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课 程 名 称:
机械加工课程设计
题 目 名 称:
拔叉加工 ( CA6140车床) 设计
年级专业及班级:

姓 名:

学 号:

指 导 教 师:

评 定 成 绩:

教 师 评 语:

课程设计

CA6140车床拨叉831008 机械加工工艺规程
及铣φ32外圆上端面夹具课课程设计

目 录
目 录 II
1 序 言 4
2 零件的分析 4
2.1零件的形状 4
2.2零件的工艺分析 5
3 工艺规程设计 6
3.1 确定毛坯的制造形式 6
3.2 基面的选择 6
3.3 制定工艺路线 6
3.3.1 工艺路线方案一 7
3.3.2 工艺路线方案二 7
3.3.3 工艺方案的比较与分析 7
3.4 选择加工设备和工艺装备 8
3.4.1 机床选用 8
3.4.2 选择刀具 8
3.4.3 选择量具 8
3.5 机械加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 8
3.6确定切削用量及基本工时 10
4专用夹具设计 16
4.1问题的指出 16
4.2定位基准的选择 16
4.3夹具方案的设计 16
4.4.切削力和夹紧力计算 17
4.5夹紧力的计算 17
4.6定位误差分析 18
5 零、 部件的设计与选用 19
6 确定夹具体结构尺寸和总体结构 21
总 结 23
致 谢 24
参 考 文 献 25

一、 零件的分析
(一)零件的作用
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。零件上方的Φ20孔与操纵机构相连, 二下方的Φ50半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。经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。
(二)零件的工艺分析
零件的材料为HT200, 灰铸铁生产工艺简单, 铸造性能优良, 但塑性较差、 脆性高, 不适合磨削, 为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求:
1、 小头孔Φ20以及与此孔相通的Φ8的锥孔、 M6螺纹孔
2、 大头半圆孔Φ50
3、 拨叉底面、 小头孔端面、 大头半圆孔端面, 大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm, 小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。
由上面分析可知, 能够粗加工拨叉下端面, 然后以此作为基准采用专用夹具进行加工, 而且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度, 而且此拨叉零件没有复杂的加工曲面, 因此根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二、 工艺规程设计
( 一) 确定毛坯的制造形式
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, 故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。
(二)基面的选择:
1 粗基准的选择: 以零件的小头上端面为主要的定位粗基准, 以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。
2 精基准的选择: 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便, 依据”基准重合”原则和”基准统一”原则, 以粗加工后的底面为主要的定位精基准, 以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。
( 三) 制定工艺路线
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,能够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《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、 1.4-8、 1.4-11, 选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:
工序1 粗铣Φ32、 Φ72下端面, 以T2为粗基准, 采用X51立式铣床加专用夹具;
工序2 粗铣Φ32, Φ72上端面, 以T1, T4为定位基准, 采用X51立式铣床加专用夹具;
工序3 精铣Φ32下端面, 以T2为基准。精铣Φ72端面, 以D1为基准, 采用X51立式铣床加专用夹具;
工序4 钻、 扩Φ20孔, 以Φ32外圆和T2为基准, 采用Z520立式钻床加专用夹具;
工序5; 粗铰、 精铰Φ20孔, 以T2和Φ32外圆为基准, 采用Z520立式钻床加专用夹具;
工序6精铣Φ20上端面, 以T1为基准, 精铣Φ50端面, 以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序7: 粗, 精镗Φ50孔, 以Φ20孔轴线为基准;
工序8: 钻Φ7通孔, 钻M6孔;
工序9: 用三面刃铣刀铣斜槽面;
工序10 铣断, 以D1为基准, 采用X60卧式铣床加专用夹具;
工序11 去毛刺;
工序12 终检。
( 四) 机械加工余量、 工序尺寸及毛皮尺寸的确定
”CA6140车床拨叉”; 零件材料为HT200, 硬度200HBW, 毛皮重量1.2KG, 生产类型大中批量, 铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线, 分别确定各家工表面的机械加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸如下:
1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差( φ20, φ50端面) 。
查《机械制造工艺设计简明手册》( 以下称《工艺手册》) 表2.2～2.5, 取φ20, φ50端面长度余量均为2( 均为双边加工)
铣削加工余量为:
粗铣 1mm
精铣 1mm
2. 内孔( φ50已铸成孔)
查《工艺手册》表2.2～2.5, 取φ50已铸成孔长度余量为2, 即铸成孔半径为46mm。
工序尺寸加工余量:
钻孔 9mm
扩孔 0.120mm
粗铰 0.035mm
精铰 0.015mm
3. 其它尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产, 应该采用调整加工。因此在计算最大、 最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。
加工余量计算表
工序

加工尺寸及公差
锻件毛坯( , 上下端面距离, 零件尺寸34mm)
扩20孔
粗, 精铰20孔
加工前尺寸

34mm

18mm

19.8mm

加工后尺寸
30mm

19.7mm

19.94mm
加工余量( 单边)
2.0mm
0.85mm
0.07mm
加工公差( 单边)

+0.021/0
+0.021/0
(五)确定切削用量及基本工时
工序1 粗铣Φ32、 Φ72下端面, 以T2为粗基准
1. 加工条件
工件材料: HT200,σb =170~240MPa, 铸造;工件尺寸: aemax=72mm, l=176mm;
加工要求: 粗铣φ20孔下端面, 加工余量4mm;
机床: X51立式铣床;
刀具: YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》( 后简称《简明手册》) 表3.1, 取刀具直径d0=120mm。根据《切削用量手册》( 后简称《切削手册》) 表3.16, 选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°, 副后角α0’=10°, 刃倾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
1) 确定切削深度ap
因为余量较小, 故选择ap=4mm, 一次走刀即可完成。
2) 确定每齿进给量fz
由于本工序为粗加工, 尺寸精度和表面质量可不考虑, 从而可采用不对称端铣, 以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5, 使用YG6硬质合金端铣刀加工, 机床功率为4.5kw( 据《简明手册》表4.2-35, X51立式铣床) 时:
fz=0.09~0.18mm/z
故选择: fz=0.18mm/z。
3) 确定刀具寿命及磨钝标准
根据《切削手册》表3.7, 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm; 由于铣刀直径d0=120mm, 故刀具使用寿命T=180min( 据《简明手册》表3.8) 。
4) 计算切削速度vc和每分钟进给量vf
根据《切削手册》表3.16, 当d0=120mm, Z=12, ap≤7.5, fz≤0.18mm/z时, vt=98m/min,nt=200r/min,vft=471mm/min。各修正系数为: kMV= 1.0, kSV= 0.8。切削速度计算公式为:

其中 , , , , , , , , , , , , , 将以上数据代入公式:

确定机床主轴转速: 。
根据《简明手册》表4.2-36, 选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此, 实际进给量和每分钟进给量为:
vc==m/min=118m/min
f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z
5)校验机床功率
根据《切削手册》表3.24, 近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书, 主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm, nc=300r/min, vf=390mm/s, vc=118m/min, fz=0.1mm/z。
6) 计算基本工时
tm＝L/ vf, L=l+ y+Δ, l=176mm.
查《切削手册》表3. 26, 入切量及超切量为: y+Δ=40mm, 则:
tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。
工序2 粗铣Φ32, Φ72上端面, 以T1, T4为定位基准;
粗铣Φ32上端面:
切削用量和时间定额及其计算过程同工序1
粗铣Φ32上端面:
刀具: YG6硬质合金端铣刀,
机床: X51立式铣床
根据《切削手册》查的,
现采用X51立式铣床, 根据《简明手册》4.2-36查得取
, 故实际切削速度

当时, 工作台每分钟进给量应为

查说明书, 取
计算切削工时

因此
工序3 精铣Φ32下端面, 以T2为基准。精铣Φ72端面, 以D1为基准,
刀具: YG6硬质合金端铣刀;
机床: X51立式铣床;
查《切削手册》表3.5, 进给量, 取为0.5mm/r
参考有关手册, 确定, 采用YG6硬质合金端铣刀, , 则:

现采用X51立式铣床, 根据《简明手册》表4.2-36, 取
故实际切削速度:

当时, 工作台每分钟进给量: , 取为980mm/min
本工序切削时间为: min
工序4 钻、 扩Φ20孔, 以Φ32外圆和T2为基准, 采用Z520立式钻床加专用夹具;
1. 选择钻头
根据《切削手册》表2.1.2.2, 选择高速钢麻花钻钻头, 粗钻时do=18mm, 钻头采用双锥后磨横刀, 后角αo＝12°, 二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度, °, °
2.选择切削用量
( 1) 确定进给量
按加工要求确定进给量: 查《切削手册》, , , 由《切削手册》表2.7,系数为0.5,则:

按钻头强度选择:查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为: ;
按机床进给机构强度选择: 查《切削手册》表2.9, 机床进给机构允许轴向力为8330N时, 进给量为。
以上三个进给量比较得出, 受限制的进给量是工艺要求, 其值为: 0.215~0.265mm/r。根据《简明手册》表4.2-16,最终选择进给量。
由于是通孔加工, 为避免即将钻穿时钻头折断, 故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。
根据《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff= N, 轴向力修正系数为1.0, 故Ff= N。根据Z520立式钻床使用说明书, 机床进给机构允许的最大轴向力为8830N﹥Ff, 故所选进给量可用。
( 2) 确定钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度( 查《简明手册》) 为0.6mm, 寿命．
　( 3) 切削速度
查《切削手册》表2.30, 切削速度计算公式为:
( m/min)
其中, , , , , , , , , 查得修正系数: , =, , , 故实际的切削速度:

( 4) 检验机床扭矩及功率
查《切削手册》表2.20, 当f≤0.26, do≤19mm时, Mt=31.78N•m, 修正系数均为1.0, 故MC=31.78 N•m。
查机床使用说明书: Mm =144.2 N•m。
查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率: Pc=1.3kw。
查机床使用说明书, 。
由于, , 故切削用量可用, 即:
, ,
3、 计算工时

4、 扩孔至Φ19.8
查《切削手册》表2.10, 扩孔进给量为: , 并由机床使用说明书最终选定进给量为: 。
根据资料, 切削速度 , 其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度, 故

根据机床使用说明书选取 。
基本工时
工序5 粗铰、 精铰Φ20孔, 以T2和Φ32外圆为基准,
( 1) 粗铰至
刀具: 专用铰刀
机床: Z520立式钻床
根据有关手册的规定, 铰刀的进给量为0.8～1.2mm/z,进给量取0.81mm/r, 机床主轴转速取为=140r/min, 则其切削速度为:
。
机动时切削工时, =38mm,

(2) 精铰至
刀具:
机床: Z520立式钻床
根据有关手册的规定, 铰刀的进给量取0.48mm/r, 机床主轴转速取为: =140r/min, 则其切削速度为:
机动时切削工时, =38mm

工序6 精铣Φ20上端面, 以T1为基准, 精铣Φ50端面, 以D1为基准。
精铣Φ20上端面
刀具: YG6硬质合金端铣刀;
机床: X51立式铣床;
查《切削手册》表3.5, 进给量, 取为0.5mm/r
参考有关手册, 确定, 采用YG6硬质合金端铣刀, , 则:

现采用X51立式铣床, 根据《简明手册》表4.2-36, 取
故实际切削速度:

当时, 工作台每分钟进给量: , 取为980mm/min
精铣时
基本工时: min

精铣Φ50端面
由《切削手册》表3.6查得: ,即27m/min, 因此, 。现采用X51立式铣床, 取 , 工作台每分钟进给量应为:

查机床使用说明书, 取 。
铣削基本工时:
工序7: 粗, 精镗Φ50孔, 以Φ20孔轴线为基准;
粗镗Φ50孔:
机床: T68卧式镗床
单边余量
由《简明手册》4.2-20查得取

由《简明手册》4.2-21查得取

计算切削工时

半精镗Φ50孔:
单边余量,可一次切除, 则 。
由《切削手册》表1.6查得, 进给量取为0.27mm/r。由《切削手册》表1.1查得, , 则:

查《简明手册》表4.2-20, 取为630r/min。
加工基本工时:

工序8: 钻Φ7通孔, 钻M6孔;
钻Φ7通孔
刀具: 专用刀具
机床: Z520立式钻床
确定进给量: 根据《切削手册》表2.7查得, ,
查Z520机床使用说明书, 现取。查《切削手册》表2.15,
, 计算机床主轴转速:

按机床选取, 因此实际切削速度为:

计算切削基本工时:
钻M6孔
( 1) 钻螺纹底孔mm
机床: Z520立式钻床
刀具: 高速钢麻花钻
根据《切削手册》查得, 进给量为0.18～0.22mm/z,现取f=0.22mm/z, v=17m/min, 则:

查《简明手册》表4.2-15, 取。因此实际切削速度为:
计算切削基本工时:
( 2) 攻螺纹M6
机床: Z520立式钻床
刀具: 丝锥M6, P=1mm
切削用量选为: , 机床主轴转速为: , 按机床使用说明书选取: , 则 ; 机动时, , 计算切削基本工时:

工序9: 用三面刃铣刀铣斜槽面;
刀具: 硬质合金三面刃铣刀
机床: X51立式铣床
根据《简明手册》查得: 。根据《切削手册》查得: 因此:

现采用X51立式铣床, 取: , 故实际切削速度为:

当时, 工作台每分钟进给量应为:

根据《切削手册》表4.2-37查得,取: 。
计算切削基本工时:

因此:
工序10 铣断, 以D1为基准, 采用X60卧式铣床加专用夹具;
选择锯片铣刀, d=160mm, l=4mm, 中齿, Z=40
采用X61卧式铣床, 查《简明手册》, 选择进给量为: ,切削速度为: , 则:

根据《简明手册》表4.2-39, 取, 故实际切削速度为:
此时工作台每分钟进给量应为:

查《简明手册》表4.2-40, 刚好有。
计算切削基本工时:

第二章 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。
( 一) 问题的提出:
本夹具是用来铣φ32外圆上端面, 由于此孔为预铸孔 , 在前面的加工过程中保证了加工精度, 经过与老师商议决定采用X5032立式升降台铣床, 设计铣夹具。
1 定位基准的选择
首先必须明确其加工时应如图所示, 这样水平放置, 便于加工。那么要使其完全定位, 能够采用:一面加固定V型块和滑动V型块定位, 这样既简单又方便。一底面限制的自由度有3个, 一个固定V型块限制两个自由度, 一个滑动V型块限制限制一个自由度, 为使定位可靠, 加工稳定, 我所设计的定位方案, 总共限制了工件的全部6个自由度, 属于完全定位。
在该定位方案中, 一个支撑面顶住, 限制了z轴的移动, z轴的旋转, y轴的旋转三个移动自由度。一个固定V型块限制了y轴的移动, x轴的移动, 一个滑动V型块限制了z轴的旋转, 这样6个自由度全部被限制
根据上面叙述选择方案。
2切削力和夹紧力计算
( 1) 刀具: 高速钢错齿三面刃铣刀φ40
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
因此
( 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]=2.5~4 取[s]=4
得
满足要求

经校核: 满足强度要求, 夹具安全可靠,
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧, 调节夹紧力调节装置, 即可指定可靠的夹紧力
3定位误差分析
( 1) 定位元件尺寸及公差确定。
夹具的主要定位元件为一平面和V型块间隙配合。
( 2) 工件的工序基准为孔心, 当工件孔径为最大, 定位销的孔径为最小时, 孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工, 因此工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同, 则其定位误差为: Td=Dmax-Dmin
与机床夹具有关的加工误差, 一般可用下式表示:

由参考文献[5]可得:
⑴ 两V型块定位误差 :

其中:
,
,
,
且: L=100mm , 得:

⑵ 夹紧误差 :
其中接触变形位移值:

查[5]表1～2～15有。

⑶ 磨损造成的加工误差: 一般不超过
⑷ 夹具相对刀具位置误差: 取
误差总和:
从以上的分析可见, 所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。
4夹具设计及操作的简要说明
如前所述, 在设计夹具时, 应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单, 便于操作, 降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣余量小, 切削力小, 因此一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。
本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大, 故使用手动夹紧。为了提高生产力, 使用快速螺旋夹紧机构。

总 结
课程设计即将结束了, 时间虽然短暂可是它对我们来说受益菲浅的, 经过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论, 不再是纸上谈兵, 而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计, 使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领, 使我们更好的利用图书馆的资料, 更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件, 为我们踏入社会打下了好的基础。
课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的, 还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导, 使我们学到了很多, 也非常珍惜大学给我们的这次设计的机会, 它将是我们课程设计完成的更出众的关键一步。

致 谢
这次课程设计使我收益不小, 为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。可是, 查阅资料特别是在查阅切削用量手册时, 数据存在大量的重复和重叠, 由于经验不足, 在选取数据上存在一些问题, 不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见, 在我遇到难题时给我指明了方向, 最终我很顺利的完成了课程设计。
这次课程设计成绩的取得, 与指导老师的细心指导是分不开的。在此, 我衷心感谢我的指导老师, 特别是每次都放下她的休息时间, 耐心地帮助我解决技术上的一些难题, 她严肃的科学态度, 严谨的治学精神, 精益求精的工作作风, 深深地感染和激励着我。从题目的选择到项目的最终完成, 她都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜, 她不但在学业上给我以精心指导, 同时还在思想、 生活上给我以无微不至的关怀, 除了敬佩指导老师的专业水平外, 她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样, 并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

参 考 文 献
[1] 东北重型机械学院, 洛阳农业机械学院, 长春汽车厂工人大学, 机床夹具设计手册[M], 上海: 上海科学技术出版社, 1980。
[2] 张进生。机械制造工艺与夹具设计指导［Ｍ］。机械工业出版社, 1995。
[3] 李庆寿。机床夹具设计［Ｍ］。机械工业出版社, 1991。
[4] 李洪。机械加工工艺手册［Ｍ］。北京出版社, 1996。
[5] 上海市金属切削技术协会。金属切削手册［Ｍ］。上海科学技术出版社, 2544。
[6] 黄如林, 刘新佳, 汪群。切削加工简明实用手册［Ｍ］。化学工业出版社, 2544。
[7] 余光国, 马俊, 张兴发, 机床夹具设计[M], 重庆: 重庆大学出版社, 1995。
[8] [周永强, 高等学校课程设计指导[M], 北京: 中国建材工业出版社, 2542。
[9] 刘文剑, 曹天河, 赵维, 夹具工程师手册[M], 哈尔滨: 黑龙江科学技术出版社, 1987。
[10] 王光斗, 王春福。机床夹具设计手册［Ｍ］。上海科学技术出版社, 2542。
[11] 东北重型机械学院, 洛阳农业机械学院, 长春汽车厂工人大学。机床夹具设计手册［Ｍ］.上海科学技术出版社, 1984。
[12] 李庆寿, 机械制造工艺装备设计适用手册[M], 银州: 宁夏人民出版社, 1991。
[13] 廖念钊, 莫雨松, 李硕根, 互换性与技术测量[M], 中国计量出版社, 2540: 9-19。
[14] [王光斗, 王春福, 机床夹具设计手册[M], 上海科学技术出版社, 2540。
[15] 乐兑谦, 金属切削刀具, 机械工业出版社, 2545: 4-17