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福州大学机械制造工艺课程设计说明书

18
2020年4月19日
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福州大学
机械制造工艺课程设计说明书

设计题目： 设计拔叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备

专 业：机械工程及自动化

指导老师：

学 生：

学 号：

机械制造工艺学课程设计任务书

题目:
设计”CA6140车床拨叉”零件的机械加工工艺规则及工艺装备
拨叉零件831008生产纲领30000件/年。

内容：
1.零件图 1张
2.毛坯图 1张
3.机械加工工艺过程综合卡片 1张
4.结构设计装配图 1张
5.结构设计零件图 1张
6.课程设计说明书 1份
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Φ54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：
⒈小头孔Φ20以及与此孔相通的的锥孔、M6螺纹孔
⒉以φ54为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ54的孔，以及其上下两个端面。这两组表面有一定的位置度要求,即φ54的孔上下两个端面与φ20的孔有垂直度要求。
⒊由上面分析可知，能够粗加工拨叉底面，然后以此作为粗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 确定生产类型

已知此拨叉零件的生产纲领为30000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，查《机械制造工艺及设备设计指导手册》321页表15-2，可确定该拨叉生产类型为大批生产，因此初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

三 确定毛坯

1 确定毛坯种类：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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》324页表15-5选用铸件尺寸公差等级CT9级。
2 确定铸件加工余量及形状：
机械制造工艺及设备设计指导手册》325页表15-7，选用加工余量为MA-G级，并查表15-8确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示：

简图

加工面代号
基本尺寸
加工余量等级
加工余量
说明

D1

20mm
G
3.02
孔降一级双侧加工
D2

54mm
G
3.02
孔降一级双侧加工
T2
70mm

6.5
单侧加工
T3
32mm
G
2.5
单侧加工
T4
70mm

6.5
单侧加工

3 绘制铸件零件图（另见图纸）

四 工艺规程设计

(一) 选择定位基准
1 粗基准的选择：粗基准的选择。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的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取φ20孔的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φ32作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。
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。
㈡ 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《机械制造工艺及设备设计指导手册》346页表15-32、15-33、15-34，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
工序
工序内容
定位基准
001
粗铣两端小头孔上端面
T1及小头孔外圆
002
粗铣中间孔上端面
T1及小头孔外圆
003
粗铣中间孔下端面
T3及小头孔外圆
004
精铣两端小头孔上端面
T1及小头孔外圆
005
精铣中间孔上端面
T1及小头孔外圆
006
精铣中间孔下端面
T3及小头孔外圆
007
扩两端小头孔
T1及小头孔外圆
008
精铰两端小头孔
T1及小头孔外圆
009
扩中间孔半精镗中间孔
T1及小头孔外圆
010
钻2-锥销孔、M6螺纹孔、功M6螺纹
T1及小头孔
011
铣断
T1、D1
012
去毛刺

013
检查

014
若某道工序有误返工

（三）选择加工设备和工艺设备
1 机床的选择：
工序001～006均为铣平面，可采用X6140卧式铣床
工序007～008采用钻床。
工序009～010采用镗床。
工序011采用钻床。多刀具组合机床。
工序012采用铣断机床。
2 选择夹具：该拨叉的生产纲领为大批生产，因此采用专用夹具。
3 选择刀具：在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质
量。在铰孔Φ54H13，由于精度不高，可采用硬质合金铰刀。
4选择量具：两小头孔、中间孔均采用极限量规。
5其它：对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其它尺寸采用通用量具即可。
（四）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
1圆柱表面工序尺寸：
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：
加工孔
加工内容
加工余量
精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
工序余量
最小
最大

Φ54H13（D2）
铸件
6
CT9

扩孔
5.8
IT12
φ53
6.3
2.0
6.25
半精镗
0.2
IT10
Φ54
3.2
0.05
0.25

Φ20
扩孔
5.84
IT12
φ18
6.3
2.0
6.25
精铰孔
0.06
IT7
φ20
1.6
0.05
0.25

2 平面工序尺寸：
工序号
工序内容
加工余量
基本尺寸
经济精度
工序尺寸偏差
工序余量
最小
最大

铸件
2.5

CT9

001
粗铣两端小头孔上端面
2
58.5
12

1.60
3.60
002
粗铣中间孔上端面
6
27
12

1.65
6.5
003
粗铣中间孔下端面
6
21
12

1.75
6.5
004
精铣两端小头孔上端面
0.5
58
11

0. 35
1.16
005
精铣中间孔上端面
0.5
20.5
10

0.47
1.12
006
精铣中间孔下端面
0.5
20
10

0.47
1.12

3 确定切削用量及时间定额：
工序001至003以T1为粗基准，粗铣Φ20孔上下端面。
①加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：粗铣Φ20孔上端面。
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,根据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）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
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。
③计算切削速度 按《简明手册》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6140铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
④校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
⑤计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序004到工序006 以T1及小头孔外圆为基准精铣Φ54孔上下端面。
1. 加工条件
工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。
加工要求：精铣Φ54上端面。
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《简明手册》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《简明手册》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《简明手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《简明手册》表3.8，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《简明手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5)校验机床功率 查《简明手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。
工序007和008以T1及小头孔外圆为基准，扩、精铰Φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。
1. 选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 ° ° °
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切》
因此，
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切》 修正系数
故。

查《简明手册》机床实际转速为
故实际的切削速度
３.计算工时

由于所有工步所用工时很短，因此使得切削用量一致，以减少辅助时间。
扩铰和精铰的切削用量如下：
扩钻：
精铰：
工序009和010 T1及小头孔外圆为基准，扩、半精镗Φ54孔。
1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝11°，二重刃长度bε=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度 ° ° °
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《简明手册》
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.8～1.2mm，寿命
扩孔后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.9～１.４mm，寿命
铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为０.６～０.９mm，寿命
（3）切削速度
查《切》 修正系数
故。

查《简明手册》机床实际转速为
故实际的切削速度
扩铰和半精铰的切削用量同理如下：
扩钻：
半精铰：
３.计算工时

所有工步工时相同。

五 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。并设计工序011——钻2-锥销孔。本夹具将用于组合机床，刀具为两根麻花钻，对两个孔同时加工。
(一)问题的提出
本夹具是用来钻两个20mm的小头孔,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题.
(二)夹具设计
1定位基准选择
底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准..由于铸件的公差要求较大,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个8mm的通孔.
2切削力及夹紧力计算
由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.
本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果能够保证可靠的卡紧。
轴向力

扭矩 由于扭矩很小，计算时可忽略。
卡紧力为
取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1则实际卡紧力为 F’=S1*S2*S3*S4*F=10.06N使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。
3定位误差分析
零件图规定大孔与小孔的中心距为68mm.采用自动对中具后,定位误差取决于对中块\螺杆以及滑块的制造误差. 本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于卡具体底版的水平力，因此，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。可是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。
4钻床夹具的装配图（另见图纸）