机械制造工艺学课程设计拔叉831007工艺卡片和说明书

机械制造工艺学课程设计

——车床CA6140拨叉

班级 :机制12-4

学生 :

学号 :

指导老师 : 2012年4月22日

目录

一、设计题目 (1)

二、拨叉的工艺分析 (2)

三、工艺设计与计算 (4)

四、工艺路线的拟定 (6)

五、工序顺序的安排 (8)

六、确定工艺路线 (9)

七、工艺装配选用 (10)

八、工序计算 (10)

九、切削用量、时间定额的计算 (11)

十、时间定额的计算 (12)

十一、夹具设计 (14)

十二、设计感想 (18)

十三、参考资料 (18)

十四、附录 (19)

3 课程设计的方法与步骤

一、零件的分析

（1）零件的结构分析

该拨叉共有两组加工表面,一组是mm 22φ的孔及其上端面、孔壁上mm 8φ的锥销通孔和M8的螺纹孔；一组是75Φmm 的两圆弧面和mm 55φ内弧面。 (2)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，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ22mm 孔与操纵机构相连，二下方的φ55mm 半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。

（3）零件的技术要求

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。叉脚两端面在工作中需承受冲击载荷，为增强其耐磨性，该表面要求高频淬火处理，硬度为48~58HRC 。

（4）零件的工艺分析

CA6140车床上的拨叉共有两处加工表面。其间有一定的位置要求，分述如下：

1、以Ф22mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括：Ф22mm的孔，以及其上下表面，孔壁上有一个装配时要钻铰的Ф8mm的锥孔，一个M8的螺纹孔。

2、以Ф55mm为中心的加工表面

这一组加工表面包括：Ф55mm的孔，以及其上、下端面；

这两组表面有一定的位置要求；

（1）Ф55mm的孔的上、下表面与Ф22的孔的轴线垂直度误差为0.07mm。

（2）Ф22mm的孔的上、下表面与Ф22的孔的轴线垂直度误差为0.05mm。

（3）Ф55mm、Ф22mm的孔的上、下表面以及Ф55mm的孔的内表面的粗糙度误差为3.2um。

（4）Ф22mm的孔的内表面的粗糙度误差为1.6um，精度为IT7。

可以粗加工拨叉底面，然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工，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

二、生产类型确定

零件的年产纲领可按下式计算：

（+a%）(+%）

N Qm b

11

式中N——零件的生产纲领（件/年）

Q——产品的年产量（台、辆/年）

M——每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）

a%——备品率，一般取2%~4%

b%——废品率，一般取0.3%~0.7%

表1不同机械产品的零件质量型别表

表2机械加工零件生产类型的划分

(由设计题目可知，Q=8500台，m=1件/台，36/100.7mm kg -?=ρ ，则其生产纲领 N=8500?1?（1+（2%~4%））?（1+（0.3%~0.7%））=8931~9459件/年)

质量为1.5kg ，查表1可知属于轻型零件，再查表2得该类拨叉的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，大批采用专用工装,采用常规工艺方法。

三、确定毛坯的制造形式 1、选择毛坯

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，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。 2、毛坯尺寸公差与加工余量确定

① 求最大的轮廓尺寸

由设计题目要求可知其轮廓尺寸，长170mm ，宽75mm ，高58mm ，故最大轮廓尺寸为170mm 。

② 选取公差等级IT

由铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得公差等级IT 范围8~12级，取10级。

③ 求铸件尺寸公差

拨叉头端面公差为2.8mm ；拨叉头mm 22φ孔的公差为2.4mm ；拨叉脚mm 55φ孔公差为2.8mm 。 ④ 求加工余量等级

由铸造方法按机器造型、铸件材料按灰铸铁，查表得机械加工余量等级范围为E~G 级，取为F 级。

⑤ 求RMA （要求的机械加工余量）

由最大轮廓尺寸170mm 、机械加工余量等级为F 级，查表得RMA 数值为1.5mm 。

⑥ 求毛坯基本尺寸

拨叉头孔壁上的锥销通孔和螺纹孔较小，铸成实心； （1）拨叉头顶面 单侧加工由式求出，即

mm CT RMA F R 9.522/8.25.1502/=++=++= （2）拨叉脚两端面 双侧加工由式求出，即 mm CT RMA F R 2.242.13202/2=++=++= （3）拨叉脚内表面 内腔加工由式求出，即 mm CT RMA F R 6.504.13552/2=--=--= （4）拨叉脚两端面侧面 单侧加工由式求出，即 mm CT RMA F R 4.686.13732/2=--=--=

拨叉头铸件毛坯尺寸公差与加工余量

四、选择加工方法，制定加工路线

1、选择定位基准

基面的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，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成大批报废，使生产无法正常进行。 ①精基准选择

根据该拨叉零件的技术要求，选择拨叉头叉轴孔033

.0022+Φ作为精基准，零件上的加工表面都可以采用它作基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。拨叉轴孔033.0022+Φ的中心线是设计基准，选用其作精基准定

位加工拨叉脚两侧mm 75Φ圆弧面和锁销孔mm 8φ，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面

的垂直度要求。而选用拨叉头上端面作为精基准是遵循了“基准重合”的原则，从设计图纸上可知拨叉头上端面与拨叉头叉轴孔的中心线之间的位置精度较高，且该端面是拨叉脚两侧mm 75Φ圆弧面的设计基准。 ②粗基准选择

该拨叉不加工表面只有底面和叉轴孔的外轮廓表面，为保证零件加工相对于不加工表面具有一定位置精度的原则，选叉轴孔外轮廓表面作为粗基准。采用叉轴孔外轮廓表面作粗基准加工叉轴孔面，可以为后续工序准备好精基准；再采用加工过的叉轴孔作为精基准加工上端面，这样遵循了粗基准不重复使用的原则，

同时能保证拨叉头上端面与033.0022+Φ叉轴孔的垂直度。

2.零件表面加工方法选择

根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法。

拨叉零件各表面加工方案

3 加工阶段及制定工艺路线

（1）加工阶段

该拨叉加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。

在粗加工阶段，首先将精基准（拨叉头上端面和叉轴孔）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，

保证其他加工表面的精度要求；然后完成拨叉头上端面、拨叉脚两侧mm 75Φ圆弧面和5

.0075+Φ孔的粗铣，

mm 5.0055+φ孔的粗镗以及叉轴孔、M8螺纹孔和mm 8φ锥销孔的钻孔。

半精加工阶段，完成拨叉脚上端面和拨叉脚两侧mm 75Φ圆弧面的半精铣，叉轴孔、M8螺纹孔和mm 8φ锥

销孔的铰孔工艺以及mm 5.0055+φ孔的半精镗。

在精加工阶段，进行拨叉脚两侧mm 75Φ圆弧面的精铣、叉轴孔的精铰、M8螺纹孔的攻螺纹，以及最后铸件的切断。 （2）工艺路线

制定工艺路线的出发点，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。再生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用的夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。处此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案一：

工序Ⅰ 粗铣Ф40mm 孔的两头的端面，Ф75mm 孔的上下端面。 工序Ⅱ 精铣Ф40mm 孔的两头的端面，Ф75mm 孔的上下端面。 工序Ⅲ 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm 孔至图样尺寸。 工序Ⅳ 钻、扩、铰两端Ф22mm 孔至图样尺寸。

工序Ⅴ 钻M8的螺纹孔，钻Ф8mm 的锥销孔钻到一半，攻M8的螺纹。 工序Ⅵ 倒角，4×R5mm 。 工序Ⅶ 铣断保证图样尺寸。 工序Ⅷ 去毛刺，检验。

工艺路线方案二

工序Ⅰ 以毛坯底边为基准， 钻Ф20mm 孔, 扩孔至Ф21.8mm, 铰孔至 Ф22+0.033mm ，保证孔的粗糙度。

工序Ⅱ 以底端面为基准，铣Ф40mm 上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22的垂直度为0.05。 工序Ⅲ 以Ф40为精基准，镗Ф55+0.5mm ，镗Ф75+0.5mm 保证其尺寸和粗糙度，与Ф22孔的垂直度为0.07。

工序Ⅳ 以孔φ40为精基准，钻孔至φ7mm, 铰孔至φ8mm 确保孔内粗糙度为1.6。

工序Ⅴ以φ22孔为精基准，钻φ7mm孔。

工序Ⅵ以φ40上端面为精基准，攻M8mm螺纹。

工序Ⅶ倒角，4×R5mm。

工序Ⅷ以φ22孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4mm，使其粗糙度为6.3。

工序Ⅸ去毛刺，检验。

上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工完与Ф22mm的孔有垂直度要求的面再加工孔。而方案二悄悄相反，先是加工完Ф22mm的孔，再以孔的中心轴线来定位加工完与之有垂直度要求的三个面。方案一的装夹次数少，但在加工Ф22mm的时候最多只能保证一个面定位面与之的垂直度要求。其他两个面很难保证。因此，此方案有很大的弊端。方案二在加工三个面时都是用Ф22mm孔的中心轴线来定位这样很容易就可以保证其与三个面的位置度要求。这样也体现了基准重合的原则。这样一比较最终的工艺方案为：工序Ⅰ以毛坯底边为基准，钻Ф20mm孔, 扩孔至Ф21.8mm, 铰孔至Ф22+0.033mm，保证孔的粗糙度。

工序Ⅱ以底端面为基准，铣Ф40mm上端面，保证其尺寸要求及粗糙度，与Ф22的垂直度为0.05。

工序Ⅲ以Ф40mm为精基准，镗Ф55+0.5mm，镗Ф75+0.5mm保证其尺寸和粗糙度，与Ф22mm孔的垂直度为0.07。

工序Ⅳ以孔φ40为精基准，钻孔至φ7mm, 铰孔至φ8确保孔内粗糙度为1.6。

工序Ⅴ以φ22mm孔为精基准，钻φ7mm孔。

工序Ⅵ以φ40mm上端面为精基准，攻M8mm螺纹。

工序Ⅶ倒角，4×R5mm。

工序Ⅷ以φ22mm孔为精基准，将两件两件铣断，铣断量为4mm，使其粗糙度为6.3。

工序Ⅸ去毛刺，检验。

五、工序设计和工艺计算

(1) 机床设备及工艺装备的选用

1机床设备的选用

根据加工条件：工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb=0.16Gpa，铸造。

加工要求：粗铣，半精铣,精铣拨叉脚上端面与拨叉脚上端面侧面加工需求，保证端面粗糙度Ra=3.2μm，保证侧壁粗糙度Ra=6.3μm。选用X63卧式铣床。

2工艺装备的选用

本例拨叉的生产类型为大批生产，所选用的夹具均为专用夹具。

3刀具的选用

刀具：涂层硬质合金盘铣刀Ф45mm ，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）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定:

“CA6140车床拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为2.0㎏,生产类型为大批生产，采用砂型铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，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.外圆表面（Ф40mm 及Ф75mm 外表面）

考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度IT9即可。又因它们是对称的两个零件最后还需铣断，故对Ф40mm 的中心轴线的尺寸偏差为120±1.25mm 的范围内。

2. 两小孔021.0022+Φmm 。

毛坯为实心，两内孔精度要求界于IT7~IT8之间，参照《切屑加工简明实用手册》确定工序尺寸及余量：

钻孔：Ф21.8mm 2Z=21.8mm

铰孔：033.0022+Φmm 2Z=0.2mm

3.中间孔（Ф55mm 及Ф75mm ）

中间孔尺寸相对较大可以铸造，根据机械制造工艺设计手册表1-13得：孔的铸造毛坯为Ф55mm 、 Ф75mm 的孔是在Ф49mm 孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距离为38mm ，由于其对轴向的尺寸要求不高，直接铸造得到。参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф75mm 工序尺寸及余量：

粗铣：Ф73mm Z=4mm 精铣：Ф75mm Z=1mm 参照《切屑加工简明实用手册》表8-95确定Ф55mm 工序尺寸及余量： 粗 镗：Ф53mm 2Z=4mm 半精镗：Ф54mm 精 镗：Ф55mm 4.螺纹孔及销孔

无可非议此销尺寸铸造为实体。

参照《切屑加工简明实用手册》表8-70确定钻Ф8mm 螺纹孔和Ф8mm 圆柱销孔及螺纹孔的攻丝。 5.铣断

（3） 确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ 以毛坯底边为基准，钻Ф20mm 孔, 扩孔至Ф21.8mm, 铰孔至Ф22+0.033mm ，保证孔的粗糙度。 1. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS ，σb =0.16Gpa ，铸造。

加工要求：钻孔至Ф21.8mm ，精铰至Ф22mm ，保证孔壁粗糙度Ra=1.6μm 。 机床：Z512台式钻床。

刀具：YG8硬质合金麻花钻Ф21.8mm ，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mm l 5.11= 、1202=?° 100=α°、30=β°。YG8硬质合金铰刀Ф22mm 。

2.计算切削用量

（1）查《切削用量简明手册》 r mm f /1.1=。

按钻头强度选择r mm f /75.1= 按机床强度选择r mm f /53.0=，最终决定选择机床已有的进给量r mm f /1.1= 。

（2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.5～０.８mm ，寿命min 60=T ． （3）切削速度

查《切削用量简明手册》 r mm v c /12= 修正系数 0.1=TV K 0.1=MV K 0.1=tv K 0.1=Kxv

0.11=v K 10=apv K 故r mm v c /12=。min /46510000

r d v

n s ==

π，查《简明手册》机床实际转速为

min /460r n c =。故实际的切削速度

s

m n d v s

c /52.01000

0==

π。

3. 计算基本工时 s nf L t m 745.12721030=?+==

4、夹具设计

设计总结

夹具课程设计即将结束。回顾整个过程，经过老师和同学的帮助，还有自己不懈的努力，终于定时定量的完成了这次课程设计。课程设计作为机械制造与自动化专业的重点，使理论与实践结合，对理论知识加深了理解，使生产实习中的理解和认识也到了强化。

本次课程设计主要是机械加工工艺规程设计和专用夹具设计。机械加工工艺规程设计运用了基准选择等知识，夹具设计的运用了工件定位、夹紧机构等知识。通过此次设计，使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。本次设计还存在很多不足之处。由于对知识的掌握不够扎实，在设计过程中不能全面地考虑问题。仍需要进一步研究和实践。

这次设计，让我对基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了思考、解决问题，创新设计的能力。为以后的设计工作打下了较好基础。本设计存在很多不足之处，最后恳请老师、同学批评指正！

参考文献:

1.杨叔子，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，2004。

2. 上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：上海科学技术出版社，2004。

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8.刘文剑，曹天河，赵维，夹具工程师手册[M]，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987。

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14. 杨叔子.机械加工工艺师手册.北京:机械工业出版社，2001.

15. 王光斗、王春福．机床夹具设计手册．上海：上海科学技术出版社，2001.

16.吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册. 北京:高等教育出版社

2006