设计“CA6140车床拨叉”零件的机械加工工艺及工艺设备.doc

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1、 课程设计说明书备注：1、本任务书由指导教师填写相关栏目，经系审核同意后，交学生根据要求完成设计任务。 2、本任务书须与学生的课程设计说明书（或论文）一并装订存档。 序言机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各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,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程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，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处

2、，恳请各位老师给予指导。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，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的20孔与操纵机构相连，二下方的50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。（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.以20为中心的加工表面这一组加工表面包括：20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

3、有高的位置度要求。2.以50为中心的加工表面这一组加工表面包括：50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50的孔上下两个端面与20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(一)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。（二）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。（1）粗基准

4、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20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32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）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。（三）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

5、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20孔上端面。工序二 钻、扩、铰、精铰20、50孔。工序三 粗、精铣50孔上端面工序四 粗、精铣50、20孔下端面。工序五 切断。工序六 钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序七 钻一个4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.工艺路线方案二工序一 粗、精铣20孔上端面。工序二 粗、精铣20孔下端面。工序三 钻、扩、铰、精铰20孔。工序四 钻、扩、铰、精铰50孔。工序

6、五 粗、精铣50孔上端面工序六 粗、精铣50孔下端面。工序七 切断。工序八 钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序九 钻一个4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32外圆为粗基准，粗铣20孔下端面。工序二 精铣20孔上下端面。工序三 以20孔上端面和32外圆为精基准，钻、扩、铰、精铰20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。工序四 以20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰50孔，保证空的精度达到IT11。工序五 切断。工序六 以20孔为精基准，粗铣50孔上下端面。工序七

7、 以20孔为精基准，精铣50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20孔为精基准，钻4孔（装配时钻铰锥孔）。工序九 以20孔为精基准，钻4孔，攻M6螺纹。工序十 以20孔为精基准，铣47凸台。工序十一 去毛刺，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50、20孔是精度要求所致。以上工艺过程详见图3。（四）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190241HB，毛皮重量2.2kg，生产类型中批量，铸造毛坯。按以上原始资料及加

8、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：1.外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（20，50端面）。查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表2.2.42.2.5，取20，50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 2.0mm精铣 0.5mm2.内孔（50已铸成孔）查工艺手册表2.22.5，取50已铸成孔长度余量为3mm，即铸成孔44mm。工序尺寸加工余量：钻孔 2.5mm扩孔 0.5mm3.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。（五）确立切削用量

9、及基本工时工序一 以32外圆为粗基准，粗铣20孔上下端面。1.加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。机床：X62万能铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度ap=4,齿数z=10,故根据切削用量简明手册（后简称切削）取刀具直径do=80mm，根据切屑选择刀具前角o5后角o8，副后角o=8，刀齿斜角s=10,主刃Kr=60,过渡刃Kr=30,副刃Kr=5过渡刃宽b=1mm。2.切削用量1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量根据X62万能铣床说明书，机床功率为7.

10、5KW。查切削表3.5，f=0.140.24mm/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1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4）计算切削速度和每分钟进给量V 查切屑表3.16，当d=80mm，z=10，ap=2mm，f zPcc，所选用切屑用量可用。最终确定 ap=2mm，n=375r/min,Vf=375mm/s，V c=94.2m/min，f z=0.1mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/375=0.297min。因铣上下端面，故该工序工时为工序二 精铣20孔上下端面。1

11、. 加工条件工件材料：HT200,b =0.16GPa HB=190241,铸造。加工要求：精铣20上下端面。机床：X62万能铣床。刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。铣削宽度ae=60,深度apPcc，故已选切削用量可用。最终确定 ap=0.5mm，n=475r/min,Vf=375mm/min，V c=119.3m/min，f z=0.08mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(32+80)/375=0.297min。因精铣上下端面，故该工序工时工序三 以20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT7。一钻孔1. 选择钻

12、头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，查切削表2.1，2.2，后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度 2选择机床，Z525机床3.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.mm，寿命（3）切削速度2.选择机床，Z525机床 3.选择切削用量 （1）决定进给量查切削表2.7， 所以， 按钻头强度选择（查切削表2.8）， 按机床强度选择（查切削表2.9），根据已有的机床已有的进给量，得

13、 查切削表2.19，当，时，轴向力。轴向力修正系数未1.0，故，根据Z525说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力，由于，故可用，校验成功。 （2）钻头磨钝标准及寿命查切削表2.12，后刀面最大磨损量为0.5.mm，寿命（3）切削速度查切削表2.15，查表2.31，切削速度修正系数1.01.0 =0.9=1.0 1.01.0 1.01.0故 根据z525钻床说明书，选择n=272r/min故实际切削速度为 （4）校验扭矩功率查切削表2.21，当f时，扭矩的修正系数 ，故根据机床说明书，当n=272r/min时，扭矩校验成功查切削表2.32，当HBS=170-213，时，=1.1KW根据z52

14、5钻床说明书, 由于，故选择的切削用量可用。最终确定 f=0.48mm/r,n=272/min,4.计算工时二、扩孔： 刀具：高速钢19.8专用扩孔钻查切削表2.10，进给量f=(0.8-1.1)0.7=0.56-0.77(mm/r)取钻床已有进给量，f=0.62mm/r切削速度查表2.30由公式得=25.6m/min修正系数 1.01.0 =0.9=1.0 1.01.0 1.0故 0.9=25.60.9=23.0m/min主轴转速24.37m/min计算工时 0.165min三、铰孔刀具:选用硬质合金直柄机用绞刀查切削表2.6 =，=，=查切削表2.11 进给量f=1.0-2.0mm/r.查

15、机床说明书，取f=1.7mm/r查切削表2.15 取=16m/min,故0.9=14.4m/min主轴转速根据机床说明书，当n=272r/min实际切削速度 计算工时 三、精铰查切削表2.11 取n=272m/min,f=1.0mm/r查切削表2.15 取=12m/min 故0.9=10.8m/min计算工时 工序四 以20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰50孔 毛坯已铸成孔长度余量为3，查制造表2.2-4，铸成孔直径为mm。一、钻孔1. 选择钻头： 选择高速钢麻花钻钻头，双锥修磨横刃，钻头直径49mm，查切削表2-2，后角o12，二重刃长度b=9mm,横刀长b=5mm,弧面长l=9mm,棱带长度

16、 2.选择机床 z550，根据，制造表4.2-143.选择切削用量（1）进给量查切削表2.7 又 =0.243,（l为孔深，d为孔直径）f=(1.0-1.2)75mm/r,取机床已有进给量，查制造表4.2-16，取f=0.9mm/r.查切削表2.8，2.9，f=0.9mm满足钻头强度所允许进给量和机床进给机构强度所允许的进给量的要求。查切削表2.19，当f=0.9mm/r,50mm时，轴向力=21090N，修正系数1.0，则=21090。根据制造表4.2-14，得z550最大进给力2452521090满足要求。综上所述，进给量f=0.9mm/r.（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查切

17、削表2.12）为0.81.2mm，寿命（3）切削速度查切削 表2.15， 17m/min,切削速度修正系数 查切削表2.31，1.01.0 =0.9=1.0 1.01.0 1.0，则0.67517m/min=11.5m/min 74.6r/min根据，制造表4.2-15，取n=63r/min实际切削速度9.7m/min （4）校验扭矩及功率 查切削表2.21，扭矩519.9N.M，修正系数=1.0，则=519.9N.M，根据z550钻床说明书，n=63r/min 时，=814.2N.M查切削表2.23，当铸铁硬度HBS=170-213时，=49mm,f=0.9mm/r,=2.6KW根据z550

18、钻床说明书，=70.85=5.95KW，由于，故选择的切削用量可用，即：f=0.9mm/r,n=63r/min,=9.7m/min.4.计算基本工时 min=0.6min，式中L=l+y+二、扩孔 刀具选取锥柄扩孔钻 钻头直径 d=50mm,查切削表2.10，进给量f=(0.16-2.2)0.7mm/r，根据机床说明书，取f=1.17mm/r切削速度 V=（），根据切削表2.15，=12m/min,V=6-4m/min则主轴转速 n=(38.2-25.5)r/min,按机床说明书，取=32r/min,实际切削速度为 =5m/min基本工时=0.9min三、钻孔 达到最终尺寸要求 刀具选取硬质合

19、金机绞刀， 根据切削表2.25，取切削深度=0.3mm，进给量f=1.0mm/r,切削速度 =15m/min,则主轴转速95.5r/min查机床说明书，取n=89r/min,实际切削速度14m/min基本工时 =0.38min工序五 切断。刀具：查切削表3.1-4.1，选择中齿锯片刀具（GB6120-85）=400mm，L=4mm,z=20刀具寿命：查切削表3.8，高速钢切断铣刀d40T=45min切削用量：=12mm,一次走刀切断，=0.1mm/z查切削表3.27 求得 =54.9m/min选择机床已有转速n=400r/min则实际切削速度为50.24m/min计算基本工时工序六 以20孔为

20、精基准，粗铣50孔上下端面。1. 刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀,牌号YG6。 查切削表3.2，选择刀具角度 =， ,=,=, ,=1mm齿数z=10,铣刀宽度深度4，取刀具直径=125mm，（查切削表 3.1）2. 切削用量1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=2.0mm，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f=0.140.24mm/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1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度和每分钟进给量 查切削表3.16， 当，时，, ,查切削表3.1

21、6各修正系数为：，故 根据机床说明书选择， 因此实际切削速度和每齿进给量为根据机床说明书选择因此实际切削速度和每齿进给量为 5)校验机床功率 查切削3.24,当， ，时，机床主轴允许的功率为，故所选切削用量可用，最终确定：,，v，6）计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/375=0.216min.因粗基铣上下两端面，故该工序共工时为工序七 以20孔为精基准，精铣50孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。1.刀具硬质合金端金，牌号YG6，铣削宽度,深度，齿数，查切削取刀具直径，刀具角度捅工序六。2.机床X62万能铣床3切削用量1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择，一次走

22、刀即可完成所需长度。2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查切削表3.15，取。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1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度及每分钟进给量查表3.16，当 ,，时，各修正系数为故，选择机床已有转速及每分钟进给量,则实际切削速度和每分钟进给量为。5)校验机床功率 查切削3.24,当,时，校验成功最终确定：，,6）计算基本工时tmL/ Vf=(72+9)/475=0.17min.工序八 以20孔为精基准，钻4孔（装配时钻铰锥孔）。1. 选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，促钻时 ，后角，二重刃长度，2.

23、选择钻床 Z525机床 3.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。查切削表2.19，当，时，轴向力，轴向修正系数1.0，故根据Z525说明书，机床进给机构强度允许的最大轴向力,由于，故，可用，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0.50.8mm，寿命（3）切削速度查切表2.15， 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 故满足条件，校验成立。.计算工时工序九 以20孔为精基准，钻一个4孔，攻M6螺纹。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角o16，二重刃

24、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0.50.8mm，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 故满足条件，校验成立。.计算工时工序九 以20孔为精基准，钻一个4孔，攻M6螺纹。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角o16，二重刃长度 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

25、面最大磨损限度（查切）为0.50.8mm，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 故满足条件，校验成立。.计算工时工序九 以20孔为精基准，钻一个4孔，攻M6螺纹。1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角o16，二重刃长度 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0.50.8mm，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）校验扭矩功率根据切屑表2.2

26、1，当，时，扭矩的修正系数为1.0，故根据切屑表2.23，当时，时，查Z525说明书，故,，校验成功 故满足条件，校验成立。.计算工时工序十 铣47凸台。1. 刀具：选择高速钢双面刃铣刀，查切屑表3.2，周齿，端齿，查工艺表3.1-28，选择铣刀直径60mm2. 机床：选择X62万能铣床。3. 铣削用量1）.因为削切量较大，可选择，两次走刀完成所需长度。2）.每齿进给量，机床功率为7.5kw，查切屑表3.4得由于非对称铣削，取较大量3）.查后刀面最大磨损及寿命查切屑表3.7 ，后刀面最大磨损为查切屑3.8寿命4）.计算铣削速度，查表3.27修正系数查表3.28，主轴转速根据X62说明书，选择则

27、实际且学速度为查切屑表3.16，取每齿进给量。5）.校验机床功率根据切屑表3.24，当,，而,，校验成功。最终确定,工序十一 检查。其余几步数据见工艺卡片。(六)夹具设计:为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用卡具。经过与指导老师和小组同学协商，决定设计第三道工序，钻20孔的 钻床夹具。本夹具用于Z525立式钻床，对两个孔分别进行加工。（一） 问题的提出本夹具主要用来钻20孔，此孔有精度等级要求，并将垂直度控制在0.05之内。所以在本道工序加工时，既要考虑如何保证精度和垂直度，同时尽可能降低成本。（二）卡具设计1. 定位基准的选择由零件图可知，此孔有精度要求并保证垂直度，

28、所以其尺寸可由V型块和大平面保证，所以V型块和支撑板为定位基准，并采用手动加紧。2. 定位误差分析一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。形成原因有两个，一是由于定位基准与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。（1） 定位元件尺寸以及公差的确定。本夹具主要定位元件为V型块和大平面。其中V型块和大平面保证了孔的尺寸精度（2） 活动V型块是可以滑动的，防止形成过定位。1、 夹具设计及操作的简要说明，如前所述，在设计夹具时为了降低成本，应采用手动加紧装置，本道工序的钻床就是选用了手动加紧，在本工序中的夹具主要用来钻20孔，此孔有精度和垂直度要求，所以在本道工序加工时，应先考虑这些要求，其次是如何降低成本。在进行装夹时先将工件从侧面装入夹具体中，V 型块和32外圆接触，同时与支撑板接触形成平面定位，当确定定好位后，即可拧紧螺母加紧。夹具体钻模板上配有钻套，衬套，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀。钻床夹具的装配图见附图