设计“CA6140车床拨叉”零件的机械加工工艺及工艺设备说明书

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及工艺设备设计者学号指导教师2006-9-271目录序言一 零件的分析1（一）零件的作用.1（二）零件的工艺分析.2二 工艺规程的设计3（一） 确定毛坯的制造形式.3（二）基面的选择.3（三）制定工艺路线.3（四）机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .5（五）确立切削用量及基本工时.7三 夹具设计.13（一）问题的提出13（二）夹具设计.13四 参考文献.172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

2、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导。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 25 孔与操纵机构相连，二下方的 60 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

3、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CA6140 车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1. 以 25mm 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括： 25H7mm 的孔，以及 42mm 的圆柱两端面，其中主要加工表面为 25H7mm 通孔。2. 以 60mm 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括： 60H12 的孔，以及 60H12的两个端面。主要是 60H12的孔。3. 铣 16H11的槽这一组加工表面包括： 此槽的端面，16H11mm的槽的底面，316H11mm的槽两侧面。4. 以 M22×1.5 螺纹孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括

4、： M22×1.5 的螺纹孔，长 32mm的端面。主要加工表面为M22×1.5 螺纹孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：（1） 60 孔端面与 25H7 孔垂直度公差为0.1mm.。（2） 16H11mm 的槽 与25H7 的孔 垂 直度 公 差 为0.08mm。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。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，故选择铸件毛坯。（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

5、工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，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 25 0 0.021 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块 V 形块支承这两个 42 作主要定位面，限制 5 个自由度，再以一个销钉限制最后 1 个自由度，达到完全定位 ,然后进行铣削。（2）精基准的选择。4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，这在以

6、后还要专门计算，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 ,在生产纲领已确定的情况下 ,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具 ,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粗、钻、扩、铰、精铰25、 60 孔工序二粗、精铣 60、 25 孔下端面。工序三粗、精铣 25 孔上端面工序四粗、精铣 60 孔上端面工序五切断。工序六铣螺纹孔端面。工序七钻 22 孔（装配时钻铰锥孔） 。工序八攻 M22× 1.5 螺纹。工序九粗铣 半精铣精铣槽所在

7、的端面工序十粗铣 半精铣精铣 16H11 的槽。工序十一检查。上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔， 对设备有一定要求。 且看另一个方案。2. 工艺路线方案二工序一粗、精铣 25 孔上端面。工序二粗、精铣 25孔下端面。工序三钻、扩、铰、精铰 25 孔。工序四钻、扩、铰、精铰 60 孔。工序五粗、精铣 60孔上端面工序六粗、精铣 60孔下端面。工序七切断。工序八铣螺纹孔端面。5工序九钻 22 孔（装配时钻铰锥孔） 。工序十攻 M22× 1.5 螺纹。工序十一粗铣 半精铣精铣槽所在的端面工序十

8、二粗、半精铣精铣 16H11 的槽。工序十三检查。上面工序可以适合大多数生产， 但是在全部工序中间的工序七把两件铣断，对以后的各工序的加工定位夹紧不方便，从而导致效率较低。再看另一方案。3. 工艺路线方案三工序一粗、精铣 25 孔上端面。工序二粗、精铣 25 孔下端面。工序三钻、扩、铰、精铰25 孔。工序四钻、扩、铰、精铰60 孔。工序五粗、精铣 60 孔上端面工序六粗、精铣 60 孔下端面。工序七铣螺纹孔端面。工序八钻 22 孔（装配时钻铰锥孔） 。工序九攻 M22× 1.5 螺纹。工序十粗铣 半精铣精铣槽所在的端面。工序十一粗、半精铣精铣 16H11 的槽。工序十二切断。工序十三

9、检查。此方案仍有先钻孔再铣平面的不足， 所以这个方案仍不是最好的工艺路线综合考虑以上各方案的各不足因素，得到以下我的工艺路线。4. 工艺路线方案四工序一以 42 外圆为粗基准，粗铣25 孔下端面。工序二精铣 25 孔上下端面。工序三以 25 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰 25 孔 ,孔的精度达到 IT7 。工序四以 25 孔为精基准，粗铣60 孔上下端面。工序五以 25 孔为精基准，精铣60 孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1。6工序六以 25 孔为精基准，钻、镗、铰 60 孔，保证空的精度达到 IT8 。工序七以 25 孔为精基准，铣螺纹孔端面。工序八以 25 孔为精基

10、准，钻 20 孔（装配时钻铰锥孔）。工序九以 25 孔为精基准，钻一个 20 孔，攻 M22×1.5 螺纹。以 25 孔为精基准，铣槽端面。工序十工序十一以 25 孔为精基准，铣16H11 的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08。工序十二两件铣断工序十三检查。虽然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀具不用调整）。多次加工 60、 25 孔是精度要求所致。以上工艺过程详见图 3。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定”CA6140 车床拨叉 ”；零件材料为 HT200，硬度 190 210HB，毛坯重量 1

11、.45kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，分别确定各家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（ 42）考虑其零件外圆表面为非加工表面， 所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。2.外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（25， 60 端面）。查机械制造工艺设计简明手册 （以下称工艺手册）表 3.1 26，取 25， 60 端面长度余量均为 2.5 （均为双边加工）铣削加工余量为：粗铣 2mm半精铣 0.7mm3. 内孔（ 60 已铸成 50 的孔）7查工艺手册表 2.2 2.5 ，为了节省材料，取 60 孔已铸成孔长度余量为

12、3，即铸成孔半径为 50mm。工序尺寸加工余量：钻孔 5mm扩孔0.5mm铰孔0.1mm精铰0mm同上，零件 25 的孔也已铸出15 的孔。工序尺寸加工余量：钻孔至 23 余量为 8mm扩孔钻1.8 mm粗铰孔0.14 mm精铰孔0.06 mm4. 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量铸出槽端面至中心线 47mm的距离，余量为 3mm。工序尺寸加工余量：粗铣端面2.1 mm半精铣0.7 mm精铣0.2 mm5. 螺纹孔顶面加工余量铸出螺纹孔顶面至 25 孔轴线且垂直轴线方向 40mm的距离，余量为 4 mm工序尺寸加工余量：粗铣顶面3.1 mm半精铣0.7 mm精铣0.2 mm6. 其他尺

13、寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为中批量生产， 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）确立切削用量及基本工时8工序一以 42 外圆为粗基准，粗铣25 孔上下端面。1. 加工条件工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=200241,铸造。加工要求：粗铣25 孔上下端面。机床： X53 立式铣床。刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀 ,牌号 YG6 。铣削宽度ae<=60,深度 ap<=4,齿数 z=10,故据切削用量简明手册（后简称切削手册 ）取刀具直径 do=80mm。选择刀具前角 o0°后角 o 15

14、6;，副后角 o=10°，刀齿斜角 s= 15°,主刃 Kr=60°,过渡刃 Kr =30°, 副刃 Kr =5°过渡刃宽 b=1.5mm。2. 切削用量1）铣削深度因为切削量较小， 故可以选择 ap=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量机床功率为 10kw。查切削手册 f=0.080.15mm/z。由于是对称铣，选较小量 f=0.15 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命查机械切削用量手册表 8，寿命 T=180min 4）计算切削速度 按 2表 14，V=1.84n=7.32V f =6.445）计算基本工时tmL/ V f

15、=(90+36)/6.44=6.99min。工序二精铣 25 孔上下端面 。1. 加工条件工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=200241,铸造。加工要求：精铣 25 上下端面。机床： X6140 卧式铣床。9刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀 ,牌号 YG6。铣削宽度ae<=60,深度 ap<=4,齿数 z=10,故据切削用量简明手册（后简称切削手册 ）取刀具直径 do=80mm。选择刀具前角 o 5°后角 o8°，副后角 o=8°，刀齿斜角 s= 10°,主刃 Kr=60°,过渡刃 Kr =30°

16、;, 副刃 Kr =5°过渡刃宽 b=1mm。2. 切削用量1） 铣削深度因为切削量较小，故可以选择 ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。2） 每齿进给量机床功率为 7.5kw。查切削手册表 5f=0.140.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命查切削手册表8，寿命 T=180min4） 计算切削速度按切削手册表 14，查得 V f6.44mm/s，5） 计算基本工时tmL+182/ Vf =(2+182)/6.44=5.9min。工序三以 25 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰25 孔，孔的精度达到IT7 。1. 选择钻

17、床及钻头选择 Z5125A 钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=23mm，钻头采用双头刃磨法，2. 选择切削用量（ 1）决定进给量由 do=23mm, 查 2表 5按钻头 f0.47 0.57 mm/ r按机床强度查 1 表 10.1-2 选择 f0.056 1.8mm / r最终决定选择机床已有的进给量f0.48mm / r（ 2）耐用度查2 表 910T=4500s=75min（ 3）切削速度查 1表 10.1-2n=50-2000r/min取 n=1000r/min. 计算工时L8012tm10.480.19 minnf1000由于所有工步所用工时很短， 所以使得切削用量一致， 以减

18、少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下：扩钻：选高速钢扩孔钻n1000r / minf0.7 0.8mm/ rd 0 24.8mmL80120.12 mint m20.751000nf铰孔：选高速钢铰刀n1000r / minf1.3 2.6mm / rd0 24.94mmL8012tm31.30.07 minnf1000精铰：选高速钢铰刀n1000r / minf1.3 2.6mm / rd 0 25H 7L80120.07 mintm41.31000nfTmtm1t m2tm3tm 40.45 min工序四以 25 孔为精基准， 钻、粗镗、 精镗 60 孔，11保证孔的精度达到IT7。1.

19、选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=55mm，钻头采用双头刃磨法。选择 Z5163A 钻床n=22.41000r/min,f=0.0631.2mm/r.2. 选择切削用量（1）决定进给量查 2表 5 钻头进给量f1.0 1.2mm / r按 钻 头 强 度 选 择 f1.0mm / r按 机 床 强 度 选 择f0.9mm / r最终决定选择Z5163A机床已有的进给量f0.8mm / r（2）计算工时选择 n=600r/min 所以 t m(1223) / 6000.80.07 min. 选择镗刀选择高速钢镗刀，粗镗时 do=59.9mm选择卧式镗床 T68,粗镗时v=20-35 m

20、/min,f=0.3-1.0 mm/r精镗时 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r工序五粗铣 半精铣 精铣槽 16H11 的端面1. 选择机床刀具选择立式铣床 X53K 硬质合金钢 Yab 端铣刀 a p602. 切削用量查 2 表 5 f=0.140.24mm/rT=180min取 f=0.15mm/rv=1.84m/min12n=7.32r/minV f6.44m / min3. 计算工时L324tm14.19snf6.44半精铣L224tm24.04snf6.44Tmt m1t m28.23s工序六精铣槽 16H11本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步， 此工

21、序精铣槽须满足各技术要求包括： 槽宽 16H11，槽深 8H12，槽两侧面粗糙度为 3.2，槽底面粗糙度为 6.3。1. 选择机床及刀具机床x61W 型万能铣床刀具错齿三面刃铣刀铣槽 do=16mm 查1 表 8 国家标准 GB1118 D=160mm d=40mmL=16mm齿数 z=242.计算切削用量（1） 由1 表 9.41 和3 查得走刀量 f=0.67 mm/r（2） 铣刀磨钝标准和耐用度由1 表 9.46 查得 磨钝标准为 0.20.3 表 9.4 7 查得 耐用度为 T=150min（3） 切削速度由1 式 3.2vCV d0qvP kvX VafYuVT m a pVawz

22、V查表 9.48 得其中：修正系数 kv1.013CV40 qv0.2 X v0.1Yv 0.4uv0.5pv0.1m=0.5a ff0.67aw6ap8z0.028mm24代入上式，可得v=49.5m/min=0.82m/s（4） 确定机床主轴速度ns1000v6.5r / s 390.5r / mindw由 3 按机床选取主轴转速为 6.33 r/s 所以 实际切削速度为nwd w3.27 m / s 196.2m / minv10003. 计算切削工时LlyTm32.77sv fa f zn工序七铣螺纹孔顶面1. 选择机床及刀具机床： X53K 立式铣床。刀具：硬质合金钢端铣刀 ,牌号

23、YG6。2. 切削用量1） 铣削深度因为切削量较小， 故可以选择 ap =1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。2） 刀具耐用度查 2表寿命 T=180min。3） 计算切削速度查2 得 Vc0.38mm/s，n=1.53r/min,V f=1.42mm/s14L1.5 8t m1.16snf28.20工序八两件铣断三、夹具设计设计工序精铣槽16H11 的夹具。（一）问题的提出本夹具要用于精铣槽16H11，对槽 16H11 的要求有：槽宽16H11 精度等级为 IT12 级，槽深 8H12 精度等级为 IT12 级，槽两侧面粗糙度为 3.2，槽底面粗糙度为 6.3。本道工序只精铣一下槽即达到各

24、要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证槽的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。（二）夹具设计1定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。 25 的孔和其两端面都已加工好，

25、为了使定位误差减小， 选择已加工好的 25 孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的 25 孔的端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。2切削力和夹紧力计算15（1）刀具：高速钢错齿三面刃铣刀160mmz=24机床：x61W 型万能铣床由3所列公式得FC F ap X F f z yz aeu F zd0 qV nwF查表 9.48 得其中： 修正系数 kv1.0C F30 qF0.83X F1.0y F 0.65uF0.83aP8z=24wF0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= K1K 2K3K 4其中： K1 为基本安全系数1.5K 2 为加工性质系数1.1K 3 为刀具钝化系数1.1K 4为断续切削系数 1.1所以FKF1775.7N（2）夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机由 N f 1f 2KF其中 f 为夹紧面上的摩擦系数， 取 f1f 20.25F= Pz +GG 为工件自重16FN3551.4Nf 1f 2夹紧螺钉： 公称直径 d=20mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级B6100MPas8B480MPa10螺钉疲劳极限：1 0.32B0.32