拔叉制造工艺课程设计全套.docx

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拔叉制造工艺课程设计全套

机械制造工艺学

课程设计说明书

题目:

拨叉零件机械加工工艺规程

及关键工序夹具设计

注意：

专业：

机械工程及其自动化

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

机械制造工艺学

课程设计任务书

题目:

拨叉零件机械加工工艺规程

及关键工序夹具设计

内容：

1.零件图

1张

2.毛坯图

1张

3.机械加工工艺过程综合卡片

1张

4.机械加工工序卡片

7张

5.夹具结构设计装配图

1张

6.夹具结构设计零件图

1张

7.课程设计说明书

1份

专业：

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

一、零件的分析

1.零件的作用

2.零件的工艺分析

3.零件的尺寸图

二、确定生产类型

三、确定毛坯的制造形式

四、工艺规程设计

1.基面的选择

2.制定工艺路线

3.机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

4.确立切削用量及基本工时

五、夹具设计

1.问题的提出

2.夹具设计

3.绘制夹具零件图

六、参考文献

七、小结

八、附录

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目所给的零件是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，工作过程：

拨叉零件是在传动系统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速，转向。

其花键孔Φ25mm通过与轴的配合来传递凸轮曲线槽传来的运动，零件的两个叉头部位与滑移齿轮相配合。

（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：

1.零件孔Φ22mm的上下加工表面及花键孔Φ25mm

这一组加工表面包括：

孔Φ22mm的上下加工表面，孔Φ22mm的内表面，有粗糙度要求为Ra小于等于，Φ25mm的六齿花键孔，有粗糙度要求Ra小于等于，扩两端面孔，有粗糙度要求Ra=;

加工时以上下端面和外圆Φ40mm为基准面，有由于上下端面须加工，根据“基准先行”的原则，故应先加工上下端面（采用互为基准的原则），再加工孔Φ22mm,六齿花键孔Φ25mm和扩孔。

2.孔Φ22mm两侧的拨叉端面

⑴这一组加工表面包括：

右侧距离18mm的上下平面，Ra=，有精铣平面的要求，左侧距离为8mm的上下平面，Ra=，同样要求精铣。

⑵加工时以孔22mm，花键孔25mm和上下平面为基准定位加工。

⑶根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面尺寸，上述表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证，对于这两组加工表面而言，可以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，并且保证它们的位置精度要求

（三）零件的尺寸图

二、确定生产类型

1.结合生产实际，备品率a％和废品率b％分别抽取5％和2％。

则

N=Qn（1+α%+β%）

=3800×1（1＋5%＋2%）

=4066件/年

2.由于拨叉零件的年产量为4066件，现已知该产品属于轻型机械，叉的重量为㎏，根据表可知生产类型为中批生产。

三、确定毛坯的制造形式

1.零件材料为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。

2.已知零件的生产纲领是4066件每年,故查表，可确定其为中批生产，初步确定工艺安排的基本倾向为：

加工过程划分阶段，工序适当集中，加工设备主要以通用设备为主，采用专用夹具，这样投资较少，投产快生产率较高，转产较容易。

3.根据零件的材料确定毛坯为铸件，材料为HT200，毛坯的铸造方法为模锻铸造，铸件尺寸公差等级为CT9级。

4.下图为所制的毛坯尺寸图。

四、工艺规程设计

（一）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。

（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。

根据这个基准选择原则，现选取φ22

孔的不加工外轮廓底面作为粗基准，利用圆柱来定位，另外四爪握住两边来限制六个自由度，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。

（二）制定工艺路线

在生产纲领确定的情况下,根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求来制定工艺路线。

可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。

1..工艺路线方案的对比

方案一

工序：

1.粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。

2.粗、精铣削B面。

3.铣削8+0.030mm的槽。

4.铣削18+0.0120mm的槽。

5.拉花键。

方案二

工序：

1.粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。

以Ф40mm圆柱面为粗基准。

选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。

2.拉花键。

以A面为基准，

3.铣削槽B面。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具

4.铣削8+0.030mm的槽。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

5.铣削18+0.0120mm的槽。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

方案分析：

上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。

但此方案中2.3.4。

2.补充选定的方案

工序0铸坯。

工序1粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。

以Ф40mm圆柱面为粗基准。

选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。

工序2拉花键。

以A面为基准，

工序3铣削槽B面。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具

工序4铣削8+的槽。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

工序5铣削18+0.0120mm的槽。

以花键的中心线及A面为基准。

选用X62W卧式铣床加专用夹具。

工序6磨槽。

工序7去毛刺。

工序8检验。

3，选择机床

（1）工序1为车端面和钻孔、扩孔、倒角，可用C3163-1转塔式六角车床。

（2）工序2为拉花键，采用普通拉床。

（3）工序3和4为铣端面，可采用X62W铣床。

（4）工序6磨削采用磨床。

4.选择夹具:

每个工序都可以采用专用的夹具,夹具后面再设计。

5.选择刀具:

在铣床上用高速钢立铣刀，铣上下两槽用三面刃铣刀，在车床上选普通车刀，内拉床选矩形齿花键拉刀

6.选择量具:

精度要求较高的可用内径千分尺量程50～125，其余用游标卡尺分度值为。

（三）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

CA6140的拨叉材料为HT200。

毛坯重量为kg，σb=160MPaHB170~240生产类型为由大、中批量生产，采用模锻锻模。

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.A面的加工余量

A面有3±0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除

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Φ22+，见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》表3-59确定孔加工余量的分配。

钻孔Φ20mm

扩孔Φ21mm

拉花键

花键孔要求以外径定心：

拉削时加工余量参照《金属机械加工工艺人员手册》取2Z=1mm

3.B面的加工余量。

此工序分2个工步1、粗铣B面2、精铣B面。

精加工余量为0.2mm

粗铣加工余量为2.8mm

4．上凹槽:

对于上凹槽的加工，由于事先未被铸出，要满足其槽的深度先需要粗铣，现确定其加工余量取8mm。

为了保证槽两边的表面粗糙度和槽的水平尺寸8+的精度要求，需要进行精铣槽的两侧面,加工余量取0.5mm。

5.下凹槽:

由于此平面没有加工，只加工平面的凹槽，其基本尺寸为槽宽18+（精度较高，IT6级），槽的深度为15，可事先铸出该凹槽，该槽的三个表面的粗糙度都为

，在粗铣后

精铣能达到粗糙度要求。

6.孔：

钻孔其尺寸为20mm，加工余量取2mm,扩孔钻，保留0.5mm的拉刀加工余量。

孔里的花键槽用组合装配式拉刀成型式的加工方式一次拉出。

7．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，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。

（四）确立切削用量及基本工时

工序0毛坯工序。

铸造尺寸如毛坯图

工序1：

车削A面。

加工条件

工件材料：

灰口铸铁HT200,铸造。

加工要求：

粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，Ra=μm

机床C3163-1：

转塔式六角卧式车床。

刀具：

刀片材料。

r=12.ao=6-8b=-10o=Kr=90n=15

工序图：

1.计算切削用量

（1）已知长度方向的加工余量为3±0.8mm。

实际端面的最大加工余量为3.8mm。

故分二次加工（粗车和半精车）。

长度加工公差IT12级。

（2）进给量、根据《切削简明手册》（第3版）表当刀杆尺寸为16mm×25mm,ae≦3mm时，以及工件直径为Φ60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取Φ60mm）

f=-0.8mmr.

按C3163-1　车床说明书　取f=mm/r。

由于存在间歇加工所以进给量乘以k=—所以实际进给量f=×=0.48mm/r

按C3163-1　车床说明书　f＝r

（3）计算切削速度。

按《切削简明手册》表，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

刀具材料YG6

V=Cv/（Tm·apXv·fYv）·kv

其中：

Cv=158Xv=Yv=m=修正系数Ko见《切削手册》表

kmv=kkv=kkrv=ksv=kBV=

∴Vc=158/（·······

=（m/min）

（4）确定机床主轴转速ns=1000vc/

dw

=（r/min）

按C3163－1车床说明书　

n＝200r／min

所以实际切削速度V=40.8m/min

（5）切削工时，按《工艺手册》表

由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备

Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf=（min）

L=（65-0）/2=32.5L1=3、L2=0、L3=0。

2、精车

1）已知粗加工余量为0.5mm。

2）进给量f

根据《切削用量简明手册》表，f=－0.25mm/r　　

　按C3163－1　车床说明书　f＝0.16mm/r

3）计算切削速度

按《切削用量简明手册》表，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

V=Cv/（Tm·apXv·fYv）·kv

=158/（·······

=（m/min）

4）确定机床主轴转速

nw=1000vc/

dw

=（r/min）

按C3163－1　车床说明书　　取nw=400（r/min）

实际切削速度V=57.1m/min

5）切削工时

查《工艺手册》表

Tm=（L+L1+L2+L3）/nwxf==（min）

由于下一道工序是钻孔，所以留下20mm的台阶，所以L=（65-20）/2=22.5mmL1==0.L3=0。

3、钻孔、扩孔、倒角。

（1）、钻孔

钻头选择：

见《切削用量简明手册》表

钻头几何形状为（表及表）：

双锥修磨具刃，钻头参数：

d＝Ф20mmβ=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm,ao=12°,

Ψ=55°,b=2mm，=4mm。

根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=

a、按机床进给强度决定进给量

根据表,当σb＝210MPa

do＝20.5mm可确定f=。

按C3163-1　车床说明书　　　取f=0.62mm/n.

b、决定钻头磨钝标准及寿命

表，当do=20mm、钻头最大磨损量取寿命T=45min.

c.切削速度　

由《切削用量简明手册》，表得V=21m/min

n=1000V/

D=

由机床技术资料得和接近的有280n/m和400n/min取280n/min

取n=280m/min.实际V=17m/min

d、基本工时

Tm=L/n·f=（80+10）/=（min）

入切量及超切量由表.查出Ψ+△=10mm

所以Tm=L/nf=（80+10）/=（min）

（2）、扩孔

刀具直径do=21mm；刀具几何参数同上。

由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以Tm同上Tm=min

倒角刀具15°锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。

（3）、倒角

刀具：

专用刀具。

此工步使用到专用刀具与手动进给。

检验机床功率：

按《切削用量简明手册》表

可以查出　当σｂ＝160～245HBS

ａｐ≤　f≤r　

Vc≤41m／min　　Pc＝

按C3163－1　车床说明书　主电机功率Ｐ＝11kw

可见Ｐｃ比Ｐ小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求

钻削功率检验按《切削用量简明手册》表

当do＝21mm　f＝mm.

查得转矩M＝　N·M

《切削用量简明手册》表由表　得功率公式

Pc＝McVc/30do=30x21=

按C3163－1　车床说明书　主电机功率P＝11kw

可见Pc比P小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要求。

工序2拉花键孔

单面齿升：

根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿

为。

工序图：

1）拉削速度v=0.06m/s（3.6m/min）

2）切削工时

t=ZbLηk/1000vfzZ

式中：

Zb单面余量1.5mm（由Φ21mm拉削到Φ25mm）；

L拉削表面长度，80mm；

η考虑校准部分的长度系数，取；

k考虑机床返回行程系数，取；

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=12mm拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7。

∴其本工时Tm=×80××1000×××7=（min）

工序3粗铣，精铣B面。

加工要求：

粗铣B面，精铣B面，Ra=ｕｍ。

用标准镶齿圆柱铣刀粗铣加工余量3mm

机床：

X62W

加工工件尺寸：

宽度：

40mm长度：

28mm。

工序图：

1.粗铣

1）选择刀具

根据《切削用量简明手册》表铣削宽度ae≤5mm时。

直径为do=50mm　故齿数Ｚ＝８，由于采用标准镶齿圆柱铣刀

铣刀几何参数（表）rn=10°ao=16°

2）切削用量

留精铣的加工余量为，所以本道工步切削宽度ac＝±ｍｍ，由于加工表面精度要求Ra=um.根据表得每转进给量f＝～１mm/r就能满足要求，但考虑到X62W功率为，机床为中等系统刚度和Ｘ62W铣床说明书所以每转进给量f＝r

3）选择刀具磨钝标准及刀具寿命。

根据《切削用量简明手册》表、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为镶齿铣刀do=50mm，刀具寿命T=120min（表）

4）决定切削速度Vc

根据《切削用量简明手册》表确定

Z=8,ap=40-70mm,ac=±mm,fz=f/z=z

Vc=（Cv·do·qo）/（Tm·ao·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）

Cv=20,qv=,Xv=,yv=,uv=,pv=,m=,Km==,KTv=

Kv=Km·Ksv·

Vc=（Cv·do·qo）/（Tm·ao·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）

=（m/min）

n=1000V/

d

=/

=151r/min

根据X62W型铣床说明书选n=160r/min

Vc=

1000

=/1000

=25.1m/min

Vf=nf==96mm/min

选Vf=80mm/min,实际fz=Vf/（n·z）=0.0625mm/z

5）机床功率

根据《切削用量简明手册》表当Vc=71m/minae=2.8mmap=41mmfz=Kmpc=

故Pct＜,

根据X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为

Pcm=×=

故Pcc＜Pcm因此所决定的切削用量可以采用:

ae=2.8mmVf=80m/minn=160r/minVc=25.1m/minfz=z

6）基本工时

根据《切削用量简明手册》表

Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/80=（min）

L1+△=14mm

2.精铣

1）选择刀具

刀具与上道工步是同一把刀。

2）切削用量

精铣的加工余量为，所以本道工步切削宽度:

ae＝0.2mm，f＝

3）决定切削速度Vc

可根据《切削用量简明手册》表确定ac=0.2mm,

Vc=（Cv·do·qo）/（Tm·ao·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）

=33.1m/min

n=1000V/

d

=/=211r/min

根据X62W型铣床说明书选n=210r/min

Vf=nf==126mm/minVF=125mm/minfz=Vf/（n·z）=0.074mm/Z

4）基本工时

基本工时根据《切削用量简明手册》表

Tm=（L+L1+△）/Vf=（28+14）/125=（min）L1+△=14mm

工序4铣削8+槽。

加工工件尺寸：

8+,长度L=40mm。

加工要求：

高速钢错齿三面刃铣刀（精密级K8）加工余量8用乳化液冷却

机床：

X62W

工序图：

1）选择刀具：

由加工尺寸公差得铣刀精度为精密级K8

铣刀参数：

L=8mmD=63d=22d1=34ro=15°

ao=12°an=6°Z=16

2）选择切削量

由于槽的深度为8mm,故一次走完，ae=8mmap=8mm

由《切削用量简明手册》表确定f=-0.3mmr现取f=0.3mm/rfz=16=0.018mm/z

3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命

根据《切削用量简明手册》表,得最大磨损量为由表确定刀具寿命：

T=100min。

4）决定切削速度Vc和每齿进给量Vf

由《切削用量简明手册》的公式：

Vc=（Cv·do·qo）/（Tm·ao·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）·Kv

Cv=25,qv=,Xv=,yv=,uv=,pv=,m=,Km=,Ksv=,KTv=,

Kv=Km·Ksv·

Vc=（Cv·do·qo）/（Tm·ao·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）·Kv=82.86m/min

n=1000×Vc/

do=1000××63=min

根据X62W型铣床说明书选nc=375r/min

实际速度Vc=

do·nc/1000=74.2m/min

选Vfc=nc·f=375×=112.5mm/min根据X62W型铣床说明书选Vf=110mm/min

fzc=110/375×16=0.018mm/z

5）机床功率：

根据《切削用量简明手册》表公式：

圆周力fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doaFnWF）KFCKTV=KMFC=

由表28得CF=30，XF=，yF=，UF=，WF=0，qF=，KFC=

Fc=（CFapxffzyFaeVFZ/doqFnWF）KFC=30X8XX8/63X375=N

M=FCdo/2×103=M

Pc=FcVc/1000=1.18km根据X62W型铣床说明书，功率足够。

6）基本工时

基本工时根据《切削用量简明手册》表

Tm=（L+L1+△）/Vf=（40+14）/110=（min）L1+△=14mm

工序5铣宽为180+0.12mm槽

加工要求：

用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽180+0.12mm，长L=40mm，加工余量：

23mm

由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，ae=23，ap=10mm。

工序图：

1）选择刀具

铣刀参数：

L=10D=100mmd=30mmro=15°

ao=12°an=6°Z=24

2）选择铣削用量

由于槽的宽度为18mm,故二次走完，ae=23mmap=10mm

由《切削用量简明手册》表确定f=0.5mm/r现取f=0.8mm/rfz=24=0.02mm/z

3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命

根据《切削用量简明手册》表,得最大磨损量为由表确定刀具寿命：

T=100min其中

4）确定切削速度Vc和每齿进给量Vf

由《切削用量简明手册》的公式：

Vc=（Cv·do·qo）/（Tm·ao·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv）·Kv

Cv=25,qv=,Xv=,yv=,uv=,pv=,m=,Km=,Ksv=,KTv=,

Kv=Km·Ksv·

Vc=（Cv·do·qo）/（Tm·ao·Xv·fz·yv·ae·uv·Zpv））·Kv

=98.6m/min

n=1000×Vc/

do

=1000××100=314r/min

根据X62W型铣床说明书选nc=300r/min

实际速度Vc=

donc/1000

=94.2m/min

选Vfc=ncf==150mm/min

根据X62W型铣床说明书选Vf=150mm/min

fzc=150/300×24=0.020mm/z

5）基本工时

基本工时根据《切削用量简明手册》表

Tm=（L+L1+△）i/Vf=（40+20）X2/150=（min）L1+△=20mmi=2（走两次）

工序6磨18mm槽，

保证尺寸18mm

工序图：

1）选择砂轮。

见《切削手册》第三章中磨料选择各表，结果为GZ46KV6P350×40×127其含义为：

磨轮磨料为棕刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所以选用为粒度为46#，硬度为软2级。

平型砂轮，其尺寸为16×6×40（D×d×H）。

2）切削用量的选择

砂轮转速n砂=3000r/min（见机床说明书），

V砂=2.5m/s

进给量f=50mm/min双单行程fr=0.015mm

3）切削工时。

当加工1个表面时

Tm=（L+y+△）iK/50=

工序7去毛刺

清除工件已加工部位周围所形成的刺状物或飞边

工序8检查

最后，将以上各个工序切削用、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一起填入机械加工工艺卡片中，见附后表。

五、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4道工序——铣宽为80+0。

03mm槽的铣床夹具。

本夹具将用与X63卧式铣床。

刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。

本夹具主要用来铣宽为80+0。

03mm的槽，由于采用宽为80+0。

022mm的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度．

（二）夹具设计

1．定准位基的选择

由零件图可知，宽为80+