设计CA614拨叉零件的机械加工工艺规程.docx

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设计CA614拨叉零件的机械加工工艺规程

一、设计题目

设计“CA6140拨叉”零件的机械加工工艺规程

二、主要内容

1.绘制产品零件图，了解零件的结构特点和技术要求，对零件进行结构分析和工艺分析。

2.确定毛坯的种类及制造方法，绘制毛坯图。

3.拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备和工艺装备，确定各工序的加工余量和工序尺寸，计算各工序的切削用量和工时定额。

4.填写机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片。

撰写设计说明书。

三、具体要求

产品零件图1张

产品毛坯图1张

机械加工工艺过程卡片1套

机械加工工序卡片1套

课程设计说明书（3000-5000字）1份

四、进度安排

第一阶段：

绘制零件图，工艺卡片（1天）

第二阶段：

查阅资料，工艺方案比较，确定加工路线（1天）

第三阶段：

确定各工序的加工余量和工序尺寸，计算各工序的切削用量和工时定额（1天）

第四阶段：

整理说明书，填写工艺卡片（1天）

五、成绩评定

指导教师签名日期年月日

系主任审核日期年月日

目录

序言…………………………………………………………………………………1

一、设计题目,计算生产纲领及生产型…………………………………………1

二、零件的分析……………………………………………………………………1

（一）零件的作用……………………………………………………………………1

（二）零件的工艺分析………………………………………………………………1

三、确定毛坯的制造方法,初步确定毛坯的形状……………………………2

四、工艺规程设计……………………………………………………………2

（1）定位基准的选择………………………………………………………………2

（2）零件表面加工方法的选择……………………………………………………2

（3）制订工艺路线…………………………………………………………………3

（4）确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸…………………………………5

（5）确定切削用量及基本工时………………………………………………………6

五、心得体会………………………………………………………………………17

参考资料…………………………………………………………………………18

序言

现代机械制造工艺设计是宽口径机械类专业学生在学完了《机械制造技术基础》等技术基础和专业课理论之后进行的一个实践教学环节。

其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力。

通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：

1、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；

2、掌握加工方法及其机床及切削用量等的选择应用能力；

3、学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。

一、零件分析

（一）零件的作用

拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。

滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。

摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。

分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间的冲击，延长零件的使用寿命。

（二）零件的工艺分析

该拔叉共有三组加工表面，且三者之间和其各内部之间存在有一定的位置关系，现分述如下:

（1）A面及Φ22花键底孔

这一组加工表面包括:

A端面和轴线与A端面相垂直的花键底孔。

（2）8mm槽及其外端平面和18mm大槽

这一组加工表面包括:

8mm槽的D端面，18mm槽。

其中从8mm槽指向槽18

且平行槽，花键，肋板对称线的方向是垂直于花键孔轴线的。

且D端面所在平面垂直于A端面所在的平面。

（3）花键孔及两处倒角

这一组加工表面包括:

6×φ22

mm×φ25

mm×φ6

mm的六个方齿花键孔，及Φ25mm花键底孔两端的2×75°倒角。

根据零件图的尺寸及其精度要求，可以先加工A面及Φ22花键底孔，而后其它表面的加工以这两个表面为精基准进行。

三、确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯形状

零件材料为HT200灰铸铁，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，故选用金属型铸件，以满足不加工表面的粗糙度要求及生产纲量要求。

零件形状简单，因此毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，不可铸出。

四、工艺规程设计

（一）定位基准的选择

定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

⑴、粗基准的选择：

该零件属于一般轴类零件，以外圆为粗基准就已经合理了（夹持长四点定位），为保证A面与花键孔轴线垂直，以便于保证以该两面为定位精基准时其它表面的尺寸精度加工要求，可以把A面与花键底孔放在一个工序中加工，因而该工序总共要消除X，Y，Z，X，Y五个自由度（建立空间坐标系为：

以花键孔轴线方向为Z轴，垂直花键孔轴线，平行槽、花键、肋板对称线并且从槽180+0.012指向80+0.03的方向为X轴，同时垂直于X轴、Z轴的方向为Y轴，取坐标原点为花键孔轴线与A面的交点为原点），用三爪卡盘卡夹持外圆柱面。

消除X，Y，X，Y四个自由度，再用一个浮动支承顶住B面，消除Z自由度，达到定位要求。

⑵、精基准的选择：

主要考虑基准重合问题。

（二）零件表面加工方法的选择

本零件的加工面有端面、内孔、花键、槽等，材料为HT200灰铸铁，参考《机械制造工艺设计简明手册》（以下简称《工艺手册》）表1.4-7、表1.4-8及表1.4-17其加工方法选择如下：

⑴、A端面：

根据GB1800-79规定毛坯的公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra6.3um，要达到零件的技术要求，公差等级为IT9，表面粗糙度为Ra3.2um，需要经过粗铣

⑵、Φ22mm花键底孔：

公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra6.3um，毛坯为实心，未冲出孔，故采用粗铣

⑶、6mm槽的D端面：

零件技术要求表面粗糙度达到Ra3.2，而毛坯的公差等级为IT12，表面粗糙度为Ra6.3，故需要采用粗铣——>半精铣。

⑷、8mm槽：

零件技术要求槽的两侧端面表面粗糙度为Ra1.6um，槽的底端面为Ra6.3um，需要采用粗铣——>精铣，就可以达到公差等级为IT8表面粗糙度Ra1。

6um。

⑸、18mm槽：

零件技术要求槽的各端面要达到的表面粗糙度为Ra3.2um，需要采用粗铣——>半精铣

⑹、花键孔（6×φ22

mm×φ25

mm×φ6

mm）：

要求花键孔为外径定心，两侧面表面粗糙度为Ra3.2um底面表面粗糙度为Ra1.6um，故采用拉削加工

⑺、两处倒角：

Φ25mm花键底孔两端处的2×75°倒角，表面粗糙度为Ra6.3um，为了使工序集中，所以花键底孔的两端面的2×75°倒角在Z525立式钻床上采用锪钻的方法即可。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

⑴、工艺路线方案一：

工序1：

粗铣Φ40mm右端面A面

工序2：

钻孔并扩钻花键底孔Φ22mm

工序3：

铣28mm×40mm端面D

工序4：

铣宽为8mm槽

工序5：

铣宽为18mm的槽

工序6：

锪两端面15°倒角

工序7：

拉花键孔Ø25

mm

工序8：

去毛刺

工序9：

终检

⑵、工艺路线方案二：

工序1：

粗车Φ40mm右端面A面

工序2：

钻孔并扩钻花键底孔Φ22mm

工序3：

拉花键孔Ø25

mm

工序4：

铣28mm×40mm的端面D

工序5：

铣8mm槽

工序6：

铣18mm槽

工序7：

车Φ40mm左端面B倒角2×75°

工序8：

车Φ40mm右端面A倒角2×75°，半精车Φ40mm右端面A

工序9：

去毛刺

工序10：

终检

⑶、工艺方案的比较与分析：

上述两工艺方案的特点在于：

方案一工序1、2是以Φ40mm左端面B为粗基准，用铣床粗铣A端面，然后再以A端面为基准钻花键底孔。

方案二在该两工序中的定位加工方法也是相同的，只是在加工A端面时将铣床改用车床来加工，两个方案的定位方法都可以达到加工要求，但是从零件结构可知用车床来加工在装夹时较困难，而用铣床来加工在装夹时较方便。

另外，工艺路线一中是在完成前面5道工序后，才以花键底孔及Φ40mm右端面A上一点，及28mm×40mm端面D上两点为定位基准加工花键孔，能较好的保证花键孔的位置尺寸精度，而在工艺路线方案二中，在工序1、2完成后就开始以花键底孔、A端面一点及28mm×40mm端面D两点为定位基准拉花键孔，这样就是重复采用粗基准定位，就不保证花键孔与宽为mm、mm槽的槽的位置精度，最终达不到零件技术要求，甚至会造成偏差过大而报废，这是重复利用粗基准而造成的后果。

通过以上的两工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为该零件的加工路线。

该工艺过程详见表2和表3，机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。

（四）确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸，设计、绘制毛坯图

⑴、确定毛坯余量（机械加工总余量），毛坯尺寸及其公差、设计、绘制毛坯图：

铸铁模铸造的机械加工余量按GB/T11351-89确定。

确定时根据零件重量来初步估算零件毛坯铸件的重量，加工表面的加工精度，形状复杂系数，由《工艺手册》表2.2-3，表2.2-4，表2.2-5查得，除孔以外各内外表面的加工总余量（毛坯余量），孔的加工总余量由表2.3-9查得，表2.3-9中的余量值为双边余量。

本零件“CA6140车床拨叉”材料为HT200，毛坯重量估算约为1.3kg，生产类型为大批量生产，采用金属型铸造毛坯。

①、A端面毛坯余量：

加工表面形状简单，由铸件重量为1.3kg，加工精度R3.2，保证长度尺寸为80mm，查《工艺手册》表2.2-4得加工单边余量为5.5mm，另查表1.4-24得长度尺寸公差范围为±0.27，即长度方向毛坯尺寸为85.5±0.27mm。

②、宽为8

槽的端面毛坯余量：

由毛坯重1.3kg，加工精度为3.2，加工表面形状简单，从孔的中心线到端面的长度尺寸为27mm，查《工艺手册》表2.2-4得单边余量为Z=5.5，另查表1.4-24得长度方向尺寸公差为±0.195，即长度方向毛坯尺寸为32.5±0.195mm。

③、孔Φ22mm、槽8

mm和槽18

mm均为实心，未铸造出来。

⑵、确定工序余量，工序尺寸及其公差：

确定工序（或工步）尺寸的一般方法是：

由加工表面的最后工序（或工步）往前推算，最后工序（或工步）的工序（或工步）尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。

前面已经根据有关资料查出零件各加工表面的加工总余量（即毛坯余量），将加工总余量分配给各工序（或工步）加工余量，然后由后往前计算工序（或工步）尺寸。

本零件各加工表面的加工方法（即加工工艺路线）已经在前面根据有关资料确定，本零件的各加工表面的各工序（或工步）的加工余量除粗加工工序（或工步）加工余量之外，其余工序（或工步）加工余量可以根据《现代制造工艺设计方法》以后简称为《现代工艺》中精、半精加工余量建议值来确定，粗加工工序（或工步）加工余量不是由表中查出确定，而是通过计算的方法得到的：

本零件各加工表面的工序（或工步）的经济精度，表面粗糙度的确定，除最后工序（或工步）是按零件图样要求确定外，其余工序（或工步）主要是根据《工艺手册》表1.4-7、表1.4-8及参考表1.4-17定公差等级（即IT）和表面粗糙度。

公差等级确定后，查《工艺手册》表1.4-24得出公差值，然后按“入体”原则标注上下偏差。

本零件的各加工表面的工艺路线，工序（或工步）余量，工序（或工步）尺寸及其公差，表面粗糙度如表1：

（五）确定切削用量及基本工时（机动时间）

在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。

（1）切削用量指：

背吃刀量ap（即切削深度ap）、进给量f及切削速度Vc。

（2）确定方法是：

确定切削深度——>确定进给量——>确定切削速度

（3）具体要求是：

①由工序或工步余量确定切削深度：

精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；

在中等功率机床上一次走刀ap可达8～10mm。

②按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：

对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度

③可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式换算出查表或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。

对粗加工，选取实际切削速度Vc机、实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。

5、1工序Ⅰ端面A铣削用量及基本时间的确定：

（1）、加工条件

工件材料：

HT200正火，δb=220MPa，190～220HBS

加工要求：

粗铣A端面。

机床选择：

为X51立式铣床，采用端铣刀粗铣。

机床功率：

4.5kw

工件装夹：

工件装夹在铣床专用夹具上。

（2）、确定切削用量及基本工时

（2.1）粗铣

1）、选择刀具：

根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，其参数为：

铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10。

2）、确定铣削深度ap：

单边加工余量Z=5.5±0.27，余量不大，一次走刀内切完，则：

ap=4.5mm

3）、确定每齿进给量fz:

根据《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。

现取：

fz=0.18mm/z

4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：

根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。

5）、确定切削速度Vc：

根据《切削手册》表3.16可以查Vc：

由ap=4.5mmfz=0.18mm/z，查得

Vc=77mm/zn=245mm/zVƒ=385mm/z

根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）

nc=255r/minVƒc=400mm/min（横向）

实际切削速度和齿进给量：

6）、计算基本工时：

l=47mml2=2

（2.2）半精铣

1）、选择刀具：

根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10

2）、确定铣削深度ap：

由于单边加工余量Z=1，故一次走刀内切完，则：

ap=1mm

3）、确定每齿进给量fz:

由《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，半精铣取较小的值。

现取：

fz=0.14mm/z

4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：

根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。

5）、确定切削速度Vc：

根据《切削手册》表3.16可以查Vc：

由ap≤4mmƒz=0.14mm/z，查得：

Vc=110mm/zn=352mm/zVƒ=394mm/z

根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）

nc=380r/minVƒc=400mm/min（横向）

实际切削速度和每齿进给量：

6）、计算基本工时：

l=40mml2=2

所以本工序的基本时间为：

T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min

5、2工序Ⅱ钻——扩孔Φ22mm

（1）、加工条件

工件材料：

HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS

加工要求：

钻扩孔Φ22mm

机床选择：

选用立式钻床Z525（见《工艺手册》表4.2-14）

（2）、确定切削用量及基本工时

（2.1）钻孔φ22mm

选择φ20mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）

d=20L=238mmL1=140mm

f机=0.48mm/r（见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16）

Vc查=13m/min（见《切削手册》表2.15）

按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）

所以实际切削速度：

基本工时：

l=80mm）l2=（1～4）mm（取4mm）

按《工艺手册》表6.2-5公式计算

（2.2）扩花键底孔φ220+0.28mm

选择φ22高速钢锥柄扩孔钻（见《工艺手册》表3.18）

根据《切削手册》表2.10规定，查得扩孔钻扩φ22孔时的进给量f=0.7～0.8，并根据机床选取《工艺手册》表4.2-16，

f机=0.81mm/r

扩孔钻扩孔时的切削速度，根据有关资料确定为：

其中Vc钻为用钻头同样尺寸实心孔时的切削速度，现由《切削手册》表2.13查得Vc钻=14m/min，故有：

按机床选取n机=97r/min（按《工艺手册》表4.2-15）

所以实际切削速度：

基本工时：

l=80mml2=（2～4）mm（取3mm）

按《工艺手册》表6.2-5公式计算

本工序点加工基本工时为：

T=t1+t2=1.10+1.09=2.19min

5、3工序Ⅲ端面D铣削用量及基本时间的确定：

（1）、加工条件

工件材料：

灰铸铁HT200，硬度190～220HBS

工件尺寸：

宽28mm，长40mm平面

加工要求：

粗铣——半精铣D端面

加工余量：

h粗=4.5mmh半精=1mm

机床选择：

选择X51立式铣床，用端铣刀粗铣。

机床功率：

4.5kw

（2）、确定切削用量及基本工时

（2.1）粗铣

1）、选择刀具：

根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10

2）、确定铣削深度ap：

由于单边加工余量Z=4.5，余量不大，故一次走刀内切完，则：

ap=4.5mm

3）、确定每齿进给量fz:

由《切削手册》表3.5，在X51铣床功率为4.5kw，用硬质合金铣刀加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，现取：

fz=0.18mm/z

4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：

根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.2mm，现取1.0mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。

5）、确定切削速度Vc：

根据《切削手册》表3.16可以查Vc：

由ap=4.5mmfz=0.18mm/z，查得

Vc=77mm/zn=245mm/zVƒ=385mm/z

根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）

nc=255r/minVƒc=400mm/min（横向）

实际切削速度和每齿进给量：

6）、计算基本工时：

l=40mml2=2

（2.2）半精铣

1）、选择刀具：

根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10

2）、确定铣削深度ap：

由于单边加工余量Z=1，故一次走刀内切完，则：

ap=1mm

3）、确定每齿进给量fz:

由《切削手册》表3.5，在X51铣床功率为4.5kw，用硬质合金铣刀加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，现取：

fz=0.14mm/z

4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：

根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。

5）、确定切削速度Vc：

根据《切削手册》表3.16可以查Vc：

由ap≤4mmƒz=0.14mm/z，查得：

Vc=110mm/zn=352mm/zVƒ=394mm/z

根据X51型立铣床说明书（表4.2-35）

nc=380r/minVƒc=400mm/min（横向）

实际切削速度和每齿进给量：

6）、计算基本工时：

5、4工序Ⅳ槽8mm的铣削用量及基本时间的确定：

（1）、加工条件

工件材料：

灰铸铁HT200，硬度190～220HBS

工件尺寸：

宽为8

，深为8mm的槽

加工余量：

粗加工时单边加工余量为Z=3.5mm

机床选择：

选择X51立式铣床，使用专用铣床夹具

机床功率：

4.5kw

（2）、确定切削用量及基本工时

（2.1）粗铣

1）、选择刀具：

根据《工艺手册》表3.1-33，选择φ7的锥柄键铣刀。

2）、确定铣削深度ap：

由于槽深为8mm，宽为8，加工余量比较大，故可分二次走刀，则：

ap=7.5mm

3）、确定每齿进给量fz:

根据《现代工艺方法》表1.2-10，在X51铣床功率为4.5kw（参看《工艺手册》表4.2-35），工艺系统刚性为中等，用高速钢槽铣刀加工时，选择每齿进给量fz=0.13mm/z

4）、选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：

根据《切削手册》表3.7，槽铣刀后刀面最大磨损量为0.2mm，根据《切削手册》表3.8槽铣刀直径φ7的最大刀具耐用度T=60min

5）、确定切削速度Vc：

Vc可根据《切削手册》表3.14直接查出

Vc=14（m/min）

n=279r/min

Vƒ=96mm/min

6）、计算基本工时：

由于粗铣的余量比较大，分两次走刀完成，所以基本工时为：

其中fmz——工作台的水平进给量mm/min

fmc——工作台的垂直进给量mm/min

l1=0.5d+（1～2）mm

d为刀具直径

l2=（1～3）mm

l为工件加工长度，l=40

h为垂直下刀的深度（长度）

因为在此加工中，第一刀切削深度为4mm，第二刀深度为3.5mm，即h=3.5

由表4.2-37查得，fmc取50mm/min

fmz=fz×Z×n=0.13×2×279=75.54mm/min

（2.1）半精铣

精加工时，需要保证尺寸8

0+0.03，深为8mm，粗糙度为R1.6，单边余量为Z=0.5，刀具选用φ7的立铣刀，齿数为4，每齿的进给量为fz=0.07mm/z，所以由《切削手册》表3.14查得Vc=16m/minn=318Vƒ=57mm/min

fmz=fz×Z×n=0.07×4×318=89.04mm/min

本工序点加工基本工时为：

T=t1+t2=1.38+1.07=2.45min

5、5工序Ⅴ槽18mm的铣削用量及基本时间的确定：

（1）粗铣

粗铣槽宽为18mm，深为23mm的槽，保证尺寸为17mm×22.5mm，槽宽单边加工余量为Z=3mm，选用X51立式铣床，使用专用铣床夹具。

1）、选择刀具：

根据《工艺手册》表3.1-33，选择Φ16的锥柄键槽铣刀。

2）、确定铣削深度ap：

由于槽深为23mm，宽为17，加工余量比较大，故分两次走刀粗铣完，则：

ap=3