机械制造技术课程设计机床拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计本科论文

安徽工业大学

机械制造技术基础 课程设计说明书

设计题目

学 院 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 时间

机床拨叉零件的机械加工工艺规程

及工艺装备设计 机械工程学院

机131 2016年9月

安徽工业大学

机械制造技术基础课程设计任务书

设计题目 学 院 专业班级 本组学生 姓 名 本组学生 学 号

机床拨叉零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计

机械工程学院

机131

课程设计的主要内容:

1、编制给定零件的工艺规程

1） 零件的工艺分析，并抄画零件图；

2） 选择毛坯制造方法，确定毛坯余量，并画毛坯图；

3） 确定加工方法，拟定工艺路线，选取加工设备及工艺装备（每组至少初定两种工艺路线方

案，并最终确定一种优化方案）；

4） 根据最终确定的工艺路线方案，填写机械加工过程卡片；

5） 每人至少详细设计两道工序内容，进行切削用量等工艺参数计算，并填写机械加工工序卡

片。

2、针对两道重要工序进行夹具设计或一道重要工序设计两套方案）

1） 根据工序内容的要求，确定夹具的定位和夹紧方案； 2） 定位误差的分析与计算，夹紧力的计算；

3） 夹具总体设计。绘制夹具总装图，拆画夹具体零件图。

3、编写课程设计说明书。内容包括：课程设计封面、课程设计任务书、目录、正文（工艺规程和夹具设计的基本理论、计算过程、设计结果）、参考资料等。

4、学生需提交材料：

1）零件图1张、毛坯图1张

2）机械加工工艺过程卡片2套（不同工艺方案）、机械加工工序卡片1套 3）机床夹具总装图2张、机床夹具零件图2张（不同夹具方案或不同夹具）

4）课程设计说明书1份（详细说明本组成员分工，要求40页以上，Word排版打印）

指导教师签字：

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第五组组员分工及排序

组员：

分工：一：任伟、荣恰、岳研负责制定第一条工艺路线方案 二：李磊、王玉龙、吴宇轩负责制定第二条工艺路线方案 三：每位组员各负责制作三道工序及工序卡片 四：李磊、王玉龙负责夹具设计 五：任伟、吴宇轩负责排版

六：荣恰、岳研负责机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 七：任伟负责收集、整理资料及汇总 八：荣恰、岳研负责三维模型制作 组员排序：1、

组员签名：

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工作日程

2016年8月29日在机械楼各组员讨论并决定由荣恰担任组长；

2016年9月2日晚上大家在机械楼讨论了分工情况，由任伟、荣恰、岳研负责制定第一条工艺路线方案；李磊、王玉龙、吴宇轩负责制定第二条工艺路线方案；每位组员各负责制作三道工序及工序卡片；李磊、王玉龙负责夹具设计；任伟、吴宇轩负责排版；荣恰、岳研负责机械加工余量、工序尺寸及公差的确定；任伟负责收集、整理资料及汇总；荣恰负责三维模型制作。

2016年9月5号，我们在机械楼就制定的两套方案进行比较、讨论，大家都觉得由任伟、荣恰、岳研负责制定的工艺方案比较好，决定采用他们的方案。

2016年9月8日，我们在机械楼讨论决定每个组员具体负责那三道工序，同时决定一周后将大家做好的工序汇总、检查；

2016年9月15好，我们就每个组员做好的工序进行查看，看有没有错误的地方，然后帮助有问题的组员改正；

2016年9月19号，大家就每个组员画好的工序图，相互查看、讨论； 2016年9月23号，我们组的工艺方案和工序都已经做好，讨论夹具的设计； 2016年9月26号，我们就设计好的两套夹具方案进行讨论，看哪套方案较好； 2016年9月29号，大家就我们组的工作完成情况进行进行讨论，并改进一些地方； 2016年10月2日，我们组的三维模型设计完成；

2016年10月7日，我们组的机械设计基础课程设计说明书基本完成； 2016年10月9日，我们组的课程设计正式完成。

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目 录

目录................................................................4 第一节 零件的分析 ..................................................6 一、零件的作用 二、零件的工艺分析

第二节 确定生产类型和毛坯...........................................8 一、确定生产类型 二、确定毛坯 1、确定毛坯总类

2、确定铸件加工余量及形状 3、绘制铸件毛坯图

第三节 工艺规程设计................................................10 一、选择定位基准 二、制定工艺路线

三、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定

第四节 确定切削用量及时间定额......................................17 第五节 计算机辅助工艺卡片填写......................................30 第六节 专用夹具设计................................................32 1、定位方案的选择 2、切削力及夹紧力计算 3、夹具的误差分析

第七节车床拨叉三维模型设计.........................................37 第八节 课程设计心得体会............................................40 第九节参考文献.....................................................41

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前 言

制造技术基础课程设计是我们在学完专业基础课，以及主要的专业课之后进行的一次综合利用专业知识进行设计的实践环节。

本次课程设计要求我们能够综合应用所学到的各门知识，综合解决设计、制造和管理中问题。对指定的产品的制造工艺设计、工装设计和机床选择等综合考虑后，进行制造工艺设计。 本次设计是对专业知识的综合应用，特别是对于机械制造工艺学和工程材料这两门学科的运用，同时也有对刀具和切屑的部分知识的综合，因此这是我们对之前所学各课程的一次深入的综合性的总复习,同时还有对相关课外知识的查阅和学习，也是一次我们实际运用知识解决问题的练习。

现代机械制造工艺设计是宽口径机械类专业学生在学完了《机械制造技术基础》等技术基础和专业课理论之后进行的一个实践教学环节。其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力。通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：

1、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；

2、掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力； 3、掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；

4、学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图， 标注必要的技术条件等。

因此这是首次接触工艺设计，对知识掌握和熟悉程度欠缺，因此在设计中难免

会有考虑不周全的地方，也有出现错误的地方，还请老师多指正和帮助。

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第一节 零件的分析

一、零件的作用

拨叉是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。滑套上面有凸块，滑套的凸块插入齿轮的凹位，把滑套与齿轮固连在一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴，将动力从输入轴传送至输出轴。摆动拨叉可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换档的目的。分析这种动力联接方式可知，车换档时要减速，这样可以减少滑套与齿轮之间的冲击，延长零件的使用寿命。以图1所示的CA6140车床拨叉为例，进行CA6140机床拨叉工艺规程的编制和工艺设备的设计。它位于CA6140车床主轴箱的变速机构中，主要起变速换挡作用。机床操作人员根据加工需求，利用拨叉进行变速换挡，从而使机床主轴获得所需的速度和扭矩。零件小头孔φ22与操纵机构相连，而大头半圆孔φ55则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力波动下方的齿轮变速。两个零件铸成为一体，加工时分开。

二、零件的工艺分析

生产批量为中等批量生产，由生产批量可得到相关信息为：毛坯精度中等，加工余量中等；加工机床部分采用通用机床，部分采用专用机床，按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式；广泛采用专用夹具，可调夹具；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；部分采用划线找正装夹，广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。

拨叉零件的材料为HT200灰铸铁。灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，但塑形较差、脆性高，不适合磨削。其加工的主要表面以及加工表面之间的位置要求如下：

①小头孔φ22以及与此孔相通的M8螺纹孔，小头孔φ22的表面粗糙度为Ra1.6. ②大头半圆孔φ55，其表面粗糙度为Ra3.2.

③拨叉底面、小头孔端面、大头半圆孔的端面，其表面粗糙度均为Ra3.2，其中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高度误差为0.05mm。

根据上述分析，拨叉零件没有复杂的曲面，其加工精度和表面质量要求不高，采用常规的加工工艺，按照各加工方法的经济加工精度及机床所能达到的位置精度，可以先粗加工拨叉零件的下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行后续加工，就可以保证其加工精度要求。

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图1

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第二节 确定生产类型和毛坯

一、确定生产类型

拨叉零件的成产纲领为5000/年，零件质量是1.0Kg/个，可确定该拨叉生产类型为中批生产。为了保证加工精度和表面质量，初步确定其加工过程需划分粗加工和精加工等阶段，工序适当集中，加工设备以通用设备为主，尽量采用专用夹具。

二、确定毛坯

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，生产类型为中批生产，以及实现正反转，零件在工作工程中经常承受变载荷，又由于零件结构比较复杂，零件毛坯比较适合铸造成型。因此，应选用HT200，以保证足够的强度、硬度，从而保证零件的工作可靠性。由于零件批量生产，已经达到中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用砂型手工造型铸造。这从节约生产成本、提高利润的角度来说是应该的。故选择木模手工砂型铸件毛坯。查阅《机械制造工艺简明手册》表2.2-5，选择铸件尺寸工差等级为CT-12。 2、确定铸件加工余量及形状

查阅《机械制造工艺简明手册》表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个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：

加工面代号 基本尺寸 加工余量等级 加工余量 说 明 D1 25 H 12.5×2 孔降1级双侧加工 D2 55 H 3.5×2 孔降1级双侧加工 T1 45 H 5 单侧加工 T2 45 H 5 单侧加工 T3 15 H 5 单侧加工 T4 15 H 5 单侧加工

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图2

3、绘制铸件毛坯图

根据铸件工艺要求，将拨叉的两个零件铸为一体，加工时分开根据表4-1拨叉零件铸造加工余量，绘制铸件毛坯图，如下图所示，其中，拨叉零件的大头半圆孔?55先铸造出直径为?48的孔，小头孔无需铸出。

图3 拨叉的毛坯图

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第三节 工艺规程设计

一、选择定位基准

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会出现问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

①粗基准的选择：零件加工时粗基准是必须选用的。在选用时要考虑如何保证各个加工表面有足够的余量，如何保证各个表面间的相互位置精度和自身的尺寸精度。因此，选择粗基准时，应遵循以下几个原则：以不加工表面为粗基准；选择毛坯余量最小的表面最为粗基准；选择零件上重要的表面最为粗基准；选择零件上加工面积大，形状复杂的表面最为粗基准；粗基准在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不应重复使用，以免产生不必要的定位误差。终上所述，以拨叉零件的小头孔上端面T2为主要的定位基准，以两个小头孔外表面为辅助粗基准。

②精基准的选择：精基准的选择应使工件的定位误差较小，能保证工件的加工精度，考虑要保证零件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，互为基准的原则；自为基准的原则。以粗加工后的底面T1为主要的定位精基准，以俩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

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以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大批生产的条件下，可以考虑采用外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，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

拨叉零件的几何形状、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夹具，并尽量采用工序集中原则来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查阅第五章中的表5-7、5-8、5-9，选择零件的加工方法及工艺路线方案。

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工艺路线方案一：

工序一：以T2为粗基准，粗铣Φ25、Φ55的下端面； 工序二：以T1为定位基准，粗铣小头孔Φ25的上端面； 工序三：以T4为定位基准，粗铣大头孔Φ55的上端面；

工序四：以Φ43的外圆和T2为基准，钻、扩小头孔Φ25至尺寸Φ24.5mm； 工序五：以D1为定位基准，粗镗大头孔Φ55至尺寸Φ52mm； 工序六：以T1为基准，精磨小头孔Φ25的上端面； 工序七：以T2为基准，精磨小头孔Φ25的下端面； 工序八：以D1为基准，精磨大头孔Φ55上端面；

?0.021工序九：以T2和Φ43外圆为基准，粗绞、精绞小头孔至尺寸Φ250；

工序十：以D1为定位基准，半精镗大头孔至尺寸Φ54.4mm；

?0.046工序十一：以D1为定位基准，精镗大头孔至尺寸Φ550；

工序十二：以T1和D1为定位基准，钻M8底孔、攻螺纹； 工序十三：以T1和D1为定位基准，钻、扩Φ10孔；

工序十四：以T2和D1为基准，洗沟槽至宽10mm和深10mm； 工序十五：以D1为定位基准，铣断； 工序十六：去毛刺； 工序十七：终检。

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工艺路线方案二：

工序一：以T1为粗基准，粗铣?25的上端面； 工序二；以T2为定位基准，粗铣?25，?55的下端面； 工序三：以T4为定位基准，粗铣大头孔?55的上端面；

工序四：以T3和Φ73外圆为基准，粗镗大头孔Φ55至尺寸Φ50mm； 工序五；以D2和T3为基准，钻、扩小头孔Φ25至尺寸Φ24.5mm 工序六；以D1为定位基准，粗镗大头孔Φ55至尺寸Φ52mm； 工序七；以D1为定位基准，粗镗大头孔Φ55至尺寸Φ52mm； 工序八；以T2为基准，精铣小头孔Φ25的下端面； 工序九：以D1为基准，精铣大头孔Φ55上端面；

?0.021工序十：以T2和Φ43外圆为基准，粗绞、精绞小头孔至尺Φ250；

工序十一：以D1为定位基准，半精镗大头孔至尺寸Φ54.4mm；

?0.046工序十二：以D1为定位基准，精镗大头孔至尺寸Φ550；

工序十三：以T1和D1为定位基准，钻M8底孔、攻螺纹； 工序十四：以T1和D1为定位基准，钻、扩Φ10孔；

工序十五：以T2和D1为基准，洗沟槽至宽10mm和深10mm； 工序十六：以D1为定位基准，铣断； 工序十七：去毛刺； 工序十八：终检。

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通过以上的两工艺路线的优、缺点分析，经过小组同学讨论，最后确定工艺路线方案二为该零件的加工路线，具体方案见下表：

表1 零件的工艺路线方案

工序号 工序名称 工序内容 10 粗铣 设备 工艺装备 以T1为粗基准，粗铣?25的上IA5032立式铣专用夹具，YG6端面； 床 硬质合金端铣刀 以T2为定位基准，粗铣?25，IA5032立式铣专用夹具，YG6?55的下端面； 床 硬质合金端铣刀 以T4为定位基准，粗铣大头IA5032立式铣专用夹具，YG6孔?55的上端面； 床 硬质合金端铣刀 以T3和Φ73外圆为基准，粗T616卧式镗床 镗大头孔Φ55至尺寸Φ50mm； 以D2和T3为基准，钻、扩小Z525立式钻床 头孔Φ25至尺寸Φ24.5mm 以D1为定位基准，粗镗大头T616卧式镗床 孔Φ55至尺寸Φ52mm； 专用夹具，高速钢刀头 专用夹具，高速钢麻花钻钻头 专用夹具，高速钢刀头 20 粗铣 30 粗铣 40 粗镗 50 60 70 钻、扩 粗镗 精铣 以D1为定位基准，粗镗大头IA5032立式铣专用夹具，YG6孔Φ55至尺寸Φ52mm； 床 硬质合金端铣刀 以T2为基准，精铣小头孔Φ25的下端面； 以D1为基准，精铣大头孔Φ55上端面 IA5032立式铣专用夹具，YG6床 硬质合金端铣刀 IA5032立式铣专用夹具，YG6床 硬质合金端铣刀 专用夹具，硬质合金铰刀2把 80 精铣 90 精铣 100 绞 以T2和Φ43外圆为基准，Z525立式钻床 粗绞、精绞小头孔至尺；

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110 120 130 半精镗 精镗 钻、攻 以D1为定位基准，半精镗大T616卧式镗床 头孔至尺寸Φ54.4mm； 以D1为定位基准，精镗大头T616卧式镗床 孔至尺寸； 以T1和D1为定位基准，钻Z525立式钻床 M8底孔、攻螺纹； 以T1和D1为定位基准，钻、Z525立式钻床 扩Φ10孔； 专用夹具，高速钢刀头 专用夹具，高速钢刀头 专用夹具，高速钢麻花钻，丝锥M8 专用夹具，高速钢麻花钻 140 150 钻、扩 精铣 以T2和D1为基准，洗沟槽至IA5032立式铣专用夹具，YG6宽10mm和深10mm； 床 硬质合金端铣刀 以D1为定位基准，铣断 去毛刺； 终检 X61卧式铣床 钳工台 钳工台 专用夹具，锯片铣刀 160 170 180

铣断 去毛刺 终检 二、机械加工余量、工序尺寸及公差都确定

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工序的加工余量，如下表所示：

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