设计CA6140车床拨叉零件机械加工工艺规程及典型夹具.doc

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1、机械制造工艺学课程设计任务书题目: 设计CA6140车床拨叉零件机械加工工艺规程及典型夹具生产纲领：4000件/年（中、小批量生产）设计内容：一、 三份材料（一） 计算草稿（前期计算说明）（二） 工序、工艺卡片（工序过程卡片、加工工艺卡片）（三） 课程设计说明书（规范说明）二、 三张图纸（一） 加工零件图（手工绘制，分析所用）（二） 夹具体零件图（专用夹具CAD绘制） (三) 零件、夹具体装配图（零件、夹具体装配CAD绘制）注：本材料只是作为较规范的课程设计说明书，材料中不包括计算草稿，工序、工艺卡片，加工零件图，夹具零件图，零件、夹具装配图，需另外附上并作相关说明。目录前言-01一、根据生产

2、纲领，确定生产类型-02二、零件初步分析-02（一）、零件作用分析-02（二）、零件工艺分析-021.零件材料的选择-022.技术要求-033.零件表面加工方法-034.定位基准的选择-03（三）、零件毛坯-05三、工艺规程设计-07四、工艺装备选择-08五、机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸-09六、确定切削用量及基本工时-12（一）、工序的切削用量及基本工时-12（二）、工序的切削用量及基本工时-13（三）、工序的切削用量及基本工时-15（四）、工序的切削用量及基本工时-17（五）、工序的切削用量及基本工时-17（六）、工序、的切削用量及基本工时-18（七）、工序的切削用量及基本工时-18

3、七、专用夹具设计-191、问题的提出-2、夹具设计有关计算-4、夹具设计及操作的简要说明-八、设计感想-九、参考文献-前 言机械制造技术基础是以机械制造中的工艺问题为研究对象，实践性较强的一门学科，通过对此学科的课程设计，使我在下述各方面得到了锻炼：1.能熟练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，正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，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、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。3.学会使用手册及图表资料。4.培养了一定的

4、创新能力。通过对CA6140拔叉的工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如互换性与测量技术基础、机械设计、机械制造基础、机械制造技术基础、现代制造工艺方法)。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！一、 根据生产纲领，确定生产类型设计要求CA6140车床拨叉，年生产纲领为N=4000件/年，即每年生产量为4000件，则可知所设计的工艺规程应适合于中、小批量生产。二、 零件初步分析（一） 零件作用分析题目所要求设计CA6140车床拨叉，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

5、要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的20孔与操纵机构相连，二下方的 54半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。虽然拨叉并不参与传动机构的运动，但它的制造精度及工艺特性将会影响到传动机构的精确性。（二） 零件工艺分析1零件材料的选择材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差脆性高，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求。2 技术要求两件铸在一起应无渣，气孔。带通孔的圆柱表面与通孔中心线的垂直度误差为0.05mm，55的半圆孔两端面与通孔中心线的垂直度误差为0.07mm。3 技

6、术要求两件铸在一起应无渣，气孔。带通孔的圆柱表面与通孔中心线的垂直度误差为0.05mm，55的半圆孔两端面与通孔中心线的垂直度误差为0.07mm。4 零件表面加工方法零件加工的表面有内孔，端面，内圆面，锥销孔以及内螺纹。（1） .零件底面粗铣；（2） .40通孔上端面粗铣；（3） .22内孔钻、扩、粗铰、精铰；（4） .55内孔粗镗、精镗；（5） .73台阶面粗车、精车；（6） .4锥销孔-钻；（7） .M8内螺纹-钻、攻丝；（8） .最终铣断。5 定位基准的选择（1） .粗基准的选择考虑“粗基准一般使用一次”、“保证重要加工面余量均匀”原则，选择零件 40上端面为粗基准，加工得到底面，也保证

7、了尺寸30mm。（2） 精基准的选择考虑“基准重合”，即设计基准与工序基准的重合，减少基准不重合误差，以粗基准零件底面进行粗加工，半精加工得到 40上端面为精基准。（三） 零件毛坯1、毛坯种类：零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择砂型机器造型铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-8。2、毛坯的加工2.1毛坯余量的确定 （1）总体分析通过分析零件图纸（图1），零件的两小孔、大孔及上下端面需要机加工才能满足表面精度要求。其余表面精度要求不高，直接铸出既能满足要求。（2）22的通孔通

8、孔较小，不易用型芯铸出。考虑到这些结构即使铸造形式铸出表面精度也不能满足要求，还会大大降低零件的铸造工艺性。故采用余块结构不铸出孔。（3）55的大孔孔大，可直接铸造出来。然后再粗铣削，精铣达到所需要的要求。（40侧面孔系侧面孔系，孔的直径都较小，不易用铸造铸出，且有螺纹孔，采用后期机加工的方法更容易制作，故选用余块结构不铸出。2.2 分型面的选择与浇注位置的确定分型面选择的合适与否直接影响到铸造的工艺性能，甚至影响铸件的制造质量。浇注位置也对铸件的质量有直接影响，不良的浇注位置还会导致残次品率升高的问题，因此要合适的选择分型面以及浇冒口的位置。观察零件形状，可取下端面分型面。经分析，若选用上端

9、面为分型面，零件纵向尺寸较大，拔模难度较大，需要较大的拔模斜度。若采用下端面为分型面不仅可以减小拔模方向的尺寸从而降低拔模难度，还能顺利铸拨叉槽。综上选择下端面作为分型面。由于零件通孔不铸出，零件材料集中在下底面，故应该讲冒口位置设在下底面右端弥补材料凝固时收缩带来的材料不足问题，防止出现缩孔。浇口应设置在零件左端面一侧，开挖内浇道使铁水自然流入型腔，避免对型腔的冲刷。经查资料可知，采用11.5度的拔模斜度 材料的收缩率为0.81%2.4 毛坯工艺简图综上所述，根据零件尺寸以及个面所需的加工余量画出零件的毛坯工艺简图如下：三、 工艺规程设计通过以上分析，制定工艺路线时应以保证工件的几何形状，尺

10、寸精度，位置精度以及表面精度等要求，生产纲领为中、小批量，考虑采用通用机床。工艺方案如下：方案一1. 粗铣40孔的两头端面，73孔的上下端面；2. 精铣40孔的两头端面，73孔的上下端面；3. 粗镗、半精镗、精镗55孔至图纸尺寸；4. 钻、扩、铰22孔至图纸尺寸；5. 钻M8螺纹底孔，钻8锥销孔一半，攻M8螺纹；6. 铣断，并保证图样尺寸；7. 去毛刺，终检。方案二1. 粗铣40孔的两端面；2. 钻、铰22孔至图纸尺寸；3. 粗镗、半精镗、精镗55孔至图纸尺寸；4. 粗车、半精车73台阶面；5. 钻M8螺纹底孔，钻8锥销孔一半，攻M8螺纹；6. 铣断；7. 去毛刺，终检。比较分析两个方案：方案

11、一 先加工完与 22孔有垂直度要求的面再加工孔。装夹次数较少，但在加工 22孔时最多只能保证一个面的垂直度要求。方案二 先加工 22内孔，再以孔的中心线来定位加工完与之有垂直度要求的三个面，这样体现了基准重合原则。比较综合后，加工的最终路线确定为： . 粗铣底面； . 粗铣、半精铣 40端面； . 钻、扩、粗铰、精铰 22孔至图纸尺寸；. 粗镗、半精镗、精镗55孔至图纸尺寸；. 粗车、半精车 73上台阶面，翻转，粗车、半精车 73下台阶面；. 钻 8锥销孔的一半，然后与轴作配合钻通；. 钻M8螺纹底孔，攻M8内螺纹；. 铣断，并保证图纸尺寸；. 去毛刺，检查零件合理性。四、 工艺装备的选择工序

12、、X61W万能铣床、通用夹具、端面铣刀；工序Z525立式钻床，通用夹具，麻花钻，铰刀；工序T68卧式铣镗床，专用夹具，镗刀；工序C385L六角（转塔）车床，专用夹具，车刀；工序、Z32K万象摇臂钻床，专用夹具，麻花钻，丝锥；工序X61W万能铣床，通用夹具，锯片铣刀；工序塞规，卡尺。工步、工序工序余量/mm工序基本尺寸/mm公差等级IT值/mm极限尺寸/mm精铰孔0.0622IT70.021粗铰孔0.1422-0.06=21.94IT80.033扩孔1.821.94-0.14=21.8IT100.084钻孔20IT120.21五、 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸1.外圆表面（ 40及73外表面

13、）考虑到此表面为非加工表面其精度为铸造精度CT8即可，又因为它们是两个连在一起的工件，最后要将其分开，故对40的中心轴线的尺寸偏差为120+4mm。2. 22mm的通孔：由于孔的直径仅为22mm，且其深度为50mm,若在毛坯上铸出孔来，会因为孔中心的砂芯过长而损坏毛坯，所以对于孔的部分直接铸造成实体结构，再在后续的加工中进行钻孔，铰孔操作，并保证它与操纵机构的配合精度，必须使其精度介于IT7IT8之间，参照机械加工工艺手册确定工序尺寸余量为：钻孔至21.8mm 铰孔22mm达到图样要求。注：各加工方法对应的公差等级根据互换性与技术测量基础中标准公差值查取。表中未定值由机械制造工艺设计简明手册中

14、表2.3-8可知，钻孔余量为20mm，扩孔余量为1.8mm，粗铰余量为0.4mm，精铰余量为0.06mm，最终得到22H7的内孔。3.中间孔（ 55和 73）在铸造的毛坯当中，这两个孔的尺寸为直径铸为一体，均为48.5mm，而且55mm和73mm的半孔的高度相差10mm，且分在两侧，不易铸造成型，也将这两个铸造成一体。在上两步镗削的基础上，将上下表面各自相差的5mm车削出来，再镗削两个半孔：粗车：71mm,再半精车至73mm。55mm工序尺寸及余量： 粗镗至53mm，半精镗至54mm，精镗至55mm即可。工步、工序工序余量/mm工序基本尺寸/mm公差等级IT值/mm极限尺寸/mm半精镗孔1.0

15、55IT120.30粗镗孔3.055-1.0=54.0IT130.46毛坯孔4.054.0-3.0=51.0IT140.74 注：同上述1的分析，各加工方法的公差等级根据标准公差值选取，而粗镗孔的基本尺寸由表2.3-1选取，并修正为：粗镗为54.0mm，半精镗为55.0mm，加工余量分别为3.0mm，1.0mm，毛坯孔为，粗镗孔为，半精镗孔为，最终得到55H12的孔。 4.螺纹孔及销孔； 在铸造毛坯的时候，很难将与轴线垂直的孔铸造出来，于是将毛坯上的螺纹孔和销孔铸造成实体，再在毛皮成型之后，钻削出基孔，在经过适当的铰孔，钻螺纹成型。钻8mm螺纹基孔，8mm圆柱销孔和螺纹孔的攻丝。 6.铣断连接

16、在一起的毛坯：完成上述的加工后，将两个连接在一起的毛坯铣开，铸造时将73两个工件铸造在一起成为一个整圆，每一侧有2mm的加工余量，依据此完成图样尺寸的加工。 7.计算尺寸链环基本尺寸/mm上偏差（ES）下偏差（EI）增环50+0.310.31减环-25+0.1050.105减环Xab封闭环(20)(0.07)（0.21）由此得极限尺寸，IT=0.97（可换为IT16选定）综合可得重要的线性尺寸：、。而对于 73 台阶面的加工余量，可由加工方法定性确定。粗车时，加工余量为3mm，半精车时（分两次）加工余量为2mm，同时得到极限尺寸如下：修正后，取IT=0.46mm，极限尺寸为。计算如下表：对于其

17、余的工序余量，工序尺寸到相应的加工工步再进行计算确定。对于毛坯孔，上道工序已经加工。依据此完成图纸尺寸加工。工序名双边余量基本尺寸公差等级公差值极限尺寸半精车（2）3.073.0IT130.46半精车（1）3.070.0IT130.46粗车（2)6.067.0IT140.74粗车（1）6.061.0IT140.74毛坯（*）18.055.0IT120.30六、 切削用量及基本工时 （一）工序切削用量及基本工时1.加工条件（1）工件材料：HT200，0.16GPa， 190220HBS，铸造。（2）加工要求：粗铣底面。（3）机床：X61W卧万能式铣床。（4）刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,

18、牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定=3.0mm，=255r/min,Vfc=390mm/s，=80.0m/min，=0.15mm/z。（4）计算基本工时=196/390=0.5min。（二）工序切削用量及基本工时1. 加工条件（1）工件材料：HT200，0.16GPa ，190240HBS，铸造。（2）加工要求：粗铣、半精铣40上端面。（3）机床：X6140卧式铣床。（4）刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc。故校验合格。最终确定 =3.0mm，=255r/min,Vfc=390mm/s，=64m/min，=0.

19、20mm/z。6）计算基本工时2x(29+40)/980=0.14min。2.2半精铣时的切削用量及基本工时1） 铣削深度 因为切削量较大，可以选择=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量 机床功率为=4.5x0.75=3.375kw。查简明手册f=0.14-0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.13 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查简明手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查简明手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按简明手册，查得 Vc6mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据X61W铣床参数，选择nc=475r/m

20、in,Vfc=475mm/s,则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,进给量=V fc/ncz=475/(300*10)=0.65mm/z。5)校验机床功率 查简明手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap =1.0mm，nc=380r/min,Vfc=980mm/s，Vc=95m/min，f z=0.065mm/z。6）基本工时 T=2x（120/980）=0.25（三）工序切削用量及基本工时 1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=20mm，钻头采用双头刃磨法，后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横

21、刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 2.选择切削用量 （1）决定进给量查切 所以， ，按钻头强度选择 按机床强度选择，最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查简明手册）为0.5.mm，寿命 （3）切削速度查切 修正系数 故。 查简明手册机床实际转速为故实际的切削速度 3.计算工时 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。扩铰和精铰的切削用量如下： 扩孔： 基本工时： 粗铰： 基本工时： 精铰： 基本工时： （四）工序切削用量及基本工时 以40外圆为基准，粗镗、半精镗51孔至55。1. 选择刀具 选择YG6硬

22、质合金刀具，刀具具体参数由机床选取。 2.选择切削用量及基本工时 （1）决定切削用量 查简明手册 知道，粗镗时：，f=0.19mm，n=400r/min，；半精镗时：，f=0.37mm，n=630r/min，（2） 基本工时 粗镗时： 半精镗时：（五）工序切削用量及基本工时1. 加工条件此工序需加工出 73上、下台阶面，需粗车，半精车完成。 2.选择刀具 选取90度偏头端面硬质合金车刀，刀具寿命为T=60min。3. 确定切削用量粗车时：，f=0.76mm/r，n=233r/min；半精车时：，f=0.42mm/r，n=434r/min。 4.基本工时基本工时为T=0.692min（六）工序、

23、切削用量及基本工时 3.确定切削用量 钻4 锥销孔：，f=0.20mm/r，n=900r/min； 钻M8螺纹底孔：，f=0.30mm/r，n=630r/min； 攻M8螺纹底孔：，f=1.25mm/r，n=315r/min。 4.基本工时 钻4 锥销孔：； 钻M8螺纹底孔：； 攻M8螺纹底孔：。（七）工序切削用量及基本工时此工序要求直接铣断即可，选择d=50mm，D=13mm，L=41mm，Z=24的中齿圆锯片铣刀，刀具寿命为T=60min。最终确定的切削用量及基本工时：，f=0.101mm/r，n=210r/min；七、专用夹具设计为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹

24、具，并设计可完成拨叉工作面加工工序的夹具结构设计。（一） 问题提出本夹具是用来完成拨叉工作面的车削加工，即完成73mm的侧面加工、55mm的圆端面加工，以及55mm的内圆面镗削加工。对于端面，为两端的加工，表面的粗糙度值为Ra=3.2，车削深度为每端5mm，由于车削量较大，可在多次装夹中通过多次性车削完成。考虑保证图样的垂直度要求及表面粗糙度要求，增强装夹的可靠性及降低劳动强度。（二）夹具设计1.定位基准的选择由于在铸造时采用一模两腔的方法铸造，在加工至此工序时，两个工件仍旧是连接在一起的，且其上下端面的加工和22mm的孔的加工已经完成，具有良好的尺寸精度和位置精度，采用一面两孔的定位方式。由

25、图纸加工要求，可以得出加工该零件的 73孔台阶， 55孔时应该需要限定的自由度有、，、，（由 73台阶面、 55要求限定）；此外，垂直度的要求也限定了、。又有 73台阶面的深度限定了，克服镗削时的切削力，则需要限定。所以，由以上分析，可得出定位方案为一个平面、长圆柱定位销、菱形销。这样的定位方案具有良好的尺寸精度和位置精度。2. 夹具设计计算车削力的计算：公式：第一次车削： ，。则注：以上数据可由切削用量简明手册表1.29、表1.29-1、表1.28查取。第二次车削时：，由于，则以为准。镗削时：第一刀，；第二刀，。由于粗车时，背吃刀量是最大的，则最大切削力为1934N。径向切削力：粗镗时，注：

26、以上数据由相关手册查取。差得，半精镗时，经以上计算，粗车时的径向切削力最大，为579.78N。计算切削力时，必须将安全系数考虑在内：安全系数其中，为基本安全系数，取1.5；为加工性质系数，取1.1,；为刀具钝化系数，取1.1；为继续切削系数，为1.1。则，则夹紧力应大于3861.23N。由于该夹具采用的是4个螺栓进行夹紧，由机械设计表5.5可差得铸铁零件干燥的加工表面摩擦系数f取0.1。所以，螺栓的预紧力为，由于夹具选用4个螺栓，每两个一组，则需计算：；由公式，则最终算得，因此，应取M16的螺栓；而对于定位孔，则根据孔径取M22的螺栓。3. 夹具简要说明该夹具在T68镗床、C385L六角车床上

27、使用，在机械加工工序的、中使用。夹具使用花键与螺钉直接与车床主轴连接，这样保证了主轴回转中心线与工件在夹具上的定位面的位置度要求。夹具使用的是一个长圆柱销、削边销以及小圆台定位工件；在使用螺栓手动夹紧工件。夹具结构与操作相对简单，比较符合中、小批量生产要求。 4.夹具图、夹具、工件装配图详见附页。八、设计感想经过三周的努力，我们小组共9人在林勇传老师耐心而认真的指导下，圆满地完成了本次的现代机械制造工艺课程设计。小组各成员讨论了几种工艺路线方案并选择最优方案后，进行明确的小组分工。其次，在有些地方，我们争吵辩论的很激烈，从而发现问题解决问题。 本次课程设计主要经历了两个大块：第一大块是选择零件

28、加工的工艺路线和各工序的加工方法；第二大块是专用夹具设计。第一大块我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；第二大块的夹具设计阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。通过这次课程设计，我们得到了很大的启发和收获。首先我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查切削手册、夹具设计手册等相关手册、选择使用工艺装备等等，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。其次我们学会了分工合作，为以后自己在工作岗位上更好地与同事们团结协作、出色完成任务提供了一次很好的学习机会和宝贵经验。 由于我们的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我们将万分感谢你们的批评与指正。九、参考文献1.段明扬主编 广西师范大学出版社出版现代制造工艺设计方法2.柯建宏主编 华中科技大学出版社出版机械制造技术基础课程设计3.胡凤兰主编 高等教育出版社出版互换性与技术测量4.王凡主编 机械工业出版社机械制造工艺设计手册5.艾兴、肖诗纲主编 机械工业出版社切削用量简明手册