设计CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备中批量生产.docx

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设计CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备中批量生产

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目：

设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工

工艺规程及工艺装备（中批量生产）

设计者

指导教师

机械制造工艺学课程设计说明书

题目设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）

内容1.零件图一张

2．毛坯图一张

3．机械制造加工工艺过程综合卡片一张

4．结构设计装配图一张

5．结构设计零件图一张

6．课程设计说明书一份

前言

通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体（如《公差于配合》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺》等）。

让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！

在些次设计中我们主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。

在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。

在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其是教务处张永丹老师，我系刘学斌老师的大力帮助，在此表示感谢！

机制0202班第G小组

2006年1月15日

一．设计的目的：

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的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。

同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。

通过课程设计达到以下目的：

1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。

通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。

3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。

二．零件的分析

（一）、零件的作用：

题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）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进行工作。

宽度为18+0.0120mm的槽尺

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18+0.0120mm的槽和滑

移齿轮的配合精度要求很高。

（二）、零件的工艺分析：

CA6140拨叉共有两组加工表面。

1.以花键孔的中心线为基准的加工面

这一组面包括Ø25+0.230mm的六齿方花键孔、Ø22+0.280花键底孔两端的2X150到角和距中心线为27mm的平面。

2.以工件右端面为基准的8+0.030mm的槽和18+0.120mm的槽

经上述分析可知，对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形成。

零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。

由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。

经查《金属机械加工工艺人员手册》表5-5取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。

毛坯零件图如下图：

（二）基准的选择。

1.粗基准的选择：

因为要保证花键的中心线垂直于右端面，所以以Φ40的外圆表面的粗基准。

2.精度基准的选择：

为保证定位基准和工序基准重合，以零件的A面为精基准。

（二）制定工艺路线。

方案一

工序：

1.粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。

2.粗、精铣削B面。

3.铣削8+0.030mm的槽。

4.铣削18+0.0120mm的槽。

5.拉花键。

方案二

工序：

1.粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。

以Ф40mm圆柱面为粗基准。

选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。

2.拉花键。

以A面为基准，

3.铣削槽B面。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具

4.铣削8+0.030mm的槽。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

5.铣削18+0.0120mm的槽。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

方案分析：

上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。

但此方案中2.3.4工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的3.4.5道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和A面作为3.4.5道工序的定位基准。

此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。

以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程综合卡片”

（三）机械加工余量。

CA6140的拨叉材料为HT200。

毛坯重量为1.0kgσb=160MPaHBS生产类型为由大、中批量生产，采用模锻锻模。

根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下：

1.A面的加工余量

A面有3±0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除

2.矩形花键底孔。

要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为Φ220+0.28，见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》表3-59确定孔加工余量的分配。

钻孔Φ20mm

扩孔Φ21mm

拉花键

花键孔要求以外径定心：

拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取2Ζ=1mm

3.B面的加工余量。

此工序分2个工步1、粗铣B面2、精铣B面。

精加工余量为0.2mm

粗铣加工余量为2.8mm

（五）确定切削用量及基本工时。

工序Ⅰ：

车削A面。

1．加工条件。

工件材料：

灰口铸铁HT200。

σb=145　MPa。

铸造。

加工要求：

粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，Ra=3.2µm

机床C3163-1。

转塔式六角卧式车床。

刀具：

刀片材料。

r=12.ao=6-8b=-10o=0.5Kr=90n=15

2、计算切削用量。

（1）已知长度方向的加工余量为3±0.8mm。

实际端面的最大加工余量为3.8mm。

故分二次加工（粗车和半精车）。

长度加工公差IT１２级取-0.46mm（入体方向）

（2）进给量、根据《切削简明手册》（第3版）表1.4当刀杆尺寸为16mm×25mm,ａｅ≤３mm时，以及工件直径为Φ60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取Φ60mm）

ƒ=0.6-0.8mm/ｒ.

按C３１６３－１　车床说明书　取ƒ=0.6mm/n。

由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85所以：

实际进给量f=0.6×0.8=0.48mm/ｒ

按C３１６３－１　车床说明书　ƒ＝0.53ｍｍ／ｒ

（3）计算切削速度。

按《切削简明手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

刀具材料YG6

V=Cv/（Tm·apxv·fyv）·kv

其中：

Cv=158xv=0.15yv=0.4M=0.2修正系数Ko见《切削手册》表1.28

kmv=1.15kkv=0.8kkrv=0.8ksv=1.04kBV=0.81

∴Vc=158/（600.2·20.15·0.530.4）·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97

=46.9（m/min）

（4）确定机床主轴转速ns=1000vc/

dw=229.8（r/min）

按C３１６３－１　车床说明书　ｎ＝200r／min

所以实际切削速度V=40.8m/min

（5）切削工时，按《工艺手册》表6.2-1

由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备

Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf=0.33（min）L=（65-0）/2=32.5L1=3、L2=0、L3=0

2、精车

1）已知粗加工余量为0.5mm。

2）进给量f.根据《切削用量简明手册》表1.6，f=0.15－0.25mm/r　　　按C３１６３－１　车床说明书　ｆ＝0.16mm/r

计算切削速度按《切削用量简明手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

V=Cv/（Tm·apxv·fyv）·kv

=158/（600.2·20.15·0.160.4）·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97

=83.85（m/min）

3）确定机床主轴转速.nw=1000vc/

dw=410.8（r/min）按C3163－１　车床说明书　　取nw=400（r/min）

实际切削速度V=57.1m/min

4）切削工时，查《工艺手册》表6.2-1

Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf=22.5/400x0.16=0.35（min）

由于下一道工序是钻孔，所以留下Ø20mm的台阶，所以L=（65-20）/2=22.5mmL1=3.L2=0.L3=0

3、钻孔、扩孔、倒角。

（1）、钻孔

钻头选择：

见《切削用量简明手册》表2.2

钻头几何形状为（表2.1及表2.2）：

双锥修磨具刃，钻头参数：

ｄ＝Ф20ｍｍβ=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm,ao=12°,

Ψ=55°,b=2mm，=4mm。

根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=0.48

ａ、按机床进给强度决定进给量：

根据表2.9,当σb＝210MPa

ｄ0＝20.5mm可确定f=0.75。

按C3163-1　车床说明书　　　取f=0.62mm/n.

ｂ、决定钻头磨钝标准及寿命表2.21，当do=20mm、钻头最大磨损量取0.6寿命T=45min.

ｃ、切削速度　由《切削用量简明手册》，表2.15得Ｖ=21m/min

n=1000V/

D=334.4由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min取280n/min

取n=280m/min.实际Ｖ=17m/min

ｄ、基本工时，Tm=L/nf=（80+10）/280x0.62=0.32（min）

入切量及超切量由表2.29.查出Ψ+△=10mm

所以Tm=L/nf=（80+10）/280x0.62=0.32（min）

（2）、扩孔

刀具直径do=21mm；刀具几何参数同上。

由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以Tm同上Tm=0.32

倒角刀具15°锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。

（3）、倒角

刀具：

专用刀具。

此工步使用到专用刀具与手动进给。

检验机床功率按《切削用量简明手册》表1.2４

可以查出　当σｂ＝160～245HBS

ａｐ≤2.8ｍｍ　ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ　

Ｖｃ≤41ｍ／min　　Ｐｃ＝3.4kw

按C３１６３－１　车床说明书　主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见Ｐｃ比Ｐ小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求

钻削功率检验按《切削用量简明手册》表2.21

当ｄｏ＝21ｍｍ　ｆ＝0.64ｍｍ

查得转矩Ｍ＝61.8　N.M

《切削用量简明手册》表由表2.32　得功率公式

ＰC＝McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67km

按C３１６３－１　车床说明书　主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见ＰC比Ｐ小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要

工序Ⅱ拉花键孔

单面齿升：

根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿

为0.06mm,

拉削速度v=0.06m/s（3.6m/min）

切削工时t=Zblηk/1000vfzZ

式中：

Zb单面余量1.5mm（由Φ21mm拉削到Φ25mm）；

L拉削表面长度，80mm；

η考虑校准部分的长度系数，取1.2；

k考虑机床返回行程系数，取1.4；

v拉削速度（m/min）；

fz拉刀单面齿升；

Z拉刀同时工作齿数，Z=l/p；

P拉刀齿距。

P=（1.25-1.5）sqrt80=1.35sqrt80=12mm

∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7

∴其本工时Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×7=0.13（min）

工序Ⅲ粗铣，精铣B面。

加工要求：

粗铣B面，精铣B面，Ra=3.2ｕｍ。

用标准镶齿圆柱铣刀粗铣加工余量3mm

机床：

Ｘ62W

加工工件尺寸：

宽度：

40mm长度：

28mm

1.粗铣

1）选择刀具

根据《切削用量简明手册》表3.1铣削宽度ae≤5mm时。

直径为do=50mm　故齿数Ｚ＝８，由于采用标准镶齿圆柱铣刀

铣刀几何参数（表3.2）rn=10°ao=16°

2）切削用量

留精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度ac＝2.8±0.8ｍｍ，由于加工表面精度要求Ra=3.2um.根据表3.5得每转进给量ｆ＝0.5～１mm/r就能满足要求，但考虑到Ｘ62W功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和Ｘ62W铣床说明书所以每转进给量ｆ＝0.6mm/r

3）选择刀具磨钝标准及刀具寿命。

根据《切削用量简明手册》表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm，刀具寿命T=120min（表3.8）

4）决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

Z=8,aP=40-70mm,ac=2.8±0.8ｍｍ,fz=f/z=0.0750.1mm/z

Vc=（Cvdoqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）

Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12,

Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79

Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）=23.7（m/min）n=1000V/

d=（1000x23.7）/（3.14x50）=151r/min根据X62W型铣床说明书选n=160r/min

Vc=3.14nd/1000=（160x3.14x50）/1000=25.1m/minVf=nf=160x0.6=96mm/min

选Vf=80mm/min实际fz=Vf/（nxz）=0.0625mm/z

5）机床功率：

根据《切削用量简明手册》表3.20当Vc=71m/minae=2.8mmap=41mmfz=0.08Kmpc=1.4kw

切削功率的修正系数：

故Pct＜0.8,

根据X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为

Pcm=7.5×0.75=5.63kw故Pcc＜Pcm因此所决定的切削用量可以采用。

ae=2.8mmVf=80m/minn=160r/minVc=25.1m/minfz=0.0625mmm/z

6）基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5

Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/80=0.525（min）L1+△=14mm

2.精铣

1）选择刀具

刀具与上道工步是同一把刀。

2）切削用量

精铣的加工余量为0.2，所以本道工步切削宽度

ae＝0.2mm，ｆ＝0.6

3）决定切削速度Vc、可根据《切削用量简明手册》表3.9确定

ac=0.2mm,Vc=（Cvdoqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）=33.1m/min

n=1000V/

d=（1000x33.1）/（3.14x50）=211r/min根据X62W型铣床说明书选n=210r/min

Vf=nf=210x0.6=126mm/min、VF=125mm/minfz=Vf/（nxz）=0.074mm/Z

4）基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5

Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/125=0.336（min）L1+△=14mm

工序Ⅳ铣削8+0.030mm槽。

加工工件尺寸：

8+0.030mm,长度L=40mm

加工要求：

高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）加工余量8用乳化液冷却

机床：

X62W

1）选择刀具：

由加工尺寸公差0-0.3。

所以铣刀精度为精密级K8

铣刀参数：

L=8mmD=63d=22d1=34ro=15°

ao=12°an=6°Z=16

2）选择切削量

由于槽的深度为8mm,故一次走完，ae=8mmap=8mm

由《切削用量简明手册》表3.3确定f=0.15-0.3mm/r现取f=0.3mm/rfz=0.3/16=0.018mm/z

3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：

根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5由表3.8确定刀具寿命：

T=100min其中

4）决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由《切削用量简明手册》3.27的公式

Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）·Kv

Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,

Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79

Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）·Kv=82.86m/min

n=1000×Vc/

do=1000×82.86/3.14×63=418.87r/min

根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min

实际速度Vc=

donc/1000=74.2m/min

选Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min根据X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/min

fzc=110/375×16=0.018mm/z

5）机床功率：

根据《切削用量简明手册》表3.28公式

圆周力fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF）KFCKTV=0.90KMFC=0.94

由表28得CF=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83，KFC=1.28

Fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF）KFC=30X8X0.018X8/63X375=505.6N

M=FCdo/2×103=15.9N•M

Pc=FcVc/1000=1.18km根据X62W型铣床说明书，功率足够。

6）基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5

Tm=（L+L1+△）/Vf=（40+14）/110=0.49（min）L1+△=14mm

工序Ⅴ铣宽为180+0.12mm槽

加工要求：

用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽180+0.12mm，长L=40mm，加工余量23mm

由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，ae=23，ap=10mm，

1）选择刀具

铣刀参数：

L=10D=100mmd=30mmro=15°

ao=12°an=6°Z=24

2）选择铣削用量

由于槽的宽度为18mm,故二次走完，ae=23mmap=10mm

由《切削用量简明手册》表3.3确定f=0.5mm/r现取f=0.8mm/rfz=0.5/24=0.02mm/z

3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：

根据《切削用量简明手册》表3.7,得最大磨损量为0.5由表3.8确定刀具寿命：

T=100min其中

4）确定切削速度Vc和每齿进给量：

决定切削速度Vc和每齿进给量Vf、由《切削用量简明手册》3.27的公式

Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）·Kv

Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,

Ksv=0.8,KTv=0.82,

Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79

Vc=（Cvxdoxqv）/（TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv）·Kv=98.6m/min

n=1000×Vc/

do=1000×98.6/3.14×100=314r/min

根据X62W型铣床说明书选nc=300r/min

实际速度Vc=

donc/1000=94.2m/min

选Vfc=ncf=300X0.5=150mm/min根据X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/min

fzc=150/300×24=0.020mm/z

5）基本工时基本工时根据《切削用量简明手册》表3.5

Tm=（L+L1+△）•i/Vf=（40+20）X2/150=0.8（min）L1+△=20mmi=2（走两次）

工序Ⅵ磨18mm槽，

保证尺寸18mm

1）选择砂轮。

见《切削手册》第三章中磨料选择各表，结果为

GZ46KV6P350×40×127其含义为：

磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为46#，硬度为软2级。

平型砂轮，其尺寸为16×6×40（D×d×H）。

2）切削用量的选择。

砂轮转速n砂=3000r/min（见机床说明书），

v砂=2.5m/s

进给量f=50mm/min双单行程fr=0.015mm

3）切削工时。

当加工1个表面时

Tm=（L+y+△）••iK/50=3.1min

最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。

夹具设计

（一）问题的提出

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

经过与指导老师协商，决定设计第4道工序——铣宽为80+0。

03mm槽的铣床夹具。

本夹具将用与X63卧式铣床。

刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。

本夹具主要用来铣宽为80+0。

03mm的槽，由于采用宽为80+0。

022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度．

（二）夹具设计

1．定位基准的选择

由零件图可知，宽为80+0。

03mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（A）为定位基准。

因此选用工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。

2．切削力及夹紧力的计算

刀具：

高速钢直齿三面刃铣刀，Ø63mm,Z=14

Fz=CP·t0.83·Sz0.65·D-O.83·B·Z·kP（见《切削手册》3-56表）

解得Fz=200（N）

其中CP=52，t=8mm,Sz=0.08mm/s,B=8mm,D=63mm,Z=14,kP=（HB/198）0.55

在计算切削力时，必须考虑安全系数。

安全系数K=k1k2k3k4

水平切削分力FH=1.1Fz=220（N）

垂直切削分力Fv=0.3Fz=60（