CA6140车床831005拨叉机械加工工艺及右端面铣夹具设计.docx
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CA6140车床831005拨叉机械加工工艺及右端面铣夹具设计
机械制造技术基础
课程设计
CA6140车床831005拨叉机械加工工艺及右端面铣夹具设计
一、设计题目 设计“CA6140车床831005（第2组）拨叉”零件的机械加工工艺及工艺设备
二、原始资料
（1）被加工零件的零件图1张
（2）生产类型:
（中批或大批大量生产）
三、上交材料
1．绘制零件图1张
2．毛坯图1张
3．编制机械加工工艺过程综合卡片1套
4．编制机械加工工艺卡片（仅编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工艺卡片）1套
5．绘制夹具装配图（A0或A1）1张
6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。
装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。
1张
7．编写课程设计说明书（约5000-8000字）。
1份
四、进度安排
本课程设计要求在3周内完成。
1．第l～2天查资料，熟悉题目阶段。
2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法和机械加工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。
3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。
4．第11～13天，完成夹具总装图的绘制。
5．第14～15天，零件图的绘制。
6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。
7．第19天，完成图纸和说明书的输出打印。
8．第20～21天，答辩
五、指导教师评语
该同学在课程设计过程中表现认真，工艺路线
夹具设计方案，说明书及图纸质量，综合
评定其成绩为。
成绩：
指导教师
日 期
摘 要
本学期我设计的题目是CA6140车床拨叉及右端面的夹具设计，其中包括零件图、毛坯图、夹具装配图和夹具中一个零件图各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一张还有课程设计说明书的编写。
首先我们要熟悉零件和了解其作用，它位于车床变速机构中，主要起换档作用。
然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。
最后拟定拨叉的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图，最后编写课程设计说明书。
通过这次课程设计，我能够了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的专业基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习打好基础。
Abstract
This time I design the lathes of the shift forks CA6140andits22splinebaseholediameter, including that the part pursuing , the blank pursues , assembling pursues , the machine work procedure card the working procedure card every sheet .We should know the part very well and know its effect first , it is worked in the organization which is used for change the speed in a lathe, and the mainly role of the part is alter the speed. Then, we design the dimension of the blank and instrument process a margin of the part according to part character and the harshness of each face .Finally, I design the handicrafts route picture of the shift forks, work out the fastening motion scheme being workpiece's turn , draw up clamp assembling picture.
As far as my individual be concerned, I want to know the general productive technology of machine part , consolidating and deepening the knowledge of basic course and specialized course what I have already learned , integrates theory with practice, and improve the ability to solve problems, what’s more , striking the basis for the future work and the following course’s studying
目录
序言1
1零件的分析1
1.1零件的作用1
1.2零件的工艺分析1
2零件机械加工工艺规程设计2
2.1毛坯的选择2
2.2基准的选择2
2.3工艺路线的拟定3
2.3.1零件表面加工方法
2.3.2加工时段的划分
2.3.3工序的集中与分散
2.4制订工艺路线及选择加工设备与工艺装备4
2.5机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定
5
2.5.1毛坯余量及尺寸的确定
2.5.2确定机械加工余量和工序尺寸及切削用量及间定额的计算
3夹具的设计11
3.1问题的提出11
3.2定位方案的确定12
3.3切削力及夹紧力计算12
3.4定位误差分析14
3.5引导元件的设计15
3.6夹具操作及维护简要说明15
4体会与张望15
参考文献
序言
机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。
我希望能通过这次课程设计加深一下对先前学过的专业知识的理解和运用，培养独立的分析和解决工程实践问题的能力和熟悉并运用手册、规程及图表资料编写技术文件的基本技能，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
1零件的分析
1.1零件的作用
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。
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。
1.2零件的工艺分析
该拨叉的需要加工部位技术要求通过对拨叉零件图分析，主要加工部位见如下表:
项目
公差等级
偏差（mm）
粗糙度
定位基准
Ø25的六齿方花键孔
IT12
+0.023
0
1.6
花键孔中心线
Ø22的花键底孔
IT12
+0.28
0
6.3
花键孔中心线
两端的2*150倒角
6.3
花键孔中心线
尺寸8的槽
IT9
+0.03
0
1.6
右端面
尺寸18的槽
IT6
+0.012
0
3.2
右端面
另外确定该拨叉生产类型根据要求，该零件为中批或大批量生产
2零件机械加工工艺规程设计
2.1毛坯的选择
零件材料HT200、考虑到此零件的工作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，因为有较高的精度要求所以选用熔模铸造
2.2基准的选择
2.2.1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。
2.2.2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。
2.3工艺路线的拟定
2.3.1零件表面加工方法选择
根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《机械制造技术基础课程设计指导教程》确定各表面加工方案，如下表所示。
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度
加工方案
40X28表面
IT8
3.2
粗铣—半精铣
右端面
IT8
3.2
粗车—半精车
Ø22的花键底孔
IT12
6.3
钻孔—扩孔
两端的2*15倒角
6.3
锪倒角
Ø25花键孔
IT9
3.2
拉削
尺寸8的槽
IT9
1.6
铣削
尺寸18的槽
IT6
3.2
粗铣—精磨
2.3.2加工时段的划分
在选定拨叉各表面加工方法后，就需进一步确定这些加工方法在工艺路线中的顺序及位置，这就涉及加工阶段划分方面的问题。
对于精度要求较高的表面，总是先粗加工后精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。
该拨叉的加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工阶段。
在粗加工阶段，以Φ40的外圆表面为粗基准将精基准右端面（A面）准备好，使后续都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；粗铣拨叉B面（28 X 40平面）粗铣尺寸18的槽。
半精加工阶段，半精铣40X28表面,粗车右端面和完成拨叉Ø22㎜孔的钻、扩加工并进行花键槽的拉削加工；精加工阶段进行拨叉Ø18㎜的磨削加工；进行B面的精铣；铣B面尺寸为8的槽
2.3.3工序的集中与分散
工序的集中与分散是确定工序内容多与少的依据，它直接影响整个工艺路线的工序数目及设备、工装的选用等。
由于本次加工的拨叉的生产类型为大批量生产，确定选用工序集中的原则组织工序内容，一方面可以采用万能、通用机床配以专用夹具加工，以提高生产效率；另一方面也可以减少工件的装夹次数，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度，并可以缩短辅助时间
2.4制订工艺路线及选择加工设备与工艺装备
通过对拨叉工艺路线的分析，参照有关文件确定各工序的加工设备及工艺装备，见如下图：
工序号
工序名称
机床设备
刀具及量具
1
粗车右端面
转塔式六角车床
90度车刀、游标卡尺
2
精车右端面
转塔式六角车床
90度车刀、游标卡尺
3
钻花键孔
立式钻床
Ф20中心钻、游标卡尺
4
扩花键孔
立式扩床
Ф21扩孔钻、游标卡尺
5
倒角2x15°
转塔式六角车床
45度偏刀、游标卡尺
6
拉六齿方型花键
立式拉床
高速钢拉刀、游标卡尺
7
铣800。
03mm的槽
X62W铣床
高速钢直齿精密级三面刃铣刀、量块
8
铣1800。
12mm槽
X62W铣床
高速钢直齿精密级三面刃铣刀、量块
9
磨宽为1800。
12mm的槽
磨床
砂轮、量块
10
去毛刺
钳工台
平锉
11
清洗
清洗机
12
终检
塞规、卡尺等
2.5机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定
2.5.1毛坯余量及尺寸的确定
1. 矩形花键底孔。
要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为Ø220+0.28，
见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》 表3-59确定孔加工余量的分配。
钻孔Φ20mm，扩孔Φ21mm，拉花键 ，花键孔要求以外径定心：
拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取 2Ζ=1mm
2. 右端面的加工余量。
此工序分2个工步1、粗铣右端面 2、精铣右端面。
精加工余量为0.2mm，粗铣加工余量为2.8mm
2.5.2 确定机械加工余量和工序尺寸及切削用量及间定额的计算
工序1：
车拨叉右端面
加工条件：
工件材料：
灰口铸铁HT200。
σb=145MPa。
铸造。
加工要求：
粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，Ra=3.2µm
机床：
车床CA6140
刀具：
硬质合金刀具（YG6）。
参数为：
r =12. ao=6-8 b= -10 o=0.5
Kr=90 n=15
计算切削用量：
（1）已知长度方向的加工余量为3±0.8mm 。
实际端面的最大加工余量为3.8mm 。
故分二次加工（粗车和半精车）。
长度加工公差IT １２级 取-0.46 mm （方向：
入体方向）
（2）进给量、根据《切削用量简明手册》（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为
16mm³25mm,ａｅ≤３mm时，以及工件直径为Φ60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取Φ60mm） ƒ=0.6-0.8mm/ｒ.
按CA6140车床说明书 取ƒ=0.61mm/n。
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=0.61³0.8=0.488mm/ｒ 按CA6140车床说明书
ƒ＝0.48ｍｍ／ｒ
（3）计算切削速度。
按《切削简明手册》表1.27 ，切削速度的计算公式为 （寿命选T=60min） V=Cv/（Tm²ap xv²f yv） ²kv
其中：
Cv=158 xv=0.15 yv=0.4 M=0.2修正系数Ko
见《切削手册》表1.28
kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kBV=0.81
所以Vc =158/（ 600.2²20.15²0.53 0.4） ²1.15²0.8²0.8²0.81²0.97=46.9（m/min）
（4）确定机床主轴转速 ns=1000vc/dw=229.8（r/min）
按CA6140 车床说明书 ｎ＝200 r／min 所以实际切削速度V=40.8m/min
（5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1
Tm=（L+L1+L2+L3）/nw x f=0.33（min） （其中L=（65-0）/2=32.5 L1=3、L2=0、L3=0）
辅助时间：
0.33 x0.15=0.0495（min）
其他时间：
（0.33+0.0495）x0.09=0.0342（min） 总工时：
0.33+0.0495+0.0342=0.4137（min）
工序2：
精车右端面
（1）已知粗加工余量为0.3mm。
（2）进给量f. 根据《切削用量简明手册》表1.6，
f=0.15－0.25mm/r 按CA6140 车床说明书，ｆ＝0.16 mm/r
计算切削速度 按《切削用量简明手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）
V =Cv/（Tm²ap xv²f yv） ²kv
=158/（ 600.2²20.15²0.16 0.4） ²1.15²0.8²0.8²0.81²0.97 =83.85（m/min）
（3）确定机床主轴转速. nw=1000vc/ dw =410.8（r/min）按CA6140车床说明书，取nw=400（r/min）
实际切削速度V=57.1m/min
（4）切削加工时，查《工艺手册》表6.2-1
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Ø22mm台阶， 所以L=（65-20）/2=22.5mm L1=3.L2=0. L3=0 ] 辅助时间：
0.15 x0.35=0.0525（min）
其他时间：
0.09 x（0.35+0.0525）=0.0362（min） 总时间：
0.35+0.0525+0.0362=0.4387（min）
工序3钻花键孔
钻头选择：
见《切削用量简明手册》表2.2
钻头几何形状为（表2.1及表2.2）：
双锥修磨具刃，钻头参数：
ｄ＝Ф20ｍｍβ=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm,ao=12
Ψ=55°,b=2mm，=4mm。
根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=0.48
ａ、按机床进给强度决定进给量：
根据表2.9,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表2.21，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6寿命T=45min.
ｃ、切削速度 由《切削用量简明手册》，表2.15得Ｖ=21m/min
n=1000V/
D=334.4由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m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）
入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=10mm所以Tm=L/nf=（80+10）/280x0.62=0.32（min）
工序4扩花键孔
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。
工序5车倒角
刀具：
专用刀具。
此工步使用到专用刀具与手动进给。
检验机床功率按《切削用量简明手册》表1.2４
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《切削用量简明手册》表2.21
当ｄｏ＝21ｍｍ ｆ＝0.64ｍｍ查得转矩Ｍ＝61.8 N.M
《切削用量简明手册》表由表2.32 得功率公式
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
工序6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：
v=0.06m/s（3.6m/min）
切削工时：
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）
工序7铣削8+0.030mm槽。
加工工件尺寸：
8+0.030mm,长度L=40mm
加工要求：
高速钢错齿三面刃铣刀（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
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
1）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
工序8铣宽为180+0.12mm槽
加工要求：
用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽180+0.12mm，长L=40mm，加工余量23mm
由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，ae=23，ap=10mm，
1）选择刀具
铣刀参数：
L=10D=100mmd=30mmro=15°
ao=12°an=6°Z=24
2）选择铣削用量
由于槽的宽度为18mm,
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