例一 CA6140车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计

例一CA6140车床拨叉机械加工工艺规程及工艺装备设计:

序言

大三下学期我便进行了《机械制造基础》课的学习，并且也进行

过金工实习。为了巩固所学学问，并且在我们进行毕业设计之前对所

学各课程的进行一次深化的综合性的总复习，也是一次理论联系实际

的训练,因此,我们进行了本次课程设计。

通过这次课程设计对自己将来将从事的工作进行一次适应性训

练，从中熬炼自己分析问题、解决问题的实力，同时，在课程设计过

程中，我们仔细查阅资料，切实地熬炼了我们自我学习的实力。另外,

在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺当完

成了本次设计任务。

由于实力所限，设计尚有很多不足之处，恳请各位老师赐予指责

指正。

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，使主轴回转运动依据工作者的要求工作，获得所需的速

度和扭矩的作用。零件上方的e20孔与操纵机构相连，二下方的（D50

半孔则是用于与所限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,灰铸铁生产工艺简洁，铸造性能优良，但

塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉须要加工的表面以

及加工表面之间的位置要求：

1、小头孔①20以及与此孔相通的①8的锥孔、M6螺纹孔

2、大头半圆孔①50

3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端

面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm,小头孔上端面与其中心

线的垂直度误差为0.05mmo

由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为基准采

纳专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再依据各加工方法的

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困难的加

工曲面，所以依据上述技术要求采纳常规的加工工艺均可保证。

二、确定毛坯

1、确定毛坯种类：

零件材料为HT200o考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，

零件结构又比较简洁，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸

件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸

件尺寸公差等级为CTT2。

2、确定铸件加工余量及形态：

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用加工

余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量,

铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：

基

加工加工加工余

本

简图面代余量量

尺说明

号等级

寸

D120H10x2孔降一级双侧加工

D250H3.5x2孔降一级双侧加工

T230H5单侧加工

T312H5单侧加工

T412H5单侧加工

3、绘制铸件毛坯图

三、工艺规程设计

(一)选择定位基准：

1粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以

两个小头孔外圆表面为协助粗基准。

2精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹精确便利，

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，以两个小头孔外圆柱表面为协助的定位精基准。

(-)制定工艺路途

依据零件的几何形态、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加

工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的状况下,可以考虑

采纳万能性机床配以专用工卡具,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。查《机

械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11,选择

零件的加工方法及工艺路途方案如下：

工序I粗铳①20、①50下端面，以T2为粗基准，采纳X51立

式铳床加专用夹具；

工序II粗铳①20上端面，以T1为定位基准，采纳X51立式铳

床加专用夹具；

工序1H粗铳①50上端血，以T4为定位基准，采纳X51立式铳

床加专用夹具；

工序IV钻、扩中20孔，以632外圆和T2为基准，采纳Z525

立式钻床加专用夹具；

工序V粗镶中50孔，以D1为定位基准，采纳T616卧式钱床

加专用夹具；

工序VI铳斜肩，以D1和T2为定位基准，采纳X51立式铳床加

专用夹具；

工序VII精铳①20下端面，以T2为基准，采纳X51立式铳床加

专用夹具；

工序vm精铳①20上端面，以T1为基准，采纳X51立式铳床加

专用夹具；

工序IX粗钱、精钱①20孔，以T2和①32外圆为基准，采纳

Z525立式钻床加专用夹具；

工序X精铳①50端面，以D1为基准，采纳X51立式铳床加专

用夹具；

工序XI半精像中50孔，以D1做定位基准，采纳T616卧式链

床加专用夹具;

工序xn钻、较中8锥孔，以T1和零件中线为基准，采纳Z525

立式钻床加专用夹具；

工序XIII钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准，采纳

Z525立式钻床并采纳专用夹具；

工序XIV铳断，以D1为基准，采纳X60卧式铳床加专用夹具;

工序XV去毛刺；

工序XVI终检。

（三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定

1、圆柱表面工序尺寸：

前面依据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表

面的各个加工工序的加工余量如下:

加工表面加工内加工精度工序尺寸表面粗工序余量

容余量等级糙度

最小最大

铸件7.0CT12043±2.8

(P501Tl2粗馍4.0IT126.30.956.8

O47+0.250

(D2)

半精镶3.0IT103.22.93.25

O50J0100

钻18IT1117.8918

中18卅°

(p20IT7扩1.8ITI06.31.7161.910

O198+0.084

(DI)

粗粗0.14IT83.20.1070.224

Q19.94i0033

精较0.06IT71.60.0390.093

02OJ0021

2、平面工序尺寸:

工序工序内容加工余基本尺经济精工序尺工序余量

号量寸度寸偏差最小最大

铸件5.0CT12±2.5

()1粗铳（p204.()36.01201.57.75

孔下端面-0.25

02粗铳中204.032.01201.57.75

孔上端面-0.25

034.014.0121.86.38

粗铳（p500

孔上端面-0.180

07精铳（p201.031.0800.751.283

孔下端面-0.033

0K精铳中201.()30.()X00.751.283

孔上端面-0.033

101.0x212.08

精铳（p50+0.0160.9511.016

孔端面-0.016

3、确定切削用量刚好间定额:

工序I粗铳@20、0）50下端面，以T2为粗基准

1.加工条件

工件材料：HT200eb=170~240MPa,铸造;工件尺寸：

aemax=72mm,1=176mm;

加工要求：粗铳（p20孔下端面，加工余量4mm;

机床：X51立式铳床；

刀具:YG6硬质合金端铳刀。铳削宽度法390,深度apW6,齿数z=12,

故依据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）表

3.1,取刀具直径do=125mm。依据《切削用量手册》（后简称《切削

手册》）表3.16,选择刀具前角yo=O°后角ao=8。，副后角必'=3。,

刃倾角入s=—10。,主偏角KL60°,过渡刃Kr£=30°,副偏角Kr'=5。。

2.切削用量

1）确定切削深度ap

因为余量较小，故选择ap=4mm,一次走刀即可完成。

2）确定每齿进给量fz

由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采

纳不对称端铳，以提高进给量提高加工效率。依据《切削手册》表

3.5,运用YG6硬质合金端铳刀加工，机庆功率为4.5kw（据《简明

手册》表4.2-35,X51立式铳床）时：

fz=0.09~0.18mm/z

故选择:fz=0.18mm/zo

3）确定刀具寿命及磨钝标准

依据《切削手册》表3.7,铳刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；

由于铳刀直径do=125mm,故刀具运用寿命T=180min（据《简明手

册》表3.8）。

4）计算切削速度5和每分钟进给量Vf

依据《切削手册》表3.16,当do=125mm,Z=12,ap<7.5,

fz<0.18mm/z时，v（=98m/min,nt=250r/min,Vft=471mm/mino各修正系

数为：kMv=1.0,ksv=0.8o切削速度计算公式为：

仆—小¥一

尸勾式嫉

其中s=72〃〃”，aP=4〃?〃?，Cv=245，qv=0.2，4=0.15,yv=0.35，

kv=k.Mv'ksv=1.0x0.8=0.8,uv=0.2,pv=0,m=0.32,T=180min,

/z=0.18wW/z,Z=12,将以上数据代入公式:

245x125x0.2

x0.8=142/〃/min

180°32x4x0.15x().08x().35x72x().2x12

确定机床主轴转速：ns=------=361/7min。

7tdw

依据《简明手册》表4.2-36,选择nc=300i7min,Vfc=390mm/min,

因此，实际进给量和每分钟进给量为:

3J4x125x300

VC==m/min=118m/min

10001000

fzc=vfC/ncz=390/300x12mm/z=0.1mm/z

5)校验机床功率

依据《切削手册》表3.24,近似为Pcc=3.3kw,依据机床运用说明

书，主轴允许功率Pcm=4.5x0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最

终确定:ap=4.0mm,nc=300r/min,Vf=390mm/s,vc=l18m/min,

fz=().lmm/zo

6)计算基本工时

tm=L/Vf,L=l-y+A,1=176mm.

查《切削手册》表3.26,入切量及超切量为：y+A=40mm,则:

tn产L/Vf=(176+40)/390=0.8Imino

工序H粗铳❿20上端面，以T1为定位基准，；

切削用量和时间定额及其计算过程同工序I。

工序m粗铳<D50上端面，以T4为定位基准

刀具：YG6硬质合金端铳刀，4=40〃〃〃,z=6

机床：X51立式铳床

=

依据《切削手册》查的，=0.13/wn/z,(2P

现采纳X51立式铳床，依据《简明手册》4236查得取几=300〃/min

，故实际切削速度

成卬几“'x40x300

,-KXX)-KXX)=37.7加min

当加=30O/min时，工作台每分钟进给量应为

f=f•z•=0.13x10x300—390/w??/min

查说明书,取f=400〃〃〃/min

Jm

计算切削工时

L=72+y4-A=724-10=82〃〃%

因止匕(=—=—=0.205min

f390

Jm

工序W钻、扩中20孔，以⑦32外圆和T2为基准，保证垂直度误

差不超过0・05mm,孔的精度达到ITIO。

1.选择钻头

依据《切削手册》表.2,选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时d°=18mm,

钻头采纳双锥后磨横刀，后角诙=12。，二重刃长度b£=3.5mm,横刀

长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度6=1.5〃?〃?，20=100°,0=30。

2.选择切削用量

(1)确定进给量

按加工要求确定进给量：查《切削手册》，/=0.43~0.53〃〃〃/厂，

%=3%=I.67<3,由《切削手册》表2.7,系数为0.5,则：

f=(0.43~0.53)x0.5=(0.215~0.265)"〃〃/〃

按钻头强度选择:查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为：

f=2.0〃"〃/r;

按机床进给机构强度选择：查《切削手册》表2.9,机床进给机构

允许轴向力为8330N时,进给量为f=0.93/77/71/ro

以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为:

0.215~0.265mm/r。依据《简明手册》表4.2-16,最终选择进给量

f=0.22min/ro

由于是通孔加工，为避开即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿

时停止自动进给而改为手动进给。

依据《切削手册》表2.19查出，钻孔时釉向力Ff=2500N,轴向力

修正系数为1.0,故Ff=2500N。依据Z525立式钻床运用说明书，机

床进给机构允许的最大轴向力为8830N>Ff,故所选进给量可用c

（2）确定钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.6mm,寿命丁=45min.

（3）切削速度

查《切削手册》表2.30,切削速度计算公式为：

v<-=―——k（m/min）

mXvyvv

TaPf

其中，cv=9.5,do=18mm,zv=0.25,/??=0.125,0=9,K=0,—=0.55,

/=0.22,查得修正系数：尿=1.0,=,抬=0.85,品=1.0,故实际的切

削速度：

"=步18"”X085=95〃〃min

60°」*x1x0.22°”

（4）检验机床扭矩及功率

查《切削手册》表2.20,当任0.26,d°w9mm时，M（=31.78N*m,

修正系数均为1.0,故Mc=31.78N・m。

查机床运用说明书：M.n=144.2N*mo

查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kwo

查机床运用说明书，R=2.8x0.81=2.26Aw。

由于林〈M〃，Pg,故切削用量可用,即：

f=0.22/〃〃?/r,n=fk=272r/nin,Vc=15.4m；min

3、计算工时

=J30+8

=0.64inin

~~nf~272x0.22

4、扩孔至619.8

查《切削手册》表2.10,扩孔进给量为：/=0.7〜0.8〃⑼〃，并由机

床运用说明书最终选定进给量为：/=0.81加〃

依据资料，切削速度v=0.4^,其中国为用钻头钻同样尺寸实心孔

时的切削速度，故u=0.4x9.5=3.8〃〃min

1000x3.8

=61.177min

19.8

依据机床运用说明书选取^=97r/mino

基本工时L+y+A^J0+8

f==0.48niin

97x0.8197x0.81

工序V粗像中50孔，以D1为定位基准

机床：T68卧式镇床

单边余量z=2.5〃〃〃，a，=2.5mm

由《简明手册》4.2.2()查得取

f=0.52/w??/r

由《简明手册》4.2-21查得取

n=200//min

计算切削工时

12+2x1

=0.13min

200x0.52

工序VI铳斜肩，以D1和T2为定位基准

刀具：硬质合金三面刃铳刀

机床：X51立式铳床

依据《简明手册》查得：4,,=63EZ=16O依据《切削手册》查

得：f.=0.10mm/z,因此:

1000v_1000x27

=136/7min

7rdw乃x63

现采纳X51立式铳床，取：〃w=100r/min,故实际切削速度为:

1(X)0KXX)

当〃”.=300r/min时，工作台每分钟进给量应为:

fni=f：-Z-tJw=0.10x16x100=160〃〃〃/min

依据《切削手册》表4.2-37查得，取：九=165mm/mino

计算切削基本工时：

L=/+y+A=12.5+25=37.5mm

因小匕:!„,=—=—=0.0.227min

3165

工序皿精铳中20下端面，以T2为基准

刀具：YG6硬质合金端铳刀；

机床：X51立式铳床；

查《切削手册》表3.5,进给量工=0.5〜1.0〃〃〃/rnin,取为0.5mm/r

参考有关手册，确定u=124w/min,采纳YG6硬质合金端铳刀，

dw=125nun,z=12,则：

1000v1000x124»/

ns=---------=-----------------=316r/min

7Tdw4x125

现采纳X51立式铳床，依据《简明手册》表4236,取如=300"min

故实际切削速度：

㈤卢卬^-x125x300,.

v=-11—=-------------------=117.75〃z/min

10001000

当〃*300r/min时，工作台每分钟进给量:

fm=/2-z-nw=0.5x12x300=1800/w/z/min,取为98()mm/min

本工序切削时间为：/=2/,„=2^-=2xlZli^=o.62min

工序vm精铳中20上端面，以T1为基准

切削用量同工序vn

精铳时y+△==125/77/7?

176125

基本工时:±=±=031

980

工序IX粗较、精校中20孔，以T2和中32外圆为基准,

(1)粗钱至。19.94〃"〃

刀具：专用钱刀

机床：Z525立式钻床

依据有关手册的规定，钱刀的进给量为九=0.8〜1.2mm/z,进给量

取几=0.81mm/r,机床主轴转速取为〃”.=140r/min,则其切削速度为:

v=nnd=8.7777?/niin0

机动时切削工时，/=30+8=38mm,

38二38

=0.34min

~f~140x0.81

(2)精校至中20〃?〃?

刀具：dw=20mm

机床：Z525立式钻床

依据有关手册的规定，钱刀的进给量取/=0.48mm",机床主轴

转速取为：=14()r/min,则其切削速度为：u=〃㈤=8.8m/min

机动时切削工时，/=30+8=38mm

3838八s

=-----=----------=0.57min

nw-f140x0.48

工序X精铳中50端面，以D1为基准。

机床：X51立式铳床

刀具：硬质合金立铳刀(镶螺旋形刀片)，由《切削手册》表

3.6查得：d=40,z=6,/,=0.08〃〃〃/min,v=0.45/??/s即27m/min,因此,

〃s=1000"=1000x27=2]4,./1Tl。现米纳X51立式铳床，取〃卬=210z7min,

dw%x4。

工作台每分钟进给量九应为：

fm=f：-z-nw=0.08x6x210=100.8〃?〃?/min

查机床运用说明书,取九

铳削基本工时：乙〃=卫些=().84min

100

2fin-0.84x2=1.68niin

工序XI半精像中50孔，以D1做定位基准。

单边余量Z=1,可一次切除，则ap=1.0/7777?O

由《切削手册》表1.6查得，进给量工=0.25~0.40mm",取为

0.27mm/r°由《切削手册》表1.1查得，v=100w/min,则:

_1(X)():HXX)xl(X)

=63777min

兀d”,4x50

查《简明手册》表4220,.取为630r/min。

加工基本工时：/=—-—=--———=0.038min

nw-f630x0.5

工序12钻、较中8锥孔，以T1和零件中线为基准。

刀具：专用刀具

机床：Z525立式钻床

确定进给量/：依据《切削手册》表2.7查得，/=0.22~0.266小/〜

查Z525机床运用说明书,现取了=0.22的"。查《切削手册》表2.15,

v=17/7?/min,计算机床主轴转速:

1003v1000x17

=694r/min

"dw乃x7.8

按机床选取爪=680/min，所以实际切削速度为:

nd〃田_乃x7.8x680

w=16.66，"/min

KXX)1000

计算切削基本工时：“上卢=布霖五=0.066min

Jm

工序m钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准

(1)钻螺纹底孔64.8mm

机床：Z525立式钻床

刀具：高速钢麻花钻

依据《切削手册》查得，进给量为/=().18〜().22mm/z,现取

f=0.22mm/z,v=17m/min,则:

ip00v=1000xl7=1128r/iT.n

7rdw乃x4.8

查《简明手册》表4.2-15,取%=960*min。所以实际切削速度为:

7id...n乃x4.8x960.....

v=-w1=-----------=14.48/o7//min

KXX)KXX)

计算切削基本工时：〃==A=UiX=0.047min

i.n960x0.22

(2)攻螺纹M6

机床：Z525立式钻床

刀具：丝锥M6,P=lmm

切削用量选为：v=0.\tn/s=6m/min,机床主轴转速为:

加=318r/min,按机床运用说明书选取：〃w=272r/min,则v=5.\m!min;

机动时，/=6+4=,计算切削基本工时:

t„,=—=—^―=0.04min

f-n1x272

工序XIV铳断，以D1为基准。

选择锯片铳刀，d=160mm,l=4mm,申齿，Z=40

采纳X61卧式铳床，查《简明手册》，选择进给量为：/=0.10,^/z,

切削速度为：v=27m/min，则:

I000v=1000x27=54r/min

7Tclw,7X160

依据《简明手册》表4.2-39,取lOOr/min,故实际切削速度为:

血〃汗

yW伫亚坦=50.2加min

10001000

此时工作台每分钟进给量九应为:

/,〃=/_Znw=0.1x40x100=400〃〃〃/min

查《简明手册》表4.2-40,刚好有人=400"〃〃/min。

计算切削基本工时:

上士=2必=o.255min

f.n400

四、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，须要设计专用

夹具。经过与老师协商，确定设计第14道工序一一铳断的铳床夹具。

本夹具将用于X61孙式铳床，刀具为锯片铳刀。

（一）问题的提出

本夹具主要用来铳断工件，使之分别成为两个零件，由于本道工

序已经是加工的最终阶段，而且是中批量生产，因此要保证加工的精

度，所以，本道工序加工时，主要应当考虑如何提高精度，在此基础

上在肯定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。

(二)夹具设计

1、定位基准选择

考虑工件的加工结构，可以采纳