机械制造工艺学课程设计CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备.docx

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机械制造工艺学课程设计CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备

机械制造工艺学课程设计

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（年产量为5000件）。

目录

第1章设计目的

（一）零件的作用

（二）零件的工艺分析

第2章零件的分析

（一）确定毛坯的制造形成

（二）

第3章工艺规程设计

第4章夹具设计

参考文献

小结

第一章设计的目的

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学全部基础课程.技术基础课以及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。

它的实践性很强，与生产实际的联系十分密切，同时又能加强巩固学习过的理论知识。

因此，它在我们大学生活中占有重要的地位。

通过课程设计达到以下目的：

1.掌握并能熟练运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计的原理的知识，正确的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，能培养我们发现问题、思考问题、分析问题和解决问题的能力。

2.了解影响加工质量的各项因素，学会分析研究加工质量的方法，并能找到解决提高加工质量的问题。

3.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。

通过亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力,，巩固夹具设计的基本理论和方法，提高自己的理论水平。

4.掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量的等的选择应用能力。

5.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，增强了我们解决工程实际问题的独立能力，同时，锻炼了我们仔细耐心、严肃认真、一丝不苟、动手动脑的能力，为以后工作踏入社会作了铺垫。

第二章零件的分析

（1）零件的作用

题目给定的零件是CA6140拨叉如图1所示，它位于机床变速机构中，主要起换挡，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。

工作过程：

拨叉零件是在传动系统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速，转向。

其花键孔Φ25mm通过与轴的配合来传递凸轮曲线槽传来的运动，零件的两个叉头部位与滑移齿轮相配合。

宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拨动滑移齿轮时，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精度很高。

图1拨叉CA6140

（2）零件的工艺分析

CA6140拨叉共有两组加工加工表面。

以花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括Φ25+0.0230mm的六齿花键孔、Φ22+0.280mm花键底孔两端的2×20°到角和距中心线为27mm的平面。

CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。

分述如下：

1.零件孔Φ22的上下加工表面及花键孔Φ25mm

这一组的加工表面包括：

孔Φ22mm的上下加工表面，孔Φ22的内表面，有粗糙度要求为Ra小于等于6.3um,Φ25mm的六齿花键孔，有粗糙度Ra小于等于3.2um,扩两端两孔，有粗糙度要求Ra=6.3um,加工时以上下端面和外圆Φ40mm为基准面，又由于上下端面需要加工，根据“基准优先”的原则，故应先加工上下端面（采用互为基准的原则），再加工孔Φ22mm,六齿花键孔Φ25mm和扩孔。

2.以孔Φ22mm两侧的拨叉端面

这一组加工表面包括：

右侧距离18mm的上下平面，Ra=3.2um,有精铣平面的要求，左侧距离为8mm的上下平面，Ra=1.6um,同样要求精铣，加工时以孔22mm,花键孔25mm和上下平面为基准定位加工。

根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面尺寸，上述加工表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。

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。

第三章工艺规程设计

（1）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。

由于生产纲领为小批生产而且零件的尺寸并不很大，零件简单，故可采取铸模成型。

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。

（2）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Φ40mm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，以零件的右面为精基准。

（3）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20°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20°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+0.28mm,见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册表》3-598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

（5）确定切削用量及基本工时。

工序Ⅰ：

车削A面。

1、粗车

1．加工条件：

工件材料：

灰口铸铁HT200。

σb=145MPa。

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.a0=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）/nw×f=22.5/400×0.16=0.35（min）

由于下一道工序是钻孔，所以留下Φ20mm的台阶，所以L=（65-20）/2=22.5mm,L1=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＝Ф20ｍｍ，β=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm,a0=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=334.4n/m。

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,则实际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d0=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20°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d0＝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求。

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B面，然后精铣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d0=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d0=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=（Cvd0qv）/（Tm×ap×Xv×fz×yv×ae×uv×Zpv）

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=Km×Ksv×KTv=1.12×0.8×0.82=0.79

Vc=（Cvxdoxqv）/（Tm×ap×Xv×fz×yv×ae×uv×Zpv）=23.7（m/min）n=1000V/

d=（1000×23.7）/（3.14×50）=151r/min根据X62W型铣床说明书选n=160r/min

Vc=3.14nd/1000=（160×3.14×50）/1000=25.1m/min

Vf=nf=160×0.6=96mm/min

选Vf=80mm/min实际fz=Vf/（n×z）=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=2.8mm,Vf=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=（Cvd0qv）/（Tm×ap×Xv×fz×yv×ae×uv×Zpv）=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=210×0.6=126mm/min、VF=125mm/minfz=Vf/（n×z）=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=（Cvd0qv）/（Tm×ap×Xv×fz×yv×ae×uv×Zpv）×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=Km×Ksv×KTv=1.12×0.8×0.82=0.79

Vc=（Cv×d0×qv）/（Tm×ap×Xv×fz×yv×ae×uv×Zpv）×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=375×0.3=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=30×8×0.018×8/（63×375）=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=（Cv×d0×qv）/（Tm×ap×Xv×fz×yv×ae×uv×Zpv）×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=Km×Ksv×KTv=1.12×0.8×0.82=0.79

Vc=（Cv×d0×qv）/（Tm×ap×Xv×fz×yv×ae×uv×Zpv）×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=300×0.5=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）×2/150=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。

第四章夹具设计

（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