机械制造工艺学
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）
设计者
指导教师
机械制造工艺学课程设计说明书
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 一张
2．毛坯图 一张
3．机械制造加工工艺过程综合卡片 一张
4．结构设计装配图 一张
5．结构设计零件图 一张
6．课程设计说明书 一份
前 言
通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《公差于配合》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《机械制造工艺》等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
在些次设计中我们主要是设计CA6140拨叉的铣床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点，尤其是教务处张永丹老师，我系刘学斌老师的大力帮助，在此表示感谢！
2006年1月15日
一． 设计的目的：
机械制造工艺学课程设计,是在学完机械制造工艺学及夹具设计原理课程，经过生产实习取得感性知识后进行的一项教学环节；在老师的指导下，要求在设计中能初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成的一项工程基本训练。同时，也为以后搞好毕业设计打下良好基础。通过课程设计达到以下目的：
1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养学生分析问题和解决问题的能力。
2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过学生亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强学生解决工程实际问题的独立工作能力。
二． 零件的分析
（一）、零件的作用：题目给定的零件是CA6140拨叉（见附图1）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Ø25+0.230mm的六齿方花键孔、Ø22+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+0.030mm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，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件的工作可靠。由于生产纲领为中批生产而且零件的尺寸并不很大，故可采取模锻成型。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。毛坯零件图如下图：
（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A面为精基准。
(二)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B面。
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。
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1“机械加工工艺过程综合卡片”
(三)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，采用模锻锻模。
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Φ22 0+0.28，见零件图，参照《金属机械加工工艺人员手册》 表3-59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
(五)确定切削用量及基本工时。
工序 Ⅰ ：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IT 12级 取-0.46 mm （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16mm×25mm,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）
ƒ=0.6-0.8mm/r.
按C3163－1 车床说明书 取ƒ=0.6 mm/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=0.6×0.8=0.48 mm/r
按C3163－1 车床说明书 ƒ＝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/(Tm·apxv·f yv) ·kv
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/( 600.2·20.15·0.53 0.4) ·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97
=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
2、精车
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/(Tm·apxv·f yv) ·kv
=158/( 600.2·20.15·0.16 0.4) ·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97
=83.85(m/min)
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Ø20mm的台阶，所以L=(65-20)/2=22.5 mm L1=3.L2=0. L3=0
3、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
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
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＝61.8 N.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
工序Ⅱ 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。
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