叉杆零件的机械加工课程设计.doc

课程设计说明书

机械制造技术基础

设 计 者：
班 级：
学 号：
指导教师：

2013年1月10日

经济管理学院工业工程专业
机械制造技术基础课程设计任务书
题目：叉杆零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计

2013年1月10日

摘　要
工艺规程是工装设计、制造和确定零件加工方法与加工路线的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工作。本文对叉杆的结构和工艺进行了分析，确定了机械加工工艺路线，制订出了零件的铸造工艺方案和机械加工工艺规程。
关键词：叉杆；工艺；工时；毛坯

目 录

序言 5
1零件工艺性分析 5
1.1零件的技术要求 5
1.2零件的作用 5
1.3审查叉杆的工艺性 6
1.4确定生产类型 7
2拟定叉杆工艺路线及确定毛坯 7
2.1选择定位基准 7
2.2工序顺序的安排原则 8
2.3制定工艺路线 8
2.4工序尺寸及毛坯的确定 9
3 切削用量及时间定额的计算 10
3.1切削用量的计算 10
3.2时间定额的计算 13
4参考文献 17
5体会 18

序言
随着科技技术的不断进步，生产都向着自动化、专业化和大批量化的方向发展。这就要求企业的生产在体现人性化的基础上降低工人的生产强度和提高工人的生产效率，降低企业的生产成本。现代的生产和应用设备多数都采用机电一体化、数字控制技术和自动化的控制模式。在这种要求下叉杆越发体现出其广阔的应用领域和市场前景。特别是近年来与微电子、计算机技术相结合后，使叉杆进入了一个新的发展阶段。又因需求的增加，所以生产也步入大批量化和自动化。为适应机械设备的要求，对叉杆的设计要求和技术领域的拓展还需要不断的更新。
1零件工艺性分析
1.1零件的技术要求
该叉杆的全部技术要求列如下表:
技
术
要
求
加
工
面

尺寸及偏差
公差
表面粗糙度
形位公差
Φ20mm孔
mm
0.043，
1.2üm

叉口上下表面
mm
0.15
6.3üm
0.15 A

叉口内圆面
8mm

12.5üm

Φ10mm孔
10mm
0.031
1.2üm
0.05 A

Φ20孔上端面
40mm

12.5üm
0.05 A

1.2零件的作用
题目所给的零件是叉杆，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Φ20孔与操纵机构相连，下方的Φ46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。
1.3审查叉杆的工艺性
零件如图：

审查叉杆的工艺性分析零件图可知，该叉杆形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。除了孔以外外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床等车床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。由此可以见，该零件的工艺性较好。
1.4确定生产类型
零件的生产类型是企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。零件生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
已知此叉杆零件的生产纲领为5000件/年，叉杆属于轻型零件，查《机械制造技术基础课程设计指导书》，可确定该零件生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；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拟定叉杆工艺路线及确定毛坯
2.1选择定位基准
2.1.1粗基准的选择
对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为粗基准。如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。因此，选择孔的外圆柱面作为粗基准。
2.1.2精基准的选择
应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。
2.2工序顺序的安排原则
1）遵循“先基准后其他”原则。
2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。
3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面。
4）遵循“先面后孔”原则
2.3制定工艺路线
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。
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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。查《机械制造技术基础课程设计指导书》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
工序Ⅰ：粗铣Φ20孔的两个端面，选用X5012立式铣床和专用夹具。
工序Ⅱ：精铣20孔的上端面，选用X5012立式铣床和专用夹具。
工序Ⅲ：钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔。以Φ36外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。
工序Ⅳ：铣φ46的叉口及上、下端面。利用Φ20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。
工序Ⅴ：粗铣φ46的叉口的内圆面。利用Φ20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。
工序Ⅵ：精铣φ46的叉口的内圆面。利用Φ20的孔定位，以两个面作为基准，选用X5012立式铣床和专用夹具。
工序Ⅶ：钻、粗铰、精铰Φ10孔。以Φ36外圆和其端面为基准，选用Z525立式钻床加专用夹具。
工序Ⅷ：热处理。
工序Ⅸ：终检。
2.4工序尺寸及毛坯的确定
2.4.1圆柱表面工序尺寸
前面已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定
各表面的加工工序的加工余量：
技
术
要
求
加
工
面

加工内容

加工余量

工序尺寸
Φ10孔

钻
9.8
9.8
铰
0.16
10.0

φ20孔

钻
18
18.0
扩
1.8
19.8
粗铰
0.14
19.94
精铰
0.06
20.0
2.4.2平面工序尺寸
技
术
要
求
工
序
号

工序内容

加工余量

基本尺寸

铸件
1.5

01
粗铣Φ46叉口上下表面
1.0
36.0
03
粗铣φ46的叉口内圆面
1.0
8.0
05
精铣φ46的叉口内圆面
1.0
8.0
2.4.3确定毛坯
机械加工中毛坯的种类很多，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等，同一种毛坯又有可能有不同的制造方法。最常用的毛坯是铸件和锻件。
选择零件材料为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，故选择砂型铸件毛坯。查《机械制造技术基础课程设计指导书》第23页表2-1,选用铸件尺寸公差等级为CT-10。
根据加工余量表格可以确定毛坯的尺寸具体数据见毛坯图：

3 切削用量及时间定额的计算
3.1切削用量的计算
3.1.1钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔
1钻孔工步：
钻床：Z525立式钻床
钻头：选用直柄麻花钻，钻头直径18.00mm，l=123mm，l1=62mm。
( 1 )背吃刀量的确定 取 ap=0.25mm.
(2)进给量的确定 查《机械制造基础课程设计指导书》表5-21 f=0.26mm/r。
(3)切削速度的计算 由表5-21 切削速度选取为20m/min，由公式，求得该工序钻头转速，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=392r/min, 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为
2.扩孔工步：
钻床：Z525立式钻床
扩孔钻：直柄扩孔钻，钻头直径d=19.8，L=205mm，l=140mm.
（1）背吃刀量确定 取ap=0.9mm.
(2)进给量的确定 查《机械制造基础课程设计指导书》表5-23 f=1.0mm/r.
(3)切削速度的计算 由表5-24 切削速度选取为v=83.7m/min. 由公式，求得该工序转速，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=1360r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。
3.粗铰孔工步：
钻床：Z525立式钻床
铰刀：直柄机用铰刀 d=19.94，L=195mm l=60mm
背吃刀量确定 取ap=0.07mm.
进给量的确定 查《机械制造基础课程设计指导书》f=0.8mm/r.
(3)切削速度的计算 由表5-27切削速度选取为v=13.1m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=195r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。
4.精铰孔工步：
钻床：Z525立式钻床
铰刀：直柄机用铰刀 d=20，L=195mm l=60mm
（1）背吃刀量确定 取ap=0.03mm.
（2）进给量的确定 查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.3mm/r.
（3）切削速度的计算 由表5-26切削速度选取为v=8m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。
3.1.2钻、粗铰、精铰Φ10孔
1钻孔工步：
钻床：Z525立式钻床
钻头：选用直柄麻花钻，钻头直径9.8mm，l=89mm，l1=40mm。
( 1 )背吃刀量的确定 取 ap=4.9mm.
(2)进给量的确定 查《机械制造基础课程设计指导书》表5-21 f=0.20mm/r。
(3)切削速度的计算 由表5-21 切削速度选取为20m/min，由公式，求得该工序钻头转速，参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=680r/min, 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为
2.粗铰孔工步：
钻床：Z525立式钻床
铰刀：直柄机用铰刀 d=9.96，L=133mm l=38mm
（1）背吃刀量确定 取ap=0.08mm.
（2）进给量的确定 查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.8mm/r.
（3）切削速度的计算 由表5-27切削速度选取为v=14.1m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=545r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。
3.精铰孔工步：
钻床：Z525立式钻床
铰刀：直柄机用铰刀 d=10，L=133mm l=38mm
（1）背吃刀量确定 取ap=0.02mm.
（2）进给量的确定 查《机械制造基础课程设计指导书》表f=0.3mm/r.
（3）切削速度的计算 由表5-26切削速度选取为v=8m/min, 由公式，求得该工序转速,参照Z252型立式钻床的主轴转速，取转速n=272r/min. 再将此转速代入公式,可求出该工序的实际钻削速度为。
3.2时间定额的计算
3.2.1钻、扩、粗铰、精铰Φ20孔
1钻孔工步：
根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：
l=40mm; l2=0mm;
l1=D/2*cotkr+(1~2)=1.09mm; f=0.26mm/r;n=392mm/r.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：
tj=(40mm+1.09mm) /(0.26mm/min* 392r/min)= 0.4min=24s。
2扩孔工步：
根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：
l=40mm; l2=2mm;
l1=D/2*cotkr+(1~2)=1.654mm; f=1.0mm/r;n=1360mm/r.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：
tj=(40mm+1.654mm+2mm)/(1.0mm/min*1360r/min) =0.03min=0.18s。
3粗铰工步：
根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：
l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（19.94-19.8）/2=0.07
查得l1=0.19mm; l2=13mm;
而l=40mm; f=0.8mm/r; n=195r/min.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：
tj=(40mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*195r/min)=0.34min=20.4s
4.精铰工步
同上，根据表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：
l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（20-19.94）/2=0.03
查得l1=1.1mm; l2=45mm;
而l=40mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间
tj=(40mm+1.1mm+45mm)/(1.3mm/min *140r/min)=2.05min=123s。
5.辅助时间ta的计算
辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.15~0.2) tj ,这里取ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为：
钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15*24s=3.6s;
扩孔工步的辅助时间为：ta=0.15*0.18s=0.027s;
粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15*20.4s=3.06s;
精铰工步的辅助时间为：ta=0.15*123s=18.45s;
6.其他时间的计算
除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：
钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%* (24s+3.6s)=1.656s;
扩孔工步的其他时间为：tb+tx =6%* (0.18s+0.027s)=0.012s
粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (20.4s+3.06s)=1.408s;
精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (123s+18.45s)=8.487s;
单件时间tdj的计算
7.这里的各工序的单件时间分别为：
钻孔工步tdj钻=24s+3.6s+1.626s=29.226s;
扩孔工步tdj扩=0.18s+0.027s+0.012s=0.219s
粗铰工步tdj粗铰=20.4s+3.06s+1.408s=24.868s;
精铰工步tdj精铰=123s+18.45s+8.487s=39.937s;
因此，此工序的单件时间：
tdj=tdj钻+tdj扩tdj粗铰+tdj精铰=29.226s+0.219s+24.868s+39.937=94.25s。
3.2.2钻、粗铰、精铰Φ10孔
1钻孔工步：
根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：
l=36mm; l2=0mm;
l1=D/2*cotkr+(1~2)=3.904mm; f=0.20mm/r;n=680mm/r.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：
tj=(36mm+3.904mm) /(0.20mm/min * 680r/min)= 0.29min=17.4s。
2粗铰工步
根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：
l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08
查得l1=0.19mm; l2=13mm;
而l=36mm; f=0.8mm/r; n=545r/min.。将上述结果代入公式，
则该工序的基本时间：
tj=(36mm+0.19mm+13mm)/(0.8mm/min*545r/min)=0.34min=0.11min=6.6s。
3.精铰工步
同上，根据表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得：
l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02
查得l1=0.37mm; l2=13mm; 而l=36mm; f=0.3 mm/r; n=272 r/min.。
将上述结果代入公式，则该工序的基本时间：
tj=(36mm+0.37mm+13mm)/(0.3mm/min*272r/min)=0.605min=36.3s。
4．辅助时间ta的计算
同上辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.15~0.2) tj ,这里取ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为：
钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15*17.4s=2.61s;
粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15*6.6s=0.99s;
精铰工步的辅助时间为：ta=0.15*36.3s=5.45s;
5. 其他时间的计算
除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结时间。由于端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为：
钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%* (17.4s+2.61s)=1.2s;
粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (6.6s+0.99s)=0.46s;
精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%* (36.3s+5.45s)=2.51s;
6．单件时间tdj的计算
这里的各工序的单件时间分别为：
钻孔工步tdj钻=17.4s+2.61s+1.2s=21.21s;
粗铰工步tdj粗铰=6.6s+0.99s+0.46s=8.05s;
精铰工步tdj精铰=36.3s+5.45s+2.51s=44.26s;
因此，此工序的单件时间：
tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=21.21s+8.05s+44.26s =73.52s。

4参考文献：
【1】.黄健求 《机械制造技术基础》 机械工业出版社 2005.11
【2】.崇凯 《机械制造技术基础课程设计指南》 化学工业出版社 2007.2
【3】.陈国香 《机械制造与模具制造工艺学》 清华大学出版社 2006.5
【4】.李彩霞 《机械精度设计与检测技术》 上海交通大学出版社 2006.1
【5】.黄健球 《机械制造技术基础》 机械工业出版社 2005.11
【6】.孙志礼、冷兴聚、魏延刚、曾海泉 《机械设计》东北大学出版社 2000.9
【7】.邹青 《机械制造技术基础课程设计指导教程》 机械工业出版社 2004.8
【8】. 苏翼林.材料力学[M].北京:人民教育出版社,1979
【9】.巩云鹏 田万禄 《机械设计课程指导书》 东北大学出版社 2000.12
【10】.李凤平 张士庆 《机械制图》 东北大学出版社 2003.9

5体会：
通过这次课程设计使我进一步的理解了所学的理论知识及具体运用了这些知识。通过这次课程设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料、手册等工具书。综合应用了所学专业知识,培养了自主动手能力.将理论与实际结合起来.在设计过程中,我遇到了很多的困难,出现过很多的错误,但是这并不影响我学习知识的积极性,我懂的设计人员的艰辛,也对他们的付出表示敬意
总之，通过这次课程设计使我受益非浅，为我今后的学习及工作打下了坚实而良好的基础。在此，忠心感谢各位老师的帮助和指导。

经济管理学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号

零件图号
1

产品名称

零件名称
叉杆
共
1
页
第
1
页
材 料 牌 号
HT200
毛 坯 种 类
铸件
毛坯外形尺寸

每毛坯件数
1
每 台 件 数
1
备 注

工
序
号
工 序 名 称
工 序 内 容
车

间
工

段
设 备
工 艺 装 备
工 时
准终
单件

粗铣Φ20孔的两个端面

X5012立式铣床
专用夹具，游标卡尺

精铣20孔的上端面

X5012立式铣床
专用夹具，游标卡尺

钻Φ20孔

Z525钻床
麻花钻、卡尺

扩Φ20孔

Z525钻床
扩孔钻，卡尺

粗铰Φ20孔

Z525钻床
铰刀，卡尺

精铰Φ20孔

Z525钻床
铰刀，卡尺

铣φ46的叉口及上、下端面

X5012立式铣床
专用夹具，游标卡尺，面铣刀

粗铣φ46的叉口的内圆面

X5012立式铣床
专用夹具，游标卡尺，面铣刀

精铣φ46的叉口的内圆面

X5012立式铣床
专用夹具，游标卡尺，面铣刀

钻Φ10孔

Z525钻床
麻花钻，卡尺

粗铰、精铰Φ10孔

Z525钻床
麻花钻，铰刀

热处理

淬火机

终检

磨床M7120A
砂轮、游标卡尺

标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日期
设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）

20012年6月10日

经济管理学院
机械加工工序卡片
共1 张
第 1 张
产品代号

零（部）件代号

零（部）件名称
叉杆
工序号
Ⅰ

设备
材料
名称
立式钻床
名称
HT200
型号
Z525
硬度
170~220HBS
夹具名称、编号
专用夹具
刀具
量具
辅具
名称
规格
名称
规格
名称
规格
麻花钻
Φ18
塞规

扩刀铰刀
Φ19.8,Φ20
粗糙度测量仪

技术等级
工时定额
班产量
准备及终结时间
工作地点服务时间
基本时间
辅助时间
单件时间

工步号
工步名称及内容
加工表面尺寸
切削用量
直径或宽度
mm
长度
mm
加工计算长度
mm
切深
mm
进给量
mm/r
切速
m/min
转速或双 行程数
r/min
走刀次数
次
01
钻孔至Φ18
Φ18
40

0.5
0.26
22.16
392
1
02
扩孔φ19.8 mm
Φ19.8
40

1.8
1.0
84.12
1360
1
03
粗铰孔至φ19.94mm
Φ19.94
40

0.14
0.8
12.25
195
1
04
精铰孔至φ20mm
Φ20
40

0.6
0.1
8.79
140
1
编 制

设 计

审 核

批 准

描 图

校 对

附件图纸

零件图

毛坯图