机械制造工艺课程设计.docx

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机械制造工艺课程设计

机械制造工程学

课程设计说明书

设计题目：

“拨叉”831008零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计（年产量4000件）

序言

机械制造工艺学课程设计是在我们进行毕业设计之前一次综合性的总复习，是一次理论联系实际的机会。

应好好把握这次机会提高自己分析问题、解决问题的能力，为今后的学习工作打下扎实的基础。

1、零件分析

（一）零件的作用：

所给零件为CA6140车床的拨叉（831008），其作用为换挡，使得机床主轴按照操纵者的要求工作。

拨叉上的φ20孔与操纵机构相连，由操纵机构带动拨叉，再由另一端φ50的半孔（与传动轴接触）带动齿轮，完成换挡工作。

（二）零件工艺分析：

零件加工表面有如下几组：

1.孔φ20上下端面，表面粗糙度为3.2μm，上端面与φ20孔轴线有垂直度公差要求；

2.孔φ50上下端面，表面粗糙度为3.2μm，上下端面宽度尺寸公差为（-0.06，-0.18），且与φ20孔轴线有垂直度公差要求；

3.孔φ20尺寸公差为（+0.021，0），孔φ50尺寸公差为（+0.50，+0.25）；

4.孔φ20圆柱体上部螺纹孔M6、φ8通孔；该圆柱体下部与两孔轴线连线成47°夹角的平面，其两加工平面粗糙度均为3.2μm。

由以上表面尺寸、位置精度、设计基准等分析可知，可先加工一孔的上下两端面，再以已加工端面为精基准加工其他端面。

2、工艺规程设计

（1）确定毛坯的制造形式：

零件的材料为HT200，塑性较差，易于铸造。

拨叉在工作中受到冲击较小，且零件形状并不复杂，因此采用铸件毛坯。

零件重1.0Kg，年产量为4000件。

由《机械制造工艺及设备设计指导手册》321页，表15-2查得，为中批生产。

由《机械加工余量手册》表1-3，选用金属型浇注，表面粗糙度可达12.5μm--6.3μm，尺寸精度达0.1mm--0.5mm。

（二）基面的选择：

1.粗基准的选择：

粗基准的选择主要遵循两条原则：

（1）尽量选择精度要求高的主要表面；

（2）选择非加工表面。

在本设计中，即选择底面或选择非加工表面作为粗基准。

若选择底面作为粗基准，则可保证底面在后续加工中有足够且均匀的加工余量。

但底面与φ20孔之见有垂直度要求，选择底面为粗基准不易保证其位置精度。

而选择非加工表面作为粗基准，则可以先加工底面，再以之为基准加工φ20孔，这样可保证位置精度。

因此，选择φ20孔圆柱体的非加工表面作为粗基准。

2.精基准的选择：

精基准的选择应尽量符合基准重合原则，此零件的设计基准为底面、φ20孔上端面与φ20孔轴线。

具体设计在制订工艺路线时，根据工序安排具体确定。

3.制订工艺路线

制订加工工艺路线时，首先要确保工序安排合理。

即：

先加工基准表面，后加工其他表面；先安排粗加工，后安排精加工；先加工平面，后加工孔；先加工主要表面，后加工次要表面。

查《机械手册》，得φ20孔的公差等级为IT7，φ50孔的公差等级为IT12，表面粗糙度为3.2μm。

查《机械制造工艺及设备设计指导手册》与教材《汽车制造工艺学》，设计出一下方案：

工艺路线方案一：

工序1铸造毛坯；

工序2以φ20孔圆柱外表面为粗基准，钻、扩两φ20两孔；

工序3以φ20孔为精基准，粗铣、半精铣底面；

工序4以φ20孔为精基准，粗铣、半精铣φ50孔上端面与φ20孔上端面；

工序5以φ20孔为精基准，粗镗、半精镗φ50孔；

工序6切断

工序7以φ20上端面为精基准，钻φ8孔；

工序8攻螺纹M6；

工序9以φ20孔为精基准，粗铣、半精铣47°平面；

工序10清洗；

工序11检查。

工艺路线方案二：

工序1以φ20圆柱外表面为粗基准，粗铣、半精铣底面；

工序2以底面为精基准，钻、扩、铰、精铰两φ20孔；

工序3以底面为精基准，粗铣、半精铣两φ20孔上端面、φ50孔上端面；

工序4以φ20孔为精基准，粗镗、半精镗φ50孔；

工序5切断；

工序6以φ20孔为精基准，钻φ8孔；

工序7攻螺纹M6；

工序8以φ20孔为精基准，粗铣、半精铣47°平面；

工序9清洗；

工序10检查。

方案比较分析

比较上述两个方案。

方案一以非加工表面为粗基准，先加工φ20孔，再以φ20孔为精基准加工平面。

虽然该方案理论上可得到较好的位置精度，但由于先加工孔再加工面，不利于定位装夹与对刀，道具不易定心，刀具易磨损、打刀。

方案二先加工底面，再以底面为精基准加工φ20孔，通过相对位置保证垂直度，可避免出现方案一的不利情况发生，但以底面为精基准铣上端面是间接保证上端面与φ20孔垂直度的方法，难以保证位置精度质量。

综合上述分析，得到最终加工工艺路线方案：

工序1以φ20圆柱上端面为粗基准，粗铣、半精铣底面；

工序2以底面为精基准，钻、扩、铰、精铰两φ20孔；

工序3以φ20孔为精基准，粗镗、半精镗φ50孔；

工序4切断；

工序5以φ20孔与底面为精基准，粗铣、半精铣φ20孔上端面与φ50孔上端面；

工序6以φ20孔为精基准钻φ8孔；

工序7攻螺纹M6；

工序8以φ20孔为精基准，粗铣、半精铣47°平面；

工序9清洗；

工序10检查。

4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

CA6140车床拨叉831008零件材料为HT200，毛坯重量为1.0Kg，生产类型为中批生产，采用金属型浇注毛坯。

由上述资料以及前述加工工艺路线方案，可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。

1.拨叉尺寸较小，且两零件关于φ50孔对称，故可一次浇注两个相连零件，φ20孔较小可不注出；

2.根据零件尺寸查《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15-10与表15-11，可得金属模铸造R=3-5mm，拔模斜度外表面α=0°45′。

3.

（1）钻、扩、粗铰、精铰两φ20内孔精度要求IT7查《机械加工余量手册》表5-30确定工序尺寸及余量为：

钻孔：

φ18

扩孔：

φ19.8 2Z=1.8mm

半精绞：

φ19.94 2Z=0.14mm

精绞：

（2）镗φ50内孔

毛坯为铸孔,内孔精度要求IT12表面粗糙度为Ra3.6,查《机械加工余量手册》表5-32确定工序尺寸及余量为:

一次 粗镗φ45

二次 粗镗φ48 2Z=3

三次 半精镗φ49.7 2Z=1.7

四次 精镗

 2Z=0.3

（3）内孔φ50端面加工余量（计算长度为

）：

①按照《机械加工余量手册》表5-45与表5-47

得孔外端面单边加工余量为1.5,基准为2.0

公差CT=1.1（表1-4）

②铣削余量（2.3-2.1）

精铣削的公称余量（单边）为Z=1.0

铣削公差：

现规定本工序（粗削）的加工精度为IT11级,因此可知本工序的加工尺寸偏差-0.22mm（入体方向）,由于毛坯及以后各道工序的加工都有加工公差,因此规定的加工余量其实只是名义上的加工余量,实际上,加工余量有最大及最小之分,由于本设计规定的零件为中批生产应该采用调整法加工,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定.

φ50基准端面毛坯尺寸加工余量

 Zmax=2.0+1.1=3.1

  Zmin=2.0-1.1=0.9

φ50半精铣的加工余量（单边）Z=0.8

粗铣加工余量（单边）Z=1.2

 毛坯名义尺寸:

12+2×2=16

 毛坯最大尺寸:

16+1.1×2=18.2

毛坯最小尺寸:

16-0=16

粗镗后最大尺寸:

12+0.8=12.8

粗镗后最小尺寸:

12.8-0.22=12.58

半精镗后与零件图尺寸相同即

（4）两φ32圆柱端面加工余量及公差

圆柱φ32圆柱端面为自由尺寸公差,表面粗糙度值要求为Ra3.2,要求粗铣、半精铣比对单边余量Z=1.5mm，公差CT=1.3（查表与（3）相同）

4.φ32半精铣的加工余量（单边）Z=0.8

粗铣加工余量（单边）Z=1.2

 毛坯名义尺寸:

30+2×2=34

 毛坯最大尺寸:

34+1.1×2=36.4

毛坯最小尺寸:

34-0=34

粗铣后最大尺寸:

30+0.8=30.8

粗铣后最小尺寸:

30.8-0.22=30.58

半精铣后与零件图尺寸相同

5.确定切削用量及基本工时

工序1粗铣、半精铣底面（选用X52K立式铣床和专用夹具）

1.选择工具 据《切削手册》

（1）根据表1.2选择YG6硬质合金刀具

 根据表3.1铣前深度ap≤4铣削宽度ae≤90端铣刀直径D0=100mm

由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=10

（2）铣刀几何形状查表（3.2）由于HBS=200>150,r0=0°　α0=8°Kr=45°Kre=30°

          Kr′=5°λs=-20°α0′=8°bq=1.2

2.选择切削用量

（1）决定铣削深度ap（由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度为12.5~6.3所以可以在一次走刀内切完）

ap=h=2mm

（2）决定每齿进给量fz当使用YG6铣床功率为7.5KW

查表3.5时fz=0.14~0.24mm/z取fz=0.18

（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命

根据表3.7铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5,由于铣刀直径d0=100mm故刀具寿命T=180min（查表3.8）

（4）根据（表3.16）当d0=100mmZ=10ap=2fz=0.18i=98m/minnt=32r/minft=490mm/min

各修正系数为:

km=kmn=kmf=0.89

     Ks=ksn=ksf=0.8

故:

c=tk=98×0.89×0.8=70m/min

n=ntkn=322×0.89×0.8=230r/min

f=ftkt=490×0.89×0.8=350.3mm/min

根据X52K型立铣说明书（《设计手册》表4.2-35）选择

n=300r/min fc=375mm/min

因此实际切削速度和每齿进给量为

C=πd0n/1000=3.14×100×300/1000=94.2m/min

Fzc=fc/（nc×Z）=375/300×10=0.125mm/z

（5）根据机床功率:

根据表3.24当HBS=170~240ae≤9mmap≤2d=100Z=10f=375mm/min

近似Pcc=3.8KW

根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.5×0.75=5.63KW,故Pcc

ap=2f=375mm/minn=300r/minc=94.2m/minfz=0.125mm/z

（6）计算基本工时

tm=L/f

式中L=176mm根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+Δ=35则L=（176+35）=221mm故tm=221/375=0.56min

工序2钻扩两孔φ20（选用Z3025摇臂钻床和专用夹具）

1选择钻头

选择锥柄麻花钻（GB1438-85）查表d0=18

钻头几何形状（表2.1及表2.2）

双锥,修磨横刃β=30°2φ=100°bξ=3.5α0=11°b=2mmL=4mm

2.选择切削刀具

①进给量f

（1）按加工要求决定进给量:

根据表2.7当加工要求为H12~HB精度

铸铁HBS>200d0=18mmf=0.43~0.53mm/r

由于L/d=30/18=1.67故应乘以孔深修正系数kcf=1 

f=0.43~0.53mm/r

（2）按钻头强度决定进给量

根据表2-8当HBS=200d=18mm钻头强度允许的进给量f=1.6mm/r

（3）按机床进给机构强度决定进给量

根据表2.9当HBS>210d0=≤20.5机床进给机构允许的轴向力为6960N

（Z3025钻床允许的轴向力为7848N见《设计手册》表4.2-11）进给量为0.6mm/r从以上三个进给量比较可看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为f=0.43~0.53mm/r

根据Z3025钻床,选择f=0.5mm/r

②决定钻头磨钝标准及寿命

由表2.12当d0=18时,钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm,寿命T=60min

③切削进度

由表2.15HBS170~240,f=0.5mm/rd>20c=16m/min

 n=1000/πd0=1000×16/（3.14×20）=254.7r/min

④检验机床扭矩及功率

根据表2.20当f=0.5mm/rd0<19时mt=64.45N*M

根据Z3025钻床说明书当nc=250r/min时Mm=80N*M

根据表2.23当HBS200d0=20f=0.53mm/rc=16m/min时Pc=1.1KW

查《设计手册》表4.2-11PE=2.2KW

由于MC

f=0.5mm/rnc=250r/min c=16m/min

⒊计算基本工时

tm=L/nf

L=L+Y+Δ,L=30mm入切量及超切量由表2.29查出Y+Δ=10mm

tm=L/nf=（30+10）/（250×0.5）=0.32min

两孔tm=0.32×0.2=0.64min

4.扩孔

（1）选择扩刀

选择硬质合金扩孔钻刀d0=19.8mm

钻头几何形状为r0=5°α0=8°kr=30°krζ=30°β=10°bα0=1mm

（2）选择进给量及切削进度

查《简明机械加工工艺手册》表11-15

切削速度=（1/2-1/3）钻

=（1/2-1/3）×16

=8～5.3m/min 取=6m/min

n=1000/πd0=1000×6/3.14×20=95.5r/min

查表2.10d0=20HB=200时,f=0.9～1.1

根据Z3025钻床说明书选择f=1.0mm/r

（3）钻头磨钝标准及寿命

由表2.12当d0=20mm时,扩孔钻后刀面最大磨损限度为0.6mm寿命T=30min

tm=L/nf=L+Y+Δ/nf=（30+10）/（125×1）=0.23min

两孔tm=2×0.32=0.64min

工序3半精铰精铰两孔φ20（选用Z3025摇臂钻床和专用夹具）

1.选择铰刀

查《设计手册》表3.1-19选用硬质合金锥柄机用铰刀（GB4252-64）d=20m

2.选择进给量f

（1）绞刀磨钝标准及寿命

由表2.12,当d0=20mm时,绞刀后刀面最大磨损取为0.5mm寿命T=45min

（2）切削速度进给量f

查《切削手册》表2.25

铸铁硬度HBS200 d0=10~25mm ap=0.06~0.15mm

（半精绞ap=0.07mm精绞为ap=0.03mm均在此范围）

f=0.2~0.4mm/rc=10~15 m/min（无切削液）

根据钻床进给量查《设计手册》表4.2-13取f=0.3mm/r

n=1000/πd0=1000×15/（3.14×20）=239r/min

查表4.2-12取nc=250r/min

3.计算工时

tm=L/nf=L+Y+Δ/nf=（32+10）/（250×0.3）×2=1.12min

工序4粗镗半精镗φ50孔（选用T611卧式铣镗床和专用夹具）

1.选择刀具:

查表《机械加工工艺手册》表11.2-10

选择莫式锥柄3刀杆直径D=30高速钢刀头

2.选择切削用量

有《工艺手册》表2.3-10得

粗镗φ49.72Z=4.8

半精镗φ50+0.50+0.25 2Z=0.2

粗镗孔至φ48,单边余量Z=2.4/mm

一次镗去全部余量ap=2.4mm

进给量f=0.52mm/r

根据有关手册确定卧式镗床的切削速度为=3.5m/min

nw=1000r/Πd=1000×35/3.14×50=223r/min

查表4.2-20T611卧式镗床主轴转速n=250r/min

切削工时L=12L2=3L3=4mm则

t1=（L1+L2+L3）/nf=（12+3+4）/250×0.52=0.15min

半精镗孔

3.切削用量

单边余量Z=0.1mm一次公差去全部余量ap＝0.1mm

进给量f=0.2mm/r

根据有关手册,确定卧式镗床切割进度=5.0m/min

查表4.2-20 T611卧式镗主轴转速 

n=315r/min

切削工时L=12L2=3L3=4则

t2=（L+L2+L3）/nf=（12+3+4）/3.5×0.2=0.3min

工序5切断（选用x62卧式铣床和专用夹具）

1.选择刀具查《设计手册》表3.1-4.1选择中齿锯片铣刀（GB6120-85）

d=400mm L=4mmz=20

2.刀具寿命

查表3.8高速钢切断铣刀d≤40T=45min

3.切削用量

ap=12mm一切走刀切断fz=0.1mm/z

查表3.27 c=Cd0q/TmapxfzxZp

C=10.5d0=40q=0.2Tm=450.15apx=120.2fzx=0.10.4Zp=200.1

c=（10.5×40×0.2）/（450.15×120.2×0.10.4×200.1）=54.9m/min

n=1000/πd0=1000×54.9/（3.14×40）=437r/min

根据x60卧式铣床说明书《设计手册》表

机床主轴转速为nc=400r/min

计算基本工时

tm=L/nf=L+Y+Δ/f=（72+35）/54.9=1.94min

工序6粗铣半精铣端面φ50（选用x62卧式铣床床和专用夹具）

1.选择工具 据《切削手册》

（1）根据表1.2选择YG6硬质合金刀具

 根据表3.1铣前深度ap≤4铣削宽度ae≤90端铣刀直径D0=100mm

由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=10

（2）铣刀几何形状查表（3.2）由于HBS=200>150,r0=0°　

α0=8°Kr=45°Kre=30°

          Kr′=5°λs=-20°α0′=8°bq=1.2

2选择切削用量

（1）决定铣削深度ap（由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度为

12.5~6.3所以可以在一次走刀内切完）

ap=h=2mm

（2）决定每齿进给量fz当使用YG6铣床功率为7.5KW

查表3.5时fz=0.14~0.24mm/z取fz=0.18

（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命

根据表3.7铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5

由于铣刀直径d0=100mm故刀具寿命T=180min（查表3.8）

（4）根据（表3.16）当d0=100mmZ=10ap=2fz=0.18i=98m/minnt=32r/min

ft=490mm/min

各修正系数为:

km=kmn=kmf=0.89

     Ks=ksn=ksf=0.8

故:

c=tk=98×0.89×0.8=70m/min

n=ntkn=322×0.89×0.8=230r/min

f=ftkt=490×0.89×0.8=350.3mm/min

根据X52K型立铣说明书（《设计手册》表4.2-35）选择

n=300r/min fc=375mm/min

因此实际切削速度和每齿进给量为

C=πd0n/1000=3.14×100×300/1000=94.2m/min

Fzc=fc/（nc×Z）=375/300×10=0.125mm/z

（5）根据机床功率:

根据表3.24当HBS=170~240ae≤9mmap≤2d=100Z=10f=375mm/min

近似Pcc=3.8KW

根据X52K型立铣说明机床主轴允许功率为Pcm=7.5×0.75=5.63KW

故Pcc

ap=2f=375mm/minn=300r/minc=94.2m/minfz=0.125mm/z

3.计算基本工时

tm=L/f

式中L=72mm根据表3.26,对称安装铣刀,入切量及超切量Y+Δ=35则

工时为tm=L/nf=（72+3+4）/375=0.21min

工序7粗铣半精铣孔φ20端面（选用x62卧式铣床床和专用夹具）

1.选择工具 《切削手册》

（1）根据表1.2选择YG6硬质合金刀具

 根据表3.1铣前深度ap≤4铣削宽度ae≤90端铣刀直径D0=100mm

由于采用标准硬质合金端铣刀,故齿数Z=10

（2）铣刀几何形状查表（3.2）由于HBS=200>150,r0=0°　

α0=8°Kr=45°Kre=30°

     Kr′=5°λs=-20°α0′=8°bq=1.2

2选择切削用量

（1）决定铣削深度ap（由于加工余量不大,铸体为金属型,铸造表面粗糙度为12.5~6.3所以可以在一次走刀内切完）

ap=h=2mm

（2）决定每齿进给量fz当使用YG6铣床功率为7.5KW

查表3.5时fz=0.14~0.24mm/z取fz=0.18

（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命

根据表3.7铣刀刀齿刀面最大磨损量为粗加工时2.0,精加工时0.5

由于铣刀直径d0=100mm故刀具寿命T=180min（查表3.8）

（4）根据（表3.16）当d0=100mmZ=10ap=2fz=0.18i=98m/minnt=32r/min

ft=490mm/min

各修正系数为:

km=kmn=kmf=0.89

     Ks=ksn=ksf=0.8

故:

c=tk=98×0.89×0.8=70m/min

n=ntkn=322×0.89×0.8=230r/min

f=ftkt=490×0.89×0.8=350.3mm/min

根据X52K型立铣说明书（《设计手册》表4.2-35）选择

n=300r/min fc=375mm/min

因此实际切削速度和每齿进给量为

C=πd0n/1000=3.14×100×300/1000=94.2m/min

Fzc=fc/（nc×Z）=375/300×10=0.125mm/z

（5）根据机床功率:

根据表3.24当HBS=170~240ae≤9mmap≤2d=100Z=10f=375mm/min

近似