CA6140车床的拨叉设计毕业设计论文.doc

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目 录
1、零 件 的 分 析 3
1.1 零件的作用 3
1.2 零件的工艺分析 3
1.3 位置要求： 3
2、工 艺 规 程 设 计 5
2.1确定毛坯的制造形式 5
2.2 基面的选择 5
2.2.1 粗基准的选择： 5
2.2.2 精基准的选择： 5
2.3 制定工艺路线 6
2.3.1 工艺路线方案一： 6
2.3.2 工艺路线方案二 6
2.3.3 工艺方案的比较与分析 7
2.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定: 8
3、 确定切削用量及基本工时 10
3.1工序Ⅰ 10
3.2工序Ⅱ 11
3.3工序Ⅲ 12
3.4工序Ⅳ 13
3.5工序V 14
3.6工序Ⅴ 15
3.7工序Ⅵ 15
3.8工序Ⅷ 16
4、夹具设计 17
4.1问题的提出 17
4.2夹具设计 18
4.2.1定位基准选择 18
4.2.2切削力及夹紧力计算 18
4.2.3定位误差分析 18
参考文献: 19

1 零 件 的 分 析
1.1 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φ22mm孔与操纵机构相连，二下方的φ55mm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。
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置要求。
需要加工的表面：
1.小孔的上端面、大孔的上下端面；
2.小头孔mm以及与此孔相通的mm的锥销孔、螺纹孔；
3.大头半圆孔mm；
1.3 位置要求：
小头孔上端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.05mm、大孔的上下端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm。
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

2 工 艺 规 程 设 计
2.1确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200。考虑到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。选用铸件尺寸公差等级CT9级，已知此拨叉零件的生产纲领为5000件/年，可确定该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程工序划分阶段；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。
2.2 基面的选择
基面的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，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。
2.2.1 粗基准的选择：
以零件的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。这样就可以达到限制五个自由度，再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：
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔内圆柱表面为辅助的定位精基准。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算，此处不再重复。
2.3 制定工艺路线
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。再生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。处此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
2.3.1 工艺路线方案一：
工序1 粗铣Ф40mm孔的两头的端面，Ф73mm孔的上下端面。
工序2 精铣Ф40mm孔的两头的端面，Ф73mm孔的上下端面。
工序3 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
工序4 钻、扩、铰两端Ф22mm孔至图样尺寸。
工序5 钻M8的螺纹孔，钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，攻M8的螺纹。
工序6 倒角，4×R5mm。
工序7 铣断保证图样尺寸。
工序8 去毛刺，检验。
2.3.2 工艺路线方案二
工序1 以毛坯底边为基准， 钻Ф20mm孔, 扩孔至Ф21.8mm, 铰孔至 Ф22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。
工序2 以底端面为基准，铣Ф40mm上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22的垂直度为0.05。
工序3 以Ф40为精基准，镗Ф55+0.5 0，镗Ф73+0.5 0保证其尺寸和粗糙度，与Ф22孔的垂直度为0.07。
工序4 以孔φ40为精基准，钻孔至φ7mm, 铰孔至φ8mm确保孔内粗糙度为1.6。
工序5 以φ22孔为精基准，钻φ7mm孔。
工序6 以φ40上端面为精基准，攻M8mm螺纹。
工序7 倒角，4×R5mm。
工序8 以φ22孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4mm，使其粗糙度为6.3。
工序9 去毛刺，检验。
2.3.3 工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工完与Ф22mm的孔有垂直度要求的面再加工孔。而方案二悄悄相反，先是加工完Ф22mm的孔，再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的三个面。方案一的装夹次数少，但在加工Ф22mm的时候最多只能保证一个面定位面与之的垂直度要求。其他两个面很难保证。因此，此方案有很大的弊端。方案二在加工三个面时都是用Ф22mm孔的中心轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要求。这样也体现了基准重合的原则。这样一比较最终的工艺方案为：
工序1 以毛坯底边为基准， 钻Ф20mm孔, 扩孔至Ф21.8mm, 铰孔至 Ф22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。
工序2 以底端面为基准，铣Ф40mm上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22的垂直度为0.05。
工序3 以Ф40mm为精基准，镗Ф55+0.5 0mm，镗Ф73+0.5 0mm保证其尺寸和粗糙度，与Ф22mm孔的垂直度为0.07。
工序4 以孔φ40为精基准，钻孔至φ7mm, 铰孔至φ8确保孔内粗糙度为1.6。
工序5 以φ22mm孔为精基准，钻φ7mm孔。
工序6 以φ40mm上端面为精基准，攻M8mm螺纹。
工序7 倒角，4×R5mm。
工序8 以φ22mm孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4mm，使其粗糙度为6.3。
工序9 去毛刺。
工序10 检验。
2.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定:
“CA6140车床拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.6㎏,生产类型为大批生产，采用砂型铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，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（Ф40mm及Ф73mm外表面）
考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度CT9即可。又因它们是对称的两个零件最后还需铣断，故对Ф40mm的中心轴线的尺寸偏差为120±1.25mm的范围内。
2. 两小孔mm。
毛坯为实心，两内孔精度要求界于IT7~IT8之间，参照《切屑加工简明实用手册》表8-21确定工序尺寸及余量：
钻孔Ф21.8mm 2Z=21.8mm
铰孔 mm 2Z=0.2mm
3.中间孔（Ф55mm及Ф73mm）
中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺设计手册表1-13得：孔的铸造毛坯为Ф49mm、 Ф73mm的孔是在Ф55mm孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距离为35mm，由于其对轴向的尺寸要求不高，直接铸造得到。参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф73mm工序尺寸及余量：
粗铣Ф71mm Z=4mm
精铣Ф73mm Z=1mm
参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф55mm工序尺寸及余量
粗镗Ф53mm2Z=4mm
半精镗：Ф54mm
精 镗：Ф55mm
4.螺纹孔及销孔
无可非议此销尺寸铸造为实体。
参照《切屑加工简明实用手册》表8-70确定钻Ф8mm螺纹孔和Ф8mm圆柱销孔及螺纹孔的攻丝。
5.铣断

3 确定切削用量及基本工时
3.1工序1
以毛坯底边为基准，钻Ф20mm孔, 扩孔至Ф21.8mm, 铰孔至Ф22+0.021 0mm，保证孔的粗糙度。
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：钻孔至Ф21.8mm，精铰至Ф22mm，保证孔壁粗糙度Ra=1.6μm。
机床：Z512台式钻床。
刀具：YG8硬质合金麻花钻Ф21.8mm，钻头采用双头刃磨法，后角＝12°、二重刃长度=2.5mm、横刀长b=1.5mm、宽l=3mm、棱带长度 、° °、°。YG8硬质合金铰刀Ф22mm。
计算切削用量
查《切削用量简明手册》 。
按钻头强度选择 按机床强度选择，最终决定选择机床已有的进给量 。
钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命．
切削速度
查《切削用量简明手册》 修正系数 故。，查《简明手册》机床实际转速为。故实际的切削速度。
计算基本工时
3.2工序2
以底端面为基准，铣Ф40mm上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22mm的垂直度为0.05。
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：粗铣两头端面至51mm、粗铣大孔端面至30mm。
机床：X52K立式铣床参数。
刀具：涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm，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。
计算切削用量
（1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。
（2）计算切削速度 按《简明手册》
V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据X52K立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14×80×475/1000=1.06m/s,实际进给量为
f zc=V fc/ncz=475/(300×10)=0.16mm/z。
（3）校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=1.06m/s，
fz=0.15mm/z。
3.3工序3
以Ф40为精基准，镗Ф55+0.5 0mm，镗Ф73+0.5 0mm保证其尺寸和粗糙度，与Ф22mm孔的垂直度为0.07。
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：粗铣中间孔上端面至22mm，周径至Ф71mm；粗铣
中间孔下端面至24mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；保证粗糙度Ra=3.2μm；精铣中间孔上端面至20mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至保证20mm,周径至Ф73mm，保证端面粗糙度Ra=3.2μm，保证孔壁粗糙度Ra=6.3μm。
机床：X63卧式铣床。
刀具：涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm，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。
计算切削用量
（1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=4mm，一次走刀即可完成所需长度。
（2）计算切削速度 按《简明手册》
V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=780r/min,Vf=490mm/s
据X52K立式铣床参数，选择nc=750r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度 V c=3.14×80×750/1000=1.78m/s,实际进给量为
f zc=V fc/ncz=750/(300×10)=0.25mm/z。
（3)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=2kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1mm，nc=750r/min,Vfc=475mm/s，V c=1.78m/s， f z=0.15mm/z。
计算基本工时
粗铣中间孔上端面至Ф25 mm，周径至Ф71mm；tm1=L/Vf=13s
粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；tm2=L/Vf=13s
精铣小孔上端面至50mm，tm3=L/Vf=8s；
精铣中间孔上端面至周径至Ф73mm，tm4= L/Vf=10s；
精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm，tm5= L/Vf=10s。
3.4工序4
粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：粗镗中间孔至Ф53mm、半精镗中间孔至Ф54mm、精镗中间孔至Ф55mm。
机床：T616卧式镗床。
刀具：YG8硬质合金镗刀。
计算切削用量
单边余量 分三次切除，则 第一次。根据《简明手册》4.2-20查得，取 。根据《简明手册》4.2-21查得，取：。
3.计算切削基本工时：

同理，当第二次，第三次时，进给量和，机床主轴转速都取64r/min，切削基本工时分别为100s和80s。
3.5工序5
以孔φ40为精基准，钻孔至φ7, 铰孔至φ8确保孔内粗糙度为1.6。
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
机床：组合机床。
刀具：Ф8mm麻花钻、Ф7mm麻花钻
计算切削用量
根据《切削手册》查得，进给量为0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：

查《简明手册》表4.2-15，取。所以实际切削速度为：

计算切削基本工时：

3.6工序6
以Ф22孔为精基准，钻Ф7孔。
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
机床：组合机床。
刀具：Ф7mm麻花钻、Ф8mm的丝锥。
计算切削用量
刀具：Ф7mm麻花钻。
根据《切削手册》查得，进给量为0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：
查《简明手册》表4.2-15，取。所以实际切削速度为：

计算切削基本工时：

3.7工序7
以Ф40上端面为精基准，攻M8螺纹。
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
机床：组合机床。
刀具：Ф8mm的丝锥。
切削用量
刀具：丝锥M6，P=1mm
切削用量选为：，机床主轴转速为：，按机床使用说明书选取：，则 ；机动时，，
计算切削基本工时：

3.8工序8
倒角，4×R5mm。以Ф22mm孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4，使其粗糙度为6.3
加工条件
工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。
加工要求：铣断后保证两边对称相等。
刀具：YG硬质合金圆盘铣刀，厚度为4mm。 机床：组合机床。
计算切削用量
查《切削手册》，选择进给量为：,切削速度为：，则：

根据《简明手册》表4.2-39，取，故实际切削速度为：

查《切削手册》表4.2-40，刚好有。
计算切削基本工时：

4 夹具设计
4.1问题的提出
本夹具是用来铣Φ73的面,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.
4.2夹具设计
4.2.1定位基准选择
底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准..由于铸件的公差要求较大,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个Ф8mm的通孔.
4.2.2切削力及夹紧力计算
由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.
4.2.3定位误差分析
零件图规定大孔与小孔的中心距为65mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为
0.08+0.05=0.130.2mm
所以能满足精度要求.

参考文献:
[1]柯建宏，机械制造技术基础课程设计（第二版）[M]，武汉：华中科技大学出版社，2012
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[3]杨叔子，机械加工工艺师手册[M]，北京:机械工业业出版，2002
[4]吴拓，方琼珊，机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书[M]，北京:机械工业出版2005
[5]孙木绪，熊万武，机械加工余量手册[M]，1999
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[7]土光斗，上春福，机床夹具设汁手册[M]，上海科学技术出版社，2000

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