机械制造工艺课程设计拔叉

机械制造技术基础

课程设计说明书

题目：CA6140车床拨叉831007机械加工工艺规程设计（中批生产）

院 系：机械及电子工程系 班 级：10机制（1）班 姓 名：陈林 学 号：51001011011 指导教师：刘春景 日 期：2013.10.15

目录

第一章零件分析3

1.1零件的作用3

1.2零件的工艺性分析和零件图的审查3

第二章工艺规程设计5

2.1确定毛坯的制造形式5 2.2基面的选择5 2.3.1粗基准的选择5 2.3.2精基准的选择6 2.3.3加工阶段的划分6 2.3.4工序的集中和分散6 2.3.5加工原则7

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定7

第三章制定工艺路线10

3.1工艺路线方案一10 3.2工艺路线方案二13 3.3工艺方案的比较及分析16 3.4确定切削用量及基本工时19

设计心得27 参考文献28

第一章 零件分析

1.1零件的作用

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φ22孔及操纵机构相连，二下方的φ55半孔则是用于及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。 1.2零件的工艺性分析和零件图的审查

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，不适合磨削，为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求

1.小头孔以及及此孔相通的的锥孔、螺 2.大头半圆孔Ф55

3.小头孔端面、大头半圆孔上下Ф73端面，大头半圆孔两端面及小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面及其中心线的垂直度误差为0.05mm。

由上面分析可知，可以粗加小头孔端面，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，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。

第二章 工艺规程设计

2.1确定毛坯的制造形式

确定毛坯种类：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，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。

查《机械制造工艺及设备设计指导手册》（后称《指导手册》）选用铸件尺寸公差等级CT9级。 2.2基面的选择

定位基准是影响拨叉零件加工精度的关键因素。基准选择得合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工过程中将问题百出，更有甚者，造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 2.3.1粗基准的选择

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，则应以及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 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ40作主要定位面，5个自由度，再以一个销钉最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。 2.3.2精基准的选择

精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准及工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，应该进行尺寸互算。

2.3.3加工阶段的划分

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。 2.3.4工序的集中和分散

本拨叉选用工序集中原则安排拨叉的加工工序。该拨叉的生产类型为成批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证加工表面之间的相对位置精度要求。

2.3.5加工原则

1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——拨叉下端面 2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。 3）遵循“先主后次”原则. 4）遵循“先面后孔”原则.

2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“CA6140车床拨叉”零件材料为HT200，毛坯重量约为1.6㎏,生产类型为中批生产，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Ф73mm外表面）

考虑到此表面为非加工表面，其精度为铸造精度CT9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±1.25的范围内。 2.两小孔

0.21220

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》表8-21确定工序尺寸及余量：

钻孔：Ф21.8mm 2Z=21.8mm 铰孔：

0.21220mm 2Z=0.2mm

3.中间孔（Ф55mm及Ф73mm）

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Ф49. Ф73的孔是在Ф55孔的基础之上铣削加工得到，其轴向尺寸上下表面距离为30mm，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Ф73mm工序尺寸及余量：

粗铣：Ф71mm Z=4mm 精铣：Ф73mm 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：Фmm 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Ф8螺纹孔和Ф8圆柱销孔及螺纹孔的攻丝。 5.铣断

第三章 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夹具,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。 3.1工艺路线方案一

工序 1： 以Ф40的上平面为基准加工下表面。 工序 2： 以Ф40下表面粗铣上表面。 工序 3：铣φ40上平面，保证表面粗糙度3.2 工序 4：钻Ф22的孔。

工序5：绞Ф22的孔，保证表面粗糙度1.6。 工序 6：粗镗Ф55的孔。

工序 7：半精镗Ф55的孔，保证表面粗糙度3.2。 工序 8： 粗镗Ф55孔的上端面。

工序 9： 半精镗 Ф55孔上端面，保证表面粗糙度3.2。 工序10：粗镗Ф55孔的下端面。

工序11：半精镗 Ф55孔下端面，保证表面粗糙度3.2。

为保证设计尺寸20在工序6至工序9应该进行尺寸链换算，由于零件的定位基准是Ф40的上表面，进行尺寸链换算如下：

（1）确定自由公差等级（查《机械制造工艺设计简明手册》P27页 表1.4——24）

（2）确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图。 列竖式：计算工序尺寸A：

增环： 50 0 -0.1 减环： -25 0.084 0 -20 0.21 0.07

封闭环： 5 0.294 -0.03

由计算可得A的基本尺寸为5，上偏差.为0.294，下偏差为0.03时，才能保证设计尺寸。

250-0.084

20-0.07-0.02 500-0.01

A

工序 12： 钻锥孔Ф8及M8底孔。

工序 13：攻丝 精绞Ф8孔，保证粗糙度1.6。

在加工M8螺纹时，为保证工序基准和定位基准重合，需要进行尺寸链换算。

（1）确定自由公差等级（查《机械制造工艺设计简明手册》P27页 表1.4——24）

（2）确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图。

列竖式：计算工序尺寸A： 增环： 30 -0.36 -0.52 减环： 10 +0.36 0

封闭环：20 0 -0.52

只有A的基本尺寸为30，上偏差为-0.36，下偏差为-0.52是才的保证M8螺纹的位置。

100-0.36

A

200-0.52

工序14： 切断。 工序15： 检验

3.2工艺路线方案二 工序1：钻Ф22的孔。

工序2：绞Ф22的孔，保证表面粗糙度1.6。

工序 3： 以Ф40的上平面为基准加工下表面。 工序 4： 以Ф40下表面粗铣下表面。 工序 5：铣φ40上平面，保证表面粗糙度3.2 工序6：粗镗Ф55的孔。

工序7：半精镗Ф55的孔，保证表面粗糙度3.2。 工序 8：粗镗Ф55孔的上端面, Ф73。

工序9：半精镗 Ф55孔上端面，保证表面粗糙度3.2。 工序10：粗镗Ф55孔的下端面, Ф73。

工序11：半精镗 Ф55孔下端面，保证表面粗糙度3.2。

为保证设计尺寸在工序6 -----工序9应进行尺寸链换算.

（1）确定自由公差等级（查《机械制造工艺设计简明手册》P27页 表1.4——24）

（2）确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图 列竖式：计算工序尺寸A：

增环： 50 0 -0.1 减环： -25 0.084 0 -20 0.21 0.07

封闭环： 5 0.294 -0.03

由计算可得A的基本尺寸为5，上偏差.为0.294，下偏差为0.03时，才能保证设计尺寸。

250-0.084

20-0.07-0.02 500-0.01

A

工序 12： 钻锥孔Ф8及M8底孔。

工序 13：攻丝 精绞Ф8孔，保证粗糙度1.6。

为保证加工M8螺纹时，工序基准及定位基准重合，进行尺寸链换算. （1） 确定自由公差等级（查《机械制造工艺设计简明手册》P27页 表1.4——24）

（2） 确定封闭环，工序尺寸，尺寸链图。

列竖式：计算工序尺寸A：

增环： 30 -0.36 -0.52

减环： 10 +0.36 0

封闭环：20 0 -0.52

只有A的基本尺寸为30，上偏差为-0.36，下偏差为-0.52是才的保证M8螺纹的位置。

100-0.36

A

200-0.52

工序14： 切断。 工序15： 检验。

3.3工艺方案的比较及分析

上述两方案:方案一：是先加工内孔φ22, 再以φ22孔为基准加工φ55内孔,而方案二：先镗孔φ55,以底面及φ22外圆面为基准，再以φ55内孔及上平面加工φ22孔。由零件图可知φ22孔的设计基为准φ55孔的中心线，所以加工φ22孔时定位基准最好为φ55孔的中心线，可保证其加工的位子精度，符合中批生产要求,方案二较为合理。 最终工艺路线 工序1：钻Ф22的孔。

工序2：绞Ф22的孔，保证表面粗糙度1.6。

工序 3： 以Ф40的上平面为基准加工下表面。 工序 4： 以Ф40下表面粗铣下表面。 工序 5：铣φ40上平面，保证表面粗糙度3.2 工序6：粗镗Ф55的孔。

工序7：半精镗Ф55的孔，保证表面粗糙度3.2。 工序 8：粗镗Ф55孔的上端面, Ф73。

工序9：半精镗 Ф55孔上端面，保证表面粗糙度3.2。 工序10：粗镗Ф55孔的下端面, Ф73。

工序11：半精镗 Ф55孔下端面，保证表面粗糙度3.2。

工序 12： 钻锥孔Ф8及M8底孔。（以φ40上平面及φ22的内孔为基准）

工序13：攻丝 精绞Ф8孔，保证粗糙度1.6。 工序14： 切断。 工序15： 检验。

（四）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定:

1、圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：

加工 加工 加工精度工序 尺寸 表面粗 糙度 工序余量 表面 内容 余量 等级 最小 最大 铸件 7.0 CT12 粗镗 4.0 IT12 0.450480 0.250520 φ55 6.3 0.95 6.8 IT12 半精 3.0 IT10 0.4550 3.2 2.9 3.25 镗 钻 扩 20 0.11 IT11 2000.08421.80 17. 18 1.8 IT10 6.3 3.2 1.6 1.716 1.910 0.107 0.224 0.039 0.093 φ20 IT7

粗铰 0.14 IT8 精铰 0.06 IT7 0.03321.940 0.021220 2、平面工序尺寸

工序号 工序 内容 铸件 粗铣φ40孔下端面 加工 余量 5.0 4.0 基本 尺寸 经济 精度 CT12 工序尺寸偏差 2.5 00.30工序余量 最小 最大 01 58 12 1.5 7.75 02 粗铣φ40孔上端面 4.0 12 00.30 1.5 7.75 03 精铣φ404.0 50 8 00.250 1.8 6.38 孔上端面 04 粗镗φ55孔的上下端面 05 精镗φ55孔的上下端面 4.0 26 12 00.290 0.75 1.283 1.0X2 20 8 0.070.210 0.75 1.283

3.4确定切削用量及基本工时 工序Ⅰ粗铣Ф40mm孔的两头的端面。 a. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。 加工要求：粗铣两头端面至51mm、粗铣大孔端面至30mm。 机床：X5032立式铣床参数。

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Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。 b.计算切削用量

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）计算切削速度 按《指导教程》

CvdoqvKvpvTmapXvfzyvaeuvZV c=

算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s

据X52K立式铣床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度

V c=3.14×80×475/1000=1.06m/s,实际进给量为 f zc=V fc/ncz=475/(300×10)=0.16mm/z。

3)校验机床功率 查《指导教程》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。

最终确定 ap=2mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=1.06m/s，f z=0.15mm/z。 4）计算基本工时 tm＝L/ Vf=9.4s。

工序Ⅱ钻、铰两端Ф22mm孔之图样尺寸。 a. 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：Z353台式钻床。

o刀具：YG8硬质合金麻花钻Ф21.8mm，钻头采用双头刃磨法，后角α＝12°、二重刃长度bε=2.5mm、横刀长b=1.5mm、宽l=3mm、棱带长度l11.5mm 、2120°010°、30°。YG8硬质合金铰刀Ф22mm。 b.计算切削用量

1）查《指导教程》 f1.1mm/r。

按钻头强度选择f1.75mm/r 按机床强度选择f0.53mm/r， 最终决定选择机床已有的进给量f1.1mm/r 。 2）钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《指导教程》）为0.5～０.８mm，寿命

T60min．

3）切削速度

查《指导教程》 vc12mm/r 修正系数

KTV1.0KMV1.0Ktv1.0Kxv1.0K1v1.0Kapv10 故vc12mm/r。 ns1000v465r/mind0

查《指导教程》机床实际转速为nc460r/min。 故实际的切削速度4) 计算基本工时

tmL30107snf2721.45

vcd0ns10000.52m/s。

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。

钻和精铰的切削用量如下：

钻孔： n460r/minf1.1mm/rvc0.52m/sd021.8mm。 精铰：n850r/minf1mm/rvc0.98m/sd022mm 。

工序Ⅲ-工序Ⅳ粗铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф71mm；粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；精铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至20mm,周径至Ф73mm。 a. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。 加工要求：粗铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф71mm；粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；精铣两头孔的端面至50mm；保证粗糙度Ra=3.2μm；精铣中间孔上端面至25mm，周径至Ф73mm；精铣中间孔下端面至保证20mm,周径至Ф73mm，保证端面粗糙度Ra=3.2μm，保证孔壁粗糙度Ra=6.3μm。 机床：X63卧式铣床。

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Krε=30°,副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。 b.计算切削用量

1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=4mm，一次走刀即可完成所需长度。

2）计算切削速度 按《简明手册》

V c=

CvdoqvKvpvTmapXvfzyvaeuvZ

算得 Vc＝98mm/s，n=780r/min,Vf=490mm/s

据X5032立式铣床参数，选择nc=750r/min,Vfc=475mm/s,则实际切削速度

V c=3.14×80×750/1000=1.78m/s, 实际进给量为

f zc=V fc/ncz=750/(300×10)=0.25mm/z。

3)校验机床功率 查《指导教程》Pcc=2kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。

最终确定 ap=1mm，nc=750r/min,Vfc=475mm/s，V c=1.78m/s， f z=0.15mm/z。 4）计算基本工时

粗铣中间孔上端面至25 mm，周径至Ф71mm；tm1=L/ Vf=13s 粗铣中间孔下端面至22mm，周径至Ф71mm；tm2=L/ Vf=13s 精铣小孔上端面至50mm，tm3=L/ Vf=8s；

精铣中间孔上端面至周径至Ф73mm，tm4= L/ Vf=10s； 精铣中间孔下端面至周径至Ф73mm，tm5= L/ Vf=10s。 工序Ⅴ 粗镗、半精镗、精镗Ф55mm孔至图样尺寸。 a. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。 加工要求：粗镗中间孔至Ф53mm、半精镗中间孔至Фmm、精镗中间孔至Ф55mm。

机床：T616卧式镗床。 刀具：YG8硬质合金镗刀。 b.计算切削用量

单边余量 Z3mm,分三次切除，则 第一次ap2mm。根据《指导教程》4.2-20查得，取 f1mm/r。根据《指导教程》4.2-21查得，取：n245r/min。 c.计算切削基本工时：

tmL122130sfm2000.52

同理，当第二次ap0.6mm，第三次ap0.4mm时，进给量f0.3mm/r和

f0.12mm/r，机床主轴转速都取r/min，切削基本工时分别为100s

和80s。

工序Ⅵ 钻Ф8mm的锥销孔钻到一半，然后及轴配做钻通，再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。 a. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。 加工要求：先钻Ф8mm的锥销孔，钻到一半后将及该孔配合的轴安装进去，把两者配做加工，为的使保证孔及轴的同轴度，同时在尺寸上保证距上端面10mm；再钻M8x1mm的螺纹孔，攻M8x1mm的螺纹。 机床：组合机床。

刀具：Ф8mm麻花钻、Ф7.5mm麻花钻、Ф8mm的丝锥。 b.计算切削用量 1）钻Ф8mm的锥销孔

根据《切削手册》查得，进给量为f0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：

ns1000vdw10005199r/min8

查《指导教程》表4.2-15，取nw195r/min。所以实际切削速度为：

vdwnw1000819510000.1m/s

计算切削基本工时：

tmly6432s1950.22fm

2)钻M8的螺纹孔 刀具：Ф7.5mm麻花钻。

根据《切削手册》查得，进给量为f0.18～0.33mm/z,现取f=0.3mm/z，v=5m/min，则：

ns1000vdw10005212r/min7.5

查《指导教程》表4.2-15，取nw195r/min。所以实际切削速度为：

vdwnw10007.519510000.1m/stm

计算切削基本工时：

ly6432s1950.3fm

3）攻M8x1mm的螺纹 刀具：丝锥M6，P=1mm

切削用量选为：v0.1m/s，机床主轴转速为：ns219r/min，按机床使用说明书选取：nw195r/min，则 v0.1m/s；机动时，

l6410mm，计算切削基本工时：

tmly6432s1950.3fm

工序Ⅶ铣断保证图样尺寸 a. 加工条件

工件材料：HT200，硬度190～260HBS，σb =0.16Gpa，铸造。 加工要求：铣断后保证两边对称相等。

刀具：YG硬质合金圆盘铣刀，厚度为4mm。 机床：组合机床。 b.计算切削用量

查《切削手册》，选择进给量为：f0.3mm/r,切削速度为：v1m/s，则：

ns1000vdw10001100r/min73

根据《指导教程》表4.2-39，取nw100r/min，故实际切削速度为：

vdwnw10007310010001m/s

查《切削手册》表4.2-40，刚好有fm400mm/min。 计算切削基本工时：

tmly7230126s400fm

工序Ⅷ去毛刺，检查。

设计心得

此次课程设计是在我们学完了大学三年的全部基础课程、技术基础课程以及部分专业课的基础之上进行的，是一次深入的综合性的应用和总结，也是一次理论联系实际的训练，为我们大四的毕业设计打下基础和铺垫。

就我个人而言，这次课程设计包括三个部分： （1）前期资料的搜集和整理：

这是很重要的一个环节，因为设计离不开资料的参考和搜集。 （2）工艺：

工艺是生产中最活跃的因素，落实在由工件、刀具、机床、量具组成的工艺系统中。

此设计历时两周的时间，通过自己的认识、计算、研究、设计、查手册得到了最终结果，真正地起到了训练自己的目的，希望此次设计能为以后的工作打好一定的实践基础，也提供一些宝贵的经验。 最后，感谢老师们的辛勤指导和帮助！谢谢！

参考文献

[1]丁殿忠，姜鸿维.金属工艺学课程设计.北京：机械工业出版社，1997

[2]艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，1994 [3]邹青，呼永.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社，2012

[4]顾崇衔等.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，1997