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機械制造工藝學
課程設計說明書
設計題目: 設計“CA6140車床拔叉”零件的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備（大批生產）
設 計 者
指導教師
前 言
通過所學的專業(yè)課知識（《公差與配合》、《工程材料》、《機械原理》、《機械設計制造》、《機械制造技術基礎》等）和金工實習使我們對機械設計制造有了一定的感性和理性認識。這次機床工藝及夾具設計讓我們對所學的專業(yè)課得以復習、鞏固和應用。是理論和實踐相結合的有效手段。不僅為大四的畢業(yè)設計做準備，而且為以后的工作打下一定的基礎。
在這次設計中，我們主要設計C6140撥叉的夾具。在設計中閱讀大量的參考資料并且得到老師的指導由于能力有限在設計中難免有不足之處，懇請各位老師、同學批評指正。
一、零件的分析
（一）零件的作用
題目給定的零件是C6140撥叉（見附圖1）它位于車床變速機構中，主要其換擋作用。通過撥叉的撥動使車床滑移齒輪與不同的齒輪嚙合從而達到要求的主軸轉速。寬度為30mm的面的尺寸精度要求很高，在撥叉工作工程中，和如果撥叉和槽的配合尺寸精度不高或者它們之間的空隙很大時?；讫X輪就達不到很高的定位精度，這樣滑移齒輪就不能很好的與其他齒輪進行正確有效的嚙合。從而影響整個傳動系統(tǒng)的工作。所以撥叉寬度為30mm的面和槽之間要達到很高的配合精度。
（二）零件的工藝分析
CA6140撥叉共有兩組加工表面：
1、這一組加工表面包括:A端面和軸線與A端面相垂直的 花鍵底孔
2、這一組加工表面包括: 六個方齒花鍵孔，及Φ25mm花鍵底孔兩端的2×75°倒角。
對于兩組加工表面可先加工一組表面，再用專用夾具加工另一組表面。
二、工藝規(guī)程設計
（一）確定毛坯的制造形式
此次所設計的撥叉材料為HT200，根據材料成型工藝可知用金屬型鑄造。該零件能夠承受較大載荷和沖擊載荷，能夠滿足使用要求。因為生產綱領為大批量生產。因為零件形狀簡單故毛坯形狀需與零件的形狀盡量接近，又因內孔很小，可不鑄出。
毛坯零件圖見附圖2。
（二）基準面的選擇
1、粗基準的選擇：因為要保證花鍵的中心線垂直于撥動滑移齒輪的右端面。所以以Φ40的外圓表面為粗基準。
2、精基準的選擇：為了保證定位基準和加工工藝基準重合，所以選擇零件的左端面為精基準。
（三）制定工藝路線
工藝路線方案一：
工序一：鑄造毛坯；
工序二：粗、半精銑左端面C面，
工序三：鉆孔并擴花鍵底孔Φ22并锪2×75°倒角；
工序四：拉花鍵Φ25H7
工序五：粗、半精銑底面D面；
工序六：鉆配作孔、螺紋孔；
工序七：粗、半精銑槽；
工序八：去毛刺；
工序九：終檢，入庫。
工藝路線方案二：
工序一：鑄造毛坯；
工序二：粗、半精銑左端面C面，
工序三：終檢，入庫。
工序四：拉花鍵Φ25H7
工序五：粗銑底面D面及18H11槽；
工序六：半精銑底面D面及18H11槽；
工序七：鉆配作孔、螺紋孔；
工序八：去毛刺；
工序九：鉆孔并擴花鍵底孔Φ22并锪2×75°倒角；
比較兩種工序加工方案，考慮到加工過程中粗精銑同一面可用同一夾具和刀具，為了減少換夾具及刀具的時間，縮短加工工時提高加工效率，故采用第一種加工方案。
（四）、機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定：
C6140撥叉材料為HT200毛坯質量為0.84kg，δb=220MPa，HBS=157。
根據上述原始資料和加工工藝，分別確定各個加工表面的機械加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸。
根據零件圖計算輪廓尺寸，長40mm，寬為80mm，高為75mm，故零件最大輪廓尺寸為80mm。
選取公差等級CT由《機械制造技術基礎課程設計指南》中表5-1可查得毛坯件的公差等級為8~10級，，取為10級。
求鑄件尺寸公差 根據加工面的基本尺寸和鑄件公差等級CT，由《機械制造技術基礎課程設計指南》中表5-3可查得尺寸公差為CT=3.2mm
求機械加工余量由《機械制造技術基礎課程設計指南》表5-5查得機械加工余量等級范圍為D~F，取為E級
求RAM（要求的機械加工余量）對所有的加工表面取同一數值，由《機械制造技術基礎課程設計指南》表5-4查得最大輪廓尺寸為80mm、機械加工余量為E級，得RAM數值為0.7mm。
求毛坯尺寸 2-M8通孔和Φ5錐孔較小鑄成實心；C、Ｄ面單側加工，應由《機械制造技術基礎課程設計指南》式5-2求出，即：
R=F+RAM+CT/2=80+0.7+3.2/2=82.3mm
D面為單側加工，毛坯尺寸由機械制造技術基礎課程設計指南》式5-1求出，即：
R=F+RAM+CT/2=72+0.7+3.2/2=74.3mm
為了簡化鑄件的形狀取R＝75mm
鑄件毛坯尺寸公差與加工余量見下表：
項目
C面
D面
公差等級CT
10
10
加工面基本尺寸
80
72
鑄件尺寸公差
3.2
3.2
機械加工余量等級
E
E
RAM
0.7
0.7
毛坯基本尺寸
82.3
75
1、C面的單邊總加工余量為Z＝2.3mm。查《機械制造技術基礎課程設計指南》表5-49精加工余量故粗加工余量為Z＝1.3m
2、D面精加工余量同C面Z＝1mm故D面粗加工余量Z＝2mm
3、花鍵孔
要求以花鍵外徑定心，故采用拉削加工
內空尺寸為。由《機械制造技術基礎課程設計指南》表5-42卻定孔的加工余量分配：
鉆孔：20mm
擴孔：22mm
拉花鍵孔(6-25H7**6H9)
4、銑18H11槽
由《機械制造技術基礎課程設計指南》表5-41查得粗銑后半精銑寬度余量Z＝3mm粗銑后公差為+0.18～+0.27半精銑后公差為+0.11（IT11）
（五）確定切削用量及基本工時
工序一：鑄造毛坯
工序二：粗、半精銑左端面75×40面即C面。
一、 粗銑面75×40面
1、 背吃刀量的確定
因為切削余量較小故一次切削就可切除所有余量故a10=z=1.3mm。
2、 進給量的確定。
選用硬質合金端銑刀刀具材料為YG6銑刀直徑為8mm齒數為10，選用X5032，立式升降臺銑床，功率為7.5KW。由《實用機械加工工藝手冊》表11－92可查得每齒進給量fz＝0.14～0.24mm取fz＝0.2mm/z
3、 銑削速度的確定。
由《實用機械加工工藝手冊》表11-94可查得灰鑄鐵的硬度為150～225HBS，查得Vc=60~10m/min。則主軸轉速為n＝1000Vc/D＝238.8～437.9r/min 。Vf＝fzZn＝477.6～875.6r/mm。故取n＝300r/min ，Vf＝480mm/min。
切削工時：
由《切削用量簡明手冊》表3.26可查得入切量及超切量Y+=12mm。故
t＝
＝
＝0.18mim。
二、 精銑75×40面
1、 背吃刀量的確定
由《實用機械加工工藝手冊》表6-30查得半精銑的銑削用量為1mm ，即ap＝1mm。
2、 進給量的確定
選用與粗銑刀同樣的刀具與機床，由《實用機械加工工藝手冊》表11-92要求表面粗糙度為3.2查得每轉進給量為0.5～1.0故取0.5mm/r
3、 銑削速度的確定
由《實用機械加工工藝手冊》查得銑削速度為60～110m/min則機床主軸轉速n＝1000Vc/D=238.8~437.9r/mim取n＝300r/min，則Vf＝150mm/min。
4、 計算切削工時
由《切削用量簡明手冊》表3.26查得入切量和超切量Y+＝12mm。則
t＝
＝
＝0.61mim
工序三 鉆Φ22花鍵底孔，擴花鍵底孔Φ22倒2×75o倒角
1、 鉆Φ20的孔。
1） 決定進給量
由《切削用量簡明手冊》表2.7選擇高速鋼麻花鉆頭其直徑do＝20mm。
鑄鐵的硬度大于200HBS查得進給量f=0.43~0.53mm/r由于Yd＝80/20＝4查得修正系數Ktf＝0.95則f＝0.41～0.50mm/r。
由《切削用量簡明手冊》表2.8可查得鉆頭強度允許的進給量為f＝1.75mm/r。
由《切削用量簡明手冊》表2.9可知機床進給機構強度所允許的鉆削進給量。
選用Z525鉆床由表2.35查得進給機構允許的最大抗力Fmax＝8830N，do20.5，查f＝0.93mm/s，故取f＝0.48由《切削用量簡明手冊》表2.19查得高速鋼鉆頭鉆孔的軸向力F＝5510N小于Fmax，故可用。
2） 確定鉆頭的磨鈍標準及壽命。
由《切削用量簡明手冊》表2.12查的鉆頭后刀面最大磨損量取0.6mm，壽命為T=15mim。
3） 確定切削速度
＝286.6r/min
由《切削用量簡明手冊》表2.35取n＝272r/min則實際切削速度
Vc＝＝＝17.1 m/min。
4）檢驗機床扭矩及功率
由《切削用量簡明手冊》表2.20可查得f0.5 mm/r時，Mc＝76.81Nm。當nc＝272r/min時由《切削用量簡明手冊》表2.35可查得Mm＝144.2Nm。
由《切削用量簡明手冊》表2.23查得Pc＝1.1 kw。Pe＝2.6×0.81＝7.76 kw。
因為McMm，PcPe，故所選切削用量可用。
f＝0.48mm/r ，n＝nc＝272r/min。Vc＝17m/min。
計算基本工時：
tm＝
由《切削用量簡明手冊》表2.29查得入切量與超切量分別為10mm和10mm。故：
tm＝＝＝0.69 mim。
二、擴20孔。
1、確定背吃刀量
由《切削用量簡明手冊》查得背吃刀量為2mm。
2、確定進給量
由《切削用量簡明手冊》查的f＝0.6～0.7mm/r。根據機床說明書取f＝0.62mm/r
3、計算切削速度
＝5.7～8.5 m/min
由此可知主軸的的轉速為：
n＝82.5r/min
根據機床說明書取n＝140r/min，則實際切削速度
v＝＝9.67 m/min
4、計算切削工時
由《切削用量簡明手冊》表2.5可查得Kv＝30～60，取Kv＝45。
由《機械加工工藝手冊》表3.5.1查得tm＝，式中各參數：L=80mm，L1＝1.707～2.107，取L1＝2mm。
故
tm＝0.8min
工序四 拉花鍵孔
由《機械加工工藝手冊》表4.1-42拉刀的齒開量查得矩形花鍵拉刀，工件材料鑄鐵的齒開量為0.04～0.1mm，取齒開量為0.06mm。拉削速度由《機械加工工藝手冊》表4.1－65查得表面粗糙度要切Ra＝1.25～2.5，拉削速度為級的花鍵拉削速度為
Vc＝4.5～3.5 m/min 取Vc＝3 m/min
拉削級別由《機械加工工藝手冊》表4.1－66查得。
拉削加工工時
t＝
式中Zb為單面余量Zb ＝＝1.5 mm
L為拉削表明長度 L＝80 mm
為拉削系數，取＝1.2
K 考慮機床返回行程系數取 k＝1.4
v為拉削速度
fz為拉刀單面齒開量
z為拉刀同時工作齒數z＝L/P
P為拉刀齒距 P＝（1.25~1.5）＝1.35
＝12 mm
所以拉刀同時工作齒數為
z＝L/P=80/127
所以
t＝
＝0.16 min
工序五 粗、精銑80×30面
一、粗銑80×30面
1、加工余量的確定
由前面可知粗加工加工余量為2 mm，加工余量較小故采用一次切削故ap＝2 mm。
2、切削用量的確定
由《機械加工工藝手冊》表2.1－20選擇高速鋼立銑刀，銑刀直徑為16 mm齒數為3。
由《機械加工工藝手冊》表2.1－96查得加工材料為灰鑄鐵，銑削寬度為aw＝do/4，銑刀的銑削速度為v＝18.29m/min，每齒進給量為0.063～0.102 mm/z
則主軸轉速為
n＝=358.3~577.2 r/min
取n＝460r/min，由此可得Vf＝＝0.09×3×460
＝124.2 mm/min
3、銑削加工工時的計算
由《機械加工工藝手冊》表2.1－94可查得
t＝
式中
i為次給次數i＝ 8
＝0.5do+（0.5～1.0）＝9 mm
＝1～2 mm?。? mm
則
t＝＝5.86 min
精銑 80×30面
1、加工背吃刀量ap的確定
由前面可知道精銑的加工余量為1 mm，故ap＝1 mm
2、進給量的確定
由《精銑加工工藝手冊》表2.1－72查得高速鋼立銑刀直徑為16 mm，選用與粗銑時同一銑刀和機床。
銑削寬度為aw＝3 mm是的每齒進給量為0.08～0.05 mm/z，因為表精度要求較高故fz＝0.06 mm/z
3、切削用量的確定
由《機械加工工藝手冊》表2.1－75查得銑刀磨鈍標準查得后刀面最大磨損限度為0.2～0.25 mm。
由《機械加工工藝手冊》表2.1－76限度壽命查得限度壽命T=60min。由《機械加工工藝手冊》表2.1-92查得Vc＝22 m/min，則銑床的主軸轉速：
n＝＝437.9 r/min
取n＝460 r/min。
則Vf＝fz*z*n＝0.06*3*460
=82.8 mm/min
4、計算銑削加工工時
由上面可知
t＝
式中
、、與上述所相同。
＝30/3＝10
將各參數代入上式可得：
t＝×10
＝11 min
工序六 鉆兩M8底孔及攻螺紋
1、選擇切削用量
選擇高速鋼直柄麻花鉆直徑為Φ7，鉆頭形狀為雙錐修磨橫刃。由《切削用量簡明手冊》表2.7查得進給量f＝0.36～0.44mm/r，由《切削用量簡明手冊》表2.83和鉆頭允許的進給量確定進給量f＝0.86mm/r。由《切削用量簡明手冊》表2.9機床進給機構所允許的鉆削進給量查得f＝1.6mm/r。故由Z525型立式鉆創(chuàng)說明書取f＝0.36mm/r。
2、確定鉆頭磨鈍標準及壽命
由《切削用量簡明手冊》表2.12查得磨鈍標準為0.5～0.8壽命為T＝35min。
3、確定切削速度
由《切削用量簡明手冊》表2.15查得切削速度為V＝18m/min。則主軸轉速為
n＝＝818.9 r/min。
由Z525鉆床說明書由就近原則取n＝680 r/min。故實際切削速度為v＝14.9 m/min
4、校核機床扭矩及功率
由《切削用量簡明手冊》表2.20查得
=420, =1 ＝0.8，=0.206, 2.0, =0.8
＝420×72×0.360.8×1
＝1298.3 N
Mc＝0.206×72×0.360.8×1＝4.5 Nm
Pc＝＝0.32 KW
根據Z525機床說明書可知Mm=42.2 Nm, Pe=2.8*0.81=2.26 KW, Fmax=8830 N 由于上面所算出的的數據都小于機床的各個相應的參數，故機床符合要求。
5、計算鉆削加工工時
由《切削用量簡明手冊》表2.29查得入切量和超切量y＋的值為6 mm。故
t＝＝
＝0.07 min
因為表面存在倆加工孔故加工工時為T=2t＝0.14 min。
二、攻M8螺紋
由《機械加工工藝手冊》表7.2-4選用M8細柄機用絲錐，在普通鉆床上攻絲。
由《機械加工工藝手冊》表7.2-13在普通鉆床上攻絲切削速度表查得Vc＝11～12 m/min。故鉆床主軸的轉速為：
我n＝＝437.9 ～477.7 r/min
由Z525的說明書的參數可取n＝392 r/min。故實際切削速度為
Vc＝9.8 mm/min
攻螺紋機動實際的計算
我tm＝
其中：：工件螺紋的長度＝10 mm。
：絲錐切削長度＝22 mm。
：攻螺紋是的超切量＝（2～3）P?。?。
：攻螺紋是的轉速＝392 r/min。
：絲錐退出時的轉速＝680 r/min。
P:螺距。
工序七 銑18H11的槽
一、粗銑18H11槽
1、選擇與加工80×30平面同一規(guī)格的銑刀，同一銑床。
因為槽深為35 mm 故銑18H11槽時底邊留有5 mm的加工余量，精銑以達到圖紙所規(guī)定的表面粗糙度的要求故ap＝30 mm
2、切削用量的確定
由《機械加工工藝手冊》表2.1-96查得切削速度為
V＝18～29 m/min
每齒進給量為fz＝0.063～0.102 mm/z取fz＝0.09 mm/z。則銑床主軸轉速為
n＝=358.3～577.2 r/min
根據機床說明書可取n＝460 r/min。則實際轉速為
Vf＝fznz＝0.09×3×460
＝124.2 mm/min
3、切削加工工時
由《機械加工工藝手冊》表2.1-99查得
＝
＝0.82 min
二、半精銑18H11槽
1、選取與粗銑18H11槽同一規(guī)格的銑刀，背吃刀量ap＝5 mm。
2、確定進給量
由《機械加工工藝手冊》表2.1-72查得每齒進給量為fz＝0.05～0.08 mm/z取fz＝0.06 mm/z。
由《機械加工工藝手冊》表2.1-75查得后刀面最大磨損限度為0.22～0.25 mm。由表2.1-76查得銑刀壽命為T＝60 min
3、切削用量的確定
由《機械加工工藝手冊》表2.1-92查得V＝22 m/min，則主軸轉速
n＝=437.9 r/min
根據機床的說明書確定主軸轉速為n＝460 r/min。
則Vf＝fznz＝82.8 mm/min
4、計算切削工時
由《機械加工工藝手冊》表2.1-99查得
＝1.2 min
三、夾具設計
為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。經分析決定設計第七道工序銑18H11槽的銑床專用夾具。
一、 問題的提出
本夾具用來銑18H11槽，該槽相對于花鍵孔中心有一定的技術要求。因此在本道工序加工時，在考慮零件的技術要求的前提下降低勞動強度提高勞動生產率。
二、 夾具設計
1、定位基準的選擇
由零件圖知，18H11槽的兩邊相對于花鍵孔中心線有垂直度要求，其設計基準是花鍵孔中心線，為了使定位誤差為零，故選擇以花鍵孔中心線為主要定位基準，所以由定位其準不重合引起的誤差為零。
2、.夾緊機構
根據零件的定位方案、加工方法、生產率要求，運用手動夾緊可以滿足。采用螺旋夾緊機構，通過擰緊夾緊螺母7使工件夾緊，有效提高了工作效率。手動螺旋夾緊是可靠的，可免去夾緊力計算。
3.對刀裝置
采用直角對刀塊對刀，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀（與塞尺配合使用）
4.夾具與機床連接元件
夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有正確的安裝位置,以利于銑削加工。
5.使用說明
安裝工件時，先將工件花鍵孔裝入定位心軸，安裝開口墊圈，用夾緊螺母擰緊，夾緊工件。
6. 結構特點
該夾具結構簡單，操作方便，容易鑄成，加工定位方便。
參考文獻：
1、艾興 肖詩綱 《切削用量簡明手冊》 機械工業(yè)出版社
2、王光斗 王春福 《機床夾具設計手冊》 上?？茖W技術出版社
3、孟憲棟 劉彤安 《機床夾具圖冊》 機械工業(yè)出版社
4、馮道 《機械零件切削加工工藝與技術標準實用手冊》 機械工業(yè)出版社
5、吳宗澤 羅盛國 《機械設計課程設計手冊》 高等教育出版社
6、 《機械加工工藝手冊》 機械工業(yè)出版社
7、陳鐵鳴 《機械設計》 哈爾濱工業(yè)大學出版社
8、《機械加工工藝手冊》1、2卷 主編王先逵 機械工業(yè)出版社
9、《實用機械加工工藝手冊》 主編陳宏鈞 機械工業(yè)出版
10、《機械加工工藝手冊》 主編李洪 北京出版社