机械制造工艺学课程设计CA6140车床拨叉设计说明书.docx
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机械制造工艺学课程设计CA6140车床拨叉设计说明书
1零件的分析
1.1零件的作用
拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。
滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹面，把滑块与齿轮连在一起，使齿轮带动滑块，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。
摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。
分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间的冲击，延长零件的使用寿命。
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，获得所需的速度和扭矩的作用。
拨叉头以Ø22+0.280孔套在变速叉轴上，并用花键与变速叉轴连接，拨叉教夹在变换齿轮的槽中，当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑移，拨叉脚拨动齿轮在化简轴上滑动以变换档位，从而改变主轴转速。
该拨叉在变换档位时要承受弯曲应力及冲击载荷作用，因此该零件应有足够强度，刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。
该零件的主要工作表面为叉轴孔Ø22+0.280，拨叉脚内表面及操纵槽。
宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高，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
CA6140拨叉共有两组加工表面:
2.2.1以花键孔的中心线为基准的加工面
这一组面包括Ø25+0.0230mm的六齿矩形花键孔Ø22+0.280花键底孔两端的2X150倒角和距中心线为27mm的平面。
2.2.2以工件右端面为基准的8+0.030mm的槽和18+0.0120mm的槽
经上述分析可知，对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。
图2.1零件尺寸图
2选择加工方法制定工艺路线
2.1定位基准的选择
基准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，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。
而对有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为粗基准。
并且作为粗基准的表面应平整，无毛刺，飞边或其他表面缺陷。
该零件属于一般轴类零件，选用拨叉头左端面及Ø40mm外圆面做粗基准。
采用Ø40mm的外圆面定位加工内孔可保证壁厚均匀，采用拨叉头左端面A面做粗基准加工右端面可为后续工序准备好精基准。
（2）精基准的选择
主要应该考虑基准重合的问题。
根据该拨叉零件图的技术要求及装配要求，选择拨叉头的右端面和叉轴孔Ø220+0.28作为精基准。
因为零件上很多表面都可以用它们做基准进行加工，叉轴孔Ø220+0.28的轴线使设计基准，选用其作精基准加工操纵槽上表面及下表面，以及叉脚内表面。
拨叉头右端面作精基准遵循了基准重合原则，因为该拨叉在轴向的尺寸多以该端面为设计基准。
2.2零件表面加工方法的选择
（1）工件被选为精基准的右端面为未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级按IT14表面粗糙度Ra3.2，需进行粗车和半精车。
（2）花键底孔公差等级IT12，表面粗糙度Ra6.3，需进行钻孔和扩孔。
（3）工件上表面B面，表面粗糙度Ra3.2，公差等级IT14，需进行粗铣和半精铣。
（4）槽80+0.03深表面粗糙度Ra6.3，公差等级IT14，只需粗铣，槽80+0.03宽表面粗糙度Ra1.6，公差等级IT8，需进行粗铣和精铣。
（5）槽180+0.012深表面粗糙度Ra3.2，公差等级IT14，需进行粗铣和半精铣，槽80+0.03宽表面粗糙度Ra3.2，公差等级IT6，需进行粗铣—精铣—磨削。
（6）花键大径Ø25+0.0230公差等级IT7，表面粗糙度Ra1.6
花键宽6+0.06+0.03公差等级IT9，表面粗糙度Ra3.2
采用同心式小径定心矩形花键拉刀拉花键，并进行渗碳淬火—低温回火热处理。
2.3制定工艺路线
方案一：
工序一：
粗车和半精车A端面，钻和扩花键底孔，两端倒角150
工序二：
粗铣、精铣槽B面
工序三：
铣削槽80+0.03
工序四：
铣削、磨槽180+0.012
工序五：
拉花键
工序六：
钳工
工序七：
终检
方案二：
工序一：
以Ø40外圆定位，粗车、半精车端面A，钻、扩花键底孔Ø220+0.28，两端倒角150
工序二：
拉花键，以A面为定位基准。
工序三：
以花键孔中心线及A面为定位基准，粗铣、精铣槽B面
工序四：
以花键孔中心线及A面为定位基准，铣削槽80+0.03
工序五：
以花键孔中心线及A面为定位基准，铣削、磨槽180+0.012
工序六：
钳工
工序七：
终检
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。
但此方案中第二、三、四道工序很难对工件进行定位和夹紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的第三、四、五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面作为三、四、五道工序的定位基准。
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工艺设计
3.1选择加工设备与工艺装备
（1）选择机床根据不同的工序选择机床
●工序一是粗车和半精车，钻、扩花键孔，两端倒角。
本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用C3163—1转塔式六角车床。
●工序二是拉花键，选用卧式拉床，根据本零件花键孔尺寸和精度要求采用卧式内拉床L6106/1。
●工序三、四、五铣削端面，铣削槽，根据本零件尺寸和加工精度要求，采用X62W卧式铣床。
（2）选择夹具
本零件除了工序一粗车、半精车端面，钻、扩花键底孔，倒角采用三爪自定心卡盘夹具以外，其他工序采用专用夹具。
（3）选择刀具根据不同的工序选择刀具
●在工序一中，粗车和半精车采用90度偏头端面车刀；钻、扩孔分别采用Ø20中心钻和Ø21扩孔钻；倒角采用45度偏刀。
●在工序二中，拉花键，采用同心式小径定心矩形花键拉刀。
●在工序三中，粗铣和精铣槽B面，采用标准镶齿圆柱铣刀。
●在工序四中，铣削槽80+0.03，采用高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）
●在工序五中，铣削和磨槽180+0.012，采用高速钢直齿精密级三面刃铣刀，平型砂轮GZ46KV6P350X40X127
（4）选择量具一般情况下，尽量采用通用量具
根据零件表面的精度要求，尺寸和形状特点，参考有关资料选择如下：
●在工序一中，粗车和半精车A表面，工序尺寸19.5mm,零件尺寸18mm，钻扩孔，钻后工序尺寸Ø21+0.330，扩孔至零件尺寸Ø22+0.280，因此采用读数值0.02，测量范围为0—125游标卡尺。
●在工序二中，拉花键，根据花键宽6+0.06+0.03和花键大径Ø25+0.0230，采用内径千分尺，读数值0.01，测量范围5—30mm.
●在工序三中，粗铣和半精铣槽B面，粗铣工序尺寸29mm,半精铣后零件尺寸27mm，采用读数值0.05，测量范围为0—125mm游标卡尺。
●在工序四中，铣削槽80+0.03，采用读数值0.05测量范围0—200深度游标卡尺和量块。
●在工序五中，铣削、磨槽180+0.012，铣削工序尺寸宽17.7+0.0520深50mm，磨零件尺寸宽18+0.0120，采用读数值0.05，测量范围0—200深度游标卡尺和量块。
3.2确定工序尺寸
确定工序尺寸（或工步）尺寸的一般方法是：
由加工表面的最后工序（或工步）往前推算，最后工序（或工步）尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。
前面已确定各加工表面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各加工余量，然后由后往前计算工序尺寸，中间工序尺寸的公差按加工方法的精度确定。
本零件各加工表面的工序加工余量，工序尺寸公差，表面粗糙度如下：
工序一：
表5.2.1
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗车
半精车
粗车
半精车
粗车
半精车
A面
2.5
1
19
18
Ra6.3
Ra3.2
表5.2.2
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗车
半精车
粗车
半精车
粗车
半精车
Ø22+0.280孔
3
1
Ø21+0.330
Ø22+0.280
Ra12.5
Ra6.3
工序三：
表5.2.3
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗铣
半精铣
粗铣
半精铣
粗铣
半精铣
槽B面
3
1
28
27
Ra6.3
Ra3.2
工序四：
表5.2.4
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
铣削
铣削
铣削
槽80+0.03
宽
8
深
8
宽
10
深
19
宽
Ra1.6
深
Ra6.3
工序五：
表5.2.5
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
铣
磨
铣
磨
铣
磨
槽18+0.0120
宽
深
宽
深
宽
深
宽
深
宽
深
宽
深
18
23
0.3
—
17.7+0.0520
50
18+0.0120
—
6.3
3.2
—
—
4确定切削用量及基本时间
4.1工序一：
车削A面、钻扩孔、倒角
1.加工条件
工件材料：
灰口铸铁HT200，σb=145MPa，铸造。
加工要求：
粗、半精铣、A面并保证18mm的工序尺寸，Ra=3.2µm。
机床：
砖塔式六角卧式车床C3163—1.
刀具：
刀片材料，r=12.ao=6-8b=-10rE=0.5Kr=90n=15
2.计算切削用量
●粗车
（1）已知长度方向的加工余量为4土2.3mm。
实际最大加工余量为6.3mm，故分二次加工（粗车和半精车），长度加工公差IT14级，取为-0.43（入体方向）
（2）进给量的确定，根据《机械加工工艺是手册》，当刀杆尺寸为16mmX25mm，车削深度ap≤3时，以及工件的尺寸为Φ60mm（由于凸台B面的存在所以取直为Φ60mm），得f=0.5—0.7mm/ｒ，按C３１６３－１ 车床说明书,取f=0.6mm/ｒ
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=0.6X0.8=0.48mm/r
按C３１６３－１ 车床说明书 f＝0.53ｍｍ／ｒ
（3）计算切削速度切削速度的计算公式为（寿命选T=60min，刀具材料为YG6）
V=Cv/（Tm·apxv·fyv）·kv
其中：
根据《机械加工工艺师手册》表27—12加工外形：
外圆纵车（kr>00）、刀具材料YG6、进给量f>0.40可得：
Cv=158xv=0.15yv=0.4M=0.2修正系数Kv：
kmv=1.15kkv2=0.8kkrv=0.8ksv=0.97kBV=0.81
Vc=158/（600.2·20.15·0.530.4）·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
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）L=（65-0）/2=32.5L1=3、L2=0、L3=0
●半精车
（1）已知粗加工余量为1mm
（2）进给量f根据《机械制造技术基础》表5—116表面粗糙度Ra=3.2、切削速度范围不限、刀尖圆弧半径rE=0.5mm,可得f=0.15—0.25
按C３１６３－１ 车床说明书 ｆ＝0.16mm/r
计算切削速度切削速度的计算公式（寿命选为T=60min）为：
V=Cv/（Tm·apxv·fyv）·kv
V=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
（4）切削工时
Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf=22.5/400x0.16=0.35（min）
由于下一道工序是钻孔，所以留下Ø20mm的台阶，所以L=（65-20）/2=22.5mmL1=3.L2=0.L3=0
●钻孔、扩孔、倒角
（1）钻孔
钻头选择：
钻头几何形状为：
双锥修磨具刃，刀具材料YG8,钻头参数：
ｄ＝Ф20ｍｍβ=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm,ao=12°,
Ψ=55°,b=2mm，=4mm。
根据《机械加工工艺师手册》表28—1确定f=0.4—0.8mm
ａ、按机床进给强度决定进给量：
当σb＝210MPa
ｄ0＝20.5mm可确定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，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6寿命T=45min.
ｃ、切削速度
根据《机械加工工艺师手册》表28—2切削速度公式V=（CVd0zv/Tmapxvfyv）kv
CV=22.2Zv=0.45Xv=0yv=0.3m=0.2
确定修正系数：
KTV=1.0KMV=1.0KWV=0.8Ktv=1.0kov=1.2klv=1.0kapv=1.0
Ｖ=21m/min
n=1000V/
D=334.4n/min由机床技术资料得和334.4接近的有280n/min和400n/min取280n/min
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
可以查出 当σｂ＝160～245HBS
ａｐ≤2.8ｍｍ ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ
Ｖｃ≤41ｍ／min Ｐｃ＝3.4kw
按C３１６３－１ 车床说明书 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
钻削功率检验按有关手册
当ｄｏ＝21ｍｍ ｆ＝0.64ｍｍ
查得转矩Ｍ＝61.8 N.M
功率公式:
ＰC＝McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67km
按C３１６３－１ 车床说明书 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
4.2工序二：
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：
根据《机械加工工艺师手册》表32—1灰铸铁硬度大于180HBS，拉刀速度分组：
二，花键孔表面粗糙度为1.6，拉削速度范围：
4.5—3.5
v=0.06m/s（3.6m/min）
拉削进给量：
根据《机械加工工艺师手册》表32—3，拉刀型式矩形齿花键拉刀，灰铸铁f=0.04—0.1
切削工时未知拉刀长度公式：
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，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）
4.3工序三：
粗铣，半精铣B面
加工要求：
粗铣B面，半精铣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《机械加工工艺师手册》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rn=10°ao=16°
2）切削用量本道工步切削宽度ac＝3±0.8ｍｍ，根据《机械加工工艺师手册》表30—13，铣床功率5—10KW，工艺系统刚度为中，镶齿铣刀，加工材料为灰铸铁，可选择粗铣时每齿进给量af=0.2—0.3mm/z
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）确定切削速度
VcZ=8,aP=40-70mm,ac=3±0.8ｍｍ,fz=f/z=0.07501mm/z
Vc=（Cvdoqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）
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,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79
Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）=23.7（m/min）n=1000V/
d=（1000x23.7）/（3.14x50）=151r/min根据X62W型铣床说明书选n=160r/min
Vc=3.14nd/1000=（160x3.14x50）/1000=25.1m/minVf=nf=160x0.6=96mm/min
选Vf=80mm/min实际fz=Vf/（nxz）=0.0625mm/z
5）机床功率：
当Vc=71m/minae=3mmap=41mmfz=0.08Kmpc=1.4kw
切削功率的修正系数：
故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=3mmVf=80m/min=160r/minVc=25.1m/minfz=0.0625mm/z
6）基本工时
Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/80=0.525（min）L1+△=14mm
2.半精铣
1）选择刀具
刀具与上道工步是同一把刀。
2）切削用量
留半精铣的加工余量为1，所以本道工步切削宽度ae＝1mm，由于加工表面精度要求Ra=3.2um.根据《机械加工工艺师手册》表30—13得每转进给量ｆ＝0.5～1.2mm/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）决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定
ac=0.2mm,Vc=（Cvdoqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）=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/minfz=Vf/（nxz）=0.074mm/Z
4）基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/125=0.336（min）L1+△=14mm
4.4工序四：
铣削8+0.030mm槽
加工工件尺寸：
8+0.030mm,长度L=40mm
加工要求：
高速钢直齿三面刃铣刀（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=8mmD=63d=22d1=34ro=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=8mmap=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/rfz=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其中
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=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）·Kv
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,
Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79
Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）·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
选Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min根据X62W型铣床说明书选选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
圆周力fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF）KFCKTV=0.90KMFC=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
Fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF）KFC=30X8X0.018X8/63X375=505.6N
M=FCdo/2×103=15.9N•M
Pc=FcVc/1000=1.18km根据X62W型铣床说明书，功率足够。
6）基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5
Tm=（L+L1+△）/Vf=（40+14）/110=0.49（min）L1+△=14mm
4.5工序五：
铣宽为180+0
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