831005拨叉设计说明书.docx
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831005拨叉设计说明书
831005拨叉设计说明书
课程名称：
机械制造工艺学
题目：
CA6140车床拨叉（831005）机械加工
工艺规程设计及夹具设计
学院机械制造及自动化工程学院
学生姓名
学号
专业层次
班级
任课教师
年月日
4.夹具设计13
4.2问题的提出14
CA6140车床拨叉（831005）机械加工工艺规程设计及夹具设计
课程设计说明书
摘要
这次设计的是CA6140车床（831005）拨叉，包括零件图、毛坯图、装配图各一张，机械加工工序卡片一套以及课程设计说明书的编写。
首先我们要熟悉零件和了解其作用：
它位于车床变速机构中，主要起换档作用。
然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和械加工余量。
最后拟定拨差的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。
通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习打好基础。
关键词：
机床拨叉；基准；工艺路线；工序；夹具设计
1.零件工艺性分析
1.1零件的作用
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。
宽度为18+0.0120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。
1.2零件的工艺分析
该拨叉的全部技术要求列如下表:
表1.1
项目
公差等级
偏差（mm）
粗糙度Ra
定位基准
Φ25mm的六齿方花键孔
IT7
+0.023
0
1.6
花键孔中心线
Φ22mm的花键底孔
IT12
+0.28
0
6.3
花键孔中心线
两端的2*150倒角
6.3
花键孔中心线
尺寸8mm的槽
IT9
+0.03
0
1.6
花键孔中心线
尺寸18mm的槽
IT6
+0.012
0
3.2
花键孔中心线
尺寸6mm的花键槽宽
IT9
+0.06
+0.03
3.2
花键孔中心线
由上表分析可知，可以加工拨叉右端面；然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。
再根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复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
1.3零件的尺寸图
拨叉831005的零件图如图1.1所示。
图1.1拨叉零件图
2.机械加工工艺规程设计
2.1确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1.1选择毛坯
确定毛坯种类：
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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。
查《机械制造工艺及设备设计指导手册》324页表15-5选用铸件尺寸公差等级CT9级。
采用铸造，拨叉属于轻型机械产品类型，产量8000件，按理应部分采用金属模铸造，但多适合于有色金属材料，因而在此选择机械砂型铸造。
2.1.2确定毛坯的机械加工余量及尺寸确定
右端面的加工余量：
上端面有3±0.8mm的加工余量，此加工余量足够保证把铸铁的硬质表面层切除。
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Φ22+0.280，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Φ20mm，扩孔Φ21mm，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2Z=1mm。
上端面的加工余量此工序分2个工步：
1、粗铣上端面；2、精铣上端面。
精加工余量为0.2mm，粗铣加工余量为2.8mm。
2.1.3绘制毛坯简图
毛坯简图如图2.1所示。
图2.1毛坯简图
2.2定位基准的选择
2.2.1粗基准的选择
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Φ40的外圆表面的粗基准。
2.2.2精基准的选择
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以加工后的轴孔及花键为主要的定位精基准。
2.3各表面加工方案的确定
根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《机械制造技术基础课程设计指导教程》表1-10和表1-11，确定各表面加工方案，如下表所示：
表2.1
项目
经济精度
表面粗糙度Ra／um
加工方案
备注
40X28mm表面
IT8
3.2
粗铣—半精铣
表1-11
右端面
IT8
3.2
粗车—半精车
表1-11
两端的2*150倒角
6.3
锪倒角
表1-10
尺寸8mm的槽
IT9
1.6
铣削
表1-11
尺寸18mm的槽
IT6
3.2
粗铣—精磨
表1-11
Φ25mm花键孔
IT9
3.2
拉削
表1-8
Φ22mm的花键底孔
IT12
6.3
钻孔—扩孔
表1-10
2.4加工阶段的划分
在选定拨叉各表面加工方法后，就需进一步确定这些加工方法在工艺路线中的顺序及位置，这就涉及加工阶段划分方面的问题。
对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。
该拨叉的加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、精加工阶段。
在粗加工阶段，首先以Φ40的外圆表面为粗基准将精基准右端面（A面）准备好，使后续都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉B面（28X40平面）。
在精加工阶段，完成拨叉Φ22㎜孔的钻、扩加工并进行花键槽的拉削加工；进行拨叉Φ18㎜的磨削加工；进行B面的精铣；铣B面尺寸为8mm的槽。
2.5工序的集中与分散
工序的集中与分散是确定工序内容多与少的依据，它直接影响整个工艺路线的工序数目及设备、工装的选用等。
由于本次加工的拨叉的生产类型为大批量生产，确定选用工序集中的原则组织工序内容，一方面可以采用万能、通用机床配以专用夹具加工，以提高生产效率；另一方面也可以减少工件的装夹次数，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度，并可以缩短辅助时间。
2.6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降低。
方案一：
表2.2
工序号
工序名称
机床设备
刀具
定位基准
量具
1
粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角
CA6140卧式车床
车到、钻头、扩孔钻
游标卡尺、内径千分尺
2
铣削槽40X28mm面
X62W卧式铣床
标准镶齿圆柱铣刀
花键底孔中心轴线
游标卡尺
3
铣削8mm的槽
X62W卧式铣床
高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）
花键底孔中心轴线、右端面
塞规、深度游标卡尺
4
铣削18mm的槽
X62W卧式铣床
铣刀
花键底孔中心轴线、右端面
塞规、深度游标卡尺
5
拉花键
L66110拉床
拉刀
拨叉右端面
塞规、内径千分尺
方案二：
表2.3
工序号
工序名称
机床设备
刀具
定位基准
量具
1
粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角
C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具
车到、钻头、扩孔钻、锪刀
Ф40mm外圆柱面
游标卡尺、内径千分尺
2
拉花键
L66110拉床
拉刀
拨叉右端面
卡规
3
铣削槽40X28mm面
X62W卧式铣床
标准镶齿圆柱铣刀
花键底孔中心轴线
游标卡尺
4
铣削8mm的槽
X62W卧式铣床
高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）
花键底孔中心轴线
卡规、深度游标卡尺
5
铣削18mm的槽
X62W卧式铣床
铣刀
花键底孔中心轴线
卡规、深度游标卡尺
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。
3.确定机械加工余量和工序尺寸
工序Ⅰ：
车削A面
1.加工条件：
工件材料：
灰口铸铁HT200；σb=145MPa；铸造。
加工要求：
粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，Ra=3.2µm
机床：
C3163-1，转塔式六角卧式车床。
刀具：
硬质合金刀具（YG6）。
参数为：
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3±0.8mm。
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IT12级取-0.46mm（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16mm×25mm,ａe≤3mm时，以及工件直径为Φ60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取Φ60mm）f=0.6-0.8mm/r。
按C3163-1车床说明书取f=0.6mm/n。
由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85，所以实际进给量f=0.6×0.8=0.48mm/r。
按C3163-1车床说明书 f＝0.53mm/r。
（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/（Tm·apxv·fyv）·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1.28。
kmv=1.15，kkv=0.8，kkrv=0.8，ksv=1.04，kBV=0.81。
所以Vc=158/（600.×20.15×0.530.4）×1.15×0.8×0.8×0.81×0.97
=46.9（m/min）。
（4）确定机床主轴转速。
ns=1000vc/
dw=229.8（r/min）。
按C3163-1车床说明书n＝200r/min，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）/nwxf=0.33（min）（其中L=（65-0）/2=32.5，L1=3，L2=0，L3=0）。
辅助时间：
0.33×0.15=0.0495（min），其他时间：
（0.33+0.0495）×0.09=0.0342（min），总工时：
0.33+0.0495+0.0342=0.4137（min）。
精车A面：
1.
（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=0.15－0.25mm/r，按C3163-1 车床说明书f＝0.16mm/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=60min）：
V=Cv/（Tm·apxv·fyv）·kv
=158/（600.2×20.15×0.160.4）×1.15×0.8×0.8×0.81×0.97
=83.85（m/min）
（3）确定机床主轴转速
nw=1000vc/
dw=410.8（r/min）按C3163-1车床说明书取nw=400（r/min）实际切削速度V=57.1m/min切削工时，查《工艺手册》表6.2-1可得：
Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf=22.5/400×0.16=0.35（min）由于下一道工序是钻孔，所以留下Φ20mm的台阶，所以L=（65-20）/2=22.5mm。
L1=3，L2=0，L3=0。
2.钻孔、扩孔、倒角。
（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：
d＝Φ20mm,β=30°，2Φ=118°,2Φ=70°，bε=3.5mm,ao=12°,Ψ=55°,b=2mm，l=4mm。
根据零件的生产类型和加工要求由《机械制造技术基础课程设计指导教程》P47表3-4；选用钻头直径为d=21.00mm，莫氏锥柄号为2的莫氏锥柄麻花钻，材料为高速钢。
根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=0.48。
a.按机床进给强度决定进给量：
根据表2.9,当σb＝210MPa，d0＝20.5mm得f=0.75，按C3163-1车床说明书取f=0.62mm/n。
b.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。
c.切削速度。
由《切削用量简明手册》，表2.15得V=21m/min，n=1000V/
D=334.4。
由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min，取280n/min，即取n=280m/min，实际V=17m/min。
d.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Ψ+△=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1.24可以查出当σｂ＝160～245HBS时ａp≤2.8mm,f≤0.6mm/r,Vc≤41mm/min，Pc＝3.4kw.按C3163-1车床说明书得主电机功率P=11kw，可见Pc比P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do=21mm，f＝0.64mm查得转矩Ｍ＝61.8N·M。
《切削用量简明手册》表由表2.32得功率公式Pc＝McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67km，按C3163-1车床说明书得主电机功率Ｐ=11kw可见Pc比P小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要。
工序Ⅱ：
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/min），切削工时t=Zblηk/1000vfzZ。
式中：
Zb—单面余量1.5mm（由Φ21mm拉削到Φ25mm）；
L—拉削表面长度，取80mm；
η—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=80/12≈7。
∴其本工时Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13（min）。
工序Ⅲ：
粗铣，精铣B面。
加工要求：
粗铣B面，精铣B面，Ra=3.2um。
用标准镶齿圆柱铣刀粗铣，加工余量3mm。
机床：
X62W。
加工工件尺寸：
宽度：
40mm长度：
28mm。
1.粗铣
（1）选择刀具。
根据《切削用量简明手册》表3.1铣削宽度ae≤5mm时。
直径为do=50mm，故齿数Z=8，由于采用标准镶齿圆柱铣刀，铣刀几何参数（表3.2）rn=10°ao=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ac＝2.8±0.8mm，由于加工表面精度要求Ra=3.2um.根据表3.5得每转进给量f＝0.5～1mm/r就能满足要求，但考虑到X62W功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和X62W铣床说明书,所以每转进给量f＝0.6mm/r。
（3）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，铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6，镶齿铣刀do=50mm，刀具寿命T=120min。
（4）决定切削速度Vc
根据《切削用量简明手册》表3.9确定Z=8，ap=40-70mm，ac=2.8±0.8mm，fz=f/z=0.0750.1（mm/z）。
由公式：
Vc=（Cv·do·qv）/（Tm·ap·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）
式中：
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。
由公式得：
Kv=Km·Ksv·KTv=1.12×0.8×0.82=0.73472
Vc=23.7m/min
n=1000V/
d=（1000×23.7）/（3.14×50）=151（r/min）
根据X62W型铣床说明书选n=150r/min,Vf=nf=150x0.6=95mm/min,
Vc=3.14nd/1000=（150*3.14*50）/1000=23.55m/min。
选Vf=95mm/min实际fz=Vf/（n·z）=0.0792mm/z。
（5）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，则Pc=0.8kw。
切削功率的修正系数：
Pct＜0.8。
根据X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为：
Pcm=7.5×0.75=5.63kw，
故Pcc＜Pcm，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/z。
（6）基本工时
根据《切削用量简明手册》表3.5可得：
Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/80=0.525（min），其中L1+△=14mm。
2.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ae＝0.2mm，f＝0.6。
（3）决定切削速度Vc。
根据《切削用量简明手册》表3.9确定：
ac=0.2mm,Vc=（Cvdoqv）/（Tm·ap·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）=33.1m/min，
n=1000V/
d=（1000x33.1）/（3.14x50）=211r/min。
根据X62W型铣床说明书选
n=210r/min，Vf=nf=210x0.6=126mm/min，VF=125mm/min，fz=Vf/（nxz）=
0.074mm/Z。
（4）基本工时。
根据《切削用量简明手册》表3.5可得：
Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/125=0.336（min），其中L1+△=14mm。
工序Ⅳ：
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：
X62W。
（1）选择刀具：
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=15°，ao=12°，an=6°，Z=16。
（2）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/z。
（3）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。
（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=（Cv·D·qv）/（Tm·apxv·fzyv·aeuv·zpv）·Kv
其中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。
则Kv=Km·Ksv·KTv=1.12×0.8×0.82=0.79。
代入上式，得：
Vc=（Cv·D·qv）/（Tm·apxv·fzyv·aeuv·zpv）·Kv=82.86m/min
n=1000×Vc/
do=1000×82.86/3.14×63=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，
Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min，Vf=110mm/min，fzc=110/375×16=0.018mm/z。
（5）机床功率：
根据《切削用量简明手册》表3.28公式可得
圆周力Fc=（CF·apxf·fzyF·aeVF·Z/doaF·nWF）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，则：
Fc=（CF·apxf·fzyF·aeVF·Z/doaF·nWF）KFC=30×8×0.018×8/63×375=505.6N
M=FC·do/2×103=15.9N·M
Pc=Fc·Vc/1000=1.18km
根据X62W型铣床说明书，功率足够。
（6）基本工时：
根据《切削用量简明手册》表3.5可知
Tm=（L+L1+△）/Vf=（40+14）/110=0.49（min），L1+△=14mm。
工序Ⅴ：
铣宽为18+0.0120mm槽。
加工要求：
用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽18+0.0120mm，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=15°，ao=12°，an=6°，Z=24。
（2）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f=0.5mm/r，现取f=0.8mm/r，fz=0.5/24=0.02mm/z。
（3）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。
（4）确定切削速度Vc和每齿进给量：
由《切削用量简明手册》3.27的公式
Vc=（Cv·do·qv）/（Tm·ap·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）·Kv
式中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
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