机械加工工艺及其设备

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

-9-27

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）确立切削用量及基木工时.......・・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....................17

序言

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，我希望能经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625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。经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

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625mni孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：625H7nlm的孔，以及

642nlm的圆柱两端面，其中主要加工表面为

“25H7mm通孔。

2.以060mni孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：巾60Hl2的孔，以及

“60Hl2的两个端面。主要是＜l）60H12的孔。

3.铳16H11的槽

这一组加工表面包括：此槽的端面，16Hlimm

的槽的底面，

16Hlimm的槽两侧面。

4.以M22XI.5螺纹孔为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：M22X1.5的螺纹孔,

长32mm的端面。

主要加工表面为M22X1.5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)4)60孔端面与425H7孔垂直度公差为

0.1mm.o

(2)16Hlimm的槽与S25H7的孔垂直度公差为

0.08mmo

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能够使加工质量得到保证，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6251⑼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e42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，

然后进行铳削。

(2)精基准的选择。

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，能够考虑采用万能性

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、较、精较力25、6

60孔

工序二粗、精铳@60、625孔下端面。

工序三粗、精铳＜1）25孔上端面

工序四粗、精铳“60孔上端面

工序五切断。

工序六铳螺纹孔端面。

工序七钻。22孔（装配时钻较锥孔）。

工序八攻M22X1.5螺纹。

工序九粗铳半精铳精铳槽所在的端面

工序十粗铳半精铳精铳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

大多数都应该先铳平面再加工孔，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、精铳巾25孔上端面。

工序二粗、精铳4）25孔下端面。

工序三钻、扩、较、精较@25孔。

工序四钻、扩、较、精较660孔。

工序五粗、精铳660孔上端面

工序六粗、精铳“60孔下端面。

工序七切断。

工序八铳螺纹孔端面。

工序九钻。22孔（装配时钻较锥孔）。

工序十攻M22X1.5螺纹。

工序十一粗铳半精铳精铳槽所在的端面

工序十二粗、半精铳精铳16H11的槽。

工序十三检查。

上面工序能够适合大多数生产，可是在全部

工序中间的工序七把两件铳断，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、精铳“25孔上端面。

工序二粗、精铳“25孔下端面。

工序三钻、扩、较、精较625孔。

工序四钻、扩、较、精较“60孔。

工序五粗、精铳“60孔上端面

工序六粗、精铳660孔下端面。

工序七铳螺纹孔端面。

工序八钻。22孔（装配时钻较锥孔）。

工序九攻M22X1.5螺纹。

工序十粗铳半精铳精铳槽所在的端面。

工序H^一粗、半精铳精铳16H11的槽。

工序十二切断。

工序十三检查。

此方案仍有先钻孔再铳平面的不足，因此这个方

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

工序一以小42外圆为粗基准，粗铳小25孔

下端面。

工序二精铳625孔上下端面。

工序三以。25孔上端面为精基准，钻、扩、

较、精较（1）25孔,孔的精度达到IT7。

工序四以625孔为精基准，粗铳660孔上

下端面。

工序五以625孔为精基准，精铳660孔上下

端面，保证端面相对孔的垂直度误差

不超过0.Io

工序六以025孔为精基准，钻、链、钱660

孔，保证空的精度达到IT8。

工序七以625孔为精基准，铳螺纹孔端面。

工序八以625孔为精基准，钻。20孔（装

配时钻钱锥孔）。

工序九以625孔为精基准，钻一个620孔,

攻M22XL5螺纹。

工序十以“25孔为精基准，铳槽端面。

工序H^一以625孔为精基准，铳16H11的槽保

证槽的侧面相对孔的垂直度误差是

0.08o

工序十二两件铳断

工序十三检查。

虽然工序依然是十三步，可是效率大大提高了。

工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际

铳削只有两次，而且刀具不用调整）。多次加工660、

“25孔是精度要求所致。

以上工艺过程详见图3O

（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1.45kg,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（642）

考虑其零件外圆表面为非加工表面，因另外圆

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（025,660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625,660端面长度余

量均为2.5（均为双边加工）

铳削加工余量为：

粗铳2nlm

半精铳0.7mm

3.内孔（660己铸成650的孔）

查《工艺手册》表2.2~2.5,为了节省材料,

取660孔已铸成孔长度余量为3,即铸成孔半径

为50mmo

工序尺寸加工余量：

钻孔5mm

扩孔0.5mm

钱孔0.1mm

精较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e23余量为8mni

扩孔钻1.8mm

粗校孔0.14mm

精校孔0.06mm

4,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

3mmo

工序尺寸加工余量：

粗铳端面2.1mm

半精铳0.7mm

精铳0.2mm

5.螺纹孔顶面加工余量

铸出螺纹孔顶面至625孔轴线且垂直轴线方向

40mm的距离，余量为4mm

工序尺寸加工余量：

粗铳顶面3.1mm

半精铳0.7mm

精铳0.2mm

6.其它尺寸直接铸造得到

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

工序一以e42外圆为粗基准，粗铳4）25孔上下端

面。

1.加工条件

工件材料：HT200,ob=0.16GPaHB工件~241,铸造。

加工要求：粗铳625孔上下端面。

机床：X53立式铳床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铳刀，牌号YG6。铳削

宽度ac<=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d0=80mni。选择刀具前角丫。=00后

角。。=15。，副后角a。'=10°,刀齿斜角

入s=—15°,主刃Kr=60。，过渡刃Kr£=30。，

副刃Kr'=5。过渡刃宽b£=L5mni。

2.切削用量

1）铳削深度

因为切削量较小，故能够选择ap=l.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=0.08~0.15mm/z。由于是对称铳，选较小量

f=0.15mm/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=1.84

n=7.32

vz=6.44

5）计算基本工时

tm=L/Vf=（90+36）/6.44=6.99mino

工序二精铳625孔上下端面。

1.加工条件

工件材料：HT200,。b=0.16GPaHB=200~241,铸

造。

加工要求：精铳力25上下端面。

机床：X6140卧式铳床。

刀具：W18Cr4v硬质合金钢端铳刀，牌号YG6。铳

削宽度ae〈=60,深度瓦＜=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d二80nllri。选择刀具前角丫。=+5。

后角0。=8。，副后角a/二8。，刀齿斜角

入s=-10。，主刃Kr=60。，过渡刃Kr£=30。,

副刃Kr'=5°过渡刃宽b£=lmm。

2.切削用量

1）铳削深度

因为切削量较小，故能够选择ap=l.0mm,一次

走刀即可完成所需长度。

2）每齿进给量

机床功率为7.5kwo查《切削手册》表5

f=0.1O.24mm/zo由于是对称铳，选较小量

f=0.14mm/zo

3)查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表8,寿命T=180min

4)计算切削速度按《切削手册》表14,查得Vf

=6.44mm/s,

5)计算基本工时

tm=L+18x2/Vf=(2+18x2)/6.44=5.9mino

工序三以“25孔上端面为精基准，钻、扩、较、精

―625孔,孔的精度达到H7。

1.选择钻床及钻头

选择Z5125A钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗

钻时do=23n)m,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

按车占头/=0.47~().57mm/r

按机床强度查⑴表10.1-2选择

最终决定选择机床已有的进给量/=0.48mm/r

(2)耐用度

查［2］表9

T=4500s=75min

(3)切削速度

查《1》表10.1-2

n=50-r/min取n=1000r/min.

3.计算工时

L_80+12

%=0.19min

0.48x1000

由于所有工步所用工时很短，因此使得切削用

量一致，以减少辅助时间。

扩钱和精锐的切削用量如下：

扩钻：选高速钢扩孔钻n=lOOOr/min

f=0.7〜0.8mm/rd°=24.8mm

L80+12

=0.12min

().75xKXX)

钱孔：选高速钢钱刀n=1000/7min

7=1.3〜2.6mm/r

d。=24.94mm

L_80+12

=0.07min

~~nf~1.3x1000

精较：选高速钢钱刀/7=1000r/min

f=1.3〜2.6mm/r

325H7

L_80+12

=0.07min

斤-1.3x1000

T.n=5+与2+晨3+&4=045min

工序四以625孔为精基准，钻、粗镶、精链060

孔，保证孔的精度达到IT7。

1.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=22.4〜1000r7min,

f=0.063~L2mm/r.

2.选择切削用量

(1)决定进给量

查《2》表5钻头进给量f=L0~1.2mm"

按钻头强度选择f=1.0mm/r按机床强度选

择/=0.9mm/r

最终决定选择Z5163A机床已有的进给量

f=O.Smm/r

(2)计算工时

选择n=600r/min因此

tm=(12+23)/600X0.8=0.07min

3,选择链刀

选择高速钢锋刀，粗锋时d。=59.9mm

选择卧式键床T68,

粗镇时v=20-35m/min,f=0.3-1.0

mm/r

精镇时v=15-30m/min,f=0.15-0.5

m

m

//

r

工序五粗铳半精铳精铳槽16H11的端面

1.选择机床刀具

选择立式铳床X53K硬质合金钢Yab端铳刀

%=60

2.切削用量

查2表5f=0.14〜0.24mm/r

T=180min取f=0.15mm/rv=l.84m/min

n=7.32r/minVf=6.44m/min

3.计算工时

L_3+24

=4.19s

~nf~6.44

半精铳

L_2+24

=4.04s

~nf~6.44

Tm=+02=8.23s

工序六精铳槽16Hli

本道工序精铳槽之前已进行了粗铳和半精铳工

步，此工序精铳槽须满足各技术要求包括：槽宽

16Hli，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型万能铳床

刀具错齿三面刃铳刀铳槽&二16mm查［1］表8

国家标准GB1118160mmd=40mm

L=16mm齿数z=24

2.计算切削用量

（1）由［1］表9.4—1和［3］查得走刀量f=0.67

mm/r

（2）铳刀磨钝标准和耐用度

由［1］表9.4—6查得磨钝标准为0.2~0.3

表9.4—7查得耐用度为T=150min

（3）切削速度

由［1］式3.2

查表9.4—8得其中：

修正系数%,=1.0

Cv=40qv=0.2Xv=0.1

Y=0.4u„=0.5

vPv=0」

m=0.5

a=—==0.028,初%a-6a=8

fz°2”47Hw「n

代入上式，可得

v=49.5m/min=0.82m/s

（4）确定机床主轴速度

lOOOv,_..

/?..=--------=6.5r/s=390.5r/min

7idw

由［3］按机床选取主轴转速为6.33r/s

因此实际切削速度为

v="就"=3.27m/s=196.2m/min

1000

3.计算切削工时

Tm=—=△=32.77s

vfafzn

工序七铳螺纹孔顶面

1.选择机床及刀具

机床：X53K立式铳床。

刀具：硬质合金钢端铳刀，牌号YG6。

2.切削用量

1）铳削深度

因为切削量较小，故能够选择ap=l.5mm,—

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Vc=0.38mm/s,

n=l.53r/min,Vf=l.42mm/s

L_1.5+8

=1.16s

m~~nf~28.20

工序八两件铳断

三、夹具设计

设计工序一一精铳槽16H11的夹具。

（-）问题的提出

本夹具要用于精用槽16II11,对槽16Hli的要

求有：槽宽16HH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。本道工序只精铳一下槽即达到各要求，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，因此我们应考虑

如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工

精度。①25的孔和其两端面都已加工好，为了

使定位误差减小，选择已加工好的＜1)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4)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

(1)刀具：高速钢错齿三面刃铳刀“160mm

z=24

机床：x61W型万能铳床

由［3］所列公式得

尸二GuJ小「z

查表9.4-8得其中：修正系数(=1.0

CF=30qF=0.83Xr=1.0

yF=0.65uF=0.83ap=8Z—24

0

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二&K2K3K4

其中：K为基本安全系数1.5

勺为加工性质系数1.1

&为刀具钝化系数1.1

KA为断续切削系数L1

因止匕F=KF=1775.7N

(2)夹紧力的计算

选用夹紧螺钉夹紧机由N(/+%)=K尸

其中f为夹紧面上的摩擦系数，取

=72=0.25

F=R+GG为工件自重

:.N=——=3551AN

卜于2

夹紧螺钉：公称直径d=20mm,材料45钢性能

级数为6.8级