机械制造工艺学课程设计CA拨叉说明书

1、 机 械 制 造 工 艺 学 课 程 设 计 实 例机 械 制 造 工 艺 学课程设计说明书 设计题目 设计“拨叉”零件的机械加工 工艺规程及工艺装备（中批量生产） 设 计 者 ：张瑞锋 指导老师 ：张接信 长 安 大学 机制教研室 2014年1月16日 长 安 大 学 机械制造工艺学课程设计说明书 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（中批量生产）内容 1.零件图 一张 2毛坯图 一张 3机械制造加工工艺过程综合卡片 一张4. 工艺装备设计 一张 5 .工艺装备零件图 三张6课程设计说明书 一份 班 级：机制四班 学 生：张瑞锋（2504100410） 指导老师

2、：张接信 2014年1月前 言通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如公差与配合、机械零件设计、金属切削机床、机械制造工艺等)。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！在些次设计中我们主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，张接信老师，苏进展老师，高琳老师，贺朝霞老师给了我们大力帮助，在此表示感谢！ 机制四班 831005小组2014年1月16日 设计的目的：机械制造工艺

3、学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地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，培养学生分析问题和解决问题的能力。2、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。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会

4、使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。一 零件的分析（一）、零件的作用：题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）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进行工作。宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔动使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mm的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。（二）、零件的工艺分析：CA6140拨叉共有两组加工表面。1. 以花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括mm的六齿方花键孔、花键底孔两端的2×到角和距中心线为27mm的平面。2.

5、以工件右端面为基准的mm的槽和mm的槽经上述分析可知， 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。二、工艺规程设计(一) 确定毛坯的制造形成。 零件材料为HT200，由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采用金属型铸造。从机械制造工艺设计简明手册表2.2-1，,2.2-3,2.2-4,2.2-5中查得：铸件尺寸为9级精度，长度尺寸80mm的加工余量为3±1.1mm,尺寸27mm的加工余量为3±0.9mm。（二）基准的选择。1. 粗基准的选择：以40的外圆表面，工件未加工的左端面作为粗基准。2. 精度基准的选择：以零件已加工的右端面

6、以及已加工的花键孔中心线为精基准。(二) 制定工艺路线。工序：.铣右端面，保证尺寸80mm。以工件左端面作为粗基准。选用卧式铣床X63及专用夹具。.钻，扩花键底孔22mm，以已加工的右端面面为基准，选用转塔车床C365及专用夹具。 .220+0.28mm内孔倒角2×15，以花键底孔的中心线为基 准，选用卧式铣床X63及专用夹具。 . 拉花键孔3×mm，以花键底孔的中心 线及已加工右端面为基准，选用卧式拉床L6120及专用夹具。 .铣上底面，保证尺寸27mm，以花键孔中心线为基准。铣直 槽mm，保证尺寸10mm，以花键孔中心线及已加工的 右端面为基准。选用卧式铣床X63及专用

7、夹具。 .铣直槽17.4×50×40mm，保证尺寸26.3mm，以花键孔中心 线及已加工的右端面为基准，选用卧式铣床X63及专用夹具。 .磨削直槽mm，保证尺寸26mm，以花键孔中心 线及已加工的右端面为基准，选用卧轴矩形平面磨床M7130及 专用夹具。 .去毛刺。 .终检。(三) 机械加工余量。 CA6140的拨叉材料为HT200。毛坯重量为1.0 kg，b =160MPa ，HBS=175HBS，生产类型为由中批量生产，采用金属型铸造。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. 右端面的加工余量 右端面有3±1

8、.1mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切 除。根据机械制造工艺设计简明手册表3.3确定粗铣后精 铣的加工余量为1mm。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22 0+0.28，参照机械制造工艺设计简明手册 表2.3-9确定孔加工余量的分配：钻孔：20mm扩孔：21mm拉花键孔：拉削时的加工余量参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-19取2Z=1mm。3. 上底面的加工余量。此工序分2个工步1、粗铣上底面 2、精铣上底面。精加工余量为1mm。 4.mm直槽的加工余量。 参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-22粗铣后精铣的加 工余量取2Z=2mm。 5.mm直

9、槽的加工余量。 参照机械制造工艺设计简明手册表2.3-22，粗铣后精铣的加工余量为2Z=2.4mm，精铣后磨削的加工余量为2Z=0.6mm。(五)确定切削用量及基本工时。工序 ：铣削右端面。 1加工条件。工件材料：灰口铸铁HT200。 b=145MPa。铸造。加工要求：粗、精铣右端面并保证80mm的工序尺寸，Ra=3.2µm机床X63。刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀d=225mm，L=40mm，刀片材料：高速钢 =， ， Kr=， ， z=202、 计算切削用量。.粗铣（1）已知长度方向的加工余量为3±1.1mm 。实际端面的最大加工余量为4.1mm 。故二次加工（粗铣和精铣）

10、。长度加工公差IT 3级 取-0.54 mm （入 体方向） （2）进给量、根据切削简明手册表3.3取mm/齿.（3）计算切削速度。按切削简明手册表3.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选T=120min，表3.8） 式中=48，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2，T=120min，=40mm，=0.20mm/齿，=3.1mm，z=20，d=225mm，=1.0.得 v=27m/min。 （4） 确定机床主轴转速 （r/min)采用x63卧式铣床，根据机床使用说明书（见机械制造工艺设计简明手册表4.2-39），取=37.5r/min,所以实际切削速度V=26.5m/

11、min =0.20×20×37.5=150mm/min,查说明书，刚好=150mm/min，故直接选用此值。（5）切削工时，按工艺手册表6.2-7Tm=0.55min， = 53.6mm， 1=25.8mm，2=3.6mm、精铣1) 已知精加工余量为1mm。进给量f. 根据切削用量简明手册可得， f=1mm/r2) ，故根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-39和表4.2-40，以及精加工时，应用较大的切削速度，故取，所以v=67.2m/min3) 切削工时，查工艺手册表6.2-7 Tm= =0.76min L=72mm工序.钻孔、扩孔。 （1）、钻孔20mm钻头选择：见切

12、削用量简明手册表2.2采用高速钢麻花钻头钻头几何形状为（表2.1及表2.2）：双锥修磨具刃，钻头参数：20 =30°，2=118°，2=70°，b=3.5mm ,ao=12°,=55°,b=2mm，=4mm。a.进给量 根据切削用量简明手册表2-15确定f=0.70mm/r b.切削速度由切削用量简明手册，表2.15得 =17m/min=1000V/D=270.6r/min 根据表4.2-2取=238r/min， 实际v=14.95m/min c. 基本工时，Tm=0.56min，L=94mm （机械制造工艺设计简明手册表6.2-5） （2）扩

13、孔 22mm 刀具直径do=22mm；刀具几何参数同上。 根据有关此料介绍，利用钻头进行扩孔时，其进给量与速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 所以计算得=1.24mm/r,v=5.7m/min.=82.5r/min,选取=78r/min 故加工工时T=0.87min 工序.倒角 刀具：高速钢直柄反燕尾槽铣刀 d=22mm，z=15根据切削用量简明手册表3.3得 根据一般资料以及 计算得v=12.8r/min 185r/min,按机床说明书取 实际切削速度 v=13.1m/min 切削工时T=×2=0.22min 工序 拉花键孔单面齿升：根据机械加工工艺手册，单行本，

14、拉削、刨削、插削加工，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿为0.06mm,拉削速度 v=6m/min切削工时 t=Zblk/1000vfzZ式中： Zb 单面余量1.5mm(由22mm拉削到25mm)； L 拉削表面长度，80mm； 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=80/127其本工时 Tm=1.5×80×1.2×1.4/1000

15、×6×0.06×7=0.08(min)工序 粗铣，精铣上底面，铣mm直槽1. 粗铣上底面选择刀具 高速钢镶齿三面刃铣刀d=200mm，L=28mm，刀片材料：高速钢 =， ， Kr=， ， z=12根据切削用量简明手册表3.3得，寿命选T=120min，根据表3.8 式中=48，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2，T=120min，=40mm，=0.20mm/齿，=2.9mm，z=12，d=200mm，=1.0.得v=27m/min则=43r/min，根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-19，取n=47.5r/min，所以实际切削速度

16、v=29.8m/min，=0.20×12×47.5=114mm/min，故根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-20，取 =118mm/min，所以此时=0.21mm/齿加工工时 T=（41.8+25.3+3.9）/118=71/118=0.60min2. 精铣上底面加工余量为1mm根据切削用量简明手册得=1mm/r，切削深度为1mm由，故根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-39和表4.2-40，以及精加工时，应用较大的切削速度，故取，此时实际切削速度为v=59.7m/min加工工时T=（41.8+14.1+3.1）/95=0.62min3. 粗铣直槽 选择刀具 高速钢镶

17、齿三面刃铣刀d=80mm，L=6mm，刀片材料：高速钢 =， ， Kr=， ， z=6 取，一次走刀根据切削用量简明手册表3.3得，寿命选T=120min，根据表3.8 式中=48，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2，T=120min，=40mm，=0.20mm/齿，=8mm，z=6，d=80mm，=1.0.V=23.7m/min则=1000×23.7/80=94.3r/min取则实际切削速度v=23.88m/min，=6×0.2×95=114mm/min，根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-20取，故此时=0.21mm/齿，加工工时

18、T=60/118=0.51min4. 精铣直槽高速钢镶齿三面刃铣刀d=80mm，L=8mm，刀片材料：高速钢 =， ， Kr=， ， z=6 取，一次走刀根据切削用量简明手册得=1mm/r，由，故根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-39和表4.2-40，以及精加工时，应用较大的切削速度，故取，实际切削速度v=23.88m/min加工工时T=（41.8+12.5+3.7）/95=0.61min.铣槽1. 粗铣选择刀具 高速钢镶齿三面刃铣刀d=80mm，L=15mm，刀片材料：高速钢 =， ， Kr=， ， z=6 根据切削用量简明手册表3.3得，寿命选T=120min，根据表3.8 式中=48

19、，=0.25，=0.1，=0.2，=0.3，=0.1，m=0.2，T=120min，=40mm，=0.20mm/齿，=23mm，z=6，d=80mm，=1.0.故v=17.2m/min,则=68.4r/min取，实际切削速度v=18.85m/min0.2×6×75=90mm/min,取=95mm/min，则此时=0.21mm/齿则加工工时T=（41.8+36+3.2）/95=0.85min2. 精铣选择刀具 高速钢镶齿三面刃铣刀d=80mm，L=17.4mm，刀片材料：高速钢 =， ， Kr=， ， z=6 根据切削用量简明手册得=1mm/r，由，故根据机械制造工艺设计简明

20、手册表4.2-39和表4.2-40，以及精加工时，应用较大的切削速度，故取，则v=23.88m/min故加工工时T=（41.8+36+3.2）/95=0.85min.磨槽刀具 黑碳化硅砂轮C60KBP350×17.4×127，含义：磨轮磨料为黑碳化硅，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为60#，硬度为软1级。 平型砂轮，其尺寸为350×17.4×127（D×d×H）， 见工艺手册第三章。切削用量 根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-32轴向进给量工件速度v=10m/min进给量f=50mm/min 双单行程 fr=0.015

21、mm1) 切削工时。当加工1个表面时 Tm=(L+y+)i K/50=3.1min 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5道工序铣宽为80+0。03mm槽及铣上底面的铣床夹具。本夹具将用与X63卧式铣床。刀具为高速钢镶齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。 本夹具主要用来铣宽为80+0。03mm的槽及上底面，由于表面粗糙度较低，故均采用粗-精铣来达到要求。（二）夹具设计 1定位基准的选择由零件图可知，宽为80+0。03mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工件的右加工表面（A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（A）和

22、花键心轴的中心线为主定位基准。上底面以花键孔中心线为定位基准。 2切削力及夹紧力的计算粗铣槽刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，Ø80mm, Z=6 (见切削手册3-28表)其中，=8mm，=6mm，z=6，=1.0，=80mm,解得 Fz =2200 (N)精铣槽 (见切削手册3-28表)其中，=8mm，=8mm，z=6，=1.0，=80mm,解得 Fz=427（N）粗铣上底面刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，Ø200mm, Z=12 (见切削手册3-28表)其中，=2.9mm，=28mm，z=6，=1.0，,解得 Fz=1376（N）精铣上底高速钢镶齿三面刃铣刀，Ø200m

23、m, Z=12 (见切削手册3-28表)其中，=1mm，=28mm，z=6，=1.0，=200mm,解得 Fz=158(N)由上可知，最大的切削力为2200N,只要求满足最大的切削力的要求，其他工步就能达到要求在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K= k1 k2 k3 k4水平切削分力FH=1.1 Fz =2420 (N)垂直切削分力Fv=0.3 Fz=660 (N)其中： k1为基本安全系数1.5 k1为加工性质系数1.1 k1为刀具钝化系数1.1 k1为断续切削系数1.1F,=KFH =1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 2420=4832 (N)实际加紧力为WK= KF

24、H/U1U2=4832/0.5=9664 (N)其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025螺母选用M22X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为W=2M/D2tg(a+655)+0.66(D3- d3/ D2- d2)解得： W=41101 (N)其中： M=19000 N.M D2=20.376mm a=2029, D=40mm d=22mm此时螺母的加紧力W已大于所需的9664(N)的加紧力，故本夹具可安全工作。3.定位误差分析由于槽的径向尺寸的设计基准与定位基准重合，故径向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸的定位误差为=0.021+0.013=0.033mm，径向尺寸19mm为自由尺寸，按IT13级计算，T=0.33mm，T>3,故夹具的设计满足要求。径向尺寸的设计基准和定位基准不重合，故径向尺寸存在基准不重合度误差，不存在基准位移误差，由于要保证定位误差小于尺寸公差的三分之一，故尺寸10mm的的精度要提高，取10mm的公差为0.009mm，IT6级。径向尺寸27mm的定位误差：径向尺寸的设计基准与定位基准重合，故径向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸的定位误差为=0.021+0.013=0.033mm，27mm尺寸的公差半精铣后为11级，T=130mm，T>3，所以夹具满足要求。4夹具设计及操作说明如前所述