机械制造基础工艺学优秀课程设计实例.doc

机械制造工艺学课程设计任务书

设计题目： 拨叉（二）（CA6140）
机械加工工艺规程编制及工装设计（年产量：4,000件）

设计内容： 1.编制机械加工工艺规程，填写工艺文件1套，绘
制零件毛坯图1张
2.设计夹具1套，绘制夹具装配图和关键结构零件
图各1张
3.撰写课程设计说明书1份
设计时间：

序 言

机械制造工艺学课程设计是在我们完成了大学全部基础课程、技术基础课和大部分专业课以后进行。经过机床加工工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺》等)。让我们对所学专业课得以巩固、复习及实用，在理论和实践上有机结合；使我们对各科作用愈加深刻熟悉和了解，并为以后实际工作奠定坚实基础！

设计目标：
机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行一项教学步骤；在老师指导下，要求在设计中能初步学会综合利用以前所学过全部课程，而且独立完成一项工程基础训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。经过课程设计达成以下目标：
1、能熟练利用机械制造工艺学基础理论和夹具设计原理知识，正确地处理一个零件在加工中定位，夹紧和合理制订工艺规程等问题方法，培养学生分析问题和处理问题能力。
2、经过对零件某道工序夹具设计，学会工艺装备设计通常方法。经过学生亲手设计夹具训练，提升结构设计能力。
3、课程设计过程也是理论联络实际过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生处理工程实际问题独立工作能力。
一．零件分析

（一）、零件作用：
题目给定拨叉（CA6140）在车床变速机构中，关键起换挡使主轴回转运动根据 工作者要求进行工作。工作过程：拨叉零件是在传动系统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速。转向。其花键孔Ø25和轴配合来传输凸轮曲线槽传来运动。零件2个交叉头补位和滑移齿轮相配合。

（二）、零件工艺分析
CA6140车床拨叉（二）共有两个加工表面，它们之间有一定位置要求。
1、 一花键孔中心线为基准加工面
这一组面包含Ø25H7六齿方花键孔、Ø22H2花键低空及两端2×15°倒角、距花键孔中心线上方22mm平面和距中心线下方15mm平面。
2、 以工件左端为基准宽度为18H11槽
18H11槽2个内表面和花键槽中心线有垂直度公差0.08
二、 工艺规程设计
（一）、确定毛坯制造形式
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，故选择铸件毛坯。加上工件年产量为4000件，属于大批量生产，采取金属膜铸造成型。依据《机械加工工艺手册》选择铸件加工余量等级为7级，底面及侧面浇注确定待加工表面加工余量为4mm。
（二）、基准选择

1.粗基准选择：因为要确保花键中心线垂直于右端面，所以以Φ40外圆表面作为粗基准。同时也以工件右端面作为粗基准。
2. 精度基准选择：为确保定位基准和工序基准重合，以零件左面C面为精基准。
（三）、制订工艺路线
制订工艺路线得出发点,应该是使零件几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理确保,在生产纲领已确定情况下,能够考虑采取万能性机床配以专用工卡具,并尽可能使工序集中来提升生产率。除此之外，还应该考虑经济效果，方便使生产成本尽可能下降。
1. 工艺路线方案一
工序1 粗、精铣工件左端面（C面）
工序2 扩花键孔孔到Ø22
工序3 锪倒角花键孔2×15°
工序4 粗、精铣台阶面B面
工序5 钻孔2×M8，攻螺纹，钻Ø5锥孔
工序6 粗、精铣宽度为18槽和槽上表面平面
工序7 拉花键
工序8 去毛刺
工序9 终检
2. 工艺路线方案二
工序1 粗、精铣工件左端面（C面）
工序2 扩花键孔到Ø22
工序3 锪倒角花键孔2×15°
工序4 拉花键
工序5 粗、精铣台阶面B面
工序6 粗、精铣宽度为18槽和槽上表面平面
工序7 钻孔2×M8，攻螺纹，钻Ø5锥孔
工序8 去毛刺
工序9 终检
3. 工艺路线方案三
工序1 粗、精铣工件左端面（C面）
工序2 扩花键孔到Ø22
工序3 锪倒角花键孔2×15°
工序4 粗、精铣台阶面B面
工序5 粗、精铣宽度为18槽和槽上表面平面
工序6 钻孔2×M8，攻螺纹，钻Ø5锥孔
工序7 拉花键
工序8 去毛刺
工序9 终检
工艺方案比较和选择：方案二把拉花键放接在扩孔和倒角以后，因为花键孔精度要求比较高，后面接下来加工还要用花键孔来作为定位，易破坏拉花键精度。所以应把拉花键放在最终一道工序，因为它加工精度要求比较高，加工是一次完成，不会破坏加工精度要求。再看方案一和方案三，方案一把钻孔安排在加工好台阶面以后接着进行，以后又还要进行铣槽工序，为了方面加工和合理安排加工次序，所以还是把铣部分安排在一起，方便加工。综上考虑，最终选择工艺路线方案三为最终方案。

（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确实定
CA6140车床拨叉：零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量0.8kg，生产类型大批量，铸造毛坯。
1. 端面（C面）加工余量
查《简明机械加工工艺手册》（以下简称“简明手册”）表10-6取铣削加工余量：
粗铣 3mm
精铣 1mm
2. 花键底孔加工余量
内孔Ø20先铸出，所以取钻孔双边加工余量为2mm，单边为1mm
3. B面（台阶面）加工余量
查《简明手册》表1-22取铣削加工余量：
粗铣 2mm
精铣 1mm
4. 宽度为18槽
查《机械加工工艺手册》表3.2-29取铣削加工余量：
粗铣 3mm（双边余量）
精铣 1mm（双边）
5.拉花键孔
花键孔按外径定位
查《机械加工工艺手册》表3.2-19取加工余量为2Z=1mm。
6.其它尺寸直接铸造得到
7.毛坯尺寸
考虑到零件很多表面没有粗糙度要求，不需要加工。从铸造出来即可符合使用要求，所以，只采取75×40表面加工余量。查《机械加工工艺手册》表3.1-24，确定毛坯尺寸公差为CT7,表3.1-21查得CT7=1.1mm。对应计算以下：
名义尺寸：80+4=84mm
最大极限尺寸=80+4+CT7=85.1mm
最小极限尺寸=80+4-CT7=82.9mm

具体毛坯尺寸见后附毛坯图

（五）、确立切削用量及基础工时
确定切削用量及基础工时
工序Ⅰ：铣削端面。本工序采取计算法确定切削用量。
1． 加工条件
工件材料：HT200，查《简明手册》表10-3，取σb=195N/mm2=0.195GPa=195MPa。选择用金属型铸造。
加工要求：粗铣右端面，然后精铣此端面。
铣床：查《机械加工工艺手册》表9.1-2，选择X6132A卧式铣床。主轴转速30~1500r/min，机床功率9.06kw。最高表面粗糙度可达1.6。
刀具：查《简明手册》表12-21，取刀具材料YG6。查《机械加工工艺手册》表9.2-11选择镶齿套式面铣刀（GB1129-85），刀具直径D=80mm，齿数z=10。Κr=。
2． 计算切削用量
⑴粗铣右端面
进给量选择：依据《机械加工工艺手册》表9.4-1，工件夹具系统刚度为中等条件，取每齿进给量=0.2mm/z。
背吃刀量=3mm。
铣削速度：参考《简明手册》表11-28，选择铣削速度为60m/min。
按《机械加工工艺手册》表9.2-11选择d/z=80/10，即铣刀直径80mm，铣刀齿数为10。
由公式。
铣床为8级级数，按机床手册及计算，有n=240r/min这一转速，和理论转速相近，即可选此转速。
实际铣削速度。
查《机械加工工艺手册》表9.4-31，可知铣削基础时间，其中为工作台每分钟进给量，=480mm/min。
为工件铣削部分长度，75mm；
为切入行程长度，有公式
=7.36mm。
为切出行程长度，82mm。
所以粗铣时基础时间为=（75+7.36+82）/480=0.342min=21s。

⑵精铣右端面
铣床，刀具选择同粗铣一致。
背吃刀量=1mm，
铣削速度：要求表面粗糙度为=3.2,查《机械加工工艺手册》表9.4-3，每转进给量取=0.8mm/r。
依据《简明手册》表11-28，可取铣削速度v=80m/min。
。
查机床手册及计算，取铣床转速为n=320r/min。
实际铣削速度。
基础时间计算如粗铣

,,和粗铣加工相同。
。

工序2 扩孔
选择摇臂钻床z3063，查《简明手册》表14-12，钻速范围20~1600r/min。
钻头材料：高速钢
由《简明手册》表11-10查得每转进给量=0.8mm/r，
查表11-12，钻削速度取=0.35m/s=21m/min
扩钻孔时切削速度
由公式
按机床选择n=140r/min。
得实际钻削速度
基础时间t
由《金属切削手册》表7-7有：
其中mm/s
L为钻削长度，为钻削直径。

工序三 锪倒角
因为此道工序用时较短，一次就能够完成，按经验选择时间为3s.

工序四 粗、精铣上端台阶面
工步1 粗铣
刀具选择：YG 6 镶齿端面铣刀
机床: 查《机械加工工艺手册》选择
立式铣床 X5020A 功率为：3.79Kw
主轴转速范围为：40-1800 r/min
表9.2-11选择： d/z=80/10
背吃刀量：2mm
查《简明手册》表1-22选择
进给量取=0.25mm/r
铣削速度依据《简明手册》表11-28 选： V=60m/min
由公式=（100060）/（3.1460）=238 r/min
按机床选择转速为 n=240r/min
所以，实际铣削速度V=nπd/1000=60.29 r/min
基础时间：
由《机械加工工艺手册》表9.4-31 主偏角Kr=90°
=nz=600mm/min
+（1~3）=mm
t=/=(80+4.92+82)/600=0.28min=17s
工步2 精铣
背吃刀量：1mm
查《机械加工工艺手册》表9.4-3选每齿进给量：
查《简明手册》表11-28选 铣削速度 V=75m/min
=（1000×75）/(3.14×80)=298r/min
按机床选择转速 n=300r/min
则实际额铣削速度为V= V=nπd/1000=75.36 m/min
基础时间：
=nz=0.15×300×10=450 mm/min
t=/=(80+4.92+82)/450=23s

工序五 铣槽
工步1 粗铣
机床还是选择上面所用型号铣床
查《机械加工工艺手册》表3.2-29
粗铣背吃刀量 （单边）
按《机械加工工艺手册》表9.2-2选择 直柄立铣刀 d/z=16/3
铣刀每齿进给量=0.16mm/z
刀具材料选择 ：高速钢
按《简明手册》选择铣削速度V=18m/min
=(1000×18)/(3.14×16)=358 r/min
按机床选择转速为：n=390r/min
基础时间t：
t=/
依据《机械加工工艺手册》表9.4-31，式子中
i= l=40mm
=nz=0.16×3×390=187.2mm/min
=0.5×16+2=10 mm 取， i=2
所以，t=

工步2 ：精铣
被吃刀量ap2=1mm，双边
选择d/z=18/3，按《机械加工工艺手册》表9.4-3选择fz=0.12mm/z
按《简明手册》表11-28取Vc=25m/min，
所以n=1000v/d=1000x25/x18=442.32r/min
选择450r/min
基础时间t t=（l+l1+l2）/fmz
fmz=fz x Z x n=0.12x3x450=162mm/min
所以t=52x2/162=0.64min=39s
工序六 钻孔2-M8，攻螺纹，钻锥孔
安装1
工步1 ：钻孔2-6.7mm
确定进给量f：依据《机械加工工艺手册》表10·4-1.当HT200σb<200MPa，加工此直径孔f=0.36～0.44mm/r，因为零件在加工孔后要螺纹，故进给量应乘以0.5，则f=（0.36～0.44）x0.5=0.18～0.22mm/r。查《简明手册》表2-35，选择Z525立式钻床，依据机床选择f=0.22mm/r
切削速度，依据《简明手册》表2-15，得V=19m/min，所以

Ns=1000v/dw=1000x19/x6.7=903r/min
依据Z525机床，选择 Nw=960r/min，故实际切削速度为V=x6.7x960/1000=20.2m/min
切削加工时，l=11mm，查《机械加工工艺手册》10·4-43有，l1=3mm，lf=（dwxcotkr/2）+3=6.35mm （取kr=45°）
则tm1=（l+l1+lf）/Nwf=（11+3+6.35）/960x0.22=0.0964min
以上为一个孔机动时间，故本工步机动时间为tm=2xtm1=0.193min
工步2 ：钻孔4mm
确定进给量f：依据《机械加工工艺手册》表10·4-1.当HT200σb<200MPa，加工此直径孔f=0.18～0.22mm/r，查《简明手册》表2-35，选择Z525立式钻床，依据机床选择f=0.22mm/r
切削速度，依据《简明手册》表2-15，得V=19m/min，所以

Ns=1000v/dw=1000x19/x4=1512r/min
依据Z525立式钻床，选择 Nw=960r/min，故实际切削速度为V=x4x960/1000=12.1m/min

切削加工时，l=11mm，查《机械加工工艺手册》10·4-43有，l1=3mm，lf=（dwxcotkr/2）+3=5mm （取kr=45°）
所以tm2=（l+l1+lf）/Nwf=（11+3+5）/960x0.22=0.0900min
安装2
工步1 ：M8丝锥攻螺纹2-M8
查《机械加工工艺手册》表16·2-15.得切削速度V=0.1m/s=6m/min，Ns=238r/min
按机床选择Nw=195r/min，则V=x8x195/1000=4.9m/min
机动加工时，l=11mm，l1=3mm，l2=3mm，
攻M8孔 tm1=[（l+l1+l2）x2/Nwf]x2=0.349min
工步2 ：铰5mm锥孔
查表《机械加工工艺手册》16·4-40 得f=0.08mm/r 安Z525立式钻床选择f=0.1mm/r
查表《机械加工工艺手册》16·4-41 得V=6m/min，则实际速度V=x5x195/1000=3.06m/min
机动加工时 lw=11mm,lf=3mm------查《机械加工工艺手册》表16·4-43可得。
所以tm= （lw+lf）/Nwf=（3+11）/195x0.1=0.718min
工序七 拉花键
刀具：短形花键拉刀，表8-2《金属切削手册》
据表8-6选择拉刀齿开量 S齿=0.08mm
依据《金属切削手册》拉削速度通常在1-8m/min内。HB=195.6，取V=3m/min即V=0.05m/s
拉削工时t=Zb·l·η·k/1000VfzZ
Zb单面余量（25-22）/2=1.5mm
L拉削表面长度 80mm
Η校准部分长度系数，取1.2
K机床返回行程系数，取1.4
Z拉刀同时工作齿数，取Z=7 表8-7
P拉刀齿距，取P=13 表8-7
t=（1.5x80x1.4x1.2）/（1000x3x0.08x7）=0.12min=8s
最终，将以上各工序切削用量、工时定额计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片（后附）。
三、夹具设计
（一）、问题提出
本夹具关键是用来粗、精铣工件台阶面，这个端面对花键孔中心线有一定技术要求。要求对中心线平行度公差为0.02。端面粗糙度也有要求，要求为Ra3.2，所以采取一次粗加工再加一次精加工即可得到要求精度。在本道工序加工时，我们应首先考虑确保台阶面加工精度，怎样提升生产效率，降低劳动强度。为此，设计专用夹具。
（二）、夹具设计
1.定位基准选择
首先考虑台阶面设计基准为花键孔中心线。而台阶面对花键孔中心线有平行度要求，所以选择用花键孔中心线定位，再综合考虑，选择工件左端面也作为定位基准。
2.切削力计算及夹紧力计算
刀具：YG 6镶齿端面铣刀 ø80 z=10
查《机械加工工艺手册》得切削力计算公式：
F=
查表9.4-10得：Cf=7750,Xf=1.0,Yf=0.75,Uf=1.1,Wf=0.2,Qf=1.3
=0.25mm,=30mm,=2mm.
带入数据计算
F==2591.56（N）
因为铣削力是水平，所以 实际切削力F=2591.56N
不过在计算切削力时，必需把安全系数考虑在内。
安全系数K=K1K2K3K4
其中选择：
K1为基础安全系数1.5
K2为加工安全系数1.1
K3为刀具钝化系数1.1
K4为断续切削系数1.1
所以
所以= 1.51.11.11.12591.56=5174.05(N)

本夹具采取是斜楔机构夹紧，选楔角=15°查《机床夹具设计手册》表1-2-18，增力比为i=1.93
为克服切削力，实际夹紧力N应为：
N(f1+f2)=
其中，f1和f2为夹具定位面及加紧面上摩擦系数，f1=f2=0.25
所以N=5174.05/0.5=10348.1（N）

接触面是一个材料为45号刚销钉，查《切削手册》表3-5得45抗拉强度为61（千克力/毫米）
锁紧销钉界面为44一个界面，所以能够计算能够承受力为：
610N16=9760(N)
查《机床夹具设计手册》表1-2-18，增力比为i=1.93
所以实际夹紧力可为：97601.93=188836.8（N）
此时夹紧力大雨所需要夹紧力，故本夹具能够安全工作。
3.定位误差分析
因为轴向尺寸设计基准和定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即无须考虑定位误差，只需确保夹具定位圆柱销及和其配合螺纹孔和花键制造精度和安装精度。
4. 夹具设计及操作说明
采取一面一孔方法来定位，孔当中用长圆柱销来定位。这么只限制了5个自由度，所以再在工件侧面加一支承钉，以限制最终一个没有限制自由度。本道工序夹紧采取了机械夹紧，也即是采取斜楔机构夹紧，当转动扳手时让定位销钉和槽接触，即可完成锁紧。
夹具体上还装有对刀块，因为采取是端面铣刀，所以选择了安装直角对刀块；同时，夹具体底面4个定位键使得整个夹具在机床工作
台上有一个正确安装位置，有利于加工。
铣床夹具工装图和夹具体零件图后附。
.

参考文件
书名
出处
作者
机械制造工艺学
机械工业出版社
王先逵
机械制造工艺学课程设计指导书
机械工业出版社
赵家齐
简明机械加工工艺手册
上海科学技术出版社
徐胜群
机械加工工艺手册第一卷
机械工业出版社

机床夹具设计手册第二版
上海科学技术出版社
洛阳工学院等三所院校编
金属切削手册第二版
上海科学技术出版社
上海市金属切削技术协会编
机械制图
高等教育出版社
王兰美
交换性和技术测量
中国计量出版社
莫雨松
工程材料
北京大学出版社
丁旭