机械制造课程设计CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程.docx
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机械制造课程设计CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程
湖南工业大学
机械制造技术基础课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）2010～2011学年第一学期
课程名称机械制造技术基础指导教师夏XX职称教授
学生姓名XXX专业班级机械设计083班学号08222222111
题目CA6140车床“拨叉“零件的机械加工工艺规程（年产量为4000件）
成绩起止日期2011年01月10日～2011年01月15日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
份
2
课程设计说明书
1
份
3
课程设计图纸
1
A3
张
4
机械加工工序卡
8
张
5
机械加工工艺过程卡
1
张
6
《机械制造技术基础》课程设计
设计说明书
CA6140车床“拨叉”零件的机械加工工艺规程
（年产量为4000件）
起止日期：
2011年01月10日至2011年01月15日
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院
2011年01月15日
湖南工业大学
课程设计任务书
2010—2011学年第一学期
机械工程学院学院机械设计制造及其自动化专业机设083班级
课程名称：
机械制造技术基础
设计题目：
CA6140车床“拨叉”零件的机械加工工艺规程（年产量为4000件）
完成期限：
2011年01月10日至2011年01月15日
内容及任务
一、设计参数
题目所给定的是CA6140车床“拨叉”零件的机械加工工艺规程的设计，其中，拨叉的材料是HT200，总量为1.45kg，年产量为4000件。
二、设计任务
1、分析零件图纸，绘制零件图。
2、根据零件分析结果，设计工艺规程。
3、计算切削用量及基本工时。
4、编制机械加工工艺过程综合卡片、机械加工工序卡片。
三、设计工作量
1、产品零件图，一张
2、零件的机械加工工艺规程，一本
3、课程设计说明书，一本
进度安排
起止日期
工作内容
2011.1.10-2011.1.10
分析零件图，工艺审查
2011.1.11-2011.1.11
确定毛坯，拟订机械加工工艺路线，机床，工装
2011.1.13-2011.1.13
编写设计说明书，确定各工序加工余量，计算工序尺寸
2011.1.14-2011.1.15
填写工艺文件，确定切削用量
参考资料
【1】艾兴、肖诗纲主编，《切削用量简明手册》3版机械工业出版社，1997.8
【2】曾志新、吕明主编，《机械制造技术基础》武汉理工出版社，2001.7
【3】李益民主编，《机械制造工艺设计简明手册》机械工业出版社，1993.4
【6】邹青，《机械制造技术基础课程设计指导教程》机械工业出版社，2004.8
指导老师（签字）：
年月日
系（教研室）主任（签字）：
年月日
一、机床设备的选用15
序言
机械制造工艺学课程设计是在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，它在我们大学四年生活中占有重要的地位。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给与指教。
第一章零件的分析
一、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φ25孔与操纵机构相连，零件下方的φ60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。
二、零件的工艺分析
CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。
分述如下：
1、以φ25mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
φ25H7mm的孔，以及φ42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为φ25H7mm通孔。
2、以φ60mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
φ60H12的孔，以及φ60H12的两个端面。
主要是φ60H12的孔。
3、铣16H11的槽
这一组加工表面包括：
此槽的端面，16H11mm的槽的底面，16H11mm的槽两侧面。
4、M22×1.5螺纹孔为中心的加工表面。
这一组加工表面包括：
M22×1.5的螺纹孔，长32mm的端面。
主要加工表面为M22×1.5螺纹孔。
这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：
（1）φ60孔端面与φ25H7孔垂直度公差为0.1mm.。
（2）16H11mm的槽与φ25H7的孔垂直度公差为0.08mm。
由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。
三、确定生产类型
依据设计题目：
Q=4000台/年，m=1件/台；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%，由参考文献【6】中式（1-1）得：
N=Q×m（1+a%）（1+b%）
=4000台/年×1件/台×（1+3%）×（1+0.5%）
=4140件/年
拨叉重量为1.45Kg，由参考文献【6】中表1-3可知，拨叉属于轻型零件；由参考文献【6】中表1-4可知，该拨叉的生产类型为中批量生产。
结合以上分析，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。
第二章工艺规程设计
一、确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200。
考虑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，故选择铸件毛坯，如图所示：
二、基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择必须正确与合理，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粗基准。
根据这个基准选择原则，现选取φ25
孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ42作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。
（2）精基准的选择
选择精基准的原则：
1、基准重合原则；2、统一基准原则；3、互为基准原则；4、自为基准原则；5、便于装夹原则。
根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择拨叉头左端面和叉轴孔φ25H7作为粗基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。
叉轴孔φ25H7的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工槽16H11，实现了设计基准与工艺基准重合，保证了被加工表面的垂直度要求。
选用拨叉头左端面作为精基准同样遵循了“基准重合”的原则，因为该拨叉在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准，另外由于拨叉件刚性差，受力易产生弯曲变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力作用点不能作用在叉杆上。
选用拨叉头左端面作精基准，夹紧可作用在拨叉头的右端面，夹紧稳定可靠。
三、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，首先将精基准准备好，使后续工序都可以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、操纵槽内侧面和底面。
在半精加工阶段，完成拨叉脚两端面的精铣加工和16H11槽的铣加工，在精加工阶段，进行拨叉脚两端面的磨削加工。
四、工序的集中与分散
本设计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中批生产，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，不但可以缩短辅助时间，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。
五、工序的安排
1、机械加工工序
（1）遵循“先基准后其他”的原则，首先加工精基准——φ42mm的圆柱左端面和孔φ25mm。
（2）遵循“先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”的原则，先加工主要表面——φ25mm孔为中心的加工表面以及φ42mm的圆柱两端面，后加工次要表面——操纵槽底面和内侧面。
（4）遵循“先面后孔”的原则，先加工拨叉头端面，再加工孔φ25H7mm；先铣操纵槽，再钻螺栓孔M22×1.5mm。
2、热处理工序
模锻成型后切边，进行调质，调质硬度为241～285HBS，进行酸铣、喷丸处理。
喷丸可以提高表面硬度，增加耐酸性，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。
3、辅助工序
粗加工拨叉脚两端面和热处理后，安排校直工序；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、精铣和终检工序。
综上所述，拨叉的工序的安排顺序为：
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。
六、确定工艺路线
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，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夹具，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、加工工艺路线方案
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，中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，拟订四个加工工艺路线方案。
见下表：
加工工艺路线方案一
工序一
粗、钻、扩、铰、精铰φ25、φ60孔
工序二
粗、精铣φ60、φ25孔下端面
工序三
粗、精铣φ25孔上端面
工序四
粗、精铣φ60孔上端面
工序五
切断
工序六
铣螺纹孔端面
工序七
钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）
工序八
攻M22×1.5螺纹
工序九
粗铣、半精铣精铣槽所在的端面
工序十
粗铣、半精铣、精铣16H11的槽
工序十一
检查
上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，对设备有一定要求。
且看另一个方案。
加工工艺路线方案二
工序一
粗、精铣φ25孔上端面
工序二
粗、精铣φ25孔下端面
工序三
钻、扩、铰、精铰φ25孔
工序四
钻、扩、铰、精铰φ60孔
工序五
粗、精铣φ60孔上端面
工序六
粗、精铣φ60孔下端面
工序七
切断
工序八
铣螺纹孔端面
工序九
钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）
工序十
攻M22×1.5螺纹
工序十一
粗铣、半精铣、精铣槽所在的端面
工序十二
粗、半精铣、精铣16H11的槽
工序十三
检查。
上面工序可以适合大多数生产，但是在全部工序中间的工序七把两件铣断，对以后的各工序的加工定位夹紧不方便，从而导致效率较低。
再看另一方案。
加工工艺路线方案三
工序一
粗、精铣φ25孔上端面
工序二
粗、精铣φ25孔下端面
工序三
钻、扩、铰、精铰φ25孔
工序四
钻、扩、铰、精铰φ60孔
工序五
粗、精铣φ60孔上端面
工序六
粗、精铣φ60孔下端面
工序七
铣螺纹孔端面
工序八
钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）
工序九
攻M22×1.5螺纹
工序十
粗铣、半精铣、精铣槽所在的端面
工序十一
粗、半精铣、精铣16H11的槽
工序十二
切断
工序十三
检查
此方案仍有先钻孔再铣平面的不足，所以这个方案仍不是最好的工艺路线。
综合考虑以上各方案的各不足因素，得到以下我的工艺路线。
加工工艺路线方案四
工序一
以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔下端面
工序二
精铣φ25孔上下端面
工序三
以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔，孔的精度达到IT7
工序四
以φ25孔为精基准，粗铣φ60孔上下端面
工序五
以φ25孔为精基准，精铣φ60孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.1
工序六
以φ25孔为精基准，钻、镗、铰φ60孔，保证空的精度达到IT8
工序七
以φ25孔为精基准，铣螺纹孔端面
工序八
以φ25孔为精基准，钻φ20孔（装配时钻铰锥孔）
工序九
以φ25孔为精基准，钻一个φ20孔，攻M22×1.5螺纹
工序十
以φ25孔为精基准，铣槽端面
工序十一
以φ25孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08
工序十二
两件铣断
工序十三
检查
虽然工序仍然是十三步，但是效率大大提高了。
工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀具不用调整）。
多次加工φ60、φ25孔是精度要求所致。
七、机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定
采用加工方法一般所能达到的公差等级和表面粗糙度以及需留的加工余量参考参数
加工
表面
加工
方法
表面粗
糙度Ra
表面
光洁度
公差等级
公差等级
加工余量
说明
外圆
粗车
半精车
精车
细车
粗磨
精磨
研磨
12.5
6.3
1.6
0.8
1.0
0.4
0.1
1～3
4～5
6～7
7～8
6～7
8～9
10～14
IT12～IT11
IT10～IT9
IT8～IT7
IT6～IT5
IT8～IT7
IT6～IT5
IT6～IT5
11～10
10～8
8～7
7～6
7
6
4～5
1～5
0.50～1.60
0.2～0.5
0.1～0.25
0.25～0.85
0.06
0.10～0.03
指尺寸在直径180以下,长度在500以下,铸件的直径余量
内孔
钻孔
扩孔
粗镗
半精镗
精镗
细镗
粗铰
精铰
粗磨
精磨
研磨
25
6.3
6.3
1.6
0.8
0.2
3.2
1.6
1.6
0.2
0.1
1～3
4～5
2～4
5～6
6～7
9～10
5～6
6～7
6～7
910
10～14
IT13～IT11
IT10～IT9
IT10～IT9
IT9～IT8
IT8～IT7
IT7～IT6
IT8
IT7
IT8
IT7～IT6
IT7～IT6
10
8
9～8
8
7
6
8～7
7～6
7
6
5～4
0.3～0.5
>1.8
1.0～1.8
0.5～0.8
0.1～0.3
0.1～0.55
0.4～0.2
0.2～0.3
0.2～0.5
0.1～0.2
0.01～0.02
指孔径在180以下，铸件直径的余量。
L/d<2L/d=2～10时,加工误差增加1.2～2倍
平面
粗刨,粗铣
精刨,精铣
细刨,细铣
粗磨
半精磨
精磨
研磨
12.5
6.3
0.8
1.6
0.8
0.8
0.1
1～3
4～6
7～8
6～7
7～9
7～9
10～14
IT14～IT11
IT10
IT9～IT6
IT9
IT7～IT6
IT7～IT6
IT5
11～9
10～9
8～6
8～6
7～5
7～5
5～2
0.9～2.3
0.2～0.3
0.16
0.05
0.03
0.03
0.01～0.03
指平面最大尺寸500以下的铸件的平面余量
“CA6140车床拨叉”：
零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1.45kg，生产类型为中批量生产，铸造毛坯。
根据以上原始资料及加工路线，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（φ42）
考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。
2、外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ25，φ60端面）
查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表3.1～26，取φ25，φ60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
半精铣0.7mm
3、内孔（φ60已铸成φ50的孔）
查《工艺手册》表2.2～2.5，为了节省材料，取φ60孔已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为50mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔5mm
扩孔0.5mm
铰孔0.1mm
精铰0mm
同上，零件φ25的孔也已铸出φ15的孔。
工序尺寸加工余量：
钻孔至φ23余量为8mm
扩孔钻1.8mm
粗铰孔0.14mm
精铰孔0.06mm
4、槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量铸出槽端面至中心线47mm的距离，余量为3mm。
工序尺寸加工余量：
粗铣端面2.1mm
半精铣0.7mm
精铣0.2mm
5、螺纹孔顶面加工余量
铸出螺纹孔顶面至φ25孔轴线且垂直轴线方向40mm的距离，余量为4mm。
工序尺寸加工余量：
粗铣顶面3.1mm
半精铣0.7mm
精铣0.2mm
6、其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为中批量生产，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。
八、确立切削用量及基本工时
工序一——以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔上下端面。
1、加工条件
工件材料：
HT200，σb=0.16GPa，HB=200~241，铸造。
加工要求：
粗铣φ25孔上下端面。
机床：
X53立式铣床。
刀具：
W18Cr4V，硬质合金钢端铣刀，牌号YG6。
铣削宽度ae≤60，深度ap≤4，齿数z=10，故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=80mm，选择刀具前角γo＝0°，后角αo＝15°，副后角αo´=10°，刀齿斜角λs=－15°，主刃Kr=60°，过渡刃Krε=30°，副刃Kr´=5°，过渡刃宽bε=1.5mm。
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=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）每齿进给量
机床功率为10kw。
查《切削手册》f=0.08~0.15mm/z。
由于是对称铣，选较小量f=0.15mm/z。
3）查后刀面最大磨损及寿命
查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min
4）计算切削速度按《切削手册》表14，
V=1.84
n=7.32
=6.44
5）计算基本工时
tm＝L/Vf=（90+36）/6.44=6.99min。
工序二——精铣φ25孔上下端面。
1.加工条件
工件材料：
HT200，σb=0.16GPa，HB=200~241，铸造。
加工要求：
精铣φ25上下端面。
机床：
X6140卧式铣床。
刀具：
W18Cr4V，硬质合金钢端铣刀，牌号YG6。
铣削宽度ae≤60，深度ap≤4，齿数z=10，故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=80mm。
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.切削用量
1）铣削深度
因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）每齿进给量
机床功率为7.5kw。
查《切削手册》表5f=0.14~0.24mm/z。
由于是对称铣，选较小量f=0.14mm/z。
3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表8，寿命T=180min
4）计算切削速度按《切削手册》表14，查得Vf＝6.44mm/s，
5）计算基本工时
tm＝L+18
2/Vf=（2+18
2）/6.44=5.9min。
工序三——以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔，孔的精度达到IT7。
1.选择钻床及钻头
选择Z5125A钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=23mm，钻头采用双头刃磨法。
2.选择切削用量
（1）决定进给量
由do=23mm,查《切削手册》表5
按钻头
按机床强度查参考文献【1】表10.1-2选择
。
最终决定选择机床已有的进给量
。
（2）耐用度
查参考文献【2】表9：
T=4500s=75min
（3）切削速度
查参考文献【1】表10.1-2
n=50-2000r/min取n=1000r/min.
3.计算工时
由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
扩铰和精铰的切削用量如下：
扩钻：
选高速钢扩孔钻
铰孔：
选高速钢铰刀
精铰：
选高速钢铰刀
工序四——以φ25孔为精基准，钻、粗镗、精镗φ60孔，保证孔的精度达到IT7。
1.选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=55mm，钻头采用双头刃磨法。
选择Z5163A钻床n=22.4~1000r/min，f=0.063~1.2mm/r。
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查参考文献【2】表5：
钻头进给量
。
按钻头强度选择
，按机床强度选择
。
最终决定选择Z5163A机床已有的进给量
。
（2）计算工时
选择n=600r/min，所以
3.选择镗刀
选择高速钢镗刀，粗镗时do=59.9mm
选择卧式镗床T68。
粗镗时v=20-35m/min，f=0.3-1.0mm/r
精镗时v=15-30m/min，f=0.15-0.5mm/r
工序五——粗铣半精铣精铣槽16H11的端面
1.选择机床刀具
选择立式铣床X53K，硬质合金钢Yab端铣刀
。
2.切削用量
查参考文献【2】表5：
f=0.14~0.24mm/r
T=180min取f=0.15mm/rv=1.84m/min
n=7.32r/min
3.计算工时
半精铣：
工序六——精铣槽16H11
本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步，此工序精铣槽须满足各技术要求包括：
槽宽16H11，槽深8H12，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。
1.选择机床及刀具
机床x61W型万能铣床
刀具错齿三面刃铣刀铣槽do=16mm查参考文献【1】表8
国家标准GB1118D=160mmd=40mm
L=16mm齿数z=24
2.计算切削用量
（1）由参考文献【1】表9.4—1和[3]查得：
走刀量f=0.67mm/r
（2）铣刀磨钝标准和耐用度
由参考文献【1】表9.4—6查得磨钝标准为0.2~0.3
由参考文献【1】
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