CA6140拨叉84009说明书.doc

1 前言
机械制造工艺学是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此门学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼：
⒈能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以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。
⒉提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得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的能力。
⒊学会使用手册及图表资料。
⒋培养了一定的创新能力。
通过对CA6140拔叉的工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《互换性与测量技术基础》、《机械设计》、《金属切削机床概论》、《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
在此次设计中主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其机制教研室的
零件说明
2.1 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。宽度为18mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。所以，宽度为18mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。
2.2 零件的工艺分析
CA6140拔叉（型号：84009）共有3组加工表面：
⑴、 零件两端面，可以后端面加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工右端面，再以前端面为精基准加工左端面；
⑵、 以花键中心线为基准的加工面：这一组面包括Ø25H7的六齿方花键孔、Ø22H12的花键底孔、两端的2X150倒角和距花键中心线为22mm的上顶面；
⑶、 以工件右端面为基准的18H11mm的槽、上顶面的2-M8通孔和Ø5锥孔。
经上述分析可知， 对于后两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。
1.3 零件的结构特点
拔叉84009的毛坯为铸造件，在零件图上只有2处位置误差要求，即上顶面与花键中心线的平行度误差≤0.10， 18H11槽的两侧面与花键中心线的垂直度误差≤0.08
零件外形上大体上与六面体相似，形状大体如下：

零件剖视图

图（1）零件大致结构图
Fig(1) Components approximate structure drawing
2 生产纲领、生产类型的确定
根据指导老师要求，设计此零件为铸件，成批大量生产，工艺的安排基本倾向于工序分散原则，设备的选用是通用设备和专用工装，工艺手段以常规工艺为主，新工艺为辅的原则。
3 毛坯的确定
CA6140车床拔叉，零件材料HT20-40，硬度190HB～210HB，生产类型为大批量生产，毛坯为铸件，灰铸铁的机械加工余量按JZ67-62规定了灰铸铁铸件的三种精度等级和相应的铸件机械加工余量、尺寸偏差和重量偏差，在大批量生产的铸件，采用2级精度铸件，毛坯重量由《金属机械加工工艺人员手册》表5-2有零件≤80kg，偏差为7%，故毛坯估算约为1.0kg，采用2级精度铸件，顶面的加工余量和底面的加工余量忽略不计，两侧面的加工余量也忽略不计，由表5-4左右端面的加工余量为3±0.8，其余部分均为实心部分。
故毛坯图如下：

图（2）毛坯图
Fig(2) Rough map
5 工艺规程设计
5.1 定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准的选择得正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
5.1.1 粗基准的选择
在选择粗基准时，一般遵循下列原则：⑴保证相互位置要求原则；⑵保证加工表面加工余量合理分配的原则；⑶便于工件装夹原则；⑷粗基准一般不得重复使用的原则；⑸为了保证所有加工表面有足够的加工余量，选用加工余量小的表面作粗基准，不要用同一尺寸方向上。
两端面，后端面为精加工面，故在铣两端面时，先以后端面为粗基准，粗铣前端面。
加工花键底孔时，利用两边侧面找正对称面和以底面为粗基准加工花键底孔。
5.1.2 精基准的选择
在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方面，提高工件的加工精度。一般遵循下列原则：⑴基准重合原则；⑵统一基准原则；⑶互为基准原则；⑷自为基准原则；⑸便于装夹原则。
为保证定位基准和工序基准重合，加工2-M8螺纹孔、Φ5锥孔，18H11槽以零件的坐端面和花键中心线为精基准，铣上顶面以花键中心线为精基准。
5.2 重点工序的说明
CA6140拔叉零件的重要加工面有花键底孔、两端面，花键，槽，顶面，材料为HT200，参考《机械制造工艺设计简明手册》，其加工方法选择如下：
5.2.1 加工前后两端面
根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT13，表面粗糙度为Ra12.5μm，要达到后端面Ra3.2μm的技术要求，需要经过粗铣→精铣。
5.2.2 加工Φ22花键底孔
此工序重点在于找正毛坯对称面，故采用螺旋定心夹紧机构，找正对称面，进行加工。零件技术要求底孔的表面粗糙度达到Ra6.3μm，毛坯为实心，故采用钻孔→扩孔，可以达到要求。
5.2.3 加工外径为Φ25的花键内孔
零件要求花键底面粗糙度Ra1.6μm，侧面Ra3.2μm，由于此工序在钻底孔工序之后，故采用拉花键孔的方法，一次拉削可以达到要求。
5.2.4 加工上顶面
零件上顶面为精加工，粗糙度要求为Ra3.2μm，与花键中心线的平行度误差≤0.10mm，故以花键中心线为精基准，对上顶面进行粗铣→精铣。
5.2.5 加工18H11槽
零件技术要求槽底面要达到表面粗糙度为Ra6.3μm，侧面粗糙度为Ra3.2μm，而且两侧面和花键中心线的垂直度≤0.08，本身有精度要求，18H11，故以花键中心线和左端面为精基准，用花键心轴定位，采用铣→磨。
顶面的钻2-M8通孔和Φ5锥孔工序不是很重要，在此不做详细说明，2-M8通孔先钻孔，再攻丝，Φ5锥孔采用锥刀进行加工。
5.3 制订工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。在此零件为大批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序分散来提高生产率，此外，还应考虑经济效果，使生产成本尽量降低。
5.3.1 工艺路线方案一的制订
工序Ⅰ：粗铣前端面
工序Ⅱ：粗、精铣后端面
工序Ⅲ：钻、扩花键底孔
工序Ⅳ：粗、精铣上顶面
工序Ⅴ：钻2-M8通孔
工序Ⅵ：钻Φ5锥孔
工序Ⅶ：铣削18H11槽
工序Ⅷ：磨削18H11槽
工序Ⅸ：拉花键
工序Ⅹ ：挫圆角
工序Ⅺ：去毛刺
工序Ⅻ：终检
5.3.2 工艺路线方案二的制订
工序Ⅰ：粗铣前端面
工序Ⅱ：粗、精铣后端面
工序Ⅲ：钻、扩花键底孔
工序Ⅳ：拉花键
工序Ⅴ：粗、精铣上顶面
工序Ⅵ：钻2-M8通孔
工序Ⅶ：钻Φ5锥孔
工序Ⅷ：铣削18H11槽
工序Ⅸ：磨削18H11槽
工序Ⅹ ：挫圆角
工序Ⅺ：去毛刺
工序Ⅻ：终检
5.3.3 两种工艺路线的比较与分析
上述两种方案，工艺路线一把拉花键放在磨削18H11槽之后，在此，工序4、工序5、工序6、工序7、工序8中很难对工件进行定位和夹紧，造成生产率的下降。工艺路线二，一把花键底孔钻削出来后紧接着就是拉花键，这样，后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键心轴进行定位，进行螺旋夹紧，此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。
通过以上的两种工艺路线的优、缺点的分析，最后确定工艺路线二为该零件的加工路线。工艺过程详见机械加工工序卡片。
5.4 机械加工余量的确定
确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：由加工表面的最后工序（或工步）向前推算，前面已经根据有关资料查出了零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工余量分配给各工序加工余量，然后往前推算工序尺寸。
CA6140 的拨叉材料为HT200。毛坯重量约为1.0 kg ，生产类型为由大批量生产，毛坯为铸件，精度为2级铸件，大体尺寸确定，外表面加工面少，根据以上原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸及加工余量如下：
⒈前后端面的加工余量
前后端面有3±0.8mm的加工余量，足以把铸铁的硬质表面层切除。
前端面粗铣一次即可，加工余量3mm，工序基本尺寸为83mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，表面粗糙度Ra5μm，上下偏差按“入体原则”确定（以后按照此原则确定）。
后端面粗铣一次，精铣一次，粗铣加工余量2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm，精铣加工余量0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm，工序基本尺寸为80mm。
⒉矩形花键底孔
要求以矩形花键的外径定心，故先钻中心孔，再扩，最后拉削，内孔尺寸为Φ22H12，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，工序经济精度等级为IT11，公差值0.13mm。
扩孔Φ21mm，工序经济精度等级为IT10，公差值0.084mm，粗糙度Ra6.3μm。
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。
⒊顶面的加工余量
此工序分为两个工步：①粗铣顶面；②精铣顶面。
粗铣加工余量为2.8mm，工序经济精度等级为IT11，公差值0.22mm。
精铣加工余量为0.2mm，工序经济精度等级为IT7，公差值0.035mm，表面粗糙度Ra3.2μm。
⒋18H11槽的加工余量
铣削的加工余量：槽底面的铣削余量为50mm，槽侧面的铣削余量为17.9mm，工序经济精度等级为IT12，公差值0.25mm，槽底面表面粗糙度Ra6.3μm。
磨削的加工余量：槽侧面的磨削余量为0.5mm，工序经济精度等级为IT9，公差值为0.043mm，侧面粗糙度为Ra3.2μm。
5.5 切削用量的选择和时间定额的确定
根据课程设计指导书以及老师指定，需要计算几道工序的工作时间以及此工序的切削用量的选择，现选工序4拉花键孔、工序8铣削18H11槽这两道工序进行计算。
5.5.1 工序4拉花键孔切削用量和基本工时的计算
加工条件：
①工件材料：HT200，铸件；
②加工要求：花键底孔粗糙度Ra6.3μm，键槽侧面粗糙度Ra3.2μm，键槽底面粗糙度Ra1.6μm，键槽尺寸6mm，偏差代号H9；
③刀具：高速钢拉刀；④切削液：乳化液；
④、加工设备：拉床。
㈠、确定齿升量：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿升量为0.06mm；
㈡、切削速度：查有《切削简明手册》有切削速度为0.06m/s（3.6m/min）；
㈢、切削工时 t=Zblηk/1000vfzZ
式中： Zb 单面余量1.5mm(由Φ22mm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=(1.25～1.9)sqrtL 所以 P=(1.25～1.9)sqrt80=1.35sqrt80=12mm
因为拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7
所以其本工时 Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13(min)
5.5.2 工序8铣削18H11槽的切削用量和基本工时的计算
加工要求：用乳化液冷却，加工工件，槽宽18mm，公差代号H11，长40mm，槽的侧面与花键孔中心线的垂直度误差≤0.08mm，底面粗糙度为Ra6.3μm。
加工余量：25mm。
由于零件此处的设计精度比较高，用铣削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，分两步走，ae=25，ap=10mm。
⒈选择刀具
铣刀参数：L=10 D=100mm d=30mm ro=15°ao=12°an=6°Z=24
⒉选择铣削用量
由于槽的宽度为18mm, 故二次走完，ae=25mm ap=10mm
由《切削用量简明手册》表3.3 确定f=0.5mm/r 现取f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z
⒊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=120。
⒋确定切削速度Vc和每齿进给量：决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由《切削用量简明手册》的公式

Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,
n=1000×Vc/do=1000×98.6/3.14×100=314r/min
根据《金属机械加工工艺人员手册》X62W型铣床说明选nc=300r/min
实际速度Vc=donc/1000=94.2m/min
选Vfc=ncf=300×0.5=150mm/min 根据X62W型铣床说明书选Vf=150mm/min
fzc=150/300×24=0.020mm/z
⒌基本工时基本工时根据 《切削用量简明手册》表3.5
Tm=(L+L1+△)×i/Vf=(40+20)×2/150=0.8（min） L1+△=20mm i=2(走两次)
6 夹具的设计
6.1 设计主要问题的提出
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具，经过与指导老师协商，决定设计第8道工序——铣宽为18H11mm槽的铣床夹具。本夹具将用与X62W卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。
本夹具主要用来铣宽为18H11mm的槽，采用宽为15mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，二次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
6.2 夹具设计过程
6.2.1 定位基准的分析
由零件图可知，18H11槽设计基准为花键孔中心线和工件的右端面为定位基准。因此选用工件以加工了的右端面和花键心轴的中心线为主定位基准。
6.2.2 切削力及夹紧力的计算
刀具：高速钢直齿三面刃铣刀
铣刀参数：L=10 D=100mm d=30mm ro=15°ao=12°an=6°Z=24
（由《金属切削原理与刀具》表15.7查得）
CFc =282 ap =10mm fZ = 0.02mm/s ae =25mm do=100 Z= 24 kFc=(HB/198)0.55
解得Fc=200N
在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K= k1 k2 k3 k4
查资料，有： k1为基本安全系数1.5
k1为加工性质系数1.1
k1为刀具钝化系数1.1
k1为断续切削系数1.1
切削力为F=K×Fc=1.5×1.1×1.1×1.1×200=400N
实际夹紧力为Fj= FK/U1U2=400/0.5=800N，其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1U2=0.5
螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，由《机械设计》螺纹联接的预紧力公式，产生的加紧力为：

其中： T=19000 N.M d2=14.8mm ψ=2029, fc=1.5
(f为摩擦系数，无润滑时f≈0.1～0.2)
解得F0=10405N
此时螺母的夹紧力F0已大于所需的800(N)的加紧力，故本夹具可安全工作。
6.2.3 定位误差分析
由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。
6.2.4 夹具设计及操作说明
如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫块,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。
夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。
7 设计总结
为期两周的机械制造工艺学课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，在老师的指导下，得以顺利完成本次课程设计，课程设计作为《机械制造工艺学》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性。
本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。
总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

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