重庆理工大学机械制造课程设计说明书

重庆理工大学

机械制造技术基础课程设计

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）

班 级 学 号 设计者 指导教师

应用技术学院

2015年1月10号

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目录

一． 零件的分析

1. 零件的作用????????????????????????4 2. 零件的工艺分析??????????????????????4 二．工艺规程设计

1. 确定毛坯的制造形成????????????????????4 2. 基准的选择????????????????????????5 3. 制定工艺路线???????????????????????5 4. 机械加工余量???????????????????????6 三．确定切削用量及基本工时

工序Ⅲ 精粗车右端面，钻、扩孔 倒角

1. 加工条件?????????????????????????7 2. 计算切削用量

⑴ 长度方向加工余量???????????????????7 ⑵ 进给量????????????????????????7 ⑶ 计算切削转速?????????????????????8 ⑷ 确定机床主轴转速???????????????????8 ⑸ 计算切削工时?????????????????????8 3. 精车

⑴ 加工余量???????????????????????8 ⑵ 进给量????????????????????????9 ⑶ 确定机床主轴转速???????????????????9 ⑷ 计算切削工时?????????????????????9 4. 钻孔、扩孔、倒角

⑴ 钻头选择???????????????????????9 ⑵ 进给量????????????????????????9 ⑶ 寿命计算???????????????????????10 ⑷ 切削速度计算?????????????????????10 ⑸ 基本工时计算?????????????????????10 ⑹ 扩孔?????????????????????????10 ⑺ 倒角?????????????????????????10 工序Ⅳ 拉花键孔

1. 拉刀选择????????????????????????11 2. 拉削速度计算??????????????????????11 3. 拉削工时计算??????????????????????11 四 夹具设计

1. 加工位置的确定?????????????????????12 2. 夹具定位基准的选择???????????????????12 3. 切削力及夹紧力的计算??????????????????12 4. 定位误差分析??????????????????????13 五 总结????????????????????????????15 六 参考文献??????????????????????????16

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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程及工艺

装备（中批量生产）

内容： 1.零件图 1 张

2．毛坯图 1 张

3．机械制造加工工艺过程综合卡片 1 张

4．夹具设计装配图 1张

5．夹具设计零件图 1张

6．课程设计说明书 1份

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一． 零件的分析 （一）、零件的作用：

题目给定的零件是CA6140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进行工作。宽度为18+0.0120mm的槽尺寸精度要求很高，因为在拨叉拔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

这一组面包括?25+0.230mm的六齿方花键孔、?22+0.280花键底孔两端的2X150到角和距中心线为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工另一组表面。

二、工艺规程设计

(一) 确定毛坯的制造形成。

零件材料HT200、考虑到此零件的工作过程中并有变载荷和冲击性载荷，单载荷不大，而且为大中批量生产，可采取金属型铸造成型。经查《金属机械加工工艺人员手册》表5-5取等级为2级精度底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为3±0.8mm。

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（二）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Φ40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，以零件的右端面A为精基准。

（三）制定工艺路线。 方案一

工序：

1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角。 2. 粗、精铣削宽度为28mm的顶端面B。 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：

1. 粗、精车端面，钻、扩花键底孔、倒两端15°倒角，以Ф40mm圆柱面为粗基准。选用C3163-1转塔式六角车床及三爪卡盘夹具。

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

5

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。

6. 磨削18+0.0120mm的槽。选用M7120A磨床

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“机械加工工艺过程综合卡片” （四）机械加工余量。

CA6140

的拨叉材料为HT200。毛坯重量为1.0 kgσb =160MPa HBS

生产类型为由大、中批量生产，采用金属型铸造。

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： 1. A面的加工余量

A面有3±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Φ

+0.28

22 ，见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》表3-590

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确定孔加工余量的分配。 钻孔Φ20mm 扩孔Φ21mm 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 2Ζ=1mm 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。

三．确定切削用量及基本工时。 工序Ⅲ ：车削A面。

1．加工条件。

工件材料：灰口铸铁HT200。 σb=145 MPa。铸造。

加工要求：粗、半精车A面并保证28mm的工序尺寸，Ra=3.2μm。机床C3163-1。转塔式六角卧式车床。

刀具：刀片材料。 r =12. ao=6-8 b= -10 o=0.5 Kr=90 n=15 2、计算切削用量。

（1）已知长度方向的加工余量为3±0.8mm。实际端面的最大加工余量为3.8mm。故分二次加工（粗车和半精车）。长度加工公差IT12级取-0.46mm（入体方向）

（2）进给量、根据《切削简明手册》（第3版）表1.4 当刀杆尺寸为

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16mm325mm,ａｅ≤３mm时，以及工件直径为Φ60mm时（由于凸台B面的存在所以直径取Φ60mm），?=0.6-0.8mm/ｒ.按C３１６３－１车床说明书取?=0.6mm/n。由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85所以：实际进给量f=0.630.8=0.48 mm/ｒ。按C３１６３－１车床说明书?＝0.53ｍｍ／ｒ。

（3）计算切削速度。按《切削简明手册》表1.27 ，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。 刀具材料YG6

V=Cv/(T2ap2f

m

v

x

yv

) 2kv

其中：Cv=158 xv=0.15 yv=0.4 M=0.2修正系数Ko见《切削手册》表1.28

kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kBV=0.81 ∴Vc =158/( 602220.53

0.2

0.15

0.4

) 21.1520.820.820.8120.97

=46.9(m/min)

（4）确定机床主轴转速。 ns=1000vc/?dw=229.8（r/min）

按C３１６３－１车床说明书ｎ＝200 r／min，所以实际切削速度V=40.8m/min

（5）切削工时。按《工艺手册》表6.2-1

由于铸造毛坯表面粗糙不平以及存在硬皮，为了切除硬皮表层以及为下一道工步做好准备。

Tm=(L+L1+L2+L3)/nw x f=0.33（min） L=(65-0)/2=32.5 L1=3、L2=0、

L3=0

3、精车

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1) 已知粗加工余量为0.5mm。

2) 进给量f.根据《切削用量简明手册》表1.6，f=0.15－0.25mm/r 按C３１６３－１车床说明书，f＝0.16 mm/r。

计算切削速度，按《切削用量简明手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。 V=Cv/(T2ap2f

v0.2

0.15

mx

yv

) 2kv

0.4

=158/( 602220.16=83.85(m/min)

) 21.1520.820.820.8120.97

3) 确定机床主轴转速。 nw=1000vc/ ?dw =410.8（r/min）按C3163-１车床说明书，取nw=400（r/min）。实际切削速度V=57.1m/min。 4) 切削工时。查《工艺手册》表6.2-1

Tm=(L+L1+L2+L3)/nwxf=22.5/400x0.16=0.35（min） 由于下一道工序是钻孔，所以留下?20mm的台阶，所以L=(65-20)/2=22.5 mm L1=3.L2=0. L3=0

4、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： ｄ＝Ф20ｍｍ β=30°，2Φ=118°，2Φ=70°，bε=3.5mm ,ao=12°,

Ψ=55°,b=2mm，=4mm。

根据《切削用量简明手册》表2-9确定f=0.48。

ａ、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,当σb＝210MPa

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ｄ0＝20.5mm 可确定f=0.75。

按

C3163-1 车床说明书，取 f=0.62mm/n.

ｂ、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。

ｃ、切削速度。由《切削用量简明手册》，表2.15得 Ｖ=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Ｖ=17 m/min。

ｄ、基本工时。Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (min)

入切量及超切量由表2.29. 查出Ψ+△=10mm 。 所以Tm=L/nf=(80+10)/280x0.62=0.32 (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 1.2４ 可以查出，当σｂ＝160～245HBS

ａｐ≤2.8ｍｍ ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ

Ｖｃ≤41ｍ／min Ｐｃ＝3.4kw

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按C３１６３－１ 车床说明书 主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见Ｐｃ比Ｐ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ｄｏ＝21 ｍｍ ｆ＝0.64 ｍｍ，查得转矩Ｍ＝61.8N.M 《切削用量简明手册》表由表2.32得功率公式 ＰC＝McVc/30do=61.8x17/30x21=1.67km

按C３１６３－１车床说明书，主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见ＰC比Ｐ小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要求。

工序Ⅳ 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=Zblηk/1000vfzZ

式中： Zb 单面余量1.5mm(由Φ21mm拉削到Φ25mm)； L 拉削表面长度，80mm；

η 考虑校准部分的长度系数，取1.2； k 考虑机床返回行程系数，取1.4 ； v 拉削速度（m/min）； fz 拉刀单面齿升；

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

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∴拉刀同时工作齿数z=l/p=80/12≈7

∴其本工时 Tm=1.538031.231.4/100033.630.0637=0.13(min) 最终数据整理结果，见工艺过程卡、工艺工序卡

夹具设计

（一）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，决定设计铣宽为180

+0。012

mm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180

+0。012

mm的槽，由于采用宽为180

+0。012

mm

的精密级高速钢直齿三面刃铣刀，分二次铣削，所以主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度．

本夹具主要用来铣、磨宽为180

+0。012

mm的槽，而加工本道工序对

右端面A以及花键孔都有一定的技术要求。但是在加工本道工序时，右端面A以及花键孔都经过加工，故本道工序的定位基准已经得到了良好的保障，所以加工本道工序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180

+0。012

mm的槽，其设计基准为花键孔中心线和工

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

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刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，?100mm, Z=24 Fz=CP2t

0.83

2Sz

0.65

2D

-O.83

2B2Z2kP (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=100mm, Z=24, 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) 垂直切削分力Fv=0.3 Fz=60 (N) 其中： k1为基本安全系数1.5 K2为加工性质系数1.1 K3为刀具钝化系数1.1 K4为断续切削系数1.1

F=KFH =1.5 x 1.1 x1.1 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M20X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为 W=2M/D2tg(a+6’55)+0.66(D- d/ D- d)

3

3

2

2

,

解得： W=1O403 (N)

其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=229 D=23mm d=20mm

0

,

此时螺母的加紧力W大于所需的800(N)的加紧力，故本夹具可安全工作。

3.定位误差分析

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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在机床工作台上有正确的安装位置,以利于铣削加工。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。

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总结

本次课程主要经过了两个阶段：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、机床选用、切削用量选择与计算、加工工时计算、零件的加工过程分析、工艺文件的编制等方面的知识；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、专用夹具设计的方法和步骤等方面的知识。 回想过去近四个星期的课程设计，我深深的感到课程设计不仅仅是增长了我们的学识，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，更多的是对我们从事学习研究的一种责任心的培养，是对我们细心和耐心的考验。

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, 为以后的毕业设计和工作打下了良好的基础。

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参考文献

书 名 《机床夹具图册》 《机械制图》 《切削用量简明手册》 《机械制造工艺设计简明手册》 《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》 《金属机械加工工艺人员手册》 出 处 机械工业出版社 电子工业出版社 机械工业出版社 哈尔滨工业大学 机械工业出版社 上海科学技术出版社 作 者 孙巳德 王萍、王昶 艾兴 肖诗纲 赵家齐 吴拓、方琼珊 赵如福

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参考文献

书 名 《机床夹具图册》 《机械制图》 《切削用量简明手册》 《机械制造工艺设计简明手册》 《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》 《金属机械加工工艺人员手册》 出 处 机械工业出版社 电子工业出版社 机械工业出版社 哈尔滨工业大学 机械工业出版社 上海科学技术出版社 作 者 孙巳德 王萍、王昶 艾兴 肖诗纲 赵家齐 吴拓、方琼珊 赵如福

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c2mw.html