机械制造工艺学课程设计说明书.doc

机 械 制 造 工 艺 学

课程设计说明书

设计题目：设计“CA6140车床拨叉(831003)”的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量为中批或大批）

目 录
1.零件的分析 1
1.1零件的作用 1
1.2零件的工艺分析 1
2.工艺规程设计 2
2.1确定毛坯的制造形式 2
2.2基面的选择 2
2.3制订工艺路线 3
2.3.1工艺路线方案一 3
2.3.2工艺路线方案二 4
2.3.3方案比较 4
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 5
2.4.1毛坯尺寸 5
2.4.2加工余量 5
2.5 确定切削用量及基本工时 8
2.5.1工序一：车后端面，钻扩花键底孔并倒角 8
2.5.2工序二 拉花键孔 15
2.5.3工序三 粗铣、精铣上顶面 17
2.5.4工序四 钻两M8底孔及攻螺纹 20
2.5.5工序五 铣18H11的槽 24
3.夹具设计 27
3.1问题的提出 27
3.2夹具设计 28
3.2.1定位基准的选择 28
3.2.2夹紧机构及加紧力的计算 28
3.2.3对刀装置 29
3.2.4夹具与机床连接元件 29
3.2.5使用说明 30
3.2.6 结构特点 30

1零件的分析
1.1零件的作用
零件是CA6140拨叉，它位于车床变速机构中，主要起变速，使主轴的回转运动按照工作者的要求进行工作，获得所需的速度和扭矩的作用。通过拨叉的拨动使车床滑移齿轮与不同的齿轮啮合从而达到要求的主轴转速。
1.2零件的工艺分析
从零件图可以看出，CA6140拨叉有两组加工表面，即
1.2.1以不加工表面作为粗基准的加工表面及花键孔
主要包括后端面,φ22H12的花键底孔，φ25H7的花键，以及
2×15°的倒角。
1.2.2以花键孔中心线为精基准的加工表面
主要包括宽度为30mm的上顶面，位于上顶面的2-M8的螺纹孔，以及18H11的槽。
其中，宽度为30mm的上顶面与花键孔中心线的平行度公差为0.10㎜，18H11的槽的两侧面与花键孔中心线的垂直度公差为0.08㎜。
对于以上两组加工表面可先加工一组表面，再用专用夹具加工另一组表面。
2工艺规程设计
2.1确定毛坯的制造形式
拨叉材料为HT200，根据零件作用以及在工作中承受载荷的情况，选用铸件，生产纲领是1000／年，为中批量生产，因此可用砂型铸造或机器造型。零件形状简单，故毛坯形状可与零件的形状尽量接近，又因零件上的孔均很小，可不铸出。
2.2基面的选择
粗基准的选择：考虑到左右端面和前端面为非加工表面，因此可以其作为粗基准，待加工出后端面时，再考虑精基准的问题。
精基准的选择：主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应进行尺寸换算。
2.3制订工艺路线
生产纲领确定为中批，可考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
2.3.1工艺路线方案一
工序一：粗铣后端面
工序二：钻、扩花键底孔
工序三：铣倒角
工序四：拉花键
工序五：精铣后端面
工序六：粗铣、精铣上顶面
工序七：钻孔、攻螺纹
工序八：粗铣、精铣18H11槽
工序九：去毛刺
工序十：终检
2.3.2工艺路线方案二
工序一：粗车、半精车后端面，钻、扩花键底孔并倒角
工序二：拉花键
工序三：粗铣、精铣上顶面
工序四：钻孔、攻螺纹
工序五：粗铣、精铣18H11槽
工序六：去毛刺
工序七：终检
2.3.3方案比较
以上两种方案比较，方案2将后端面、花键底孔和倒角在一道工序中同时加工出来，缩短了工时，并且用一台车床就可以同时加工出，节约了设备，提高了加工效率，并且成本降低，经济效果较好。在中批生产的生产条件下，方案2较方案1更为优越。因此，选定方案2.
2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
CA6140车床拨叉材料为HT200，硬度HB157～236，毛坯质量约为为1kg，δ, =220 MPa，生产类型为成批生产采用砂型铸造或机器造型。
根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。
2.4.1毛坯尺寸
根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。
选取公差等级CT，由《机械制造技术基础课程设计指南》中表5-1，可查得毛坯件的公差等级为8～12级，，取为10级。
求铸件尺寸公差 ，根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由《机械制造技术基础课程设计指南》中表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。具体尺寸详见毛坯图。
2.4.2加工余量
求机械加工余量，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-5，查得机械加工余量等级范围为E～G，取为F级。
求RAM即要求的机械加工余量，对所有的加工表面取同一数值，最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为F级，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-4查得RAM数值为1mm。
求毛坯尺寸，后端面、上顶面单侧加工，其基本尺寸应由《机械制造技术基础课程设计指南》式5-1求出，即：
后端面，
上顶面，
为简化铸件尺寸取R＝75mm。
a.后端面沿轴线长度方向的加工余量
由《机械加工余量手册》表5-45，查得粗车后端面的粗加工余量
在1.5～2.0㎜之间，取1.6㎜，故半精车的余量为：。
b.宽度为30mm的上顶面
由《机械加工余量手册》表5-45，查得粗铣上顶面的粗加工余量在1.5~2.0㎜之间，取2㎜，故精铣的余量为：。
c.φ22H12的花键底孔和倒角
内孔尺寸为。由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-42确定孔的加工余量分配为：钻孔：20mm；扩孔：22mm。
d.φ25H7的花键
此工序为一次拉削成型，故拉削余量为：
e.宽度为30mm的上顶面
由《机械加工余量手册》表5-45，查得粗铣上顶面的粗加工余量在
1.5~2.0㎜之间，取粗铣余量为2㎜，则精铣余量为1㎜。
f.位于上顶面的2-M8的螺纹孔
由《机械制造技术基础课程设计指南》,选用直径为6.8㎜的麻花钻来钻螺纹孔，用M8的丝锥来攻丝。
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-41，查得粗铣后半精铣宽度余量Z＝3mm，粗铣后公差为+0.18㎜～+0.27㎜，半精铣后公差为+0.11㎜。取精铣余量为3mm，则粗铣余量为32mm。
2.5 确定切削用量及基本工时
2.5.1工序一：车后端面， 钻扩花键底孔并倒角
a.粗车后端面
(1)背吃刀量的确定
因为此工步切削余量较小，所以一次切削就可以切除所有余量故背吃刀量ap =1.6㎜
(2)进给量的确定
车床为CA6140，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-55，查得车床中心高为200mm。选用硬质合金车刀，刀具材料为YT16，由车床中心高为200mm，查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-112，查得刀杆尺寸为：B×H=16×25㎜2，由背吃刀量ap =1.6㎜，得刀片厚度为4.8mm， 取进给量f＝ 0.38mm／r。
(3)车削速度的确定
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-119，查得车刀寿命T=60min,表2-9，查得寿命指数m=0.20，修正系数为1.0，由表2-8，查得,

(4)确定机床的主轴转速
工件的旋转直径取为d=38mm,则

取n=710r／min,则

故切削速度为84.7 m／min
(5)确定切削工时
l（加工长度）=40mm, l（切入长度）=2mm, l（切出长度）=5mm, l（试切辅助长度）=5mm,
L= l+ l+ l+ l=52mm

b.半精车后端面
(1)背吃刀量的确定
取背吃刀量。
(2)进给量的确定
选用硬质合金车刀，刀具材料为YT16，由车床中心高为200mm，查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-112，取进给量
。
(3)车削速度的确定。
查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-120，取
=80 m／min,
机床主轴转速不变。故切削工时不变。
c.钻Φ20的孔
(1)背吃刀量的确定
取背吃刀量。
(2)决定进给量
选择高速钢麻花钻头其直径。
查《切削用量简明手册》表2.7，铸铁的硬度大于200HBS，进给量f=0.43~0.53mm/r，由于钻孔深度为4d,可取修正系数Ktf＝0.95，则f＝0.41～0.50mm/r。
由《切削用量简明手册》表2.8，查得钻头强度允许的进给量为f＝1.75mm/r。选用Z525钻床，由表2.35查得进给机构允许的最大抗力Fmax＝8830N，并且do20.5，查《切削用量简明手册》表2.9，可知机床进给机构强度所允许的钻削进给量f＝0.93mm/s，故可取f＝0.48 mm/s。
由《切削用量简明手册》表2.19查得高速钢钻头钻孔的轴向力F＝5510N小于Fmax，故可用。
(3)确定钻头的磨钝标准及寿命
由《切削用量简明手册》表2.12，查的钻头后刀面最大磨损量取0.6mm，寿命为T=60min。
(4)确定切削速度
由《切削用量简明手册》表2.15，查得切削速度为18 m/min，则
由《切削用量简明手册》表2.35，取n＝272r/min，则实际切削速度

(5)检验机床扭矩及功率
由《切削用量简明手册》表2.21，可查得f0.51 mm/r时，钻头承受的扭矩为51.99N·m。当n＝272r/min时，由《切削用量简明手册》表2.35，可查得主轴能传递的转矩为144.2N·m。
由《切削用量简明手册》表2.23，查得Pc＝1.1 kw。
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-64，查得钻床Z525主电机的功率为P=2.8=2.26kw， 因为51.99N·m 144.2N·m，Pc2.26kw，故所选切削用量可用。
(6)计算基本工时：

由《切削用量简明手册》表2.29查得入切量l与切出量l分别为10mm和10mm，l=80mm,故：

d.扩20孔至22
(1)确定背吃刀量
背吃刀量为2mm。
(2)确定进给量
由《切削用量简明手册》表2.10，查得f＝0.7～0.8mm/r。由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-64，查得钻床Z525进给量范围是0.1～0.81mm/r，可取f＝0.62mm/r，
(3)计算切削速度
由《金属加工工艺及工装设计》表4-68，查得：
，
取为8.5 m/min。

根据机床说明书取n＝140r/min，则实际切削速度

(4)计算切削工时
由《机械制造技术基础课程设计指南》表2-26，查得

式中各参数：l=80mm，＝1.707～2.107，取＝2mm，
=2 ~4mm，取为3mm,则

2.5.2工序二 拉花键孔
由《机械加工工艺手册》表2.4-117，选拉刀类型为矩形齿花键拉刀，工件材料为铸铁，则其进给量为0.04～0.1mm，取进给量为0.06mm。
拉削速度由《机械加工工艺手册》表2.4-118，查得灰铸铁硬度大于180HBS时的拉削速度组别为。
由《机械加工工艺手册》表2.4-119，查得：花键拉削速度为
＝0.116～0.08m∕s，即＝6.96～4.8m/min ，取＝5m/min

由《机械加工工艺手册》表2.5-20，查得拉削加工工时的计算公式为：

式中Zb为单面余量，，
L为拉削表明长度 L＝80 mm，
为拉削系数，取＝1.2，
K 为考虑机床返回行程系数，取 k＝1.4
v为拉削速度，
fz为拉刀单面齿开量，
z为拉刀同时工作齿数，
P为拉刀齿距
所以拉刀同时工作齿数为：

所以

2.5.3工序三 粗铣、精铣上顶面
a.粗铣上顶面
(1)切削用量的确定
由《机械加工工艺手册》表2.4－77，选择高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm，齿数为3。
由《机械加工工艺手册》表2.4－88，查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为aw＝3mm时，铣刀的铣削速度为v＝0.24m/s，即v=14.4m/min，每齿进给量为=0.08 mm/z。
则主轴转速为

取n＝300r/min。则实际切削速度

(2)铣削加工工时的计算
由《机械加工工艺手册》表2.1－94可查得

式中
i为进给次数，i＝ 10
，取＝9mm
＝1～2 mm，取＝2 mm
则

b.精铣上顶面
(1)加工背吃刀量ap的确定
由前面可知道精铣的加工余量为1 mm，故ap＝1 mm
(2)进给量的确定
选用高速钢立铣刀直径为16 mm，选用与粗铣时同一铣刀和机床。
铣削宽度为aw＝3 mm时，每齿进给量为0.08～0.05 mm/z，因为表精度要求较高故fz＝0.06 mm/z
(3)切削用量的确定
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-148，铣刀磨钝标准查得：后刀面最大磨损限度为0.2～0.25 mm。
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-149，查得铣刀平均寿命T=60min。由《切削用量简明手册》表3.13，查得V＝20m/min，精加工时的修正系数为0.8，V=200.8=16 m/min。
则铣床的主轴转速：

取n＝375 r/min。 则实际转速为

(4)计算铣削加工工时

式中
、、与上述所相同。
＝30/3＝10
将各参数代入上式可得：

2.5.4工序四 钻两M8底孔及攻螺纹
a.钻两M8底孔
(1)选择切削用量
选择高速钢直柄麻花钻直径为Φ6.8，钻头形状为双锥修磨横刃。由《切削用量简明手册》表2.7，查得进给量f＝0.36～0.44mm/r，由《切削用量简明手册》表2.83，查得：钻头允许的进给量确定进给量
f＝0.86mm/r。由《切削用量简明手册》表2.9机床进给机构所允许的钻削进给量，查得f＝1.6mm/r。故由Z525型立式钻床说明书，取
f＝0.36mm/r。
(2)确定钻头磨钝标准及寿命
由《切削用量简明手册》表2.12，查得磨钝标准为0.5～0.8，
寿命为T＝35min。
(3)确定切削速度
由《切削用量简明手册》表2.15，查得切削速度为V＝18m/min。则主轴转速为
。
由Z525钻床说明书由就近原则取n＝960r/min。故实际切削速度为v＝21.1m/min
(4)校核机床扭矩及功率
由《切削用量简明手册》表2.20查得

=420, =1 ，＝0.8，=0.206, 2.0, =0.8

根据Z525机床说明书可知：Mm=42.2 Nm, P=2.80.81=2.26 KW, Fmax=8829 N ,由于上面所算出的的数据都小于机床的各个相应的参数，故机床符合要求。
(5)计算钻削加工工时
由《机械制造技术基础课程设计指南》表2-26，查得
，
其中，l=11mm,l=2mm,l=3mm,则
。
因为表面存在俩加工孔故加工工时为:T=2 T＝0.10 min。
b.攻M8螺纹
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-97,选用M8细柄机用丝锥，在普通钻床上攻丝。
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-142，查得当工件材料为灰铸铁时，Vc＝9.8m/min。故钻床主轴的转速为：

可取n＝392 r/min。
实际切削速度仍为：

攻螺纹机动时间的计算

其中：：工件螺纹的长度＝11 mm
： ＝（1 ～3）P=1.25 ～3.75 mm,取为2mm
l：l＝（2～3）P=2.5 3.75,取l＝3mm
：攻螺纹是的转速＝392 r/min。
n：丝锥退出时的转速n＝680 r/min。
P为螺距
解得T=0.18min,，T=2 T＝0.36min
2.5.5工序五 铣18H11的槽
a. 粗铣18H11槽
（1）铣床的选择
由《机械加工工艺手册》表2.4－89，选择高速钢立铣刀，铣刀直径为10 mm，齿数为3，铣床为万能铣床X62。
因为槽深为35 mm ，故铣18H11槽时底边留有3mm的加工余量，精铣以达到图纸所规定的表面粗糙度的要求，故背吃刀量ap＝32 mm.
(2) 进给量的确定
由《机械加工工艺手册》表2.4－89，查得：铣削宽度为a＝10 mm时，每齿进给量为=0.03 mm/z。
(3)切削速度的确定
由《机械加工工艺手册》表2.4－89，查得：
V＝0.23m/s ,即V＝13.8 m/min,
则铣床主轴转速为

可取n＝475 r/min。

(4)切削加工工时
由《机械加工工艺手册》表2.1-99查得
。
b.精铣18H11槽
(1)背吃刀量
选取与粗铣18H11槽同一规格的铣刀，背吃刀量ap＝3 mm。
(2)确定进给量
铣削宽度为a＝10 mm时，每齿进给量为=0.03 mm/z。
(3)切削速度的确定
由《机械加工工艺手册》表2.4－89，查得：
V＝0.23m/s ,即V＝13.8 m/min,
则铣床主轴转速为

可取n＝475 r/min。

(4)切削加工工时
由《机械加工工艺手册》表2.1-99查得
。
3.夹具设计
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。经分析决定设计第五道工序—铣18H11的槽的铣床专用夹具。
3.1问题的提出
本夹具用来铣18H11的槽，该槽的两侧面相对于花键孔中心有垂直度要求。因此在本道工序加工时，应在考虑零件的技术要求的前提下，降低劳动强度，提高劳动生产率。
3.2夹具设计
3.2.1定位基准的选择
由零件图可知，18H11槽的两侧面相对于花键孔中心线有垂直度要求，其设计基准是花键孔中心线，和已经加工了的后端面，为了使定位误差为零，故选择以花键孔中心线和已经加工了的后端面为定位基准，所以由定位其准不重合引起的误差为零。
3.2.2夹紧机构及加紧力的计算
根据零件的定位方案、加工方法、生产率要求，运用手动夹紧可以满足这些要求。采用螺旋垫圈夹紧机构，通过拧紧夹紧螺母使工件夹紧，有效提高了工作效率。
夹紧力计算：
刀具为高速钢立铣刀，加工灰铸铁硬度在HB157 ~236之间，由《机械制造技术基础课程设计指南》表2-18，查得切削时各项系数C=30，x=1, y=0.65, u=0.83, w=0, q=0.83,则圆周力

由《金属切削原理与刀具》表10-1，查得进给力F=0.8 F,横向进给力F=0.4 F,垂直进给力F=0.75 F,
所以铣刀总切削力
，
实际切削时所需的夹紧力F=KF，取K为2，则。
所需夹紧力较小，螺旋垫圈夹紧机构完全可以满足。
3.2.3对刀装置
由于本夹具用于铣槽，所以采用直角对刀块对刀，与塞尺配合使用，可使夹具在零件的加工之前很好的对刀。
3.2.4夹具与机床连接元件
夹具体底面上的一对定位键，与铣床工作台上的T型槽连接，保证夹具在工作台上正确的方向，定位键根据所选机床的T型槽尺寸来选择。夹具体上要设计出相应的座耳，用T型螺栓和螺母及垫片进行固定，整个结构可使整个夹具在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工的顺利进行。
3.2.5使用说明
安装工件时，先将工件花键孔装入定位心轴，工件的顶面与夹具体紧靠，在工件两端安装垫圈，用夹紧螺母拧紧，以夹紧工件。铣削时经对刀块和塞尺对刀，进行铣削。
3.2.6 结构特点
该夹具结构简单，操作方便，容易铸成，加工定位方便。铣床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图。

参考文献：
[1] 陈红霞. 机械制造工艺学[M] . 北京：北京大学出版社,2010.
[2] 崇凯. 机械制造技术基础课程设计指南[M]. 北京：化学工业出版社，2006
[3] 孙本绪，熊万武. 机械加工余量手册[M]. 北京：国防工业出版社，1999
[4] 胡凤兰. 互换性与技术测量[M]. 北京：高等教育出版社,2010
[5] 陆剑中，孙家宁. 金属切削原理与刀具[M]. 北京：机械工业出版社，2010
[6] 周开勤. 机械零件手册[M]. 北京：高等教育出版社,2011
[7]杨叔子. 机械加工工艺师手册[M]. 北京：机械工业出版社,1995
[8]黄如林，汪群. 金属加工工艺及工装设计[M]. 北京：化学工业出版社,2001
[9] 艾兴,肖诗纲. 切削用量简明手册[M]. 北京：机械工业出版社，1999
[10] 李洪. 机械加工工艺手册[M]. 北京：北京出版社，1990
[11] 徐洪本. 机床夹具设计手册[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社，2004

[12] 贾振元，王福吉. 机械制造技术基础[M]. 北京：科学出版社2011