拨叉工艺分析.docx
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拨叉工艺分析
1.1拨叉C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。
1.2拨叉C的工艺分析
拨叉C是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。
其底槽侧边与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。
因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。
1.3拨叉C的工艺要求
一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。
而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。
设计者要考虑加工工艺问题。
工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。
其余
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一
未注明圆角半径R3~5mm
图1.1拨叉C零件图
其加工有四组加工：
25H7内花键孔；粗精铳上端面；粗精铳18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并
攻丝。
（1）.以22H12为主要加工面，拉内花键槽25H7，槽数为6个，其粗糙度要求是底边Ra=1.6，侧边Ra=3.2，22H12内孔粗糙度Ra=6.3。
（2）.另一组加工是粗精铳上端面，表面粗糙度要求为Ra=3.2。
（3）.第三组为粗精铳18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边Ra二3.2，槽底的表面粗糙度要求是Ra=6.3°
（4）钻并攻丝2-M8°
1.4毛坯的选择
拨叉c毛坯选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。
单边余量一般在1~3mm,
结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。
因其年产量是5000件，查《机械加工工艺手册》表
2.1-3,生产类型为中批量生产。
1.工艺规程设计
2.1加工工艺过程
由以上分析可知。
该拨叉零件的主要加工表面是平面、内花键和槽系。
一般来说，保证平面的加工精度要比保证内花键的加工精度容易。
因此，对于拨叉C来说，加工过程中的主要问题是保证内花键的尺寸
精度及位置精度，处理好内花键和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。
由上工艺分析知，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，所以，保证内花键高精度是本次设计的重点、难点。
2.2确定各表面加工方案
一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。
设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。
对于设计拨叉C的加工工艺来说，应选择能够满足内花键加工精度要求的加工方法及设备。
除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。
在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。
2.2.1在选择各表面、内花键及槽的加工方法时，要综合考虑以下因素
（1）.要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。
（2）.根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。
在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。
（3）.考虑被加工材料的性质。
（4）.考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。
（5）.此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。
选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。
再选择前面各工序的加工方
法。
2.2.2上端面的加工
查《机械加工工艺手册》表2.1-12可以确定，上端面的加工方案为：
粗铳一一精铳（IT7-IT9），粗糙度为Ra=6.3〜0.8,—般不淬硬的平面，精铳的粗糙度可以较小。
2.2.3孔的加工
（1）加工内花键前的预制孔22H12加工
查《机械加工工艺手册》表2.3-47，由于预制孔的精度为H12，所以确定预制孔的加工方案为：
一次
钻孔，由于在拉削过程中才能保证预制孔表面精度，所以，在加工内花键前预制孔的精度可适当降低。
（2）内花键的加工
通过拉刀实现花键的加工，由于拉削的精度高，所以能满足花键表面精度，同时也能保证预制孔表面精度。
（3）2-M8螺纹孔的加工
加工方案定为：
钻，攻丝。
2.3确定定位基准2.3.1粗基准的选择
选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、
位子符合图纸要求。
粗基准选择应当满足以下要求：
（1）.粗基准的选择应以加工表面为粗基准。
目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。
如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。
以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
（2）.选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。
例如：
机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。
因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。
这样就
能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。
（3）.应选择加工余量最小的表面作为粗基准。
这样可以保证该面有足够的加工余量。
（4）.应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。
有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。
（5）.粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。
多次使用难以保证表面间的
位置精度。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中基本上都能用
统一的基准定位。
从拨叉C零件图分析可知，选择作为拨叉C加工粗基准。
2.3.2精基准选择的原则
（1）.基准重合原则。
即尽可能选择设计基准作为定位基准。
这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。
（2）.基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。
基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。
例如：
轴类零件常用顶针孔作为定位基准。
车削、磨削都以顶针孔定位，这样不但在一次装夹中能加工大多书表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。
（3）.互为基准的原则。
选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。
例如：
对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。
自为基准原则。
有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。
例如：
磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。
此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。
此外，还应选择工件上精度高。
尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。
并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。
要从保证孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置，能保证拨叉C在整个加工过程中基本上都能用
统一的基准定位。
从拨叉C零件图分析可知，它的25H7内花键槽，适于作精基准使用。
选择精基准的原则时，考虑的重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准。
2.4工艺路线的拟订
对于大批量生产的零件，一般总是首先加工岀统一的基准。
拨叉C的加工的第一个工序也就是加工统
一的基准。
具体安排是：
先加工预制孔，再加工花键槽，最后以花键槽定位粗、精加工拨叉上端面和底槽及M8螺纹孔。
后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。
2.4.1工序的合理组合
确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。
确定工序数的基本原则：
（1）.工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备。
简单的机床工艺装备。
生产准备工作量少，产品更换容易。
对工人的技术要求水平不高。
但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
（2）.工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
加工工序完成以后，将工件清洗干净。
清洗是在80-90c的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚
硝酸钠溶液中进行的。
清洗后用压缩空气吹干净。
保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大
于200mg。
2.4.2工序的集中与分散
制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。
所谓工序集中，
就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。
（1）.工序集中的特点工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。
使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。
但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
（2）.工序分散的特点
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。
便于采用通用设备。
简单的机床工艺装备。
生产准备工作量少，产品更换容易。
对工人的技术要求水平不高。
但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。
加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。
但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。
结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
由于近代计算机控制机床及加工中心的岀现，使得工序集中的优点更为突岀，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。
2.4.3加工阶段的划分
零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：
（1）.粗加工阶段
粗加工的目的是切去绝大部分多余的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。
粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。
一般粗加工的公差等级为IT11〜IT12。
粗糙度为Ra=80〜100卩m。
（2）.半精加工阶段
半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。
半精加工的公差等级为IT9〜IT10。
表面粗糙度为Ra=10〜1.25卩m。
（3）.精加工阶段
精加工阶段切除剩余的少量加工余量，主要目的是保证零件的形状位置几精度，尺寸精度及表面粗糙度
使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后，可防止或减少工件精加工表面损伤。
精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度.精加工的加工精度一般为IT6〜IT7，表面粗糙度为Ra10~1.25gm。
（4）.光整加工阶段
对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。
一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5~IT6,表面粗糙度为Ra1.25〜0.32卩m。
此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。
由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。
但须指岀加工阶段的划分并不是绝对的。
在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，
以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。
必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。
例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小空之类的粗加工。
2.4.4加工工艺路线方案的比较
在保证零件尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等技术条件下，成批量生产可以考虑采用专用机床，以便提高生产率。
但同时考虑到经济效果，降低生产成本，拟订两个加工工艺路线方案。
见下表：
表1.1加工工艺路线方案比较表
工序号
方案I
方案U
工序内容
定位基准
工序内容
定位基准
010
钻预制孔
底面和侧面
钻预制孔
底面和侧面
020
粗、精铳上端面
已加工预制孔和侧面
拉内花键
©25H7
已加工预制孔和侧面
030
粗、精铳18H11底
槽
已加工预制孔和侧面
粗、精铳18H11底
槽
内花键和侧面
040
钻2-M8通孔，攻丝
已加工预制孔和侧面
粗、精铳上端面
内花键和侧面
050
拉内花键
©25H7
已加工预制孔和侧面
钻2-M8通孔，攻丝
内花键和侧面
060
去毛刺，清洗
去毛刺，清洗
070
检验
检验
加工工艺路线方案的论证：
方案I、H主要区别在于在加工上端面及以下工序时，所选定位基准不同，方案I选用预制孔为主要
定位基准，方案H选用花键作主要定位基准，很显然选用内花键做定位基准更符合设计要求，因为其表面精度更高，且和某些需加工面有位置精度要求。
由以上分析：
方案H为合理、经济的加工工艺路线方案。
具体的工艺过程如下表：
表1.2加工工艺过程表
工序号
工种
工作内容
010
铸造
金属型浇铸
铸件毛坯尺寸：
长：
80mm宽：
40mm高：
75mm
预制孔、底槽不铸岀
020
热处理
退火
030
钻
钻预制孔©22H12
专用夹具装夹；轻型圆柱立式钻床
（ZQ5035）
040
拉
拉内花键©25H7
专用夹具装夹；卧式拉床（L6120）
050
铣
铣底槽18H11,深35mm
专用夹具装夹；
卧式铳床（X52K）
060
铣
粗、精铳上端面
专用夹具装夹；
卧式铳床（X52K）
070
钻、铰、
攻丝
钻通孔©6.7mm
攻M8螺纹
专用夹具装夹；
摇臂钻床（Z3025）
组合攻丝机
080
去毛刺
清洗
090
检验入库
2.5拨叉C的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
拨叉C的制造采用的是金属型浇铸，其材料是HT200，生产类型为中批量生产，采用铸造毛坯。
2.5.1毛坯的结构工艺要求
（1）.拨叉C为铸造件，对毛坯的结构工艺有一定要求：
1、铸件的壁厚应合适、均匀，不得有突然变化。
2、铸造圆角要适当，的得有尖棱、尖角。
3、铸件的结构要尽量简化，并要有合理的起模斜度，以减少分型面、芯子。
并便于起模。
4、加强肋的厚度和分布要合理，以免冷却时铸件变形或产生裂纹。
5、铸件的选材要合理，应有较好的可铸性。
（2）.设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：
1、各加工面的几何形状应尽量简单。
2、工艺基准以设计基准相一致。
3、便于装夹、加工和检查。
4、结构要统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。
在确定毛坯时，要考虑经济性。
虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。
因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。
在毛坯的种类
形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。
2.5.2拨叉C的偏差计算
（1）.预制孔及花键孔的偏差及加工余量计算
加工预制孔时，由于铸造是没铸出，且为一次钻出，通过拉削后保证花键尺寸25H7mm，预制孔
尺寸22H12mm，查《机械加工工艺手册》表2.3-54,得花键拉削余量为0.7〜0.8mm，取0.8mm，即预制孔加工到21.2mm，一次拉削到设计要求，查《机械加工工艺手册》表1.12-11,得花键偏差为00.045mm
（2）.拨叉上端面的偏差及加工余量计算
根据工序要求，其加工分粗、精铣加工。
各工步余量如下：
粗铳：
参照《机械加工工艺手册第1卷》表3.2-23。
其余量值规定为2.7〜3.4mm，现取3.0mm。
表3.2-27粗铳平面时厚度偏差取—0.28mm。
精铳：
参照《机械加工工艺手册》表2.3-59，其余量值规定为1mm。
铸造毛坯的基本尺寸为723.0^76mm根据《机械加工工艺手册》表2.3-11,铸件尺寸公差等
级选用CT7，再查表2.3-9可得铸件尺寸公差为1.1mm
/,毛坯的名义尺寸为：
72+3.0+1=76mn。
毛坯最小尺寸为：
76—0.55=75.45mm
毛坯最大尺寸为：
760.55二76.55mm
粗铳后最大尺寸为：
72•1=73mm
粗铳后最小尺寸为：
73-0.28二72.72mm
精铳后尺寸与零件图尺寸相同，即保证尺寸72mm，表面与花键轴的平行度公差为0.1mm。
（3）.18H11（1800.018）槽偏差及加工余量:
铸造时槽没铸出，参照《机械加工工艺师手册》表21-5，得粗铳其槽边双边机加工余量2Z=2.0mm，
槽深机加工余量为2.0mm，再由参照参考文献［1］表21-5的刀具选择可得其极限偏差：
粗加工为00.110，精
加工为00.013。
粗铳两边工序尺寸为：
18-2=16mm；
粗铳后毛坯最大尺寸为：
16•0.11=16.11mm；
粗铳后毛坯最小尺寸为：
16+0=16mm;
粗铳槽底工序尺寸为：
33mm;
精铣两边工序尺寸为：
18。
0.013，已达到其加工要求：
18。
°.018。
（4）、2-M8螺纹偏差及加工余量：
参照《机械加工工艺手册》表2.2-2，2.2-25,2.3-13和《互换性与技术测量》表1-8，可以查得：
钻孔的精度等级：
IT12，表面粗糙度Ra=12.5um，尺寸偏差是0.15mm
查《机械加工工艺手册》表2.3-47，表2.3-48，表2.3-71。
确定工序尺寸及加工余量为：
加工该组孔的工艺是：
钻一一攻丝
钻孔：
6.7nm攻丝：
攻2-M8螺纹孔。
2.6确定切削用量及基本工时（机动时间）
工序1:
钻预制孔
机床：
轻型圆柱立式钻床（ZQ5035）
刀具：
查《实用机械加工工艺手册》表10-175，选高速钢直柄麻花钻，钻预制孔到■-21.2mm，所以
d=21.2mm。
进给量f:
根据《机械加工工艺手册》表2.4-38，取f=0.5mm/r切削速度V:
参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取V=0.45m/s
机床主轴转速n，有：
1000v10000.4560…「-
n405.6r/min，
江d3.14汉21.2
按照《机械加工工艺手册》表3.1-36，取n=475r/min
兀dn314汇212^475
所以实际切削速度v:
v0.52m/s
10001000汉60
切削工时
被切削层长度I：
I=80mm
刀具切入长度l1:
d21.2
l1ctgkr（1~2）ctg1201=5.9mm6mm
刀具切出长度l2:
l2=1〜4mm取l2=3mm
走刀次数为1
机动时间tj2:
tj2=—=80—-_3：
0.37min
jfn0.5x475
工序2•拉内花键25H7
机床：
卧式拉床L6120。
刀具：
查《复杂刀具设计手册》表1.3-1,选择拉刀类型为矩形花键拉刀第三型号，该刀具特点：
拉削长度大于30mm，同时加工齿数不小于5。
材料：
W18Cr4V做拉刀材料，柄部采用40Cr材料（具体刀具设计见拉刀设计）。
拉削过程中，刀具进给方向和拉削方向一致，拉刀各齿齿升量详见拉刀设计，拉削的进给量即为单面
的齿升量。
查《机械加工工艺手册》表2.4-118和2.4-119，确定拉削速度v=0.116〜0.08口叹，取
山0.10口％。
拉削工件长度I：
I=80mm；
拉刀长度|1：
h=753mm（见拉刀设计）；
拉刀切出长度I2=5~10mm，取|2=10mm。
走刀次数一次。
根据以上数据代入公式（计算公式由《机械加工工艺手册》表2.5-20获得），得机动时间tj
Il1l28075310
tj--s=8.43s=0.14min
1000v1000x0.1
工序3•粗、精铳18H11底槽
机床：
立式升降台铳床（X52K）
刀具：
根据《实用机械加工工艺师手册》表21-5选用高速钢镶齿三面刃铳刀。
外径160mm,内径40mm，刀宽粗铳16mm，精铳18mm，齿数为24齿。
（1）、粗铳16槽
铳削深度ap:
ap=33mm
每齿进给量af：
查《机械加工工艺手册》表2.4-75，得af=0.2〜0.3mm/z，取
af=0.2mm/z。
铳削速度V:
查《机械加工工艺师手册》表30-33，得V=14m
机床主轴转速n:
1000V
n=
/min
100014
27.9r/min
3.14心60
3.1-74取n=30r/min
3.1416030小小，
0.25m/s100060
查《机械加工工艺手册》表
兀Dn
实际切削速度v:
v=
1000
进给量Vf：
Vf=afZn=0.22430/60=2.4mm/s
工作台每分进给量fm:
fm二Vf=2.4mm/s=144mm/min被切削层长度I:
由毛坯尺寸可知I=40mm
刀具切入长度I1:
I1=0.5D（1~2）
=81mm
刀具切出长度I2:
取J=2mm
走刀次数1次
根据《机械加工工艺手册》表2.4-76查得：
进给量af=0.05mm/z，查《机械加工工艺手册》
表2.4-82得切削速度V=23m/min,机床主轴转速n:
1000V100023….
n45.8r/min，
nd3.14x160
查《机械加工工艺手册》表3.1-74取门=47.5r/min
进给量Vf：
Vf=afZn=0.052447.5/60=0.95mm/s
工作台每分进给量fm:
fm=Vf=0.18mm/s=57mm/min
被切削层长度I:
由毛坯尺寸可知I=40mm,
刀具切入长度l1:
l1=0.5D（1~2）
=81mm
刀具切出长度l2
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