机械制造装备设计课程设计CA6140车床的拨叉(含CAD图纸).doc

目录
1. 零件的工艺性分析 2
1.1拨叉的用途 2
1.2 确定各加工表面 2
1.3拨叉的技术要求 3
1.4毛坯的选择 3
2 加工工艺规程设计 3
2.1选择毛坯 3
2.2确定毛坯尺寸公差和机械加工余量 3
2.2.1 公差等级 3
2.2.2 零件表面粗糙度 4
2.2.3 机械加工余量 4
2.3 绘制铸件毛坯简图 4
3拟定拨叉工艺路线 4
3.1定位基准的选择 4
3.2表面加工方法的选择 4
3.3 工序顺序的安排 5
3.4工序的集中与发散 5
3.5制定工艺路线 5
4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7
1、后端面加工余量 7
2、花键底孔加工余量 7
3、18H11底槽的加工余量 7
4、上端面的加工余量 7
5 确定切削用量及基本工时 8
6夹具的设计 15
6.1问题的提出 15
6.2夹具设计 15
6.2.1定位基准的选择 15
6.2.2.夹紧机构 15
6.2.3对刀装置 17
6.2.4夹具与机床连接元件 17
6.2.5使用说明 17
6.2.6. 结构特点 17
7总结 17
8参考文献 17

1. 零件的工艺性分析
1.1拨叉的用途
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。
1.2 确定各加工表面
CA6140拔叉（型号：831003）共有3组加工表面：
⑴、 零件两端面，由于后端面要求的加工精度高，可以先以后端面为粗基准加工前端面，再以前端面为精基准加工后端面；
⑵、 以花键中心线为基准的加工面：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、 以工件后端面为基准的加工面：18H11mm的槽、上顶面的2-M8通孔和Ø5锥孔。
1.3拨叉的技术要求

1.4毛坯的选择
拨叉C毛坯选择金属行浇铸，因为生产率很高，所以可以免去每次造型。单边余量一般在 ，结构细密，能承受较大的压力，占用生产的面积较小。因其年产量是5000件，查《机械加工工艺手册》表2.1-3，生产类型为中批量生产。
2 加工工艺规程设计
2.1选择毛坯
零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，考虑到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。
零件形状简单，因此毛形状需要与零件的形状尽量接近，又因内花键较小，因此不可直接铸出。
2.2确定毛坯尺寸公差和机械加工余量
2.2.1 公差等级
由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为IT10。 2.2.2 铸件重量
已知机械加工后波插件的重量为0.84kg，由此可初步估计机械加工前铸件毛坯的重量为1kg。
2.2.2 零件表面粗糙度
由零件图可知，该拨叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6um
2.2.3 机械加工余量
由铸件铸造类型为金属型铸造，因此加工余量等级选为F。
2.3 绘制铸件毛坯简图

3拟定拨叉工艺路线 
3.1定位基准的选择 
（1）．粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。
粗基准的选择。因为要保证花键中心线垂直于前端面端面，所以Φ40的外圆表面为粗基准。
（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。 
该零件根据形位公差的要求，选择花键中心线为精基准。
3.2表面加工方法的选择
本零件的毛坯为铸件，待加工面有内孔，端面，及锥孔，内倒角等。公差等级及粗糙度要求参考零件图。其加工方法的选择如下：
（1）：花键 花键大径表面粗糙度为Ra1.6μm，毛坯孔未铸出，需钻，扩、铰孔、然后直接用拉刀拉出即可。
（2）：端面 本零件的端面大部分尺寸精度要求不高，很大部分无需去除材料。待加工的主要端面有零件的上端面和左端面以及通槽，除通槽内侧表面粗糙度为Ra3.2μm及Ra6.3μm，经粗铣和精铣即可。
（3）：M8mm螺纹孔，由《机械加工工艺手册》查知.配钻方式加工。在加工的适当工艺过程中我们对产品进行质量检查，以满足工艺要求。
（4）：内倒角 加工角度为15度的内倒角，采用铣床加工即可。
3.3 工序顺序的安排
1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——拨叉左端面
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——拔叉头左端面内花键孔，后加工次要表面——拨叉上端面和通槽底面及内侧面。
4）遵循“先面后孔”原则，先加工拨叉左端面，再加工内花键孔；先拨叉上端面，再钻M8孔
3.4工序的集中与发散
（1）．工序分散原则
工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。
（2）．工序集中原则
工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。
一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。
3.5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。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外好应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

1.工艺路线方案一
工序1：粗、精铣后端面；
工序2：钻、扩花键底孔Φ22H12；
工序3：倒角1.5 X 15°；
工序4：粗、精铣上顶面；
工序5：粗、精铣18H11底槽；
工序6：钻2—M8通孔并攻丝，钻Φ5锥孔；
工序7：拉内花键Φ25H7；
工序8：挫圆角；
工序9：去毛刺，清洗；
工序10：终检。

2.工艺路线方案二
工序1：粗、精铣后端面；
工序2：钻、扩花键底孔Φ22H12；
工序3：倒角1.5 X 15°；
工序4：拉内花键Φ25H7；
工序5：粗、精铣上顶面；；
工序6：粗、精铣18H11底槽；
工序7：钻2—M8通孔并攻丝，钻Φ5锥孔；
工序8：挫圆角；
工序9：去毛刺，清洗；
工序10：终检。

3.工艺路线方案三
工序1：粗、精铣后端面；
工序2：钻、扩花键底孔Φ22H12；
工序3：倒角1.5 X 15°；
工序4：拉内花键Φ25H7；
工序5：粗、精铣18H11底槽；
工序6：粗、精铣上顶面；
工序7：钻2—M8通孔并攻丝，钻Φ5锥孔；
工序8：挫圆角；
工序9：去毛刺，清洗；
工序10：终检。
4.三套工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：方案一把拉内花键Φ25H7放在粗、精铣18H11底槽之后，这样后面的工序5、工序6、工序7很难对工件进行定位和夹紧。造成生产率的下降。方案二把粗、精铣上顶面放在粗、精铣18H11底槽前面不利于加工底槽是零件的夹紧，而工艺路线三除去了前面两种方案的缺点，这样后面的工序就很容易对工件进行定位和夹紧，即以花键中心线进行定位、进行螺旋夹紧。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠。
通过以上三种工艺路线的优缺点分析。最后确定工艺路线三为该零件的加工路线，工艺过程详见加工工序卡片。

4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
已知CA6140拨叉（编号831003）”零件材料为HT200，毛坯重量约为0.84kg。生产类型为中批量生产。采用铸造毛坯。
根据上述原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸如下：
1、后端面加工余量
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。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IT11、公差值0.22mm。精铣加工余量0.2mm、工序经济精度等级IT7、公差值0.035mm、表面粗糙度Ra3.2um、工序基本尺寸80mm。
2、花键底孔加工余量
要求以花键外径定心，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。工序经济加工精度等级IT11、公差值0.13mm；
扩孔Φ22H12mm、工序经济加工精度等级IT10、公差值0.084mm、粗糙度Ra6.3um；
拉内花键，花键孔以外径定心，拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取2Z=1mm。
3、18H11底槽的加工余量
槽底面粗铣余量为35mm。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Ra6.3um。精铣的加工余量为侧面余量0.1mm、工序经济精度等级为IT9、公差值为0.021mm、侧面粗糙度为Ra3.2um。
4、上端面的加工余量
此工序为两个工步：①、粗铣上顶面 ②、精铣上顶面
粗铣加工余量为2.8mm、工序经济加工精度等级为IT11、公差值0.22mm；
精铣加工余量为0.2mm、工序经济加工精度等级为IT7、公差值0.035mm、表面粗糙度Ra3.2um。

5 确定切削用量及基本工时
工序1:以Φ40外圆为基准，粗、精铣后端面。
1、 加工条件：
工件材料：HT200， ,铸造。
加工要求：粗、精铣后端面，尺寸保证80mm。
机床:
刀具材料：镶齿铣刀
2、 计算切削用量：
工步1：粗铣
背吃刀量为
进给量的确定：机床的功率5～10Kw，工件夹具系统的刚度为中等条件，按《切削用量简明手册》中表3.3选取该工序的每齿进给量为。
铣削速度：参考《机械制造技术基础课程设计指导教程》得，选用镶齿铣刀，其中在的条件下选取。铣削速度为。有公式 可以得到：。
由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为，所以，实际铣削速度为：。
基本时间t：根据面铣刀平面（对称铣削、主偏角）的基本时间计算公式：。其中，，，取，。则有：
。

工步2：精铣
背吃刀量的确定。
进给量的确定：由《切削用量简明手册》中表3.3，按表面粗糙度为的条件选取，该工序的每转进给量为。
铣削速度的计算：根据其他有关资料确定，按镶齿铣刀，，的条件选取，铣削速度v为。由公式可以求得铣刀转速。参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》中4-15的X51立式铣床的主轴转速，选取转速为。再将此转速代入上面公式。可以求得：
。
基本时间的确定：根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》中表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角）的基本时间公式，可以求得该工序的基本时间，其中，，取，，，得：

。

工序2：以Φ40mm外圆为基准钻、扩花键底孔Φ22H12mm
1.加工条件：
工件材料：HT200， ,铸造。
加工要求：钻花键底孔，尺寸保证20mm。
机床：
刀具材料：高速钢直柄麻花钻Φ20mm、扩孔钻Φ22mm
2.计算切削用量：
工步1：钻Φ20mm花键底孔
背吃刀量：
进给量的确定：选取该工步的每齿进给量 。
切削用量的计算：因为该工件的材料为HT200，所以选取切削速度为。由式可以求得：

参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》中表4-9所列的的主轴转速。先取，再将n代入中，得到：
基本时间t：
其中，，，取。所以基本时间t为：

工步2：扩Φ20mm花键底孔至Φ22H12mm
背吃刀量确定 。
进给量的确定：由《切削用量简明手册》中表2.10的资料，选取该工件的没转进给量。
切削速度的确定：根据相关资料，确定：
由公式。可以得到：
按机床选取，得到切削速度
基本时间t：
其中，，
取。所以基本时间t为：

工序3：以Φ40mm外圆为基准，倒角1.5 X 15°
1.加工条件
工件材料：HT200, ,铸造。
加工要求：倒角1.515°
机床：
刀具材料：专用刀具。
此工步使用到专用刀具与手动进给。
检验机床功率 按《切削用量简明手册》表 1.24
可以查出　当σｂ＝160～241HBS

按　车床说明书　主电机功率
可见比P小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求
钻削功率检验按《切削用量简明手册》表 2.21
当
查得转矩
《切削用量简明手册》表由表2.32　得功率公式

按车床说明书　主电机功率
可见比小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要求。

工序4：拉内花键Φ25H7
1、加工条件：
工件材料：HT200，铸件；
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；
刀具：高速钢拉刀；④切削液：乳化液；
机床：拉床。
①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；
②切削速度：查有《切削简明手册》有切削速度为0.06m/s（3.6m/min）；
③切削工时： t=Zblηk/1000vfzZ

式中： 单面余量1.5mm(由Φ22mm拉削到Φ25mm)；
拉削表面长度，80mm；
η 考虑校准部分的长度系数，取1.2；
考虑机床返回行程系数，取1.4 ；
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。
所以
因为拉刀同时工作齿数z=l/p=80/127所以其本工时 Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13min=7.8s 。
工序5：粗、精铣18H11底槽
1.加工条件
工件材料：HT200, ,铸造。
加工要求：以花键中心线为基准粗、精铣18H11底槽、底面表面粗糙度、侧面表面粗糙度。
机床：立式升降台铣床（）
刀具材料：根据《实用机械加工工艺师手册》表21-5选用高速钢镶齿三面刃铣刀。外径160mm，内径40mm，刀宽粗铣16mm，精铣18mm，齿数为24齿。
工步1、粗铣16槽
铣削深度：
每齿进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4-75，得，取。
铣削速度：查《机械加工工艺师手册》表30-33，得
机床主轴转速：

查《机械加工工艺手册》表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：

=81mm
刀具切出长度：取
走刀次数1次
机动时间：
工步2、精铣18槽
切削深度：
根据《机械加工工艺手册》表查得：进给量,查《机械加工工艺手册》表2.4-82得切削速度，
机床主轴转速：
，
查《机械加工工艺手册》表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：

=81mm
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
本工序机动时间
工序6：粗、精铣上顶面
机床：立式升降台铣床
刀具：根据《实用机械加工工艺手册》表10-231，选用高速钢错齿三面刃铣刀，规格为：，齿数为12齿。
工步1、粗铣上顶面
铣削深度：
每齿进给量：查《机械加工工艺手册》表2.4-75，，取。
铣削速度：查《实用机械加工工艺师手册》表11-94，得，取
机床主轴转速：

查《机械加工工艺手册》表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知
刀具切入长度：

=82mm
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
工步2、精铣上顶面
切削深度：
根据《实用机械加工工艺师册》表11-91查得：每齿进给量,取，根据《实用机械加工工艺师册》表11-94
查得切削速度
机床主轴转速：
，
按照《机械加工工艺手册》表3.1-74取
实际切削速度：
进给量：
工作台每分进给量：
被切削层长度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入长度：

=81mm
刀具切出长度：取
走刀次数为1
机动时间：
本工序机动时间
工序7：钻孔并攻丝
机床：摇臂钻床
刀具：根据参照《机械加工工艺手册》表4.3-9硬质合金锥柄麻花钻头。
工序1、钻孔
钻孔前铸件为实心，根据上文所的加工余量先钻孔到再攻丝，所以。
钻削深度：
进给量：根据《机械加工工艺手册》表2.4-38，取
切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4-41，取
机床主轴转速，有：
，
按照《机械加工工艺手册》表3.1-31取
所以实际切削速度：
切削工时
被切削层长度：
刀具切入长度：

刀具切出长度： 取
走刀次数为1，钻孔数为2个
机动时间：
工序2、攻2-M8螺纹通孔
刀具：钒钢机动丝锥
进给量：查《机械加工工艺手册》表1.8-1得所加工螺纹孔螺距,因此进给量
切削速度：参照《机械加工工艺手册》表2.4-105，取
机床主轴转速：，取
丝锥回转转速：取
实际切削速度：
被切削层长度：
刀具切入长度：
刀具切出长度：，加工数为2
机动时间：
本工序机动时间：。
6夹具的设计
设计工序——粗，精铣槽18H11的夹具。
6.1问题的提出
本夹具要用于粗，精铣槽18H11，对槽18H11的要求有：槽宽18H11 精度等级为IT11级，槽深35无精度等级要求，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。本道工序只要先粗铣再精铣一下槽即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证槽的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。
6.2夹具设计
6.2.1定位基准的选择
由零件图知，18H11槽的两边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，为了使定位误差为零，故选择以花键孔中心线为主要定位基准，所以由定位其准不重合引起的误差为零。
6.2.2.夹紧机构
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。采用螺旋夹紧机构，通过拧紧夹紧螺母7使工件夹紧，有效提高了工作效率。手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。
2.1切削力和夹紧力计算
（1）刀具： 高速钢错齿三面刃铣刀 φ160mm z=24
机床： x61W型万能铣床
由[3] 所列公式 得

查表 9.4—8 得其中： 修正系数

z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。
安全系数 K=
其中：为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以
（2）夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机 由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
F=+G G为工件自重

夹紧螺钉： 公称直径d=20mm，材料45钢 性能级数为6.8级

螺钉疲劳极限：
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
满足要求

经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，
6.2.3对刀装置
　　采用直角对刀块对刀，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）
6.2.4夹具与机床连接元件
　　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。
6.2.5使用说明
　　安装工件时，先将工件花键孔装入定位心轴，安装开口垫圈，用夹紧螺母拧紧，夹紧工件。
6.2.6. 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。
7总结
  通过本次的课程设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、铣镗钻夹具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习
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。
8参考文献
李益民，机械制造工艺设计简明手册，机械工业出版社， 2011-06-01
王先逵, 机械加工工艺手册， 机械工业出版社, 2003-01-01
赵如福，金属机械加工工艺人员手册， 上海科技大学出版社， 2006-10-12
艾兴， 切削用量简明手册， 机械工业出版社， 1994-07-01
杨叔子，机械加工工艺师手册， 机械工业出版社， 2011-01-01
王光斗， 机床夹具设计手册 ， 上海科学技术出版社， 2000-07-01