1、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。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 25 孔与操纵
2、机构相连，二下方的 60 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 25mm 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：25H7mm 的孔，以及 42mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为 25H7mm 通孔。2. 以 60mm 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：60H12 的孔，以及 60H12 的两个端面。主要是 60H12 的孔。3. 铣 16H11 的槽这一组加工表面包括：此槽的端面，16H11mm 的槽的底面，16H11mm 的槽两
3、侧面。4. 以 M221.5 螺纹孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括：M221.5 的螺纹孔，长 32mm 的端面。主要加工表面为 M221.5 螺纹孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：（1） 60 孔端面与 25H7 孔垂直度公差为 0.1mm.。（2） 16H11mm 的槽与 25H7 的孔垂直度公差为0.08mm。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
4、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 25 孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共021.两块 V 形块支承这两个 42 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
5、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。1. 工艺路线方案一工序一 粗、钻、扩、铰、精铰 25、60 孔工序二 粗、精铣 60、25 孔下端面。工序三 粗、精铣 25 孔上端面工序四 粗、精铣 60 孔上端面工序五 切断。工序六 铣螺纹孔端面。工序七 钻 22 孔（装配时钻铰锥孔） 。工序八 攻 M221.5 螺纹。工序
6、九 粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面工序十 粗铣 半精铣 精铣 16H11 的槽。工序十一 检查。上面的工序加工不太合理，因为由经验告诉我们大多数都应该先铣平面再加工孔，那样会更能容易满足零件的加工要求，效率不高，但同时钻两个孔，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 25 孔上端面。工序二 粗、精铣 25 孔下端面。工序三 钻、扩、铰、精铰 25 孔。工序四 钻、扩、铰、精铰 60 孔。工序五 粗、精铣 60 孔上端面工序六 粗、精铣 60 孔下端面。工序七 切断。工序八 铣螺纹孔端面。工序九 钻 22 孔（装配时钻铰锥孔） 。工序十 攻 M221.5 螺纹。工
7、序十一 粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面工序十二 粗、半精铣 精铣 16H11 的槽。工序十三 检查。上面工序可以适合大多数生产，但是在全部工序中间的工序七把两件铣断，对以后的各工序的加工定位夹紧不方便，从而导致效率较低。再看另一方案。3. 工艺路线方案三工序一 粗、精铣 25 孔上端面。工序二 粗、精铣 25 孔下端面。工序三 钻、扩、铰、精铰 25 孔。工序四 钻、扩、铰、精铰 60 孔。工序五 粗、精铣 60 孔上端面工序六 粗、精铣 60 孔下端面。工序七 铣螺纹孔端面。工序八 钻 22 孔（装配时钻铰锥孔） 。工序九 攻 M221.5 螺纹。工序十 粗铣 半精铣 精铣槽所在的端面。工序
8、十一 粗、半精铣 精铣 16H11 的槽。工序十二 切断。工序十三 检查。此方案仍有先钻孔再铣平面的不足，所以这个方案仍不是最好的工艺路线综合考虑以上各方案的各不足因素，得到以下我的工艺路线。4. 工艺路线方案四工序一 以 42 外圆为粗基准，粗铣 25 孔下端面。工序二 精铣 25 孔上下端面。工序三 以 25 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰25 孔,孔的精度达到 IT7。工序四 以 25 孔为精基准，粗铣 60 孔上下端面。工序五 以 25 孔为精基准，精铣 60 孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过 0.1。工序六 以 25 孔为精基准，钻、镗、铰 60 孔，保证空的精度达到
9、 IT8。工序七 以 25 孔为精基准，铣螺纹孔端面。工序八 以 25 孔为精基准，钻 20 孔（装配时钻铰锥孔） 。工序九 以 25 孔为精基准，钻一个 20 孔，攻M221.5 螺纹。工序十 以 25 孔为精基准，铣槽端面。工序十一 以 25 孔为精基准，铣 16H11 的槽保证槽的侧面相对孔的垂直度误差是 0.08。工序十二 两件铣断工序十三 检查。虽然工序仍然是十三步，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 60、25 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”CA61
10、40 车床拨叉” ；零件材料为 HT200，硬度190210HB，毛坯重量 1.45kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，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（42）考虑其零件外圆表面为非加工表面，所以外圆表面为铸造毛坯，没有粗糙度要求，因此直接铸造而成。2. 外圆表面沿轴线方向长度方向的加工余量及公差（25，60 端面） 。查机械制造工艺设计简明手册 （以下称工艺手册 ）表 3.126，取 25，60 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 2mm半精铣 0.7mm3. 内孔（60 已铸成 50 的孔）查工艺手册
11、表 2.22.5，为了节省材料，取 60孔已铸成孔长度余量为 3，即铸成孔半径为 50mm。工序尺寸加工余量：钻孔 5mm扩孔 0.5mm铰孔 0.1mm精铰 0mm同上，零件 25 的孔也已铸出 15 的孔。工序尺寸加工余量：钻孔至 23 余量为 8mm扩孔钻 1.8 mm粗铰孔 0.14 mm精铰孔 0.06 mm4. 槽端面至中心线垂直中心线方向长度加工余量铸出槽端面至中心线 47mm 的距离，余量为 3mm。工序尺寸加工余量：粗铣端面 2.1 mm半精铣 0.7 mm精铣 0.2 mm5. 螺纹孔顶面加工余量铸出螺纹孔顶面至 25 孔轴线且垂直轴线方向 40mm 的距离，余量为 4 m
12、m工序尺寸加工余量：粗铣顶面 3.1 mm半精铣 0.7 mm精铣 0.2 mm 6. 其他尺寸直接铸造得到由于本设计规定的零件为中批量生产，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）确立切削用量及基本工时工序一 以 42 外圆为粗基准，粗铣 25 孔上下端面。1. 加工条件工件材料：HT200, b =0.16GPa HB=200241,铸造。加工要求：粗铣 25 孔上下端面。机床： X53 立式铣床。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,故据切削用量简明手册（后简称切削手册 ）取刀
13、具直径 do=80mm。选择刀具前角 o0后角 o15，副后角 o=10，刀齿斜角 s=15,主刃 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副刃 Kr=5过渡刃宽 b=1.5mm。2. 切削用量1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。2）每齿进给量 机床功率为 10kw。查切削手册f=0.080.15mm/z。由于是对称铣，选较小量 f=0.15 mm/z。3）查后刀面最大磨损及寿命 查机械切削用量手册表 8，寿命 T=180min4）计算切削速度 按2表 14，V=1.84n=7.32=6.44fV5）计算基本工时tmL/ V f=(90+36)/6.4
14、4=6.99min。工序二 精铣 25 孔上下端面。1. 加工条件工件材料：HT200, b =0.16GPa HB=200241,铸造。加工要求：精铣 25 上下端面。机床： X6140 卧式铣床。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,故据切削用量简明手册（后简称切削手册 ）取刀具直径 do=80mm。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=1.0mm，一次走刀
15、即可完成所需长度。2） 每齿进给量 机床功率为 7.5kw。查切削手册表 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 8，寿命 T=180min4） 计算切削速度 按切削手册表 14，查得 Vf6.44mm/s， 5） 计算基本工时tmL+18 2/ Vf=(2+18 2)/6.44=5.9min。工序三 以 25 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰25 孔，孔的精度达到 IT7。1. 选择钻床及钻头 选择 Z5125A 钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=23mm，钻头采用双头刃磨法，2.选择切削用量（1）
16、决定进给量由 do=23mm,查2表 5 按钻头 rmf/7.04.按机床强度查1表 10.1-2 选择 rmf/8.106.最终决定选择机床已有的进给量 r/4（2）耐用度 查2表 9T=4500s=75min（3）切削速度查1表 10.1-2n=50-2000r/min 取 n=1000r/min. .计算工时 min19.048.021nfLtm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。扩铰和精铰的切削用量如下：扩钻：选高速钢扩孔钻 min/10rnrmf/8.07md8.240in1.5.2nfLt铰孔：选高速钢铰刀 i/0rrmf/6.231d94.2min07
17、.13.283nfLtm精铰：选高速钢铰刀 i/rrmf/6.2317250Hdmin07.13.284nfLtmi45.21mttT工序四 以 25 孔为精基准，钻、粗镗、 精镗 60 孔，保证孔的精度达到 IT7。1. 选择钻头选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=55mm，钻头采用双头刃磨法。选择 Z5163A 钻床 n=22.41000r/min, f=0.0631.2mm/r. 2.选择切削用量（1）决定进给量查2表 5 钻头进给量 rmf/2.10按钻头强度选择 按机床强度选择rf/.1rmf/9.0最终决定选择 Z5163A 机床已有的进给量 rmf/8.0（2）计算工时选择 n=
18、600r/min 所以 in7.6/)231(mt.选择镗刀选择高速钢镗刀， 粗镗时 do=59.9mm选择卧式镗床 T68,粗镗时 v=20-35 m/min,f=0.3-1.0 mm/r精镗时 v=15-30 m/min,f=0.15-0.5 mm/r工序五 粗铣 半精铣 精铣槽 16H11 的端面1. 选择机床刀具选择立式铣床 X53K 硬质合金钢 Yab 端铣刀 60pa2. 切削用量查 2 表 5 f=0.140.24mm/rT=180min 取 f=0.15mm/r v=1.84m/min n=7.32r/min min/4.6Vf3. 计算工时s19.4.6231nfLtm半精铣
19、0s.4.2ftm238tT1工序六 精铣槽 16H11本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣工步，此工序精铣槽须满足各技术要求包括：槽宽 16H11，槽深 8H12，槽两侧面粗糙度为 3.2，槽底面粗糙度为 6.3。1. 选择机床及刀具机床 x61W 型万能铣床刀具 错齿三面刃铣刀铣槽 do=16mm 查1 表 8国家标准 GB1118 D=160mm d=40mm L=16mm 齿数 z=242. 计算切削用量（1） 由1表 9.41 和3查得 走刀量 f=0.67 mm/r（2） 铣刀磨钝标准和耐用度由1表 9.46 查得 磨钝标准为 0.20.3表 9.47 查得 耐用度为 T=150
20、min （3） 切削速度由1 式 3.2vPuwYfXpmqVkzaTdCVv0v查表 9.48 得其中：修正系数 .1v40VC2q.0vXm=0.5.vY5u1pmzfaf 82467. 6wa8代入上式，可得 v=49.5m/min=0.82m/s （4） 确定机床主轴速度min/5.390/.610rsrdwvns 由3 按机床选取主轴转速为 6.33 r/s所以 实际切削速度为 in/2.196/27.310sdnvw3. 计算切削工时sznaylvLTffm.工序七 铣螺纹孔顶面1. 选择机床及刀具机床：X53K 立式铣床。刀具：硬质合金钢端铣刀,牌号 YG6。2. 切削用量1）
21、铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。2） 刀具耐用度查2表 寿命 T=180min。 3） 计算切削速度查2得 Vc0.38mm/s，n=1.53r/min,V f=1.42mm/ss16.20.85nfLtm工序八 两件铣断三、 夹具设计设计工序精铣槽 16H11 的夹具。（一）问题的提出本夹具要用于精铣槽 16H11，对槽 16H11 的要求有：槽宽 16H11 精度等级为 IT12 级，槽深 8H12 精度等级为 IT12 级，槽两侧面粗糙度为 3.2，槽底面粗糙度为 6.3。本道工序只精铣一下槽即达到各要求，因此，在本道工序加工时，我们应首
22、先考虑保证槽的各加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。 （二）夹具设计1定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。25 的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的 2
23、5 孔和其端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以两销和两已加工好的 25 孔的端面作为定位夹具。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的螺母作为夹紧机构。2切削力和夹紧力计算（1）刀具： 高速钢错齿三面刃铣刀 160mm z=24机床： x61W 型万能铣床由3 所列公式 得FVzwqueyXpFndafC0查表 9.48 得其中： 修正系数 0.1vk3F83.FqFXz=24 65.0y0uPa0Fw代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K= 4321K其中： 为基本安全系数 1.5为加工性质系数 1.12为刀具钝化系数 1.13K为
24、断续切削系数 1.14所以 NF7.15（2）夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机 由 FKfN21其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25.01fF= +G G 为工件自重zPNfFN4.35121夹紧螺钉： 公称直径 d=20mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8级MPaB106MPaBs4801螺钉疲劳极限： B9263.2.1极限应力幅： Pakma7.51li 许用应力幅： MSa3.li螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 ss=3.54 取s=4得 Pa120满足要求8.24cHdFMPaNc153.2经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节
25、装置，即可指定可靠的夹紧力3. 定位误差分析（1） 定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一平面和两定位销，孔与销间隙配合。（2） 工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在卧式镗床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定
26、的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。4. 夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为镗床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为精镗切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。参考文献1 2 赵家齐主编 机械制造工艺学课程设计指导书。北京：机械工业出版社3 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院编。机床夹具设计手册 上海：上海科学技术出版社，19794 艾兴，肖诗纲主编。切削用量手册 北京：机械工业出版社5 金属切削手册 上海：上海科学文化技术出版社
