CA6140拨叉831008钻4mm孔攻M6螺纹的夹具设计

制造工艺学课程设计

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”零件的机械加工工艺及工艺

设备

设计者周志远

指导教师

哈尔滨理工大学

哈尔滨理工大学

机械制造工艺学课程设计任务书

题目: 设计”CA6140车床拨叉”零件的机械加工工艺规则及工艺装备

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. 结构设计装配图

1张

5. 结构设计零件图

1张

6. 课程设计说明书

1张

班级机械06-6

学生周志远

指导教师

序言

械制造课程设计相对而言可能是这3年中最难得一次课程设计，他综合了我以前学习的大部分知偶识，也是我们在进行毕业设计之前对所学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。

就我个人而言本次课程设计能充分锻炼自己分析问题，解决问题的能力，虽然只有一个位置的钻床夹具设计，但是由于能力有限，难免有错误的地方，希望老师指点。

目录

一、零件的分析

1.1拨叉的作用

题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换挡，使主轴回转运动，按照工作者的要求工作，获得所需要的速度和扭矩的作用。 1.2拨叉的工艺要求

一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺的问题。

拨叉是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内花键的精度要求较高，此外还有上端面要求加工，对精度要求也很高。其底槽侧面与花键孔中心轴有垂直度公差要求。

因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此对他们的加工是非常关键的。

1.3拨叉的工艺性性分析

CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下： 1.3.1

以φ20为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ20的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M8的螺纹孔。下端有一个47的斜凸台。这三个都没有高的位置度要求。 1.3.2

以φ50为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ50的孔，以及其上下两个端面。

这两组表面有一定的位置度要求,即φ50的孔上下两个端面与φ20

的孔有垂直

度要求。

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

021.00

+50.025

.0+50.025

.0++021.00

+

2.1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。 2.2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，是生产无法正常进行。

2.2.1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φ20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φ32作主要定位面，限制5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。

2.2.2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。 2.3制定工艺路线

制定工艺路线得出发点,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.工艺路线方案一

工序一 粗、精铣φ20孔上端面。 工序二 钻、扩、铰、精铰φ20、φ50孔。 工序三 粗、精铣φ50孔上端面 工序四 粗、精铣φ50、φ20孔下端面。 工序五 切断。

工序六 钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。 工序七 钻一个φ4孔，攻M6螺纹。 工序八 铣47凸台。 工序九 检查。

上面工序加工效率较高，但同时钻三个孔，对设备有一定要求。且看另一个方案。 2.工艺路线方案二

021.00

工序一粗、精铣φ20孔上端面。

工序二粗、精铣φ20孔下端面。

工序三钻、扩、铰、精铰φ20孔。

工序四钻、扩、铰、精铰φ50孔。

工序五粗、精铣φ50孔上端面

工序六粗、精铣φ50孔下端面。

工序七切断。

工序八钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。

工序九钻一个φ4孔，攻M6螺纹。

工序十铣47凸台。

工序十一检查。

上面工序可以适合大多数生产，但效率较低。

综合考虑以上步骤，得到我的工艺路线。

3.工艺路线方案三

工序一以φ32外圆为粗基准，粗铣φ20孔下端面。

工序二精铣φ20孔上下端面。

工序三以φ20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。

工序四以φ20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰φ50孔，保证空的精度达到IT7。

工序五切断。

工序六以φ20孔为精基准，粗铣φ50孔上下端面。

工序七以φ20孔为精基准，精铣φ50孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。

工序八以φ20孔为精基准，钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。

工序九以φ20孔为精基准，钻一个φ4孔，攻M6螺纹。

工序十以φ20孔为精基准，铣47凸台。

工序十一检查。

虽然工序仍然是十一步，但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀具不用调整）。多次加工φ50、φ20孔是精度要求所致。

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

”CA6140车床拨叉”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛皮重量2.2kg，生产类型大批量，铸造毛坯。

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

2.4.1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ20，φ50端面）。

查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5，取φ20，φ50端面长度余量均为2.5（均为双边加工）

铣削加工余量为：

粗铣 1mm

精铣 0mm

2.4.2. 内孔（φ50已铸成孔）

查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ50已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为44mm。

工序尺寸加工余量：

钻孔 2mm

扩孔 0.125mm

铰孔 0.035mm

精铰 0mm

2.4.

3. 其他尺寸直接铸造得到

由于本设计规定的零件为大批量生产，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。

2.5确立切削用量及基本工时

工序一以φ32外圆为粗基准，粗铣φ20孔上下端面。

2.5.1 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。

加工要求：粗铣φ20孔上下端面。

机床：X6140卧式铣床。

刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a e <=60,深度a p <=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径d o =80mm 。选择刀具前角γo ＝＋5后角αo ＝8，副后角αo ’=8，刀齿斜角λs=－10,主刃Kr=60,过渡刃Kr ε=30,副刃Kr’=5过渡刃宽b ε=1mm 。 2.5.2切削用量

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a p =1.5mm ，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》f=0.14~0.24mm/z 。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z 。 3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm 。 查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度 按《切削手册》，V c =

算得 V c ＝98mm/s ，n=439r/min,V f =490mm/s

据XA6132铣床参数，选择n c =475r/min,V fc =475mm/s,则实际切削速度V

c =3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc =V fc /n c z=475/(300*10)=0.16mm/z 。 5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc 。故校验合格。

最终确定 a p =1.5mm ，n c =475r/min,V fc =475mm/s ，V c =119.3m/min ，f z =0.16mm/z 。 6）计算基本工时

t m ＝L/ V f =(32+80)/475=0.09min 。

工序二 精铣φ20孔上下端面。 1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。 加工要求：精铣φ20上下端面。 机床：X6140卧式铣床。

刀具：W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a e <=60,深度a p <=4,齿数z=10,故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径d o =80mm 。选择刀具前角γo ＝＋5后角αo ＝8，副后角αo ’=8，刀齿斜角λs=－10,主刃Kr=60,过渡刃Kr ε=30,副刃Kr’=5过渡刃宽b ε=1mm 。 2. 切削用量

v pv

v e v z v p m v

o v K Z

u a y f X a T q d C

1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择a p =1.0mm ，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》f=0.14~0.24mm/z 。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z 。 3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm 。 查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 V c ＝98mm/s ，n=439r/min,V f =490mm/s 据XA6132铣床参数，选择n c =475r/min,V fc =475mm/s,则实际切削速度V

c =3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc =V fc /n c z=475/(300*10)=0.16mm/z 。 5)校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc 。故校验合格。

最终确定 a p =1.0mm ，n c =475r/min,V fc =475mm/s ，V c =119.3m/min ，f z =0.16mm/z 。 6）计算基本工时

t m ＝L/ V f =(32+80)/475=0.09min 。

工序三 以φ20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,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 =18mm ，钻头采用双头刃磨法，后角αo ＝12，二重

刃长度b ε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度

2.选择切削用量 （1）决定进给量

查《切》

所以，

按钻头强度选择 按机床强度选择

最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。

（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～０.８mm ，寿命． （3）切削速度

mm l 5.11=1202=?100=α30=βr mm f /86.0~70.0=3

5.12030<==d l r mm f /70.0=r mm f /75.1=r mm f /53.0=r mm f /48.0=max

6090F F f <=min 60=T

查《切》

修正系数

故。

查《切》机床实际转速为

故实际的切削速度

（4）校验扭矩功率

所以 故满足条件，校验成立。

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： 铰孔：

精铰：

工序四 以φ20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰φ50孔，保证空的精度达到IT7。 1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时d o =48mm ，钻头采用双头刃磨法，后角αo ＝11，二重刃长度b ε=11mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度

2.选择切削用量 （1）决定进给量

查《切》

按钻头强度选择 按机床强度选择

r mm v c /18=0.1=TV K 0.1=MV K 0.1=tv K 0.1=Kxv 0.11=v K 10=apv K r mm v c /18=min /3.31810000

r d v

n s ==

πmin /272r n c =r

mm n d v s

c /4.151000

0==

πNm M c 60=Nm M m 2.144=m c M M

nf L t m min /272r n =r mm f /48.0=min /4.15m v c

=mm d 8.190=min /272r n =r mm f /48.0=min /4.15m v c

=mm d 94.190=min /272r n =r mm f /48.0=min /4.15m v c

=7200IT d =mm l 31=1202=?100=α30=βr mm f /2.1~0.1=r mm f /2=r mm f /53.0=

最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验

校验成功。

（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.8～1.2mm ，寿命 扩孔后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.9～１.４mm ，寿命

铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查《切》）为０.６～０.９mm ，寿命 （3）切削速度 查《切》

修正系数

故。

查《切》机床实际转速为

故实际的切削速度

（4）校验扭矩功率

所以 故满足条件，校验成立。

扩铰和精铰的切削用量同理如下：

扩钻：

铰孔：

精铰：

３.计算工时

所有工步工时相同。

r mm f /40.0=max

2452012260F F f =<=min 140=T min 60=T min 120=T r mm v c /20=0.1=TV K 0.1=MV K 0.1=tv K 0.1=Kxv 0.11=v K 10=apv K r mm v c /20=min /6.13210000

r d v

n s ==

πmin /125r n c =r

mm n d v s

c /8.181000

0==

πNm M c 362=Nm M m 2.814=m c M M

=mm d 75.490=min /125r n =r mm f /40.0=min /6.19m v c

=mm d 93.490=min /125r n =r mm f /40.0=min /6.19m v c =7

500IT d =min 52.053.012518

17=?+==

nf L t m

工序五切断。

工序六以φ20孔为精基准，粗铣φ50孔上下端面。

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。

机床：XA5032卧式铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a e>60,深度a p<=4,齿数z=1２,故据《切削手册》取刀具直径d o=125mm。

2. 切削用量

1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择a p=1.5mm，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》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。

查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度按《切削手册》，查得 V c＝110mm/s，n=281r/min,V f=378mm/s

据XA6132铣床参数，选择n c=300r/min,V fc=375mm/s,则实际切削速度V

=3.14*80*475/1000=117.8m/min,实际进给量为f zc=V fc/n c z=0.10mm/z。

c

5)校验机床功率查《切削手册》,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。

6）计算基本工时

t m＝L/ V f=(72+9)/375=0.216min.

工序七以φ20孔为精基准，精铣φ50孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过

0.07。

1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =0.16GPa HB=190~241,铸造。

机床：XA5032卧式铣床。

刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度a e>60,深度a p<=4,齿数z=1２,故据《切削手册》取刀具直径d o=125mm。

2. 切削用量

1）铣削深度因为切削量较小，故可以选择a p=1.0mm，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》选f=0.5 mm/z 。 3） 查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm 。 查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4） 计算切削速度 按《切削手册》，将f 降一级为f=0.5 mm/z 。查得 V c ＝110mm/s ，n=252r/min,V f =577mm/s

据XA6132铣床参数，选择n c =235r/min,V fc =600mm/s,则实际切削速度V c =600.4,实际进给量为f zc =V fc /n c z=0.21mm/z 。

5)校验机床功率 查《切削手册》,而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw 。故校验合格。 6）计算基本工时

t m ＝L/ V f =(72+9)/375=0.216min.

结果a p =1.0mm, f=0.21 mm/z, n c =235r/min,V fc =600.4mm/s.

工序八 以φ20孔为精基准，钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。 1. 选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时d o =4mm ，后角αo ＝16，二重刃长度

2.选择切削用量 （1）决定进给量

查《切》

按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～0.8mm ，寿命． （3）切削速度 查《切》

修正系数

故。

1202=?450=α30=βr mm f /022~18.0=r mm f /50.0=r mm f /53.0=r mm f /22.0=min 20=T r mm v c /18=0.1=TV K 0.1=MV K 0.1=tv K 0.1=Kxv 0.11=v K 10=apv K r mm v c /18=

查《切》机床实际转速为

故实际的切削速度

（4）校验扭矩功率

故满足条件，校验成立。

３.计算工时

工序九 以φ20孔为精基准，钻一个φ4孔，攻M6螺纹。 1. 选择钻头

选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时d o =4mm ，后角αo ＝16，二重刃长度

2.选择切削用量 （1）决定进给量

查《切》

按钻头强度选择 按机床强度选择 最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～0.8mm ，寿命． （3）切削速度 查《切》

修正系数

故。

min /143210000

r d v

n s ==

πmin /1360r n c =r

mm n d v s

c /1.171000

0==

πm c M M

nf L t m 1202=?450=α30=βr mm f /022~18.0=r mm f /50.0=r mm f /53.0=r mm f /22.0=min 20=T r

mm v c /18=0.1=TV K 0.1=MV K 0

.1=tv K 0.1=Kxv 0.11=v K 10=apv K r mm v c /18=min /143210000

r d v

n s ==

π

查《切》机床实际转速为

故实际的切削速度

（4）校验扭矩功率

故满足条件，校验成立。

３.计算工时

螺纹钻削由于没有手册可查，故以钻削切削用量及其他钻螺纹工序估算。祥见工艺卡片。

工序十 以φ20孔为精基准，铣47凸台。 工序十一 检查。

其余几步数据见工艺卡片。

min /1360r n c =r

mm n d v s

c /1.171000

0==

πm c M M

nf L t m