CA6140车床的拨叉831005课程设计说明书.docx
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CA6140车床的拨叉831005课程设计说明书
东华理工大学长江学院
机械制造工艺课程设计
院系：
机械与电子工程系
专业：
机械工程及自动化
班级：
学号：
姓名：
刘家飞
指导老师：
余宏涛
2014/5/30
序言
机械制造工艺学课程设计是我们在我们学完了了大学的全部的基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是对我们毕业之前对所学的课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此在大学四年中占有重要的地位。
就个人而言，我希望能通过这次课程设计，进行一次适应性的锻炼。
由于能力有限，设计尚有许多不足，恳请各位老师给以指导。
1、零件的工艺性分析
对于拨叉采用HT200，铸造工艺优点：
1）适用范围广2）铸造法能采用的材料广3）成本低廉、综合经济性能好、能源、材料消耗及成本为其他金属成形方法所不及的。
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。
宽度为30mm的面寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使滑移齿轮时如果槽的尺寸精度不高或间隙很大时，滑移齿轮得不到很高的位置精度。
所以，宽度为40mm的面的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。
1.2拨叉的技术要求
加工表面
尺寸及偏差
mm
公差及精度等级
表面粗糙度Ra
m
形位公差
mm
拨叉左端面
40
6.3
拨叉上表面
90
花键小径
φ22+00.028
IT8
花键大径
φ25+00.023
IT7
1.6
通槽上底面
18
3.2
通槽内侧面
18+00.12
3.2
通槽下底面
34
1.3审查拨叉的工艺性
分析零件图可知，该拨叉形状、结构比较简单，通过铸造毛坯可以得到基本形状，减少了加工工序，又节约了材料。
除了拨叉上表面外，其余表面加工精度较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床等车床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面----拨叉上表面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用经济的方法保质保量的加工出来。
由此可以见，该零件的工艺性较好。
在我们选择机床时，我们在满足加工精度的要求下，我们应该选择最合理，最经济的，操作最方便的机床加工，提高生产效益，减少加工成本。
2、确定毛坯、绘制毛坯,三维建模简图
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。
2.2.3、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1.6
m
加工精度相对来说较高。
2.2.4、机械加工余量
求毛坯尺寸；左面、高单侧加工，应由《机械制造技术基础课程设计指南》式5-2求出，即：
R=F+RAM+CT/2=100+0.7+3.2/2=102.3mm
左面为单侧加工，毛坯尺寸由机械制造技术基础课程设计指南》式5-1求出，即：
R=F+RAM+CT/2=79+0.7+3.2/2=82.3mm
由铸件铸造类型为金属型铸造，因此加工余量等级选为F。
项目
机械加工余量mm
尺寸公差mm
公差等级
长度90
2.3
3.2
IT10
通槽深40
2.3
2.6
IT10
通槽宽18
2.3
2
IT10
2.2、绘制铸件毛坯简图
毛配图
零件图
3拟定拨叉工艺路线
3.1定位基准的选择
3.1.1粗基准的选择
对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证不加工面与加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作为定位基准。
若工件上有多个不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求高的表面为精基准。
如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。
为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为精基准。
应尽可能选择光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为精基准，以便定位准确，夹紧可靠。
粗基准一般只在头道工序中使用一次，应该尽量避免重复使用。
因此，选择零件的右表面作为粗基准。
粗基准一般选对精度要求不高的表面。
3.1.2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。
定位基准和工序基准重合，定位误差，和基准误差为0
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，，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，经过粗车即可打到精度要求。
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，经粗铣和半精铣即可。
（3）：
内倒角加工角度为15度的内倒角，采用铣床加工即可。
3.3工序集中与分散
选用工序集中原则安排拔叉的加工工序。
该拔叉的生产类型为中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求，减少工序数目，缩短了工艺路线，也简化了生产计划和组织工作。
3.4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；先粗、精铣上面的通槽，达到精度要求Ra1.6，再粗铣下通槽达到Ra3.2
3.5确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了拨叉的工艺路线，如下：
工序名称
设备
工艺装备
粗铣左端面
立式铣床X51
端面铣刀、游标卡尺
钻孔φ20mm、扩孔至φ22+00.021mmRa=6.3
m
立式钻床Z535
麻花钻、扩孔钻、铰刀、卡尺、塞规
拉花键
卧式拉床L6110A
拉刀、卡规
粗铣左端面至40mmRa=6.3
m
立式铣床X51
端面铣刀、游标卡尺
精铣8+00.03沟槽Ra=1.6
m、粗铣铣下沟槽18+00.11Ra=3.2
m
槽底Ra=6.3
m槽内侧Ra=3.2
m
立式铣床X51
三面刃铣刀、卡规、深度游标卡尺
粗车φ40表面、粗车上平面Ra=3.2
m
CA6140
车刀、游标卡尺
去毛刺
钳工台
平锉
清洗
清洗机
清洗机
终检
塞规、百分表、卡尺等
机械加工工艺过程卡片
产品型号
CA6140
产品型号
共1页
产品名称
机床
零件名称
拨叉
第1页
材料牌号
HT200
铸
铁
毛坯
种类
铸
件
毛坯
尺寸
φ80
毛坯件数
1
每台
件数
1
备注
工序号
工序
名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
1
铣削
1.粗铣左端面
铣床车间
2
铣床
专用夹具、高速钢镶嵌式端面铣刀，
游标卡尺
20s
2
钻孔
扩孔
1.钻孔φ20进给量1.5mm
2.扩孔至φ22达到6.3
m
钻床车间
2
钻床
专用夹具、直柄麻花钻，卡尺，塞规
100s
3
倒角
1.倒角15°
车床车间
1
车床
普通车刀，游标卡尺
10s
4
拉花键
1.拉花键至φ25Ra=3.2
m
拉床车间
1
拉床
专用夹具、拉刀
6s
5
高频淬火
对上通槽进行局部高频淬火
车间
专用夹具
3s
6
铣削
1.粗铣沟槽剩余加工余量1.5mm
2.精铣上平面至8x8
Ra=1.6
m
铣床车间
2
铣床
专用夹具、盘铣刀深度，
游标卡尺
200s
7
车削
1.粗车削量下通槽，加工余量量1.5mm
2.精车至23x18，Ra=3.2
m
车床车间
2
铣床
专用夹具、车刀具，
游标卡尺
320s
8
去毛刺
钳工车间
1
锉刀
老虎钳，锉刀，砂纸
9
清洗
清洗车间
1
洗衣机
10
检验
检验车间
1
塞规，卡尺等。
设计（日期）
2014/5/29
审核（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2014/5/29
四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定：
C6140拨叉材料为HT200毛坯质量为1.84kg，δb=220MPa，HBS=157。
根据上述原始资料和加工工艺，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。
根据零件图计算轮廓尺寸，长90mm，宽为40mm，高为100mm，故零件最大轮廓尺寸为100mm。
选取公差等级CT由《机械制造工艺设计简明手册》中表2.2-2（中批量生产）可查得毛坯件的公差等级为8~10级，，取为10级。
求铸件尺寸公差根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由《机械制造工艺设计简明手册》中表2.2-1可查得尺寸公差为CT=3.2mm
求机械加工余量由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4查得机械加工余量等级范围为E~F，取为E级
求RAM（要求的机械加工余量）对所有的加工表面取同一数值，由《机械制造工艺设计简明手册》表5-4查得最大轮廓尺寸为100mm、机械加工余量为E级，得RAM数值为0.8mm。
求毛坯尺寸；左面、高单侧加工，应由《机械制造技术基础课程设计指南》式5-2求出，即：
R=F+RAM+CT/2=100+0.7+3.2/2=102.3mm
左面为单侧加工，毛坯尺寸由机械制造技术基础课程设计指南》式5-1求出，即：
R=F+RAM+CT/2=90+0.7+3.2/2=92.3mm为了简化铸件的形状取R＝92mm
铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表
项目
上下端面
左面
公差等级CT
10
10
加工面基本尺寸
100
90
铸件尺寸公差
3.2
3.2
机械加工余量等级
E
E
RAM
0.7
0.7
毛坯基本尺寸
102
92
1、上下端面的单边总加工余量为Z＝2.3mm。
查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-49精加工余量故粗加工余量为Z＝1.5m
2、左面粗加工余量Z＝2mm
3、花键孔
要求以花键外径定心，故采用拉削加工
内空尺寸为
。
由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-42却定孔的加工余量分配：
钻孔：
20mm
扩孔：
22mm
拉花键孔（6-
25H7*
*6H9）
五、确定切削用量及基本工时
工序一：
铸造毛坯
工步一：
粗铣左端面至尺寸91
工步二：
精铣右端面至尺寸90
1、加工余量的确定
由前面可知粗加工加工余量为1.5mm，加工余量较小故采用一次切削故ap＝1.5mm。
2、切削用量的确定
由《切削用量简明手册》表3.9选择高速钢立铣刀，铣刀直径为do=100mm齿数为Z=8。
铣刀的几何形状（表3.2）
由《切削用量简明手册》表2.1－96查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为aw＝do/4，铣刀的铣削速度为v＝18.29m/min，每齿进给量为0.063～0.102mm/z
则主轴转速为
n＝
=358.3~577.2r/min
取n＝460r/min，由此可得Vf＝
＝0.09×8×460
＝331.2mm/min
3、铣削加工工时的计算
由《机械加工工艺手册》表2.1－94可查得
t＝
式中
i为次给次数i＝
8
＝0.5do+（0.5～1.0）＝50.5mm
＝1～2mm取
＝2mm
则
t＝
＝0.43min
工序二：
以外圆为基准钻Φ22
1）决定进给量
由《切削用量简明手册》表2.7选择高速钢麻花钻头其直径do＝20mm。
铸铁的硬度大于200HBS查得进给量f=0.43~0.53mm/r由于Yd＝80/20＝4查得修正系数Ktf＝0.95则f＝0.41～0.50mm/r。
由《切削用量简明手册》表2.8可查得钻头强度允许的进给量为f＝1.75mm/r。
由《切削用量简明手册》表2.9可知机床进给机构强度所允许的钻削进给量。
选用Z525钻床由表2.35查得进给机构允许的最大抗力Fmax＝8830N，do
20.5，查f＝0.93mm/s，故取f＝0.48由《切削用量简明手册》表2.19查得高速钢钻头钻孔的轴向力F＝5510N小于Fmax，故可用。
2）确定钻头的磨钝标准及寿命。
由《切削用量简明手册》表2.12查的钻头后刀面最大磨损量取0.6mm，寿命为T=15mim。
3）确定切削速度
＝286.6r/min
由《切削用量简明手册》表2.35取n＝272r/min则实际切削速度
Vc＝
＝
＝17.1m/min。
4）检验机床扭矩及功率
由《切削用量简明手册》表2.20可查得f
0.5mm/r时，Mc＝76.81Nm。
当nc＝272r/min时由《切削用量简明手册》表2.35可查得Mm＝144.2Nm。
由《切削用量简明手册》表2.23查得Pc＝1.1kw。
Pe＝2.6×0.81＝7.76kw。
因为Mc
Mm，Pc
Pe，故所选切削用量可用。
f＝0.48mm/r，n＝nc＝272r/min。
Vc＝17m/min。
计算基本工时：
tm＝
由《切削用量简明手册》表2.29查得入切量与超切量分别为10mm和10mm。
故：
tm＝
＝
＝0.69mim。
工序三：
以花键中心孔和左端面为基准粗铣底槽18H11
1、选择与加工80×30平面同一规格的铣刀，同一铣床。
因为槽深为35mm故铣18H11槽时底边留有5mm的加工余量，精铣以达到图纸所规定的表面粗糙度的要求故ap＝30mm
2、切削用量的确定
由《机械加工工艺手册》表2.1-96查得切削速度为
V＝18～29m/min
每齿进给量为fz＝0.063～0.102mm/z取fz＝0.09mm/z。
则铣床主轴转速为
n＝
=358.3～577.2r/min
根据机床说明书可取n＝460r/min。
则实际转速为
Vf＝fznz＝0.09×3×460
＝124.2mm/min
3、切削加工工时
由《机械加工工艺手册》表2.1-99查得
＝
＝0.82min
工序四：
以花键中心孔为基准粗铣上顶面
1、背吃刀量的确定
因为切削余量较小故一次切削就可切除所有余量故a10=z=1.3mm。
2、进给量的确定。
选用硬质合金端铣刀刀具材料为YG6铣刀直径为8mm齿数为10，选用X5032，立式升降台铣床，功率为7.5KW。
由《实用机械加工工艺手册》表11－92可查得每齿进给量fz＝0.14～0.24mm取fz＝0.2mm/z
3、铣削速度的确定。
由《实用机械加工工艺手册》表11-94可查得灰铸铁的硬度为150～225HBS，查得Vc=60~10m/min。
则主轴转速为n＝1000Vc/
D＝238.8～437.9r/min。
Vf＝fzZn＝477.6～875.6r/mm。
故取n＝300r/min，Vf＝480mm/min。
切削工时：
由《切削用量简明手册》表3.26可查得入切量及超切量Y+
=12mm。
故
t＝
＝
＝0.18mim。
工序五：
以外圆为基准扩孔Φ22H12
1、确定背吃刀量
由《切削用量简明手册》查得背吃刀量为2mm。
2、确定进给量
由《切削用量简明手册》查的f＝0.6～0.7mm/r。
根据机床说明书取f＝0.62mm/r
3、计算切削速度
＝5.7～8.5m/min
由此可知主轴的的转速为：
n＝82.5r/min
根据机床说明书取n＝140r/min，则实际切削速度
v＝
＝9.67m/min
4、计算切削工时
由《切削用量简明手册》表2.5可查得Kv＝30～60，取Kv＝45。
由《机械加工工艺手册》表3.5.1查得tm＝
，式中各参数：
L=80mm，L1＝1.707～2.107，取L1＝2mm。
故
tm＝0.8min
工序六：
车倒角1.5X1.5
工序七：
以花键孔中心线为基准粗铣上顶面
1）背吃刀量的确定
由《实用机械加工工艺手册》表6-30查得半精铣的铣削用量为1mm，即ap＝1mm。
2）进给量的确定
选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由《实用机械加工工艺手册》表11-92要求表面粗糙度为3.2查得每转进给量为0.5～1.0故取0.5mm/r
3）铣削速度的确定
由《实用机械加工工艺手册》查得铣削速度为60～110m/min则机床主轴转速n＝1000Vc/
D=238.8~437.9r/mim取n＝300r/min，则Vf＝150mm/min。
4）计算切削工时
由《切削用量简明手册》表3.26查得入切量和超切量Y+
＝12mm。
则
t＝
＝
＝0.61mim
工序八：
以花键孔中心线和左端为基准精铣底槽18H11
1、选取与粗铣18H11槽同一规格的铣刀，背吃刀量ap＝5mm。
2、确定进给量
由《机械加工工艺手册》表2.1-72查得每齿进给量为fz＝0.05～0.08mm/z取fz＝0.06mm/z。
由《机械加工工艺手册》表2.1-75查得后刀面最大磨损限度为0.22～0.25mm。
由表2.1-76查得铣刀寿命为T＝60min
3、切削用量的确定
由《机械加工工艺手册》表2.1-92查得V＝22m/min，则主轴转速
n＝
=437.9r/min
根据机床的说明书确定主轴转速为n＝460r/min。
则Vf＝fznz＝82.8mm/min
工序九：
拉花键
由《机械加工工艺手册》表4.1-42拉刀的齿开量查得矩形花键拉刀，工件材料铸铁的齿开量为0.04～0.1mm，取齿开量为0.06mm。
拉削速度由《机械加工工艺手册》表4.1－65查得表面粗糙度要切Ra＝1.25～2.5，拉削速度为
级的花键拉削速度为
Vc＝4.5～3.5m/min取Vc＝3m/min
拉削级别由《机械加工工艺手册》表4.1－66查得。
拉削加工工时
t＝
式中Zb为单面余量Zb＝
＝1.5mm
L为拉削表明长度L＝90mm
为拉削系数，取
＝1.2
K考虑机床返回行程系数取k＝1.4
v为拉削速度
fz为拉刀单面齿开量
z为拉刀同时工作齿数z＝L/P
P为拉刀齿距P＝（1.25~1.5）
＝1.35
＝12mm
所以拉刀同时工作齿数为
z＝L/P=90/12
7
所以
t＝
＝0.18min
六.夹具的设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。
正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。
同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
6.1夹具的选择
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。
这类夹具定位准确、装卸工件迅速，但设计与制造的周期较长、费用较高。
因此，主要适用于产品相对稳定而产量较大的成批或大量生产。
6.2定位方案的设计
6.2.1夹具的设计思想
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。
本夹具主要用来对
的通孔进行加工，这个孔尺寸精度要求一般，需要先钻出φ22孔。
再夹紧加工上槽，和下通槽所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。
6.2.2工件在夹具中的定位与夹紧
定位：
一个带键的长心轴限制4个自由度，在工件左端面用两个支承钉限制一个自由度，在工件右端面用夹紧件限制一个自由度。
这样就限制了工件在空间六个方向的活动性，使工件在空间占据了惟一确定的位置。
夹紧：
在工件两端用垫片和螺母实现螺旋夹紧。
6.3夹具体的设计
6.3.1定位基准的选择
在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。
据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。
通孔时，选取工件左端面和花键心轴的中心线为主定位基准。
6.3.2定位误差的分析
夹具的主要定位元件为一个面与两个孔的定位，因为该定位元件的定位基准和工序基准均为内花键的轴线，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度，所以不存在不重合误差和基准位移误差，基准重合△b=0，△j=0。
6.4导向元件的设计
加工通孔
选用立式钻床，钻床夹具的刀具导向元件为钻套。
钻套的作用是确定刀具相对夹具定位元件的位置，并在加工中对钻头等孔加工刀具进行引导，防止刀具在加工中发生偏移。
所以选用快换钻套和钻套用衬套。
相关计算如下：
1）钻套高度H
钻套高度与所钻孔的孔距精度、工件材料、孔加工深度、刀具刚度、工件表面形状等因素有关。
钻套高度H越大，刀具的导向性越好，但刀具与钻套的摩擦越大，一般取H=（1～2.5）d，所以H=1.5×22mm=33mm。
2）排屑间隙h
钻套底部与工件间的距离h称为排屑间隙。
h值太小，切屑难以自由排出，使加工表面损坏；h值太大时，会降低钻套对钻头的导向作用。
加工铸铁时，h=（0.3～0.7）d，所以h=0.5×22mm=11mm。
6.5夹紧元件的设计
在加工过程中，工件会受到切削力、惯性力、离心力等外力的作用，为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。
该工件选用螺旋夹紧机构，查机械加工工艺手册，夹紧力计算如下：
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