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1、 1 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 工艺规程及工艺装备（中批量生产）设 计 者 指导教师 机械制造工艺学课程设计说明书 2 题目 设计“CA6140车床”拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）内容 1.零件图 一张 2 毛坯图 一张 3 机械制造加工工艺过程综合卡片 一张 4 结构设计装配图 一张 5 结构设计零件图 一张 6 课程设计说明书 一份 前 言 3 通过机床工艺及夹具设计，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
2、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！在些次设计中我们主要是设计 CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，在此表示感谢！机制 105班 第5小组 2012年 9 月 24 日 一 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 4 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
3、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。二 零件的分析（一）、零件的作用：题目给定的零件是 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。宽度为 18+0.
4、0120mm 的槽尺 寸精度要求很高，因为在拨叉拨动使滑 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 18+0.0120mm 的槽和滑 移齿轮的配合精度要求很高。（二）、零件的工艺分析：CA6140 拨叉共有两组加工表面。1.以花键孔的中心线为基准的加工面 5 这一组面包括 25+0.0230mm 的六齿方花键孔、22+0.280花键底孔两端的 2X150倒角和距中心线为 27mm 的平面。2.以工件右端面为基准的 8+0.030 mm 的槽和 18+0.120mm 的槽 经上述分析可知，对于两组加工表面，可先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加
5、工另一组表面。二、工艺规程设计（一）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右端面，所以以 40 的外圆表面的粗基准。2.精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的A 面为精基准。(二)制定工艺路线。方案一 工序：1.粗、精铣端面，钻、扩花键底孔、倒两端 15倒角。2.粗、精铣削 B 面。3.铣削 8+0.030mm 的槽。4.铣削 18+0.0120mm 的槽。5.拉花键。方案二 工序：6 1.粗、精铣端面，钻、扩花键底孔、倒两端 15倒角。以 40mm圆柱面为粗基准。2.拉花键。以 A 面为基准，3.铣削槽 B面。以花键的中心线及 A面为基准。选用 X62W卧
6、式铣床加专用夹具 4.铣削 8+0.030mm 的槽。以花键的中心线及 A 面为基准。选用 X62W卧式铣床加专用夹具。5.铣削 18+0.0120mm 的槽。以花键的中心线及 A面为基准。选用X62W卧式铣床加专用夹具。方案分析：上述两方案中，工艺方案一把拉花键放在最后一道工序。但此方案中 2.3.4工序很难对工件进行定位和加紧、方案二中，把花键放在第一道工序的后边，这样，方案二中的 3.4.5道工序很容易对工件进行定位与加紧即以花键中心线和 A面作为 3.4.5道工序的定位基准。此方案定位精度高，专用夹具结构简单、可靠，所以采用方案二比较合理。以上工艺过程详见附表 1“机械加工工艺过程综合
7、卡片”(三)机械加工余量。CA6140的拨叉材料为 HT200。毛坯重量为 1.0 kgb=160MPa HBS 生产类型为由大、中批量生产。根据上述的原始资料加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以毛坯尺寸如下：7 1.A 面的加工余量 A 面有 5 0.8mm的加工余量，足够把铸铁的硬质表面层切除 2.矩形花键底孔。要求以矩形花键的外径定心，故采用拉削加工内孔尺寸为 22 0+0.28，见零件图，参照 金属机械加工工艺人员手册 表 3-59确定孔加工余量的分配。钻孔20mm 扩孔21mm 拉花键 花键孔要求以外径定心：拉削时加工余量参照 金属机械加工工艺人员手册取 2=1m
8、m 3.B 面的加工余量。此工序分 2 个工步 1、粗铣 B 面 2、精铣 B 面。精加工余量为 0.2mm 粗铣加工余量为 2.8mm(五)确定切削用量及基本工时。工序 ：一、精铣 8040 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 ap1mm。2、进给量的确定 8 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0.51.0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 60110m/min则机床主轴转速 n 1000Vc/D=238.8437.
9、9r/mim取 n 300r/min，则 Vf150mm/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 tfVYL 1501280 0.61mim 工序二：钻孔、扩孔、倒角。（1）、钻孔 钻头选择：见切削用量简明手册表 2.2 钻头几何形状为（表 2.1及表 2.2）：双锥修磨具刃，钻头参数：20 =30，2 =118，2 =70，b=3.5mm,ao=12,=55,b=2mm，=4mm。9 根据切削用量简明手册表 2-9确定 f=0.48、按机床进给强度决定进给量：根据表 2.9,当b210MPa 020.5mm 可确定 f=0.75。按 C
10、3 1 6 3-1 车床说明书 取 f=0.62mm/n.、决定钻头磨钝标准及寿命 表 2.21，当 do=20mm、钻头最大磨损量取 0.6 寿命 T=45min.、切削速度 由 切削用量简明手册，表 2.15得=21m/min n=1000V/D=334.4 由机床技术资料得和 334.4接近的有280n/m和 400n/min 取 280n/min 取n=280m/min.实际=17 m/min 、基本工时，Tm=L/nf=(80+10)/280 x0.62=0.32(min)入切量及超切量由表 2.29.查出+=10mm 所以 Tm=L/nf=(80+10)/280 x0.62=0.3
11、2(min)（2）扩孔 刀具直径 do=21mm；刀具几何参数同上。由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n 和 f 都不变，所以 Tm 同上 Tm=0.32 倒角刀具 15锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。（3）倒角 刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。检验机床功率 按切削用量简明手册表 1.2 10 可以查出 当160245HBS 2.8 0.6 41min 3.4kw 按 C 车床说明书 主电机功率11 可见比小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求 钻削功率检验按切削用量简明手册表 2.21 当21 0.64 查得转矩61.8 N.
12、M 切削用量简明手册表由表 2.32 得功率公式 CMcVc/30do=61.8x17/30 x21=1.67km 按 C 车床说明书 主电机功率11 可见C比小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要。工序三：拉花键孔 单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿 为 0.06mm,拉削速度 v=0.06m/s(3.6m/min)切削工时 t=Zbl k/1000vfzZ 式中：Zb 单面余量 1.5mm(由 21mm 拉削到25mm)；L 拉削表面长度，80mm；考虑校准部分的长度系数，取 1.2；11 k 考虑机床返回行程系数，取 1.4；v 拉削速度（m/min）；fz 拉
13、刀单面齿升；Z 拉刀同时工作齿数，Z=l/p；P 拉刀齿距。P=(1.25-1.5)sqrt80=1.35sqrt80=12mm 拉刀同时工作齿数 z=l/p=80/127 其本工时 Tm=1.5801.21.4/10003.60.067=0.13(min)工序四：粗铣，精铣 B 面。加工要求：粗铣 B 面，精铣 B 面，Ra=3.2。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣 加工余量 3mm 机床：62W 加工工件尺寸：宽度：40mm 长度：28mm 1.粗铣 1)选择刀具 根据切削用量简明手册表 3.1 铣削宽度ae5mm时。直径为 do=50mm 故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀 铣刀几何参数（表 3.2
14、）rn=10ao=16 2)切削用量 留精铣的加工余量为 0.2，所以本道工步切削宽度ac2.8 12 0.8，由于加工表面精度要求 Ra=3.2 um.根据表 3.5得每转进给量0.5mm/r就能满足要求，但考虑到62W功率为 7.5kw，机床为中等系统刚度和62W铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r 3)选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据切削用量简明手册表 3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为 0.6镶齿铣刀 do=50mm，刀具寿命 T=120min（表 3.8）4)决定切削速度 Vc、可根据切削用量简明手册表 3.9确定 Z=8,aP=40-70mm,ac=2.80.8,fz=f/z
15、=0.0750.1mm/z Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Cv=20,qv=0.7,Xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=23.7(m/min)n=1000V/d=(1000 x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据 X62W型铣床说明书选 n=160r/min Vc=3.14nd/1000=(160 x3
16、.14x50)/1000=25.1m/min Vf=nf=160 x0.6=96mm/min 选 Vf=80mm/min 实际 fz=Vf/(nxz)=0.0625mm/z 5)机床功率：根据切削用量简明手册表 3.20 当 Vc=71m/min ae=2.8mm ap=41mm fz=0.08 Kmpc=1.4kw 切削功率的修正系数：故 Pct0.8,13 根据 X62W型铣床说明书，机床主轴允许的功率为 Pcm=7.50.75=5.63kw 故PccPcm 因此所决定的切削用量可以采用。ae=2.8mm Vf=80m/minn=160r/min Vc=25.1m/min fz=0.062
17、5mmm/z 6)基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+)/Vf=(28+14)/80=0.525（min）L1+=14mm 2.精铣 1）选择刀具 刀具与上道工步是同一把刀。2）切削用量 精铣的加工余量为 0.2，所以本道工步切削宽度 ae0.2mm，0.6 3）决定切削速度 Vc、可根据切削用量简明手册表 3.9确定 ac=0.2mm,Vc=(Cvdoqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)=33.1m/min n=1000V/d=(1000 x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据X62W型铣床说明书选 n=210r/min Vf=
18、nf=210 x0.6=126mm/min、VF=125mm/min fz=Vf/(nxz)=0.074mm/Z 4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+)/Vf=(28+14)/125=0.336（min）L1+=14mm 工序 铣削 8+0.030mm 槽。加工工件尺寸：8+0.030mm,长度 L=40mm 加工要求：高速钢错齿三面刃铣刀（精密级 K8）加工余量 8 用乳 14 化液冷却 机床：X62W 1)选择刀具：由加工尺寸公差 0-0.3。所以铣刀精度为精密级 K8 铣刀参数：L=8mm D=63 d=22 d1=34 ro=15 ao=12an=6
19、Z=16 2)选择切削量 由于槽的深度为 8mm,故一次走完，ae=8mm ap=8mm 由切削用量简明手册表 3.3 确定 f=0.15-0.3mm/r 现取f=0.3mm/r fz=0.3/16=0.018mm/z 3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据切削用量简明手册表3.7,得最大磨损量为 0.5 由表 3.8确定刀具寿命：T=100min其中 4)决定切削速度 Vc和每齿进给量 Vf、由 切削用量简明手册 3.27的公式 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1
20、,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=KmxKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv=82.86m/min n=1000Vc/do=100082.86/3.1463=418.87r/min 根据 X62W型铣床说明书选nc=375r/min 实际速度 Vc=donc/1000=74.2m/min 15 选Vfc=ncf=375X0.3=112.5mm/min 根据 X62W型铣床说明书选选Vf=110mm/min fzc=110/37516=0.018mm/z 5
21、)机床功率：根据切削用量简明手册表 3.28 公式 圆周力 fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doaFnW F)KF C KTV=0.90 KMFC=0.94 由表 28 得 CF=30，XF=1.0，yF=0.65，UF=0.83，WF=0，qF=0.83，KFC=1.28 Fc=(CFapxffzyFaeVFZ/doqFnW F)KF C=3 0 X 8 X 0.0 1 8 X 8/6 3 X 3 7 5 =5 0 5.6 N M=FCdo/2103=15.9NM Pc=FcVc/1000=1.18km 根据 X62W型铣床说明书，功率足够。6)基本工时基本工时根据 切削用量简明手册
22、表 3.5 Tm=(L+L1+)/Vf=(40+14)/110=0.49（min）L1+=14mm 工序铣宽为 180+0.12mm 槽 加工要求：用乳化液冷却，加工工件尺寸，宽 180+0.12mm，长 L=40mm，加工余量 23mm 由于此工步的设计尺寸精度要求很高，用铣削加工很难达到尺寸精度的要求，所以为了留给下一道公序磨削的加工余量，所以分两步走，ae=23，ap=10mm，1)选择刀具 铣刀参数：L=10 D=100mm d=30mm ro=15 ao=12an=6Z=24 2)选择铣削用量 由于槽的宽度为 18mm,故二次走完，ae=23mm ap=10mm 16 由 切削用量简
23、明手册 表 3.3 确定 f=0.5mm/r 现取 f=0.8mm/r fz=0.5/24=0.02mm/z 3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命：根据 切削用量简明手册 表 3.7,得最大磨损量为 0.5 由表 3.8确定刀具寿命：T=100min其中 4）确定切削速度 Vc和每齿进给量：决定切削速度 Vc和每齿进给量 Vf、由切削用量简明手册3.27的公式 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv Cv=25,qv=0.2,Xv=0.1,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.1,m=0.25,Km=1.12,Ksv=0.8,KTv=0.82,Kv=Km
24、xKsvxKTv=1.12x0.8x0.82=0.79 Vc=(Cvxdoxqv)/(TmxapxXvxfzxyvxaexuvxZpv)Kv=98.6m/min n=1000Vc/do=100098.6/3.14100=314r/min 根据 X62W型铣床说明书选 nc=300r/min 实际速度 Vc=donc/1000=94.2m/min 选 Vfc=ncf=300X0.5=150mm/min 根据 X62W型铣床说明书选选Vf=150mm/min fzc=150/30024=0.020mm/z 5）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表 3.5 Tm=(L+L1+)i/Vf=(40+
25、20)X2/150=0.8（min）L1+=20mm i=2(走两次)夹具设计 17（一）问题的提出 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具 经过与指导老师协商，决定设计第 4道工序铣宽为 80+0。03mm 槽的铣床夹具。本夹具将用与 X63卧式铣床。刀具为高速钢直齿三面刃铣刀，来对工件进行加工。本夹具主要用来铣宽为 80+0。03mm 的槽，由于采用宽为 80+0。022mm 的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，一次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度（二）夹具设计 1定位基准的选择 由零件图可知，宽为 80+0。03mm 的槽，其设计基准为花键孔中心
26、线和工件的右加工表面（A）为定位基准。因此选用工件以加工右端面（A）和花键心轴的中心线为主定位基准。2切削力及夹紧力的计算 刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，63mm,Z=14 Fz=CPt0.83Sz0.65D-O.83B Z kP (见切削手册3-56表)解得 Fz=200(N)其中 CP=52，t=8mm,Sz=0.08mm/s,B=8mm,D=63mm,Z=14,kP=(HB/198)0.55 在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数 K=k1 k2 k3 k4 水平切削分力 FH=1.1 Fz=220(N)18 垂直切削分力 Fv=0.3 Fz=60 (N)其中：k1为基本安全系数 1.
27、5 k1为加工性质系数 1.1 k1为刀具钝化系数 1.1 k1为断续切削系数 1.1 F,=KFH=1.5 X 1.1 X 1.1 X 1.1 X 200=400(N)实际加紧力为 WK=KFH/U1U2=400/0.5=800(N)其中 U1和 U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025 螺母选用 M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为 W=2M/D2tg(a+655)+0.66(D3-d3/D2-d2)解得：W=1O405(N)其中：M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029,D=23mm d=16mm 此时螺母的加紧力 W 已大于所需的 800(N)
28、的加紧力，故本夹具可安全工作。3.定位误差分析 由于槽的轴向尺寸的设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。即不必考虑定位误差，只需保证夹具的花键心轴的制造精度和安装精度。4 夹具设计及操作说明 如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率.为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具 19 在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。结果，本夹具总体的感觉还比较紧凑。夹具上装有对刀块装置，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使
29、整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以有利于铣削加工。铣床夹具的装配图及夹具体零件图分别见附图 3 附图 4。参考文献 书 名 出 处 作 者 机床夹具图册 机械工业出版社 孙巳德 机械制造工艺学课程设计指导书 哈尔滨工业大学 赵家齐 切削用量简明手册 机械工业出版社 艾兴 肖诗纲 机械制造工艺设计简明手册 哈尔滨工业大学 李益民 机械制造工艺学 清华大学 王先逵 小 结 为期两周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组五名同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为机械制造工艺学、机床夹具设计课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性
30、认识。20 本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。通过此次设计，使我们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。总的来说，这次设计，使我们在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。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！21 22