机械制造工艺学课程设计说明书拔叉1.docx

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机械制造工艺学课程设计说明书拔叉1

成都理工大学

机械制造工艺学课程设计

——车床CA6140拨叉831007

班级2010级数控三班

学生高手

学号22010510503XX

指导老师XXXXXXXXXXXXXX

2012年4月22日

机械制造工艺学课程设计任务书

题目：

设计“拨叉831007”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量5000件）

内容：

1.零件图1张

2.毛坯图1张

3.机械加工工艺过程综合卡片1张

4.夹具设计装配图1张

5.课程设计说明书1份

序言

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,它在我们大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通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，为今后打下一个良好的基础。

1、零件的分析

1.1零件的作用

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φ22mm孔与操纵机构相连，二下方的φ55mm半孔则是用于与所控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。

1.2零件的工艺分析

零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求。

需要加工的表面：

1.小孔的上端面、大孔的上下端面；

2.小头孔

mm以及与此孔相通的

mm的锥销孔、

螺纹孔；

3.大头半圆孔

mm；

1.3位置要求：

小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm。

由上面分析可知，可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗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。

2、工艺规程设计

2.1确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200。

考虑到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。

选用铸件尺寸公差等级CT9级，已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，可确定该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：

加工过程工序划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

2.2基面的选择

基面的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，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。

2.2.1粗基准的选择：

以零件的底面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。

这样就可以达到限制五个自由度，再加上垂直的一个机械加紧，就可以达到完全定位。

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，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基准。

当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算，此处不再重复。

2.3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。

再生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

处此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

2.3.1工艺路线方案一：

工序Ⅰ粗铣Ф40mm孔的两头的端面，Ф73mm孔的上下端面。

工序Ⅱ精铣Ф40mm孔的两头的端面，Ф73mm孔的上下端面。

工序Ⅲ粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。

工序Ⅳ钻、扩、铰两端Ф22mm孔至图样尺寸。

工序Ⅴ钻M8的螺纹孔，钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，攻M8的螺纹。

工序Ⅵ倒角，4×R5mm。

工序Ⅶ铣断保证图样尺寸。

工序Ⅷ去毛刺，检验。

2.3.2工艺路线方案二

工序Ⅰ以毛坯底边为基准，钻Ф20mm孔,扩孔至Ф21.8mm,铰孔至Ф22+0.0210mm，保证孔的粗糙度。

工序Ⅱ以底端面为基准，铣Ф40mm上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22的垂直度为0.05。

工序Ⅲ以Ф40为精基准，镗Ф55+0.50，镗Ф73+0.50保证其尺寸和粗糙度，与Ф22孔的垂直度为0.07。

工序Ⅳ以孔φ40为精基准，钻孔至φ7mm,铰孔至φ8mm确保孔内粗糙度为1.6。

工序Ⅴ以φ22孔为精基准，钻φ7mm孔。

工序Ⅵ以φ40上端面为精基准，攻M8mm螺纹。

工序Ⅶ倒角，4×R5mm。

工序Ⅷ以φ22孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4mm，使其粗糙度为6.3。

工序Ⅸ去毛刺，检验。

2.3.3工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一是先加工完与Ф22mm的孔有垂直度要求的面再加工孔。

而方案二悄悄相反，先是加工完Ф22mm的孔，再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的三个面。

方案一的装夹次数少，但在加工Ф22mm的时候最多只能保证一个面定位面与之的垂直度要求。

其他两个面很难保证。

因此，此方案有很大的弊端。

方案二在加工三个面时都是用Ф22mm孔的中心轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要求。

这样也体现了基准重合的原则。

这样一比较最终的工艺方案为：

工序Ⅰ以毛坯底边为基准，钻Ф20mm孔,扩孔至Ф21.8mm,铰孔至Ф22+0.0210mm，保证孔的粗糙度。

工序Ⅱ以底端面为基准，铣Ф40mm上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22的垂直度为0.05。

工序Ⅲ以Ф40mm为精基准，镗Ф55+0.50mm，镗Ф73+0.50mm保证其尺寸和粗糙度，与Ф22mm孔的垂直度为0.07。

工序Ⅳ以孔φ40为精基准，钻孔至φ7mm,铰孔至φ8确保孔内粗糙度为1.6。

工序Ⅴ以φ22mm孔为精基准，钻φ7mm孔。

工序Ⅵ以φ40mm上端面为精基准，攻M8mm螺纹。

工序Ⅶ倒角，4×R5mm。

工序Ⅷ以φ22mm孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4mm，使其粗糙度为6.3。

工序Ⅸ去毛刺，检验。

2.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定:

“CA6140车床拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.6㎏,生产类型为大批生产，采用砂型铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，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如下：

1.外圆表面（Ф40mm及Ф73mm外表面）

考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度CT9即可。

又因它们是对称的两个零件最后还需铣断，故对Ф40mm的中心轴线的尺寸偏差为120±1.25mm的范围内。

2.两小孔

mm。

毛坯为实心，两内孔精度要求界于IT7~IT8之间，参照《切屑加工简明实用手册》表8-21确定工序尺寸及余量：

钻孔：

Ф21.8mm2Z=21.8mm

铰孔：

mm2Z=0.2mm

3.中间孔（Ф55mm及Ф73mm）

中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺设计手册表1-13得：

孔的铸造毛坯为Ф49mm、Ф73mm的孔是在Ф55mm孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距离为35mm，由于其对轴向的尺寸要求不高，直接铸造得到。

参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф73mm工序尺寸及余量：

粗铣：

Ф71mmZ=4mm

精铣：

Ф73mmZ=1mm

参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф55mm工序尺寸及余量：

粗镗：

Ф53mm2Z=4mm

半精镗：

Ф54mm

精镗：

Ф55mm

4.螺纹孔及销孔

无可非议此销尺寸铸造为实体。

参照《切屑加工简明实用手册》表8-70确定钻Ф8mm螺纹孔和Ф8mm圆柱销孔及螺纹孔的攻丝。

5.铣断

3、确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ以毛坯底边为基准，钻Ф20mm孔,扩孔至Ф21.8mm,铰孔至Ф22+0.0210mm，保证孔的粗糙度。

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

加工要求：

钻孔至Ф21.8mm，精铰至Ф22mm，保证孔壁粗糙度Ra=1.6μm。

机床：

Z512台式钻床。

刀具：

YG8硬质合金麻花钻Ф21.8mm，钻头采用双头刃磨法，后角

＝12°、二重刃长度

=2.5mm、横刀长b=1.5mm、宽l=3mm、棱带长度

、

°

°、

°。

YG8硬质合金铰刀Ф22mm。

2.计算切削用量

（1）查《切削用量简明手册》

。

按钻头强度选择

按机床强度选择

，最终决定选择机床已有的进给量

。

（2）钻头磨钝标准及寿命　

后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命

．

（3）切削速度

查《切削用量简明手册》

修正系数

故

。

，查《简明手册》机床实际转速为

。

故实际的切削速度

。

3.计算基本工时

工序Ⅱ以底端面为基准，铣Ф40mm上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22mm的垂直度为0.05。

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

加工要求：

粗铣两头端面至51mm、粗铣大孔端面至30mm。

机床：

X52K立式铣床参数。

刀具：

涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm，选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。

2.计算切削用量

（1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。

（2）计算切削速度按《简明手册》

Vc=

算得Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s

据X52K立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度Vc=3.14×80×475/1000=1.06m/s,实际进给量为

fzc=Vfc/ncz=475/（300×10）=0.16mm/z。

（3）校验机床功率查《简明手册》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。

故校验合格。

最终确定ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=1.06m/s，

fz=0.15mm/z。

工序Ⅲ以Ф40为精基准，镗Ф55+0.50mm，镗Ф73+0.50mm保证其尺寸和粗糙度，与Ф22mm孔的垂直度为0.07。

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

加工要求：

粗铣中间孔上端面至22mm，周径至Ф71mm；粗铣

中间孔下端面至24mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；保证粗糙度Ra=3.2μm；精铣中间孔上端面至20mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至保证20mm,周径至Ф73mm，保证端面粗糙度Ra=3.2μm，保证孔壁粗糙度Ra=6.3μm。

机床：

X63卧式铣床。

刀具：

涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm，选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。

2.计算切削用量

（1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择ap=4mm，一次走刀即可完成所需长度。

（2）计算切削速度按《简明手册》

Vc=

算得Vc＝98mm/s，n=780r/min,Vf=490mm/s

据X52K立式铣床参数，选择nc=750r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度Vc=3.14×80×750/1000=1.78m/s,实际进给量为

fzc=Vfc/ncz=750/（300×10）=0.25mm/z。

（3）校验机床功率查《简明手册》Pcc=2kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。

故校验合格。

最终确定ap=1mm，nc=750r/min,Vfc=475mm/s，Vc=1.78m/s，fz=0.15mm/z。

3.计算基本工时

粗铣中间孔上端面至Ф25mm，周径至Ф71mm；tm1=L/Vf=13s

粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；tm2=L/Vf=13s

精铣小孔上端面至50mm，tm3=L/Vf=8s；

精铣中间孔上端面至周径至Ф73mm，tm4=L/Vf=10s；

精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm，tm5=L/Vf=10s。

工序Ⅳ粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

加工要求：

粗镗中间孔至Ф53mm、半精镗中间孔至Ф54mm、精镗中间孔至Ф55mm。

机床：

T616卧式镗床。

刀具：

YG8硬质合金镗刀。

2.计算切削用量

单边余量

分三次切除，则第一次

。

根据《简明手册》4.2-20查得，取

。

根据《简明手册》4.2-21查得，取：

。

3.计算切削基本工时：

同理，当第二次

，第三次

时，进给量

和

，机床主轴转速都取64r/min，切削基本工时分别为100s和80s。

工序Ⅳ以孔φ40为精基准，钻孔至φ7,铰孔至φ8确保孔内粗糙度为1.6。

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

机床：

组合机床。

刀具：

Ф8mm麻花钻、Ф7mm麻花钻

2.计算切削用量

根据《切削手册》查得，进给量为

0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：

查《简明手册》表4.2-15，取

。

所以实际切削速度为：

3.计算切削基本工时：

工序Ⅴ以φ22孔为精基准，钻φ7孔。

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

机床：

组合机床。

刀具：

Ф7mm麻花钻、Ф8mm的丝锥。

2.计算切削用量

刀具：

Ф7mm麻花钻。

根据《切削手册》查得，进给量为

0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：

查《简明手册》表4.2-15，取

。

所以实际切削速度为：

3计算切削基本工时：

工序Ⅵ以φ40上端面为精基准，攻M8螺纹。

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

机床：

组合机床。

刀具：

Ф8mm的丝锥。

2.切削用量

刀具：

丝锥M6，P=1mm

切削用量选为：

，机床主轴转速为：

，按机床使用说明书选取：

，则

；机动时，

，

3.计算切削基本工时：

工序Ⅶ倒角，4×R5mm。

工序Ⅷ以φ22mm孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4，使其粗糙度为6.3

1.加工条件

工件材料：

HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

加工要求：

铣断后保证两边对称相等。

刀具：

YG硬质合金圆盘铣刀，厚度为4mm。

机床：

组合机床。

2.计算切削用量

查《切削手册》，选择进给量为：

切削速度为：

，则：

根据《简明手册》表4.2-39，取

，故实际切削速度为：

查《切削手册》表4.2-40，刚好有

。

3.计算切削基本工时：

4、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，需要设计专用夹具。

4.1问题的提出：

本夹具是用来钻φ22mm孔，对φ22mm孔的加工有一定的技术要求，但在加工本工序时，φ22mm孔尚未加工，而且在扩φ22mm孔后，需要精绞，以达到所要求的精度。

4.2夹具设计

4.2.1定位基准选择

由于是第一道工序，只能是以底面为粗基准。

由于底面是粗基准，所以采用四个球头支撑钉。

4.2.2切削力及夹紧力计算

（1）.切削力

查表得其中：

修正系数

z=24

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=

其中：

为基本安全系数1.5

为加工性质系数1.1

为刀具钝化系数1.1

为断续切削系数1.1

所以

（2）夹紧力

采用V型块夹紧

防止转动

=

K=2.5

=0.16

R=18

得出

=11.2

防止移动

=

K=2.5

=0.2

得出

=8686.1N

由于工件所受夹紧力大于工件所受的切削力，而且实际夹紧力大于所需夹紧力。

故本夹具安全可靠。

4.2.3具体夹具的装配图见附图

4.2.4夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。

应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。

提高夹具性价比。

本道工序为镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。

本工序为精镗切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。

本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。

夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。

为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

设计总结

夹具课程设计即将结束。

回顾整个过程，经过老师和同学的帮助，还有自己不懈的努力，终于定时定量的完成了这次课程设计。

课程设计作为机械制造与自动化专业的重点，使理论与实践结合，对理论知识加深了理解，使生产实习中的理解和认识也到了强化。

本次课程设计主要是机械加工工艺规程设计和专用夹具设计。

机械加工工艺规程设计运用了基准选择等知识，夹具设计的运用了工件定位、夹紧机构等知识。

通过此次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。

学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。

本次设计还存在很多不足之处。

由于对知识的掌握不够扎实，在设计过程中不能全面地考虑问题。

仍需要进一步研究和实践。

这次设计，让我对基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。

提高了思考、解决问题，创新设计的能力。

为以后的设计工作打下了较好基础。

本设计存在很多不足之处，最后恳请老师、同学批评指正！

参考文献:

1.杨叔子，机械加工工艺师手册[M]，北京：

机械工业出版社，2004。

2.上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：

上海科学技术出版社，2004。

3.李洪，机械加工工艺手册[M]，北京：

机械工业出版社，1990。

4.方昆凡，公差与配合手册[M]，北京：

机械工业出版社，1999。

5.王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M]，上海科学技术出版社，2000。

6.东北重型机械学院等，机床夹具设计手册[M]，上海：

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化学工业出版社，2000。

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黑龙江科学技术出版社，1987。

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中国建材工业出版社，2002。

11.黄如林.切屑加工简明实用手册北京：

化学工业出版社,2004.7.

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机械工业出版社,1985.

13.孟少农.机械加工工艺手册.北京:

机械工业出版社,1991.

14.杨叔子.机械加工工艺师手册.北京:

机械工业出版社，2001.

15.王光斗、王春福．机床夹具设计手册．上海：

上海科学技术出版社，2001.

16.吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册.北京:

高等教育出版社2006