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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”零件机械加工工艺及工艺设备

设计者
学号
指导老师

-9-27

目录

序言
一． 零件分析 …………………………1
（一） 零件作用 …………………....1
（二） 零件工艺分析………………....2
二． 工艺规程设计………………………3
（一） 确定毛坯制造形式……………….3
（二） 基面选择…………………....3
（三） 制订工艺路线…………………..3
（四） 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸确实定..5
（五） 确立切削用量及基础工时…………..7
三． 夹具设计……………………...…...13
（一） 问题提出……………………13
（二） 夹具设计…………………….13
四． 参考文件………………………….17

序言

机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学全部基础课、技术基础课和大部分专业课以后进行.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程一次深入综合性总复习,也是一次理论联络实际训练,所以,它在我们四年大学生活中占相关键地位。
就我个人而言，我期望能经过这次课程设计对自己未来将从事工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、处理问题能力，为以后参与祖国“四化”建设打下一个良好基础。
因为能力所限，设计还有很多不足之处，恳请各位老师给指导。

一、零件分析

（一） 零件作用
题目所给零件是CA6140车床拨叉。它在车床变速机构中，关键起换档，使主轴回转运动根据工作者要求工作，取得所需速度和扭矩作用。零件上方φ25孔和操纵机构相连，二下方φ60半孔则是用于和所控制齿轮所在轴接触。经过上方力拨动下方齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。
（二） 零件工艺分析
CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述以下：
1. 以φ25mm孔为中心加工表面
这一组加工表面包含：φ25H7mm孔，和φ42mm圆柱两端面，其中关键加工表面为φ25H7mm通孔。
2. 以φ60mm孔为中心加工表面
这一组加工表面包含：φ60H12孔，和φ60H12两个端面。关键是φ60H12孔。
3. 铣16H11槽
这一组加工表面包含：此槽端面，16H11mm槽底面，
16H11mm槽两侧面。
4. 以M22×1.5螺纹孔为中心加工表面。
这一组加工表面包含：M22×1.5螺纹孔，长32mm端面。
关键加工表面为M22×1.5螺纹孔。
这两组加工表面之间有着一定位置要求，关键是：
（1） φ60孔端面和φ25H7孔垂直度公差为0.1mm.。
（2） 16H11mm槽和φ25H7孔垂直度公差为0.08mm。
由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

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。
（二）基面选择
基面选择是工艺规程设计中关键工作之一。基面选择得正确和合理能够使加工质量得到确保，生产率得以提升。不然，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，是生产无法正常进行。
（1）粗基准选择。
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面工件，则应以和加工表面要求相对位置精度较高不加工表面作粗基准。依据这个基准选择标准，现选择φ25孔不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ42作关键定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最终1个自由度，达成完全定位,然后进行铣削。
（2）精基准选择。
关键应该考虑基准重合问题。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再反复。

（三）制订工艺路线
制订工艺路线出发点,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夹具,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
工序一 粗、钻、扩、铰、精铰φ25、φ60孔
工序二 粗、精铣φ60、φ25孔下端面。
工序三 粗、精铣φ25孔上端面
工序四 粗、精铣φ60孔上端面
工序五 切断。
工序六 铣螺纹孔端面。
工序七 钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）。
工序八 攻M22×1.5螺纹。
工序九 粗铣 半精铣 精铣槽所在端面
工序十 粗铣 半精铣 精铣16H11槽。
工序十一 检验。
上面工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数全部应该先铣平面再加工孔，那样会更能轻易满足零件加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，对设备有一定要求。且看另一个方案。

2. 工艺路线方案二
工序一 粗、精铣φ25孔上端面。
工序二 粗、精铣φ25孔下端面。
工序三 钻、扩、铰、精铰φ25孔。
工序四 钻、扩、铰、精铰φ60孔。
工序五 粗、精铣φ60孔上端面
工序六 粗、精铣φ60孔下端面。
工序七 切断。
工序八 铣螺纹孔端面。
工序九 钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）。
工序十 攻M22×1.5螺纹。
工序十一 粗铣 半精铣 精铣槽所在端面
工序十二 粗、半精铣 精铣16H11槽。
工序十三 检验。

上面工序能够适合大多数生产，不过在全部工序中间工序七把两件铣断，对以后各工序加工定位夹紧不方便，从而造成效率较低。再看另一方案。

3. 工艺路线方案三
工序一 粗、精铣φ25孔上端面。
工序二 粗、精铣φ25孔下端面。
工序三 钻、扩、铰、精铰φ25孔。
工序四 钻、扩、铰、精铰φ60孔。
工序五 粗、精铣φ60孔上端面
工序六 粗、精铣φ60孔下端面。
工序七 铣螺纹孔端面。
工序八 钻φ22孔（装配时钻铰锥孔）。
工序九 攻M22×1.5螺纹。
工序十 粗铣 半精铣 精铣槽所在端面。
工序十一 粗、半精铣 精铣16H11槽。
工序十二 切断。
工序十三 检验。
此方案仍有先钻孔再铣平面不足，所以这个方案仍不是最好工艺路线综合考虑以上各方案各不足原因，得到以下我工艺路线。

4. 工艺路线方案四
工序一 以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔下端面。
工序二 精铣φ25孔上下端面。
工序三 以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔,孔精度达成IT7。
工序四 以φ25孔为精基准，粗铣φ60孔上下端面。
工序五 以φ25孔为精基准，精铣φ60孔上下端面，确保端面相对孔垂直度误差不超出0.1。
工序六 以φ25孔为精基准，钻、镗、铰φ60孔，确保空精度达成IT8。
工序七 以φ25孔为精基准，铣螺纹孔端面。
工序八 以φ25孔为精基准，钻φ20孔（装配时钻铰锥孔）。
工序九 以φ25孔为精基准，钻一个φ20孔，攻M22×1.5螺纹。
工序十 以φ25孔为精基准，铣槽端面。
工序十一 以φ25孔为精基准，铣16H11槽确保槽侧面相对孔垂直度误差是0.08。
工序十二 两件铣断
工序十三 检验。
即使工序仍然是十三步，不过效率大大提升了。工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀具不用调整）。数次加工φ60、φ25孔是精度要求所致。
以上工艺过程详见图3。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸确实定
”CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1.45kg，生产类型为中批量，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机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸以下：
1. 外圆表面（φ42）
考虑其零件外圆表面为非加工表面，因另外圆表面为铸造毛坯，
没有粗糙度要求，所以直接铸造而成。
2. 外圆表面沿轴线方向长度方向加工余量及公差（φ25，φ60端面）。
查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表3.1～26，取φ25，φ60端面长度余量均为2.5（均为双边加工）
铣削加工余量为：
粗铣 2mm
半精铣 0.7mm
3. 内孔（φ60已铸成φ50孔）
查《工艺手册》表2.2～2.5，为了节省材料，取φ60孔已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为50mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔 5mm
扩孔 0.5mm
铰孔 0.1mm
精铰 0mm
同上，零件φ25孔也已铸出φ15孔。
工序尺寸加工余量：
钻孔至φ23 余量为8mm
扩孔钻 1.8 mm
粗铰孔 0.14 mm
精铰孔 0.06 mm
4. 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量
铸出槽端面至中心线47mm距离，余量为3mm。
工序尺寸加工余量：

粗铣端面 2.1 mm
半精铣 0.7 mm
精铣 0.2 mm
5. 螺纹孔顶面加工余量
铸出螺纹孔顶面至φ25孔轴线且垂直轴线方向40mm距离，余量为4 mm
工序尺寸加工余量：
粗铣顶面 3.1 mm
半精铣 0.7 mm
精铣 0.2 mm
6. 其它尺寸直接铸造得到
因为本设计要求零件为中批量生产，应该采取调整加工。所以在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方法给予确定。

（五）确立切削用量及基础工时
工序一 以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,铸造。
加工要求：粗铣φ25孔上下端面。
机床： X53立式铣床。
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《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝0°后角αo＝15°，副后角αo’=10°，刀齿斜角λs=－15°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1.5mm。
2. 切削用量
1）铣削深度
因为切削量较小，故能够选择ap=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）每齿进给量
机床功率为10kw。查《切削手册》f=0.08~0.15mm/z。因为是对称铣，选较小量f=0.15 mm/z。
3）查后刀面最大磨损及寿命
查《机械切削用量手册》表8，寿命T=180min
4）计算切削速度 按《2》表14，
V=1.84
n=7.32
=6.44
5）计算基础工时
tm＝L/ Vf=(90+36)/6.44=6.99min。

工序二 精铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=200~241,铸造。
加工要求：精铣φ25上下端面。
机床： X6140卧式铣床。
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《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）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。
2. 切削用量
1） 铣削深度
因为切削量较小，故能够选择ap=1.0mm，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《切削手册》表5 f=0.14~0.24mm/z。因为是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表8，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《切削手册》表14，查得 Vf＝6.44mm/s，
5） 计算基础工时
tm＝L+182/ Vf=(2+182)/6.44=5.9min。

工序三 以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔，孔精度达成IT7。
1. 选择钻床及钻头
选择Z5125A钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=23mm，钻头采取双头刃磨法，
2.选择切削用量
（1）决定进给量
由do=23mm,查《2》表5
按钻头
按机床强度查[1]表10.1-2选择
最终决定选择机床已经有进给量
（2）耐用度　
查[2]表9
T=4500s=75min
　 （3）切削速度
查《1》表10.1-2
n=50-r/min 取n=1000r/min.
３.计算工时

因为全部工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以降低辅助时间。
扩铰和精铰切削用量以下：
扩钻：选高速钢扩孔钻

铰孔：选高速钢铰刀

精铰：选高速钢铰刀

工序四 以φ25孔为精基准，钻、粗镗、 精镗φ60孔，确保孔精度达成IT7。

1. 选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=55mm，钻头采取双头刃磨法。
选择Z5163A钻床 n=22.4~1000r/min, f=0.063~1.2mm/r.
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《2》表5钻头进给量
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择Z5163A机床已经有进给量
（2）计算工时
选择n=600r/min所以　
３.选择镗刀
选择高速钢镗刀， 粗镗时do=59.9mm
选择卧式镗床T68,
粗镗时 v=20-35 m/min,f=0.3-1.0 mm/r
精镗时 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r

工序五 粗铣 半精铣 精铣槽16H11端面

1. 选择机床刀具
选择立式铣床X53K硬质合金钢Yab端铣刀
2. 切削用量
查2表5 f=0.14~0.24mm/r
T=180min 取f=0.15mm/r v=1.84m/min
n=7.32r/min

3. 计算工时

半精铣

工序六 精铣槽16H11
本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步，此工序精铣槽须满足各技术要求包含：槽宽16H11，槽深8H12，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。
1. 选择机床及刀具
机床 x61W型万能铣床
刀具 错齿三面刃铣刀铣槽do=16mm查[1]表8
国家标准 GB1118 D=160mm d=40mm
L=16mm 齿数z=24
2. 计算切削用量
（1） 由[1]表9.4—1和[3]查得 走刀量 f=0.67 mm/r
（2） 铣刀磨钝标准和耐用度
由[1]表9.4—6查得 磨钝标准为 0.2~0.3
表9.4—7查得 耐用度为 T=150min
（3） 切削速度
由[1] 式3.2

查表 9.4—8 得其中：
修正系数

m=0.5

代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s

（4） 确定机床主轴速度

由[3] 按机床选择主轴转速为6.33 r/s
所以 实际切削速度为

3. 计算切削工时

工序七 铣螺纹孔顶面

1. 选择机床及刀具
机床：X53K立式铣床。
刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。
2. 切削用量
1） 铣削深度
因为切削量较小，故能够选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
2） 刀具耐用度
查《2》表 寿命T=180min。
3） 计算切削速度
查[2]得 Vc＝0.38mm/s，n=1.53r/min,Vf=1.42mm/s

工序八 两件铣断
三、 夹具设计

设计工序——精铣槽16H11夹具。
（一） 问题提出
本夹具要用于精铣槽16H11，对槽16H11要求有：槽宽16H11 精度等级为IT12级，槽深8H12 精度等级为IT12级，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。本道工序只精铣一下槽即达成各要求，所以，在本道工序加工时，我们应首先考虑确保槽各加工精度，怎样提升生产效率，降低劳动强度。

（二） 夹具设计
1． 定位基准选择
确定加工路线第一步是选择定位基准。定位基准选择必需合理，不然将直接影响所制订零件加工工艺规程和最终加工出零件质量。基准选择不妥往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计愈加困难甚至达不到零件加工精度（尤其是位置精度）要求。所以我们应该依据零件图技术要求，从确保零件加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高技术要求，也没有较高平行度和对称度要求，所以我们应考虑怎样提升劳动效率，降低劳动强度，提升加工精度。Φ25孔和其两端面全部已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好φ25孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序夹具，以两销和两已加工好φ25孔端面作为定位夹具。
为了提升加工效率，缩短辅助时间，决定用简单螺母作为夹紧机构。

2． 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：为基础安全系数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）夹紧力计算
选择夹紧螺钉夹紧机 由
其中f为夹紧面上摩擦系数，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

螺钉疲惫极限：
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉强度校核：螺钉许用切应力为
[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，

使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调整夹紧力调整装置，即可指定可靠夹紧力

3. 定位误差分析

（1） 定位元件尺寸及公差确定。
夹具关键定位元件为一平面和两定位销，孔和销间隙配合。
（2） 工件工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销孔径为最小时，孔心在任意方向上最大变动量等于孔和销配合最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔和夹具上定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点和销中心连线方向上最大变动量为孔径公差多二分之一。工件定位基准为孔心。工序尺寸方向和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
本工序采取一定位销，一挡销定位，工件一直靠近定位销一面，而挡销偏角会使工件自重带来一定平行于夹具体底版水平力，所以，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。不过，因为加工是自由公差，故应该能满足定位要求。

4. 夹具设计及操作简明说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提升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。提升夹具性价比。本道工序为镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方法。本工序为精镗切削余量小，切削力小，所以通常手动夹紧就能达成本工序要求。
本夹具最大优点就是结构简单紧凑。
夹具夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提升生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

参考文件

[1]
[2] 赵家齐主编 机械制造工艺学课程设计指导书。北京：机械工业出版社
[3] 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院编。机床夹具设计手册 上海：上海科学技术出版社，1979
[4] 艾兴，肖诗纲主编。切削用量手册 北京：机械工业出版社
[5[ 金属切削手册 上海：上海科学文化技术出版社