1、机械制造技术基础课程设计说明书设计题目：零件的机械加工工艺规程设计及夹具设计学生姓名：郭强 学号：0914112105专 业：机械设计制造及其自动化 指导老师： 晋中学院2012 年 6 月 3 日目 录零件的分析零件的作用零件的工艺分析工艺规程的设计毛坯的制造形式基准面的选择粗基准的选择精基准的选择制定的工艺路线机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定确定切削用量及基本工时绘制零件图和编制工艺卡夹具设计 夹具设计任务 绘制夹具装配图 1.零件分析1.1 零件的作用题所给的是 CA6140 车床上的拨叉，它位于车床变速机构中，主要起换挡作用，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
2、矩。零件上方的 20mm 的孔与操作机构相连，下方的 50mm 的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，两零件铸造为一体，加工时分开。1.2 零件的工艺分析CA6140 车床上的拨叉共有两处加工表面。其间有一定的位置要求，分述如下：1.2.1 以 20mm 为中心的加工表面这一组加工表面包括：20mm 的孔，以及其上下表面，孔壁上有一个装配时要钻铰的 8mm 的锥孔，一个 M6 的螺纹孔，和一个缺口。1.2.2 以 50mm 为中心的加工表面这一组加工表面包括：50mm 的孔，以及其上、下端面；这两组表面有一定的位置要求；（1） 50mm 的孔的上、下表面与 2
3、0 的孔的垂直度误差为 0.07mm。（2） 20mm 的孔的上、下表面与 20 的孔的垂直度误差为 0.05mm。（3） 50mm、20mm 的孔的上、下表面以及 50mm 的孔的内表面的粗糙度误差为 3.2um。（4） 20mm 的孔的内表面的粗糙度误差为 1.6um，精度为 IT7。2. 工艺规程设计2.1 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，故选择铸造毛坯。图一 毛坯图2.2 基准面的选择2.2.1 粗基准的选择 对零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准，而对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
4、表面作粗基准，根据这个基准原则，现取 20mm 的孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两个短 V 形块支承两个 20mm 孔的外轮廓作主要定位面，以消除 3 个自由度，再用一个支承板支撑在 72mm 的上表面，以消除 3 个自由度。2.2.2 精基准的选择 主要应考虑基准重合问题。当设计基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。2.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，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。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，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。除此以外，还应当考虑经济
5、效果，以便使生产成本尽量下降。1、 工艺路线方案一：工序一：退火工序二：粗、精铣 20 mm、50 mm 的下表面，保证其粗糙度为 3.2 um工序三：以 20 mm 的下表面为精基准，粗、精铣 20 mm 的孔的上表面，保证其粗糙度为 3.2 um,其上、下表面尺寸为 30mm，工序四：以 20 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰 20 mm 的孔，保证其内表面粗糙度为 1.6 um，垂直度误差不超过 0.05mm 工序五：以 20 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗 50 mm 的孔，保证其内表面粗糙度为 3.2 um工序六；以 20 mm 的下表面为精基准，粗、精铣 50 mm 的
6、上表面，保证其与孔的垂直度误差不超过 0.07mm，其上、下表面尺寸为 12mm工序七：铣断工序八：以 20 mm 的孔为精基准，钻 8 mm 的锥孔的一半 4 mm，装配时钻铰 工序九：以 20mm 的孔为精基准，钻 5mm 的孔，攻 M6 的螺纹工序十：以 20 mm 的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为 12.5um工序十一：检查上面的工序可以是中批生产，但是其效率不高，并且工序四中的钻孔方法在钻孔是可能会偏离中心。经综合考虑，采用下面的方案二。工艺路线方案二：工序一；退火工序二：粗、精铣 20 mm、50 mm 的下表面，保证其粗糙度为 3.2 um工序三：以 20 mm 的下表面为精
7、基准，粗、精铣 20 mm、50 mm 的孔的上表面，保证其粗糙度为 3.2 um，20 mm 的上、下表面尺寸为30mm，50 mm 的上、下表面尺寸为 12mm工序四：以 20 mm 的下表面为精基准，钻、扩、铰、精铰 2 0 mm 的孔，保证其内表面粗糙度为 1.6 um，垂直度误差不超过 0.05 mm 工序五：以 20 mm 的下表面为精基准，粗、半精镗 50 mm 的孔，保证其内表面粗糙度为 3.2 um工序六：铣断工序七：以 20 mm 的孔为精基准，钻 8 mm 的锥孔的一半 4 mm，装配时钻铰 工序八：以 20 mm 的孔为精基准，钻 5 mm 的孔，攻 M6 的螺纹工序九
8、：以 20 mm 的孔为精基准，铣缺口，保证其粗糙度为 12.5 um工序十：检查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”零件的材料为 HT200 硬度为 190210HB，毛坯重量为 2.2Kg,生产类型为中批量，铸件毛坯。又由（以下称工艺手册 表 1.3-1 查得毛坯的制造方法采用壳模铸造级，表 2.2-4 查得加工余量等级为 G 级，选取尺寸公差等级为 CT10。根据以上资料及路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯如下：1、延轴线方向长度方向的加工余量及公差（20mm、50mm 端面） 查工艺手册表 2.24 取 20mm、50mm 端面长
9、度余量为 2.5mm(均为双边加工)。铣削加工余量为：a)粗铣：1.5mm b)精铣：1mm毛坯尺寸及公差为：（35 土 0.3）mm （ 17 土 0.25）mm2、内孔（50mm 已铸成孔）查工艺手册表 2.22.5，取 50mm 已铸成长度余量为 3mm，即已铸成孔 44mm。镗削加工余量为：a)粗镗：2mm b)半精镗：1mm毛坯尺寸及公差为：（48 土 0.3）mm （ ）mm0.523、其他尺寸直接铸造得到。 2.5 确定切削用量及基本工时2.5.1 工序二：粗、精铣孔 20mm、50mm 的下表面（1） 加工条件工件材料：HT200。 b=0.16GPa HBS=190210，铸
10、件机床：XA5032 立式铣床刀具；W18Cr4V 硬质合金端铣刀 W18Cr4V 硬质合金端铣刀，牌号为 YG6，由切削用量简明手册 后称切削手册表3.1 查得铣削宽度 ae Pcc,故校验合格。最终确定 ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/min vc=119.3m/min fz=0.13mm/zf)计算基本工时mfLtV公式中： L=l+y+；根据切削手册表 3.26，可得 l+=12mm,所以L=l+y+=32+12=44mm故 =44/600=0.073minmt2)粗铣 50mm 的下表面a)铣削 50mm 的下表面与铣削 20mm 的下表面的相关参数及其
11、用量等都相同。即 ap=1.5mm nc=475r/min vfc=600mm/s vc=119.3m/min fz=0.13mm/zb)计算基本工时mfLtV公式中： L=l+y+；根据 切削手册表 3.26，可得 l+=0 所以 L=l+y+=72mm故 =72/600=0.12minmt3)精铣孔 20mm 的下表面a) 切削深度 因切削用量较小，故可以选择 ap=1.0mm, 一次走刀即可完成所需尺寸b)每齿进给量：由切削手册表 3.30 可知机床的功为 7.5KW，查切削手册表 3.5可得 f=0.50.7mm/r，由于是对称铣，选较小量 f=0.7mm/rc)查后刀面最大磨损及寿命
12、查切削手册表 3.7，后刀面最大磨损为（1.01.5）mm查切削手册表 3.8, 寿命 T=180mind)计算切削速度 按切削手册表 3.27 中的公式：voc vmprpzecdqvkTaxfyu也可以由表 3.16 查得 =124mm/s vf =395mm/min n=494r/min,根据 XA5032 铣床参数，cv选 n=475r/min v f =375mm/min , 则实际的切削速度为10occdnv所以 = =119.3m/min,实际进给量c3.148075fczvfnz所以 = =0.08mm/zzvf375410e)校验机床功率 查切削手册表 3.24，Pcc=1.
13、1KW ,而机床所提供的功率 Pcm 为1.7KW，所以 Pcm Pcc,故校验合格。最终确定 ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/minf)计算基本工时mfLtV公式中： L=l+y+；根据切削手册表 3.26，可得 l+=80mm, 所以L=l+y+=32+80=112mm故 =112/375=0.3minmt2)精铣 50mm 的下表面a)铣削 50mm 的下表面与铣削 20mm 的下表面的相关参数及其用量等都相同。即 ap=1.0mm nc=475r/min vfc=375mm/min vc=119.3mm/mb)计算基本工时mf
14、LtV公式中： L=l+y+；根据切削手册 表 3.26，可得 l+=80mm 所以L=l+y+=72+80=152mm故 =152/375=0.405minmfLtV2.5.2 工序三：粗、精铣孔 20mm、50mm 的上表面本工序的切削用量及基本工时与工序一中的粗、精铣孔 20mm、50mm 的下表面相同。2.5.3 工序四：钻、扩、铰、精铰 20mm 的孔（一） 钻 18mm 的孔（1）加工条件工艺要求：孔径 d=18mm, 孔深 l=30mm,通孔 ，用乳化液冷却机床 ：Z535 型立式钻床刀具 ：高速钢麻花钻头选择高速钢麻花钻头，其直径 do=18mm,钻头几何形状为：由切削手册表
15、2.1 及表 2.2 选修磨横刃，=28 o o=10o 2=118o 21=70o b=3.5mm b=2mm l=4mm(2) 切削用量1) 决定进给量 fa)、按加工要求决定进给量 根据切削手册表 2.7，当铸铁的强度b 200HBS do=18mm 时，f=0.700.86mm/r Mc 又根据切削手册表 2.23，当 b=(170213)MPa do Mc 又根据切削手册表 2.23，当 b=(170213)MPa do Mc 又根据切削手册表 2.23，当 b=(170213)MPa do3,故取修正系数 K=0.8所以 f=(0.180.22)x0.8=(0.1440.176)
16、mm/r b) 按钻头强度决定进给量 根据表 2.8，当 b=190MPa,do Mc又根据切削手册表 2.23，当 b=(170213)MPa do Mc又根据切削手册表 2.23，当 b=(170213)MPa do=10mm f=0.53mm/r vc=15.1m/min 时 Pc=1.0KW根据 Z525 钻床说明书, P cPE所以有 Mc Mm PcPE 故选择的切削用量可用。即 f=0.28mm/r n=nc=960r/min vc=13.6m/min(3)计算基本工时mLtnfL=l+y+ 由切削手册表 2.29 查得 y+=2.5mm故 =0.03min62.5908mt（2
17、）攻 M6 的螺纹由工艺设计手册 表 6.2-14 可知1212moLllt ifnf其中：l 1=(13)p l2=(23)p公式中的 no为丝锥或工件回程的每分钟转数（r/min）; i 为使用丝锥的数量；n 为丝锥或工件每分钟转数（r/min） ；d 为螺纹大径；f 为工件每转进给量 等于工件螺纹的螺距 p由上述条件及相关资料有； f=p=1mm/r d=6mm n=680r/minno=680r/min i=1 所以(1) 切削速度 10odnv所以 = =10.7m/minv3.14680(2) 基本工时=0.03min22.5.16801mt2.5.8 工序九：铣缺口（1）加工条件
18、工件尺寸：长为 25mm, 宽为 10mm机床：XA5032 立式铣床刀具；W18Cr4V 硬质合金端铣刀 W18Cr4V 硬质合金端铣刀，牌号为 YG6，由切削用量简明手册后称切削手册表 3.1查得铣削宽度 ae=90mm,深度 ap=6mm,齿数 Z=10 时，取刀具直径 do=100mm。又由切削手册表 3.2 选择刀具的前角 ro=+5o;后角 ao=8o;副后角 ao=8o,刀齿斜角 s=-10o,主刃Kr=60o,过渡刃 Kr=30o,副刃 Kr=5o,过渡刃宽 b=1mm(2)切削用量a)切削深度 因切削用量较小，故可以选择 ap=6mm,一次走刀即可完成所需尺寸。b)每齿进给量
19、：由切削手册表 3.30 可知机床的功为 7.5KW，查切削手册表 3.5可得 f=0.140.24mm/z,由于是对称铣，选较小量 f=0.14mm/zc)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（1.01.5）mm查切削手册表 3.8, 寿命 T=180mind)计算切削速度 按切削手册表 3.27 中的公式voc vmprpzecdqvkTaxfyu也可以由表 3.16 查得 =77m/min nt=245r/min vft =385m/min cv各修正系数为：K mv=Kmn=Kmvf=1.0Ksv=Ksn=Ksvf=0.8故 Vc=VtKv=77x1.0x0.8
20、=61.6m/minn= ntkn=245x1.0x0.8=196r/min vf=vftkvt=385x1.0x0.8=308mm/min又根据 XA5032 铣床参数，选 n=235r/min vf =375mm/s，则实际的切削速度为：10occdn所以 = =73.8m/min,实际进给量为： cv3.14025fczvfnz所以 = =0.16mm/zzvf375210e)校验机床功率 查切削手册表 3.24， 当 b=(174207)MPa ae=70mm ap=6mm do=100mm Z=10 vfc=385mm/min 近似为Pcc=4.6KW根据 XA5032 型立铣说明书
21、（切削手册表 3.30） ，机床主轴允许的功率为Pcm=7.5x0.75=5.63KW故 PccPcm 因此选择的切削用量可以采用 即ap=6mm vf=375mm/min n=235r/min vc=73.8m/min fz=0.14mm/zf)计算基本工时mfLtV公式中： L=l+y+；根据 切削手册表 3.26，可得 l+=0mm, 所以 L=l+y+=25mm故 =25/375=0.07minmfLtV3. 绘制零件图和编制工艺文件3.1 绘制零件图图二:零件图3.2 编制工艺文件1 机械加工工艺过程的组成工艺过程 改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等,使其成为成品或半成品的过
22、程。工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配等工艺过程。机械加工工艺过程 用机械加工方法,改变毛坯的形状、尺寸和表面质量,使其成为零件的过程。零件的机械加工工艺过程由许多工序组合而成,每个工序又可分为若干个安装、工位、工步和走刀。工序 一个或一组工人,在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。安装 工件经一次装夹(定位和夹紧)后所完成的那一部分工序。工位 为了完成一定的工序部分,一次装夹工件后,工件与夹具或设备的可动部分一起,相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。工步 当加工表面、加工工具和切削用量中的转速和进给量均保持不变的情况下完成的那一
23、部分工序。2 工序的合理组合确定加工方法以后,就要按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数.确定工序数有两种基本原则可供选择.工序分散原则 工序多,工艺过程长,每个工序所包含的加工内容很少,极端情况下每个工序只有一个工步,所使用的工艺设备与装备比较简单,易于调整和掌握,有利于选用合理的切削用量,减少基本时间,设备数量多,生产面积大.工序集中原则 零件的各个表面的加工集中在少数几个工序内完成,每个工序的内容和工步都较多,有利于采用高效的机床,生产计划和生产组织工作得到简化,生产面积和操作工人数量减少,工件装夹次数减少,辅助时间缩短,加工表面间的位置精度易于
24、保证,设备、工装投资大,调整、维护复杂,生产准备工作量大.批量小时往往采用在通用机床上工序集中的原则,批量大时即可按工序分散原则组织流水线生产,也可利用高生产率的通用设备按工序集中原则组织生产.将工艺规程的内容，填入具有规定的格式的卡片中，使之成为生产准备和施工依据的工艺规程文件。4. 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，需要设计专用夹具。(一)问题的提出本夹具主要用来钻 M6 螺纹底孔，该孔为斜孔，跟拨叉的中线有一定的角度要求，在加工时应保证孔的角度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。(二)夹具设计
25、1、定位基准选择由零件图可知，M6 螺纹孔为斜孔，相对于拨叉中线有 的要求，为使定位误差为零，10应该选择拨叉中线为定位基准保证该角度。此外，还应以 20 孔端面为基准，从而保证螺纹孔在拨叉体上的位置。为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。2、切削力及夹紧力计算刀具：硬质合金麻花钻， 。md8.4由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查切削手册表 2.3，切削力计算公式为：FkfdCFyZf0其中： ， ， ， ， ，412.75.md8.402.0f， 与加工材料有关,取 0.94； 与刀具刃磨形状有关,取
26、 1.33；kkhFxMFMkxF与刀具磨钝标准有关,取 1.0，则：hN1082508.4172在 20 孔两个端面只需要采用开口垫圈和六角螺母适当夹紧后本夹具即可安全工作. 3、定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为两个定位销，这两个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，即 。1062k此外，这两定位销共同保证加工孔偏斜的角度，其中心连线与工作台面成 10角。（2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。钻套外径 与衬套孔 的最大间隙为：510g710H26.).(.max衬套外径 与钻模板孔 的最大间隙为：6r505.23.018.max则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为：0.026-0.005=0.021。（3）计算定位销轴与工作台的平行度误差。定位销轴与夹具体孔的最大间隙为： 034.1.05.max夹具体孔的长度为 14mm，则上述间隙引起的最大平行度误差为： 0.034/14，即0.24/100。4、夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母 12 扣，拔下开口垫圈，实现工件的快换。攻螺纹时，松开压紧螺母即可替换可换钻套，进行攻螺纹加工。5、钻床夹具的装配图见附图
