拨叉零件机械加工工艺规程及工艺装备设计说明书

1、机械制造工艺课程设计任务书（20142015学年）设 计 题 目 设计拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备 学院名称电气工程与自动化学院机械工程系专 业 （班 级） 机械设计制造及其自动化 姓 名 （学 号） 起 讫 日 期 指 导 教 师 机械制造工艺课程设计任务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主要内容1. 绘制所加工零件的零件图。 2. 绘制所加工零件的毛坯图。3. 编制所加工零件的机械加工工艺过程综合卡。4绘制所要加工表面工序的工序卡。5绘制所要加工表面工序的夹具装配图及夹具体零件图。6夹具装配图及夹具体零件图CAD电子档一份。7编写设计说明书一份。应收集的资 料所要设

2、计零件的零件图，零件的生产批量（年产3万件），课程设计指导书，以及与设计有关的参考资料。设计进度计 划1熟悉零件，画零件图 1天。2. 绘制所加工零件的毛坯图 1天3编制所加工零件的机械加工工艺过程综合卡及绘制所要加工表面工序的工序卡 2天4绘制所要加工表面工序的夹具装配图 5天5. 绘制夹具体零件图 2天6. CAD绘图 2天7编写设计说明书一份 1天 8. 准备及答辩 1天主要参考文 献1. 邹青，呼咏。机械制造技术基础课程设计指导教程（第2版）。机械工业出版社，2013。2. 赵家齐。机械制造工艺学课程设计指导书，机械工业出版社，1997，12。3. 哈尔滨工业大学，上海工业大学主编。机

3、床夹具设计，上海科学技术出版社，1983。4. 李易民。机械制造工艺设计简明手册。机械工业出版社，1994。5. 艾兴，肖诗纲。切削用量简明手册。机械工业出版社，1994。6机床家具设计手册。上海科技出版社，1993。指导教师意 见请各位同学按照设计任务书要求的设计任务按时按质完成设计任务，并随时与指导教师沟通其设计方案。备 注 目录序言4一、零件的分析51.1 零件的作用51.2 零件的工艺分析5二、工艺规程设计62.1 确定毛坯的制造形式62.2 基面的选择62.3 制定工艺路线62.4 确定机床及夹具72.5 拨叉的工艺路线表7三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定83.1 选择毛坯

4、83.2铸件重量93.3 确定毛坯尺寸公差93.4 确定工序尺寸10四、确定切削用量及时间定额114.1 工序1：铣左端面114.2 工序2：钻花键导向孔124.3 工序4：铣上平面124.4 工序5：铣18H11槽口134.5 工序6：钻2×7通孔15五、工序5铣18H11槽口夹具的设计分析及计算165.1 任务的提出165.2 定位方案及定位装置的设计计算165.3 夹紧方案及装置的设计计算165.4 具体夹具设计详见夹具装配图和零件图17六、小结17参考文献18序言机械制造工艺学课程设计,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

5、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。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1.1 零件的作用零件的作用：题目给定的零件是CA6140拨叉（见

6、右图）它位于车床变速机构中，主要起换档作用，使主轴回转运动按照工作者的要求进行工作。宽度为30mm的面尺寸精度要求很高，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30mm的面的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。拨叉的主要工作表面为：拨叉18H11mm槽口、花键导向孔、左端面、宽度为30mm的上平面、2×M8螺纹孔等。1.2 零件的工艺分析 零件的材料为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：l 需要加工的表面：1.拨叉18H11mm槽

7、口；2.花键导向孔；3.左端面；4.宽度为30mm的上平面；5. 2×M8螺纹孔l 位置要求：1.拨叉30mm宽的上平面与花键导向孔中心轴线的平行度公差为0.10mm；2.18H11槽口两侧面与花键导向孔中心轴线的垂直度公差为0.08mm。由上面分析可知，可以粗铣、精铣左端面，然后以此作为精基准采用专用夹具对花键导向孔进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。二、工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为HT200，考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不大

8、，零件架构又比较简单，生产类型为大批生产，故选用铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级CT10级，此拨叉零件的生产纲领约为30000件/年，零件的质量是0.84Kg/个，可确定该批拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程工序划分阶段：工序适当集中，加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。2.2 基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的合理与否，直接影响零件的加工质量和生产效率。1.粗基准的选择：以零件的右端面为粗基准，以上平面和圆柱侧面为辅助粗基准，在进行夹紧这样可以达到限制六个自由度，可以达到完全定位。2.精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，

9、依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的左端面为主要的定位精基准。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门的计算，此处不再重复。2.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度和位置精度等技术要求能得到合理的保证。在大批生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，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，尽可能地降低生产成本。经过综合分析和论证，制定拨叉零件的工艺路线方案如下：工艺路线方案工序1： 粗铣、精铣左端面；工序2： 钻花键导向孔至20mm、再扩孔至22mm、锪倒角15°；工序3： 拉花键；工序4：

10、 精铣、半精铣上平面；工序5： 精铣、半精铣18H11mm沟槽；工序6： 钻2×7mm孔；工序7： 攻螺纹2×M8；工序8： 钻铰5mm锥销孔； 工序9： 去毛刺；工序10： 清洗；工序11： 终检。注：具体工艺工程及加工方案见机械加工工艺过程卡片。2.4 确定机床及夹具1.机床的选择工序1、4采用X51型立式铣床； 工序2、6采用Z525型立式钻床； 工序5采用X52K型立式铣床；2.选择夹具该拨叉的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。3.选择刀具在铣床上加工的各工序，在保证加工质量的前提下优先采用硬质合金铣刀。4.选择量具零件加工所用的主要量具有游标卡尺、塞规、百分表

11、、卡尺等。5.其他对垂直度误差采用百分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。2.5 拨叉的工艺路线表表2-1 拨叉工艺路线及设备、工装的使用工序号工序名称机床设备刀具量具1铣削立式铣床X51镶齿套式面铣刀游标卡尺2钻孔、扩孔立式钻床Z525直柄麻花钻、锪刀卡尺、塞规3拉花键拉床L6110拉刀4精铣、半精铣上平面立式铣床X51直柄立铣刀、高速钢立铣刀游标卡尺5精铣、半精铣沟槽立式铣床X52K直柄麻花钻卡规、深度游标卡尺6钻2×7孔立式钻床Z525直柄麻花钻塞规、卡尺7攻螺纹2×M8锥丝8钻、铰5锥销孔立式钻床Z525直柄麻花钻、锥度铰刀塞规、卡尺9

12、去毛刺平锉10清洗清洗机11终检塞规、百分表、卡尺等三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定3.1 选择毛坯 零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，考虑到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既无交变载荷，又属于间歇工作，故选用金属型铸造，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产要求。零件形状简单，因此毛形状需要与零件的形状尽量接近，又因内花键、沟槽及通孔较小，因此不直接铸出。3.2铸件重量 已知机械加工后拨叉件的重量为0.84kg，由此可初步估 计机械加工前铸件毛坯的重量为1kg。3.3 确定毛坯尺寸公差 根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高

13、为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。 由机械制造技术基础课程设计指导书表2-1，可查得毛坯件的公差等级为810级，取CT为10级。由机械制造技术基础课程设计指导书表2-3，可查得尺寸公差为CT=3.2mm 由机械制造技术基础课程设计指导书表2-5，查得机械加工余量等级范围为DF，取为E级 由机械制造技术基础课程设计指导书表2-4，最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为E级，可查得RAM数值为0.7mm。 左端面为单侧加工，由机械制造技术基础课程设计指导书式2-2，则： R=F+RAM+CT/2=80+0.7+3.2/2=82.3mm 上端面为单侧加工，毛坯尺寸由机械制造技术基础课程设计指

14、导书式2-1求出，即： R=F+RAM+CT/2=72+0.7+3.2/2=74.3mm 为了简化铸件的形状取R75mm 根据零件图槽的轮廓尺寸，长40mm，宽18mm，深35mm，故槽的最大轮廓尺寸为40mm。选取公差等级CT由机械制造基础课程设计指导书中表2-1可查得毛坯件的公差等级为810级，取为10级。根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由机械制造技术基础课程设计指导书中表2-3可查得槽深和槽宽尺寸公差分别为CT=2.6mm和2.4mm。求机械加工余量由机械制造技术基础课程设计指导书表2-5查得机械加工余量等级范围为DF，取为F级。求RAM（要求的机械加工余量）对所有的加工表面取同

15、一数值，由机械制造技术基础课程设计指导书表2-4查得槽的最大轮廓尺寸为40mm、机械加工余量为F级，得RAM数值为0.5mm。3.4 确定工序尺寸 工序1：粗、精铣后端面 由表2-25，可知精铣余量为1mm，则粗铣余量为1.3mm。 由表1-11，可知粗铣精度为IT9-IT13，取精度为IT12. 精铣精度为IT7-IT11，取精度为IT11。 由表2-30，粗铣公差为0.35mm，精铣公差为0.22mm。 则：精铣尺寸为，粗铣尺寸为。 工序2：钻、扩孔 由表1-10得出：在实体材料上加工孔，一次性钻孔，孔的公差等级可以达到IT1112级，符合22H12的要求，但为提高其表面精度需进行扩孔。由

16、表2-21，钻孔的直径至20，扩孔到22， 则：钻孔加工余量为20mm，扩孔余量为 2mm。 由表1-10，钻的精度为IT12-IT13，取精度为IT12。 扩孔后精度为IT11。 由表2-30，IT12的公差为0.21mm，IT11的公差为0.13mm。 则：扩孔尺寸为mm，钻孔尺寸为mm。工序3：拉花键 由表2-23，拉孔加工余量为0.5，上偏差为+0.13。工序4：粗、精铣上平面 由表2-25，精铣加工余量为1mm，则粗铣加工余量为2mm。 由表1-10，可知粗铣精度为IT9-IT13，取精度为IT12。 精铣精度为IT7-IT11，取精度为IT11。 由表2-30，粗铣公差为0.3mm

17、，精铣公差为0.19mm。 则：精铣尺寸为，粗铣尺寸为。工序5：铣沟槽 详见4.4工序5铣18H11槽口 工序尺寸及公差的确定。工序6：钻2-孔 由表2-10，钻的精度为IT11-IT12，取IT12。 由表2-30，公差为0.15mm。 则：孔的尺寸为mm。工序7：攻螺纹工序8：钻、铰5锥销孔 工序余量/mm工序尺寸及公差/mm表面精度Ra/m粗加工半精加工粗加工后尺寸半精加工后尺寸粗加工半精加工后端面10.481806.33.2顶面2173726.33.2操纵槽（槽宽）20.4 6.33.2花键底孔20212.56.3花键0.46-6H9×25H7×22H123.2螺纹

18、麻花钻7/锥销孔专用刀具钻-铰1.6四、确定切削用量及时间定额4.1 工序1：铣左端面工件材料：HT200，硬度190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。加工要求：工步1：粗铣两头孔上端面至51mm；工步2：半精铣两头孔上端面至50mm。粗铣精度等级IT13，半精铣精度等级IT11。1.工步1：粗铣背吃刀量为=2.5-1.0=1.5mm。进给量的确定：工件夹具系统的刚度为中等条件，选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。铣削速度：参考机械制造技术基础课程设计指导教程得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/d可以得到:n

19、=1000×40/×80=159.15r/min由于手册中的X61型卧式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣削速度为：V=nd/1000=160×3.14×80/1000=40.19m/min基本时间t: 根据面铣刀平面（对称铣削、主偏角=90°）的基本时间计算公式:t=()/。其中，=75mm，=13mm，取=2mm，=40mm。则有： =0.5（d- ）+(1 3)=0.5(80-)+2=7.36mm。=×n=×z×n=0.2×10×160=320mm/mint=()/=(7

20、5+7.36+2)/320=0.264min15.82s2.工步2：精铣背吃刀量的确定：=1mm .进给量的确定：查表，按表面粗糙度为=3.2m的条件选取，该工序的每转进给量f=0.8mm/r。铣削速度的计算：根据其他有关资料确定，按镶齿铣刀，d/z=80/10，=0.08mm/z 的条件选取，铣削速度v为： v=57.6mm/min。由公式：n=1000r/d可以求得铣刀转速n=229.3r/min 。参照机械制造技术基础课程设计指导教程中4-18的X61型卧式铣床的主轴转速，选取转速为n=210r/min。再将此转速代入上面公式，可以求得：v= nd/1000=52.78mm/m

21、in。基本时间的确定：根据机械制造技术基础课程设计指导教程中表5-43中面铣刀铣平面（对称铣削、主偏角=90°）的基本时间公式t=()/，可以求得该工序的基本时间，其中=75mm，=13mm，取=2mm，=40mm，=7.36mm，得=×n=0.8mm/r×210r/min=168mm/mint=()/=(75+2+7.36)/168=0.502min30.13s4.2 工序2：钻花键导向孔工件材料：HT200，硬度190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。加工要求：钻孔至20mm，扩孔至21.8mm，钻孔精度等级IT12，扩孔精度等级IT10。钻两头孔至2

22、0mm4.3 工序4：铣上平面 工件材料：HT200，硬度190260HBS,b=0.16GPa，铸造。加工要求：Ra=3.2m可知，精加工余量为1mm,背吃刀量为3-1=2mm进给量的确定：机床的功率按510Kw，按切削用量简明手册中表3.3选取该工序的每齿进给量为=0.2mm/z。铣削速度：参考机械制造技术基础课程设计指导教程得，选用镶齿铣刀，其中在d/z=80/10的条件下选取。铣削速度为v=40m/min。有公式n=1000r/d可以得到: n=1000×40/×80=159.15r/min由于手册中的X51型立式铣床的主轴转速为n=160r/min,所以，实际的铣

23、削速度为：V=nd/1000=160×3.14×80/1000=40.19m/min基本时间t据面铣刀铣平面不对称铣削的计算时间计算公式：按机械制造技术基础课程设计指导教程表5-45切入和切出行程速度, v=×n=×z×n=0.2×10×160=320mm/mint=(80+29)/320=0.34min20.7s。 4.4 工序5：铣18H11槽口1 .工序尺寸及其公差的确定（1）铣凹槽两侧面： 18H11 cm）确定加工方案。18H11 cm ,公差为0.110mm,查标准公差数值表2-30知其精度等级为IT8。由表1-

24、11，该凹槽加工应选用粗铣半精铣的加工方案进行。）用查表法确定毛坯尺寸。对于中批量生产，可采用砂型机器造型，查表2-1知毛坯尺寸公差等级为10级，由表2-5知底面、侧面的加工余量等级为级。查表2-4得，每侧0.7mm。故毛坯机械加工总余量总1.4mm。查表2-3知：毛坯尺寸公差取2.2mm，得毛坯尺寸为15.6±1.1mm。）确定各工序尺寸的基本尺寸。半精铣后的工序基本尺寸为18mm（设计尺寸），查表2-28,其他各工序基本尺寸分别为：粗铣后：15mm，半精铣后：H2=18mm ; 粗铣的余量为：Z粗=15mm 半精铣的余量为半精铣(18-15)mm=3mm。）确定各工序尺寸的公差及

25、其偏差查表1-11和表2-30，半精铣的公差为IT11，公差值为0.110mm，粗铣的公差为IT12，公差值为0.180mm。工序尺寸偏差按“入体原则”标注，求得各工序尺寸为：半精铣：粗铣：。（2）铣槽底面：15cm1)确定加工方案。槽底面基本尺寸为15mm,查表综合考虑下，取为0.110mm，查标准公差数值由表2-30知其精度等级为IT8。由表1-10知，改底面加工应选用粗铣的加工方案。2）用查表法确定毛坯尺寸。对于中批量生产，可采用砂型机器造型，查表2-1知毛坯尺寸公差等级为10级，由表2-5知底面、侧面的加工余量等级为级。查表2-4得，单侧为0.7mm。故毛坯机械加工总余量总0.7mm。

26、查表2-3知：毛坯尺寸公差取2.2mm，得毛坯尺寸为15.7±0.55mm。）确定各工序尺寸的基本尺寸。半精铣后的工序基本尺寸为415mm（设计尺寸），查表2-28,其他各工序基本尺寸分别为：半精铣后：415mm，粗铣后：H3=15.7mm ;粗铣的余量为Z粗=（50-15.7）mm=34.3mm 半精铣的余量Z半精铣=（15.7-15）mm=0.7mm）确定各工序尺寸的公差及其偏差查表1-11和表2-30，粗铣的公差为IT12，公差值为0.180mm，半精铣的公差为IT12，公差值为0.180mm。则 粗铣后：H3=mm 半精铣后：H4=mm2.切削用量及时间定额的确定 2.1粗铣

27、凹槽2.1.1确定切削用量本工 步是以C、D两面定位，粗铣F、G、H面； （1）确定背吃刀量工步的背吃刀量双边背吃刀量为15mm （2）确定进给量查表选用“直柄粗加工立铣刀”, d=15mm，d/z=15/3;铣刀每齿进给量为 fz=0.04mm/z。(3)计算铣削速度 查表5-15知，=18m/min。由式（5-1）n=1000v/(d)可求得铣刀转速n=1000×18/(×14)=410 r/min,参照表4-16立式铣床X52K的主轴转速，取转速n=375r/min。再将此代入公式（5-1），可求得该工序的实际铣削速度v=nd/1000=375×3.14&#

28、215;14/1000=16.48m/min。2.1.2 时间定额的计算（1）基本时间的计算按机械制造技术基础课程设计指导教程中表5-43得： ， 式中 =0.5d+(12)，=13mm， 其中h为沟槽深度，为铣削轮廓的实际长度，为沟槽深度的背吃刀量。，取=2mm,i=34/15=2.27,算得本工步基本时间为tj=138s(2) 辅助时间的计算本工步的辅助时间为tf=0.15×138s=20.7s。（3）其他时间的计算本工步的其他时间为9%×（138+20.7）s=14.283s。（4）单件时间定额的计算tdj=（138+20.7+14.283）s=172.983s。 2

29、.2半精铣凹槽2.2.1确定切削用量本工步是以C、D两面定位，半精铣F、G、H面； （1）确定背吃刀量工步的背吃刀量双边背吃刀量为3mm （2）确定进给量查表选用“高速钢立铣刀”，d=18mm，d/z=18/3;铣刀每齿进给量为fz =0.02mm/z。(3)计算铣削速度 查表5-15知，=20m/min。由式（5-1）n=1000v/(d)可求得铣刀转速n=1000×20/(×18)= 354 r/min,参照表4-16立式铣床X52K的主轴转速，取转速n=375r/min。再将此代入公式（5-1），可求得该工序的实际铣削速度v=nd/1000=375×3.14

30、×18/1000=21.195m/min。2.2.2 时间定额的计算（1）基本时间的计算算得本工步基本时间为132s(2) 辅助时间的计算本工步的辅助时间为tf=0.15×132s=19.8s。（3）其他时间的计算本工步的其他时间为9%×（132+19.8）s=13.662s。（4）单件时间定额的计算tdj=（132+19.8+13.662）s=165.462s。4.5 工序6：钻2×7通孔工件材料：HT200，硬度190260HBS，b =0.16Gpa，铸造。 1选择钻头  选择高速钢麻花钻钻头，钻头直径Z钻=6.8m

31、2选择切削用量（1）确定背吃刀量：ap=Z钻/2=6.8/2mm=3.4mm；（2）确定进给量：查表5-22和表4-7（文献1），取该工步进给量为0.12mm/r； （3）计算切削速度查表5-22，取切削速度v=12m/min，可得该工具的转速 为n=1000*(12/(*6.8）r/min=562r/min查表4-6对照该工序所选Z37摇臂钻床的转速系列，取转速n=560r/min再将此转速代入式5-1（文献1），可求出该工序的实际钻削速度v=nd/1000=560*3.14*6.8/1000=11.96m/min；（4）进给次数和切削深度:此孔为通孔，进给次数为1，切削深度为11mm。3.

32、计算工时基本时间:辅助时间:    tj=0.15tj=0.035min    (文献<1>P117表5-45）Tdj=2(tj+tf+tb)=2.4tj=0.62min五、工序5铣18H11槽口夹具的设计分析及计算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。并设计工序铣两头孔上端面。5.1 任务的提出本夹具主要用来铣削18H11槽口，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。5.2 定位方案及定位装置的设计计算1. 定位方案及定位装置的设计计算1）定