工艺设计说明书.docx
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工艺设计说明书
机械制造工艺学
课程设计
班级B140233
姓名杨艳平
学号B14023310
洛阳理工学院
课程设计说明书
课程名称机械制造工艺学
设计课题车床拨叉的机械加工工艺规程设计
专业机械设计制造及其自动化
班级B140233
姓名杨艳平
学号B14023310
2016年4月15日
课程设计任务书
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名杨艳平班级B140233学号B14023310
课程名称：
机械制造工艺学
设计题目：
车床拨叉的机械加工工艺规程设计
设计内容：
1．产品零件图1张
2．毛坯图1张
3．机械加工工艺过程综合卡片1份
4．机械加工工艺工序卡片1份
5．课程设计说明书1份
设计要求：
大批生产
设计（论文）开始日期2016年3月20日
设计（论文）完成日期2016年4月15日
指导老师邹聆昊
课程设计评语
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名杨艳平班级B140233学号B14023310
课程名称：
机械制造工艺学
设计题目：
车床拨叉的机械加工工艺规程设计
课程设计篇幅：
图纸共2张
说明书共19页
指导老师评语：
年月日指导老师
目目录
1、零件的分析4
1.1.零件的作用4
1.2.零件的工艺分析4
1.3.确定零件的生产类型.......................................................................5
2、确定毛坯，绘制毛坯简图...................................................................6
2.1.选择毛坯.............................................................................................6
2.2.确定毛坯的尺寸公差和加工余量.....................................................6
3、工艺规程设计.......................................................................................8
3.1.基面的选择8
3.2.制定工艺路线8
3.3.确定切削用量及基本工时的计算...................................................10
总结18
参考文献..................................................................................................19
附表A1：
机械加工工艺过程综合卡片
附表B1-B12：
机械加工工艺（工序）卡片
1、零件的分析
1.1.零件的作用
题目所给的零件是车床的拨叉。
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。
零件左边的Φ14孔与操纵机构相连，右边的Φ40半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴或滑移齿轮接触。
通过操纵机构，使拨叉拨动齿轮变速。
为了便于定位加工，两零件的毛坯铸为一体，加工时分开。
1.2．零件的工艺分析
零件的材料为ZG45，该材料具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。
该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。
为实现换档、变速的功能，其叉轴孔与变速叉轴有配合要求，因此加工精度要求较高。
叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48～58HRC；为保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔14+0.110的垂直度要求为0.15mm，其自身的平面度为0.08mm。
由此可见，该零件的工艺性较好。
该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面和叉轴孔14+0.110），在设计工艺规程时应重点予以保证。
图1-1工件零件图
1.3.确定零件的生产类型
依设计题目知：
产品的年产量为8000台/年，每台产品中该零件数量为1件／台；结合生产实际，备用率a和废品率β分别为3%和0.5%。
代入公式得零件的年生产量为
N=8000台／年×1件／台×（1+3%）×（1+0.5%）=8281.2件／年
拨叉属轻型零件，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该拨叉生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为，加工过程划分阶段，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、确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1.选择毛坯
由于该拨叉在工作过程中要承受冲击载荷，为增强拨叉的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用铸件。
该拨叉的轮廓尺寸不大，且生产类型属大批生产，为提高生产率和铸件精度，毛坯的拔模斜度为5°。
2.2.确定毛坯的尺寸公差和加工余量
1.外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ14，φ40端面）。
查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5，取φ14，φ40端面长度余量均为2.5（均为双边加工）
铣削加工余量为：
粗铣2mm
精铣0mm
2.内孔（φ40已铸成孔）
查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ40已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为34mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔2mm
扩孔:
0.125mm
铰孔:
0.035mm
精铰:
0mm
3.其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产，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。
如图1-1
图1-1车床拨叉铸件图
3、工艺规程设计
3.1.基面的选择
对零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对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，根据这个基准原则，现取Ф25mm的孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短V形块支承两个Ф25mm孔的外轮廓作主要定位面，以消除3个自由度，再用一个支承板支撑在Ф52mm的上表面，以消除3个自由度。
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，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.15mm；槽端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.08m，故以φ14小头孔为精基准。
3.2.制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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下降。
1.加工阶段的划分
该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头左端面和叉轴孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣拨叉头右端面、拨叉脚内表面、拨叉脚两端面的粗铣、凸台。
在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的半精铣加工和螺纹孔的钻孔丝锥攻丝；在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。
2.工序的集中与分散
选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。
该拨叉的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
3.工序顺序的安排
机械加工工序
遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——拨叉头左端面和叉轴孔；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面---拨叉头左端面和叉轴孔和拨叉脚两端面。
热处理工序
模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为141～285HBS，并进行酸洗、喷丸处理。
喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。
叉脚两端面在精加工之前进行局部高频淬火，提高其耐磨性和在工作中承受冲击载荷的能力。
辅助工序
粗加工拨叉脚两端面和热处理后，应安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述:
该拨叉工序的安排顺序为：
基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，可以将工序定为：
工序号
工序名称
工序内容
车间
设备
1
铸
精密铸造，两件合铸（工艺需要）
金工
2
热处理
退火
金工
3
划线
划各端面及三个孔的线
金工
4
粗车
以外形及下端面定位，按线找正，四爪单动卡盘装夹（或专用工装）工件。
粗车R20+0.6+0.3mm（φ40mm）孔至图样尺寸，并粗车孔的两侧面，保证尺寸mm
金工
C620专用工装
5
半精车
以外形及下端面定位，按线找正，四爪单动卡盘装夹（或专用工装）工件。
半精车R20+0.6+0.3mm（φ40mm）孔至图样尺寸，并半精车孔的两侧面，保证尺寸10-0.3-0.1mm
金工
C620专用工装
6
铣
以R20+0.6+0.3mm内孔及上端面定位，装夹工件，铣φ25mm下端面，保证尺寸16±0.1mm
金工
Z52K组合夹具
7
铣
以20+0.6+0.3mm内孔及下端面定位，装夹工件，铣φ25mm另一端面，保证尺寸28mm
金工
X52K组合夹具
8
钻
以R20+0.6+0.3mm内孔及上端面定位，装夹工件，钻、扩、铰φ14mm孔，孔口倒角1x45°
金工
Z5132A组合夹具
9
划线
划R20+0.6+0.3mm孔中心线及切开线
金工
10
铣
以R20+0.6+0.3mm内孔及上端面定位，装夹工件，切工件成单件，切口2mm
金工
X62W组合夹具
11
铣
以R20+0.6+0.3mm内孔及上端面定位，φ14+0.110mm定向，装夹工件，精铣R20+0.6+0.3mm端面，距中心2mm偏移
金工
X62W组合夹具
12
钻
以φ14+0.110mm内孔及下端面定位，倒另一端孔口1x45°角
金工
Z5132A组合夹具
13
检验
按图样要求检查各部尺寸及精度
金工
14
入库
入库
金工
3.3.确定切削用量及基本工时的计算
工序二：
粗、精铣孔Ф14mm、Ф40mm的下表面
（1） 加工条件
工件材料：
ZG45。
бb=0.16GPa HBS=190~210，铸件
机床：
XA4032立式铣床
刀具；W18Cr4V硬质合金端铣刀
W18Cr4V硬质合金端铣刀，牌号为YG6，由《切削用量简明手册》〉后称《切削手册》表3.1查得铣削宽度ae<=60mm,深度ap<=4,齿数Z=10时，取刀具直径do=80mm。
又由《切削手册》表3.2选择刀具的前角ro=+5o;后角ao=8o;副后角a’o=8,刀齿斜角λs=-10o,主刃Kr=60o,过渡刃Krε=30o,副
刃Kr’=5o,过渡刃宽bε=1mm
（2） 切削用量
1）粗铣Ф14mm的下表面
a）切削深度
因切削用量较小，故可以选择ap=1.5mm,一次走刀即可完成所需尺寸。
b）每齿进给量：
由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW，查《切削手册》表3.5可得f=0.14~0.24mm/z,由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z
c）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为（1.0~1.5）mm 查《切削手册》表3.8, 寿命T=180min
d）计算切削速度
按《切削手册》表3.27中的公式：
n=475r/min vf =600mm/s，则实际的切削速度为：
即v==119.3m/min,
实际进给量为：
f=0.13mm/z
e）校验机床功率
查《切削手册》表3.24，Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW，所以Pcm> Pcc,故校验合格。
最终确定ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/min vc=119.3m/min fz=0.13mm/z
f）计算基本工时
公式中：
L=l+y+Δ；根据《切削手册》表3.26，可得 l+Δ=12mm,所以L=l+y+Δ=32+12=44mm 故 mt=44/600=0.073min
2）粗铣Ф40mm的下表面
a）铣削Ф40mm的下表面与铣削Ф14mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。
即 ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/s vc=119.3m/min fz=0.13mm/z
b）计算基本工时
公式中：
L=l+y+Δ；根据《切削手册》表3.26，可得 l+Δ=0所以L=l+y+Δ=72mm 故 mt=72/600=0.12min
3）精铣孔Ф14mm的下表面
a） 切削深度
因切削用量较小，故可以选择ap=1.0mm, 一次走刀即可完成所需尺寸
b）每齿进给量
由《切削手册》表3.30可知机床的功为7.5KW，查《切削手册》表3.5可得f=0.5~0.7mm/r，由于是对称铣，选较小量f=0.7mm/r
c）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为（1.0~1.5）mm 查《切削手册》表3.8, 寿命T=180min
d）计算切削速度
按《切削手册》表3.27中的公式：
也可以由表3.16查得cv=124mm/s vf =395mm/min n=494r/min,根据XA4032铣床参数，选 n=475r/min vf =375mm/min , 则实际的切削速度为
V=119.3m/min,实际进给量
f=0.08mm/z
e）校验机床功率
查《切削手册》表3.24，Pcc=1.1KW,而机床所提供的功率Pcm为1.7KW，所以Pcm> Pcc,故校验合格。
最终确定ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/min
f）计算基本工时
公式中：
L=l+y+Δ；根据《切削手册》表3.26，可得 l+Δ=80mm, 所以L=l+y+Δ=32+80=112mm 故 mt=112/375=0.3min
2）精铣Ф40mm的下表面
a）铣削Ф40mm的下表面与铣削Ф14mm的下表面的相关参数及其用量等都相同。
即 ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/m
b）计算基本工时
公式中：
L=l+y+Δ；根据〈〈切削手册〉〉表3.26，可得 l+Δ=80mm所以L=l+y+Δ=72+80=152mm 故t=0.405min
工序三：
粗、精铣孔Ф14mm、Ф40mm的上表面
本工序的切削用量及基本工时与工序一中的粗、精铣孔Ф14mm、Ф40mm的下表面相同。
工序四：
钻、扩、铰、精铰Ф14mm的孔
（一） 钻Ф18mm的孔
（1）加工条件
工艺要求：
孔径d=18mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却
机床 ：
Z5132A型立式钻床
刀具 ：
高速钢麻花钻头
选择高速钢麻花钻头，其直径do=18mm,钻头几何形状为：
由《切削手册》表2.1及表2.2 选修磨横刃，β=28o αo=10o 2Φ=118o 2Φ1=70o bε=3.5mm b=2mm l=4mm
（2） 切削用量
1） 决定进给量f
a）、按加工要求决定进给量 根据《切削手册》表2.7，当铸铁的强度
бb<=140HBS do=18mm时，f=0.70~0.86mm/r
由于L/d=30/18=1.67<3,故取修正系数K=1 所以 f=（0.70~0.86）x1=（0.70~0.86）mm/r
b） 按钻头强度决定进给量
根据表2.8，当бb=190MPa,do=18mm,钻头强度允许的进给量f=1.6mm/r
c）按机床进给机构强度决定进给量
根据表2.9，当бb210MPa,do14.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z5132A钻床允许的轴向力为15696N（见《工艺设计手册》表4.2-14）时，进给量为1.5mm/r。
从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.70~0.86mm/r，根据Z5132A钻床说明书，选f=0.80mm/r（见《工艺设计手册》表4.2-16），又由《切削手册》表2.19可以查出钻孔时的轴向力，当f=0.80mm/r do<=21mm时，轴向力Ff=7260N 轴向力的修正系数为1.0，故Ff=7260N
根据Z5132A钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力为Fmax=15696N，由于Ff
2）决定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削手册》表2.12，当do<=18 mm时，钻头后刀面最大磨钝量取为（0.5~0.8）mm,寿命T=60min
3）决定切削速度
由《切削手册》表2.15可知f=0.80mm/r时，双修磨横刃的钻头，do=18 mm时，Vt=17m/min
切削速度的修正系数由《切削手册》表2.31可知 Ktv=1.0 Kmv=1.0 KTv=1.0 Klv=0.85 所以 V=VtxKv=17x1.0x1.0x1.0x0.85=14.4m/min
4）检验机床扭转及功率
根据《切削手册》表2.21，当f<=0.8mm/r，do<=19 mm时 Mc=51.99N.m, 根据Z5132A钻床说明书,当nc=275r/min，Mm> Mc
又根据《切削手册》表2.23，当бb=（170~213）MPa do<=14mm f<=0.9mm/r vc<=17.4m/min时 Pc=1.7KW
根据Z5132A钻床说明书, Pc所以有Mc< Mm Pc 即 f=0.80mm/r n=nc=275r/min vc=14.4m/min
（3）计算基本工时
（二） 扩Ф14mm的孔
（1）加工条件
工艺要求：
孔径d=14mm, 孔深l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却
机床 ：
Z5132A型立式钻床
刀具 ：
高速钢扩孔钻头
选择高速钢扩孔钻头，其直径do=14.2mm,钻头几何形状为：
由《切削手册》表2.5 ro=18o ao=10o kr=60o krε=30o β=15o ba1=1mm
（2） 切削用量
1） 决定进给量f
a）、按加工要求决定进给量 根据《切削手册》表2.10，当铸铁的强度 бb140HBS do=14.2mm时，f=（0.9~1.1）mm/r
由于L/d=30/14.2=1.52 因扩孔之后还须铰孔 ，故取修正系数K=0.7 所以 f=（0.9~1.1）x0.7=（0.63~0.77）mm/r
b） 按钻头强度决定进给量 根据表2.8，当бb=190MPa,do=14.2mm,钻头强度允许的进给量f=1.75mm/r
c）按机床进给机构强度决定进给量 根据表2.9，当бb210MPa,do14.5mm,机床进给机构允许的轴向力为11760N（Z5132A钻床允许的轴向力为15696N
工序六：
铣断
加工条件 工件尺寸：
长72mm 深12mm 加工要求：
将双体铣开
刀具：
选高速钢细齿圆锯片刀 由《工艺设计手册》表3.1-27可得，又由（《金属切削手册》第三版）表6-7
B=4mm do=160mm Z=40 d=32mm ro=10o ao=16o 2）
切削用量
a） 决定每齿进给量fz 查《切削手册》表3.4可得 fz=（0.03~0.02）x（1+40%）=（0.042~0.028）mm/z 由于是对称铣 取f=0.028mm/z
b） 后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7后刀面最大磨损为：
（0.15~0.14）mm 查《切削手册》表3.8 寿命T=140min
c） 计算切削速度 可得vc=76.7m/min
总结
C620普通车床的拨动叉为传动分离类零件，此类零件应用于机床及汽车等机械设备中，起到变速的作用。
其动作较为频繁，是机械设备的常用备件，也是重要备件之一。
随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。
各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。
数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。
特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。
传统的机械加工手段做为基础，研究其批量的加工生产、工艺的编制及材料的选择等问题，具有一定的经济价值及技术意义。
经过两个月的课程设计，获得如下心得：
1.运用机械制造工艺及有关课程的知识，结合生产实习中学到的实践知识。
独立地分析和解决工艺问题。
初步具有设计一些中等复杂零件的能力。
2.能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法。
学会拟定夹具设计方案。
3.熟悉并运用有关手册，能快速查表得到所需的数据。
4.有一定的识图制图能力。
通过设计，培养了我综合运用理论知识和专业知识的技能。
熟悉一般机械零件的加工工艺过程，设计夹具的能力。
参考文献
[1]李益民主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年.
[2]艾兴，肖诗纲主编,切削用量手册第3版,机械工业出版社,1994年.
[3]贵州工学院机械制造工艺教研室.机床夹具结构图册[M]. 贵州：
贵州任命出版社，1983：
42-50.
[4]东北重型机械学院等.机床夹具设计图册[M]. 上海：
上海科学技术出版社，1979.
[5]孟少龙.机械加工工艺手册第1卷[M]. 北京：
机械工业
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