拔叉2CA6140课程设计设计拨叉(CA6140车床)零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具.doc

XX大学
课 程 设 计 说 明 书

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2013年 6 月 10 日

题目：设计“拨叉（CA6140车床）零件的机械加工工艺规程及相关工序的专用夹具

原始材料：拨叉（CA6140车床）零件图样，
Q=600件/年，n=1个/件，
备品率=5% 废品率=1%

序言
机械制造工艺学课程设计是在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，独立的分析和解决了零件机械制造工艺问题，提高了结构设计能，并巩固、深化已学得的理论知识，进一步培养我们熟悉和运用有关图册、图表等技术资料，的能力，训练识图、制图、运算及编制技术文件的基本技能。。为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
在设计期间查阅了大量的资料，由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，望老师多加指教。
一、 拨叉的工艺分析及生产类型的确定
1.拨叉的作用
车床的拨叉位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件下方的孔与操纵机构相连，而上方的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。
2.拨叉的工艺分析

图1 拨叉零件图
拨叉是机车变速箱中一个重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，但其加工孔和侧面有精度要求，此外还有小头孔上的槽要求加工，对精度有一定的要求。拨叉的底面、大头孔上两侧面和大小头孔粗糙度要求都是，所以都要求精加工。其大头孔与侧面有垂直度的公差要求，所要加工的槽，在其槽两侧面有平行度公差和对称度公差要求等。因为零件的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工必须保证精度要求。
3.拨叉生产类型的确定
零件的生产纲领可按下式计算：

式中 Q——产品的年产量（批量），件/年
n——每台产品中该零件的数量，个/件
——备品率，%
——废品率，%
依题目可知: Q=600件/年，n=1个/件，备品率=5% 废品率=1%
代入公式得：N=637
得知：
拨叉零件的生产类型：中批量生产
工艺特征：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。
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
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，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。查崇凯《机械制造技术基础课程设计指南》第119页表5-1，选用铸件尺寸公差等级为CT-12。
2.机械加工余量
2.1 求最大轮廓尺寸
根据零件图计算轮廓尺寸，长157.5，宽75，高80，故最大轮廓尺寸为157.5mm
2.2 选取公差等级CT
由表5-1，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得公差等级CT范围8~12级，取为10级
2.3 求铸件尺寸公差
根据加工表面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由表5-3查得，公差相对于基本尺寸对称分布
2.4 求机械加工余量等级
由表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得机器加工余量等级范围E~G级，取为F级
2.5 求机械加工余量（RMA）
对所有的加工表面取同一个值，由表5-4查最大轮廓尺寸为157.5、机械加工余量等级为F级，得RMA数值为1.5
2.6 求毛坯基本尺寸
2.6.1 25孔铸成实心，168槽铸成实心
2.6.2 55孔内腔加工:
其基本尺寸R=F-2RMA-CT/2=55-21.5-2.8/2=50.6mm，
可将其调整为51mm
2.6.3 55半圆孔左端面
其基本尺寸R=F+RMA+CT/2 =134.5+1.5+3.6/2=137.8mm
可将其调整为138mm
2.6.4 55孔上下端面
其基本尺寸R=F+2RMA+CT/2=12+1.52+2.2/2=16.1mm
可将其调整为17mm
2.6.5 40外圆斜面
其基本尺寸R=F+RMA+CT/2 =17+1.5+2.4/2=19.7
可将其调整为20
2.6.640圆柱的上表面
其基本尺寸为R=F+RMA+CT/2 = 80+1.5+3.2/2=83.1 mm
可将其调整为83mm
2.6.7 25孔轴线与侧面端面的距离
其基本尺寸为R=F+RMA+CT/2=23+1.5+2.4/2=25.6mm
可将其调整为26mm

表1 拨叉零件毛坯尺寸公差与加工余量
项目
公差等级
加工表面基本尺寸
铸件尺寸公差
机械加工余量等级
RMA
毛坯
55孔内腔
10
55
2.8
F
1.5
51
55半圆孔左端面
10
134.5
3.6
F
1.5
138
55孔上下端面

10
12
2.4
F
1.5
17
40外圆斜面
10
17
2.4
F
1.5
20
40圆柱的上表面
10
80
3.2
F
1.5
83
25孔轴线与侧面端面的距离
10
23
2.4
F
1.5
26

3. 毛坯图的绘制

图2 拨叉毛坯图
三、选择加工方法，拟定工艺路线
1.定位基准的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。
因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择Φ40mm圆一个端面作为粗基准加工另一个端面。再加一个钩形压板和一个V形块限制自由度，达到完全定位。
（2）精基准的选择。
主要因该考虑基准重合的问题。其次是基准统一，自为基准，互为基准，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。
2.零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有内孔、端面、槽及小孔等，材料为HT200。以公差等级和表面粗糙度要求，参考崇凯《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第二节表5-14、5-15、5-16等，其加工方法选则如下。
（1 ）φ55孔 内圆表面加工，表面粗糙度为3.2，由表5-15知其可用
粗镗 → 半精镗
（2 ）φ55孔两端面 平面加工，表面粗糙度6.3，由表5-16知其可用
粗铣 → 精铣
（3）铣断 断面端面粗糙度为6.3，可直接采用粗铣
（4）φ40的圆柱上表面 平面加工，表面粗糙度为0.4，由表5-16知其可用
粗铣→半精铣→精铣
（5）铣φ40外圆斜面 平面加工，表面粗糙度6.3，由表5-16知其可用
粗铣 → 精铣
（6）铣16×8槽 表面粗糙度为3.2，由表5-16知其可用
粗铣→半精铣→精铣
（7）Φ25孔 内孔加工，内圆表面粗糙度为3.2，由表5-15知其可用
钻→扩→粗铰→精铰
（8）去毛刺；
（9）终检
3.制定工艺路线
按照先加工基准面及先粗后精的原则，该拨叉零件加工可按下述工艺路线进行
工序1 以φ40外圆面为粗基准，粗镗，半精镗φ55孔。
工序2 以φ25孔定位，铣断，使之为两个零件，精铣φ55半孔两端面。
工序3 以Φ40外圆为定位基准，钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。
工序4 以φ25孔定位，铣φ55孔上下端面，铣侧面断面，使其与φ25孔中心线距离23mm。
工序5 以φ25孔定位，铣φ40外圆斜面。
工序6 以φ25孔定位，粗铣、精铣φ40圆柱的上表面。
工序7 以φ25孔定位，铣16×8槽。
工序8 去毛刺；
工序9 终检。
四、工序设计
4.1选择加工设备及工艺装备
4.1.1 选择机床及对应夹具
（1）工序1是 粗镗，半精镗。各工序的工步不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式镗床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求一般，因此可选用T740型卧式金刚镗床和专用夹具
（2）工序2为铣断，可一次走刀完成，使之为两个零件，粗铣φ55半孔两端面表面精度要求一般，故选用X60卧式铣床和专用夹具。
（3）工序3是钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔，工步较多，故用立式钻床效率高，表面精度要求高，故选用Z5125A立式钻床专用夹具。
（4）工序4是，铣侧面端面，选用XA6132卧式铣床和专用夹具。
（5）工序5是铣φ40外圆斜面，工步少，表面精度一般，故选用XA6132卧式铣床和专用夹具。
（6）工序6是粗铣、精铣φ40圆柱的上表面，表面精度高，故选用XA6132卧式铣床和专用夹具。
（7）工序7是铣16×8槽，表面精度一般，选用X61W型万能铣床和专用夹具
（8）工序8去毛刺，手工去毛刺
（9）工序9终检
4.1.2选择刀具
（1）工序1粗镗，半精镗φ55孔，选用90°硬质合金YT5镗刀
（2）工序2铣断，粗铣φ55孔两端面，选用中齿锯片铣刀d=160mm L=4mm z=40
（3）工序3钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔，选用Φ23麻花钻，Φ24.8的扩刀，铰刀。
（4）工序4粗铣精铣φ55上下端面，粗铣侧面端面，选用W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。
（5）工序5铣φ40外圆斜面，选用高速钢镶齿三面刃铣刀
（6）工序6粗铣、精铣φ40圆柱的上表面，它的表面粗糙度要求太高，实际不用那么高，可调整为3.2，选用W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。
（7）工序7铣16×8槽，选用高速钢直齿三面刃铣刀do=16mm
4.2确定工序尺寸
4.2.1确定圆柱工序尺寸，如下表所示
表2 圆柱表面工序尺寸：
加工表面
加工内容
加工余量
精度等级
工序尺寸
表面粗糙度

φ55IT12

铸件
4.0
CT12

粗镗
2.0
IT12

6.3
半精镗
2.0
IT10

3.2

φ25IT7

钻孔
2
IT11

扩孔
1.8
IT10

6.3
粗铰孔
0.14
IT8

3.2
精铰孔
0.06
IT7

1.6
4.2.2确定平面工序尺寸
表3 平面工序尺寸
加工表面
加工内容
加工余量
精度等级
工序尺寸
表面粗糙度

φ55孔的上下端面

铸件
5.0
CT12

粗铣
4.0
IT12

6.3
精铣
1.0
IT10

3.2

侧面端面

铸件
2.0
CT12

粗铣
2
IT12

6.3
精铣
1
IT10

3.2

Φ40圆柱上表面

铸件
3.0
CT12

粗铣
2.0
IT12

6.3
精铣
1.0
IT6

3.2

五、确定切削用量及基本时间
刀具寿命、刀具半径、进给量、背吃刀量、切屑速度可查崇凯《机械制造技术基础课程设计指南》第五章第七节表5-112至5-161，第二章第三阶表2-8至2-23，机动时间可查表2-24至2-30.
5.1工序1：粗镗，半精镗φ55孔
机床：T740型卧式金刚镗床，加专用夹具
刀具：选用90°硬质合金YT5镗刀
1. 粗镗孔至φ53 mm
(1) 背吃刀量ap
单边余量Z＝1mm,可一次切除，则ap＝1mm。
（2）进给量f
查得f=0.20 mm/r
(3) 切削速度vc
查崇凯《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28得
Cv=38 Yv=0.80 m=0.2 T=60 Kv=0.89×1.04×0.93
所以v==52.3m/min=0.87m/s
则，ns＝＝=5.23r/s (314r/min)
按机床选取nw=7.16 r/s ( 430 r/min)
所以实际切削速度vc = = =1.19 m/s
(4) 切削工时t
t= = =0.22 min
2. 半精镗孔至φ55 mm
选用一个刀杆，T60卧式镗床同时对工件进行粗，半精镗孔，故进给量，切削速度及工时均与前相同
即：f=0.20 mm/r
nw=7.16 r/s ( 430 r/min)
t=0.22 min

5.2工序2： 铣断
机床：选用X60卧式铣床，专用夹具
刀具：中齿锯片铣刀 d=160mm  L=4 mm z=40
刀具寿命：查表高速钢切断铣刀 d≤40 T=45 min
（1） 切削用量ap
ap=17 mm 一次走刀切断
（2） 进给量fz
查得fz=0.1 mm/z
（3） 切削速度vc
查崇凯《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28得
Cv=38 Yv=0.80 m=0.2 T=60 Kv=0.89×1.04×0.93
所以v==91m/min=1.52m/s
ns＝＝1000×91/(3.14×160)=181r/min
按机床选取nw==100r/min
所以实际切削速度vc = =160×100×3.14/1000=50.24 m/min
（4） 计算基本工时
此时工作台每分钟进给量应为：

查表得，刚好有。
计算切削基本工时：
tm===0.5 min
5.3工序3： 钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。
1.加工条件
工件材料：灰铸铁HT200
加工要求：钻Φ25的孔，其表面粗糙度值为Rz=1.6 μm；先钻Φ23的孔在扩Φ24.8的孔，再粗铰Φ24.94孔，再精铰Φ25孔。
机床：Z5125A立式钻床，专用夹具。
刀具：Φ23麻花钻，Φ24.8的扩刀，铰刀。
2.计算切削用量
2.1钻Φ23的孔。
（1）进给量
查崇凯《机械制造技术基础课程设计指南》第189页，表5-127得钻孔进给量f为0.78～0.96 mm/r，由于钻孔的深度80大于钻孔的直径φ23时的三倍，属于低刚度零件，故进给量应乘修正系数0.75，则f=(0.78～0.96)×0.75=0.585～0.72mm/r，查表得出，现取f=0.50mm/r。此工序采用Φ23的麻花钻。
所以进给量f=0.96mm/z
（2） 钻削速度
切削速度：查崇凯《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28得
Cv=11.1 Yv=0.40 m=0.125 T=60 Kv=1 Zv=0.25 Xv=0
所以v==14.8m/s=91m/min
ns＝
根据手册ns=300r/min,故切削速度为
vc =
（3） 切削工时
l=23mm，l1=13.2mm.
查表，切削工时计算公式：

2.2 扩Φ24.8的孔
（1）扩孔的进给量　
查《切削用量手册》表2.10规定,查得扩孔钻扩Φ24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取
F = 0.3 mm/z
（2）切削速度
扩孔钻扩孔的切削速度,根据《工艺手册》表28-2确定为
V = 0.4V 钻
其中V 钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故
V = 0.4×21.67=8.668m/min

按机床选取=195r/min.
（3）切削工时
切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm

2.3 粗铰Φ24.94的孔
（1）粗铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2～1/3,故
F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r
V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min

（2）切削速度
按机床选取=195r/min,所以实际切削速度

（3）切削工时
切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1=1.5mm.

2.4 精铰Φ25的孔
（1）精铰孔时的进给量
根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2～1/3,故
F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r
V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min

(2) 切削速度
按机床选取=195r/min,所以实际切削速度

(3) 切削工时
切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.

5.4工序4：粗铣，精铣φ55孔上、下端面 ，粗铣侧面端面
1. 粗铣φ55孔上下端面。
机床：XA6132卧式铣床，专用夹具。
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae>60,深度ap<=4,齿数z=1２,故据《机械制造技术基础课程设计指南》取刀具直径do=125mm。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。
（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） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查得f=0.14～0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
（3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.7，后刀面最大磨损为1.0～1.5mm。
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.8，寿命T=180min
（4） 计算切削速度
查得 Vc＝110mm/s，n=281r/min,Vf=378mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=300r/min,Vfc=375mm/s,则实际切削速度
V c=3.14*80*475/1000=117.8m/min,实际进给量为fzc=V fc/ncz=0.10mm/z。
（5) 校验机床功率 查《机械制造技术基础课程设计指南》,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。
（6） 计算基本工时
tm＝L/ Vf=(125+30)/375=0.41min.
2. 精铣φ55孔上下端面。
（1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=0.5mm，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《机械制造技术基础课程设计指南》选f=0.5 mm/z。
（3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.7，后刀面最大磨损为1.0～1.5mm。
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.8，寿命T=180min
（4） 计算切削速度
按《机械制造技术基础课程设计指南》，将f降一级为f=0.5 mm/z。查得 Vc＝110mm/s，n=252r/min,Vf=577mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=235r/min,Vfc=600mm/s,则实际切削速度
V c=600.4,实际进给量为fzc=V fc/ncz=0.21mm/z。
（5) 校验机床功率 查《机械制造技术基础课程设计指南》,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。
（6） 计算基本工时
tm＝L/ Vf=(125+30)/375=0.41min.
3. 粗铣侧面端面
进给量f=0.14mm/r
查表af=0.15 mm
tm＝L/ Vf=(125+30)/375=0.41min.
5.5工序5： 铣φ40外圆斜面
机床：XA6132卧式铣床，专用夹具。
刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀
（1）进给量f
查表af=0.15 mm/z
（2）切削速度vc
查得v=27 m/min
d=175mm 齿数z=16
则ns＝＝=49 r/min
按机床选取nw=47.5 r/min
所以实际切削速度vc = ==26.1 m/min
(3) 基本工时t
t = =2 min
5.6工序6：粗铣、精铣φ40圆柱的上表面
机床：XA6132卧式铣床，专用夹具。
刀具：W18Cr4V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,故据《切削用量机械制造技术基础课程设计指南》（后简称《机械制造技术基础课程设计指南》）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。
1. 粗铣
（1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择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《机械制造技术基础课程设计指南》f=0.14～0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
（3）查后刀面最大磨损及寿命
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.7，后刀面最大磨损为1.0～1.5mm。
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.8，寿命T=180min
（4）计算切削速度
查得Vc＝98mm/s，
则n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132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《机械制造技术基础课程设计指南》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）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
2. 精铣
（1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=0.5mm，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《机械制造技术基础课程设计指南》f=0.14～0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
（3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.7，后刀面最大磨损为1.0～1.5mm。
查《机械制造技术基础课程设计指南》表3.8，寿命T=180min
（4） 计算切削速度
查得 Vc＝98mm/s，
则n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132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《机械制造技术基础课程设计指南》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=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，
f z=0.16mm/z。
（6） 计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
5.7工序7：铣16×8槽
机床：x61W型万能铣床，专用夹具
刀具：高速钢直齿三面刃铣刀do=16mm， 国家标准 GB1118 D=160mm d=40mm L=16mm 齿数z=24
（1） 走刀量 f 由表查得 f =0.67 mm/r
（2） 铣刀磨钝标准和耐用度
由表查得 磨钝标准为 0.2～0.3
耐用度为 T=150min
（3） 切削速度v
由式
查表得其中： 修正系数 m=0.5
代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s
则
按机床选取主轴转速为6.33 r/s
所以，实际切削速度为

（4） 计算切削工时
=0.55min
参考文献
1． 崇凯. 机械制造技术基础课程设计指南. 北京：化学工业出版社，2008
2. 于大国．机械制造技术基础课程设计教程．北京：国防工业出版社，2011
3． 王绍俊．机械制造工艺设计手册．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1981
4． 吴宗泽 罗圣国．机械设计课程设计手册（第二版）．北京：高等教育出版社，1999
5． 冯之敬．机械制造工程原理．北京：清华大学出版社，1998