CA6140拔叉机械制造课程设计

1、JIU JIANG UNIVERSITY机械制造技术课程设计院 系 机械与材料工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 年 级 08级（A0811） 指导教师 胡世华 二零一一年六月目 录 课程设计任务书零件图毛坯图机械加工工艺过程卡机械加工工序卡夹具总装图课程设计成绩评定表8课程设计说明书机械制造技术课程设计任务书机械与材料工程学院 机械设计制造及其自动化专业 2008年级学生姓名: 题目：设计“CA6140拨叉”零件的机械加工工艺规程及典型夹具(大批量生产)主要内容：1绘制零件的毛坯图或零件毛坯综合图(A3) 2设计零件的机械加工工艺规程，并填写：（1）整个零件的机械加工工艺过程卡

2、（A4）；（2）所设计夹具对应工序的机械加工工序卡（A4）。3设计某工序的夹具一套，绘出总装图（A2）。4编写设计说明书。指导教师：班 级：A0811班24号学 生： 2011年6月 20 日零件图毛坯图机 械 制 造 技 术课程设计说明书计题目: CA6140拨叉 设 计 者 罗志文 学 号 24 指导教师 胡世华 机械与材料工程学院2011 年 6月 20 日摘 要初步学会综合运用所学过的全部课程，并且独立完成了一项工程基本训练。运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决拨叉类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。对拔叉类零件十一道工序进行了夹具设计，

3、学会了工艺装备设计的一般方法，提高了结构设计的能力。前 言机械制造技术课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加

4、工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。目 录第1章 机械加工工艺规程设计11.1零件的分析21.2确定毛坯 31.3工艺路线的拟定 61.4 加工设备和工艺装备的选择 71.5 机械加工工艺过程卡片的填写 9 第2章 机械加工工序设计102.1 加工余量、工序尺寸和公差确定. 122.2工序简图的绘制13第3章 夹具设计14 3.1 概述16 3.2提出问题17 3.3夹具设计18 3.4. 位误差分析19 3.5 夹具设计中的特点20

5、设计小结21参考文献22第1章 机械加工工艺规程设计1.1零件的分析：（一）、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。当需要变速时，操纵变速杆变速操纵机构就通过拨叉着头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换挡位。（二）、拨叉的工艺分析：由零件图可知，其材料为HT200。该材料具有比较好的铸造性能和减震性能，能承受压力及振动部件。该拨叉形状和特殊、结构简单，属于典型的叉杆类零件。为实现换挡、变速的功能，其叉轴孔有较高的配合要求，因此加工精度要求较高。1以25mm孔为

6、中心的加工表面。这一组加工表面包括：25H7mm的l六齿花键孔及倒角，尺寸为80与花键孔垂直的两端面，尺寸为18H11mm与花键孔垂直的通槽。2. 与25mm花键孔平行的表面。这一组加工表面包括：与花键孔中心轴线相距22的上表面，与上表面垂直的二个M8通孔和一个 5锥孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：1）. 上表面与25mm花键孔中心线平行度为0.10；2）. 18H11mm通槽两侧面与与25mm花键孔中心线的垂直度为0.10。3. 花键孔与18H11mm通槽面均有表面粗糙度要求。由以上分析可知，对于这二组加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表

7、面的加工，并且保证它们之间的位置精度要求。1.2确定毛坯1、（1）依设计题目可知：该拨叉零件为大批量生产。（2）零件材料为HT200，考虑到该零件在车床中的受力并保证零件的工作可靠性，零件为中批生产，而且零件的尺寸不大，因此，毛坯可采用金属模砂型铸造。2、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量：（1）铸件的公差等级：由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为一般精度。“拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.00Kg，生产类型为大批量生产。采用金属砂型铸造。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：铣端面考虑左端面的粗糙度Ra为3.2，尺寸为80

8、mm,查表机械制造技术基础课程设计书（下面全部简称表），表2.8：砂型机器造型HT200加工余量等级为810/G，选取10/G。 查表2.10可知加工余量是：3.5mm,尺寸公差带是：2.2mm。根据实际情况加以做必要的修改，确定工序尺寸为 Z=3.0mm，其中粗加工的加工余量Z=2.0mm，精加工的加工余量Z=1.0mm。右端面没有粗糙度要求，只要求粗加工，所以余量定位3.0。花键孔（6-25H722H126H9）。要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。内孔22H12：钻孔：20扩钻：22 拉花键孔（6-25H722H126H9）花键孔要求外径定心，花键内径拉削时的加工余量为孔的公差0.21

9、。3铣表面根据手册可以查出：（上表面要求比下表面要高。上表面加工余量取4.0mm.下表面的加工余量取3.0mm)。粗铣上表面 Z=3.0精铣上表面的台阶面 Z=1.0粗铣下表面 Z=3.04. 铣通槽18H11粗铣16 2Z=4.0半精铣18 2Z=2.0毛坯制造尺寸及技术要求见毛坯图。1.3工艺路线的拟定：（1）定位基准的选择 基准面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，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，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准的选择：以上下表面和两 侧面作为粗基准，以消除，三个自由度，用以消除，

10、三个自由度，达到完全定位。 对于精基准而言，根据基准重合原则，选用设计基准作为精基准。（2）零件表面加工方法的确定上下表面和左右端面采用铣，而花键则使用：钻扩拉。（3）热处理工序的安排：因该拨叉零件没有什么特别的强度或硬度之类的要求，所以该零件在加工过程中就没有必要使用比较复杂的热处理方法，只需在精加工前使用人工实效去除内应力即可。（4）工序的集中与分散：选用工序的集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对

11、位置精度要求。（5）工艺路线的拟订：1.工艺路线方案一 工序1 铣端面。 工序2 钻、扩花键底孔22mm。 工序3 内花键孔倒角。 工序4 人工实效去除内应力。工序5 拉花键孔。工序6 铣上、下表面。工序7 钻2M8孔，5mm锥孔。工序8 铣通槽18H11mm。工序9 攻螺纹2M8。工序10 去毛刺。工序11 检查。2.工艺路线方案二工序1 铣端面。 工序2 钻、扩花键底孔22mm。 工序3 内花键孔倒角。工序4 铣上、下表面。工序5 钻2M8孔，5mm锥孔。工序6 铣通槽18H11mm。工序7 人工实效去除内应该力。工序8 拉花键孔。工序9 攻螺纹2M8。工序10 去毛刺。工序11 检查。工

12、艺方案的比较与分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先拉花键孔，再以该花键孔为基准加工其余平面；方案二是先加工上下面，再加工花键孔。两相比较可以看出，方案一可以避免加工上表面和槽的设计基准和加工基准不重合的问题，而方案二不能，所以选用方案一作为零件的加工工序。1.4 加工设备和工艺装备的选择：机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。拨叉的生产类型为大批生产，可以先用高效的专用设备和组全机床，也可选用通用设备，所选用的夹具均为专用夹具。机床的选择以及刀具

13、的选择：工序号工序内容机床设备刀具1铣端面立式铣床X51高速三面铣刀2钻、扩花键底孔立式钻床Z525麻花钻、扩孔钻3内花键孔倒角立式铣床X5012立铣刀4人工实效去内应力回火等5拉花键孔L6110拉床高速钢花键拉刀6铣上、下表面立式铣床X51高速三面铣刀7钻孔和锥孔立式钻床Z525麻花钻、锥面锪钻8铣通槽18H11mm立式铣床X51键槽铣刀9攻螺纹2M8立式钻床Z525丝锥10挫圆角MM7112卡板11去毛刺钳工台平锉12检查塞规、百分表、卡尺等1.5 机械加工工艺过程卡片的填写详见附表一“机械加工工艺过程卡片”。第2章 机械加工工序设计2.1 加工余量、工序尺寸和公差的确定：工序1：铣端面：

14、1）粗铣左端面=0.25mm/Z =0.35m/s（21m/min） 采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.637r/s (38.2r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=75mm，l=175mm，l=3mm t= =121.2s=2.02min 2）粗铣右端面 粗铣右端面的进给量、切削速度和背吃刀量与粗铣左端面的切削用量相同。 切削工时l=45mm，l=175mm，l=3mm t= =106.8s=1.78min 3）精铣左端面 =0.10mm/Z =0.30m/s（18m/min） 采用高速三面刃铣刀

15、，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (32.76r/min)按机床选取n=31.5r/min=0.522r/s 故实际切削速度=0.29m/s切削工时 l=75mm，l=175mm，l=3mm t= =302.92s=5.05min工序2：钻、扩花键底孔1）钻孔 20f=0.75mm/rK=0.750.95=0.71/s =0.35m/s （21m/min） n=5.57r/s 按机床选取 n=338r/min=5.63r/s 故实际切削速度 =0.35m/s 切削工时 l=80mm，l= 10mm，l=2mm t= =23s （0.4min）2）扩孔 22f=1.07 =

16、0.175m/s （10.5m/min） n=2.53r/s (151.8r/min) 按机床选取 n=136r/min=2.27r/s 故实际切削速度 =0.16m/s 切削工时 l=80mm，l= 3mm，l=1.5mm t= =35s （0.6min） 工序3：倒角1.0715 f=0.05/r =0.516m/s 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5：拉花键孔 单面齿升 0.05 v=0.06m/s （3.6m/min） 切削工时 （表721）

17、t=式中：h单面余量1.5（由 22 25）； l拉削表面长度80； 考虑标准部分的长度系数，取1.20； K考虑机床返回行程的系数，取1.40； V切削速度3.6m/min； S拉刀同时工作齿数 Z=L/t。 t拉刀齿距， t=(1.251.5)=1.35=12 Z=L/t=80/126齿 t=0.15min (9s)工序6：铣上、下表面 1）粗铣上表面的台阶面 =0.15mm/Z =0.30m/s（18m/min） 采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.546r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s 故实际切削速度=0.27m/s切削工时

18、l=80mm，l=175mm，l=3mm t= =215s=3.58min 2）精铣台阶面 =0.07mm/Z =0.25m/s（18m/min） 采用高速三面刃铣刀，d=175mm,齿数Z=16。 n=0.455r/s (33r/min)按机床选取n=30r/min=0.5r/s 故实际切削速度=0.27m/s切削工时 l=80mm，l=175mm，l=3mm t= =467s=7.7min 3）粗铣下表面保证尺寸75 本工步的切削用量与工步1）的切削用量相同 切削工时 l=40mm，l=175mm，l=3mm t= =181.7s=3.03min 工序7：钻2-M8底孔（ 6.80） f=

19、0.36/r =0.35m/s n=16.39r/s (983.4r/min) 按机床选取 n=960r/min=16r/s 故实际切削速度=0.34m/s切削工时： l=9.5mm，l= 4mm，l=3 t= =2.86 （0.048min）工序8：铣槽18H11mm 1）粗铣 =0.10/s=0.30m/s（21m/min） 采用粗齿直柄立铣刀，d=16mm,齿数Z=3。 n=5.97/s (358.2/min)按机床选取n=380r/min=6.33r/s 故实际切削速度=0.32r/s切削工时 l=34mm，l=2mm，l=0mm t= =19s 因为要走刀两次，所以切削工时为38s。

20、 2）精铣通槽=0.07/s=0. 25m/s（15m/min） 采用细齿直柄立铣刀，d=12mm,齿数Z=5。 n=6.63s (397.8min)按机床选取n=380r/min=6.33r/s 故实际切削速度=0.24r/s切削工时 l=35mm，l=2mm，l=0mm t= =16s因为走刀两次，所以切削工时为64s。 9：攻螺纹2M8 v=0.35m/s n=13.9r/s 按机床选取n=850r/min=14.2s 故实际切削速度=0.357m/s。第3章 夹具设计3.1 概述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。3.2提出问题利用本夹具主要用来钻 22花

21、键底孔。在加工本工序是，其他重要表面都还未加工，因此，在本道工序加工时，主要考虑如何保证底面的定位，如何降低劳动强度、提高劳动生产率，而精度则不是主要问题。3.3夹具设计1. 定位基准的选择由零件图可知，为了定位误差为零，选择零件的上下表面为主要定位基准面。2切削力及夹紧力计算 刀具：高速钢钻头，直径d=20mm，f=0.71mm/r 钻头转速 n=5.63r/s工件材料：灰铸铁 HB=210则： 切屑扭矩 M=10 （表336） =225.63200.711.05910 =53.86（Nm）轴向力 F=588.60200.711.059 =9478.8（N） 其中 K=K=()=()=1.0

22、59切削功率 P=2Mn10 =23.1453.865.6310 =1.90 KW由零件定位、装夹方式可知，只有钻削时产生的轴向力能引起零件的松动。由夹紧机构产生的实际夹紧力应满足下式： P=KF式中，安全系数为基本安全系数1.5；为加工性质系数1.1；为刀具钝化系数1.2；为断续切削系数1.2。所以 （N）所需的实际夹紧力为22521.6N是比较大的，为了使得整个夹具结构紧凑，决定选用铰链夹紧机构。结构形式：型单臂铰链夹紧机构夹紧时，臂的最小允许倾斜角：=15扩力比：i=3.14 活塞杆的最大拉力为： F=22521.6/3.14=7172.5N计算驱动气缸直径： F=p=7172.5式中：p压缩空气单位压力，取p=0.4MPa。 D=151按标准，取气缸直径D=150.此时，当压缩空气压力p=0.4MPa时，