机械加工工艺规程与工艺装备设计doc 32页.docx
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机械加工工艺规程与工艺装备设计doc32页
扬州职业大学论文分类号：
毕业论文（设计）密级：
无
CA6140车床第三轴的拨叉零件的
机械加工工艺规程及工艺装备设计
系别&专业：
汽车与电气工程系－机电一体化专业
姓名&学号：
杨引0802010228
年级&班别：
2008级机电
（2）班
教师&职称：
张友宏（副教授）
2011年5月10日
第一章零件的分析2
1.1零件的作用......................................................................................2
1.2零件的工艺分析............................................................................2
第2章工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式...................................................................4
2.2基面的选择...................................................................................4
2.3工艺路线制定与比较分析............................................................5
2.3.1制定工艺路线.....................................................................5
2.3.2工艺路线的比较与分析.....................................................7
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定.............................7
2.4.1φ40端面的加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸...............7
2.4.4其他尺寸直接铸造得到...................................................8
2.5确立切削用量及基本工时.............................................................8
2.5.1粗铣φ40端面..................................................................8
2.5.2钻、扩、铰φ22孔...........................................................9
2.5.3精铣φ22孔上端面..........................................................13
2.5.4精镗、半精镗φ55孔....................................................14
2.5.5粗铣φ55孔上下端面..................................................14
2.5.6精铣φ55孔上下端面..................................................15
2.5.7钻、铰φ8孔（装配时钻铰锥孔）..............................16
2.5.8钻一个φ6.75孔，攻M8螺纹.....................................19
2.5.9切断................................................................................21
2.5.10检查..............................................................................21
第三章：
夹具设计
3.1.1问题的提出........................................................................22
3.1.2夹具设计...........................................................................22
3.2钻φ8孔的夹具设计.................................................................24
毕业设计小结...........................................................................................26
参考文献...................................................................................................27
前言
机械制造工艺学是以机械制造工的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，对此门的毕业设计，可以使我们三年来的学习成果得到检验，并进一步提高以下能力：
1.能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量。
2.提高结构设计能力。
通过设计夹具的训练，根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力既经济合理又能保证加工质量的夹具。
3.学会使用手册及图表资料。
4.培养一定的创新能力。
通过对CA6140拨叉的工艺及夹具设计，使大学三年所学的知识得到了汇总（如《机械制造技术》、《公差配合与技术测量》、《金属切削原理与刀具》等等）。
让我们对所学的专业知识得到巩固，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用有了更加深刻的理解，并为以后的实际工作奠定了基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。
第一章零件的分析
1.1零件的作用
题目所给的零件是CA6140车床中的一个拨叉。
它位于主轴箱第三轴上，主要起换档作用，通过拨叉调节第三轴上滑移齿轮的位置，使主轴回转运动按照加工要求实现所需要的速度，如图1.1示。
零件上方的φ22孔与操纵机构相连，下方的φ55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。
图1.1
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要求：
1.加工两个小头孔的上表面：
先以零件底面为粗基准夹两侧加工，使其表面粗糙度达到Ra6.3，然后以Ф22孔轴线作为精基准加工使其表面粗糙度达到Ra3.2，零件总高度达到50mm。
2.加工两个Ф22的孔：
以两个小头孔的上表面为精基准夹两侧加工使其内表面粗糙度达到Ra1.6并保证两个小头孔的上表面与孔轴线之间的垂直度公差为0.05。
3.加工Ф55的孔：
以Ф22孔轴线为精基准夹两侧加工使其内表面粗糙度达到Ra3.2
4.加工Ф55的孔与Ф73孔组成的台阶面：
以Ф22轴线为精基准加工使台阶面的水平面粗糙度达到Ra3.2，并保证上下两个水平面与Ф22孔轴线之间的垂直度公差为0.07，垂直面粗糙度达到Ra6.3。
5.加工Ф8的锥销孔：
Ф8的锥销孔位与两个小头孔上，每个小头孔上有两个，与零件上表面的距离为10mm加工时先加工到一半，装配时钻铰。
M8的螺纹孔，同样位于两个小头空上，每个小头孔上一个，与零件上表面的距离为30mm.
因为两件零件铸为一体，最后需将零件按图示尺寸铣断。
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。
第二章工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200灰铸铁。
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，生产类型为大批生产，故选择永久型铸件毛坯。
查《机械制
造工艺及设备设计指导手册》（后称《指导手册》）选用铸件尺寸公差等级IT9级。
2.2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，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
2.2.1粗基准的选择
经加工的表面，粗加粗基准是为零件起始粗加工所应用得基准。
一般是粗工的目的是去除大量的余量，并为以后的加工准备精基准
粗基准的选择原则：
为了保证加工面与非加工面之间的位置要求应选择不加工面为粗基准。
为保证各加工面都有足够的加工余量应选择毛坯余量最小的面为粗基准。
为保证各加工面的加工余量，应选择重要加工面为粗基准
粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上，通常只准许使用一次。
选用的粗基准的表面应尽量平整光洁，不能有飞边浇口冒口或其他缺陷，以便定位准确夹紧可靠。
根据以上基准选择原则，以零件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，这样可以限制五个自由度，在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
选择精基准时应保证加工精度和装夹方便。
精基准的选择原则有：
1.基准重合原则2.基准统一原则
3.自为基准原则4.互为基准原则
5.保证工件定位准确夹紧可靠操作方便的原则
根据以上原则选择按照加工顺序选择以加工后的两个小头孔的上表面作精基准来加工Ф22的孔，以Ф22孔的轴线为为精基准加工两个小头孔的上表面。
当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
2.3工艺路线制定与比较分析
制定工艺路线得出发点,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。
2.3.1制定工艺路线
工艺路线方案一
工序一粗铣φ40端面，表面粗糙度达Ra12.5。
工序二精铣φ40端面，使零件高度达50mm,表面粗糙度达Ra3.2。
工序三以φ40端面为基准钻、扩、铰φ22孔成（直
径达φ22H7，表面粗糙度达Ra1.6）。
工序四以φ40端面为基准钻、扩、铰φ55孔成（直径达φ55H7，表面粗糙度达Ra3.2）。
工序五以φ22孔轴线为基准粗、精铣面2，使尺寸达到21mm，表面质量达Ra3.2。
工序六以φ22孔轴线为基准粗、精铣面3，使尺寸达到图示尺寸20mm，表面质量达Ra3.2。
工序七以φ20孔为精基准，钻φ8孔（装配时钻铰锥孔）。
工序八以φ20孔为精基准，钻一个φ6.75孔，攻M8螺纹。
工序九切断
工序十检查
工艺路线方案二
工序一粗铣φ40端面，表面粗糙度达Ra12.5。
工序二以φ40端面为基准钻、扩、铰φ22孔成（直
径达φ22H7，表面粗糙度达Ra1.6）。
工序三以φ22孔轴线为基准精铣φ40端面，使零件高度达50mm,表面粗糙度达Ra3.2。
工序四以φ40端面为基准钻、扩、铰φ55孔成（直径达φ55H7，表面粗糙度达Ra1.6）。
工序五以φ22孔轴线为基准粗、精铣A面，使尺寸达到21mm，表面质量达Ra3.2。
工序六以φ22孔轴线为基准粗、精铣B面，使尺寸达到图示尺寸20，表面质量达Ra3.2。
工序七以φ20孔为精基准，钻φ8孔（装配时钻铰锥孔）。
工序八以φ20孔为精基准，钻一个φ6.75孔，攻M8螺纹。
工序九切断
工序十检查。
工艺路线方案三
工序一粗铣φ40端面，表面粗糙度达Ra12.5。
工序二以φ40端面为基准钻、扩、铰φ22孔成（直
径达φ22H7，表面粗糙度达Ra1.6）。
工序三以φ22孔轴线为基准精铣φ40端面，使零件高度达50mm,表面粗糙
粗糙度达Ra3.2。
工序四以φ40端面为基准钻、扩、铰φ55孔成（直径达φ55H7，表面粗糙度达Ra1.6）。
工序五以φ22孔轴线为基准粗、精铣A面，使尺寸达到21mm，表面质量达Ra3.2。
工序六以φ22孔轴线为基准粗、精铣B面，使尺寸达到图示尺寸20，表面质量达Ra3.2。
工序七以φ20孔为精基准，钻φ8孔（装配时钻铰锥孔）。
工序八以φ20孔为精基准，钻一个φ6.75孔，攻M8螺纹。
工序九切断
工序十检查。
以上工艺过程详见图2.1。
图2.1
2.3.2工艺方案的比较与分析
方案一加工效率较高，但同时钻三个孔，对设备有一定要求，且方案一不能保证φ40端面和φ22孔轴线的垂直度要求。
方案二可以适合大多数生产，但效率较低。
方案三虽然工序仍然是十步，但是效率大大提高了，且方案一能保证φ40端面和φ22孔轴线的垂直度要求。
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定
”CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HBS，毛皮重量2.2kg，生产类型大批量，铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
2.4.1φ40端面的加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸
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φ20，φ50端面长度余量均为4。
铣削加工余量为：
粗铣1mm
精铣0mm
2.4.2.内孔（φ22孔）的加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸
查《工艺手册》表2.2～2.5，
工序尺寸加工余量：
钻孔2mm
扩孔0.2mm
铰0mm。
2.4.3.内孔（φ50已铸成孔）的加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸
查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ50已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为44mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔2mm
扩孔0.125mm
铰0mm
2.4.4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。
2.5确立切削用量及基本工时
2.5.1粗铣φ40端面
1.加工条件
工件材料：
HT200,σb=200MPa硬度为190～210HBS,铸造。
加工要求：
粗铣φ20孔上端面。
机床：
卧式万能升降台铣床X6132。
刀具：
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《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=1.5mm，二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》fz=0.14~0.24mm/z。
由于是对称铣，选较小量fz=0.14mm/z。
3）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1.0～1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min。
4）计算切削速度按《切削手册》，Vc=3.14d0n/1000,
查表3.16可得Vc=110mm/s,n=439r/min,Vf=492mm/s。
查得XA6132铣床参数nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度Vc=3.14×80×475/1000=119.3m/min,实际进给量为
fzc=Vfc/（nc×z）=475/（475×10）=0.1mm/z。
5）校验机床功率根据《切削手册》查表3.23得Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。
故校验合格。
最终确定ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.1mm/z。
6）计算基本工时
式中L=l+y+⊿,l=40mm，根据,3.26可查得y+⊿=12mm
故
tm=L/Vf=（40+12）/475=0.109min。
2.5.2钻、扩、铰φ22孔
以φ40端面为精基准，钻、扩、铰φ22孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。
（一）钻孔
1.选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=20mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=3.5mm,横刃长b=2mm,弧面长l=4mm,棱带长度l1=1.5mm。
2.选择切削用量
（1）决定进给量
1）按加工要求决定进给量：
根据《切削手册》表2.7当加工要求为H7精度铸铁的硬度HBS≤200，d0=20mm时，f=0.70～0.86。
由于l/d=50/22=2.27,故应乘深度修正系数klf=1故
f=0.70～0.86mm/r
2）按钻头强度决定进给量：
根据《切削手册》表2.8硬度为168～218HBS，d0=20mm时，f=1.75mm/r。
3）按机床进给机构强度决定进给量：
根据《切削手册》表2.9当 HBS≤210，d0≤20.5mm,机床进给机构的轴向力为8330N（Z525钻床允许的轴向力为8330N见《切削手册》表2.35）时，f=1.2mm/r。
从以上三个进给量可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值f=0.84～1.032mm/r。
根据Z525钻床说明书，选择f=0.8mm/r。
由于是加工通孔，为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。
机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力再进行比较来检验。
由《切削手册》表2.19可查出钻孔时的轴向力，当f=0.8mm/r，d0≤21mm时，轴向力Ff=7260N。
轴向力的修正系数均为1.0，故Ff=7260N。
根据Z525钻床说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力Fmax=8830，由于Ff≤Fmax,故f=0.8mm/r可用
（2）决定钻头磨钝标准由《切削手册》表2.12得，当d0=20mm,钻头后刀面最大磨损量取为0.6mm，寿命T=60min
（3）决定切削速度由《切削手册》表2.15得，
Vc=14m/min,n=1000V/（3.14×d0）=222.9r/min。
根据Z525钻床说明书，可考虑选择nc=272r/min,但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.64mm/r,也可选择降低一级转数即nc=195,r/min，比较这两种方案：
1）方案一f=0.64mm/r，nc=272r/min
nc×f=0.64×272=174.08mm/min
2）方案二f=0.8mm/r，nc=195r/min
nc×f=0.8×195=156mm/min
因为第一方案ncf乘积较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=16m/min，f=0.64mm/r。
（4）检查机床扭矩及功率
根据《切削手册》表2.21，当f≤0.64mm/r，
d0＜21mm时Mt=61.8N·m扭矩的修正系数为1.0，故Mc=61.8N·m。
根据Z525钻床说明书，当nc=272r/min时，Mm=144.2N·m。
根据《切削手册》表2.23，当硬度为170～213HBS,f≤0.75mm/r,Vc≤17.4m/min时，Pc=1.5kW。
根据Z525钻床说明书，PE=2.8×0.81=2.26Kw.
由于Mc＜Mm,Pc＜PE,故选的切削用量可用Vc=16m/min，f=0.64mm/r，n=nc=272r/min。
３.计算工时
tm=L/nf
式中L=l+y+⊿,l=50mm,切入量及超切量由表2.29可
查得y+⊿=10,故
tm=（50+10）/（272×0.64）=0.34min
（二）扩孔
1.选择刀具
选择高速钢麻花钻直径为φ21.8专用扩孔钻，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝11°，二重刃长度bε=4.5mm,横刃长b=2.5mm,弧面长l=5mm,棱带长度l1=2mm。
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切削手册》表2.10可得f=（1.0～1.2）×0.7=0.7～0.84mm/r。
查机床说明书，取f=0.8mm/r。
（2）决定钻头磨钝标准由《切削手册》表2.12得，当d0=21.8mm,钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，寿命T=40min
（3）决定切削速度由《切削手册》表2.15得，
Vc=0.4×V钻=6.4m/min,n=1000V/（3.14×d0）=222.9r/min。
根据Z525钻床说明书，可考虑选择nc=272r/min,但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=0.64mm/r,也可选择降低一级转数即nc=195,r/min，比较这两种方案：
1）方案一f=0.64mm/r，nc=272r/min
nc×f=0.64×272=174.08mm/min
2）方案二f=0.8mm/r，nc=195r/min
nc×f=0.8×195=156mm/min
因为第一方案ncf乘积较大，基本工时较少，故第一方案较好。
这时Vc=6.4m/min，f=0.64mm/r。
３.计算工时
tm=L/nf
式中L=l+y+⊿,l=50mm,切入量及超切量由表2.29可
查得y+⊿=12,故
tm=（50+12）/（272×0.64）=0.36min
（三）铰孔
1.选择刀具
选择高速钢麻花钻直径为φ22专用铰刀。
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切削手册》表2.10可得f=（1.3～2.6）mm/r。
查机床说明书，取f=1.3mm/r。
（2）决定钻头磨钝标准由《切削手册》表2.12得，当d0=22mm,钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，寿命T=80min
（3）决定切削速度由《切削手册》表2.24得，
Vc=12m/min,n=1000V/（3.14×d0）=173.7r/min。
根据Z525钻床说明书，可考虑选择nc=195r/min,但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f=1.0mm/r,也可选择降低一级转数即nc=140r/min，比较这两种方案：
1）方案一f=1.0mm/r，nc=195r/min
nc×f=1.0×195=195mm/min
2）方案二f=1.3mm/r，nc=140r/min
nc×f=1.
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