拨叉工艺课程设计设计说明书.docx
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拨叉工艺课程设计设计说明书
前言
《机械制造工艺学》课程设计要求我们能够综合应用机械制图、机械制造工艺学、工程材料、机械设计、CAD/CAM等专业基础课和主要专业课知识，经过了机械设计课程设计之后，进行的又一次实践性环节。
本次课程设计特别强调对机械制造工艺学和工程材料这两门课程的运用，同时也有对刀具和切屑的部分知识的综合，因此这是我们对以前所学各门课程的一次较为深入的综合总复习，同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，也是一次对我们实际运用知识解决问题能力的练习。
这次课程设计同样也会用到以前的金工实习和认知实习的相关知识，也可以说这是对两次实习效果的一次检验。
通过这次课程设计，将会巩固对机械加工工艺规程设计的理论知识，并初步学会自己完成制定简单零件加工工艺规程。
这次的工艺规程课程设计，我的题目是CA6140车床拨叉的工艺规程设计。
希望通过对车床拨叉加工工艺规程的设计，可以进一步学习《机械制造工艺学》并掌握简单零件的加工工艺设计。
虽然这是大学以来的第二次课程设计，但毕竟还是第一次接触制造工艺设计，对知识掌握、熟悉程度以及综合运用还会存在问题，因此在设计中难免会有考虑不周全或错误的地方，希望老师多多批评和指正。
设计任务书
§1设计题目…………………………………………………………4
§2零件图…………………………………………………………4
§3基本要求…………………………………………………………4
§4设计的任务………………………………………………………5
§5填写工艺文件……………………………………………………5
设计方案
§1零件分析………………………………………………………6
§1.1零件的作用…………………………………………………6
§1.2零件的工艺分析………………………………………………6
§2确定毛坯类型绘制毛坯简图……………………………………7
§2.1选择毛坯……………………………………………………7
§2.2确定毛坯尺寸…………………………………………………7
§2.3绘制拨叉毛坯简图……………………………………………8
§3工艺规程设计……………………………………………………9
§3.1定位基准的选择………………………………………………9
§3.2拟定工艺路线…………………………………………………10
§3.3加工设备及工艺装备的选用…………………………………14
§3.4加工余量、工序尺寸和公差的确定…………………………15
§3.5切削用量及时间定额的计算…………………………………17
§3.6计算时间定额和提高生产率的工艺途径简介……………20
§3.7工艺方案的比较与技术经济分析……………………………21
小结……………………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………22
附件……………………………………………………………………22
设计任务书
1、设计题目
CA6140车床拨叉
2、零件图
图1零件图
3、基本要求
1.选择刀具和确定切削用量的能力；
2.掌握分析机床的基本知识，具有选择和使用机床的能力；
3.掌握机械加工和装配的基本知识，具有合理选择零件加工方法和产品装配方法的能力；
4.掌握制订机械加工工艺规程和产品工艺规程的方法和步骤，具有制订中等复杂程度零件的机械加工工业规程的能力；
5.具有运用机械制造工艺的基本理论进行综合分析和解决机械加工过程中一般工艺问题的初步能力。
4、设计的任务
1.分析、了解产品性能、用途；
2.了解制造规模、方式，生产条件
3.制订制造方案；
4.编写工艺（主要任务）；
5.设计工装（可以在其他课程设计中进行）。
6.写机械制造技术基础课程设计报告。
7.所有设计资料文挡拷贝电子版一份上交。
5、填写工艺文件
1.填写要求是：
内容完整，层次清楚，语言精练，字迹清晰。
2.对工艺文件填写作如下规定:
（1）机械加工工艺过程卡片中的工时定额可不填。
（2）机械加工工序卡片中的工序图。
图中主视图应处于加工位置，用细实线将零件的主要轮廓画出来；用粗实线给出加工表面；用定位符号表示定位基准；用夹紧符号表示出夹紧表面；并标出本工序加工表面位置，注上工序尺寸与公差、表面粗糙度和有关的其他技术要求。
（3）机械加工工序卡片中，工时定额只填写基本时间，工人技术等级此项不填。
设计方案
1、零件分析
1.1零件的作用
这次要做的零件是拨叉。
主要作用是：
它位于车床变速机构中，主要起换档，是主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩。
1.2零件的工艺分析
生产批量为中等批量生产，由生产批量可得到相关信息为：
毛坯精度中等，加工余量中等；加工机床部分采用通用机床，部分采用专用机床，按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式；广泛采用专用夹具，可调夹具；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；部分采用划线找正装夹，广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。
从整体上看，零件的加工精度要求不高，只需要进行粗铣或者是粗刨即可。
但是在U型槽的工作表面精度要求较高，须同时满足公差带要求15
、粗糙度要求Ra3.2、平行度、对称度以及垂直度等多项要求，需要利用成形的铣刀进行粗加工和精加工。
另外，两个孔的精度要求较高。
并且Φ20所在孔的轴线为主要的设计基准，因此两孔需要先钻孔，然后扩孔，最后铰孔的加工过程，从而达到要求的精度。
CA6140车床拨叉共有两处重要加工表面，其间有一定的位置要求，现在分述如下：
1、精基准Φ20H9的加工
以Φ40的端面和45X15表面为粗基准对孔Φ20H9和Φ20.5的加工，孔Φ20H9将作为精基准对其他表面进行加工。
2、U型槽15
的加工
以孔Φ20H9和Φ40的右端面为精基准对U型槽15
的加工。
2、确定毛坯类型绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
零件材料为HT200。
考虑到机床在运行中要经常地变速，以及实现正反转，零件在工作工程中经常承受变载荷，又由于零件结构比较复杂，零件毛坯比较适合铸造成型。
因此，应选用HT200，以保证足够的强度、硬度，从而保证零件的工作可靠性。
由于零件批量生产，已经达到中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用砂型手工造型铸造。
这从节约生产成本、提高利润的角度来说是应该的。
2.2确定毛坯的尺寸
1、铸件的公差等级
由拨叉的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为一般精度。
2、毛坯质量
由机械加工后拨叉件质量为0.86公斤，可初步估计机械加工前铸件毛坯的质量为1公斤。
3、铸件形状尺寸
（1）铸造余量
“CA6140车床拨叉”零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量0.86kg。
从整体上看，零件的加工要求不高，表面粗糙度Ra大于等于12.5um,大部分表面粗超度要求为Ra25。
从生产批量上看，该零件属于中批量生产。
因此，综合考虑材料，加工要求和经济要求可知零件毛培采用砂型机械造型铸件。
根据铸件的类型查可知：
毛坯的加工余量等级如表1
表1单位：
mm
工艺方法
加工余量等级
灰铸铁
砂型手工造型
11-13/H
根据上表，本次设计选取加工余量等级为。
查表可知铸造余量如表2：
表2单位：
mm
公差等级CT
11
12
13
加工余量等级
H
基本尺寸
加工余量/㎜
≤100
4.5
6.0
7.5
（2）工序余量
查《机械加工工艺设计手册》中的表8-27平面的第一次粗加工余量可知：
工件材料为灰铸铁且平面的最大尺寸介于50到120mm之间时，平面的第一次粗加工余量为1.5到2.0mm.工件材料为灰铸铁且平面的最大尺寸小于等于50mm时，平面的第一次粗加工余量为1.0到1.5mm。
Φ40端面、35X30端面、45X30端面
由于Φ40端面、35X30端面得加工精度要求均比较低，表面粗超度为Ra25，因此上述所有加工面只需要进行一次加工即可，由表8-27所查数据可知：
Φ40端面端面的加工余量为1.5-2.0mm，35X30端面和45X30端面的加工余量为1.0-1.5mm。
孔Φ20H9和Φ20.5以及M6和M8
经查表铸造孔的直径最小为30㎜，故孔Φ20H9和Φ20.5以及M6和M8所有的孔若采用铸造之后再进行机加工，由于加上余量之后孔太小，使得铸造的难度增加，反而不如机加工方便简单以及经济，因此所有孔均不直接进行铸造，而是采用钻孔等进行机加工。
（3）铸件形状尺寸
综合毛坯加工余量的要求和机械加工余量的要求，为了同时满足毛坯铸造要求和加工要求可知：
Φ40端面、35X30端面、45X30端面的余量应为毛坯加工余量，且应取单边余量3mm.因此毛坯的余量应为单边余量3mm。
故毛坯形状尺寸为l=118㎜，b=77.5㎜，h=51㎜。
2.3绘制拨叉铸造毛坯简图
3、工艺规程设计
3.1定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基准的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。
否则，加工工艺过程中会出现问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
定位基准有粗基准和经济准之分，通常先确定经济准，然后再确定粗基准。
a、粗基准的选择
零件加工时粗基准是必须选用的。
在选用时要考虑如何保证各个加工表面有足够的余量，如何保证各个表面间的相互位置精度和自身的尺寸精度。
因此，选择粗基准时，应遵循以下几个原则：
以不加工表面为粗基准；选择毛坯余量最小的表面最为粗基准；选择零件上重要的表面为粗基准；选择零件上加工面积大，形状复杂的表面为粗基准；粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位误差。
按照有关粗基准的选择原则（选择零件的不加工平面为粗基准；若零件有若干个不加工平面时，则应以与加工表面面积较大的为粗基准），选择
40的右端面为粗基准。
b、精基准的选择
精基准的选择应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，同时还应使加工过程操作方便，夹具结构简单。
选择时应遵循以下原则：
基准重合；一次安装的原则；互为基准的原则；自为基准的原则。
主要应该考虑基准重合的问题。
当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算。
3.2制订工艺路线
工艺路线的拟定是制定工艺规程的总体布局，包括确定加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中与分散、加工书序的安排以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。
它不但影响加工的质量和和效率，而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。
因此，拟定工艺路线是制定工艺规程的关键性一步，必须充分调查研究的基础上提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。
制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以考虑采用外能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
1、表面加工方法的确定
根据零件的具体要求和各种加工方法所能够达到的经济度和粗糙度能力，查阅《机械制造工艺学》和《机械制造工艺手册》得到各加工面的加工方法如（表3）：
表3拨叉零件各表面加工方案单位：
mm
加工表面
尺寸及偏差
尺寸精度等级
粗糙度
加工方案
Φ40左端面
Φ40
无
Ra25
粗铣
35X30左端面
35X30
无
Ra25
粗铣
Φ40右端面
Φ40
无
Ra25
粗铣
35X30右端面
35X30
无
Ra25
粗铣
孔Φ20
Φ20
9级
Ra3.2
钻—扩—铰
孔Φ20.5
Φ20.5
11级
Ra3.2
钻—扩—铰
孔Φ20和Φ20.5倒角
1X450
无
Ra25
锪钻
45X30端面
45X30
无
Ra25
粗铣
35X30上端面
35X30
无
Ra25
粗铣
5X300平面
5X300
无
Ra25
粗刨
U型槽15
15
11级
Ra3.2
粗铣—半精铣-精铣
U型槽15周
围倒角
1X450
无
Ra25
磨削
M6
M6
无
Ra6.3
钻—攻丝
M8
M8
无
Ra6.3
钻—攻丝
M6倒角
0.7X1200
无
Ra25
锪钻
M8倒角
1X1200
无
Ra25
锪钻
2、加工阶段划分
该拨叉交给你可将加工阶段划分为粗加工、半精加工、精加工几个阶段。
在粗加工阶段，首先将经济准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣30×35上端面，45×15端面，粗刨端面，粗铣U型槽15底面及倒角。
在半精加工阶段，完成U型槽15侧面铣削，M6及M8的钻、铰加工；在精加工阶段，进行拨叉U型槽15侧面的铣削加工。
3、工序的集中于分散
选用工序集中原则安排拨叉的加工顺序。
该拨叉的生产类型为中批生产，可能采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产路；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数减少，不但可以缩短辅助时间，而且有利于保证各加工表面之间的相对位置精度。
4、工序顺序安排
（1）机械加工工序
遵循“先基准后其他”原则首先加工拨叉头35X30、Φ40左右端面；遵循“先粗后精”原则，先安排加工粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——Φ20、Φ20.5的孔，再加工次要表面——35X30上端面，45X30端面；遵循“先面后孔”原则，先加工U型槽，再加工M6、M8的螺纹孔。
（2）热处理工序
拨叉工作表面“G54”需要经高频淬火，回火至HRC43-48。
（3）辅助工序
热处理后安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该拨叉工序的安排顺序为：
基准加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面精加工和次要表面加工——主要表面精加工——热处理。
5、确定工艺路线
叉零件工艺路线方案安排如下：
方案一：
单位：
mm
工序号
工序内容
定位基准
1
铸造
2
粗铣Φ40左端面
Φ40右端面及45X15
端面
粗铣35X30左端面
3
粗铣Φ40右端面
Φ40左端面及45X15端面
粗铣35X30右端面
4
钻孔Φ20至Φ18
Φ40右端面、45X15端面及30×30端面
钻孔Φ20.5至Φ18
扩孔Φ20至19.8
扩孔Φ20.5至20.3
铰孔Φ20至Φ20H9
铰孔Φ20.5至Φ20.5
5
孔Φ20和Φ20.5左端倒角1X450
由Φ20H9及Φ20.5
自定位
孔Φ20和Φ20.5右端倒角1X450
6
粗铣45X30端面
Φ20和Φ20.5两孔及Φ40右端面
Φ40左端面及Φ20和Φ20.5两孔
7
粗铣35X30上端面
8
粗铣U型槽15至14
粗铣U型槽底部距上端22及R3圆角
9
钻M6孔至Φ5，M6攻丝
10
钻M8孔至Φ6.8，M8攻丝
Φ40左端面及Φ20和Φ20.5两孔
10
半精铣和精铣U型槽15至15
Φ40右端面及Φ20和Φ20.5两孔
11
粗刨5X300平面
12
M6倒角0.7X600
M8、M6自定位
M8倒角1X600
13
拨叉工作表面高频淬火回火
14
去毛刺
15
检验
方案二：
工序号
工序内容
定位基准
1
铸造
2
粗铣Φ40右端面
Φ40左端面及45X15
端面
粗铣35X30右端面
3
粗铣Φ40左端面
Φ40右端面及45X15端面
粗铣35X30左端面
4
钻孔Φ20至Φ18
Φ40右端面及45X15端面,30×30端面
钻孔Φ20.5至Φ18
扩孔Φ20至19.8
扩孔Φ20.5至20.3
铰孔Φ20至Φ20H8
铰孔Φ20.5至Φ20.5
5
孔Φ20和Φ20.5右端倒角1X450
Φ20和Φ20.5自定位
孔Φ20和Φ20.5左端倒角1X450
6
粗铣35X30上端面
Φ40右端面，Φ20孔及Φ20.5孔
7
粗铣U型使槽宽为14，U型槽底部距上端22及R3圆角
Φ20和Φ20.5两孔及Φ40右端面
8
粗刨5X300平面
Φ20和Φ20.5两孔及Φ40右端面
9
粗铣45X30端面
Φ20和Φ20.5两孔及Φ40右端面
10
钻M6孔至Φ5M6倒角0.7X600，M6攻丝
Φ40左端面及Φ20和Φ20.5两孔
11
钻M8孔至Φ6.8，M8倒角1X600，M8攻丝
Φ40右端面及Φ20和Φ20.5两孔
12
半精铣和精铣U型槽15至15
Φ40右端面及Φ20和Φ20.5两孔
13
拨叉工作表面高频淬火回火
14
清洗
15
终验
选择最佳方案：
比较两种方案，考虑到粗铣是切削热较大，不利于进行半精加工以及精加工，所以两道工序要分开。
遵循先重要表面先加工的原则，在铣槽时粗铣精铣为前后顺序。
选择方案二较好。
3.3加工设备及工艺装备的选择
加工设备及工艺装备
工序号
工序内容
加工设备
工艺装备
1
粗铣Φ40左端面,粗铣35X30左端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀、游标卡尺
2
粗铣Φ40右端面,粗铣35X30右端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀、游标卡尺
3
钻、扩、铰Φ20孔
摇臂钻床Z3025
高速钢锥柄麻花钻、游标卡尺
锥柄扩孔钻、铰刀、内径千分尺
4
钻、扩、铰Φ20.5孔
摇臂钻床Z3025
高速钢锥柄麻花钻、游标卡尺
锥柄扩孔钻、铰刀、内径千分尺
5
倒角Φ20、Φ20.5孔
立式钻床z525
锥面锪钻
6
铣35X30上端面,Ra25
卧式铣床x62
三面刃铣刀、游标卡尺
7
粗铣U形槽至
Ra25
卧式铣床X62
三面刃铣刀、深度游标卡尺
8
半精铣、精铣U形槽
卧式铣床X62
锯片铣刀、游标卡尺
9
U形槽端面倒角
磨床
砂轮、游标卡尺
10
粗刨5X300平面
牛头刨床
硬质合金刀具
11
粗铣45X30端面
立式铣床X51
高速钢套式面铣刀、游标卡尺
12
钻M6孔至Φ5，倒角0.7X600，攻丝
立式钻穿Z525
高速钢直柄麻花钻、游标卡尺
锥面锪钻、丝锥
13
钻M8孔至Φ6.8，倒角1X600，攻丝
立式钻穿Z525
高速钢直柄麻花钻、游标卡尺
锥面锪钻、丝锥
3.4机加工余量
1、Φ40左右端面
Φ40端面无精度要求，且表面粗超度为Ra25，因此Φ40端面只需要一次粗铣即可达到要求，铣削加工余量为3mm。
2、35X30端面
35X30端面无精度要求，且表面粗超度为Ra25，因此35X30端面只需要一次粗铣即可达到要求，铣削加工余量为3mm。
3、孔Φ20H9
采用材料为高速钢的直柄麻花钻Φ18GB1438-85进行钻孔，使得孔的直径达到18mm。
工序尺寸加工余量：
扩孔：
1.8mm（双边余量）
铰孔：
0.2mm（双边余量）
因此，扩孔时选用高速钢扩孔钻19.8GB1141-84，铰孔时铰刀选用材料为工具钢的机用铰刀20AH8GB1133-84。
4、孔Φ20.5
采用材料为高速钢的直柄麻花钻Φ18GB1438-85进行钻孔，使得孔的直径达到18mm。
工序尺寸加工余量：
扩孔：
2.3mm（双边余量）
铰孔：
0.2mm（双边余量）
因此，扩孔时选用高速钢扩孔钻20.3GB1141-84，铰孔时铰刀选用材料为工具钢的机用铰刀20.5AH8GB1133-84。
5、U型槽15
U型槽15
的公差为0.15-0.03=0.12mm，查《互换性与测试技术基础》可知，U型槽15
的公差等级为IT12，而且U型槽15
的表面粗超度为Ra3.2，因此U型槽15
须进行粗铣、半精铣、精铣三个工序。
U型槽15
的公差首先使用三面刃铣刀粗铣至14mm。
然后用锯片铣刀铣至15
工序尺寸加工余量：
半精铣：
0.6mm（双边余量）
精铣：
0.4㎜（双边余量）
6、螺孔M6
由于螺孔较小，在毛坯中未曾铸造，因此首先应采用材料为高速钢的锥柄麻花钻Φ5GB1438-85钻孔至Φ5。
由于表面粗糙度为Ra6.3，然后只需进行攻丝即可。
7、螺孔M8
由于螺孔较小，在毛坯中未曾铸造，因此首先应采用材料为高速钢的锥柄麻花钻Φ6.8GB1438-85钻孔至Φ6.8。
由于表面粗超度为Ra6.3，然后只需进行攻丝即可。
3.5切削用量及时间定额的计算
切确用量计算
在确定每道工序的切削用量以及每个工步的基本加工时间时，首先应该根据进给量查表所要求的条件确定加工工序所用机床的种类，通过查表得到机床的额定功率，再依据加工面的尺寸查表确定加工进给量。
根据背吃刀量和进给量确定加工工序的切削速度范围并选取一合适值对机床的转速计算。
最后根据计算出的机床转速查表得到实际加工过程中的机床转速，从而算出实际的切削速度。
将调整后的机床转速，切削速度，以及查表的到的进给量，背吃刀量正确填入工序卡中。
铣削基本时间的计算
粗铣
选用材料为高速钢的粗齿（Z=10）圆柱形铣刀：
铣刀50X80GB1115-85，查《实用机械加工工艺手册》知铣刀每齿进给量af=0.12-0.20（mm/z）。
取af=0.15。
根据工件材料HT200的硬度为190HB，介于150到225之间，且刀具材料为高速钢，因此铣刀的铣削速度范围为0.25到0.35（m/s），取v=0.3X60=18（m/min）。
i其中：
i=n=
l1=+（13）
l2=25
l—加工长度（mm）；
l1—刀具的切入长度（mm）；
l2—刀具的切出长度（mm）；
Z—加工余量（mm）；
ap—背吃刀量（mm）；
f—进给量（mm/r）；
n—机床主轴转速（r/min）;
v—切削速度（mm/s）；
D—加工直径（mm）。
粗铣Φ40左端面
取ap=Z=3mm，则i=1f=zaf=100.15=1.5（mm）
n===114.6（r/min）
l1=+（13）=+（13）
=（17.81519.815）（mm）取l1=18（mm）l2=4（mm）
Tj=0.36（min）
粗铣30X35左端面
取ap=Z=3mm，则i=1f=zaf=100.15=1.5（mm）
n===163.7（r/min）
l1=+（13）=+（13）
=（14.6116.61）（mm）取l1=15（mm）l2=4（mm）
Tj=i==0.22（min）
粗铣Φ40右端面和粗铣30X35右端面
粗铣Φ40右端面和粗铣30X35右端面与粗铣Φ40左端面和粗铣30X35左端面所需基本时间相同。
其他需要进行粗铣、半精铣或者精铣的表面的基本时间的计算与上述粗铣相同，在此就不再赘述。
钻削基本时间的计算
毛坯无孔时，钻孔基本时间的计算
in=
l1=cotKr+（12）l2=14
l—加工长度（mm）；
l1—刀具的切入长度（mm）；
l2—刀具的切出长度（mm）；
f—进给量（mm/r）；
n—机床主轴转速（
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