车床拨叉机械加工工艺说明书

      序言

机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

    就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。

    由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

一、零件的工艺分析及生产类型的确定

1.零件的作用

题目所给的零件是车床的拨叉。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工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件左边的Φ14孔与操纵机构相连，右边的Φ40半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴或滑移齿轮接触。通过操纵机构，使拨叉拨动齿轮变速。为了便于定位加工，两零件的毛坯铸为一体，加工时分开。

2.零件的工艺分析

零件的材料为ZG45，生产工艺简单，铸造性能优良，塑性较好，有良好的综合机械性能。

1.以φ14为中心的加工表面,这一组加工表面包括：φ14的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求

2.以φ40为中心的加工表面,这一组加工表面包括：φ40的孔，以及其上下两个端面。

    3.这两组表面有一定的位置度要求,即φ40的孔上下两个端面与φ14的孔有垂直度要求。

由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。粗基准的选择：对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取φ14孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ25作主要定位面，5个自由度，再以一个销钉最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。精基准的选择：主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

3.零件的生产类型

      已知此拨叉零件的生产纲领为Q=10000件/年，n=1件/台；备用率a和废品率β分别为10%和1%。代入公式得零件的生产量为

     N=Qn（1+10%）（1+1%）=10000*1*1.1*1.01=11110件/年

      零件的质量是1.6Kg/个，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该拨叉生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为，加工过程划分阶段，工序适当集中，加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。

三、选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图

1、确定毛坯种类：

零件材料为ZG45。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，生产类型为大量生产，查《机械制造工艺设计简明手册》第8页表1.3—1，选择金属模机械砂型铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-9。

2、确定铸件加工余量

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用加工余量等级为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，单侧的加工余量为3.5mm，双侧加工余量为3mm。

3.确定铸件毛坯尺寸

      上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙的Ra>1.6微米，而这个零件要求最高的φ14内孔面为Ra=3.2，余量不需要改动。由于φ25外圆表面不需要加工，铸造应尽量保证其尺寸要求。

    查《机械制造工艺设计简明手册》第38页表2.2-1，得出下表   单位：mm

5.设计毛坯图

   （1）确定圆角半径

      查《机械制造工艺设计简明手册》第45页表2.2-9，铸造圆角半径取2mm                     

   （2）确定拔模斜度

       查《机械制造工艺设计简明手册》第37页表2.2-8，内表面拔模斜度最小为30分，外表面拔模斜度最小为1度。

   （3）确定分型面

         取零件的最大截面位置为模具的分型面。

   （4）确定毛坯的热处理方式

     拨叉毛坯加工前应安排正火处理，以消除残余应力，改善工件的切削性能。

四、加工方法的选择及工艺路线的制定

1.选择定位基准：

    （1）粗基准的选择：以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。

（2）精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。

2.零件表面加工方法的选择

      本零件需要加工的面有内孔、端面，材料为ZG45。以公差等级和表面粗糙度要求，查阅工艺手册中零件的加工方法、加工经济度与表面粗糙度相关要求，其加工方法选择如下：

（1）φ40的内孔面，公差很大，表面粗糙度Ra12.5，粗镗即可。

    （2）叉爪两端面表面粗糙度Ra3.2，并且有位置度要求，需要粗车和半精车来保证。

（3）φ25的两端面表面粗糙度Ra6.3，需要粗铣和半精铣。

（4）φ14H11的内孔，公差等级IT11表面粗糙度Ra3.2，需要钻孔和铰孔。

3.制定工艺路线:

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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，以便使生产成本尽量下降。查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

工序01  车Φ40孔及叉爪两端面，以下板面为粗基准，采用普通车床和专用夹具；

工序02  铣Φ25下端面，以Φ40上端面为定位基准，采用立式铣床X51和专用夹具；

工序03  粗铣Φ25上端面，以为Φ25下端面为定位基准，采用立式铣床X51和专用夹具；

工序04  钻、铰Φ14孔，以Φ40孔中心和上端面为定位基准，采用立式钻床Z525和专用夹具；

工序05  两端孔口倒角，以Φ14孔的内表面为定位基准，采用台钻515床和专用夹具；

工序06  切成单件，以以Φ14孔的内表面和下端面为定位基准，采用卧式铣床和专用夹具；

工序07  去毛刺；

工序08  终检；

五．工序设计

   1.选择机床

     根据不同的工序选择机床，相关内容参考第一章第三节所列工艺手册中常用的金属切削机床技术参数部分。

（1）工序01是粗车、半精车端面和镗孔，本零件外轮廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用普通卧式车床C616。

（2）工序02和03是粗铣和精铣平面，本零件外轮廓尺寸不大，精度和表面粗糙度要求不是很高，选用立式铣床X51。

（3）工序04 是钻、铰孔，精度和表面粗糙度要求不是很高，选用台钻Z515.

2.选择夹具

    由于本零件是大量生产，各工序都采用专用夹具，以提高生产率。

3.选择刀具

        根据不同的工序选择刀具，相关内容查阅第一章第三节所列工艺手册中金属切削刀具部分。

（1）在车床上的加工工序，由于大量生产，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精车用YT15，为了提高生产率及经济性，应选用可转位车刀(GB 5343.2-1985)。

（2）在立式铣床上的加工工序，由于大量生产，一般都选用硬质合金端铣刀，因为铣削深度为3mm，铣削宽度为25mm，所以选用端铣刀的直径为80mm。

（3）在钻床上的加工工序只是钻铰孔，选择高速钢锥柄麻花钻（GB1438-85），钻头直径为13.8mm；然后铰孔就能满足加工要求，选择锥柄机铰刀（GB11333-54），直径为14mm。

 4.选择量具

      由于零件是大量生产，需要制造专用的量具，使用各种通规和塞规来提高检验效率，其中中心距的测量需要用到游标卡尺。

5.确定工序尺寸 

  （1）圆柱表面工序尺寸

    前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：

工序01切削用量及基本时间的确定

      本工序为粗车和精车叉爪端面和镗孔。已知加工材料为ZG45,σb =600MPa，铸件；工件尺寸：B=52mm，H=35mm，l=145mm;机床为普通车床C616型卧式车床。 1.粗车车叉爪端面

（1）粗车端面，选择直头焊接式车刀（最好选择机夹可转位车刀）。根据表1，由于C616机床的中心高为160mm（表26），故刀杆尺寸为，刀片厚度为4.5mm。根据表2粗车铸钢毛坯，可选择YT5牌号的硬质合金。车刀的几何形状（表3），前角γ0＝12°，后角=，主偏角=45，副偏角=10，刃倾角λs=0°,刀尖圆弧半径=0.5mm。

（2）确定背吃刀量

      由于粗加工余量为2mm，故可一次走刀内切完，所以ap=2mm。

（3）确定进给量f

       根据表4，在粗车钢件时，刀杆尺寸为，ap3mm，工件直径为40-60mm时，f=0.5-0.7mm/r，按C616机床参数选择f=0.6mm/r。

    确定进给量尚需满足刀片强度和机床进给机构强度的要求，故进行校验:

     【1】校核刀片强度 根据表9，在加工钢件强度=0.470-0.627GPa，=45，，刀片厚度C=4.5mm时，刀片强度允许的进给量为：

       由于，修正系数k=1，故刀片的实际允许进给量为，由于刀片强度允许的进给量大于选择的进给量，故可用。

       【2】校核进给机构的强度 根据C616参数，其进给机构允许的走刀力。

     根据表16 当钢的强度时，，（预计）时，走刀力为，切削力的修正系数根据表22-3，都为1，所以实际走刀力为。由于切削时走刀力远小于机床进给机构允许的走刀力，故选的进给量。

（4）选择刀具磨钝标准

     根据表10，车刀后刀面最大的磨损量为1mm，车刀耐用度T=3600s

（5）确定切削速度

     切削速度可根据公式计算，也可直接由表查出。

      根据表11 当用YT15硬质合金车刀加工的钢料时，切削速度。

      切削速度的修正系数：

故：

   根据C616机床参数，选择，这时切削速度。

（6）校验机床功率

         切削功率可根据公式计算，也可直接由表查出。

         由表18，当，时，。

          切削功率的修正系数根据表22-3：，     所以切削功率。根据C616机床参数，当时，主轴允许的功率=3.57kw，，故切削用量可用

确定切削用量： 

（7）计算基本功时

    式中,其中，根据表20车削时切入量和超切量，则。

           故

2.半精车端面

 （1）选择刀具，车刀形状，刀杆尺寸及刀片厚度与粗车相同，半精车选择刀片牌号YT15的硬质合金。车刀的几何形状（表3），前角γ0＝12°后角α0＝8°，后角，主偏角=45，副偏角=5，刃倾角λs=3°,刀尖圆弧半径=1mm。

（2）确定背吃刀量

      由于精加工余量为1mm，故可一次走刀内切完，所以ap=1mm。

 (3)确定进给量f

       半精加工时进给量主要受表面粗糙度的，根据表6，表面粗糙度为3.2um，=1mm，（预计）时，f=0.3-0.35mm/r，按C616机床参数选择f=0.3mm/r。

    由于半精加工，切削力较小，故不需校核刀片强度和机床进给机构强度。     

 （4）选择刀具磨钝标准及耐用度

     根据表10，车刀后刀面最大的磨损量为0.4mm，车刀耐用度T=3600s

 （5）确定切削速度

      根据表11 当用YT15硬质合金车刀加工的钢料时，切削速度。

      切削速度的修正系数：

故：

   根据C616机床参数，选择，这时切削速度。

  （6）校验机床功率

          由表18，当，时，。根据C616机床参数，当时，主轴允许的功率=3.44kw，，故切削用量可用

 确定切削用量： 

3.粗镗φ40孔。所选刀具为YT5硬质合金、直径为φ20的圆形镗刀。

(1)确定背吃刀量ap 。双边余量为6mm，考虑到镗刀的刚度不足，背吃刀量不能太大，孔需两次镗削，背吃刀量取1.5mm

(2)确定进给量f。查阅第一章第三册【4】中硬质合金及高速钢镗刀的进给量内容，当粗镗钢料、镗刀直径为20mm、ap<2mm、镗刀伸出长度为100mm时，f=0.15-0.30mm/r，按C616车床的进给量，选择f=0.2mm/r。

(3)确定切削速度v 。查阅第一章第三节工艺设计手册【4】中车削时切削速度的计算内容，按公式计算切削速度为

                           V=

式中=291，m=0.2，=0.15，=0.2，T=60min，=0.9则             V=

                n=

按C616车床的转速，选择n=530r/min

工序02切削用量及基本时间的确定

1.粗铣Φ25下端面，以Φ40上端面为定位基准

(1)加工条件

工件材料：;工件尺寸：B=52mm，l=145mm;加工要求：粗铣Φ25孔下端面，加工余量2mm;机床：X51立式铣床；刀具：YT14。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》（后简称《简明手册》）表3.1，取刀具直径d0=80mm。根据《切削用量手册》（后简称《切削手册》）表3.16，选择刀具前角γ0＝-5°后角α0＝8°，副后角α0’=5°，刃倾角λs=12°,主偏角Kr=60°,副偏角Kr’=5°。

(2) 切削用量

1）确定切削深度ap 

  粗铣时，查表得切削深度ap =3-8mm，半精铣时切削深度ap =1-2mm，因为余量较小，故选择粗铣ap=2mm，精铣ap =1mm，都一次走刀即可完成，两次不换刀。

2）确定每齿进给量fz  

 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5，使用YT14硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据《简明手册》表4.2-35，X51立式铣床）时：

                 fz=0.1-0.3mm/z

故选择：fz=0.2mm/z。

3）确定刀具寿命及磨钝标准  

根据《切削手册》表3.27，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.2mm；由于铣刀直径d0=80mm，故刀具使用寿命T=100min（据《简明手册》表3.8）。

4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf

根据《切削手册》表3.29，当d0=80mm，Z=10，ap=2mm，fz =0.2mm/z时，各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。切削速度计算公式为：

（m/min）    

其中 ，，，，，，，，，，，，，将以上数据代入公式：

   =305m/min

确定机床主轴转速：  

根据《简明手册》表4.2-36，选择nc=945r/min,vfc=980mm/min,因此，实际切削速度和每分钟进给量为：

vc==m/min=237.4m/min

f zc=v fc/ncz=980/945×10mm/z=0.103mm/z

5)校验机床功率 

根据《切削手册》表3.17，近似为Pcc=3.2kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=2.0mm，nc=945r/min，fz=0.1mm/z。

6）计算基本工时

        tm＝L/ vfc，L=l+ d+y+Δ，l=145mm,d=80 

查《切削手册》表3. 26，入切量及超切量为：y+Δ=6mm，则：

tm＝L/ Vfc=(145+6+80)/980=0.23min

2.半精铣铣Φ25下端面，以Φ40上端面为定位基准

半精铣和粗铣工艺基本上相同，只是加工时机床的转速有所提高，每齿进给量有所下降，以达到零件要求的表面质量。ap=1mm，fz =0.05mm/z，nc =1500r/min,Vfc=755mm/min，基本工时tm＝L/ Vfc=(145+6+80)/755=0.3min

工序03切削用量及基本时间的确定

    粗铣和半精铣Φ25上端面，以Φ25下端面为定位基准，切削用量和时间定额及其计算过程同工序02。

工序04切削用量及基本时间的确定

    工序04钻、铰Φ14孔，以Φ40中心和和端面为定位基准，保证垂直度误差不超过0.15mm,孔的精度达到IT11。

1.钻孔

（1）选择钻头 

根据《切削手册》表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=13.8mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,宽l=3mm,棱带长度，°，，° 

（2）选择切削用量

        1）按加工要求确定进给量，根据表5，，时，，由于，不需要乘以孔深系数。

  2)按钻头强度决定进给量，根据表7，当时，钻头强度允许的进给量。

  3）按机床进给机构强决定进给量，根据表8，当，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为。

以上三个进给量比较得出，受的进给量是工艺要求，其值为：，根据Z525参数,最终选择进给量。

由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。

根据表16查出,钻孔时轴向力，当时，Ff=4280N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力8830N﹥Ff，故所选进给量可用。

（3）确定钻头磨钝标准及耐用度　

由表9，当时，钻头后刀面最大磨损限度为0.6mm，耐用度。

　（4）切削速度

查表11，时，铸钢的加工性属5类

由表10，当加工性属5类，，双刃磨的钻头，时，。切削速度的修正系数为：，，，故实际的切削速度：

根据Z525机床参数，可以选择，故所选转速觉计算转速为高，会使刀具耐用度下降，故可将进给量降低一级，即取，。

  （5）检验机床扭矩及功率

根据表17，当f≤0.33mm/r, do≤14.5mm时，Mt=26.49N•m，修正系数均为1.0，故MC=26.49 N•m。

根据机床参数：时，Mm =52 N•m

根据表19,当，时，钻头消耗功率：Pc=1.3kw。

根据机床参数，。

由于，，故切削用量可用，即：

，，

（6）计算基本工时

        ，入切量和超切量由表32查出：，故

2.铰孔

    铰孔至

刀具：高速钢铰刀，前角后角，齿背倾斜角15度

机床：Z525立式钻床

高速钢铰刀铰孔时，进给量根据表31，铰刀直径， 时，0.65～1.4mm/r,进给量取0.81mm/r

根据表32，铰刀的磨钝标准，后刀面最大的磨损量为0.3mm，耐用度T=2400s

铰孔时的切削速度：

式中

根据机床参数，选取比计算值较大，进给量应降一级，取。

工序06切削用量及基本时间的确定

 使用切断铣刀切成单件，确定切削用量：，这里取0.8mm/z，铣刀直径，选用卧式铣床X62W。

      查《简明手册》3-38，选用d=100mm，D=40mm，Z=14的细齿铣刀

      查表10，当时，

     根据X62W铣床参数，选择

五、夹具设计

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。并设计钻孔的夹具。本夹具将用于Z525立式钻床，刀具为高速钢麻花钻。

(一)问题的提出

本夹具主要用来钻M6螺纹底孔，该孔为斜孔，跟拨叉的中线有一定的角度要求，在加工时应保证孔的角度要求。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。

(二)夹具设计

1、定位基准选择

   由零件图可知，M6螺纹孔为斜孔，相对于拨叉中线有的要求，为使定位误差为零，应该选择拨叉中线为定位基准保证该角度。此外，还应以Φ20孔端面为基准，从而保证螺纹孔在拨叉体上的位置。

    为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用快换钻套以利于在钻底孔后攻螺纹。

2、切削力及夹紧力计算

   刀具：硬质合金麻花钻，。

由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为：

其中：，，，，，，与加工材料有关,取0.94；与刀具刃磨形状有关,取1.33；与刀具磨钝标准有关,取1.0，则：

在Φ20孔两个端面只需要采用开口垫圈和六角螺母适当夹紧后本夹具即可安全工作. 

3、定位误差分析

（1）定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为两个定位销，这两个定位销的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，即。此外，这两定位销共同保证加工孔偏斜的角度，其中心连线与工作台面成10°角。

（2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。

钻套外径与衬套孔的最大间隙为：

衬套外径与钻模板孔的最大间隙为：

则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为：0.026-0.005=0.021。

（3）计算定位销轴与工作台的平行度误差。

定位销轴与夹具体孔的最大间隙为：

夹具体孔的长度为14mm，则上述间隙引起的最大平行度误差为：0.034/14，即0.24/100。

4、夹具设计及操作的简要说明

    如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。为此，设计采用了快换装置。拆卸时，松开夹紧螺母1~2扣，拔下开口垫圈，实现工件的快换。攻螺纹时，松开压紧螺母即可替换可换钻套，进行攻螺纹加工。

5、钻床夹具的装配图见附图

参考文献 

1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书(2版),机械工业出版社,2006年.

2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:武汉理工大学出版社,2001年.

3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年.

4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.

5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.