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设计”CA6140车床拨叉”零件机械加工工艺规则及工艺装备

序言

机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学全部基础课、技术基础课和大部分专业课以后进行。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程一次深入综合性总复习,也是一次理论联络实际训练,所以,它在我们四年大学生活中占相关键地位。
就我个人而言，我期望能经过这次课程设计对自己未来将从事工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、处理问题能力，为以后参与祖国“四化”建设打下一个良好基础。
因为能力所限，设计还有很多不足之处，恳请各位老师给指导。

一、零件分析

（一） 零件作用
题目所给零件是CA6140车床拨叉。它在车床变速机构中，关键起换档，使主轴回转运动根据工作者要求工作，取得所需速度和扭矩作用。零件φ25孔和操纵机构相连，φ55半孔则是用于和所控制齿轮所在轴接触。经过上方力拨动下方齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。

（二） 零件工艺分析
零件材料为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表面和加工表面之间位置要求：
1．小头孔φ25；
2．大头半圆孔Ф及其端面；
3．16×8槽；
4．φ40外圆斜面；
5．大头半圆孔两端面和小头孔中心线垂直度误差为0.1mm；
6. 槽端面和小头孔中心线垂直度误差为0.08mm。
由上面分析可知，能够粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采取专用夹具进行加工，而且确保位置精度要求。再依据各加工方法经济精度及机床所能达成位置精度，而且此拨叉零件没有复杂加工曲面，所以依据上述技术要求采取常规加工工艺均可确保

二、 工艺规程设计

(一)确定毛坯制造形式
已知此拨叉零件生产类型为中批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序合适集中；加工设备以通用设备为主，大量采取专用工装。
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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。

（二）基面选择
基面选择是工艺规程设计中关键工作之一。基面选择正确和合理，能够使加工质量得到确保，生产效率得以提升。不然，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。
1） 粗基准选择：按相关基准选择标准，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以和加工表面要求相对位置精度高不加工表面作粗基准。对本零件而言，则应以零件底面为关键定位粗基准。
2） 精基准选择：考虑要确保零件加工精度和装夹正确方便，依据“基准重合”标准和“基准统一”标准。对本零件而言，大头半圆孔两端面和小头孔中心线垂直度误差为0.1mm，槽端面和小头孔中心线垂直度误差为0.08mm，则应以φ25小头孔为精基准。

（三）制订工艺路线
制订工艺路线出发点，应该是使零件几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能达成合理确保。在生产纲领已确定为大批量生产情况下,能够考虑采取万能性机床配以专用工夹具,并尽可能使工序集中来提升生产率。除此之外，还应该考虑经济效果，方便使生产成本尽可能下降。
1．工艺路线方案一
工序Ⅰ 车φ55圆和两端面
工序Ⅱ 铣断，使之为两个零件
工序Ⅲ 铣16×8槽
工序Ⅳ 铣φ40外圆斜面
工序Ⅴ 加工φ25小头孔
2．工艺路线方案二
工序Ⅰ 铣断，使之为两个零件
工序Ⅱ 加工φ25小头孔
工序Ⅲ 铣16×8槽
工序Ⅳ 车φ55半圆和两端面
工序Ⅴ 铣φ40外圆斜面
3．工艺方案比较和分析
上述两个方案特点在于：方案一是先加工φ55圆和两端面，方便于后续加工，并利用了两件合铸优势，提升了工作效率，然后在铣床上把全部铣工序全部弄完，省去了在各机床间切换麻烦，最终加工孔；方案二是先切开工件，分别加工，然后加工小头孔，再铣、再车、再铣……显然，工序上不如方案一效率高。但因为圆和槽全部和小头孔有垂直度要求，能够先加工小头孔，后加工槽；圆应该利用两件合铸优势，所以还是先加工φ55大圆。故能够将工序定为：
工序Ⅰ 粗，精车φ55圆和两端面
工序Ⅱ 铣断，使之为两个零件
工序Ⅲ 加工φ25小头孔
工序Ⅳ 铣16×8槽
工序Ⅴ 铣φ40外圆斜面
这么，看起来工序简练且确保了垂直度要求，还能充足利用两件合铸优势。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸确实定
“CA6140车床拨叉”，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量约为1.5kg，生产类型为大批量生产，铸造毛坯。
依据以上原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸以下：
1. 外圆表面沿轴线长度方向加工余量及公差（φ25，φ55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φ25，φ55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 1mm
精铣 0mm
2. 内孔（φ55已铸成孔）
查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ55已铸成孔长度余量为3，即铸成孔直径为49mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔 2mm
扩孔 0.125mm
铰孔 0.035mm
精铰 0mm
3. 其它尺寸直接铸造得到
因为本设计要求零件为大批量生产，应该采取调整加工。所以在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方法给予确定。

（五）确立切削用量及基础工时

工序一 粗，精车φ55圆和两端面
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗，精铣φ55圆和上下端面。
机床：卧式车床CA6140
刀具：YW2内圆车刀 YW3端面车刀
2. 计算切削用量
1）铣削深度 因为切削量较小，故能够选择ap=1.5mm，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》f=0.14～0.24mm/z。因为是对称铣，选较小量f=0.14 mm/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》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据卧式车床CA6140铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校验机床功率 查《切削手册》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，V c=119.3m/min， f z=0.16mm/z。
6）计算基础工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。

工序二 铣断，使之为两个零件
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：铣断，使之为两个零件
机床：X60铣床。
刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀

工序三 加工φ25小头孔
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190～241,铸造。
加工要求：加工φ25小头孔
机床：立式钻床Z535
选择钻头：选择高速钢麻花钻头φ25mm，钻孔至φ23mm， 扩孔至φ24.8mm，铰孔至φ24.94mm，精铰孔至φ25mm
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切削手册》
所以，
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择机床已经有进给量 经校验 校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损程度（查《切削手册》）为0.5～0.8mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切削手册》 修正系数
故。

查《切削手册》机床实际转速为
故实际切削速度
（4）校验扭矩功率
所以
故满足条件，校验成立。
３.计算工时

因为全部工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以降低辅助时间。
扩铰和精铰切削用量以下：
扩钻：
铰孔：
精铰：

工序四 铣16×8槽
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：铣16×8槽
机床：X60铣床
选择钻头：高速钢镶齿三面刃铣刀
（1）决定进给量
查《切削手册》
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择Z550机床已经有进给量 经校验 校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损程度（查《切削手册》）为0.8～1.2mm，寿命
扩孔后刀面最大磨损程度（查《切削手册》）为0.9～1.4mm，寿命
铰和精铰孔后刀面最大磨损程度（查《切削手册》）为0.6～0.9mm，寿命
（3）切削速度
查《切削手册》 修正系数
故。

查《切削手册》机床实际转速为
故实际切削速度
３.计算工时

全部工步工时相同。

工序五 铣φ40外圆斜面
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190～241,铸造。
加工要求：铣16×8槽
机床：X60铣床
选择钻头：高速钢镶齿三面刃铣刀
。

三、 夹具设计

为了提升劳动生产率，确保加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
经过和指导老师协商，决定设计加工孔φ25工序夹具。本夹具将用于立式钻床Z535，刀具为麻花钻头φ25mm，对工件φ25孔进行钻加工。
（一） 问题提出
在给定零件中，对本步加工定位并未提出具体要求，是自由公差，定位要求较低。所以，本步关键应在夹紧方便和快速性上。

（二） 夹具设计
1． 定位基准选择
出于定位简单和快速考虑，工件以φ40外圆、平面和侧面为定位基准，在V形块、支承板和挡销上实现完全定位。采取手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。

2． 切削力和卡紧力计算
本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果能够确保可靠夹紧。
轴向力
扭矩
因为扭矩很小，计算时可忽略。
夹紧力为
取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1
则实际夹紧力为 F’=S1*S2*S3*S4*F=10.06N
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调整夹紧力调整装置，即可指定可靠夹紧力。
3. 定位误差分析
本工序采取一定位销，一挡销定位，工件一直靠近定位销一面，而挡销偏角会使工件自重带来一定平行于夹具体底版水平力，所以，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。不过，因为加工是自由公差，故应该能满足定位要求。
4. 夹具设计及操作简明说明
夹具夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提升生产力，使用快速螺旋夹紧机构。
夹具上设置有钻套，用于确定钻头位置。
φ25孔加工钻床夹具装配图（见附图）

四、 参考文件

1．赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书—2版，北京:机械工业出版社,.10.
2．李旦.邵东向.王杰，机床专用夹具图册，哈尔滨工业大学出版社，.10
3．孟少农,机械加工工艺手册，北京:机械工业出版社,1991.9.
4．徐圣群，简明加工工艺手册，上海:科学技术出版社，1991.2