机械加工工艺设计说明书.doc

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1、北华航天工业学院机械制造技术基础课程设计说明书题目：拨叉零件的机械加工工艺设计及专用夹具设计 学生姓名: * 学 号： * 班 级： * 系 别： * 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： *8 成 绩： 目 录（一） 机械加工工艺设计1.拨叉零件的工艺分析及生产类型的确定.1 1.1拨叉零件的作用.1 1.2 拨叉零件的技术要求.1 1.3 拨叉零件的生产类型.12 确定毛坯，绘制毛坯简图.1 2.1确定毛坯生产类型.1 2.2继续加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定.1 2.3绘制拨叉铸造毛坯见图.23、拟定拨叉工艺路线.2 3.1定位基准的选择.2 3.1.1粗基准的选择.2 3.

2、1.2精基准的选择.2 3.2 、表面加工方法的确定.3 3.3、加工阶段的划分.3 3.4、工序的集中与分散.3 3.5、工序顺序的安排.3 3.6 、工艺路线确定.44、机床设备及工艺装备的选用.4 4.1 、机床设备选用.4 4.2 工艺装备的选用.45、机械加工余量，工序尺寸及公差的确定.46、切削用量、时间定额的计算.6 6.1.工序三：粗-精铣左端面.6 6.1.1粗铣左端面至81mm.6 6.1.2 精铣左端面至80mm，表面粗糙度Ra=3.2um.7 6.2工序四：钻-扩22H12孔.86.2.1钻20孔.86.2.2扩孔22H12.10 6.3工序五：拉内花键孔.11 6.4

3、工序六：粗-精铣底槽内侧面和底面.11 6.4.1粗铣底槽.11 6.4.2精铣底槽.12 6.5工序七：粗-精铣上表面.13 6.5.1以花键孔中心线为基准粗铣上顶面.13 6.5.2以花键孔中心线为基准精铣上顶面.14 6.6工序八：钻27孔.14 6.7工序九：攻丝.16 （二）机床专用夹具设计1、铣床专用夹具设计.17 1.1确定夹具的结构方案.17 1.1.1确定定位方案.17 1.1.2为缩短辅助时间，夹紧采用手动螺纹夹紧。.172、夹具装配图的绘制.183 、夹具操作的简要说明.18参考文献.19 （1）机械加工工艺设计1. 拨叉零件的工艺分析及生产类型的确定1.1拨叉零件的作用

4、题目所给零件是CA6140拨叉，它位于车床变速机构中，主要起换挡作用，使主轴的回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的转速和扭矩的作用。1.2 拨叉零件的技术要求该拨叉零件的加工表面主要有：25H7内花键孔；Ra为3.2的上端面；Ra为3.2的18H11底槽；2-M8的螺纹孔。（1）表面粗糙度Ra为3.2的左端面；（2）上表面与25H7轴线的平行度公差为0.1mm，表面粗糙度Ra为3.2。 （3）花键大径表面粗糙度要求Ra为1.6（4）通槽内侧表面与25H7轴线的垂直度公差为0.08mm，表面粗糙度Ra为3.2m。1.3 拨叉零件的生产类型由任务书设计要求，该拨叉零件的生产类型为中批或大批量生

5、产。2 确定毛坯，绘制毛坯简图2.1确定毛坯生产类型 由于该拨叉零件材料为HT200，零件为大排量生产，故采用金属型机器铸造成型，以提高生产率，保证毛坯加工精度。2.2继续加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定根据上述原材料及加工工艺，由机械加工工艺手册表3.1-21、表3.1-24、表3.1-26、表3.1-27可确定各加工表面的机械加工余量。工序尺寸和毛坯尺寸如下。毛坯铸出后进行回火处理，该种铸件的尺寸公差CT为810级，加工余量等级MA为57级。故取CT为9级，MA为6级。用查表法确定各表面加工余量及公差，如表2-1所示。 表2-1拨叉零件各表面总余量及公差加工表面（mm）零件尺寸（mm）总

6、余量（mm）毛坯尺寸（mm）公差CT（mm）左端面805.0852.2上表面304.5331.8底沟槽354.5401.82.3绘制拨叉铸造毛坯见图3、拟定拨叉工艺路线3.1定位基准的选择3.1.1粗基准的选择 按照粗基准的选择原则，按重要表面原则，选定右端面和侧面作粗基准。3.1.2精基准的选择 精基准应满足基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等原则。所选的精基准应能保证定位准确，夹紧可靠，夹具简单，操作方便等。该拨叉零件根据形位公差的要求，选择花键中心线为精基准。3.2 、表面加工方法的确定 该拨叉零件的毛坯为铸件，待加工面有内孔，端面，及锥孔，内倒角等。根据零件图上各表面的尺寸精度及表

7、面粗糙度确定各表面加工方法的选择如下：加工表面尺寸精度等级表面粗糙度加工方案左端面IT126.3粗铣-精铣22H12预制孔IT103.2钻-扩孔25H7内花键孔IT81.6拉底槽内表面及底面IT103.2粗铣-精铣上表面IT103.2粗铣-精铣2M8螺纹孔钻-攻丝3.3、加工阶段的划分该拨叉空间的表面质量要求较高，总体可分为粗铣加工和半精铣加工，以保证各表面加工精度的要求；然后对主要的加工表面金学峰加工在半精加工阶段完成次要表面、槽、螺纹孔的加工。3.4、工序的集中与分散选用工序集中原则安排拔叉的加工工序。该拔叉的生产类型为中、大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运

8、用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。3.5、工序顺序的安排（1）遵循先基准后其他原则；（2）遵循先粗后精原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；（3）遵循先主后次原则，先加工内花键孔，后加工各表面及底槽；（4）遵循先面后孔原则，铣完端面后再钻2M8螺纹孔。3.6 、工艺路线确定工序一：铸造工序二：热处理工序三：粗-精铣左端面；工序四：钻-扩22H12孔工序五：拉内花键孔；工序六：粗-精铣底槽内侧面和底面；工序七：粗-精铣上表面；工序八：钻27孔工序九：攻丝；工序十：钻-扩5锥销孔；工序十一：

9、去毛刺；工序十二：清洗；工序十三：检验。4、机床设备及工艺装备的选用4.1 、机床设备选用根据实际加工条件，铣削时选用X51立式铣床和X5032立式升降台铣床，内花键孔加工选用卧式拉床，预制孔及2M8螺纹孔的加工使用Z525钻床。4.2 工艺装备的选用工艺装备主要包括刀具，夹具和量具。拨叉零件的生产类型为大批生产，所选用的夹具为专用夹具，5、机械加工余量，工序尺寸及公差的确定拨叉生产类型为大批量生产，采用金属型铸造件毛坯，其加工余量和工序尺寸及公差的确定依次为：（1）加工左端面 粗-精铣左端面，采用端面铣刀、游标卡尺；（2）22H12内花键预制孔的加工22H12内花键预制孔的加工使用直柄麻花钻

10、，扩孔钻、卡尺和塞规；（3）底槽的加工采用三面刃铣刀，还将用到卡规、游标卡尺；（4）上表面的加工上表面的加工由粗铣和精铣两次完成，采用端面铣刀和游标卡尺；（5）钻2M8螺纹孔先用麻花钻钻孔为27后用丝锥攻丝完成2M8螺纹孔加工。根据原始资料和加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量，工序尺寸以公差。（1）根据零件图计算轮廓尺寸，长40mm，宽为80mm，高为75mm，故零件最大轮廓尺寸为80mm。选取公差等级CT由机械加工工艺手册中表3.1-24可查得毛坯件的公差等级为810级，取为9级。根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由机械加工工艺手册中表3.2-21可查得尺寸公差为CT=2.2

11、mm机械加工余量由机械加工工艺手册表2.1-26查得机械加工余量等级范围为57，取为6级由机械加工工艺手册表2.1-27查得最大轮廓尺寸为80mm的零件机械加工余量为6级时，MA数值为5mm。故毛坯最大尺寸：80 + 5 + 2.2 = 87.2mm毛坯最小尺寸：80 +5 - 2.2 = 82.8mm 选定毛坯尺寸为85,0mm粗铣后毛坯尺寸为80 + 1= 81mm，精铣后达到要求尺寸为80mm表面粗糙度Ra=3.2m。（2）加工预制孔，由于没有将预制孔铸出，其内空尺寸为22H12。由机械加工工艺手册表5-42却定孔的加工余量分配：钻孔：20mm扩孔：22mm（3）18H11槽的偏差即加工

12、余量由于槽未铸出，双边加工余量2Z = 4.5mm，则Z = 4.5/2 = 2.25mm槽深的加工余量为2.0mm，粗铣后两边工序尺寸为18-2=16mm，精铣后达到设计要求18H11。6、切削用量、时间定额的计算各工序切削用量和时间定额的计算依次如下：6.1.工序三：粗-精铣左端面6.1.1粗铣左端面至81mm（1）加工余量的确定 由前面可知粗加工加工余量为4 mm，加工余量较小故采用一次切削故ap4 mm。（2）切削用量的确定 由机械加工工艺手册表2.120选择高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm齿数为3。 由机械加工工艺手册表2.196查得加工材料为灰铸铁，铣削宽度为awdo/4，铣刀的

13、铣削速度为v18.29m/min，每齿进给量为0.0630.102 mm/r则主轴转速为 n=358.3577.2 r/min取n460r/min， 由此可得Vf0.093460124.2 mm/min（3）铣削加工工时的计算 由机械加工工艺手册表2.194可查得 t 式中i为进给次数i 8 0.5do+（0.51.0）9 mm 12 mm取2 mm 则t5.86 min6.1.2 精铣左端面至80mm，表面粗糙度Ra=3.2um（1）加工背吃刀量ap的确定 由前面可知道精铣的加工余量为1 mm，故ap1 mm（2）进给量的确定 由精铣加工工艺手册表2.172查得高速钢立铣刀直径为16 mm，

14、选用与粗铣时同一铣刀和机床。铣削宽度为aw3 mm是的每齿进给量为0.080.05 mm/z，因为表精度要求较高故fz0.06 mm/z（3）切削用量的确定 由机械加工工艺手册表2.175查得铣刀磨钝标准查得后刀面最大磨损限度为0.20.25 mm。由机械加工工艺手册表2.176限度寿命查得限度寿命T=60min。由机械加工工艺手册表2.1-92查得Vc22 m/min，则铣床的主轴转速：437.9 r/min 取n460 r/min。 则Vffzzn0.063460 = 82.8 mm/min（4）计算铣削加工工时 由上面可知 t 式中 lw、l1、l2与上述所相同。 30/310 将各参数

15、代入上式可得： t10 11 min6.2工序四：钻-扩22H12孔6.2.1钻20孔 （1）决定进给量 由切削用量简明手册表2.7选择高速钢麻花钻头其直径do20mm。铸铁的硬度大于200HBS由切削用量简明手册查得进给量f=0.430.53mm/r由于Yd80/204查得修正系数Ktf0.95则f0.410.50mm/r。由切削用量简明手册表2.8可查得钻头强度允许的进给量为f1.75mm/r。从切削用量简明手册表2.9可知机床进给机构强度所允许的钻削进给量。选用Z525钻床由表2.35查得进给机构允许的最大抗力Fmax8830N，do20.5，查f0.93mm/s，故取f0.48由切削用

16、量简明手册表2.19查得高速钢钻头钻孔的轴向力F5510N小于Fmax，故可用。（2）确定钻头的磨钝标准及寿命。由切削用量简明手册表2.12查的钻头后刀面最大磨损量取0.6mm，寿命为T=60mim。 （3）确定切削速度 286.6r/min 由切削用量简明手册表2.35取n272r/min则实际切削速度Vc17.1 m/min。（4）检验机床扭矩及功率 由切削用量简明手册表2.20可查得f0.5 mm/r时，Mc76.81Nm。当nc272r/min时由切削用量简明手册表2.35可查得Mm144.2 Nm。 由切削用量简明手册表2.23查得Pc1.1 kw。Pe2.60.817.76 kw。

17、 因为McMm，PcPe，故所选切削用量可用。 f0.48mm/r ，nnc272r/min。Vc17m/min。计算基本工时： tm 由切削用量简明手册表2.29查得入切量与超切量分别为10mm和10mm。故： tm0.69 mim。6.2.2扩孔22H12（1）确定背吃刀量由切削用量简明手册查得背吃刀量为2mm。（2）确定进给量由切削用量简明手册查的f0.60.7mm/r。根据机床说明书取f=0.62mm/r。（3）计算切削速度5.78.5 m/min由此可知主轴的的转速为： n82.5r/min根据机床说明书取n140r/min，则实际切削速度 v9.67 m/min（4）计算切削工时

18、由切削用量简明手册表2.5可查得Kv3060，取Kv45。由机械加工工艺手册表3.5.1查得tm，式中各参数：L=80mm，L11.7072.107，取L12mm。故 tm0.8min6.3工序五：拉内花键孔 由机械加工工艺手册表4.1-42拉刀的齿开量查得矩形花键拉刀，工件材料铸铁的齿开量为0.040.1mm，取齿开量为0.06mm。拉削速度由机械加工工艺手册表4.165查得表面粗糙度要切Ra1.252.5，拉削级别由机械加工工艺手册表4.166查得，拉削速度为级的花键拉削速度为 Vc4.53.5 m/min 取Vc3 m/min拉削加工工时 t 式中Zb为单面余量Zb 1.5 mm L为拉

19、削表明长度 L80 mm 为拉削系数，取1.2 K 考虑机床返回行程系数取 k1.4 v为拉削速度 fz为拉刀单面齿开量 z为拉刀同时工作齿数zL/P P为拉刀齿距 P（1.251.5）1.3512 mm所以拉刀同时工作齿数为 zL/P=80/127所以 t0.16 min6.4工序六：粗-精铣底槽内侧面和底面；6.4.1粗铣底槽（1）机床刀具的选择 选择高速钢立铣刀，铣刀直径为16 mm齿数为3铣床选用X51 因为槽深为35 mm 故铣18H11槽时底边留有5 mm的加工余量，精铣以达到图纸所规定的表面粗糙度的要求故ap30 mm。（2）切削用量的确定 由机械加工工艺手册表2.1-96查得切

20、削速度为 V1829 m/min 每齿进给量为fz0.0630.102 mm/z取fz0.09 mm/z。则铣床主轴转速为 n=358.3577.2 r/min 根据机床说明书可取n460 r/min。则实际转速为 Vffznz0.093460 124.2 mm/min（3）切削加工工时 由机械加工工艺手册表2.1-99查得 0.82 min6.4.2精铣底槽（1）选取与粗铣18H11槽同一规格的铣刀，背吃刀量ap5 mm。（2）确定进给量 由机械加工工艺手册表2.1-72查得每齿进给量为fz0.050.08 mm/z取fz0.06 mm/z。 由机械加工工艺手册表2.1-75查得后刀面最大磨

21、损限度为0.220.25 mm。由表2.1-76查得铣刀寿命为T60 min（3）切削用量的确定 由机械加工工艺手册表2.1-92查得V22 m/min，则主轴转速 n=437.9 r/min 根据机床的说明书确定主轴转速为n460 r/min。 则 Vffznz82.8 mm/min = = 1.23min6.5工序七：粗-精铣上表面；6.5.1以花键孔中心线为基准粗铣上顶面（1）背吃刀量的确定 因为切削余量较小故一次切削就可切除所有余量故ap=z=2mm。（2）进给量的确定 选用硬质合金端铣刀刀具材料为YG6铣刀直径为8mm齿数为10，选用X5032，立式升降台铣床。由实用机械加工工艺手册

22、表1192可查得每齿进给量fz0.140.24mm取fz0.2mm/z（3）铣削速度的确定由实用机械加工工艺手册表11-94可查得灰铸铁的硬度为150225HBS，查得Vc=6010m/min。则主轴转速为。 n1000Vc/D238.8437.9r/min VffzZn477.6875.6r/mm故取n300r/min ，Vf480mm/min。（4）切削工时： 由切削用量简明手册表3.26可查得入切量及超切量Y+=12mm。故 t 0.18mim6.5.2以花键孔中心线为基准精铣上顶面（1）背吃刀量的确定由实用机械加工工艺手册表6-30查得半精铣的铣削用量为1mm ，即ap1mm。（2）进

23、给量的确定选用与粗铣刀同样的刀具与机床，由实用机械加工工艺手册表11-92要求表面粗糙度为Ra=3.2um查得每转进给量为0.51.0故取0.5mm/r（3）铣削速度的确定由实用机械加工工艺手册查得铣削速度为60110m/min则机床主轴转速n1000Vc/D=238.8437.9r/mim取n300r/min，则Vf150mm/min（4）计算切削工时由切削用量简明手册表3.26查得入切量和超切量Y+12mm。则 t 0.61mim6.6工序八：钻27孔（1）选择切削用量 选择高速钢直柄麻花钻直径为7，钻头形状为双锥修磨横刃。由切削用量简明手册表2.7查得进给量f0.360.44mm/r，由

24、切削用量简明手册表2.83和钻头允许的进给量确定进给量f0.86mm/r。由切削用量简明手册表2.9机床进给机构所允许的钻削进给量查得f1.6mm/r。故由Z525型立式钻创说明书取f0.36mm/r。（2）确定钻头磨钝标准及寿命由切削用量简明手册表2.12查得磨钝标准为0.50.8寿命为T35min。（3）确定切削速度 由切削用量简明手册表2.15查得切削速度为V18m/min。则主轴转速为 n818.9 r/min。由Z525钻床说明书由就近原则取n680 r/min。故实际切削速度为v14.9 m/min（4）校核机床扭矩及功率 由切削用量简明手册表2.20查得 =420, =1 0.8

25、，=0.206, 2.0, =0.8 420720.360.81 1298.3 N Mc0.206720.360.814.5 Nm Pc0.32 KW 根据Z525机床说明书可知Mm=42.2 Nm, Pe=2.80.81=2.26 KW, Fmax=8830 N 由于上面所算出的的数据都小于机床的各个相应的参数，故机床符合要求。（5）计算钻削加工工时 由切削用量简明手册表2.29查得入切量和超切量y的值为6 mm。故 t 0.07 min故加工两个孔的时间为2t=0.14min6.7工序九：攻丝；（1）进给量：查机械加工工艺手册表1.8-1得所加工螺纹孔螺距,因此进给量（2）切削速度： 参照

26、机械加工工艺手册表2.4-105，取机床主轴转速： 取（3）丝锥回转转速： 取 实际切削速度： （4）被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：，加工数为2机动时间 （二）机床专用夹具设计1、铣床专用夹具设计已知工件材料为HT200，毛坯为铸造件。成批生产规模，设计该工序铣床夹具。1.1确定夹具的结构方案1.1.1确定定位方案由零件工序图可知，加工底槽是以22孔中心线和左端面为定位基准，定位元件为支承钉和短芯轴，保证工序基准和加工基准重合。该夹具采用支承钉定位，零件定位面是左端面和22孔中心线，不存在基准不重合，该夹具定位误差dw=jb+jw=0+0.021+0.041=0.062，该槽与孔中

27、心线的垂直度误差为0.08，故该方案合理。1.1.2为缩短辅助时间，夹紧采用手动螺纹夹紧。切削转矩计算：F=210Kap0.85af0.75D0.73awn0.13Z其中D=16mm、ap =30mm、af=0.27、aw=16mm、n=460r/min、Z=3 K=K1K2K3K4K5分别为为基本安全系数1.5，加工状态系数1.0，切削特点系数1.0，夹紧力稳定系数1.3，手柄稳定系数1.0。计算结果F=2708.77 N.螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算，有： 式中参数由机床夹具设计手册可查得： 其中： 螺旋夹紧力：N由上述计算易得： ,故该夹紧设计可靠。2、夹具装配图的绘制3 、夹具

28、操作的简要说明 此次设计的夹具夹紧原理为：通过孔轴线和拨叉左端面为定位基准，对拨叉底槽进行加工。夹紧时采用手动螺旋夹紧机构夹紧工件。同时为了保证定位基准的精度，采用三个支承钉和短芯轴定位零件的5个自由度。由于该拨叉零件为大批量生产，因此三个支承钉采用可换设计，使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。 参考文献【1】马兰主编机械制图 机械工业出版社 2006.5【2】于俊一主编 机械设计制造技术基础 机械工业出版社 2007【3】秦宝荣主编 机床夹具设计 中国建材工业出版社 1998.2【4】李洪主编 机械加工工艺手册 机械工业出版社 1990【5】艾姓、肖诗纲主编 切削用量简明手册 机械工业出版社 1994.6