CA6140车床拨叉(831003)加工工艺规程及夹具设计说明书

发布时间：2024-10-30

1前言

通过机床工艺及程序设计，汇总所学专业知识如一体(如《公差于配合》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺》、《机械制造基础》、《数控加工工艺》、《机械制图》等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！

我希望能够通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。在此次课程设计过程中,查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点。

三维实体图

2 设计的目的

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。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。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，培养学生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。

3零件的分析

3.1 零件的作用

零件是CA6140拨叉（见附图1）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进行工作，获得所需的速度和扭矩的作用。宽度为30+0.0120mm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30+0.0120mm的面的槽和滑移齿轮的配合精度要求很高。

3.2 零件的工艺分析：

该拨叉零件的主要加工表面是平面、内花键和槽系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证内花键的加工精度容易。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。其底槽侧边与花键孔中心轴有垂直度公差要求，上端面与花键孔轴线有平行度要求。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由以上分析可知。因此，对于拨叉C来说，加工过程中的主要问题是保证内花键的尺寸精度及位置精度，处理好内花键和平面之间的相互关系以及槽的各尺寸精度。

由上工艺分析知，上端面与槽边均与花键轴有位置度公差，所以，保证内花键高精度是本次设计的重点、难点。

1 确定各表面加工方案

一个好的结构不但应该达到设计要求，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，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于设计拨叉C的加工工艺来说，应选择能够满足内花键加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。 2 在选择各表面、内花键及槽的加工方法时，要综合考虑以下因素

（1）．要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

（2）．根据生产类型选择，在大批量生产中可专用的高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。

（3）．考虑被加工材料的性质。

（4）．考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

（5）．此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。

选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。再选择前面各工序的加工方法。

3.3零件的工艺要求

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，同时使加工的劳动量最小。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问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

零件有四组加工表面： 25H7内花键孔；粗精铣上端面；粗精铣18H11底槽；钻、铰2-M8通孔，并攻丝。

（1）．以 22H12为主要加工面，拉内花键槽 25H7，槽数为6个，其粗糙度要求是底边Ra 1.6，侧边Ra 3.2， 22H12内孔粗糙度Ra 6.3。（2）．另一组加工是粗精铣上端面，表面粗糙度要求为Ra 3.2。

（3）．第三组为粗精铣18H11底槽，该槽的表面粗糙度要求是两槽边Ra 3.2，槽底的表面粗糙度要求是Ra 6.3。（4）钻并攻丝2-M8。

4. 工艺规程设计

4.1 确定毛坯的制造形式。

零件材料HT200、根据材料成型工艺可知用金属型铸造。该零件能够承受较大载荷和冲击载荷，能够满足使用要求。因为生产纲领为中批量生产。因为零件形状简单故毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因内孔很小，可不铸出。经查《金属机械加工工艺人员手册》表5-5取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。

4.2 基准的选择

1、粗基准的选择：因为要保证花键的中心线垂直于拨动滑移齿轮的右端面。所以以Φ40的外圆表面为粗基准。

2、精基准的选择：为了保证定位基准和加工工艺基准重合，所以选择零件的左端面为精基准。

4.3 制定工艺路线

工艺路线方案一：

工序一：铸造毛坯；

工序二：粗、半精铣左端面C面，

工序三：钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×75°倒角；工序四：拉花键Φ25H7

工序五：粗、半精铣底面D面；工序六：钻配作孔、螺纹孔；工序七：粗、半精铣槽；工序八：去毛刺；工序九：终检，入库。

工艺路线方案二：

工序一：铸造毛坯；

工序二：粗、半精铣左端面C面，工序三：终检，入库。工序四：拉花键Φ25H7

工序五：粗铣底面D面及18H11槽；

工序六：半精铣底面D面及18H11槽；工序七：钻配作孔、螺纹孔；工序八：去毛刺；

工序九：钻孔并扩花键底孔Φ22并锪2×75°倒角；

比较两种工序加工方案，考虑到加工过程中粗精铣同一面可用同一夹具和刀具，为了减少换夹具及刀具的时间，缩短加工工时提高加工效率，故采用第一种加工方案。

4.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

C6140拨叉材料为HT200毛坯质量为0.84kg，δb=220MPa，HBS=157。根据上述原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。

根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。

选取公差等级CT由《机械制造技术基础课程设计指南》中表5-1可查得毛坯件的公差等级为8~10级，，取为10级。

求铸件尺寸公差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南》中表5-3可查得尺寸公差为CT=3.2mm

求机械加工余量由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-5查得机械加工余量等级范围为D~F，取为E级

求RAM（要求的机械加工余量）对所有的加工表面取同一数值，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-4查得最大轮廓尺寸为80mm、机械加工余量为E级，得RAM数值为0.7mm。

求毛坯尺寸 2-M8通孔和Φ5锥孔较小铸成实心；C、Ｄ面单侧加工，应由《机械制造技术基础课程设计指南》式5-2求出，即： R=F+RAM+CT/2=80+0.7+3.2/2=82.3mm

D面为单侧加工，毛坯尺寸由机械制造技术基础课程设计指南》式5-1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R＝75mm

铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表：

1、C面的单边总加工余量为Z＝2.3mm。查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-49精加工余量故粗加工余量为Z＝1.3m

2、D面精加工余量同C面Z＝1mm故D面粗加工余量Z＝2mm 3、花键孔

要求以花键外径定心，故采用拉削加工

内空尺寸为 22H12。由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-42却定孔的加工余量分配：

钻孔： 20mm 扩孔： 22mm

拉花键孔(6- 25H7* 22H12*6H9) 4、铣18H11槽

由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-41查得粗铣后半精铣宽度余量Z＝3mm粗铣后公差为+0.18～+0.27半精铣后公差为+0.11（IT11）

4.5确定切削用量及基本工时

工序一：铸造毛坯

工序二：粗、半精铣左端面75×40面即C面。一、粗铣面75×40面 1、

背吃刀量的确定

因为切削余量较小故一次切削就可切除所有余量故a10=z=1.3mm。 2、

进给量的确定。

选用硬质合金端铣刀刀具材料为YG6铣刀直径为8mm齿数为10，选用X5032，立式升降台铣床，功率为7.5KW。由《实用机械加工工艺手册》表11－92可查得每齿进给量fz＝0.14～0.24mm取fz＝0.2mm/z 3、

铣削速度的确定。

由《实用机械加工工艺手册》表11-94可查得灰铸铁的硬度为150～225HBS，查得Vc=60~10m/min。则主轴转速为n＝1000Vc/ D＝238.8～437.9r/min 。Vf＝fzZn＝477.6～875.6r/mm。故取n＝300r/min ，Vf＝480mm/min。切削工时：

由《切削用量简明手册》表3.26可查得入切量及超切量Y+ =12mm。故

L Y t＝

＝

75 12

480

＝0.18mim。二、精铣75×40面 1、

背吃刀量的确定

由《实用机械加工工艺手册》表6-30查得半精铣的铣削用量为1mm ，即ap＝1mm。 2、

进给量的确定

选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由《实用机械加工工艺手册》表11-92要求表面粗糙度为3.2查得每转进给量为0.5～1.0故取0.5mm/r 3、

铣削速度的确定

由《实用机械加工工艺手册》查得铣削速度为60～110m/min则机床主

轴转速n＝1000Vc/ D=238.8~437.9r/mim取n＝300r/min，则Vf＝150mm/min。 4、

计算切削工时

由《切削用量简明手册》表3.26查得入切量和超切量Y+ ＝12mm。则

L Y

t＝

＝

80 12

150

＝0.61mim

工序三钻Φ22花键底孔，扩花键底孔Φ22倒2×75o倒角一钻Φ20的孔。 1）

决定进给量

由《切削用量简明手册》表2.7选择高速钢麻花钻头其直径do＝20mm。铸铁的硬度大于200HBS查得进给量f=0.43~0.53mm/r由于Yd＝80/20＝4查得修正系数Ktf＝0.95则f＝0.41～0.50mm/r。

由《切削用量简明手册》表2.8可查得钻头强度允许的进给量为f＝1.75mm/r。由《切削用量简明手册》表2.9可知机床进给机构强度所允许的钻削进给量。选用Z525钻床由表2.35查得进给机构允许的最大抗力Fmax＝8830N，do 20.5，查f＝0.93mm/s，故取f＝0.48由《切削用量简明手册》表2.19查得高速钢钻头钻孔的轴向力F＝5510N小于Fmax，故可用。 2）

确定钻头的磨钝标准及寿命。

由《切削用量简明手册》表2.12查的钻头后刀面最大磨损量取0.6mm，寿命为T=15mim。 3）确定切削速度 n

100v0

1000*18

3.14*20

＝286.6r/min

由《切削用量简明手册》表2.35取n＝272r/min则实际切削速度 Vc＝

Dn272*20*3.14

＝＝17.1 m/min。 10001000

4）检验机床扭矩及功率

由《切削用量简明手册》表2.20可查得f 0.5 mm/r时，Mc＝76.81Nm。当nc＝272r/min时由《切削用量简明手册》表2.35可查得Mm＝144.2Nm。

由《切削用量简明手册》表2.23查得Pc＝1.1 kw。Pe＝2.6×0.81＝7.76 kw。因为Mc Mm，Pc Pe，故所选切削用量可用。 f＝0.48mm/r ，n＝nc＝272r/min。Vc＝17m/min。计算基本工时： tm＝

由《切削用量简明手册》表2.29查得入切量与超切量分别为10mm和10mm。故： tm＝二、扩 20孔。

1、确定背吃刀量

由《切削用量简明手册》查得背吃刀量为2mm。 2、确定进给量

由《切削用量简明手册》查的f＝0.6～0.7mm/r。根据机床说明书取f＝0.62mm/r 3、计算切削速度

11 11

V ~ Vn ~ *17.1

23 23

L80 10＝＝0.69 mim。 272*0.48nf

＝5.7～8.5 m/min 由此可知主轴的的转速为： n＝82.5r/min

根据机床说明书取n＝140r/min，则实际切削速度

v＝

4、计算切削工时

由《切削用量简明手册》表2.5可查得Kv＝30～60，取Kv＝45。

140 V

＝9.67 m/min 1000

由《机械加工工艺手册》表3.5.1查得tm＝L1＝1.707～2.107，取L1＝2mm。故

tm＝0.8min

工序四拉花键孔

由《机械加工工艺手册》表4.1-42拉刀的齿开量查得矩形花键拉刀，工件材料铸铁的齿开量为0.04～0.1mm，取齿开量为0.06mm。拉削速度由《机械加工工艺手册》表4.1－65查得表面粗糙度要切Ra＝1.25～2.5，拉削速度为级的花键拉削速度为

Vc＝4.5～3.5 m/min 取Vc＝3 m/min 拉削级别由《机械加工工艺手册》表4.1－66查得。拉削加工工时 t＝

L L1 L2

，式中各参数：L=80mm，fn

ZbL k

1000vfzz

25 22

＝1.5 mm 2

式中Zb为单面余量Zb ＝

L为拉削表明长度 L＝80 mm

为拉削系数，取＝1.2

K 考虑机床返回行程系数取 k＝1.4 v为拉削速度 fz为拉刀单面齿开量

z为拉刀同时工作齿数z＝L/P

P为拉刀齿距 P＝（1.25~1.5）＝1.3580 ＝12 mm 所以拉刀同时工作齿数为 z＝L/P=80/12 7 所以 t＝

1.5*80*1.2*1.4

1000*3*0.06*7

＝0.16 min 工序五粗、精铣80×30面一、粗铣80×30面 1、加工余量的确定

由前面可知粗加工加工余量为2 mm，加工余量较小故采用一次切削故ap＝2 mm。

2、切削用量的确定

由《机械加工工艺手册》表2.1－20选择高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm齿数为3。

由《机械加工工艺手册》表2.1－96查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为aw＝do/4，铣刀的铣削速度为v＝18.29m/min，每齿进给量为0.063～0.102 mm/z 则主轴转速为 n＝

1000v

=358.3~577.2 r/min nD

取n＝460r/min，由此可得Vf＝fzzn＝0.09×3×460 ＝124.2 mm/min 3、铣削加工工时的计算

由《机械加工工艺手册》表2.1－94可查得 t＝式中

i为次给次数i＝

8 do4

Lw l1 l2

i vf

l1＝0.5do+（0.5～1.0）＝9 mm l2＝1～2 mm取l2＝2 mm 则 t＝

80 9 2

＝5.86 min

124.2

精铣 80×30面

1、加工背吃刀量ap的确定

由前面可知道精铣的加工余量为1 mm，故ap＝1 mm 2、进给量的确定

由《精铣加工工艺手册》表2.1－72查得高速钢立铣刀直径为16 mm，选用与粗铣时同一铣刀和机床。

铣削宽度为aw＝3 mm是的每齿进给量为0.08～0.05 mm/z，因为表精度要求较高故fz＝0.06 mm/z 3、切削用量的确定

由《机械加工工艺手册》表2.1－75查得铣刀磨钝标准查得后刀面最大磨损限度为0.2～0.25 mm。

由《机械加工工艺手册》表2.1－76限度寿命查得限度寿命T=60min。由《机械加工工艺手册》表2.1-92查得Vc＝22 m/min，则铣床的主轴转速：

n＝n 取n＝460 r/min。则Vf＝fz*z*n＝0.06*3*460 =82.8 mm/min 4、计算铣削加工工时

由上面可知 t＝式中

lw、l1、l2与上述所相同。 i＝30/3＝10 将各参数代入上式可得： t＝

80 9 2

×10

82.8

1000v

＝437.9 r/min do

Lw l1 l2

i vf

＝11 min 工序六钻两M8底孔及攻螺纹 1、选择切削用量

选择高速钢直柄麻花钻直径为Φ7，钻头形状为双锥修磨横刃。由《切削用量简明手册》表2.7查得进给量f＝0.36～0.44mm/r，由《切削用量简明手册》表2.83和钻头允许的进给量确定进给量f＝0.86mm/r。由《切削用量简明手册》表2.9机床进给机构所允许的钻削进给量查得f＝1.6mm/r。故由Z525型立式钻创说明书取f＝0.36mm/r。 2、确定钻头磨钝标准及寿命

由《切削用量简明手册》表2.12查得磨钝标准为0.5～0.8寿命为T＝35min。 3、确定切削速度

由《切削用量简明手册》表2.15查得切削速度为V＝18m/min。则主轴转速为

n＝

1000v

＝818.9 r/min。 D

由Z525钻床说明书由就近原则取n＝680 r/min。故实际切削速度为v＝14.9 m/min

4、校核机床扭矩及功率

由《切削用量简明手册》表2.20查得

Ff CFdo

Mc CMdo Pc

McVc

30d