n=1000v/d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据x62w型铣床说明书选n=160r/minvc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min vf=nf=160x0.6=96mm/min 选vf=80mm/min 实际fz=vf/(nxz)=0.0625mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表3.20 当 vc=71m/min ae=2.8mm ap=41mm fz=0.08 kmpc=1.4kw 切削功率的修正系数：故pct0.8,根据x62w型铣床说明书，机床主轴允许的功率为p

20、cm=7.50.75=5.63kw 故pccpcm 因此所决定的切削用量可以采用。 ae=2.8mm vf=80m/minn=160r/min vc=25.1m/min fz=0.0625mmm/z6) 基本工时根据 切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(28+14)/80=0.525（min） l1+=14mm2. 精铣1）选择刀具 刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量 精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度 ae0.2mm，0.63）决定切削速度vc、可根据切削用量简明手册表3.9确定ac=0.2mm, vc=(cvdoqv)/(tmxapxxvxfzxyvxae

21、xuvxzpv)=33.1m/min n=1000v/d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据x62w型铣床说明书选n=210r/minvf=nf=210x0.6=126mm/min、vf=125mm/min fz=vf/(nxz)=0.074mm/z4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(28+14)/125=0.336（min） l1+=14mm工序 铣削8+0.030mm槽。 加工工件尺寸：8+0.030mm , 长度l=40mm 加工要求：高速钢错齿三面刃铣刀（精密级k8）加工余量8 用乳化液冷却机床：x62w1) 选

22、择刀具：由加工尺寸公差0-0.3 。所以铣刀精度为精密级k8铣刀参数：l=8mm d=63 d=22 d1=34 ro=15ao=12an=6z=162) 选择切削量由于槽的深度为8mm, 故一次走完，ae=8mm ap=8mm由切削用量简明手册表3.3 确定f=0.15-0.3mm/r 现取f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z3) 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：t=100min其中4) 决定切削速度vc和每齿进给量vf、由切削用量简明手册3.27的公式vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxv

23、xfzxyvxaexuvxzpv)kv cv=25,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,km=1.12,ksv=0.8,ktv=0.82, vc=(cvxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)kv =82.86m/minn=1000vc/do=100082.86/3.1463=418.87r/min根据x62w型铣床说明书选nc=375r/min实际速度vc=donc/1000=74.2m/min 选vfc=ncf=375x0.3=112.5mm/min 根据x62w型铣床说明书选选vf=110mm/minfzc=11

24、0/37516=0.018mm/z5) 机床功率：根据切削用量简明手册表3.28 公式 圆周力 fc=(cfapxffzyfaevfz/doafnwf)kfc ktv=0.90 kmfc=0.94 由表28 得 cf=30，xf=1.0，yf=0.65，uf=0.83，wf=0，qf=0.83，kfc=1.28 fc=(cfapxffzyfaevfz/doqfnwf)kfc=30 x 8 x 0.018 x 8/ 63 x 375 =505.6 n m=fcdo/2103=15.9nm pc=fcvc/1000=1.18km 根据x62w型铣床说明书，功率足够。6) 基本工时基本工时根据 切削

25、用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(40+14)/110=0.49（min） l1+=14mm工序铣宽为180+0.12mm槽加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽180+0.12mm，长l=40mm，加工余量23mm 由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，ae=23，ap=10mm，1) 选择刀具铣刀参数：l=10 d=100mm d=30mm ro=15ao=12an=6z=242) 选择铣削用量由于槽的宽度为18mm, 故二次走完，ae=23mm ap=10mm由切削用量简明手册表3.3 确

26、定f=0.5mm/r 现取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7,得最大磨损量为0.5 由表3.8确定刀具寿命：t=100min其中4）确定切削速度vc和每齿进给量：决定切削速度vc和每齿进给量vf、由切削用量简明手册3.27的公式vc=(cvdoqv)/(tmapxvfzyvaeuvzpv)kv cv=25,qv=0.2,xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,km=1.12,ksv=0.8,ktv=0.82,kv=kmxksvxktv=1.12x0.8x0.82=0.79 vc=(c

27、vxdoxqv)/(tmxapxxvxfzxyvxaexuvxzpv)kv =98.6m/minn=1000vc/do=100098.6/3.14100=314r/min根据x62w型铣床说明书选nc=300r/min实际速度vc=donc/1000=94.2m/min 选vfc=ncf=300x0.5=150mm/min 根据x62w型铣床说明书选选vf=150mm/minfzc=150/30024=0.020mm/z5）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)i/vf=(40+20)x2/150=0.8（min） l1+=20mm i=2(走两次)工序 磨18mm

28、槽，保证尺寸18mm 1) 选择砂轮。见切削手册第三章中磨料选择各表，结果为gz46kv6p35040127其含义为：磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为46#，硬度为软2级。 平型砂轮，其尺寸为16640（ddh）。2) 切削用量的选择。砂轮转速n砂=3000r/min(见机床说明书)，v砂=2.5m/s进给量f=50mm/min 双单行程 fr=0.015mm3) 切削工时。当加工1个表面时 tm=(l+y+)i k/50=3.1min 最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。夹具设计（一）问题的提出

29、为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具经过与指导老师协商，决定设计第4道工序铣宽为80+0。03mm槽的铣床夹具。本夹具将用与x63卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。 本夹具主要用来铣宽为80+0。03mm的槽，由于采用宽为80+0。022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度（二）夹具设计 1定位基准的选择由零件图可知，宽为80+0。03mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（a）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（a）和花键心轴的中心线为主定位基准。 2切削力及夹紧力的计算

30、刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，63mm, z=14fz=cpt0.83sz0.65d-o.83bzkp (见切削手册3-56表)解得 fz =200 (n)其中cp=52， t=8mm, sz=0.08mm/s, b=8mm, d=63mm, z=14, kp=(hb/198)0.55在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数k= k1 k2 k3 k4水平切削分力fh=1.1 fz =220 (n)垂直切削分力fv=0.3 fz=60 (n)其中： k1为基本安全系数1.5 k1为加工性质系数1.1 k1为刀具钝化系数1.1 k1为断续切削系数1.1f,=kfh =1.5 x 1.1 x 1.1 x 1.1 x 200=400 (n)实际加紧力为wk= kfh/u1u2=400/0.5=800 (n)其中u1和u2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，u1=u2=0.025螺母选用m16x1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为w=2m/d2tg(a+655)+0.66(d3- d3/ d2- d2)解得： w=1o405 (n)其中： m=19000 n.m d2=14.8m