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（型号831002）”零件的机械加工工艺规程及工艺设备（大批量生产）

20##年6月

机械制造工艺学课程设计任务书

题目：设计“CA6140车床拨叉（型号831002）”

零件的机械加工工艺规程及工艺设备

（大批量生产）

内容：1.机械加工工艺路线设计卡       1份

        2.机械加工工艺过程卡           1份

        3.机械加工工序卡               1份

        4.夹具总装图和主要零件图       1套

        5.课程设计说明书               1份

20##年6月

目录

序言... 3

一、零件的分析... 3

（一）零件的作用... 3

（二）零件的工艺分析... 3

二、工艺规程设计... 4

(一)确定毛坯的制造形式... 4

（二）基面的选择... 4

（1）粗基准的选择... 4

（2）精基准的选择... 5

（三）制定工艺路线... 5

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定... 6

（五）确立切削用量及基本工时... 7

三、  夹具设计... 16

（一）问题的提出... 16

（二）夹具设计... 16

1.定位基准的选择... 16

2.切削力和夹紧力计算... 16

3.定位误差分析... 18

4.夹具设计及操作的简要说明... 18

参考文献... 18

序言

机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、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的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。因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

    就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

   由于能力所限，设计尚有的不足之处恳请老师给予指教。  

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目所给定的零件是CA6140车床的拨叉，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要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ25孔与操纵机构相连，下方的φ60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。两零件铸为一体，加工时分开。

（二）零件的工艺分析

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.以φ25mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ25H7mm的孔和φ42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为φ25H7mm通孔。

2.以φ60mm孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ60H12的孔和φ60H12的两个端面。其中主要是φ60H12的孔。

3.铣16H11mm的槽

这一组加工表面包括：16H11mm槽的端面、底面和槽两侧面。

4.以M22×1.5螺纹孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：M22×1.5的螺纹孔和长32mm的端面。其中主要加工表面为M22×1.5螺纹孔。

这些加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：

（1）φ60孔端面与φ25H7孔垂直度公差为0.1mm；

（2）16H11mm的槽与φ25H7的孔垂直度公差为0.08mm。

由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

二、工艺规程设计

(一)确定毛坯的制造形式

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，故选择铸件毛坯。又由于零件为大批量生产，从提高生产率、保证加工精度上考虑，也应该是这样。

（二）基面的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得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，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。依据这个基准选择原则，现选取φ25孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ42作主要定位面，限制4个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。

（2）精基准的选择

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时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。

（三）制定工艺路线

   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技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,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。

由本零件的几何形状、尺寸精度、位置精度以及加工步骤要求，经过思考比较分析，现把加工工艺路线制定如下表：

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

“CA6140车床拨叉（831002）”，零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛坯重量1.8kg，生产类型为大批量，铸造毛坯。采用砂型手工造型，公差等级查《机械制造工艺设计简明手册》（简称《工艺手册》）表2.2-3为CT11～13。

依据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1.外圆表面（φ42）

考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。

2. 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ25，φ60端面）

查《工艺手册》表2.2-5取MA为H级，再查2.2-4取φ25，φ60端面长度余量均为3.5（均为双边加工），铣削加工余量为：         

 粗铣  2.5mm

精铣    1mm

3.内孔（φ60已铸成φ50的孔，φ25的孔也已铸出φ15的孔）

查《工艺手册》表2.3-8，为了节省材料，取φ60孔为已铸成孔长度余量为10mm，即铸成孔半径为50mm。工序尺寸加工余量：

                   钻孔     5mm

镗孔   4.5mm

铰孔   0.4mm

精铰   0.1mm

 同理，零件φ25的孔也已铸出φ15的孔。工序尺寸加工余量：

                       钻孔     8mm

                       扩孔   1.8mm

                       粗铰   0.14mm

                       精铰   0.06mm

4.槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量

铸出槽端面至中心线48mm的距离，余量为3mm。 工序尺寸加工余量：              粗铣端面   2mm

                    精铣      1mm

5.螺纹孔顶面加工余量

铸出螺纹孔顶面至φ25孔轴线且垂直轴线方向40mm的距离，余量为4 mm。工序尺寸加工余量：

                  粗铣顶面    3mm

                    精铣      1mm   

6. 其他尺寸直接铸造得到

由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。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认。

（五）确立切削用量及基本工时

工序一    以φ42外圆为粗基准，粗铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200, ，,铸造。

加工要求：粗铣φ25孔上下端面。

机床： X53K立式铣床。

刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。根据《切削用量简明手册》（简称《切削手册》）表3.1有铣削宽度,深度,齿数,刀具直径。再由表3.2取刀具前角,后角，副后角,刀齿斜角,主刃,过渡刃,副刃,过渡刃宽。

2. 切削用量

1）铣削深度

因为切削量较小，故可以选择，一次走刀即可完成所需长度。

2）每齿进给量

机床功率为10kw，查《切削手册》表3.5，由于是对称铣，现选量。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.8，寿命。

4）计算切削速度

按《切削手册》表3.16，查得：， ，。再查表修正系数为，，，，，则

5）计算基本工时    

工序二    精铣φ25孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200, ，,铸造。

加工要求：精铣φ25孔上下端面。

机床：X61W卧式铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。根据《切削手册》表3.1有铣削宽度,深度,齿数,刀具直径。再由表3.2取刀具前角,后角，副后角,刀齿斜角,主刃,过渡刃,副刃,过渡刃宽。

2. 切削用量

1） 铣削深度

因为切削量较小，故可以选择，一次走刀即可完成所需长度。

2） 每齿进给量

机床功率为4kw，查《切削手册》表3.5，由于是对称铣，选较小量。

3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.8，寿命。

4）计算切削速度

按《切削手册》表3.16，查得：， ，。再查表修正系数为，，，，，则

5）计算基本工时    

工序三    以φ25孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ25孔,使孔的精度达到IT7。

1. 选择钻床及钻头

选择Z512钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻，

钻头采用双头刃磨法。

2.选择切削用量

（1）决定进给量

由,查《切削手册》表2.7有钻头 ，再查表2.9选择机床允许强度的进给量，最终决定选择机床已有的进给量。

（2）耐用度　

查《切削手册》表2.12：  

（3）切削速度

查《切削手册》表2.16： 

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：

扩钻：选高速钢扩孔钻  ， ，   ，则

铰孔：

选高速钢铰刀  ， ，

  ，则 

精铰：选高速钢铰刀   ， ，    ，则 

总共为

工序四    以φ25孔为精基准，粗铣φ60孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200, ，,铸造。

加工要求：粗铣φ60孔上下端面。

机床： X52K立式铣床。

刀具： W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。由《切削手册》表3.1有铣削宽度,深度,齿数,刀具直径。再由表3.2取刀具前角,后角，副后角,刀齿斜角,主刃,过渡刃,副刃,过渡刃宽。

2. 切削用量

1）铣削深度

因为切削量较小，故可以选择，一次走刀即可完成所需长度。

2）每齿进给量

机床功率为7.5kw，查《切削手册》表3.5，由于是对称铣，现选量。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.8，寿命。

4）计算切削速度

按《切削手册》表3.16，查得：， ，。再查表修正系数为，，，，，则

5）计算基本工时    

工序五    以φ25孔为精基准，精铣φ60孔上下端面，保证得到尺寸12d11mm以及端面相对孔的垂直度误差不超过0.1。

1. 加工条件

工件材料：HT200, ，,铸造。

加工要求：精铣φ60孔上下端面。

机床：X62W卧式铣床。

刀具：高速钢错齿三面刃铣刀，φ160mm，。

1） 铣削深度

因为切削量较小，故可以选择，一次走刀即可完成所需长度。

2） 每齿进给量

机床功率为7.5kw，查《切削手册》表3.5，由于是对称铣，选较小量。

3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.8，寿命。

4）计算切削速度

按《切削手册》表3.16，查得：， ，。再查表修正系数为，，，，，则

5）计算基本工时    

工序六    以φ25孔为精基准，钻、镗、铰、精铰φ60孔，保证孔的精度达到IT7。

1. 选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时d_o=55mm，钻头采用双头刃磨法。选择Z516钻床， 。

2.选择切削用量

（1）决定进给量

 查查《切削手册》表2.7钻头进给量  ， 按钻头强度选择 ，按机床强度选择，最终决定进给量。  

（2）计算工时

选择，则　

3.镗孔：选择高速钢镗刀，，，则

4.粗铰：选高速钢铰刀  ， ，

  ，则 

5.精铰：选高速钢铰刀   ， ，    ，则 

总共为

工序七     以φ25孔为精基准，铣螺纹孔顶面。

1. 选择机床及刀具

机床：X53K立式铣床。

刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。

2. 切削用量

1）铣削深度

因为切削量较小，故可以选择，两次走刀即可完成所需长度。机床： X53K立式铣床。

2）每齿进给量

机床功率为10kw，查《切削手册》表3.5

3）刀具寿命

    查《切削手册》表3.8，寿命

4）计算切削速度

按《切削手册》表3.16，查得：， ，，则。

工序八    以φ25孔为精基准，钻φ20孔（装配时钻铰锥孔）。

1. 选择钻床及钻头

选择Z512钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻，

钻头采用双头刃磨法。

2.选择切削用量

（1）决定进给量

由,查《切削手册》表2.7有钻头 ，再查表2.9选择机床允许强度的进给量，最终决定选择机床已有的进给量。

（2）耐用度　

查《切削手册》表2.12：  

（3）切削速度

查《切削手册》表2.16： 

3.计算工时

工序九    以φ25孔为精基准，钻孔φ20攻M22×1.5螺纹。

查《工艺手册》表3.1-48 M22×1.5为细牙普通螺纹用丝锥，

，，则

工序十    以φ25孔为精基准，铣槽端面。

1.选择机床刀具

选择X53K立式铣床，W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。

2.切削用量

1）铣削深度

因为切削量较小，故可以选择，两次走刀即可完成所需长度。

2）每齿进给量

机床功率为10kw，查《切削手册》表3.5，由于是对称铣，现选量。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.8，寿命。

4）计算切削速度

按《切削手册》表3.16，查得：， ，。

5）计算基本工时    

工序十一    以φ25孔为精基准，铣16H11的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是0.08。

1.选择机床及刀具

机床：X61W型万能铣床

刀具:错齿三面刃铣刀铣槽， ，齿数。

2.计算切削用量

1）铣削深度

因为切削量较小，故可以选择，一次走刀即可完成所需长度。

2）每齿进给量

查《切削手册》表3.3，现选量。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.8，寿命。

4）计算切削速度

按《切削手册》表3.10，查得：， ，。

3.计算切削工时

   

工序十二    两件铣断。

工序十三    检查。

三、  夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计铣12d11mm 两端面的夹具。

（一）问题的提出

本夹具要主要用于精铣12d11 mm两端面，对12d11 mm的要求有：槽宽16H11 精度等级为IT12级，槽深8H12 精度等级为IT12级，槽两侧面粗糙度为3.2，槽底面粗糙度为6.3。本道工序只精铣一下槽即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证槽的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。

（二）夹具设计

1.定位基准的选择

定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。由零件图可知：Φ25的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ25孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以V型块夹具限制零件的4个自由度，一个挡销和压板限制另外两个自由度，结构如装配图。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

2.切削力和夹紧力计算

（1）刀具：高速钢错齿三面刃铣刀，φ160mm，。

机床： x62W铣床，《切削手册》表3.28所列公式 得

      

其中修正系数，，，， ， ，。又有，，代入上式，可得，因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数其中：为基本安全系数1.5，为加工性质系数1.1，为刀具钝化系数1.1， 为断续切削系数1.1。

所以   。

(2)夹紧力的计算

选用夹紧螺钉夹紧机构，由

其中f为夹紧面上的摩擦系数，取，（G为工件自重），则：

夹紧螺钉：公称直径d=20mm，材料45钢，性能级数为6.8级。

，。螺钉疲劳极限：，许用应力幅：，

极限应力幅： 。

螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为  ，其中，取得：，则：  ，经校核，满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。

3.定位误差分析

(1)定位元件尺寸及公差确定。

夹具的主要定位元件为一长V型块夹具、一个挡销和压板。

(2) 工件的工序基准为孔心，夹具是用来在x62W铣床上加工。工件上孔与夹具上的V型块保持固定接触，此时可求出孔心与V型块中心连线方向上的定位误差。

另外加工时的垂直度误差为0.1。本工序采用一挡销和压板，工件始终靠近V型块的一面，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。

4.夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式，结构简单紧凑。精铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。

参考文献

[1]  机械制造工艺设计简明手册  哈尔滨工业大学 李益民 机械工业出版社

[2]  机床夹具设计手册  东北重型机械学院、洛阳农业机械学院编  上海：上海科学技术出版社

[3]  切削用量手册  艾兴，肖诗纲主编  北京：机械工业出版社

[4]  金属切削手册[第三版] 上海：上海科学技术出版社

[5]  机械制造工艺学课程设计指导书 哈尔滨工业大学 赵家齐机械工业出版社