1、机械制造工艺学课程设计实例机械制造工艺学课程设计任务书设计题目： 拨叉（二）（CA6140）机械加工工艺规程编制及工装设计（年产量： 4,000 件）设计内容： 1. 编制机械加工工艺规程，填写工艺文献 1 套，绘制零件毛坯图 1 张2. 设计夹具 1 套，绘制夹具装配图和主要结构零件图各 1 张3. 撰写课程设计说明书 1 份设计时间：第 1 页 共 20 页前 言机械制造工艺学课程设计是在我们完成了大学的全部基础课程、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。 通过机床加工工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体 ( 如机械零件设计 、金属切削机熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！床
2、、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设计目的：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
3、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。一零件的分析第 2 页 共 20 页（一）、零件的作用：题目给定的拨叉 （CA6140）位于车床变速机构中， 主要起换挡使主轴回转运动按照 工作者的要求进行工作。工作过程：拨叉零件是在传动系统中拨动滑移齿轮，以实现系统调速。转向。其花键孔 ?25与轴的配合来传递凸轮曲线槽传来的运动。 零件的 2 个交叉头补位与滑移齿轮相配合。（二）、零件的工艺分析CA6140 车床拨叉（二）共有两个加工表面
4、，它们之间有一定的位置要求。1、 一花键孔的中心线为基准的加工面这一组面包括 ?25H7 的六齿方花键孔、 ?22H2 的花键低空及两第 3 页 共 20 页端的 2 15 的倒角、 距花键孔中心线上方 22mm 的平面以及距中心线下方 15mm 的平面。2、 以工件左端为基准的宽度为 18H11的槽18H11 的槽的 2 个内表面与花键槽的中心线有垂直度公差 0.08二、 工艺规程设计（一）、确定毛坯的制造形式零件材料为 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，故选择铸件毛坯。加上工件的年产量为 4000件，属于大批量生产， 采用金属膜铸造成型。 根据机械加工工
5、艺手册选择铸件的加工余量等级为 7 级，底面及侧面浇注确定待加工表面的加工余量为 4mm。（二）、基准的选择4. 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 第 4 页 共 20 页40 的外圆表面作为粗基准。同时也以工件的右端面作为粗基准。5. 精度基准的选择：为保证定位基准和工序基准重合，以零件的左面 C面为精基准。（三）、制定工艺路线制定工艺路线得出发点 ,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证 ,在生产纲领已确定的情况下 ,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具 ,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果， 以便使生产成本
6、尽量下降。1. 工艺路线方案一工序 1 粗、精铣工件的左端面（ C 面）工序 2 扩花键孔孔到 ?22工序 3 锪倒角花键孔 2 15工序 4 粗、精铣台阶面 B 面工序 5 钻孔 2 M8，攻螺纹，钻 ?5 锥孔工序 6 粗、精铣宽度为 18 的槽和槽的上表面的平面工序 7 拉花键工序 8 去毛刺工序 9 终检2. 工艺路线方案二工序 1 粗、精铣工件的左端面（ C 面）工序 2 扩花键孔到 ?22工序 3 锪倒角花键孔 2 15第 5 页 共 20 页工序 4 拉花键工序 5 粗、精铣台阶面 B 面工序 6 粗、精铣宽度为 18 的槽和槽的上表面的平面工序 7 钻孔 2 M8，攻螺纹，钻
7、?5 锥孔工序 8 去毛刺工序 9 终检6. 工艺路线方案三工序 1 粗、精铣工件的左端面（ C 面）工序 2 扩花键孔到 ?22工序 3 锪倒角花键孔 2 15工序 4 粗、精铣台阶面 B 面工序 5 粗、精铣宽度为 18 的槽和槽的上表面的平面工序 6 钻孔 2 M8，攻螺纹，钻 ?5 锥孔工序 7 拉花键工序 8 去毛刺工序 9 终检工艺方案的比较和选择： 方案二把拉花键放接在扩孔和倒角之后， 因为花键孔的精度要求比较高， 后面接下来的加工还要用花键孔来作为定位，易破坏拉花键的精度。 所以应把拉花键放在最后一道工序，因为它的加工的精度要求比较高， 加工是一次完成， 不会破坏加工的精度要求
8、。 再看方案一和方案三， 方案一把钻孔安排在加工好台阶面之后接着进行， 之后又还要进行铣槽的工序， 为了方面加工和合理安排第 6 页 共 20 页加工顺序，所以还是把铣的部分安排在一起，方便加工。综上考虑，最终选择工艺路线方案三为最终方案。（四）、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定CA6140 车床拨叉：零件材料为 HT200，硬度 190210HB，毛坯重量 0.8kg，生产类型大批量，铸造毛坯。7. 端面（C 面）的加工余量查简明机械加工工艺手册 （以下简称“简明手册” ）表 10-6 取铣削的加工余量：粗铣 3mm精铣 1mm8. 花键底孔的加工余量内孔 ?20 先铸出，所以取钻孔的
9、双边加工余量为 2mm，单边为 1mm9. B 面（台阶面）的加工余量查简明手册表 1-22 取铣削的加工余量：粗铣 2mm精铣 1mm10. 宽度为 18 的槽查机械加工工艺手册表 3.2-29取铣削的加工余量：粗铣 3mm（双边余量）精铣 1mm（双边）11.拉花键孔第 7 页 共 20 页花键孔按外径定位查机械加工工艺手册表 3.2-19取加工余量为 2Z=1mm。12.其他尺寸直接铸造得到13.毛坯尺寸考虑到零件的很多表面没有粗糙度要求， 不需要加工。 从铸造出来即可符合使用要求， 因此，只采取 75 40 的表面加工余量。 查机械加工工艺手册表 3.1-24 ，确定毛坯的尺寸公差为
10、CT7,表 3.1-21查得 CT7=1.1mm。相应计算如下：名义尺寸： 80+4=84mm最大极限尺寸 =80+4+CT7=85.1mm最小极限尺寸 =80+4-CT7=82.9mm具体毛坯尺寸见后附的毛坯图（五）、确立切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时工序：铣削端面。本工序采用计算法确定切削用量。1 加工条件工 件 材 料 ： HT200 ， 查 简 明 手 册 表 10-3 ， 取 b=195N/mm 2=0.195GPa=195MPa。选取用金属型铸造。加工要求：粗铣 75 40 m m 右端面，然后精铣此端面。铣床：查机械加工工艺手册表 9.1-2，选用 X6132A 卧式铣
11、床。第 8 页 共 20 页主轴转速 301500r/min，机床功率 9.06kw。最高表面粗糙度可达 1.6。刀具：查简明手册表 12-21，取刀具材料 YG6。查机械加工工艺手册表 9.2-11 选取镶齿套式面铣刀（ GB1129-85），刀具直径D=80mm，齿数 z=10。r=90 。2 计算切削用量粗铣 75 40 m m 右端面进给量选择：根据机械加工工艺手册表 9.4-1，工件夹具系统刚度为中等条件，取每齿进给量f =0.2mm/z。z背吃刀量a =3mm。p铣削速度：参考简明手册表 11-28，选取铣削速度为 60m/min。按机械加工工艺手册 表 9.2-11选取 d/z=
12、80/10，即铣刀直径 80mm，铣刀齿数为 10。 1000 v 1000 60由公式 n 238 / min 。 d 3 .14 80r铣床为 8 级级数，按机床手册及计算，有 n=240r/min 这一转速，与理论转速相近，即可选此转速。n d 240 3.14 80 m实际铣削速度 v 60 .28 / min 。1000 1000查机械加工工艺手册表 9.4-31，可知铣削基本时间tml l lw 1 2vf，其中v f z n =480mm/min。v 为工作台每分钟进给量， 0.2 10 240f f zl 为工件铣削部分长度， 75mm；wl 为切入行程长度，有公式12 2l1
13、 0.5 d d ae 1 30.5 80 80 40 2 =7.36mm。2 2l 为切出行程长度， 82mm。2第 9 页 共 20 页所以粗铣时基本时间为t =（75+7.36+82）/480=0.342min=21s。m精铣 75 40 m m 右端面铣床，刀具的选取同粗铣一致。背吃刀量a =1mm，p铣削速度：要求表面粗糙度为R =3.2 m ,查机械加工工艺手册表a14.-3，每转进给量取 f =0.8mm/r。根据简明手册表 11-28，可取铣削速度 v=80m/min。1000 v 1000 80n 318.47 r / m ind 3.14 80。查机床手册及计算，取铣床转速
14、为 n=320r/min。实际铣削速度n d 320 3.14 80v m 。3. / m in1000 1000基本时间计算如粗铣v f n 0.8 320 256 m m / minfl ,wl ,1l 与粗铣加工相同。275 7.36 82t s 。0.64 m in 39 m256工序 2 扩孔选用摇臂钻床 z3063，查简明手册表14-12，钻速范围 201600r/min。钻头材料：高速钢由简明手册表 11-10查得每转进给量 f =0.8mm/r，第 10 页 共 20 页查表 11-12，钻削速度取 v 钻 =0.35m/s=21m/min扩钻孔时的切削速度 v 0.4 v 0
15、.4 21 8.4 m / m in钻由公式1000 v 1000 8.4n 121.60 r / m ind 3.14 22按机床选取 n=140r/min。得实际钻削速度n d 140 3.14 22v 9.7 m / m in1000 1000基本时间 t由金属切削手册表 7-7 有：T ( L 0.3 d ) / s0 分其中 s f n 0.8 140 112分 mm/sL 为钻削长度，d 为钻削直径。0T 80 0.3 22 /112 0.7 min 47 s工序三 锪倒角由于此道工序用时较短，一次就可以完成，按经验选取时间为 3s.工序四 粗、精铣上端台阶面工步 1 粗铣刀具选择
16、： YG 6 的 镶齿端面铣刀机床: 查机械加工工艺手册选取立式铣床 X5020A 功率为： 3.79Kw主轴转速范围为： 40-1800 r/min表 9.2-11选取： d/z=80/10背吃刀量： 2mm查简明手册表 1-22 选取第 11 页 共 20 页进给量取 fz =0.25mm/r铣削速度根据简明手册表 11-28 选： V=60m/min由公式1000 vn =（1000 60）/（3.14 60）=238 r/mind按机床选取转速为 n=240r/min所以，实际铣削速度 V=nd/1000=60.29 r/min基本时间：由机械加工工艺手册表 9.4-31 主偏角 Kr
17、=90fmz = fz n z=600mm/minl120e +（13）=0.（5 80 80 2 30 2 2 4. 92 mm20 d d a.5）00t= ( )l /fl 2 l3mz =(80+4.92+82)/600=0.28min=17s工步 2 精铣背吃刀量： 1mm查机械加工工艺手册表 9.4-3 选每齿进给量： f 0 .15 mm / zz查简明手册表 11-28选 铣削速度 V=75m/min1000 vn =（1000 75）/(3.14 80)=298r/mind按机床选取转速 n=300r/min则实际额铣削速度为 V=V=nd/1000=75.36 m/min基
18、本时间：fmz = fz n z=0.15 300 10=450 mm/mint= ( )l /f1 l l2 3mz =(80+4.92+82)/450=23s工序五 铣槽第 12 页 共 20 页工步 1 粗铣机床还是选用上面所用型号的铣床查机械加工工艺手册表 3.2-29粗铣的背吃刀量 a 1.5mm p （单边）按机械加工工艺手册表 9.2-2 选取 直柄立铣刀 d/z=16/3铣刀每齿进给量 fz =0.16mm/z刀具材料选用 ：高速钢按简明手册选取铣削速度 V=18m/min1000 vn =(1000 18)/(3.14 16)=358 r/mind按机床选取转速为： n=39
19、0r/min基本时间 t ：t= (l ) /fl1 l2mz根据机械加工工艺手册表 9.4-31，式子中的 0.5 (1 2)l 1 d2 i=l 2mmhap1l=40mmfmz = fz n z=0.16 3 390=187.2mm/minl1 =0.5 16+2=10 mm 取l 2mm2 ， i=240 10 2所以，t= 2 0 .56 min 34 s187 .2工步 2 ：精铣被吃刀量 ap2=1mm，双边选取 d/z=18/3 ，按机械加工工艺手册表 9.4-3 选取 f z=0.12mm/z按简明手册表 11-28 取 Vc=25m/min，第 13 页 共 20 页所以
20、n=1000v/ d=1000x25/ x18=442.32r/min选取 450r/min基本时间 t t= （l+l 1+l 2）/fmzfmz=fz x Z x n=0.12x3x450=162mm/min所以 t=52x2/162=0.64min=39s工序六 钻孔 2-M8，攻螺纹，钻锥孔安装 1工步 1 ：钻孔 2-6.7mm确定进给量 f：根据机械加工工艺手册表 104-1.当 HT200 的b200MPa，加工此直径孔的 f=0.36 0.44mm/r，由于零件在加工孔后要螺纹， 故进给量应乘以 0.5 ，则 f=（0.36 0.44 ）x0.5=0.18 15.mm/r。查简
21、明手册表 2-35，选用 Z525立式钻床，根据机床选用 f=0.22mm/r切削速度，根据简明手册表 2-15 ，得 V=19m/min，所以Ns=1000v/ dw=1000x19/ x6.7=903r/min根 据 Z525 机 床 ， 选 用 Nw=960r/min ， 故 实 际 切 削 速 度 为V= x6.7x960/1000=20.2m/min切削加工时， l=11mm，查机械加工工艺手册 104-43 有，l1=3mm，lf=（dwxcotkr/2 ）+3=6.35mm （取 kr=45 ）则 tm1=（l+l 1+l f ）/Nwf=（11+3+6.35）/960x0.22
22、=0.0964min以 上 为 一 个 孔 的 机 动 时 间 ， 故 本 工 步 的 机 动 时 间 为tm=2xtm1=0.193min第 14 页 共 20 页工步 2 ：钻孔 4mm确定进给量 f：根据机械加工工艺手册表 104-1.当 HT200 的b200MPa，加工此直径孔的 f=0.18 0.22mm/r，查简明手册表2-35，选用 Z525 立式钻床，根据机床选用 f=0.22mm/r切削速度，根据简明手册表 2-15 ，得 V=19m/min，所以Ns=1000v/ dw=1000x19/ x4=1512r/min根据 Z525 立 式钻床 ，选用 Nw=960r/min，
23、 故实际切 削速度 为V= x4x960/1000=12.1m/min切削加工时， l=11mm，查机械加工工艺手册 104-43 有，l1=3mm，lf=（dwxcotkr/2 ）+3=5mm （取 kr=45 ）所以 tm2=（l+l 1+l f ）/Nwf=（11+3+5）/960x0.22=0.0900min安装 2工步 1 ：M8丝锥攻螺纹 2-M8查机械加工工艺手册表 162-15.得切削速度 V=0.1m/s=6m/min，Ns=238r/min按机床选取 Nw=195r/min，则 V= x8x195/1000=4.9m/min机动加工时， l=11mm，l1=3mm，l2=3
24、mm，攻 M8 孔 tm1=（l+l 1+l 2）x2/Nwfx2=0.349min工步 2 ：铰 5mm锥孔查表机械加工工艺手册 164-40 得 f=0.08mm/r 安 Z525 立式钻床选取 f=0.1mm/r第 15 页 共 20 页查表机械加工工艺手册 164-41 得 V=6m/min ，则实际速度V= x5x195/1000=3.06m/min机动加工时 lw=11mm,lf=3mm- 查机械加工工艺手册表164-43可得。所以 tm= （l w+l f ）/Nwf=（3+11）/195x0.1=0.718min工序七 拉花键刀具：短形花键拉刀，表 8-2 金属切削手册据表 8
25、-6 选取拉刀齿开量 S 齿=0.08mm根据金属切削手册拉削速度一般在 1-8m/min 内。HB=195.6，取V=3m/min即 V=0.05m/s拉削工时 t=Zb l k/1000VfzZZb 单面余量（ 25-22）/2=1.5mmL 拉削表面长度 80mm 校准部分长度系数，取 1.2K 机床返回行程系数，取 1.4Z 拉刀同时工作齿数，取 Z=7 表 8-7P 拉刀齿距，取 P=13 表 8-7t= （1.5x80x1.4x1.2 ）/ （1000x3x0.08x7 ）=0.12min=8s最后，将以上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其它加工数据，一并填入机械加工工艺过
26、程综合卡片（后附） 。第 16 页 共 20 页三、夹具设计（一）、问题的提出本夹具主要是用来粗、 精铣工件的台阶面， 这个端面对花键孔的中心线有一定的技术要求。 要求对中心线的平行度公差为 0.02。端面的粗糙度也有要求，要求为 Ra3.2，所以采取一次粗加工再加一次精加工即可得到要求的精度。 在本道工序加工时， 我们应首先考虑保证台阶面的加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。为此， 设计专用夹具。（二）、夹具设计16.定位基准的选择首先考虑台阶面的设计基准为花键孔中心线。 而台阶面对花键孔的中心线有平行度要求， 所以选择用花键孔中心线定位， 再综合考虑，选择工件的左端面也作为定位基准。
27、17.切削力的计算及夹紧力的计算刀具：YG 6 镶齿端面铣刀 ?80 z=10查机械加工工艺手册得切削力的计算公式：F=C faXf Yf Ufp a zf wadQf0Wfn查表 9.4-10得：Cf=7750,Xf=1.0,Yf=0.75,Uf=1.1,Wf=0.2,Qf=1.3af =0.25mm,aw =30mm,ap =2mm.带入数据计算F=77500 .752 0 .254.80 2401 .130.6510=2591.56（N）第 17 页 共 20 页因为铣削力是水平的，所以 实际的切削力 F=2591.56N但是在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数 K=K1 K2 K3 K4其中选取：K1 为基本安全系数 1.5K2 为加工安全系数 1.1K3 为刀具钝化系数 1.1K4 为断续切削系数 1.1所以 F K F修正所以 F= 1.5 1.1 1.1 1.1 2591.56=5174.05(N)修正本夹具采用的是斜楔机构夹紧， 选楔角=15 查机床夹具设计手册表 1-2-18，增力比为 i=1.93为克服切削力，实际的夹紧力 N 应为：N(f1+f2)= F修正其中，f1 和 f2 为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数， f1=f2=0.25所以 N=5174.05/0.5=10348.1（N
