CA6140车床拨叉.docx

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CA6140车床拨叉

机械制造技术基础

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及工艺设备

设计者：

班级：

学号：

指导教师：

年月日

xxxxx

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程及相关工序的专用夹具

内容：

1.零件图1张

2.毛坯图1张

3.机械加工工艺过程卡片1张

4.机械加工工序卡片1套

5.夹具装配图1张

6.夹具体零件图1张

7.课程设计说明书1份

原始资料：

该零件图样，Q=5000台/年，n=1件/台,每日一班

学生：

班级：

学号：

指导教师：

年月日

目录

一.序言

二.零件的工艺分析及生产类型的确定

1.零件的作用

2.零件的工艺分析

3.零件的生产类型

三.定毛坯的制造形式.确定毛坯尺寸，绘制毛坯图

1.毛坯的制造形式

2.确定机械加工余量

3.确定毛坯尺寸

4.确定毛坯尺寸公差

5.绘制毛坯图

四.加工方法，拟定工艺路线

1.定位基准的选择

2.零件表面加工方法

3.制定工艺路线

五.工序设计

各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及公差

六.确定切削用量及基本工时

七.夹具设计

1、定位方案的确定

2、定位元件的设计

3、导向装置的设计：

4、夹紧装置的设计

七.总结

八.参考文献

序言

机械制造技术基础课程设计在我们学完机械制造技术基础和大部分专业课之后进行的，这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。

另外在做完这次课程设计之后，我得到一次综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼：

（1）运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

（2）提高结构设计能力。

通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。

（3）学会使用手册以及图表资料。

掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。

就我个人而言，我希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打一个良好的基础。

由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢！

一.零件的工艺分析及生产类型的确定

1.零件的作用

拨叉应用在某拖拉机变速箱的换档机构中。

拨叉头以φ25mm孔套在变速叉轴上,拨叉脚则夹在双联变换齿轮的槽中。

当需要变速时，操纵变速杆，变速操纵机构就通过拨叉头部的操纵槽带动拨叉与变速叉轴一起在变速箱中滑动，拨叉脚拨动双联变换齿轮在花键轴上滑动以改换档位，从而改变拖拉机的行驶速度。

该拨叉在改换档位时要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。

该零件的主要工作表面为拨叉脚两端面、叉轴孔φ250-0.3mm（H7），在设计工艺规程时应重点予以保证。

2.零件的工艺分析

该拨叉形状特殊、结构简单，属典型的叉杆类零件。

为保证拨叉换档时叉脚受力均匀，要求叉脚两端面对叉轴孔φ250-0.3mm的垂直度要求为0.1mm。

为保证拨叉在叉轴上有准确的位置，改换档位准确，拨叉采用导向槽定位。

导向槽的尺寸为

，且导向槽的侧面与叉轴孔中心线的垂直度要求为0.08mm。

表2-1各表面技术要求

加工表面

公差及精度等级

尺寸及偏差

mm

表面粗糙度Ra

µm

形位公差/mm

拨叉头侧面

IT12

17

6.3

拨叉脚两端面

IT12

3.2

⊥

0.1

A

拨叉脚内表面

IT13

3.2

拨叉脚顶面

IT9

6.3

操纵槽端面

IT13

3.2

操纵槽内侧面

IT12

3.2

⊥

0.08

A

操纵槽底面

IT12

8

6.3

孔

IT7

φ250-0.3

0.4

3.零件的生产类型

结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%，则年产纲领

拨叉重量为1.12kg，查表2-1知，拨叉属轻型零件，生产类型为大批生产。

二.确定毛坯的制造形式，定毛坯尺寸，绘制毛坯图

1.毛坯的制造形式

零件材料为HT200，采用铸造。

根据《机械制造技术基础课程设计指南》崇凯主编，得知大批量生产的铸造方法有两种金属模机械砂型铸造和压铸，由于压铸的设备太昂贵，根据手册数据采用铸造精度较高的金属型铸造。

2.确定机械加工余量

1、求最大轮廓尺寸

根据零件图确定轮廓尺寸：

长约为155.5mm，宽为75mm，高位80mm，故最大轮廓尺寸为155.5mm。

2、选取公差等级CT

由表5-1，铸造方法按机器造型、铸造材料按灰铸铁，得公差等级范围8-12级，取为10级。

3、求铸件尺寸公差

很据加工面的基本尺寸和铸造公差等级CT，由表5-3查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。

4、求机械加工余量等级

由表5-5，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级范围E-G级，去为F级。

5、求RMA（要求的机械加工余量）

对所有加工表面取同一个数值，由表5-4查最大轮廓尺寸为155.5mm、机械加工余量等级为F级，RMA数值为1.5mm。

3.确定毛坯尺寸

1　拨叉头侧面单侧加工由式5-1求出，即

，因为拨叉头外圆半径为

20mm，因此压铸时外圆铸完整，外圆槽完全机加工做出。

2　拨叉脚两端面双侧加工由式5-2求出，即

3　拨叉脚内表面内腔加工由式5-3求出，即

4　拨叉脚顶面单侧加工由式5-1求出，即

R=F+RMA+CT/2=134.5+1.5+3.6/2=137.8mm

5　操纵槽端面单侧加工由式5-1求出，即

6　操纵槽内侧面内腔加工由式5-3求出，即

7　操纵槽底面单侧内腔加工由式5-1求出，即

8　

孔内腔加工由式5-3求出，即

4.确定毛坯尺寸公

差查表可得

表3-1毛坯尺寸

加工表面

铸件公差等级CT

加工面基本尺寸mm

铸件尺寸公差/mm

机械加工余量等级

/mm

毛坯基本尺寸mm

拨叉脚两端面

10

12

2.2

1.5

16.1

拨叉脚内表面

10

55

2.8

1.5

50.6

拨叉脚顶面

10

132.5

3.6

1.5

135.8

操纵槽端面

10

23

2.4

1.5

25.7

操纵槽内侧面

10

16

2.2

1.5

11.9

操纵槽底面

10

8

2

1.5

5.5

孔

10

25

2.4

1.5

20.8

5.绘制毛坯图

见附图1

三.选择加工方法，拟定工艺路线

1.定位基准的选择

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择。

因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择Φ40mm圆一个端面作为粗基准加工另一个端面。

再加一个钩形压板和一个V形块限制自由度，达到完全定位。

（2）精基准的选择。

主要因该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。

2.件表面加工方法

表4-1表面加工方法

加工表面

经济精度

表面粗糙度Raµm

加工方案

备注

拨叉头侧面

IT12

6.3

粗铣

表5-16

拨叉脚两端面

IT12

3.2

粗铣精铣

表5-16

拨叉脚内表面

IT10

3.2

粗铣-精铣

表5-15

操纵槽端面

IT12

3.2

粗铣精铣

表5-16

操纵槽内侧面

IT12

3.2

粗铣精铣

表5-16

操纵槽底面

IT12

6.3

粗铣

表5-16

孔

IT8

0.4

钻扩铰

表5-15

3.定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等级等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，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。

1.工艺路线方案一：

工序Ⅰ：

钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。

以Φ40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。

工序Ⅱ：

精铣φ75的上、下端面。

利用Φ25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。

工序Ⅲ：

精铣

的叉口的内圆面。

利用Φ25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。

工序Ⅳ：

粗铣35×3的表面。

以Φ25的孔和Φ55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅴ：

精铣40x16的两侧面。

以Φ25的孔和Φ55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅵ：

粗铣40×16的槽底面，以Φ25的孔定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅶ：

切断φ55的叉口，用宽为4的切断刀，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅷ　检验。

2.工艺路线方案二：

工序Ⅰ：

钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。

以Φ40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。

工序Ⅱ：

精铣φ75的上、下端面。

利用Φ25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。

工序Ⅲ：

精铣

的叉口的内圆面。

利用Φ25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。

工序Ⅳ：

切断φ55叉口，用宽为4的切断刀，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅴ：

粗铣35×3的表面。

以Φ25的孔和Φ55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅵ：

精铣40x16的两侧面。

以Φ25的孔和Φ55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅶ：

：

粗铣40×16的槽底面，以Φ25的孔定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅷ　检验。

以上加工方案大致看来是合理的，但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题，主要表现在φ25的孔及其16的槽和φ55的端面加工要求上,以上三者之间具有位置精度要求。

图样规定：

先钻

mm的孔。

由此可以看出：

先钻φ25的孔，再由它定位加工φ55的内圆面及端面，保证φ25的孔与φ55的叉口的端面相垂直。

因此，加工以钻φ25的孔为准。

为了在加工时的装夹方便，因此将切断放在最后比较合适。

为了避免造成一定的加工误差；通过分析可以比较工艺路线方案一最为合理。

3.具体方案如下：

工序Ⅰ：

钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。

以Φ40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。

工序Ⅱ：

精铣φ75的上、下端面。

利用Φ25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。

工序Ⅲ：

精铣

的叉口的内圆面。

利用Φ25的孔定位，以两个面作为基准，选用X5020A立式铣床和专用夹具。

工序Ⅳ：

粗铣35×3的表面。

以Φ25的孔和Φ55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅴ：

精铣40x16的两侧面。

以Φ25的孔和Φ55的叉口定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅵ：

粗铣40×16的槽底面，以Φ25的孔定位，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅶ：

切断φ55的叉口，用宽为4的切断刀，选用X5020A立式铣床加专用夹具。

工序Ⅷ　检验。

以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺过程卡片”。

四.工序设计

各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及公差

（1）钻φ25的孔加工余量及公差。

毛坯为实心，不冲出孔。

该孔的精度要求在IT7~IT9之间，参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：

查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。

RMA为F。

公差值T=0.12mm，

钻孔φ23mm

扩孔φ24.8mm2Z=1.8mm

铰孔φ25mm2Z=0.2mm

由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。

φ25mm的孔的加工余量和工序间余量及公差分布图见图1。

由图可知：

铸件毛坯

钻孔

扩孔

粗铰

精铰

加工前尺寸

最大

φ23

φ24.8

φ24.94

最小

φ22.5

φ24.45

φ24.79

加工后尺寸

最大

φ23

φ24.8

φ24.94

φ25

最小

φ22.5

φ24.45

φ24.79

φ24.95

加工余量

23

24.8

24.94

25

毛坯名义尺寸：

42（mm）

钻孔时的最大尺寸：

23（mm）

钻孔时的最小尺寸：

22.5（mm）

扩孔时的最大尺寸：

23+1.8=24.8（mm）

扩孔时的最小尺寸：

24.8-0.35=24.45（mm）

粗铰孔时的最大尺寸：

24.8+0.14=24.94（mm）

粗铰孔时的最小尺寸：

24.94-0.15=24.79（mm）

精铰孔时的最大尺寸：

24.94+0.06=25（mm）

精铰孔时的最小尺寸：

25-0.05=24.95（mm）

（2）粗铣φ75的上、下端面

因为叉口的粗糙度为3.2，所以粗铣再精铣。

参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：

查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。

RMA为F。

公差值T=1.4mm

粗铣φ55的叉口及上、下端面余量1.0mm。

2Z=2.0

精铣φ55的叉口及上、下端面。

2Z=2.0

（3）粗铣35×3的面

因为该面的粗糙度为6.3，所以粗铣一次即可。

参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：

查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。

RMA为F，公差值＝１．３ｍｍ

粗铣35×3的上端面2z=2.0

（4）精铣40x16的两侧面

此面的粗糙度要求为3.2，所以分粗精加工即可。

参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：

查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。

RMA为F。

公差值T=1.6mm，其偏差±0.7

粗铣40×16的上表面2Z=2.0

（5）粗铣40×16的槽底面

此面的粗糙度要求为3.2，所以粗铣再精铣。

参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：

查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。

RMA为F。

公差值T=1.6mm。

粗铣40×16的槽2Z=2.0

精铣40×16的槽2Z=2.0

（6）切断φ55叉口

五.确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：

钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。

1.加工条件

工件材料：

灰铸铁HT200

加工要求：

钻Φ25的孔，其表面粗糙度值为Rz=1.6μm；先钻Φ23的孔在扩Φ24.8的孔，再粗铰Φ24.94孔，再精铰Φ25孔。

机床：

Z5125A立式钻床。

刀具：

Φ23麻花钻，Φ24.8的扩刀，铰刀。

2.计算切削用量

（1）钻Φ23的孔。

①进给量

查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》P47表2-23钻孔进给量f为0.39~0.47mm/r，由于零件在加工

23mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，现取f=0.25mm/r。

此工序采用Φ23的麻花钻。

所以进给量f=0.25mm/z

2钻削速度

切削速度：

根据手册表2.13及表2.14，查得切削速度V=18m/min。

根据手册nw=300r/min,故切削速度为

3切削工时

l=23mm，l1=13.2mm.

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

1扩孔的进给量　

查《切削用量手册》表2.10规定,查得扩孔钻扩Φ24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取

F=0.3mm/z

②切削速度

扩孔钻扩孔的切削速度,根据《工艺手册》表28-2确定为

V=0.4V钻

其中V钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故

V=0.4×21.67=8.668m/min

按机床选取nw=195r/min.

③切削工时

切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm

1粗铰孔时的进给量

根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故

F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r

V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min

②切削速度

按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度

③切削工时

切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1=1.5mm.

1精铰孔时的进给量

根据有关资料介绍,铰孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故

F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r

V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min

②切削速度

按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度

③切削工时

切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.

工序Ⅱ：

精铣φ75的上、下端面。

1进给量

采用端铣刀，齿数4，每齿进给量

=0.15mm/z（《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》（吴拓、方琼珊主编）。

故进给量f=0.6mm

②铣削速度：

（m/min）（表9.4-8）

由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-6得切削速度为9~18m/min

根据实际情况查表得V=15m/min

③切削工时

引入l=2mm，引出l1=2mm，l3=75mm。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序Ⅲ铣φ55的叉口

①进给量

由《工艺手册》表3.1-29查得采用硬质合金立铣刀,齿数为5个，由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-5得硬质合金立铣刀每齿进给量f为0.15~0.30，由手册得f取0.15mm/z

故进给量f=0.75mm/z.

②铣削速度：

由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-6得硬质合金立铣刀切削速度为45~90mm/min,由手册得V取70mm/min.

③切削工时

引入l=2mm，引出l1=2mm，l3=75mm。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序Ⅳ：

粗铣35×3的端面。

1进给量

采用端铣刀，齿数4，每齿进给量

=0.15mm/z（《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》，吴拓、方琼珊主编）。

故进给量f=0.6mm

②铣削速度：

（m/min）（表9.4-8）

由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-6得切削速度为9~18m/min

根据实际情况查表得V=15m/min

③切削工时

切入l=3mm,行程l1=35。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序Ⅴ：

精铣40x16的两侧面。

1进给量

该槽面可用变速钢三面刃铣刀加工，由前定余量为2mm故可一次铣出，铣刀规格为φ32，齿数为8。

由《工艺手册》表2.4-73，取每齿进给量为0.15mm/z,ap=2mm故总的进给量为f=0.15×8=1.2mm/z。

②切削速度

由《工艺手册》表3.1-74,取主轴转速为190r/min。

则相应的切削速度为：

③切削工时

切入l=2mm切出l1=2mm,行程量l3=40mm。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序Ⅵ：

粗铣40×16的槽底面。

1..进给量

的槽可用高速钢三面刃铣刀加工，铣刀规格为φ16，齿数为10。

由《机械加工工艺师手册》表21-5，取每齿进给量为0.15mm/z,ap=2mm，故总的进给量为f=0.15×10=1.5mm/z。

②切削速度

由《工艺手册》表3.1-74,取主轴转速为190r/min。

则相应的切削速度为：

③切削工时

切入l=2mm，切出l1=2mm行程量l2=40mm。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序Ⅶ：

切断φ55叉口。

1进给量

采用切断刀，齿数4，每齿进给量

=0.15mm/z（《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》（吴拓、方琼珊主编）。

故进给量f=0.6mm

②铣削速度：

（m/min）（表9.4-8）

由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-6得切削速度为9~18m/min

根据实际情况查表得V=15m/min

③切削工时

切出l=2mm，切出l1=2mm,行程量=75mm。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序Ⅷ：

检验。

将上述零件工艺规程设计的结果，填入机械加工工艺卡片，见附表2

六.夹具设计

（一）问题的提出

在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。

因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。

（二）卡具设计

1．定位基准的选择

出于定位简单和快速的考虑，选择∮20孔为基准，即以一面上一长销（自由度限制数：

5）配合以一挡销（自由度限制数：

1）使工件完全定位。

再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧。

2．切削力和卡紧力计算

本步加工可按钻削估算卡紧力。

实际效果可以保证可靠的卡紧。

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=1.5S2=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

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。

但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。

4.卡具设计及操作的简要说明

卡具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。

为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。

卡具上设置有钻套，用于确定的钻头位置。

七.总结

此次课程设计是在一边进行课程学习，一边