拨叉课程设计说明书剖析

机械制造工艺学课程设计

说明书

课 题:CA6140系列拨叉零件 学生姓名：

专 业：机械制造及自动化 学 号： 班 级： 指导教师：

时 间：2011年11月23日——2011年11月30日

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目录：

一、机械制造工艺学课程设计任务书 二、零件的分析

三、生产类型的确定 四、确定毛坯

五、工艺规程设计 六、参考文献

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机械制造工艺学课程设计任务书

题目:

设计”CA6140车床拨叉”零件的机械加工工艺规则及工艺装备

：

1.零件图 2.毛坯图 3.机械加工工艺过程综合卡片 4.结构设计零件图 5.课程设计说明书

拨叉零件图831008

1张

张 张 1张 1份

3

内容 1 1

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φ30下方的Φ48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

4

0.0210孔与操纵机构相连，二

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

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Φ30以及与此孔相通的8的通孔、 2.以φ55. 45为中心的加工表面

这一组加工表面包括：φ55

0.02100.460的孔，以及其上下两个端面。

0.460这两组表面有一定的位置度要求,即φ55面与φ20

的孔有垂直度要求。

的孔上下两个端

3.由上面分析可知，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，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。

二 确定生产类型

已知此拨叉零件的生产纲领为10000件/年，零件的质量是1.0Kg/个，查《机械制造工艺及设备设计指导手册》321页表15-2，可确定该拨叉生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

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三 确定毛坯

（一）、确定毛坯的种类 1 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，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》324页表15-5选用铸件尺寸公差等级CT9级。 2 确定铸件加工余量及形状：

机械制造工艺及设备设计指导手册》325页表15-7，选用加工余量为MA-G级，并查表15-8确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选者及加工余量如下表所示： (二)零件的工艺分析

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Φ30以及与此孔相通的Φ8的通孔。 2、大头半圆孔Φ60.

3、拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔端面，大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm，小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。

由上面分析可知，可以粗加工拨叉下端面，然后以此作为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

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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。

（三）、确定铸件加工余量及形状

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：

简 图 面代本 号 尺 寸 空降一级双D1 D2 32 62 H H 12 侧加工 3.52 空降一级双侧加工 T2 T3 T4 加工基 加工加工余余量等级 量 说 明 53 65 85 H H H 5 5 5 单侧加工 单侧加工 单侧加工 7

简 图 加工面代号 基本尺加寸 工余量等级 加工说明 余量 D1 30mm G 3.02 孔降一级双侧加工 D2 55mm G 3.02 孔降一级双侧加工 T2 115mm 6.5 单侧加工 T3 48mm G 2.5 单侧加工 T4 60mm 6.5 单侧加工

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3 绘制铸件零件图

其余未注圆角未注倒角

四 工艺规程设计

(一)选择定位基准：

1 粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。粗基准的选择。对

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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φ30

0.0210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φ32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 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。 （二）制定工艺路线

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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。查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 工序1 退火

工序2 粗精铣Φ30、Φ48下端面，以T2为粗基准，采

10

用X51立式铣床加专用夹具；

工序3 粗精铣Φ30上端面，以T1为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；粗精铣Φ48上端面，以T4为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；

工序4 钻、扩、粗、精铰Φ30孔，以Φ32外圆和T2为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；

工序5 粗镗、半精镗Φ48孔，以D1为定位基准，采用T616卧式镗床加专用夹具；

工序6 钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准，采用Z525立式钻床加专用夹具；

工序7 钻M6底孔，攻螺纹，以T1和零件中线为基准， 采用Z525立式钻床并采用专用夹具；

工序8 铣断，以D1为基准，采用X60卧式铣床加专用夹具；

工序9 去毛刺； 工序10 终检。

（三）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：

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加工表面 加工内加工精度容 余量 等级 铸件 粗镗 半精镗 钻 扩 粗铰 精铰 7.0 4.0 3.0 18 1.8 0.14 0.06 CT12 IT12 IT10 IT11 IT10 IT8 IT7 表面粗 糙度 6.3 3.2 6.3 3.2 1.6 工序余量 最小 0.95 2.9 17. 1.716 0.107 0.039 最大 6.8 3.25 18 1.910 0.224 0.093 Φ48IT12 （D2） Φ30IT7 （D1）

2、平面工序尺寸：

工序工序内容 号 01 02 03 07 08 10 铸件 粗铣φ30孔下端面 粗铣φ30孔上端面 粗铣φ48孔上端面 精铣φ30孔下端面 精铣φ30孔上端面 精铣φ48孔端面 加工余量 5.0 4.0 4.0 4.0 1.0 1.0 1.0×2 基本尺寸 28.0 28.0 50.0 28.0 28.0 46.0 经济精度 CT12 12 12 12 8 8 8 工序尺寸偏差 2.5 00.25 工序余量 最小 1.5 1.5 1.8 0.75 0.75 0.951 最大 7.75 7.75 6.38 1.283 1.283 1.016 00.25 00.18000.03300.0330.0160.016 12

3、确定切削用量及时间定额：

工序Ⅰ 粗铣Φ20、Φ50下端面，以T2为粗基准 1. 加工条件

工件材料：HT200,σb =170~240MPa，铸造;工件尺寸：aemax=72mm，l=176mm;

加工要求：粗铣φ20孔下端面，加工余量4mm; 机床：X51立式铣床；

刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》（后简称《切削手册》）表3.16，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝8°，副后角α0’=10°，刃倾角λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。 2. 切削用量

1）确定切削深度ap

因为余量较小，故选择ap=4mm，一次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量fz

由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为

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4.5kw（据《简明手册》表4.2-35，X51立式铣床）时： fz=0.09~0.18mm/z 故选择：fz=0.18mm/z。 3）确定刀具寿命及磨钝标准

根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命T=180min（据《简明手册》表3.8）。

4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf

根据《切削手册》表3.16，当d0=125mm，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：

vccvd0qvkv pvmTapxvfzyvaeuvz其中

ae72mm，ap4mm，Cv245，qv0.2，xv0.15，yv0.35，

kvkMvkSv1.00.80.8，uv0.2，pv0，m0.32，T180min，

fz0.18mm/z，Z12，将以上数据代入公式： vc2451250.20.8142m/min

1800.3240.150.080.35720.212确定机床主轴转速：

ns1000vc361r/mi。n dw根据《简明手册》表4.2-36，选择

nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：

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vc=d0n=3.14125300m/min=118m/min

10001000f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z 5)校验机床功率

根据《切削手册》表3.24，近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=300r/min，vf=390mm/s，vc=118m/min，fz=0.1mm/z。 6）计算基本工时

tm＝L/ vf，L=l+ y+Δ，l=176mm.

查《切削手册》表3. 26，入切量及超切量为：y+Δ=40mm，则：

tm＝L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。

工序Ⅱ 粗铣Φ30上端面，以T1为定位基准，； 切削用量和时间定额及其计算过程同工序Ⅰ。 工序Ⅲ 粗铣Φ48上端面，以T4为定位基准 刀具：YG6硬质合金端铣刀，d040mm,z6 机床：X51立式铣床 根据《切削手册》查的，

fz0.13mm/z,ap4mm

现采用X51立式铣床，根据《简明手册》4.2-36查得取

n

w300r/min

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，故实际切削速度

vdwnw100040300100037.7m/min

当nw300r/min时，工作台每分钟进给量应为

fmfzznw0.1310300390mm/min

查说明书，取计算切削工时

fm400mm/min

L72y721082mm

因此tmLfm820.205min 390工序Ⅳ 钻、扩Φ20孔，以Φ32外圆和T2为基准，保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT10。 1. 选择钻头

根据《切削手册》表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角αo＝12°，二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度l11.5mm，

2100°，30°

2.选择切削用量 （1）确定进给量

按加工要求确定进给量：查《切削手册》，fl

0.43~0.53mm/r，

d30181.673，由《切削手册》表2.7,系数为0.5,则：

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f(0.43~0.53)0.5(0.215~0.265)mm/r

按钻头强度选择:查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为：

f2.0mm/r；

按机床进给机构强度选择：查《切削手册》表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为f0.93mm/r。

以上三个进给量比较得出，受的进给量是工艺要求，其值为：0.215~0.265mm/r。根据《简明手册》表4.2-16,最终选择进给量f0.22mm/r。

由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。

根据《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为8830N﹥Ff，故所选进给量可用。

（2）确定钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度（查《简明手册》）为0.6mm，寿命

T45min．

（3）切削速度

查《切削手册》表2.30，切削速度计算公式为：

cvd0zvvcmxvTapf

yvkv （m/min）

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Cv9.5，d018mm，zv0.25，m0.125，xv0，ap9，yv0.55，其中，

f0.22，查得修正系数：kTv1.0，=，klv0.85，ktv1.0，故实

际的切削速度：

9.5180.25vc0.1250.859.5m/min 6010.220.55 （4）检验机床扭矩及功率

查《切削手册》表2.20，当f≤0.26, do≤19mm时，Mt=31.78N•m，修正系数均为1.0，故MC=31.78 N•m。 查机床使用说明书：Mm =144.2 N•m。

查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。 查机床使用说明书，PCEE2.80.812.26kw。

由于McMm，PP，故切削用量可用，即：

f0.22mm/r，nnc272r/min，vc15.4m/min

3、计算工时

tmL3080.min nf2720.224、扩孔至Φ29

查《切削手册》表2.10，扩孔进给量为：f并由机床使用说明书最终选定进给量为：f根据资料，切削速度

0.7~0.8mm/r，

0.81mm/r。

v0.4v钻，其中v钻为用钻头钻同样尺寸v0.49.53.8m/min实心孔时的切削速度，故

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ns10003.861.1r/min

19.8nw97r/min根据机床使用说明书选取

基本工时

t。

Ly3080.48min

970.81970.81工序Ⅴ 粗镗Φ48孔，以D1为定位基准 机床：T68卧式镗床 单边余量z2.5mm,ap2.5mm

由《简明手册》4.2-20查得取

f0.52mm/r

由《简明手册》4.2-21查得取

n200r/min

计算切削工时

tmLfm12210.13min

2000.52工序Ⅵ 铣斜肩，以D1和T2为定位基准

刀具：硬质合金三面刃铣刀 机床：X51立式铣床

根据《简明手册》查得：dw63mm，Z16。根据《切削手册》查得：fz0.10mm/z,因此：

ns1000vdw100027136r/min 63现采用X51立式铣床，取：nw100r/min，故实际切削速度为：

v

dwnw100063100100019.8m/min

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当nw300r/min时，工作台每分钟进给量应为：

fmfzZnw0.1016100160mm/min

根据《切削手册》表4.2-37查得,取：fm165mm/min。

计算切削基本工时：

Lly12.52537.5mm

因此：tmL37.50.0.227min fm165工序Ⅶ 精铣Φ20下端面，以T2为基准

刀具：YG6硬质合金端铣刀； 机床：X51立式铣床； 查《切削手册》表3.5，进给量0.5mm/r

参考有关手册，确定v124m/min，采用YG6硬质合金端铣刀，

dw125mm,z12，则：

fz0.5~1.0mm/min，取为

ns1000vdw1000124316r/min

125现采用X51立式铣床，根据《简明手册》表4.2-36，取

r/min nw300故实际切削速度：

当

vdwnw10001253001000117.75m/min

nw300r/min时，工作台每分钟进给量：

980mm/min

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fmfzznw0.5123001800mm/min，取为

本工序切削时间为：t2tm2l17612520.62min

980fm工序Ⅷ 精铣Φ20上端面，以T1为基准

切削用量同工序Ⅶ 精铣时yd0125mm 基本工时：tml1761250.31

980fm工序Ⅸ 粗铰、精铰Φ30孔，以T2和Φ48外圆为基准， （1）粗铰至19.94mm

刀具：专用铰刀 机床：Z525立式钻床

根据有关手册的规定，铰刀的进给量为fz0.8～1.2mm/z,进给量取fz0.81mm/r，机床主轴转速取为nw=140r/min，则其切削速度为：

vnd8.77m/min。

机动时切削工时，l308=38mm，

tm38380.34min nwf1400.81(2) 精铰至20mm

刀具：dw20mm 机床：Z525立式钻床

根据有关手册的规定，铰刀的进给量取f0.48mm/r，机

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床主轴转速取为：

vnd8.8m/min

nw=140r/min，则其切削速度为：

机动时切削工时，l308=38mm

tm38380.57min nwf1400.48工序Ⅹ 精铣Φ48端面，以D1为基准。

机床：X51立式铣床

刀具：硬质合金立铣刀（镶螺旋形刀片），由《切削手册》表3.6查得：d40,z6,fz0.08mm/min,v0.45m/s即27m/min，因此，ns1000vdw100027214r/min。现采用40X51立式铣床，取

nw210r/min，工作台每分钟进给量fm应为：

fmfzznw0.086210100.8mm/min

查机床使用说明书，取

fm100mm/min。

铣削基本工时：tm72120.84min

1002tm0.8421.68min

工序Ⅺ 半精镗Φ48孔，以D1做定位基准。

单边余量z1.0mm,可一次切除，则

ap1.0mm。

由《切削手册》表1.6查得，进给量fz0.25~0.40mm/r,取为0.27mm/r。由《切削手册》表1.1查得，v100m/min，则：

nw1000vdw1000100637r/min 50查《简明手册》表4.2-20，nw取为630r/min。

加工基本工时：t

l120.038min nwf6300.522

工序12 钻、铰Φ8锥孔，以T1和零件中线为基准。

刀具：专用刀具 机床：Z525立式钻床

确定进给量f：根据《切削手册》表2.7查得，

f0.22~0.26mm/r，

查Z525机床使用说明书，现取f0.22mm/r。查《切削手册》表2.15，

v17m/min，计算机床主轴转速：

ns1000vdw100017694r/min 7.8按机床选取nw680/min，所以实际切削速度为：

vdwnw10007.86801000fm16.66m/min 640.066min

6800.22计算切削基本工时：tmly工序ⅩⅣ 铣断，以D1为基准。

选择锯片铣刀，d=160mm，l=4mm，中齿，Z=40 采用X61卧式铣床，查《简明手册》，选择进给量为：

f0.10mm/z,切削速度为：v27m/min，则：

ns1000vdw10002754r/min 160根据《简明手册》表4.2-39，取nw100r/min，故实际切削速

度为：vdwnw8010050.2m/min

10001000

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此时工作台每分钟进给量fm应为：

fmfzZnw0.140100400mm/min

查《简明手册》表4.2-40，刚好有fm400mm/min。

计算切削基本工时：

tmly72300.255min 400fm

参考文献:

机械制造工艺学课程设计指导书2版 机械工业出版社, 清华大学 王先逵主编的 机械制造工工艺学，机械工业出版社；

王巍主编的 机械制图第二版，中国地质大学出版； 曾志新,吕明主编,机械制造技术基础.武汉理工出版社, 李益民主编,机械制造工艺设计简明手册 机械工业出版社, 王明珠主编,工程制图学及计算机绘图——国防工业出版社,

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